Transferencia de calor · Herramienta interactiva
Calculadora de análisis nodal 1D y 2D
La calculadora de análisis nodal permite configurar una malla cartesiana, definir las condiciones de frontera y calcular la distribución estacionaria de temperatura mediante diferencias finitas. La herramienta admite temperatura fija, aislamiento, convección, radiación, flujo de calor y mecanismos combinados.
También puedes modificar Δx, Δy y el espesor con unidades independientes. La calculadora convierte los datos al Sistema Internacional de Unidades (referencia NIST) antes de resolver y señala de manera específica cualquier escala o unidad que parezca incompatible.
Calculadora de análisis nodal
Construye una malla 1D o 2D, asigna condiciones de frontera y resuelve el campo de temperatura con diagnóstico físico y numérico.
DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Geometría, propiedades y unidades
La generación positiva añade calor al sólido. El flujo prescrito se considera positivo cuando entra al dominio.
MALLA INTERACTIVA
Selecciona y adapta la geometría
CONDICIONES DE FRONTERA
Configura cada dirección
Selecciona una pared
La condición elegida se aplicará simultáneamente a todos los nodos de esa pared.
Selección nodal
Selecciona un nodo de frontera en la malla.
SOLUCIÓN Y DIAGNÓSTICO
Resuelve y comprueba el modelo
RESULTADOS
Campo térmico calculado
Mapa de temperatura
°CCoherencia del resultado
Temperaturas por nodo
La numeración coincide con la malla.| Nodo | Coordenada | Temperatura | Tipo |
|---|
Ecuaciones nodales ensambladas
Qué problemas permite analizar
Malla 1D
Construye una línea de 2 a 15 nodos. Es útil para paredes planas, barras o dominios donde la temperatura cambia principalmente en una dirección.
Malla 2D
Define una malla cuadrada o rectangular de hasta 10 × 10 posiciones (100 nodos como máximo). Cada lado puede tener una condición de frontera diferente.
Geometría irregular
Parte de una malla rectangular y elimina nodos para representar una frontera escalonada. La herramienta bloquea mallas desconectadas o sin referencia térmica.
Cómo utilizar la calculadora de análisis nodal
- Selecciona el modo 1D o 2D y establece el número de nodos.
- Introduce Δx, Δy y el espesor; selecciona la unidad correspondiente a cada magnitud.
- Define la conductividad térmica y, si corresponde, la generación volumétrica de calor.
- Asigna condiciones globales a cada lado o selecciona un nodo para editar una cara expuesta de forma individual.
- Ejecuta la verificación previa y resuelve. Revisa el mapa térmico, la tabla nodal, el residuo y el diagnóstico de coherencia física.
Condiciones de frontera disponibles
| Condición | Datos requeridos | Uso habitual |
|---|---|---|
| Temperatura fija | Temperatura de frontera | Superficie mantenida a una temperatura conocida |
| Aislada o simétrica | No requiere datos adicionales | Flujo normal igual a cero |
| Convección | h y temperatura del fluido | Intercambio con un ambiente |
| Radiación | Emisividad y temperatura de los alrededores | Intercambio radiativo con un entorno grande |
| Flujo impuesto | Flujo de calor superficial | Calentamiento o enfriamiento conocido |
| Combinada | Parámetros de los mecanismos seleccionados | Convección, radiación y flujo actuando en la misma cara |
Control de unidades y coherencia geométrica
Usar unidades distintas en Δx y Δy no constituye por sí mismo un error: la herramienta convierte metros, centímetros y milímetros a una base común. El cálculo se detiene únicamente cuando la escala resultante sugiere que la unidad seleccionada no coincide con el valor escrito. En ese caso se muestra una instrucción concreta, por ejemplo, cambiar Δx de metros a milímetros antes de continuar.
Para geometrías irregulares, la frontera se representa mediante escalones de la malla cartesiana. Eliminar un nodo puede crear una isla térmicamente desconectada, dejar un nodo aislado o producir un sistema sin referencia de temperatura. Estas configuraciones se identifican antes del ensamblaje y no se resuelven.
Cómo interpretar el mapa térmico
Cada celda se identifica como T1, T2, T3 y así sucesivamente. Después de resolver, el color permite reconocer gradientes y zonas de temperatura alta o baja, mientras que la tabla conserva el valor numérico de cada nodo. El diagnóstico comprueba el residuo de las ecuaciones y, cuando no existen fuentes o flujos impuestos, verifica que la solución permanezca dentro del intervalo establecido por las temperaturas de frontera y de los ambientes.
Si la solución es consistente, la calculadora presenta una confirmación directa. La advertencia sobre interpretación del usuario aparece únicamente cuando existe una señal concreta que conviene revisar, como una condición incompatible, una matriz sensible o una temperatura fuera del intervalo físicamente esperado.
Preguntas frecuentes
¿Puedo combinar convección y radiación?
Sí. Selecciona la condición combinada e introduce el coeficiente convectivo, la temperatura del fluido, la emisividad y la temperatura radiativa de los alrededores. La contribución radiativa se actualiza iterativamente hasta alcanzar convergencia.
¿Por qué una malla completamente aislada no se resuelve?
Sin una temperatura conocida ni un mecanismo de intercambio, el nivel absoluto de temperatura queda indeterminado. Debes añadir al menos una referencia térmica físicamente justificada.
¿La herramienta admite formas curvas?
No de manera exacta. Las formas irregulares se aproximan con una frontera escalonada. Para curvaturas importantes conviene refinar la malla o utilizar un método que represente explícitamente la geometría.
Para estudiar la deducción de las ecuaciones, las fronteras y las verificaciones físicas, consulta la guía Análisis nodal por diferencias finitas en transferencia de calor.