Análisis y validación del modelo de enfriamiento de Newton en materiales metálicos: un enfoque de modelado matemático aplicado a la ingeniería

Resumen

Este estudio analiza y valida la ley de enfriamiento de Newton aplicada a un cuerpo metálico bajo condiciones ambientales controladas. Se registraron mediciones de temperatura a intervalos regulares durante el proceso de enfriamiento, empleando el modelo diferencial de primer orden para determinar la constante de enfriamiento y evaluar la concordancia entre el modelo teórico y los datos experimentales. Los resultados experimentales revelaron una relación exponencial entre la temperatura y el tiempo, coherente con la ley clásica de Newton. Con los valores medidos , y , se obtuvo una constante de , lo que representa una reducción del 0.508% por segundo en la diferencia de temperatura entre el metal y el aire circundante. El modelo teórico mostró una fuerte concordancia con los datos experimentales, con un error absoluto medio (MAE) de 1.67 °C y  RMSE de 2.12 °C. Estos hallazgos confirman la aplicabilidad del modelo de Newton para describir el enfriamiento por convección en materiales metálicos bajo condiciones naturales. Además, el estudio resalta la importancia del modelado basado en ecuaciones diferenciales como herramienta pedagógica y analítica en la enseñanza de la ingeniería, permitiendo a los estudiantes vincular la comprensión teórica con la validación empírica.