Conveccion, conduccion y radiacion

Convección.
Ley de Newton.
 
Definición.
Para que exista transmisión de calor por convección se considera que el calor fluirá a través de un medio cuyas moléculas o partículas presentan movimiento relativo, es decir un medio líquido, gaseoso, o más  genéricamente un medio fluido. 
Ejemplos de medios fluidos: aire, agua, oxigeno, aceites, etc., todos ellos claro está que a presión ytemperatura en que tengan estado gaseoso, líquido o con una viscosidad suficiente para permitir el movimiento relativo de sus partículas.
La convección puede ser natural o forzada.
 
Convección natural.
Es debida al gradiente térmico, y se justifica:
 
1. Por la diferencia de densidad o de peso específico que aparece debido a las diferentes temperaturas. Esto produce que el fluido más fríocircule hacia abajo y el más caliente hacia arriba, produciendo una corriente ascendente. En esta consideración participa la fuerza de gravedad, pero en el caso que ésta no entre en juego por estar el sistema en el espacio exterior, la convección natural también tiene lugar, por el siguiente punto.
 
2. Las partículas líquidas o gaseosas tienen movimientos relativos continuos, que aumentan al aumentarsus estados térmicos. Este movimiento transporta la energía calórica en forma de energía cinética mientras se desplaza la partícula y va colisionando con las millones que encuentra en su camino, y a su vez éstas hacen lo mismo, verificándose una convección a nivel molecular de flujo muy turbulento. El movimiento de las partículas es conocido como movimiento browniano.
 
Convección forzada.
Escuando se aplican medios mecánicos para hacer circular el fluido.
Ejemplos: ventilador, bomba, agitador, etc.
 
Ley de Newton.
Newton estudió el mecanismo de convección en forma comparativa observando la circulación de fluidos en un sistema de tubos cilíndricos concéntricos donde el fluido circula a contracorriente.
El estudio se realiza por comparación: la transmisión de calor se realiza enregimenes de circulación tanto laminar como turbulento. En estas condiciones, Newton midió cantidad de calor transferido ΔQ, el gradiente de temperaturas [pic]t y como consecuencia obtuvo experimentalmente una resistencia al flujo de calor proporcional al gradiente [pic]t e inversamente proporcional al calor ΔQ.
R ~ Δt / ΔQ
 
La constante  de convección "h".
Para las aplicaciones prácticas seutiliza la constante "h", llamada también coeficiente de película.
Es de muy difícil determinación, ya que depende de las siguientes variables:
• velocidad de circulación
• densidad de fluido
• calor específico de las sustancias
• diámetro de los tubos
• viscosidad del fluido
• conductividad
Con todos estos parámetros se plantea la solución mediante el análisisadimensional de Backingham (disponible en próximas publicaciones).
 
Ecuación general de convección.
Para cada sistema de convección existirá una constante "h", de tal forma que la ecuación de Newton se plantea similar a la de Fourier:
 
dQ/dτ ]A = h A (t-θ)
 
Esta ecuación representa el flujo de calor que se manifiesta en un sistema a régimen permanente, en donde t es la temperatura de unfluido estanco o un cuerpo en cualquier estado de agregación, y θ es la temperatura del fluido convectivo.
Para entender mejor esta ecuación se sugiere analizar los casos de aplicación.

Convección.
Caso de aplicación.
 
Enfriamiento de un cuerpo sólido.
Se considera un cuerpo sólido a una temperatura inicial ti, sumergido en un medio fluido a temperatura constante θ, la cual no varía porque seadopta la hipótesis que este medio es muchísimo mayor que el cuerpo sólido o bien existe otro dispositivo exterior que mantiene la temperatura θ constante.
Se analiza le flujo de calor desde dentro del cuerpo hacia afuera, que estará dado por la ecuación de la calorimetría diferenciada:
dQ = g c dt
 
También trabajamos con la ecuación de Newton para la convección:
dQ/dτ ]A = h A (t-θ)
Los...