Conveccion Natural

Unidad 3 convección natural
3.1 fundamentos físicos
Muchas aplicaciones conocidas de la transferencia de calor comprenden la convección natural como el mecanismo principal. Se tienen algunos ejemplos en el enfriamiento de equipo electrónico como los transistores de potencia, las televisiones y las reproductoras de DVD; la transferencia de calor desde los calentadores eléctricos con tablero base olos radiadores de vapor de agua; la transferencia de calor desde los serpentines de refrigeración y de las líneas de transmisión de energía eléctrica, y la transferencia de calor desde los cuerpos de los animales y los seres humanos. La convección natural en los gases suele estar acompañada por radiación de magnitud similar, excepto para las superficies de baja emisividad.

Sabemos que llega unmomento en el que un huevo cocido caliente (o una papa horneada caliente) sobre un plato se enfría hasta la temperatura del aire circundante (figura 9-1).

El huevo se enfría al transferir calor por convección al aire y por radiación hacia las superficies circundantes, Descartando la transferencia de calor por radiación, el mecanismo físico del enfriamiento de un huevo caliente (o de cualquierobjeto caliente) en un medio ambiente más frío se puede explicar como sigue:
Tan pronto como el huevo caliente se expone al aire más frío, la temperatura de la superficie exterior del cascarón cae un tanto y la del aire adyacente al cascarón se eleva como resultado de la conducción de calor desde el cascarón hacia el aire. Como consecuencia, el huevo pronto está rodeado por una capa delgada de airemás caliente y el calor es transferido de esta capa hacia las capas exteriores del aire. En este caso, el proceso de enfriamiento es más bien lento, ya que el huevo siempre está cubierto por aire caliente y no tiene contacto directo con el aire frío que está más alejado. No podemos advertir que exista algún movimiento del aire en la vecindad del huevo, pero mediciones cuidadosas indican locontrario.

La temperatura del aire adyacente al huevo es más elevada y, por consiguiente, su densidad es más baja, puesto que a presión constante la densidad de un gas es inversamente proporcional a su temperatura. Por tanto, tenemos una situación en la que algo de gas de baja densidad o "ligero" está rodeado por un gas de alta densidad o "pesado" y las leyes naturales dictan que el gas ligero suba. Estono es diferente a que el aceite en un aderezo para ensalada hecho de vinagre y aceite suba hacia la parte superior (puesto que P aceite < P vinagre)' Este fenómeno se caracteriza de manera incorrecta mediante la frase "el calor sube", la cual debe entenderse como: el aire calentado sube. El espacio que deja el aire más caliente en la vecindad del huevo es vuelto a llenar por el aire más fríocercano y la presencia de éste en el espacio inmediato al huevo acelera el proceso de enfriamiento. La subida del aire más caliente y el flujo del más frío para ocupar su lugar continúan hasta que el huevo se enfría hasta la temperatura del aire circundante. El movimiento que resulta del reemplazo continuo del aire calentado que está en la vecindad del huevo por el aire más frío cercano se llamacorriente de convección natural y la transferencia de calor que se mejora como resultado de esta corriente se llama transferencia de calor por convección natural. Note que de no existir las corrientes de convección natural, la transferencia de calor del huevo al aire circundante sería sólo por conducción y la velocidad de esa transferencia desde el huevo sería mucho más baja.
La convección natural estan eficaz en el calentamiento de las superficies frías en un medio ambiente más caliente como lo es en el enfriamiento de superficies calientes en un medio ambiente más frío, como se muestra en la figura 9-2. Note que, en este caso, la dirección del movimiento del fluido es inversa.

En un campo gravitacional existe una fuerza neta que empuja hacia arriba un fluido ligero en uno más pesado. La...