convecciones

CAPÍTULO 2
CONVECCION NATURAL SOBRE PLACAS HORIZONTALES

2.1 Transferencia de Calor
 

La transferencia de calor es la ciencia que busca predecir la transferencia de energía
que puede tener lugar entre dos cuerpos como el resultado de una diferencia de
temperaturas. No solo busca explicar cómo esta energía es transferida sino que también
busca predecir el gradiente de temperatura al cualesta transferencia tendrá lugar tomando
en cuenta ciertas condiciones [2].
La transferencia de calor se puede clasificar en 3 modos: conducción, convección y
radiación. En los 3 modos la transferencia de calor ocurre de o hacia una superficie.
La conducción es el modo donde la transferencia ocurre a través de un sólido o un
fluido estacionario.
La convección al igual que la conducciónnecesita de un medio para llevarse a cabo,
la diferencia es que la convección se lleva a cabo entre una superficie y un fluido en
movimiento.
La radiación a diferencia de la conducción y convección es el modo de transferencia
de calor que no necesita de un medio para ocurrir [3].

2.2 Convección
La convección es uno de los modos de transferencia de calor por difusión en el cual
se transfierecalor entre una superficie solida y un fluido en movimiento.
La convección está compuesta por dos mecanismos. Aparte de la energía que es
transmitida por el movimiento aleatorio de moléculas (difusión) también hay transferencia
de energía por el movimiento de bulto. Este movimiento está asociado con el hecho de que
a cualquier instante grandes números de moléculas se mueven colectivamente. Estemovimiento en presencia de una diferencia de temperatura contribuye a la transferencia de
calor [3].
Se puede hablar de 2 tipos de convección, convección forzada y convección natural.
La primera es en la cual el movimiento del fluido es provocado por agentes externos, como
por ejemplo por una bomba o un ventilador. El otro tipo de convección que es el único que
tendrá relevancia para esteestudio es la convección natural. En la convección natural el
movimiento del fluido es provocado por fuerzas de flotación que son originadas por
diferencias de densidades debido al gradiente de temperatura que presenta el fluido [3].

Sin importar la naturaleza de la convección la ecuación que describe el flujo de
calor está dada por la ley de enfriamiento de Newton [3]:

q 

    Ts

T∞Donde,
q: transferencia de calor por unidad de área [W/m2]

(2.1)

Ts: temperatura de la superficie solida [°C]

T∞: temperatura del fluido [°C]

h: coeficiente de convección [W/m2°C]

2.3 Transferencia de Calor por Convección Natural sobre una Placa
Horizontal.
 

T∞, h

q

Ts>T∞

Ts

Figura 2.1 Placa Horizontal Adyacente a un Fluido [3]
 

Para la convección naturalse toman en cuenta tres principios básicos:
•

Conservación de masa.

•

Conservación de momento.

•

Conservación de energía.

Acompañado con estos principios se tienen que tomar en cuenta las siguientes
suposiciones:
1.
2.

constante, la densidad es constante (incompresible).
0, no se toma en cuenta el cambio con respecto al tiempo.

3. El flujo se considera bidimensional.4.

constante, la viscosidad absoluta no cambia.

5.

0, no se considera la diferencia en presiones en el eje y.

6.

0, no hay esfuerzos cortantes a lo largo del eje y.

7.

constante, el calor específico no cambia. 

8. k= constante, el coeficiente de conductividad no cambia. 

Conservación de masa,

 

0

(2.2)

Conservación de momento,

 

∞

 

(2.3)Conservación de energía,

 

(2.4)

En convección natural también se utiliza el coeficiente volumétrico de expansión
termal el cual se denomina con la letra griega β. Este coeficiente define como varia el
volumen cuando hay diferencias de temperatura. Su definición es la siguiente:

 

(2.5)

V: volumen [m3]
T: temperatura [K]
Si asumimos que las propiedades del fluido son las de...