Convección Natural

Conveccion natural.


La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Estos, al calentarse, aumentan de volumen y, por lo tanto, su densidad disminuye y asciendendesplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también elintercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente detemperaturas en el fluido.
La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton:

Donde h es el coeficiente de convección (ó coeficiente de película), As es el área del cuerpo en contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo yTinf es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.


Cuando un fluido cede calor sus moléculas se desaceleranpor lo cual su temperatura disminuye y su densidad aumenta siendo atraída sus moléculas por la gravedad de la tierra.
Cuando el fluido absorbe calor sus moléculas se aceleran por lo cual su temperatura aumenta y su densidad disminuye haciéndolo más liviano.
El fluido más frío tiende a bajar y ocupa el nivel más bajo de la vertical y los fluidos más calientes son desplazados al nivel más alto,creándose así los vientos de la tierra.
La transferencia térmica convectiva consiste en el contacto del fluido con una temperatura inicial con otro elemento o material con una temperatura diferente, en función de la variación de las temperaturas van a variar las cargas energéticas moleculares del fluido y los elementos inter actuantes del sistema realizaran un trabajo, donde el que tiene mayor energíao temperatura se la cederá al que tiene menos temperatura esta transferencia térmica se realizará hasta que los dos tengan igual temperatura, mientras se realiza el proceso las moléculas con menor densidad tenderán a subir y las de mayor densidad bajarán de nivel.


El coeficiente de película o coeficiente de convección, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de laspropiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección.
La transferencia de calor por convección se modela con la Ley del Enfriamiento de Newton:

donde h es el coeficiente de película, As es el área del cuerpo en contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo y Tinf es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.
Elcoeficiente de convección depende de múltiples parámetros relacionados con el flujo del fluido a través del cual se da la convección:
 del tipo de convección (forzada o natural)
 del régimen del fluido (laminar o turbulento)
 de la velocidad del flujo
 de la viscosidad del fluido,
 de la densidad del fluido,
 de la conductividad térmica del fluido,
 del calor específico del fluido.
del coeficiente de dilatación del fluido,
 de la forma de la superficie de intercambio
 de la rugosidad de la superficie de intercambio
 de su temperatura,
 de si el derrame es interior o exterior,...
Las formas clásicas de estimarlo se basan en el empleo de correlaciones de números adimensionales (vid. número de Nusselt), de manera que en general se dispone de una igualdad entre el...