Conveccion

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2.2. Transferencia por convección.
2.2.1.- Tipos de convección: Como fue presentado en en la introducción, este tipo de mecanismo de transferencia de energía se caracteriza por estar acompañado de movimiento macroscópico de materia. Se establece en general entre un sólido y un fluído en contacto. El movimiento de fluído puede estar provocado por las variaciones de densidad del fluido debidoa las diferencias de temperatura en su seno, este caso se conoce como de convección natural. Si la pared está mas caliente el fluido en contacto con ella también eleva su temperatura por sobre el resto del fluido. Esto genera una diferencia de densidad que da lugar al movimiento del fluido. El fluido caliente se dsplaza hacia arriba y es reemplazado por el mas frío. Si la pared está mas fría,ocurre el proceso inverso.

Tp

E-P v

V Tp Tp

P-E

Tp>Tf

Tp>Tf

Convección natural caso Convección natural caso calentamiento del fluído enfriamiento del fluído Sobre el fluído en contacto con la pared, actuan las siguientes fuerzas: - El peso, P (descendente) - El empuje, E (ascendente) - La fuerza viscosa, Rv, que se opone al sentido del movimiento y crece al aumentar la velocidad.Si la temperatura de la pared y consecuentemente del fluído en contacto con la pared, es superior a la del resto el fluído, el empuje es superior al peso y el fluído en contacto con la pared asciende y visceversa. La velocidad con que se desplaza el fluído en contacto con la pared, es aquella para la cual, la fuerza viscosa equilibra a la resultante del peso y el empuje. El flujo calóricotransferido dependerá de las carácteristicas del fluido y del salto térmico entre la pared y el fluido. Cuando el movimiento del fluido, es generado por una fuerza externa ( una bomba o un ventilador) se está en presencia de convección forzada. En convección forzada de pueden alcanzar flujos calóricos superiores a los que se da en convección natural. En este caso el flujo calórico transferido dependeráde las carácteristicas del fluido, de la geometría ( si es un coducto cilíndrico, del diámetro) y en alto grado de la velocidad tangencial del fluido respecto de la pared.

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2.2.2.- Ley de enfriamiento de Newton Existe una expresión denominada por razones históricas ley de enfriamiento de Newton que permite calcular el calor transferido entre un sólido y un fluído por convección. Dada unasuperficie sólida en contacto con un fluído. Siendo:

A (pared)
Tp
Tf

T p = temperatura de la pared. T f = temperatura del fluído (en su seno)

A= superficie de contacto

(fluido)

La energía transferida entre la pared y el fluído por unidad de tiempo proporcional a la superficie y al salto de temperaturas entre ambos. q = h. ∗ A ∗ (Tp − Tf )

La constante de proporcionalidad “h” sedenomina coeficiente de transferencia por convección. Esta constante de proporcionalidad depende de varios factores: 1.- que la pared sea plana o curva 2.- Que sea horizontal, inclinada ó vertical 3.- Que el fluído en contacto sea un gas ó un líquido. 4.- La densidad, viscosidad, calor específico y conductividad térmica del fluído. 5.- Las características del escurrimiento del fluído (régimenlaminar ó turbulento). 6.- Si tiene lugar evaporación, condensación ó no hay cambio de fase. El valor de “h”es mayor, cuando mayor es la turbulencia en el fluido, que a su vez es mayor cuando mayor es la velocidad y /o cuando menor es la viscocidad. En el caso de muy bajas velocidades o altas viscocidades se puede alcanzar un grado de turbulencia despreciable y el escurrimiento se denomina “laminar”.En este caso el valor de “h”es muy bajo y la transferencia de calor es cercana (algo mayor) a la que se produciría por conducción a través del fluido. Nota: A bajas velocidades los fluidos tienden a moverse como si fueran un conjunto de "láminas líquidas" superpuestas que deslizan unas sobre otras. No hay mezclado lateral (entre “láminas”) respecto a la dirección del movimiento global del fluido....