Estudiante

Habíamos definido que el calor se transmite por convección en el caso de los fluidos: gases o líquidos, cuando absorben calor en una porción y luego esta porción se desplaza mezclándose con otra más fría cediéndole calor. Este movimiento se denomina corriente de convección y si es provocado por diferencias de densidad debidas a diferencias de temperatura, tenemos, el fenómeno de convecciónnatural.
Si, en cambio, el movimiento del fluido se efectúa por medio de un agitador, una bomba o un ventilador, corresponde a la convección forzada.
Cuando un fluido está en contacto con una pared sólida de mayor temperatura, aunque el fluido se encuentra en movimiento turbulento, se forma junto a la pared una película de fluido. Cuanto más turbulenta sea el movimiento, más delgada es la película,también llamada capa límite. El fenómeno de transmisión de calor de la pared al fluido se realiza por conducción a través de la película y a la vez por convección del fluido. En conjunto, el fenómeno es complejo porque la cantidad de calor transmitida dependerá de varios factores concurrentes: como ser la naturaleza del fluido ; el estado del fluido (densidad, viscosidad, calor específico yconductibilidad térmica); de la velocidad del fluido (si es mínima, el movimiento será laminar y si es considerable, turbulento); de que el intercambio de calor provoque evaporación, condensación o formación de la película; de la forma del sólido (pared plana o curva, vertical u horizontal); de la naturaleza de la superficie (rugosa o lisa) y de que el sólido sea buen o mal conductor.
La cantidad decalor transmitida por convección se expresa por la Ley de Newton:
δϕ = α S dt dτ
En esta expresión empírica, α se denomina coeficiente de convección, coeficiente pelicular o coeficiente de conductibilidad exterior, y se puede definir como la cantidad de calor que se transmite a través de la unidad de superficie de separación entre el sólido y el fluido, cuando la diferencia de temperatura entreambos es unitaria y en la unidad de tiempo. El coeficiente pelicular tiene en cuenta todas las variables enunciadas anteriormente por lo que el problema fundamental de la transmisión de calor por convección es encontrar el valor que resulte apropiado para cada caso en particular. Su valor en el sistema técnico oscila entre unas pocas unidades (aire casi quieto) y más de 10.000 (vapor saturado que secondensa).
Unidades de α: si despejamos en la expresión de Newton: [pic]
En el sistema SI.:   [pic]   o bien   [pic]
en el técnico: [pic]
y en el c.g.s. [pic]

Consideraciones generales sobre los coeficientes peliculares

Para calcular el valor de α se puede proceder en forma teórica o experimental. En esta última forma, los resultados se deberán aplicar solamente a casos análogos a lasexperiencias realizadas. Las ecuaciones que sean utilizadas para determinar α deberán incluir todas las propiedades del fluido en particular y las condiciones de su movimiento.
En forma teórica, uno de los métodos más útiles encontrados hasta ahora y que permite relacionar todos los factores que intervienen en la convección es el análisis dimensional, también llamados modelos de similitud. En estemétodo, las variables se vinculan y ordenan en grupos adimensionales, o sea relaciones numéricas sin unidades o dimensiones.
Los grupos más importantes que se han determinado son:
Número de Grashof: [pic]
Número de Nusselt: [pic]
Número de Prandtl: [pic]
Número de Reynolds: [pic]
Donde: α es el coeficiente pelicular, D las dimensiones lineales del recinto (por ejemplo el diámetro o longitud deuna cañería), λ el coeficiente de conductibilidad, ω la velocidad lineal del fluido, η su viscosidad, c el calor específico, δ la densidad, g la aceleración de la gravedad, β el coeficiente de dilatación cúbica y Δt , la diferencia de temperatura.
El número de Reynolds contiene la velocidad del fluido, por lo tanto medirá su grado de turbulencia y será importante en el caso de la convección...