Fundamentos De La Convención

Fundamentos de la convección.
Hasta ahora se ha considerado la conducción, la cual constituye el mecanismo de transferencia de calor a través de un sólido o fluido en .reposo. Ahora, se considerará la convección, la cual constituye el mecanismo de transferencia de calor a través de un fluido, en presencia de un /movimiento masivo de éste.
La convección se clasifica como convección natural (olibre) y forzada, dependiendo de la manera en que se inicia el movimiento del fluido. En la convección forzada se obliga a que el fluido fluya sobre una superficie o en un tubo por medios externos, como una bomba o un ventilador, En la convección natural, cualquier movimiento del fluido es causado por medios naturales, como el efecto de flotación, el cual se manifiesta como la subida del fluidocaliente y la caída del fluido frío. La convección también se clasifica como externa e interna, dependiendo de si se obliga al fluido a fluir sobre una superficie o en un canal.

6.1.- Mecanismos físicos de la convección.
Al principio se mencionó que existen tres mecanismos básicos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. La conducción y la convección son semejantes puesrequieren la presencia de un medio material, pero difieren en que la convección requiere la presencia del movimiento de fluidos.
La transferencia de calor a través de un sólido siempre es por conducción, dado que las moléculas de un sólido de este tipo permanecen en posiciones relativamente fijas. Sin embargo, la transferencia de calor a través de un líquido o gas puede ser por conducción oconvección, dependiendo de la presencia de algún movimiento masivo del fluido. La transferencia de calor a través de un fluido es por convección cuando se tiene un movimiento masivo de este último y por conducción cuando no existe dicho movimiento. Por lo tanto, la conducción en un fluido se puede concebir como el caso límite de la convección, correspondiente al caso de fluido en reposo.
La transferenciade calor por convección es complicada por el hecho de que comprende movimiento del fluido así como conducción del calor. El movimiento del fluido mejora la transferencia de calor, ya que pone en contacto porciones más calientes y más frías de ese fluido, iniciando índices más altos de conducción en un gran número de sitios. Por lo tanto, la velocidad de la transferencia de calor a través de unfluido es mucho más alta por convección que por conducción. De hecho, entre más alta es la velocidad del fluido, mayor es la velocidad de la transferencia de calor.
La experiencia muestra que la transferencia de calor por convección depende con intensidad de las propiedades viscosidad dinámica µ, conductividad térmica k, densidad p y calor específico Cp del fluido, así como de la velocidad delfluido °V. También depende de la configuración geométrica y aspereza de la superficie sólida, además del tipo de flujo del fluido (el que sea laminar o turbulento). Por tanto, se espera que las relaciones de la transferencia de calor por convección sean un tanto complejas debido a su dependencia de tantas variables. Esto no es sorprendente, ya que la convección es el mecanismo más complejo detransferencia de calor.

A pesar de la complejidad de la convección, se observa que la velocidad de la
transferencia de calor por este mecanismo es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa de manera conveniente por la ley de Newton de enfriamiento como

o bien

h= coeficiente de transferencia de calor por convección, W/m² • °C
As = área superficial de transferencia de calor,m2
T, = temperatura de la superficie, °C
T; = temperatura del fluido suficientemente lejos de la superficie, °C

A juzgar por sus unidades, el coeficiente de transferencia de calor por convección h se puede definir como la velocidad de la transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido por unidad de área superficial por unidad de diferencia en la temperatura.
Cuando un...