Introducción A La Convección

Introducción a la convección.
La convección es uno de los tres modos posibles de transferencia de calor. Como es sabido, la transferencia de calor se define como la energía en tránsito debido a un gradiente de temperatura. En el modo de transferencia de calor por convección, la transferencia ocurre debido a la interacción entre una superficie y un fluido en movimiento, los cuales están adiferentes temperaturas.
La transferencia de calor por convección se define utilizando la ley de enfriamiento de Newton, expresada mediante la ecuación o modelo:
q” = h (Ts - T∞ )
Donde q” es el flujo de calor (W/m2), Ts es la temperatura de la superficie limitante, T∞ es la temperatura del fluido en movimiento y h es el coeficiente de transferencia de calor por convección local
Para esta aplicaciónde la ley de enfriamiento de Newton, el coeficiente de transferencia de calor es la constante de proporcionalidad. Este coeficiente h depende de condiciones como la geometría de la superficie, la naturaleza del movimiento del fluido y otras propiedades termodinámicas. Hay casos en los cuales se utilizan valores típicos de h, presentados en el libro como una tabla.
En la transferencia de calorpor convección, el flujo local y la transferencia total son parámetros indispensables en cualquier problema de este tipo. Siempre es importante la determinación del coeficiente de transferencia de calor (h) aunque su cálculo no siempre será fácil de realizar, ya que este coeficiente involucra muchos parámetros como la densidad, la viscosidad, la conductividad térmica, el calor específico, lageometría de la superficie y las condiciones de flujo.
La transferencia de calor, cuando es clasificada de acuerdo la naturaleza del flujo. El primer caso es el de convección forzada. Este caso ocurre cuando el flujo es inducido por medios externos como una bomba, una turbina, el viento. El segundo caso, referente a la convección libre (o natural), define que la convección se produce por flujos inducidospor fuerzas de empuje surgidas debido a diferencias de densidad ocasionadas por las variaciones de la temperatura en el fluido.

Transferencia de calor por convección mediante el proceso de ebullición del agua

En esta imagen, se aprecia las diferencias que existen entre la transferencia de calor por convección y los otros modos de transferencia de calor. El modelo de convección se basa enel movimiento del fluido cualquiera, en este caso aire caliente.

Las calderas térmicas utilizan conceptos de transferencia de calor por convección para su correcto funcionamiento.

Capas límites
Capa límite hidrodinámica o de velocidad.
En la transferencia de calor por convección, intervienen diversas capas límites de convección. La primera capa límite que definiremos es la capa límitehidrodinámica o de velocidad. Cuando una superficie limitante y un fluido en movimiento, ambos a diferentes temperaturas, experimentan una interacción, se desarrolla una región en el fluido en la cual la velocidad varía de cero en la superficie, asociado con el flujo en ese momento. Al momento en el que las partículas del fluido hacen contacto con la superficie limitante, adquieren velocidad cero. Apartir de eso, las partículas actúan para retardar el movimiento de partículas en la capa contigua del fluido, la cual actúa para retardar el movimiento de la siguiente capa, y así sucesivamente hasta una distancia y = δ en la cual este efecto se hace despreciable. La desaceleración o retardo del fluido ya mencionado, se relaciona con los esfuerzos cortantes τ, los cuales actúan en planos paralelosa la velocidad del fluido. Aumentando la distancia, el componente x de la velocidad del fluido (u) aumenta hasta llegar a un valor finito u∞. El subíndice ∞ es utilizado para indicar las condiciones del flujo libre fuera de la capa límite. Definimos δ como el espesor de la capa límite, definida como el valor de y cuando u = 0.99 u∞.
El perfil de velocidad de la capa límite define la forma en...