Transferencia de calor

Convección de calor
La convección es el término que se usa para describir la transferencia de calor desde una superficie a un fluido en movimiento. En contraposición con la conducción, la convección implica transporte de energía y de materia, por lo tanto, esta forma de transmisión de calor es posible solamente en los fluidos y es además característica de ellos.

Son procesos muycomplicados que dependen de muchos factores, como el origen del movimiento (convección libre, convección forzada), las condiciones del movimiento (régimen laminar, régimen turbulento), el campo de velocidades del fluido, sus propiedades físicas y químicas (viscosidad, calor especifico, densidad, conductividad térmica, etc.), la geometría de las paredes limitantes del fluido (perfil, dimensiones), lastemperaturas en el fluido y en las paredes, entre otras condiciones de contorno.
La transferencia de calor por convección se puede dividir en dos clases. La convección natural o libre en la que la fuerza motriz procede de la variación de densidad en el fluido como consecuencia del contacto con una superficie a diferente temperatura, lo que da lugar a fuerzas elevadas. El fluido próximo a lasuperficie adquiere una velocidad debida únicamente a esta diferencia de densidades, sin ninguna influencia de fuerza motriz exterior. Ejemplos típicos son la transmisión de calor al exterior desde la pared o el tejado de una casa en un día soleado sin viento, la convección en un tanque que contiene un líquido en reposo en el que se encuentra sumergida una bobina de calefacción, el calor transferido desdela superficie de un colector solar en un día en calma, etc.
Y La convección forzada que tiene lugar cuando una fuerza motriz exterior mueve un fluido sobre una superficie que se encuentra a una temperatura mayor o menor que la del fluido, es decir, es causada por fuerzas de empuje debido a las diferencias de densidad. Esa fuerza motriz exterior puede ser un ventilador, una bomba, el viento,etc. Como la velocidad del fluido en la convección forzada es mayor que en la convección natural, se transfiere, por lo tanto, una mayor cantidad de calor para una determinada temperatura.
Los flujos ya sean en la convección natural o forzada pueden ser laminar o turbulento, donde el laminar es más común cuando las velocidades son bajas, las dimensiones son pequeñas y los fluidos son másviscosos, mientras que el turbulento ocurre cuan el número de Reynolds es mayor que 2300.
En el laminar, el movimiento del fluido es altamente ordenado y es posible identificar líneas de flujo a lo largo de las cuales se mueven las partículas, en cambio en el turbulento el movimiento es altamente irregular y se caracteriza por fluctuaciones de velocidad, estas aumentan la transferencia de momento yenergía y por consiguiente aumenta la fricción de la superficie así como la transferencia por convección. Las velocidades de transferencia de calor suelen ser mayores en lo flujos turbulentos, con respecto a los laminares, debido a la mezcla violenta que sufre el fluido.
Muchos autores establecen que la transferencia de energía por convección es un fenómeno complicado en donde participan un grannúmero de efectos, no hay suficiente información para permitir la formulación, ya sea de las ecuaciones diferenciales que lo gobiernan, ó de una noción clara y completa del fenómeno al cual se le puedan aplicar leyes fundamentales. El análisis debe ser experimental y la correlación de las observaciones será un acercamiento empírico a la ecuación que describa correctamente el proceso.
Unaherramienta que es utilizada en fenómenos tan complicados es el análisis dimensional, esta metodología permite obtener una relación entre un conjunto de ciertos números adimensionales, que de alguna forma, incluyen toda la información necesaria para describir el fenómeno con un cierto rigor (cuanto mayor sea este más información se requiere).
Cada número adimensional es una medida del comportamiento...