Convección
La convección es el modo de transferencia de calor en la que el calor
se transfiere desde la cara de un sólido a un fluido (o gas) adyacente
en movimiento. La convección comprende dos elementos:
El mecanismo de convección se puede explicar de la siguiente manera:
a medida que la capa del fluido adyacente a la superficie caliente va
adquiriendo mayor temperatura, su densidad disminuye (a presión constante
la densidad es inversamente proporcional a la temperatura) y se vuelve
flotante. Un fluido más frío (más pesado) y cercano a la superficie reemplaza
al que se va calentando y así se forma un patrón de formas de circulación.
La tasa de intercambio de calor entre un fluido de temperatura Tf y la cara de un sólido de área A a
temperatura Ts se rige por la ley de enfriamiento
de Newton, que se puede expresar de la siguiente manera:
Qconvection
= h A (Ts
- Tf)
donde h es el coeficiente
de transferencia de calor por convección. Las unidades de h
son W/m2.KoBtu/s.in2.F.
El coeficiente de transferencia de calor por convección (h) depende del
movimiento, la geometría y las propiedades físicas y termodinámicas del
fluido.
Por lo general, existen dos modos de transferencia de calor por convección:
Convección natural (libre)
El movimiento del fluido adyacente a una cara sólida se origina debido
a las fuerzas de flotación, inducidas por los cambios en la densidad del
fluido y debido a las diferencias de temperatura entre el sólido y el
fluido. Cuando se deja enfriar una placa caliente al aire libre, las partículas
del aire adyacente a la cara de la placa se calientan, su densidad disminuye
y, por lo tanto, empiezan a elevarse.
Convección forzada
Se utiliza un medio externo, tal como
un ventilador o una bomba, para acelerar el paso del flujo del fluido
sobre la cara del sólido. El movimiento rápido de las partículas de fluido
sobre la cara del sólido maximiza el gradiente de temperatura y aumenta
la tasa de intercambio de calor. En la imagen a continuación se fuerza
aire sobre una placa caliente.
