conveccion natural

Qu es la conveccin natural (o libre)?

La conveccin es el modo de transferencia de energa entre una superficie slida y el lquido o gas adyacente que est en movimiento y comprende los efectos combinados de la conduccin y el movimiento de fluidos.Entre ms rpido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por conveccin.En ausencia de cualquier movimiento masivo de fluido, la transferencia de calor entre una superficie slida y el fluido adyacente es por conduccin pura. La presencia de movimiento masivo del fluido acrecienta la transferencia de calor entre la superficie slida y el fluido, pero tambin complica la determinacin de las razones de esa transferencia.Considere el enfriamiento de un bloque caliente al soplar aire fro sobre su superficie superior. La energa se transfiere primero a la capa de aire adyacente al bloque, por conduccin. En seguida, esta energa es acarreada alejndola de la superficie, por conveccin; es decir, por los efectos combinados de la conduccin dentro del aire, que se debe al movimiento aleatorio de molculas de ste, y del movimiento masivo o macroscpico de ese aire que remueve el aire calentado cercano a la superficie y lo reemplaza por otro ms fro.La conveccin recibe el nombre de conveccin forzada si el fluido es forzado a fluir sobre la superficie mediante medios externos como un ventilador, una bomba o el viento. Como contraste, se dice que es conveccin natural (o libre) si el movimiento del fluido es causado por las fuerzas de empuje que son inducidas por las diferencias de densidad debidas a la variacin de la temperatura en ese fluido. Por ejemplo, en ausencia de un ventilador, la transferencia de calor del bloque caliente ser por conveccin natural, ya que, en este caso, cualquier movimiento en el aire se deber a la elevacin del aire ms caliente (y, por lo tanto, ms ligero) cercano a la superficie y la cada del ms fro (y, por lo tanto, ms pesado) para llenar su lugar.

La transferencia de calor entre el bloque y el aire circundante ser por conduccin si la diferencia de temperatura entre el aire y el bloque no es suficientemente grande como para vencer la resistencia de ese aire al movimiento y, por consiguiente, para iniciar corrientes naturales de conveccin.

Cul es el significado del coeficiente convectivo?

Los procesos de transferencia de calor que comprenden cambio de fase de un fluido tambin se consideran como conveccin a causa del movimiento de ese fluido inducido durante el proceso, como la elevacin de las burbujas de vapor durante la ebullicin o la cada de las gotitas de lquido durante la condensacin.A pesar de la complejidad de la conveccin, se observa que la rapidez de la transferencia de calor por conveccin es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa en forma conveniente por la Ley de enfriamiento de Newton como:

Qconv = h As (Ts - T) (W)

Donde h es el coeficiente de transferencia de calor por conveccin, en las unidades de W/mC o Btu/h ft2 F; A es el rea superficial a travs de la cual tiene lugar la transferencia de calor por conveccin, Ts es la temperatura de la superficie y s es la temperatura del fluido suficientemente alejado de esta superficie.

El coeficiente de transferencia de calor por conveccin h no es una propiedad del fluido. Es un parmetro que se determina en forma experimental y cuyo valor depende de todas las variables que influyen sobre la conveccin, como la configuracin geomtrica de la superficie, la naturaleza del movimiento del fluido, las propiedades de ste y la velocidad masiva del mismo.

Algunos no consideran a la conveccin como un mecanismo fundamental de transferencia del calor ya que, en esencia, es conduccin de calor en presencia de un movimiento de fluido. Pero todava se necesita dar un nombre a este fenmeno combinado, a menos que se desee seguir refirindose a l como conduccin con movimiento de fluido. Por lo tanto, resulta prctico reconocer a la conveccin como un mecanismo separado de transferencia de calor, a pesar de los argumentos vlidos en contra.

Tomado de:Transferencia de Calor y Masa, fundamentos y aplicaciones.; CENGEL, Y. y GHAJAR, A., Ed. McGraw Hill, 4ta edicin, Mxico, (2011), Pp. 25-27,519-523.