¿Qué es la convección? Definición

¿Qué es la convección?

¿Qué es la convección?

En general, la convección es la transferencia de masa o la transferencia de calor debido al movimiento masivo de moléculas dentro de fluidos como gases y líquidos. Aunque los líquidos y gases generalmente no son muy buenos conductores de calor, pueden transferir calor rápidamente por convección .

La convección tiene lugar a través de la advección , difusión o ambas. La convección no puede tener lugar en la mayoría de los sólidos porque no puede tener lugar una difusión significativa de materia ni flujos de corriente a granel. La difusión del calor tiene lugar en sólidos rígidos, pero eso se llama conducción térmica .

El proceso de transferencia de calor entre una superficie y un fluido que fluye en contacto con ella se denomina transferencia de calor por convección . En ingeniería, la transferencia de calor por convección es uno de los principales mecanismos de transferencia de calor . Cuando se transfiere calor de un fluido a otro a través de una barrera, la convección está involucrada en ambos lados de la barrera. En la mayoría de los casos, la resistencia principal al flujo de calor es por convección. La transferencia de calor por convección tiene lugar tanto por difusión térmica (el movimiento aleatorio de las moléculas de fluido) como por advección, en la cual la materia o el calor es transportado por el movimiento a gran escala de las corrientes en el fluido.

Mecanismo de convección

En la conducción térmica , la energía se transfiere como calor debido a la migración de electrones libres u ondas vibratorias reticulares ( fonones ). No hay movimiento de masa en la dirección del flujo de energía. La transferencia de calor por conducción depende de la “fuerza” impulsora de la diferencia de temperatura. La conducción y la convección son similares en que ambos mecanismos requieren la presencia de un medio material (en comparación con la radiación térmica). Por otro lado, son diferentes en que la convección requiere la presencia de movimiento fluido.

Debe enfatizarse que , en la superficie, el flujo de energía ocurre  puramente por conducción, incluso en conducción. Es debido al hecho de que siempre hay una capa delgada de película de fluido estancada en la superficie de transferencia de calor.  Pero en las siguientes capas se producen movimientos de conducción y difusión de masa en el nivel molecular o macroscópico. Debido al movimiento de masa, la tasa de transferencia de energía es mayor. A mayor velocidad de movimiento de masa, más delgada será la capa de película de fluido estancada y mayor será la velocidad de flujo de calor.

Cabe señalar que la ebullición de nucleados en la superficie altera efectivamente esta capa estancada y, por lo tanto, la ebullición de nucleados aumenta significativamente la capacidad de una superficie para transferir energía térmica al fluido a granel.

Como se escribió, la transferencia de calor a través de un fluido es por convección en presencia de movimiento de masas y por conducción en ausencia de este. Por lo tanto, la conducción térmica en un fluido puede verse como el caso limitante de convección, correspondiente al caso del fluido inactivo.

Ley de enfriamiento de Newton

A pesar de la complejidad de la convección , se observa que la velocidad de transferencia de calor por convección es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa convenientemente por la ley de enfriamiento de Newton , que establece que:

La tasa de pérdida de calor de un cuerpo es directamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre el cuerpo y sus alrededores, siempre que la diferencia de temperatura sea pequeña y la naturaleza de la superficie radiante permanezca igual.

Tenga en cuenta que, ΔT viene dado por la temperatura de la superficie o la pared , la _pared T y la temperatura total , T _∞ , que es la temperatura del fluido suficientemente lejos de la superficie.