Convección Forzada (II)

En el caso del radiador de automóvil, el flujo de agua se debe a un gradiente de presión, es decir, se bombea agua (se forza) a través de los tubos mediante una bomba de agua. Esta forma de convección se conoce como convección forzada. En el caso del tubo que cede calor al aire del cuarto, el movimiento de las partículas de aire se debe a fuerzas de flotamiento provocadas por diferencias en la densidad del aire, esto es, debido a la fuerzas de flotamiento que ocurren de forma natural. Tal forma de transferencia de calor se llama convección natural o libre. La discusión de transferencia de calor por convección se puede dividir de manrea conveniente en dos áreas, a saber convección forzada y convección natural. Pueden ocurrir situaciones donde ambas formas de convección actúan simultáneamente y se tiene entonces una convección combinada. Esto se discute al final del capitulo acerca de convección natural. Usualmente, la convección forzada es de mayor interés practico que la convección natural. Usualmente, la convección forzada es de mayor interés practico que la convección natural, debido a sus aplicaciones industriales. La mayoría de los aparatos industriales de calentamiento o enfriamiento, como intercambiadores de calor, condensadores, boilers, etc., incluyen en su diseño la transfenfecia de calor por convección forzada. Por otra parte, la convección natural juega un papel importante en el calentamiento de casas por medio de calentadores de uniones en paredes, en problemas ecológicos y en polución térmica. En este capítulo discutiremos la convección forzada y el siguiente se dedica a al convección natural.

Hemos visto en el capítulo anterior que existen dos tipos de flujo, laminar y turbulento. La magnitud del número de Reynolds determina si el flujo será laminar o turbulento. El análisis de transferencia de calor para la convección es, en general, más complejo que para la conducción de calor, debido a que se deben satisfacer la conservación de masa de momento, además de cumplirse el principio de conservación de la energía.

Para flujo turbulento, el análisis se hace extremadamente complejo, debido al transporte d emomento y de energía que resulta del movimiento de remolinos. La mayoría de lso problema de transferencia de calor por convección que se encuentran en la práctica, incluyen flujo turbulento. Por lo tanto, se acostumbra confiar, en gran parte, en datos experimentales y correlaciones empíricas. Por otra parte, los análisis de transferencia de calor laminar resultan un vehículo útil para presentar los principios básicos de la convección y, al mismo tiempo, proporcionar resultados de alguna importancia práctica. Por lo tanto, comenzamos por analizar la transferencia de calor para flujo laminar en tubos y en una capa frontera laminar sobre una placa plana. En este último caso, se presentará un método aproximado y un método exacto. Entonces se presentan correlaciones empíricas para transferencia de calor en flujo turbulento para muchas de las situaciones de flujo que usualmente se encuentran.