Convección Natural y Forzada: Semejanzas y Diferencias, Apuntes de Termodinámica

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7-10-2019 La convección

natural y

convección

forzada

Semejanzas y diferencias

Por: CORTEZ CHALATE MARTIN DAMIAN

Índice

• Convección natural y forzada
• Semejanzas y diferencias
• Parámetros
• Aplicaciones
• Conclusiones

para dispositivos electrónicos: cuando la refrigeración es por convección natural —refrigeración pasiva—, la superficie necesaria para disipar el calor puede ser muchísimo mayor que la necesaria con un sistema de refrigeración por convección forzada —refrigeración activa

Semejanzas y diferencias

Los 2 tipos de convección engloban conceptos que son importantes a la hora de su estudio y esto conlleva a que tengan o no tengan cosas en común, y la diferencia que se puede notar a simple vista es que la convección natural se da sin que ningún factor externo intervengan en este proceso, con factor externo nos referimos a algún tipo de mecanismo que se encargue de modificar las características del fluido a la hora de la convección. En cuanto a la convección forzada, como su nombre lo dice se forzar a que la convección se de, modificando por medio de factores externos las características del fluido. La diferencia se observará al momento en el que en el sistema de ventilación forzada, el calor se reparte más y se calienta el ambiente en menos tiempo. En la convección forzada el fluido se mueve por la acción de una fuerza externa, en cambio en la convección natural el fluido se mueve debido a cambios de densidad que resultan del calentamiento o enfriamiento del fluido. Por lo tanto, en la convección natural las fuerzas de flotación generan el movimiento del fluido.

La convección natural y la forzada son cosas un tanto diferentes, eso no quiere decir que no tengan semejanzas, y la principal es que los dos tipos de proceso manipulan fluidos, los cuales varían sus características como la temperatura, la densidad, etc. por lo tanto estos 2 procesos toman en cuenta la dinámica del fluido ¿A que nos referimos con dinámica del fluido? Nos referimos al movimiento que tienen los fluidos al momento de ser afectados por estos procesos. Otra semejanza que se puede encontrar en estos 2 procesos es que se presentan en un espacio

libre, ósea que, en el espacio solo encuentra el fluido en contacto con los factores que modifican, excepto en la convección natural o libre, tal como se mencionó con anterioridad.

Un ejemplo de semejanza en los dos tipos de procesos es que en los dos se genera un fuerza, por un lado, en la convección forzada, se podría dar el ejemplo de un ventilador, este al accionarse empuja el fluido por medio del aire que genera las hélices del ventilador, creando así una fuerza de empuje, haciendo que el fluido se mueva, por otro lado en la convección natural se habla de una fuerza de flotación la cual es inducida o creada por la densidad

Parámetros

El coeficiente de película, coeficiente de convección o coeficiente de transmisión superficial, representado habitualmente como h, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección.

La transferencia de calor por convección se modela con la Ley del enfriamiento de Newton:

El coeficiente de convección depende de múltiples parámetros relacionados con el flujo del fluido a través del cual se da la convección:

 del tipo de convección (forzada o natural),  del régimen del fluido (laminar o turbulento),

Aplicaciones

Una de las aplicaciones más compleja es el uso de calderas de vapor, son unas de las primeras aplicaciones de los intercambiadores de calor. Con frecuencia se emplea el término generador de vapor para referirse a las calderas en las que la fuente de calor es una corriente de un flujo caliente en vez de los productos de la combustión a temperatura elevada.

Las torres de enfriamiento se han utilizado ampliamente para desechar en la atmósfera el calor proveniente de procesos industriales en vez de hacerlo en el agua de un río, un lago o en el océano. Las torres de refrigeración o enfriamiento son estructuras diseñadas para disminuir la temperatura del agua y otros medios. El uso principal de las grandes torres de refrigeración industriales es el de rebajar la temperatura del agua de refrigeración utilizada en plantas de energía, refinerías de petróleo, plantas petroquímicas, plantas de procesamiento de gas natural y otras instalaciones industriales. El aumento de tamaño de los materiales, a menudo por efecto del aumento de temperatura. Los diferentes materiales aumentan más o menos de tamaño, y los sólidos, líquidos y gases se comportan de modo distinto. La dilatación térmica puede aprovecharse. El aluminio, por ejemplo, se dilata dos veces más que el hierro. Si soldamos en una barra dos tiras paralelas de estos metales y la calentamos, la mayor dilatación del aluminio hará que la barra se doble hacia un lado; y si la enfriamos ocurrirá exactamente al contrario. Habremos fabricado así un termómetro que puede señalarnos las temperaturas y, en ciertos casos, un termostato.

Conclusiones

De acuerdo a lo expuesto con anterioridad se puede concluir en indicar la importancia de estos procesos, ya que engloban conceptos que se tienen que tomar en cuenta la hora de estudiar la transferencia de calor.

La convección de acuerdo a lo investigado es un proceso en el cual se transfiere calor de un objeto a otro. Es una de las tres formas de transferencia de calor (conducción, convección y radiación) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección se divide en dos tipos, la natural y la forzada, las cuales como se muestran en lo antes investigado son muy diferentes pero eso no implica que tengan grandes semejanzas, estas características son fundamentales ya que al momento de estudiar estos fenómenos se deben de tomar en cuenta para poder hacer un buen uso o aplicarlo a algún modelo ingenieril, maquina o sistema el cual requiera de estos requerimientos, en los cuales exista un gran uso de las condiciones del calor, en este caso la transferencia.

El campo en el cual se pueden desempeñar estos procesos es amplio, debido a que hoy en la actualidad existen sistemas o estructuras las cuales hacen del aprovechamiento de la convección ya sea natural o forzada, tal como se expuso anteriormente existen unas estructuras llamadas torres de enfriamiento, las cuales son claros ejemplos del gran uso que se le puede dar a estos fenómenos, claro, tomando en cuenta la sustentabilidad, los costos, entre otros factores los cuales se tiene que tomar en cuenta al momento de empezar con un proyecto dirigido a la transferencia de calor.