Operaciones Básicas/Transmisión por convección 5.2

Convección

La velocidad de transmisión de calor y por tanto el valor del coeficiente de convección h, y su relación con las condiciones del flujo dependen de:

• Si el flujo ocurre en régimen laminar o turbulento.
• Si la convección es natural o forzada.
• Si el flujo ocurre en el interior de una conducción o externamente a un cuerpo.

Del análisis dimensional de la transmisión de calor por convección (flujo interno y externo) se derivan varios números adimensionales que sirven para caracterizar la convección.

• Así, se define el número de Nusselt, como

$Nu_{L}={\frac {h\cdot L}{k}}$

(2.1)

; donde L es la dimensión característica.

• El Re de la mecánica de fluidos, que como se ha visto se define como

$Re={\frac {u\cdot L\cdot \rho }{\mu }}$

(2.2)

*Y el Pr, que relaciona la viscosidad con las propiedades térmicas del fluido

$Pr={\frac {\mu \cdot C_{p}}{k}}$

(2.3)

Para las condiciones en las que pierden su sentido (prueba a calcular el Re de una corriente convectiva de aire sobre un calefactor), el análisis dimensional da otros números:

• Sólo para convención forzada se sustituye el Nu por el Stanton

$St={\frac {Nu}{Re\cdot Pr}}={\frac {h}{\rho \cdot u\cdot C_{p}}}$

(2.4)

*Sólo para flujo externo se sustituye el Re por el Grashof

$Gr={\frac {\rho ^{2}\cdot \beta \cdot g\cdot L^{3}}{\mu ^{2}\cdot }}\Delta T$

(2.5)

Otro parámetro que se suele emplear es el Rayleigh

$Ra=Gr\cdot Pr$

(2.6)