Transferència de calor per convecció
La transferència de calor per convecció, a sovint denominada simplement convecció, és la transferència de calor d'un lloc a un atre pel moviment de decorreguts. La convecció sol ser la forma dominant de transferència de calor en líquits i gasos. Encara que a sovint es discutix com un método distint de transferència de calor, la transferència de calor per convecció involucra els processos combinats de conducció desconeguda (difusió de calor) i advección (transferència de calor per fluix de decorregut).
Generalitats
[editar | editar còdic]La convecció pot ser "forçada" pel moviment d'un decorregut per atres mijos que no siguen les forces de flotació (per eixemple, una bomba d'aigua en un motor d'automòvil). L'expansió tèrmica dels decorreguts també pot forçar la convecció. En atres casos, les forces de flotabilitat naturals soles són completament responsables del moviment del decorregut quan el decorregut es calfa, i este procés es diu "convecció natural". Un eixemple és el tir en un fumeral o al voltant de qualsevol incendi. En la convecció natural, un aument en la temperatura produïx una reducció en la densitat, lo que a la seua volta provoca un moviment dels decorreguts per pressions i forces quan els decorreguts de diferents densitat es veuen afectats per la gravetat (o qualsevol força g). Per eixemple, quan l'aigua es calfa en una estufa, l'aigua calenta del fondo de la paella puja, desplaçant el líquit més fret i dens, que cau. Una volta que s'ha detingut el calfament, la mescla i la conducció d'esta convecció natural eventualment donen com resultat una densitat casi homogénea i inclús una temperatura. Sense la presència de gravetat (o condicions que causen una força g de qualsevol tipo), no es produïx convecció natural i solament funcionen els modos de convecció forçada.
El modo de transferència de calor per convecció comprén un mecanisme. Ademés de la transferència d'energia pel moviment molecular específic (difusió), l'energia es transferix per moviment macroscòpic o decorregut del decorregut. Este moviment està associat en el fet de que, en qualsevol instant, grans cantitats de molècules es mouen colectivament o com agregats. Tal moviment, en presència d'un gradient de temperatura, contribuïx a la transferència de calor. Degut a que les molècules en conjunt retenen el seu moviment aleatori, la transferència de calor total es deu a la superposició del transport d'energia pel moviment aleatori de les molècules i pel moviment general del decorregut. És habitual usar el terme convecció quan es referix a este transport acumulatiu i el terme advección quan es referix al transport pel moviment del decorregut a granel.[1]
Tipos
[editar | editar còdic]
Es poden distinguir dos tipos de transferència de calor per convecció:
- Convecció lliure o natural: quan el moviment del decorregut és causat per forces de flotabilitat que resulten de les variacions de densitat degudes a variacions de temperatura tèrmica ± en el decorregut. En absència d'una font interna, quan el decorregut està en contacte en una superfície calenta, les seues molècules se separen i es dispersen, lo que fa que el decorregut siga menys dens. Com a conseqüència, el decorregut es desplaça mentres que el decorregut més fret es torna més dens i el decorregut s'afona. Per lo tant, el volum més calent transferix calor cap al volum més fret d'eixe decorregut.[2] Eixemples familiars són el fluix d'aire cap a dalt per un fòc o objecte calent i la circulació d'aigua en un gorc que es calfa des d'avall.
- Convecció forçada: quan un decorregut és forçat a fluir sobre la superfície per una font interna com a ventiladors, per mig d'agitació i bombes, creant una corrent de convecció induïda artificialment.[3]
En moltes aplicacions de la vida real (per eixemple, pèrdues de calor en receptors centrals solars o refredat de panels fotovoltaics), la convecció natural i forçada ocorre al mateix temps (convecció mixta).[4]
El fluix intern i extern també pot classificar la convecció. El fluix intern ocorre quan un decorregut està tancat per un llímit sòlit, com quan fluïx a través d'una canonada. Un fluix extern ocorre quan un decorregut s'estén indefinidament sense trobar una superfície sòlida. Abdós tipos de convecció, ya siga natural o forçada, poden ser interns o externs perque són independents entre sí. La temperatura aparent, o la temperatura promig del decorregut, és un punt de referència convenient per a evaluar les propietats relacionades en la transferència de calor per convecció, particularment en aplicacions relacionades en el fluix en canonades i conductes.
Es pot fer una classificació adicional depenent de la suavitat i ondulacions de les superfícies sòlides. No totes les superfícies són planes, encara que una gran part de l'informació disponible tracta de superfícies planes. Les superfícies irregulars ondulades es troben comunament en dispositius de transferència de calor que inclouen colectors solars, bescanviadors de calor regeneratius i sistemes d'almagasenament d'energia subterràneus. Tenen un paper important que eixercitar en els processos de transferència de calor en estes aplicacions. Ya que aporten una complexitat adicional per les ondulacions en les superfícies, deuen abordar-se en delicadea matemàtica a través d'elegants tècniques de simplificació. També afecten les característiques de fluix i transferència de calor, per lo que es comporten de manera diferent a les superfícies planes rectes.[5]
Per a una experiència visual de convecció natural, es pot colocar un got ple d'aigua calenta i una miqueta de colorant roig dins d'una pecera en aigua freda i clara. Es pot vore que les corrents de convecció del líquit roig aumenten i disminuïxen en diferents regions, i després s'estabilisen, lo que ilustra el procés a mida que es dissipen els gradient de calor.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ Incropera DeWitt VBergham Lavine 2007, Introduction to Heat Transfer, 5th ed., pg. 6 ISBN 978-0-471-45727-5
- ↑ http://biocab.org/heat_transfer.html [1] archivat en Wayback Machine. Biology Cabinet organization, April 2006, "Heat Transfer", Accessed 20/04/09
- ↑ http://www.engineersedge.com/heat_transfer/convection.htm Engineers Edge, 2009, "Convection Heat Transfer",Accessed 20/04/09
- ↑ Garbrecht. «Large eddy simulation of three-dimensional mixed convection on a vertical plate». RWTH Aachen University.
- ↑ Aroon Shenoy, Mikhail Sheremet, Ioan Pop, 2016, Convective Flow and Heat Transfer from Wavy Surfaces: Viscous Fluids, Porous Mija, and Nanofluids, CRC Press, Taylor & Francis Group, Florida ISBN 978-1-498-76090-4
- Este artícul conté una traducció derivada de «Transferencia de calor por convección» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.