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4.2.- Convección

TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN

Es la transmisión de calor que se produce en un medio líquido o gaseoso. Si calentamos un líquido en un recipiente, la masa que está en la parte inferior se calienta en primer lugar y su densidad disminuye, por lo que tiende a ir hacia arriba desplazando al líquido que está más frío, que por su mayor densidad se va al fondo. De este modo, se establece una circulación del líquido. En la calefacción por medio de emisores (radiadores) sucede algo parecido con el aire de la habitación. El aire que está en contacto con el emisor se calienta y por densidad va hacia arriba, desplazando al aire frío que desciende. Se crea una circulación de aire por toda la habitación. Ello lo habrás comprobado en el experimento propuesto al inicio de este apartado con el programa Energy2D.

Si nos referimos a la transmisión a través de un cuerpo sólido, por ejemplo el muro de una vivienda o las paredes de una cámara frigorífica, tendremos que tener en cuenta la convección de la película de aire cercana a esos cerramientos. El fenómeno de la convección es muy complejo, tal como puede verse en las simulaciones que podemos realizar en el programa Energy2D. La siguiente fórmula, en apariencia simple, no lo es tanto. El coeficiente de convección no sólo depende del tipo de fluido, sino de las condiciones en las que se produce, que van variando de forma irregular e inestable.

Se calcula  

Siendo:

hc = Coeficiente de convección, en elaire oscila entre  5 W/m2K y 25 W/m2K en convección natural y entre 25 W/m2K y 250 W/m2K en forzada

El resto de valores son similares al caso de conducción, siendo las temperaturas, las existentes entre la superficie caliente y el fluido (aire) que la rodea
                                                                  

Como se ha dicho, es muy complejo calcular el valor hc ya que depende de muchos factores: temperatura del cerramiento y del aire, forma del cerramiento, velocidad del aire, etc. Es por ello que se emplean valores empíricos fruto de la experiencia.

Para saber más

Utilizando el programa Energy2D, podemos comparar el proceso de transmisión del calor por conducción y convección. Seleccionando en Examples el botón de Conduction y posteriormente el de Comparing Natural Convection and Conduction, obtenemos un resultado similar al del dibujo. En él vemos que el termómetro al final de cada medio (aire y pared sólida) marca temperaturas diferentes, a pesar de que tenemos una misma fuente de calor. Esto hay que tenerlo en cuenta en las instalaciones de suelo radiante, ya que el calor tarda más en salir y, también, en desaparecer. Los sistemas de control, en los que se tenga en cuenta esta inercia térmica, son importantes.

Simulación Energy2D
Charles Xie. Simulación Energy2D (CC BY)