Física

Transferencias de Calor – Convección

Publicado por Monica González

Ese mecanismo no incluye transferencia microscópica de calor, por átomos o moléculas, como descrito anteriormente. Convección es el flujo de calor por ocasión de un movimiento macroscópico, cargando partes de la substancia de una región caliente para una región fría. Dicho mecanismo posee dos aspectos, uno tiene que ver con el principio de Arquímedes y el otro con la presión.

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Supongamos que tenemos una región de aire que se calienta. Al paso que el aire se calienta, las moléculas de aire se propagan, haciendo con que dicha región se torne menos densa que el ambiente alrededor, el aire no caliente. Siendo menor denso este aire se elevará – ese movimiento de aire caliente para una región más fría llamase transferencia de calor por convección.

Un buen ejemplo de convección es el calentamiento de una olla de agua. Cuando la llama se prende el calor es transferido en primer lugar por conducción a partir del fondo de la olla. En un determinado momento, el agua empieza a crear bollas – las bollas son regiones locales de agua caliente subiendo para la superficie, llevando calor de la parte caliente para la parte más fría, más densa, arriba, por convección. Al mismo tiempo, el agua más fría, más densa, de la parte de arriba de la olla se hundirá, y será calentada en seguida. Dichas corrientes de convección se ilustran en la imagen abajo.

Corrientes de convección en agua hirviendo.

Considere dos regiones separadas por una barrera, una a temperatura mayor que la otra, y supongamos que la barrera sea removida en un determinado instante. Las corrientes de convección son ilustradas en el dibujo abajo.

Flujo de material debido a una diferencia de presión

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Cuando se remueve la barrera, el material en la región de alta presión (alta densidad) fluirá para la región de baja presión (baja densidad). Si consideramos que la región de baja presión es creada por una fuente de calor, verificamos que el movimiento del material es equivalente a la transferencia de calor por convección.

Otro ejemplo de corrientes de convección que puede ser interpretado de esa misma forma es la de la creación de brisa para la costa cerca a grandes cantidades de agua (ej. el mar). El agua posee un gran calor específico, y consecuentemente mantiene más el calor. Luego, durante el día sobre el agua se será más frio que sobre la tierra. Eso crea una región de baja presión sobre la tierra, con relación a la alta presión sobre el agua. Así, una brisa sopla del agua para la tierra. Por otro lado, durante la noche el aire sobre el agua es un poco más caliente que sobre la tierra, creando una baja presión sobre el agua en relación a la alta presión sobre la tierra, y una brisa sopla de la tierra para el agua. Mire el dibujo abajo.

Formación de brisas cerca a grandes cantidades de agua.

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Radiación

La tercera forma de transferencia de calor es por radiación, que generalmente llamamos de luz, sea visible o no. Esa es la forma, por ejemplo, que usa el sol para transferir energía para la tierra a través del espacio vacío. Dicha transferencia no puede ocurrir por convección o conducción, pues ambos procesos implica un movimiento del material a través del espacio de un lugar para otro.

Frecuentemente, la energía de calor puede ser utilizada para hacerse luz, como por ejemplo la que proviene de una hoguera. La luz, como una onda, carga energía, y puede moverse de un lugar para otro sin la necesidad de un medio material. Ella puede estar bajo forma de luz visible, pero también bajo forma de infrarrojo de una longitud de onda mayor, que es observada solamente con detectores especiales de infrarrojo.

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