Diseño Mecánico

Tipos de convección

26 diciembre, 2018
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La materia en la Tierra puede aparecer en tres estados, sólido, líquido y gaseoso. A estos dos últimos estados es a lo que genéricamente llamaremos fluidos. Cuando aportamos calor a un fluido las partículas que lo integran adquieren una mayor energía cinética, lo cual provoca un movimiento relativo ente ellas originando lo que se conoce como corrientes de convección

Al calentar un gas desde la parte inferior se produce una dilatación y una disminución de la densidad, motivo por el cual asciende. Por otro lado, el aire más frío de las capas superiores tenderá a descender, ocupando el espacio dejado por el gas más caliente.

En el caso de que  el aire no fuera invisible podríamos apreciar las corrientes convectivas que  tendrían distintos aspectos dependiendo de las diferencias de temperatura que se apliquen a la capa de fluido y del recipiente donde se encuentre éste confinado.

El caso más simple de convección es el de un fluido que no presenta superficies libres. En este caso, la tensión superficial no afectará al comportamiento del fluido  al carecer de superficie libre alguna y  el aspecto de las corrientes convectivas sería similar a rollos, es la llamada convección de Rayleigh-Bénard, en honor de Henri Bénard, quién fue el primero en observarla experimentalmente, y  a John Strutt, tercer barón Rayleigh, que la describió teóricamente.

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En el caso de que el fluido cuente con una superficie del  libre, generalmente la parte superior,  a los efectos de la gravedad y la fuerza de empuje habrá que sumarle los debidos a  la tensión superficial, magnitud que varía notablemente con la temperatura del fluido. En el fluido aparecen movimientos superficiales desde  las zonas de tensión superficial menor a las zonas de tensión superficial mayor destruyendo las estructuras de forma curva y aparecen otra estructuras, normalmente hexagonal, la denominada corriente de  convección de Bénard-Marangoni.

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Los  patrones que pueden aparecer en la convección pueden variar dependiendo del tipo  de líquido que se caliente, del gradiente de temperatura e incluso del punto por el que se aplique el calor. En el caso de que se caliente por la parte superior pueden incluso aparecer  estructuras pulsantes.

Las estructuras convectivas son bastante inestables  y cualquier perturbación las puede hace desaparecer momentáneamente o transformase en una corriente de otro tipo, es lo que se denomina la segunda inestabilidad.


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