Los fenómenos de transferencia de energía desempeñan un papel fundamental en la comprensión de la dinámica y la conversión energética en diversos procesos, abarcando desde la fabricación industrial hasta las reacciones químicas, así como los sistemas de climatización y calefacción. La convección es el proceso de llevar calor a través de un fluido en movimiento, como aire o agua, ya sea de forma natural (como en la atmósfera) o inducida (como en sistemas de calefacción). La conducción térmica es el fenómeno que surge cuando existe una disparidad de temperaturas en un medio, permitiendo el flujo de energía térmica desde áreas de mayor a menor temperatura mediante el movimiento vibratorio de las partículas constituyentes del material. Esta interacción es de suma importancia en los procesos de transformación, donde la gestión eficiente de la energía térmica es esencial para su correcto desarrollo.

En un laboratorio de biotecnología, se está llevando a cabo un experimento que involucra dos placas paralelas verticales de dimensiones L×HL×H colocadas a diferente temperatura. La placa caliente tiene una temperatura constante de TH y la placa fría tiene una temperatura constante de TC, con TH>TC. Se supone que se establece un flujo de calor por convección natural entre las dos placas.

Datos:

• Temperatura de la placa caliente (TH): 100°C.

• Temperatura de la placa fría (TC): 25°C.

• Distancia entre las placas (H): 0.02 metros.

• Longitud de las placas (L): 0.1 metros.

• Propiedades del aire:

o Conductividad térmica (kaire): 0.026 W/(m·°C).

o Viscosidad cinemática (ν): 15.11×10−615.11×10−6 m²/s.

o Prandtl número (Pr): 0.71.

Los modelos matemáticos representan una descripción teórica estructurada en ecuaciones que ilustran el comportamiento físico inherente a la convección forzada. Estos modelos, en su mayoría, se originan a partir de los fundamentos de la física, como las leyes de conservación de masa, momento y energía. Los procesos de cálculo se definen como los procedimientos empleados para resolver los modelos matemáticos y alcanzar soluciones numéricas o analíticas.

Los modelos matemáticos ofrecen una visión conceptual y teórica de la convección forzada, mientras que los procesos de cálculo son herramientas para resolver estos modelos y obtener resultados cuantitativos.

El área de los termofluidos abarca cuatro campos que se cruzan:

·        Transferencia de calor

·        Termodinámica

·        Mecánica de fluidos

·        Combustión

Las propiedades que caracterizan a los termofluidos incluyen:

·         Rapidez de calor transferido al volumen de control por medio del flujo de fluido

·         Rapidez de calor transferido al volumen de control

por convección.

·         Rapidez de calor transferido hacia afuera del volumen de control por el flujo de fluido.

·         Conductividad térmica.

·         Capacidad calorífica.

·         Estabilidad térmica y química.

·         Movimientos caóticos y aleatorios del fluido, lo que resulta en una mayor mezcla y agitación de las partículas.

·         Velocidades más altas y fluctuaciones en la velocidad del fluido en comparación con el flujo laminar.

·         El coeficiente de transferencia de calor es generalmente más alto en comparación con el flujo laminar.

La convección, un fenómeno central en la transferencia de calor, ocurre cuando un fluido, ya sea líquido o gas, transporta energía térmica de un lugar a otro. La convección se clasifica en dos formas principales: la natural, que surge espontáneamente debido a diferencias de temperatura en el fluido, y la forzada, que es provocada por una fuerza externa.

Estos conceptos han fortalecido mi comprensión de los principios básicos involucrados en la transferencia de calor a través de radiación, así como de su significado en una variedad de contextos prácticos.

Galván, S. (s.f.) Tópicos selectos de termofluidos. https://fim.umich.mx/teach/sgalvan/notas/Introduccion_Termofluidos.pdf

Turbulencia y transferencia de calor en extrusión. (2018) https://www.pt-mexico.com/columnas/el-enfriamiento-en-extrusion-es-cuestion-de-turbulencia

UnADM (2024) Unidad 2. Transporte de energía. Fenómenos de transporte. División de Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales.