La convección natural ocurre cuando las diferencias de temperatura entre un sólido y el fluido adyacente causan que las partículas de fluido se muevan, mientras que la convección forzada usa un ventilador u otra fuente externa para acelerar el flujo de fluido sobre la superficie del sólido. Los coeficientes de transferencia de calor, como el número de Nusselt, miden la efectividad de la transferencia de calor por convección y dependen de factores como las propiedades del fluido, la geometría y las condiciones

1. Convección natural (libre)
El movimiento del fluido adyacente a una cara sólida se origina debido a las fuerzas de
flotación, inducidas por los cambios en la densidad del fluido y debido a las diferencias de
temperatura entre el sólido y el fluido. Cuando se deja enfriar una placa caliente al aire
libre, las partículas del aire adyacente a la cara de la placa se calientan, su densidad
disminuye y, por lo tanto, empiezan a elevarse.
Convección forzada
Se utiliza un medio externo, tal como un ventilador o una bomba, para acelerar el paso del
flujo del fluido sobre la cara del sólido. El movimiento rápido de las partículas de fluido
sobre la cara del sólido maximiza el gradiente de temperatura y aumenta la tasa de
intercambio de calor. En la imagen a continuación se fuerza aire sobre una placa caliente.
El coeficiente h no es una propiedad termodinámica. Es una correlación simplificada entre
el estado del fluido y las condiciones de flujo, por lo cual generalmente se la conoce como
una propiedad de flujo.
Donde u(x,y) es la velocidad de dirección x. A la región que va hasta la arista externa de
la capa de fluido, definida como el 99% de la velocidad de la corriente libre, se denomina
espesor de la capa de contorno del fluidod(x).

2. Se podría hacer un croquis similar de la transición de temperatura desde la temperatura
de la superficie a la temperatura de los alrededores. En la siguiente figura se muestra un
esquema de la variación de la temperatura. Observe que el espesor de la capa del
contorno térmico no necesariamente es el mismo que el del fluido. Las propiedades del
fluido que componen el Número de Prandtl origen la magnitud relativa de los dos tipos
de capas del contorno. Un Número de Prandtl (Pr) de 1 implicaría el mismo
comportamiento para ambas capas del contorno.
Valores típicos de la transferencia de calor por convección
Proceso H (
!
!!℃
)
Convección Natural
Gases 2-25
Líquidos 50-1000
Convección Forzada
Gases 25-250
Líquidos 50-20000
Convección con cambio de fase 2500-100000
Medio
Coeficiente de
transferencia de
calor h (W/m2
.K)
Aire (convección
natural)
5-25
Aire/vapor súper
calentado
(convección forzada)
20-300
Petróleo (convección
forzada)
60-1800
Agua (convección
forzada)
300-6000
Agua (en ebullición) 3000-60.000
Vapor (en
condensación)
6000-120.000

3. Fórmulas:
No. De Nusselt
Mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un
fluido discurre.
𝑁𝑢 =
ℎ𝐿𝑐
𝐾
𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖ó𝑛
𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎
No. De Prandlt
Medida relativa de la efectividad relativa de momento y transporte de energía por
difusión en las capas límites de velocidad y temperatura.
Pr =
𝜇𝐶𝑝
𝐾
𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑚𝑎𝑡𝑖𝑐𝑎
𝑑𝑖𝑓𝑢𝑠𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎
No. De Reynolds
El paso del régimen laminar o turbulento. Relación entre fuerza inercia y fuerzas
viscosas
𝑅𝑒 =
𝜌𝑉𝐿
𝜇
Convección Forzada
𝑁𝑢 = 𝐶𝑡𝑒 𝑅𝑒!
𝑃𝑟!
Donde la constante y m son parámetro función de la geometría y rango de Re.
Fuentes:
http://help.solidworks.com/2011/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulatio
n/AnalysisBackground/ThermalAnalysis/Convection_Topics/Convection_Heat_Coe
fficient.htm
http://www.unav.es/adi/UserFiles/File/80980099/Formulas1011.pdf