Son conocidos y estudiados tres mecanismos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación. En esta oportunidad se desarrolla la convección. La convección es un mecanismo de transmisión de calor que se da en fluidos en movimiento.
Si se supone una pared sólida a temperatura Tw que se encuentra en contacto con un fluido a temperatura Tf. Entre el fluido y el sólido existirá una capa de fluido de espesor muy pequeño, en la que la temperatura variará entre Tw y Tf. Esta zona se conoce como capa límite térmica, y es la que permite el flujo de calor desde la pared hasta el seno del fluido (debido al gradiente de temperatura que se genera en ella).
En la transmisión de calor por convección, el flujo de calor que se genera depende gran medida de las características fluidodinámicas del sistema. Para sistemas de geometría sencilla y en régimen laminar, es posible obtener una función analítica de la distribución de temperaturas y calcular el flujo de calor utilizando la expresión de conducción.
q= -k * (dT/dy)
Sin embargo, el régimen laminar raramente ocurre y por ende, no puede calcularse el gradiente de temperatura necesario para la ecuación de conducción. Para estos casos, en los que el fluido se considera turbulento, experimentalmente se ha determinado que, dentro de un rango de variación de los parámetros del sistema, el flujo de calor es proporcional a la diferencia de temperaturas entre el fluido y la pared:
q= h * (Tw – Tf)
donde h es una constante de proporcionalidad, llamada coeficiente pelicular de convección. Este coeficiente es una función de la geometría del sistema, de las propiedades del fluido y su velocidad. Comúnmente, para obtener este coeficiente se obtienen correlaciones empíricas que vinculen todas las variables anteriores.
Como regla general, el coeficiente de convección será mayor cuanto mayor sea la velocidad del fluido. Esto se debe a que las corrientes de fluido proporcionan un medio adicional de remoción de calor, cuya magnitud crecerá al aumentar la velocidad con que se renueva el fluido sobre la superficie. Las unidades más utilizadas son Kcal/hm2°C, Btu/hft2°F, W/m2K.
Debe tenerse en cuenta que una pared sólida entrega a un fluido calor que ingresa a la pared por conducción y luego, el fluido lo absorbe por convección y lo transfiere a todos los puntos del sistema. Pero para la convección no se distinguen entre estas dos formas de transferencia de calor, y se la considera como una cantidad única de energía que es transportada por el efecto combinado de la conductividad del medio y el movimiento del fluido, y se lo engloba en convección.