Qué sucede en esta situación
El coeficiente h no es una propiedad aislada del fluido: resume geometría, velocidad, régimen y propiedades. Por eso debe darse o estimarse para una situación concreta.
Qué explica y qué no explica
Idea física: La energía se transfiere entre una superficie y un fluido cuyo movimiento renueva las capas próximas.
Condición: Se conozca un coeficiente h válido para la geometría, el fluido y el régimen estudiados.
Límite: H suele obtenerse de correlaciones o mediciones y puede cambiar con velocidad, forma y régimen.
Conexiones de la familia
Para distinguir mecanismos y elegir el modelo adecuado, continúa con Conducción de calor y compáralo con Radiación térmica.
Fórmula principal
Tasa convectiva entre una superficie y un fluido alejado, usando un coeficiente apropiado al sistema.
Magnitudes, símbolos y unidades
| Magnitud | Símbolo | Unidad | Símbolo de unidad | Nota |
|---|---|---|---|---|
| Potencia térmica | P | watt | W | Signo según la dirección elegida. |
| Coeficiente convectivo | h | watt por metro cuadrado kelvin | W/(m²·K) | Depende del sistema, no solo del fluido. |
| Área | A | metro cuadrado | m² | Superficie de intercambio. |
| Temperatura superficial | Ts | kelvin o Celsius | K o °C | Usar la misma escala de diferencias que T∞. |
| Temperatura del fluido | T∞ | kelvin o Celsius | K o °C | Valor lejos de la superficie. |
Fórmulas derivadas
Coeficiente experimental
h=P/[A(Ts−T∞)]Procedencia: Despeje de la relación principal.
Cuándo usarla: P, A y temperaturas medidos.
Energía
E=PtProcedencia: Integra una tasa constante.
Cuándo usarla: P aproximadamente constante.
Cómo resolver problemas de convección
Representa la situación
Distingue el sistema, el entorno, los estados inicial y final y la magnitud buscada.
Comprueba las condiciones
Verifica que se conozca un coeficiente h válido para la geometría, el fluido y el régimen estudiados.
Unifica unidades
mantener h en W/(m²·K), área en m² y una diferencia térmica coherente.
Sustituye con signos
Usa la relación P = hA(Ts − T∞) y conserva la convención declarada.
Interpreta el resultado
Comprueba unidad, orden de magnitud, dirección y límite del modelo.
10 ejemplos explicados de convección
Cada solución avanza de la situación concreta a la interpretación del resultado. Comprueba los datos, las unidades y el sentido de la conclusión antes de continuar.
Taza caliente
P=15 W.
Problema: Una taza ofrece 0,030 m², h=10 W/(m²·K), Ts=70 °C y aire a 20 °C.
- Datos: A=0,030; h=10; ΔT=50 K.
- Principio: P=hA(Ts−T∞).
- Sustitución: P=10×0,030×50.
- Cálculo o razonamiento: 10×0,030×50=15.
- Resultado: P=15 W.
- Interpretación: Es una estimación convectiva; radiación y evaporación pueden añadir pérdidas.
Ventilador sobre un disipador
La tasa convectiva se multiplica por 5.
Problema: A=0,20 m², ΔT=35 K y h pasa de 8 a 40. Compara P.
- Datos: Misma A y ΔT.
- Principio: P∝h.
- Sustitución: P₂/P₁=40/8.
- Cálculo o razonamiento: 40/8=5.
- Resultado: La tasa convectiva se multiplica por 5.
- Interpretación: El ventilador produce convección forzada y modifica h.
Radiador de agua
P=540 W.
Problema: Una superficie de 1,5 m² con h=12 y ΔT=30 K.
- Datos: h=12; A=1,5; ΔT=30.
- Principio: P=hAΔT.
- Sustitución: P=12×1,5×30.
- Cálculo o razonamiento: 12×1,5×30=540.
- Resultado: P=540 W.
- Interpretación: El aire se calienta junto a la superficie y luego se mueve por convección.
Enfriamiento de una placa
h=16 W/(m²·K).
Problema: Una placa pierde 200 W con A=0,50 m² y ΔT=25 K. Halla h.
- Datos: P=200; A=0,50; ΔT=25.
- Principio: h=P/(AΔT).
- Sustitución: h=200/(0,50×25).
- Cálculo o razonamiento: 0,50×25=12,5; 200/12,5=16.
- Resultado: h=16 W/(m²·K).
- Interpretación: h resume geometría, fluido y régimen; no es una constante universal.
Convección natural
Convección natural.
Problema: El aire junto a un calentador se vuelve menos denso y asciende. Clasifica el fenómeno.
- Datos: No hay ventilador ni bomba.
- Principio: El movimiento causado por flotación térmica es convección natural.
- Sustitución: Aire caliente asciende; aire frío lo reemplaza.
- Cálculo o razonamiento: Razonamiento cualitativo.
- Resultado: Convección natural.
- Interpretación: La conducción actúa en la capa pegada a la superficie, pero el movimiento global es convectivo.
Convección forzada
Convección forzada.
Problema: Una bomba hace circular agua por un intercambiador.
- Datos: El movimiento lo impone una bomba.
- Principio: Movimiento externo del fluido→convección forzada.
- Sustitución: Se identifica el agente impulsor.
- Cálculo o razonamiento: Clasificación cualitativa.
- Resultado: Convección forzada.
- Interpretación: La rapidez de flujo influye en h, pero no basta sola para calcularlo.
Reducir la diferencia
P₂=P₁/4.
Problema: Si ΔT baja de 40 a 10 K con h y A constantes, ¿cómo cambia P?
- Datos: ΔT₂/ΔT₁=10/40.
- Principio: P∝ΔT.
- Sustitución: P₂/P₁=10/40.
- Cálculo o razonamiento: 10/40=0,25.
- Resultado: P₂=P₁/4.
- Interpretación: Cerca del equilibrio térmico disminuye la transferencia neta.
Superficie necesaria
A=1,0 m².
Problema: Se desean 300 W con h=15 y ΔT=20 K. Halla A.
- Datos: P=300; h=15; ΔT=20.
- Principio: A=P/(hΔT).
- Sustitución: A=300/(15×20).
- Cálculo o razonamiento: 15×20=300; 300/300=1.
- Resultado: A=1,0 m².
- Interpretación: Aumentar área con aletas es una estrategia habitual.
Energía transferida
E=24 kJ.
Problema: Un sistema transfiere 80 W por convección durante 5 min.
- Datos: P=80 W; t=300 s.
- Principio: E=Pt.
- Sustitución: E=80×300.
- Cálculo o razonamiento: 80×300=24 000.
- Resultado: E=24 kJ.
- Interpretación: La tasa instantánea se convierte en energía al multiplicar por tiempo.
Signo de la tasa
La superficie gana energía del aire.
Problema: Una superficie está a 15 °C y el aire a 25 °C. Usa P=hA(Ts−T∞).
- Datos: Ts−T∞=−10 K.
- Principio: El signo indica el sentido según la convención.
- Sustitución: P=hA(−10).
- Cálculo o razonamiento: El resultado es negativo.
- Resultado: La superficie gana energía del aire.
- Interpretación: No significa potencia imposible; señala dirección opuesta a la salida definida positiva.
Ahora te toca a ti
Ejercicio 1
h=25, A=0,4 y ΔT=20 K. Halla P.
Comprobar respuesta
Respuesta: 200 W
P=hAΔT.
Ejercicio 2
P=500 W, A=2 m² y ΔT=25 K. Halla h.
Comprobar respuesta
Respuesta: 10 W/(m²·K)
h=P/(AΔT).
Ejercicio 3
Clasifica aire movido por un ventilador.
Comprobar respuesta
Respuesta: Convección forzada
El movimiento lo produce un dispositivo.
Ejercicio 4
Clasifica agua que asciende al calentarse sin bomba.
Comprobar respuesta
Respuesta: Convección natural
La flotación térmica impulsa el movimiento.
Ejercicio 5
Si ΔT se reduce a la mitad, ¿cómo cambia P?
Comprobar respuesta
Respuesta: Se reduce a la mitad
Con h y A fijos, P∝ΔT.
Errores frecuentes
Error: Aplicar la fórmula sin comprobar que se conozca un coeficiente h válido para la geometría, el fluido y el régimen estudiados.
Corrección: Declara primero las condiciones del proceso.
Si cambia una variable que el modelo supone fija, la relación deja de describir el caso.
Error: Tratar h como constante universal o mezclar W con J.
Corrección: mantener h en W/(m²·K), área en m² y una diferencia térmica coherente.
Las unidades forman parte de la magnitud y permiten detectar sustituciones incoherentes.
Error: Llamar convección a cualquier transferencia sin identificar movimiento de fluido.
Corrección: La energía se transfiere entre una superficie y un fluido cuyo movimiento renueva las capas próximas.
La corrección conecta el cálculo con el fenómeno físico observable.
Error: Ocultar o cambiar el signo del resultado.
Corrección: Ts−T∞ positivo representa salida desde la superficie bajo la convención usada.
Debe declararse una convención y conservarla durante todo el procedimiento.
Error: Extender el modelo fuera de su intervalo útil.
Corrección: Indica el límite: h suele obtenerse de correlaciones o mediciones y puede cambiar con velocidad, forma y régimen.
Una fórmula puede ser exacta dentro de un modelo y aun así requerir cautela en un sistema real.
Pon a prueba lo aprendido
Pregunta 1 de 10
¿Cuál es la relación principal de Convección?
Pregunta 2 de 10
¿Qué condición debe comprobarse antes de aplicarla?
Pregunta 3 de 10
¿Qué unidad o referencia es esencial en este tema?
Pregunta 4 de 10
¿Cuál es la idea física correcta?
Pregunta 5 de 10
¿Qué error debe evitarse?
Pregunta 6 de 10
¿Cómo debe tratarse el signo?
Pregunta 7 de 10
¿Con qué tema conviene compararlo?
Pregunta 8 de 10
¿Qué limita el modelo?
Pregunta 9 de 10
¿Qué paso debe hacerse antes de sustituir números?
Pregunta 10 de 10
¿Cómo se cierra un resultado físico?
Resultado del test
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Preguntas frecuentes
La energía se transfiere entre una superficie y un fluido cuyo movimiento renueva las capas próximas.
Cuando se conozca un coeficiente h válido para la geometría, el fluido y el régimen estudiados.
mantener h en W/(m²·K), área en m² y una diferencia térmica coherente.
la convección requiere movimiento macroscópico de un fluido; la conducción puede ocurrir sin ese movimiento.
H suele obtenerse de correlaciones o mediciones y puede cambiar con velocidad, forma y régimen.
Fuentes y revisión editorial
Cómo citar este artículo
Editorial Ejemplode. (2026, 5 de agosto). Convección: tipos, fórmula y ejemplos. https://www.ejemplode.com/fisica/conveccion/
Fuentes consultadas
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.6: Mechanisms of Heat TransferConducción, convección y radiación térmica.
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.4: Heat Transfer, Specific Heat, and CalorimetryCalor, capacidad calorífica y calorimetría.
- OpenStax University Physics Volume 2, 1.1: Temperature and Thermal EquilibriumTemperatura, equilibrio térmico y ley cero.
- DOE Fundamentals Handbook: Thermodynamics, Heat Transfer, and Fluid FlowReferencia oficial complementaria de termodinámica y transferencia de calor.
- OpenStax University Physics Volume 2, 3.3: First Law of ThermodynamicsPrimera ley, energía interna, calor y trabajo.
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Editorial Ejemplode
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