La transferencia de calor a través de convección: natural frente forzado
Gracias a la física, sabemos que la convección puede ser natural, donde el calor se eleva por sí mismo, o forzado, donde el control del movimiento del calor.
Es posible que haya escuchado la máxima “el calor sube”, que tiene que ver con la convección. Sin embargo, una declaración más precisa es que “se eleva fluido caliente”. En sustancias donde la convección es libre de tomar lugar - es decir, en los gases y líquidos - el material más caliente termina naturalmente en la parte superior y material más frío termina en la parte inferior debido a la mayor flotabilidad del material más caliente.
Si su casa tiene dos plantas, que a menudo terminan con el piso inferior es más fría que la planta superior. El aire caliente se eleva por la flotabilidad (ya que es menos denso que el aire frío), que impulsa la convección. Los físicos se refieren a este tipo de convección como convección natural porque no está dirigido desde el exterior.
Para entender cómo funciona la convección natural, mire la imagen microscópica. Cualquier sustancia se compone de moléculas, partículas diminutas que Recorro a distintas velocidades. Cuando un gas o un líquido se calienta, sus moléculas se mueven más rápido. Si usted tiene un elemento de calentamiento que hace contacto con la parte inferior de la sustancia - como una estufa de leña en la parte inferior de una habitación o un elemento de estufa que está calentar una olla de agua - las moléculas cerca del elemento calefactor se caliente. moléculas más calientes tienen más energía cinética y así pueden comprimir de forma más rápida y golpear otras moléculas más difícil.
Porque se mueven más rápido y más afectados, las moléculas más calientes hacen que la sustancia en su área inmediata menos denso. Es decir, tienen más energía con la que impulsar otras moléculas fuera del camino. Las moléculas que se han visto afectados también tienen más energía para empujar otras moléculas fuera del camino, por lo que la sustancia en la proximidad inmediata del elemento de calefacción se vuelve menos denso.
Una unidad de volumen de material que es menos denso pesa menos de una unidad de volumen del material circundante, y si ese material es un gas o líquido, el material menos denso se eleva. Debido a que el material más denso tiene más masa por volumen, se hunde bajo la influencia de la gravedad.
A veces la convección natural es lo contrario de lo que desea. Con convección forzada, controlar el movimiento del fluido caliente o frío, a menudo utilizando un ventilador o una bomba.
Video: Simulación de convección natural con OpenFoa: Distribución de temperatura y flujo de calor promedio
Por ejemplo, tomar una habitación en un día de invierno frío. Debido a que el calor sube, el aire más caliente en la sala se desplaza hasta el techo, mientras que el aire fresco en la habitación se instala cerca del fondo de la sala, donde se encuentra. Así en el tiempo, todo el aire caliente en la sala recoge cerca del techo, y todo el aire frío se acumula cerca del suelo. A pesar de que originalmente eran bastante acogedora, ahora se puede conseguir bastante frío - todo ello como resultado de la convección natural.
¿Qué puedes hacer? Puede activar el ventilador de techo de su habitación a la inversa! Los ventiladores de techo fuerzan al aire a circular, por lo que el aire caliente cerca de la parte superior de la habitación se mueve hacia abajo. El aire más caliente en la parte superior de la habitación ahora termina en el fondo de la habitación de nuevo, donde se encuentra. Sólo asegúrese de elegir una velocidad baja para que no se crea una brisa.
Video: Ejercicio de conducción y convección por el método de analogía eléctrica
Así obtendrán convección forzada a su alrededor. Los aficionados en una computadora de escritorio, por ejemplo, causa convección forzada (y la falta de espacio para un ventilador en algunos ordenadores portátiles ha causado un montón de problemas de sobrecalentamiento). Refrigeradores utilizan ventiladores para volar lejos de calor, basándose de nuevo en la convección forzada.