¿Qué es la columna térmica? Definición

Otra corriente de convección importante, que se forma en la atmósfera es una columna térmica. La columna térmica es una columna de aire ascendente en las altitudes más bajas de la atmósfera de la Tierra, una forma de corriente ascendente atmosférica.

Corrientes de convección – Columna térmica

columna térmica - corrientes de convección
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Otra corriente de convección importante , que se forma en la atmósfera es una columna térmica . La columna térmica es una columna de aire ascendente en las altitudes más bajas de la atmósfera de la Tierra, una forma de corriente ascendente atmosférica. Las columnas térmicas se crean por el calentamiento desigual de la superficie de la Tierra por la radiación solar, y son un ejemplo de convección natural atmosférica.

El Sol calienta el suelo, que a su vez calienta el aire directamente sobre él. El aire más cálido más cercano a la superficie se expande, volviéndose menos denso que el aire circundante. El aire más ligero sube y se enfría debido a su expansión en la presión más baja a altitudes más altas. Deja de subir cuando se enfría a la misma temperatura que el aire circundante. La tierra oscura, las áreas urbanas y las carreteras son buenas fuentes de columnas térmicas .

Creación de corrientes de convección.

La creación de corrientes de convección  se basa en tres supuestos físicos:

  • Presencia de fuente de calor . Se requiere una fuente de calor, porque  las corrientes de convección  se generan por las diferencias de densidad en el fluido que se producen debido a los gradientes de temperatura. En la convección natural, el fluido que rodea una fuente de calor recibe calor y, por expansión térmica, se vuelve menos denso y se eleva. La expansión térmica del fluido juega un papel crucial. En otras palabras, los componentes más pesados ​​(más densos) caerán, mientras que los componentes más livianos (menos densos) se elevarán, lo que provocará un movimiento de fluido a granel.
  • Presencia de aceleración adecuada. La convección natural solo puede ocurrir en un campo gravitacional o en presencia de otra aceleración adecuada, como la aceleración, la fuerza centrífuga y la fuerza de Coriolis. La convección natural esencialmente no opera en la órbita de la Tierra. Por ejemplo, en la Estación Espacial Internacional en órbita, se requieren otros mecanismos de transferencia de calor para evitar el sobrecalentamiento de los componentes electrónicos.
  • Geometría adecuada . La presencia y la magnitud de la convección natural también dependen de la geometría del problema. La presencia de un gradiente de densidad de fluido en un campo gravitacional no asegura la existencia de corrientes de convección naturales. Este problema se ilustra en la siguiente figura, donde un fluido está encerrado por dos grandes placas horizontales de diferente temperatura (T superior  ≠ T inferior ).
    • En el  caso A,  la temperatura de la placa inferior es más alta que la temperatura de la placa superior. En este caso, la densidad disminuye en la dirección de la fuerza gravitacional. Esta geometría induce la circulación del fluido y la transferencia de calor se produce a través de  la circulación natural . El fluido más pesado descenderá, calentándose en el proceso, mientras que el fluido más ligero se elevará, enfriándose a medida que se mueve.
    • En el  caso B,  la temperatura de la placa inferior es inferior a la temperatura de la placa superior. En este caso, la densidad aumenta en la dirección de la fuerza gravitacional. Esta geometría conduce a condiciones estables, gradiente de temperatura estable y no induce la circulación del fluido. La transferencia de calor se produce únicamente por conducción térmica.

natural circulation - geometry

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