Corrientes de convección
El movimiento que resulta del reemplazo continuo del fluido calentado en la vecindad de la fuente de calor por el fluido más cercano cercano se llama corriente de convección natural , y la transferencia de masa y calor que se mejora como resultado de esta corriente de convección natural se llama convección natural de masa y transferencia de calor .
Las corrientes de convección se generan por diferencias de densidad en el fluido que se producen debido a los gradientes de temperatura. Las corrientes de convección están asociadas con la convección natural , en la cual cualquier movimiento de fluido ocurre por medios naturales como la flotabilidad. En la convección natural, la materia y el calor se mueven de un lugar a otro. Las corrientes de convección han atraído una gran atención de los investigadores debido a su presencia tanto en la naturaleza como en las aplicaciones de ingeniería.
En la naturaleza, las corrientes de convección formadas por el aire que se eleva sobre la tierra o el agua calentada por la luz solar son una característica importante de todos los sistemas climáticos. Las corrientes de convección también se ven en la columna de aire caliente del fuego, la tectónica de placas y la circulación oceánica.
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.
Corrientes de convección – Circulación atmosférica
Uno de los fenómenos de mayor importancia para el clima de la Tierra es la circulación atmosférica , que es el movimiento del aire a gran escala, y es un medio por el cual la energía térmica (junto con la circulación oceánica) se distribuye en la superficie de la Tierra. . La circulación atmosférica de la Tierra varía de un año a otro, pero la estructura a gran escala de su circulación permanece bastante constante.
La circulación atmosférica es una consecuencia de la iluminación de la Tierra por el Sol y las leyes de la termodinámica . La circulación atmosférica puede verse como un motor térmico impulsado por la energía del Sol, y cuyo sumidero de energía, en última instancia, es la negrura del espacio. Desde este punto de vista, también las turbinas eólicas funcionan con el sol.
[/lgc_column]
Corrientes de convección – Columna térmica
Otra importante corriente de convección 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 terrestre, una forma de corriente ascendente atmosférica. Las columnas térmicas se crean por el calentamiento desigual de la superficie de la Tierra debido a 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 y se vuelve menos denso que el aire circundante. El aire más ligero se eleva y se enfría debido a su expansión en la presión más baja en altitudes más altas. Deja de subir cuando se ha enfriado a la misma temperatura que el aire circundante. La tierra oscura, las áreas urbanas y las carreteras son buenas fuentes de columnas térmicas .
………………………………………….. ………………………………………….. ………………………………………
Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: Translations@nuclear-power.net o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.