O que é convecção natural – definição

Na convecção natural, o fluido em torno de uma fonte de calor recebe calor e, por expansão térmica, torna-se menos denso e sobe. Definição de Convecção Natural

Convecção Natural – Convecção Livre

Convecção natural - camada limite

Definição de Convecção Natural

A convecção natural , também conhecida como convecção livre, é um mecanismo ou tipo de transporte de massa e calor , no qual o movimento do fluido é gerado apenas por diferenças de densidade no fluido que ocorre devido a gradientes de temperatura, não por qualquer fonte externa (como uma bomba, ventilador, dispositivo de sucção, etc.).

Na convecção natural , o fluido em torno de uma fonte de calor recebe calor e, por expansão térmica, torna-se menos denso e sobe. A expansão térmica do fluido desempenha um papel crucial. Em outras palavras, os componentes mais pesados ​​(mais densos) cairão, enquanto os componentes mais leves (menos densos) subirão, levando ao movimento de fluidos a granel. A convecção natural pode ocorrer apenas em um campo gravitacional ou na presença de outra aceleração adequada , como:

  • aceleração
  • força centrífuga
  • força de Coriolis

A convecção natural essencialmente não opera na órbita da Terra. Por exemplo, na Estação Espacial Internacional em órbita, são necessários outros mecanismos de transferência de calor para impedir o superaquecimento dos componentes eletrônicos.

 

Criação de correntes de convecção

A criação de correntes de convecção  é baseada em três suposições físicas:

  • Presença de fonte de calor . A fonte de calor é necessária, porque  as correntes de convecção  são geradas por diferenças de densidade no fluido que ocorre devido a gradientes de temperatura. Na convecção natural, o fluido ao redor de uma fonte de calor recebe calor e, por expansão térmica, torna-se menos denso e sobe. A expansão térmica do fluido desempenha um papel crucial. Em outras palavras, componentes mais pesados ​​(mais densos) cairão, enquanto componentes mais leves (menos densos) subirão, levando ao movimento de fluidos a granel.
  • Presença de aceleração adequada. A convecção natural só pode ocorrer em um campo gravitacional ou na presença de outra aceleração adequada, como aceleração, força centrífuga e força de Coriolis. A convecção natural essencialmente não opera na órbita da Terra. Por exemplo, na Estação Espacial Internacional em órbita, são necessários outros mecanismos de transferência de calor para impedir o superaquecimento dos componentes eletrônicos.
  • Geometria adequada . A presença e magnitude da convecção natural também dependem da geometria do problema. A presença de um gradiente de densidade de fluido em um campo gravitacional não garante a existência de correntes de convecção naturais. Esse problema é ilustrado na figura a seguir, onde um fluido é fechado por duas grandes placas horizontais de temperatura diferente (T superior  ≠ T inferior ).
    • No  caso A,  a temperatura da placa inferior é superior à temperatura da placa superior. Nesse caso, a densidade diminui na direção da força gravitacional. Essa geometria induz a circulação de fluidos e a transferência de calor ocorre por  circulação natural . O fluido mais pesado descerá, sendo aquecido no processo, enquanto o fluido mais leve subirá, esfriando à medida que se move.
    • No  caso B,  a temperatura da placa inferior é inferior à temperatura da placa superior. Nesse caso, a densidade aumenta na direção da força gravitacional. Essa geometria leva a condições estáveis, gradiente de temperatura estável e não induz a circulação de fluidos. A transferência de calor ocorre apenas por condução térmica.

circulação natural - geometria

 

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