O que é corrente de convecção – Definição

Correntes de convecção

O movimento que resulta da substituição contínua do fluido aquecido nas proximidades da fonte de calor pelo fluido mais frio nas proximidades é chamado de  corrente de convecção natural , e a transferência de massa e calor que é aprimorada como resultado dessa  corrente de convecção natural  é chamada  massa de convecção natural e transferência de calor .

As correntes de convecção  são geradas por diferenças de densidade no fluido que ocorre devido a gradientes de temperatura. As correntes de convecção estão associadas à  convecção natural , na qual qualquer movimento de fluido ocorre por meios naturais, como a flutuabilidade. Na convecção natural, matéria e calor são movidos de um local para outro. As correntes de convecção  atraíram muita atenção dos pesquisadores devido à sua presença tanto na natureza quanto em aplicações de engenharia.

Na natureza, as correntes de convecção formadas pelo aumento do ar acima da terra ou da água aquecidas pelo sol são uma das principais características de todos os sistemas climáticos. As correntes de convecção também são vistas na crescente nuvem de ar quente do fogo, das placas tectônicas e da circulação oceânica.

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 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.
• 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.

Correntes de Convecção – Circulação Atmosférica

Um dos fenômenos de maior importância para o clima da Terra é a circulação atmosférica , que é o movimento de ar em larga escala, e é um meio pelo qual a energia térmica (juntamente com a circulação do oceano) é distribuída na superfície da Terra. . A circulação atmosférica da Terra varia de ano para ano, mas a estrutura em larga escala de sua circulação permanece bastante constante.

A circulação atmosférica é uma conseqüência da iluminação da Terra pelo Sol e das leis da termodinâmica . A circulação atmosférica pode ser vista como um motor de calor acionado pela energia do Sol, e cuja energia consome, em última análise, a escuridão do espaço. Deste ponto de vista, também as turbinas eólicas são movidas pelo sol.

Correntes de Convecção – Coluna Térmica

Outra corrente de convecção importante , formada na atmosfera, é uma coluna térmica . A coluna térmica é uma coluna de ar ascendente nas altitudes mais baixas da atmosfera da Terra, uma forma de atualização atmosférica. As colunas térmicas são criadas pelo aquecimento desigual da superfície da Terra a partir da radiação solar e são um exemplo de convecção natural atmosférica.

O Sol aquece o chão, que por sua vez aquece o ar diretamente acima dele. O ar mais quente perto da superfície se expande, tornando-se menos denso que o ar circundante. O ar mais leve sobe e esfria devido à sua expansão na pressão mais baixa em altitudes mais altas. Ele pára de subir quando esfria à mesma temperatura do ar circundante. Terra escura, áreas urbanas e estradas são boas fontes de colunas térmicas .