¿Qué es la convección? ¿Cómo ocurre la transferencia de calor por convección? ¿Cuáles son los métodos e información de transferencia de calor?
Cuando abre una puerta exterior en un clima frío, el aire frío fluye y fluye por el piso mientras el aire caliente sale por la parte superior. Si se para cerca de un registro o sostiene su mano sobre un radiador o una estufa, puede sentir que el aire caliente se mueve hacia arriba. La mayoría de las veces, el aire caliente sube alrededor de su cuerpo y le quita calor. Alrededor de un pastel de hielo, el aire frío fluye hacia abajo y hacia afuera mientras el aire cálido toma su lugar, llevando calor al hielo. Puede encontrar muchos otros ejemplos de corrientes en el aire y también en el agua.
Tanto el aire como el agua comienzan a moverse casi todas las veces debido a la diferencia de temperatura entre dos lugares en estos fluidos. El calor se transfiere desde el lugar de mayor temperatura al lugar de menor temperatura por el fluido en movimiento. Este método de transferencia de calor se llama convección. Por lo tanto, una corriente en cualquier fluido que transporta calor de un lugar a otro se conoce como corriente de convección.
Para comprender exactamente qué causa una corriente de convección en un fluido, primero debe tener claro qué pasa con la densidad de líquidos y gases cuando se calientan o enfrían. La densidad de un material es el peso de un cierto volumen del material. Como la mayoría de los otros materiales, los fluidos se expanden cuando se calientan y se contraen cuando se enfrían. Es decir, una libra de aire o agua ocupa más espacio cuando está caliente que cuando está frío. El aire frío es más denso que el aire caliente y el agua fría es más densa que el agua caliente. En otras palabras, un pie cúbico de aire frío pesa más de un pie cúbico de aire caliente. Y lo mismo es cierto para el agua. Por ejemplo, un pie cúbico de agua fría pesa alrededor de 62 libras. Un pie cúbico de agua caliente pesa alrededor de 59 libras.
La gravedad tira más fuerte en el aire más denso y fresco que en el aire menos denso y cálido.
El aire frío se mueve hacia abajo, fluye bajo el aire cálido y lo empuja hacia arriba. De la misma manera, la gravedad tira más fuerte en agua más densa y fría que en agua tibia y menos densa. Debido a la mayor atracción, el agua fría se mueve hacia abajo y empuja el agua tibia hacia arriba. En cualquier caso, el fluido más frío se hunde por debajo del más cálido, mientras que el líquido más cálido flota por encima del más frío.
Por lo que ya aprendió, puede comprender fácilmente por qué las corrientes de convección hacen circular el aire y el agua. El aire sigue moviéndose hacia arriba alrededor de un radiador o estufa caliente porque constantemente se calienta un nuevo suministro de aire. Tan pronto como el aire frío empuja el aire caliente hacia arriba, el aire frío se acerca al radiador o la estufa. Por lo tanto, también se calienta, se expande y se vuelve menos denso. Luego, más aire frío empuja este aire caliente hacia arriba. Esto ocurre una y otra vez y mantiene el aire circulando mientras el radiador o la estufa estén más calientes que el aire a su alrededor.
Casi lo mismo ocurre cuando algo frío, como una torta de hielo, se pone en aire caliente.
El aire al lado del hielo se enfría. Este aire se contrae y se vuelve más denso. Cuando la gravedad lo empuja hacia abajo, fluye bajo el aire cálido. Luego, el aire caliente se empuja contra el hielo, donde también se enfría y se hunde. De modo que la circulación continúa hasta que todo el aire es tan frío como el hielo o hasta que todo el hielo se derrita. Condiciones similares hacen que el agua y el aire circulen.
La transferencia de calor por convección es bastante diferente de la transferencia de calor por conducción. La conducción tiene lugar en sólidos, líquidos y gases, mientras que la convección se produce solo en líquidos y gases, que son fluidos. Cuando se conduce el calor, pasa de una molécula a otra dentro del material pero sin que el material se mueva. Cuando el calor se transfiere por convección, las moléculas de líquido o gas caliente se mueven de un lugar a otro. De modo que el material ipoving transporta calor de un lugar a otro. El movimiento del material es una corriente de convección. Dos ejemplos de corrientes de convección con las que está familiarizado son los vientos y las corrientes oceánicas.
