Convecção

Convecção é um processo de transmissão de calor que ocorre pela movimentação interna de um fluido, como o ar ou água. A convecção surge quando há um gradiente de temperatura em um fluido. Desse modo, as regiões mais quentes desse, que são menos densas que as restantes, movem-se, dando origem a correntes de convecção ascendente. O restante do fluido que se encontra em menor temperatura tende a “descer”, já que sua densidade é um pouco maior.

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Transmissão de calor por convecção

A convecção, também conhecida como convecção térmica, surge da tendência que a maioria dos fluidos exibem quando aquecidos: eles se expandem, tornando-se menos densos. A diferença de densidade faz com que o fluido ascenda graças à ação da força de empuxo. O movimento convectivo acontece até que todo o fluido fique sob a mesma temperatura.

Além da convecção natural, que ocorre graças ao empuxo, existe a convecção forçada. Nesta o ar frio é bombeado para cima, enquanto o ar quente move-se para baixo, do mesmo modo quando colocamos um ventilador de teto para refrescar uma sala.

Diferentemente dos outros processos de transferência de calor, na convecção ocorre a transferência de massa, uma vez que o calor é transmitido pelo fluido em movimento. Além do processo de convecção, existem outros dois processos de transferência de calor: a condução e a radiação.

A convecção térmica só pode ocorrer no interior de um fluido que esteja sujeito à ação da gravidade, de modo que o empuxo seja capaz de “bombear” o fluido menos denso para cima. Durante sua subida, o fluido tende a ceder calor para suas vizinhanças, de modo que sua densidade aumente-se gradativamente, fazendo-o afundar novamente.

O processo de convecção pode ser observado durante o aquecimento da água e também é um dos principais responsáveis pelo deslocamento das massas de ar que ocorre na atmosfera terrestre.

Fórmula para a convecção térmica

A fórmula utilizada para o cálculo de transferência de calor por convecção térmica é dada pela lei de Newton do resfriamento. Essa lei afirma que a taxa de transferência de calor é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre o corpo e as suas vizinhanças. Confira:

Q - calor (J )

Δt - intervalo de tempo (s)

h - coeficiente de transferência térmica (W/m²K)

A - área da transferência de calor (m²)

T_SUP - temperatura da superfície do fluido (K)

T_AMB - temperatura do ambiente (K)

No caso da convecção, o coeficiente de transferência térmica (h) está relacionado a uma grande quantidade de variáveis, tais como a viscosidade do fluido e a condutividade térmica. Entretanto, para a maioria dos casos, é possível assumir que h é uma função que depende diretamente da diferença de densidade do fluido, provocada por sua dilatação térmica.

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Exemplos de convecção

Confira alguns exemplos:

• Os aquecedores são instalados próximos ao piso dos cômodos já que a densidade do ar quente é menor que a densidade do ar frio, fazendo com que o ar que sai do aquecedor suba, elevando a temperatura de todo o cômodo.

• O ar condicionado é instalado no alto, desse modo, o ar frio que ele injeta no interior no ambiente tende a descer, graças à sua densidade.

• Os exaustores, comuns em mercados e galpões, são usados para que o ar quente que sobe possa circular para o exterior das construções, mantendo-as resfriadas.

• O material magmático (lava) move-se no interior do manto terrestre e é expelido pelos vulcões, devido às correntes de convecção.

• A radiação solar evapora a água, esse vapor sobe e condensa-se ao atingir grandes altitudes, dando origem a nuvens de chuva.

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Condução e radiação

Confira as características principais dos demais processos de transferência de calor:

• Condução: ocorre quando há contato entre as superfícies de diferentes corpos e no interior dos sólidos. Nesse processo não há transferência de massa, e sim o “contato” entre as moléculas da interface que trocam energia entre si. Quando pisamos no asfalto quente, ou em um piso cerâmico, a maior parte do calor é transferida pelo processo de condução.

• Radiação: é o processo de transferência de calor que ocorre pela emissão de ondas eletromagnéticas, sendo a principal dessas o infravermelho. Quando muito quentes, alguns corpos tornam-se incandescentes e passam a emitir luz visível em frequências próximas ao vermelho, ao amarelo e até mesmo ao azul, como ocorre durante a queima do gás de cozinha.

Por Me. Rafael Helerbrock