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.
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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)
TSUP - temperatura da superfície do fluido (K)
TAMB - 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.
Veja também: O que é equilíbrio térmico?
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.
Veja também: Dilatação superficial: fórmula, experimento, exercícios
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.
Como ocorre a transferência de massa?
O mecanismo de transferência de massa através de um fluido em movimento é designado por convecção sendo esta natural (se o movimento for provocado por diferenças de densidades) ou forçada (se o movimento for provocado por acção de agentes externos, como uma ventoinha, bomba centrifuga, ou outros).O que significa transferência de massa no trânsito?
Consideramos que um processo envolve transferência de massa quando há trânsito de massa de uma dada espécie química numa mistura devido a uma diferença de concentrações dessa espécie no espaço. Ou seja, o gradiente de concentração da espécie na mistura é o potencial motor para o transporte dessa espécie.Quais são os tipos de transferência de massa?
Quais os mecanismos de transferência de massa? Os dois principais mecanismos de transferência de massa são: difusão que ocorre nas moléculas e convecção que ocorre quando um corpo inteiro se move.Qual e o princípio fundamental para que ocorre transferência de massa?
II - O processo de transferência de massa mais utilizado na indústria é a destilação, cujo princípio fundamental se baseia na diferença de volatilidade entre as substâncias.