Qu'est-ce que le refroidissement par convection?
Le refroidissement par convection est tout transfert de chaleur résultant d'un mouvement de fluide. Les liquides et les gaz peuvent présenter un refroidissement par convection et l’effet peut être naturel ou forcé. Le refroidissement naturel résulte du transfert de chaleur dû aux changements de densité du fluide, tels que la montée et le refroidissement de l'air chaud. La convection forcée se produit lorsque toute force externe est ajoutée pour déplacer le fluide, tel qu'un ventilateur déplaçant de l'air ou une cuillère agitant un liquide.
Le transfert de chaleur se produit principalement par conduction et convection. La conduction est un transfert de chaleur à travers n'importe quel matériau, sans mouvement du matériau. Un exemple de conduction est une casserole en métal chauffée par une flamme sur une cuisinière à gaz. La flamme de gaz chauffe le dessous de la casserole et la conduction transfèrera la chaleur au reste de la casserole. Lorsque la chaleur est éteinte, la convection refroidit la casserole à mesure que la chaleur se transfère et s'élève au-dessus de l'air autour de la casserole.
Le refroidissement par convection naturelle se produit dans l'atmosphère et les océans de la Terre. L'air est chauffé par le réchauffement du sol et monte. Lorsque l'air monte, il se refroidit et revient à la surface, créant ainsi une circulation de l'air et des conditions météorologiques globales. Les courants océaniques transportent de l'eau chaude vers des océans plus froids et des eaux plus froides s'enfoncent et se déplacent vers les régions plus chaudes. La lumière du soleil ajoute de l'énergie en réchauffant l'air ou l'eau, et la rotation de la Terre confère une certaine énergie, mais le mouvement est considéré comme naturel plutôt que forcé.
Le refroidissement par convection se produit également à l'intérieur de la Terre. Le noyau en fusion, chauffé par la décomposition d'éléments radioactifs, s'élève vers la croûte extérieure de notre planète. La convection refroidit le matériau fondu et se déplace lentement vers le centre. Ce mouvement entraîne nos continents à se déplacer lentement au-dessus du noyau en fusion, un phénomène appelé mouvement de plaque tectonique.
Le refroidissement forcé est courant dans les maisons et les entreprises. Les systèmes de climatisation et de chauffage utilisaient la convection à air forcé pour amener la chaleur dans ou hors d'un bâtiment. Les ventilateurs à l'intérieur des équipements électroniques utilisaient le refroidissement par convection forcée pour déplacer l'air sur les composants électroniques. Les systèmes de réfrigération utilisent des ventilateurs à la fois pour évacuer la chaleur des serpentins du condenseur, mais également pour refroidir le compresseur et déplacer l'air à l'intérieur du compartiment réfrigéré.
Les ventilateurs de refroidissement ont démontré des effets de convection pendant des siècles. Avec l'invention de l'électricité, les moteurs électriques pourraient être utilisés pour entraîner des ventilateurs de table et de plafond. Des ventilateurs de plafond sophistiqués contenant des thermostats pour contrôler automatiquement leurs fonctions sont disponibles depuis la fin du 20ème siècle. Tous reposent sur le même principe de refroidissement du corps humain en faisant circuler l'air sur la peau.
La convection peut être combinée à l'évaporation pour améliorer les performances de refroidissement. Les systèmes de refroidissement par évaporation, qui utilisent l'air forcé passé à travers un tampon d'évaporation humide pour refroidir les espaces intérieurs, sont populaires dans les zones à très faible humidité. Ces systèmes refroidissent l'espace intérieur en évacuant la chaleur de l'air entrant par évaporation. Le flux d'air résultant est plus froid, mais contient plus d'humidité. Les systèmes évaporatifs ne fonctionnent pas bien dans les zones où l'humidité relative est élevée, car le refroidissement ne se produira pas et l'intérieur risque de devenir très humide.