Che cos'è la convezione forzata?
La convezione descrive l'effetto del calore proveniente da fluidi o gas in viaggio su un oggetto solido. Nella convezione forzata, il flusso del fluido o del gas viene potenziato o creato artificialmente. I ventilatori sono un modo comune per forzare i gas, mentre le pompe vengono spesso utilizzate con i fluidi. La convezione forzata di solito funziona più rapidamente della convezione standard.
Un semplice esempio di convezione forzata sarebbe lo scioglimento di un cubetto di ghiaccio con acqua calda. Un cubetto di ghiaccio si scioglierà naturalmente in una pozza di acqua calda. La convezione naturale comporterebbe che l'acqua intorno al cubetto di ghiaccio diventasse più fredda e meno efficiente nello sciogliere il cubetto di ghiaccio mentre il processo avanza. Se l'acqua calda fosse forzata attraverso il cubetto di ghiaccio continuamente, l'acqua non si raffredderebbe e il cubetto di ghiaccio si scioglierebbe molto più velocemente.
L'efficienza della convezione termica è determinata da diversi fattori. In generale, maggiore è l'area esposta della superficie da riscaldare, più è difficile riscaldarla. Pertanto, il flusso di gas o fluido deve essere regolato di conseguenza. Questo è spesso realizzato mediante l'aggiunta di una fonte artificiale per aumentare il flusso di liquidi o gas.
Anche la velocità del flusso di convezione è importante. In generale, i flussi più veloci sono più efficienti. Il wind chill è un buon esempio di questa efficienza. Una persona in piedi con un forte vento si raffredda più velocemente di una in aria stagnante, perché la pelle calda viene esposta a un maggior volume di aria fredda entro un determinato tempo.
La differenza di temperatura influisce anche sulla velocità con cui si verifica la convezione forzata. Le superfici esposte a una corrente di convezione con una temperatura molto più elevata si riscaldano più rapidamente. La convezione termica rallenta quando l'oggetto si avvicina alla temperatura della corrente.
Fluidi e gas più spessi sono generalmente più efficaci nel trasferimento di calore. Ciò è problematico, poiché molti gas e fluidi più spessi richiedono più forza per mantenere una velocità effettiva in una corrente di convezione. Bisogna anche prestare attenzione affinché il fluido o i gas rimangano mobili mentre si raffreddano.
Sebbene l'obiettivo principale della convezione forzata sia spesso l'oggetto da riscaldare o raffreddare, è importante ricordare che il trasferimento di temperatura procede in entrambe le direzioni. Quando un flusso di convezione sta riscaldando un oggetto, la temperatura più bassa dell'oggetto viene trasferita al flusso. Determinare la variazione di temperatura sia nell'oggetto che nel flusso è importante per valutare l'efficienza del metodo di convezione forzata.
L'analisi del trasferimento di calore viene eseguita manualmente o tramite software. Esistono molte variabili, ma ci sono due indicazioni principali sull'efficacia di un metodo di conversione forzata. La prima indicazione è l'aumento di temperatura nella superficie da riscaldare. La seconda indicazione è la differenza di temperatura del flusso di convezione prima e dopo che è passato sulla superficie. Maggiore è la differenza, più utile è il metodo di convezione.