Convecção é o modo de transferência de calor no qual o calor é transferido entre uma face sólida e um fluido (ou gás) adjacente em movimento. A convecção possui dois elementos:
- Transferência de energia devido à movimentação molecular (difusão) e
- Transferência de energia por movimentação volumétrica ou macroscópica do fluido (advecção).
O mecanismo da convecção pode ser explicado da maneira a seguir: à medida que a camada do fluido adjacente à superfície quente aumenta de temperatura, sua densidade diminui (sob pressão constante, a densidade é inversamente proporcional à temperatura) e se torna flutuante. Um fluido mais frio (mais pesado) próximo à superfície substitui o fluido mais quente e um padrão de circulação é formado.
A taxa de troca de calor entre um fluido de temperatura Tf e uma face de um sólido de área A na temperatura Ts obedece a lei de Newton do resfriamento, que pode ser descrita como:
Qconvenção = h A (Ts - Tf)
onde h é o coeficiente de transferência de calor por convecção. As unidades de h são W/m2.K ou Btu/s.in2.F. O coeficiente de transferência de calor de convenção (h) depende da movimentação do fluido, da geometria e das prorpiedades físicas e termodinâmicas.
Geralmente, há dois modos de transferência de calor por convecção:
Convecção natural (livre)
O movimento do fluido adjacente a uma face sólida é causado por forças de flutuação induzidas pelas alteração na densidade do fluido devido às diferenças de temperatura entre o sólido e o fluido. Quando uma chapa quente é deixada para esfriar ao ar livre, as partículas de ar adjacentes à face da chapa esquentam, sua densidade diminui e, portanto, elas se movimentam para cima.
Convecção forçada
Um meio externo, como um ventilador ou bomba, é usado para acelerar o fluxo do fluido na face do sólido. O rápido movimento das partículas do fluido na face do sólido maximiza o gradiente de temperatura e aumenta a taxa de troca de calor. Na imagem a seguir, ar é direcionado para uma chapa quente.
