¿Qué es el enfriamiento por convección?

El enfriamiento por convección es cualquier transferencia de calor que ocurre por un movimiento de fluido. Tanto los líquidos como los gases pueden exhibir enfriamiento por convección, y el efecto puede ser natural o forzado. El enfriamiento natural se produce por la transferencia de calor debido a los cambios en la densidad del fluido, como el aumento del aire caliente y el hundimiento del aire más frío. La convección forzada ocurre cuando se agrega cualquier fuerza externa para mover el fluido, como un ventilador que mueve aire o una cuchara que agita un líquido.

La transferencia de calor ocurre principalmente por conducción y convección. La conducción es una transferencia de calor a través de cualquier material, sin movimiento del material. Un ejemplo de conducción es una sartén de metal calentada por una llama en una estufa de gas. La llama de gas calienta la parte inferior de la sartén, y la conducción transferirá el calor al resto de la sartén. Cuando se apaga el calor, la convección enfriará la sartén a medida que el calor se transfiere y se eleva por encima del aire alrededor de la sartén.

El enfriamiento por convección natural ocurre en la atmósfera y los océanos de la Tierra. El aire se calienta por el calentamiento de la tierra y se eleva. A medida que el aire sube, se enfría y regresa a la superficie, creando una circulación de aire global y patrones climáticos. Las corrientes oceánicas llevan agua tibia a los océanos más fríos y el agua se hunde y se traslada a las regiones más cálidas. La luz del sol agrega energía al calentar el aire o el agua, y la rotación de la Tierra imparte algo de energía, pero el movimiento se considera más natural que forzado.

El enfriamiento por convección también se produce dentro de la Tierra. El núcleo fundido, calentado por la descomposición de elementos radiactivos, se eleva hacia la corteza exterior de nuestro planeta. La convección enfría el material del núcleo fundido y se mueve lentamente hacia el centro. Este movimiento hace que nuestros continentes se muevan lentamente sobre el núcleo fundido, un fenómeno llamado movimiento de la placa tectónica.

El enfriamiento forzado es común en hogares y negocios. Los sistemas de aire acondicionado y calefacción usaban convección de aire forzado para mover el calor dentro o fuera de un edificio. Los fanáticos dentro de los equipos electrónicos utilizaron enfriamiento por convección forzada para mover el aire sobre los componentes electrónicos. Los sistemas de refrigeración utilizan ventiladores para eliminar el calor de las bobinas del condensador, pero también para enfriar el compresor y mover el aire dentro del compartimiento refrigerado.

Los ventiladores de refrigeración han demostrado efectos de convección durante siglos. Con la invención de la electricidad, los motores eléctricos podrían usarse para conducir ventiladores de mesa y de techo. Los sofisticados ventiladores de techo que contienen termostatos para controlar automáticamente sus funciones han estado disponibles desde fines del siglo XX. Todos se basan en el mismo principio de enfriamiento del cuerpo humano al mover el aire a través de la piel.

La convección se puede combinar con la evaporación para mejorar el rendimiento de enfriamiento. Los sistemas de enfriamiento por evaporación, que utilizan aire forzado que pasa a través de una almohadilla de evaporación húmeda para enfriar los espacios interiores, son populares en áreas de muy baja humedad. Estos sistemas enfrían el espacio interior al eliminar el calor del aire entrante por evaporación. La corriente de aire resultante es más fría, pero contiene más humedad. Los sistemas de evaporación no funcionan bien en áreas de mayor humedad relativa, porque no se producirá enfriamiento y el interior puede volverse bastante húmedo.