Convezione termica

La convezione forzata molto più efficiente della convezione naturale

Propagazione calore - Potenza termica - Geometria superficie - Coefficiente di scambio termico

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La convezione è un fenomeno di trasmissione del calore molto complesso, molto più della conduzione.

La trasmissione del calore per convezione avviene grazie alla presenza di un fluido (gas o liquido), il cui movimento è la causa principale che permette la propagazione dell'energia termica.

Convezione naturale o forzata

Normalmente si distingue tra convezione naturale e convezione forzata, a seconda che per il movimento del fluido si utilizzi o meno un'apparecchiatura che incrementi la sua velocità di spostamento.
La seguente figura illustra il fenomeno della convezione naturale: il calore viene trasportato verso l'alto dalla massa d'aria meno densa ed a maggiore temperatura.

Calore scambiato per convezione

Per descrivere il fenomeno della convezione si utilizza la seguente formula:

q_c= h_c∙ A ∙ (t_s - t_f)

dove:
q_c rappresenta l' energia termica scambiata nell'unità di tempo
A la superficie di scambio,
t_s la temperatura della superficie
t_f la temperatura del fluido misurata in un punto sufficientemente distante dalla superficie
h_c rappresenta il coefficiente di scambio termico medio per convezione.

Il valore numerico di h_c dipende dalla geometria della superficie, dalla velocità e dalle caratteristiche del fluido e dalla differenza di temperatura.

Coefficiente di scambio termico

Nella convezione forzata si riesce ad avere un coefficiente di scambio termico di valore molto alto: in questo modo si può avere una potenza termica scambiata molto elevata anche in presenza di superfici di scambio ridotte.

Questo fatto permette di ridurre le dimensioni degli evaporatori e dei condensatori dei circuiti frigoriferi e quindi di avere ingombri ridotti.

Nel caso di guasto alle ventole dei due scambiatori di calore le potenze termiche scambiate si riducono drasticamente.
Anche la brina o la sporcizia peggiorano lo scambio termico per convezione.
La stima del coefficiente h_c risulta piuttosto complessa da eseguire in quanto esso può variare anche da punto a punto della superficie di scambio. Da qui la necessità di assumere un valore medio per l'applicazione dell'equazione precedente.

Volendo applicare puntualmente l'equazione dello scambio per convezione, è necessario scrivere:

dq_c= h_c ∙ dA ∙ (t_s - t_f)