La convezione descrive l’effetto del calore da fluidi o gas che viaggiano 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 sono spesso utilizzate con i fluidi. La convezione forzata funziona comunemente 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 d’acqua calda. La convezione naturale farebbe sì che l’acqua intorno al cubetto di ghiaccio diventi più fredda e meno efficiente nello sciogliere il cubetto di ghiaccio man mano che il processo progredisce. Se l’acqua calda fosse forzata continuamente attraverso il cubetto di ghiaccio, l’acqua non si raffredderebbe e il cubetto di ghiaccio si scioglierebbe molto più velocemente.
L’efficienza della convezione del calore è determinata da diversi fattori. Generalmente, maggiore è l’area esposta della superficie da riscaldare, più difficile è il riscaldamento. Pertanto, il flusso di gas o fluido deve essere regolato di conseguenza. Ciò è spesso ottenuto mediante l’aggiunta di una sorgente artificiale per aumentare il flusso dei liquidi o del gas.
Anche la velocità del flusso di convezione è importante. In generale, i flussi più veloci sono più efficienti. Il raffreddamento del vento è un buon esempio di questa efficienza. Una persona in piedi con vento forte si raffredderà più velocemente di una in aria stagnante, perché la pelle calda viene esposta a un volume maggiore 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 alta si riscaldano più velocemente. La convezione del calore rallenta quando l’oggetto si avvicina alla temperatura della corrente.
I fluidi e i gas più densi sono generalmente più efficaci nel trasferimento di calore. Questo è problematico, perché molti gas e fluidi più densi richiedono più forza per mantenere la velocità effettiva in una corrente di convezione. Bisogna anche fare attenzione che il fluido oi 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 avviene in entrambe le direzioni. Quando un flusso di convezione riscalda 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 quando si valuta l’efficienza del metodo della convezione forzata.
L’analisi del trasferimento di calore viene eseguita manualmente o tramite software. Ci sono molte variabili, ma ci sono due indicazioni principali dell’efficacia di un metodo di conversione forzata. La prima indicazione è l’aumento di temperatura della 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.