FÍSICA - EXPERIENCIA: ENFRIAMIENTO POR CONVECCION EN AIRE

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO[pic 1]

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA

CURSO: FÍSICA II

EXPERIENCIA: ENFRIAMIENTO POR CONVECCION EN AIRE

PROFESOR: JHONY RAMIREZ A.

ALUMNO:

• Sarmiento Caceres Allen Jefferson

CÓDIGO: 1523220912                          

GRUPO HORARIO: 93G

2017

                              ENFRIAMIENTO POR CONVECCION EN AIRE

1. Objetivos:-

-Determinar la relación de la temperatura en el tiempo según se enfria el fluido.

1. Marco teórico:

La conducción es la transferencia de calor, por medio de la excitación molecular en el interior del material, sin ningún tipo de movimiento entre los objetos. Si un extremo de una barra de metal está a una temperatura mas alta, entonces se transferirá energía hacia el extremo mas frío, debido a las colisiones de partículas de alta velocidad con las mas lentas, produciéndose una transferencia neta de energía hacia estas últimas. En una transferencia entre dos superficies planas, como la pérdida de calor a través de las paredes de una casa, la tasa de transferencia de calor por conducción es:

                                                       [pic 2]

[pic 3]

     Figura Nº1

 Q = calor transferido en el tiempo ‘t’

 A= área

 T= temperatura

 K= conductividad térmica de la barrera

 d= grosor de la barrera

Convección del Calor 

La convección es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, tal como el aire o el agua. Cuando estos se calientan se mueven hacia fuera de la fuente de calor, transportando consigo la energía. La convección por encima de una superficie caliente ocurre porque, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, se expande, se hace menos denso, y se eleva (ver la ley de gas ideal). De igual manera, el agua caliente es menos densa que la fría y por tanto se eleva, originando corrientes de convección que transportan energía.

La transferencia de calor por convección puede ser muy complicada, pero a menudo es posible modelarla satisfactoriamente mediante una ley muy sencilla conocida como la ley del enfriamiento de Newton. Esta ley se aplica al enfriamiento o al calentamiento por convección de un cuerpo en contacto con un fluido. En vez de prestar atención al comportamiento detallado del sistema, la ley del enfriamiento de Newton se centra en alguna temperatura de referencia bien definida del fluido y una temperatura también bien definida del cuerpo a calentar o enfriar. La ley más sencilla que podemos imaginarnos es una en la que la potencia calorífica P que un cuerpo de temperatura característica Tc recibe mediante convección de un fluido de temperatura característica Tf es proporcional a la diferencia de ambas temperaturas:

                                                         P ≡ −h ⋅ (Tc−Tf).

Esto es la ley del enfriamiento de Newton. La potencia es positiva cuando el flujo de calor va del fluido al cuerpo y es negativa cuando va del cuerpo al fluido. La constante de proporcionalidad h depende de las características del sistema en cuestión y es positiva para que la potencia recibida sea postiva cuando el fluido está más caliente que el cuerpo. Esta ley es un análogo discreto de la la de Fourier para la conducción térmica.

                                    [pic 4]

                                                              Figura Nº2

Se cree que la convección juega un papel principal en el transporte de la energía desde el centro del Sol a la superficie, y en el movimiento del magma caliente por debajo de la superficie terrestre. La superficie visible del Sol (la fotosfera) tiene un aspecto granular, con una dimensión típica de un gránulo de 1000 kilómetros. La imagen de la derecha es de la página web de Física Solar de la NASA, y se le atribuye a G. Scharmer y al Telescopio Solar Sueco de vacío. Los gránulos son descritos como células de convección que transportan el calor desde el interior del Sol a la superficie.   En la transferencia de calor normal en la Tierra, es difícil cuantificar los efectos de la convección, ya que depende inherentemente de pequeñas faltas de uniformidad, en un medio que por otra parte, se muestra bastante homogéneo. En los modelos como el enfriamiento del cuerpo humano, la conducción juega un papel fundamental.

                                                   [pic 5]

                                                                Figura Nº3

1. Diseño:

                                [pic 6]

                                         Figura 4. Diseño del experimento

1. Materiales:

                 Figura 10. Termómetro

1. Variables dependientes:

-  Masa del recipiente con el liquido

 - Densidad del líquido.

1. Variables independientes:

    -Balanza

1. Rango de trabajo:

- Balanza: 0 – 5 kg.

1. Procedimiento:

• Primero llenamos el vaso precipitado con aceite, luego hallamos la masa en la balanza
• Luego colocamos en la parte superior del termómetro una pita para poder colgarlo en el soporte universal, de esta forma la parte inferior del termómetro lo pondremos dentro del vaso precipitado con aceite.
• Pasaremos a calentar la cocina para poder poner el vaso precipitado con el aceite.
• Comenzaremos con la temperatura de 60 ᵒC e iremos tomando el tiempo cada 30 segundos y notaremos cuando disminuye la temperatura en esos intervalos de tiempo.

1. Tabla de datos generales:

Mediciones directas:

(Masa).[pic 13]

Tabla #1. Resultados obtenidos en el experimento.

...