Práctica: Convección

Práctica: Convección

• OBJETIVO

Determinar el coeficiente de película observando el tiempo que tarda un hielo en derretirse completamente en dos medios distintos (aire y agua).

• INTRODUCCION

En muchas ocasiones, no se está tan interesado en cuánto vale el calor total absorbido, sino cuánto calor entra en el sistema en la unidad de tiempo. Por ello se define el flujo de calor como

[pic 1]

donde:

 es el calor diferencial que entra en el sistema[pic 2]

 es el tiempo empleado en entra[pic 3]

En este caso utilizando dos cubos de hielo de misma masa, se medirá el tiempo en derretirse por completo en agua y aire. Se tomarán mediciones de tiempo y se determinará el flujo de calor. Posteriormente se calculará el coeficiente de película para que el estudiante compare la diferencia de los dos medios.

• MARCO TEORICO

En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton:

[pic 4]

donde:

   es el coeficiente de convección (o coeficiente de película).[pic 5]

  es el área del cuerpo en contacto con el fluido.[pic 6]

  es la temperatura en la superficie del cuerpo. [pic 7]

 es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.[pic 8]

• MATERIAL Y EQUIPO

• Un vaso de precipitado con tapa de 200mL
• Una base de vidrio
• Dos hielos cúbicos de agua destilada
• 1 termopar con su calibrador
• Un cronómetro

• DESARROLLO

Es posible determinar el coeficiente de película en base a la ley de Newton

[pic 9]

Despejándose el Coeficiente de película

[pic 10]

Procedimiento para medición en agua:

1. Se llena el vaso de precipitado hasta 200ml    

      [pic 11]

1. Se toman la temperatura del hielo

1. El hielo se sumerge con cuidado y completamente en el vaso de precipitado que contiene un volumen exacto de agua . Luego se lee cuidadosamente el volumen final . El volumen del sólido corresponde a la diferencia . Con esto calcular el área considerando que es un cubo.[pic 13][pic 14][pic 15]

1. Se toma el tiempo de cuánto tarda en terminar de derretirse.

1. Tome la temperatura del agua ya con el hielo derretido.

1. Considerando el  del y su densidad a la temperatura tomada, calcule teóricamente la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura del hielo a la temperatura del agua.[pic 19]

1. Utilizando la fórmula de  , calcule la transferencia de calor[pic 21]

1. Ahora considerando la ecuación  calcule el coeficiente de película h.[pic 23]

Procedimiento para medición en aire.

1. Se toman las medidas laterales del hielo cúbico para ubicar su área total. La cara inferior del hielo no se tomará en cuenta para el , pues se considerará despreciable la transferencia de calor por esa cara.[pic 25]

1. Se toman la temperatura del hielo y la temperatura del aire en donde se efectuará el experimento.

1. Considerando el  del agua 4.1813 J/g°C y su densidad de 1000 kg/m3, calcule teóricamente la cantidad de energía necesaria para elevar la temperatura del hielo a la temperatura del aire.[pic 29]

1. Coloque el hielo sobre la base de vidrio y registre el tiempo que toma en derretirse

1. Utilizando la fórmula de  , calcule la transferencia de calor[pic 32]

1. Ahora considerando la ecuación , calcule el coeficiente de película .[pic 34][pic 35]

Comparación:

• Compare el  con el  [pic 37][pic 38]

AGREGAR AL REPORTE TODOS LOS CALCULOS HECHOS A MANO. AGREGA ALGUNAS CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES PROPIAS. NO OLVIDES ARGEGAR LA BIBLIOGRAFIA

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