laboratorio integral 1

Practica 9: Determinación del coeficiente de transferencia de calor

ALUMNA:Delly Baltazar Armenta

Fecha

INTRODUCCION

Al realizar esta práctica nos basamos principalmente en la ley de Enfriamiento,

donde calcularemos el coeficiente de película o coeficiente de convección, para

ello tendremos que indagar acerca de la ley de enfriamiento de Newton.

Y así poder llevar a cabo el experimento, para esto tendremos que volver a utilizar

un vaso de precipitado con agua, y después el cilindro de bronce.

Al terminar la práctica, y obtener los resultados, compararemos el valor de h

teórico y el valor de h obtenido en dicho experimento.

OBJETIVO

Determinación del coeficiente de transferencia de calor utilizando agua y cilindro

de cobre.

MARCO TEORICO

Ley de enfriamiento de Newton

La ley de enfriamiento de Newton establece que la tasa de transferencia de calor que abandona una superficie a una temperatura Ts para pasar a un fluido del entorno a temperatura Tf se establece por la ecuación:

Qconveccion = h A (Ts - Tf)

Donde el coeficiente de transferencia de calor h tiene las unidades de W/m2.K o

Btu/s.in2.F. El coeficiente h no es una propiedad termodinámica. Es una

correlación simplificada entre el estado del fluido y las condiciones de flujo, por lo

cual generalmente se la conoce como una propiedad de flujo.

La convección está ligada al concepto de una capa de contorno que es una

delgada capa de transición entre una superficie, que se supone adyacente a las

moléculas estacionarias, y el flujo de fluido en el entorno. Esto se puede observar

en la siguiente figura que muestra un flujo sobre una placa plana.

Al mecanismo real de transferencia de calor a través de la capa del contorno se lo

toma como conducción, en la dirección y, a través del fluido estacionario cercano a

la pared que es igual a la tasa de convección que va desde la capa límite al fluido.

Esto puede expresarse de la siguiente manera:

h A (Ts - Tf) = - k A (dT/dy)s

Es decir que el coeficiente de convección para una determinada situación puede

evaluarse midiendo la tasa de transferencia de calor y la diferencia de

temperatura, o midiendo el gradiente de temperatura adyacente a la superficie y la

diferencia de temperatura.

MATERIAL Y EQUIPO

Caja de laboratorio

3 Soporte universal

4 Pinzas para soporte

Termómetro

1 Vaso de precipitado

Cronometro

Termómetro infrarrojo

1 Probeta

Cilindro de bronce

PROCEDIMIENTO

Montamos el equipo de laboratorio para llevar a cabo la práctica, los tres

soportes universales con las pinzas sosteniendo la secadora y el vaso de

precipitado, así también como el cilindro de bronce.

Calentamos el agua y tomamos el tiempo con el cronometro, y medimos la

temperatura con el termómetro.

Detenemos el calentamiento cuando la temperatura deje de aumentar en el

agua.

Calentamos el tubo de bronce, y medimos el tiempo en que las dos caras

del cilindro cubierto de aislante estén en equilibrio.

Medimos la distancia a la que está el cilindro de bronce y la secadora, debe

ser la misma distancia entre la secadora y el vaso de precipitado.

CALCULOS Y RESULTADOS

Tiempo Agua Bronce (cara abajo)

Al Inicio 24°C 24.4°C

A los 3 minutos 26°C 33.6 °C

Temperatura ambiente 25°C

k=139w /m°C

q conveccion=q conduccion

hA (T−T∝ )=KA dTdx

h=kdTdx

T−T ∞

h=(139 w

mC)(33.6 °C−24.4 ° C)

0.098m25.4 ° C−25 °C

h=32622.44 wm2° C

Q=mCp∆T

Q= (0.025kg )(4.18 KJkg°C ) (26 °C−24 °C )

Q=0.209KJ=209J

q=Qs=209 J180 s

q=1.16watts

q conduccion=h (T−T ∞ )

h=qconduccionT−T ∞

h= 1.16watts25.4 °C−25 °C

h=3 wm2° C

Rango de h investigado= de 5 a 20 w/m2 °C

CONCLUSION

Después de realizar la práctica pudimos observar que casi nos aproximamos al

valor investigado, que es de rango 5 a 20, pero para hacerlo una sola vez,

quedamos satisfechos, además por cuestiones de tiempo no pudimos realizar otro

experimento para volver a calcular el coeficiente de película. De esta manera

pudimos observar que la ley de enfriamiento de Newton si se cumple.

REFERENCIAS:

http://help.solidworks.com/2011/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulation/AnalysisBackground/ThermalAnalysis/Convection_Topics/Convection_Heat_Coefficient.htm

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/otros/enfriamiento/enfriamiento.htm

http://ciencia-basica-experimental.net/newton.htm