PRÁCTICA 12. COEFICIENTE DE CONVECCIÓN TÉRMICA

I. OBJETIVO

Obtener experimentalmente el coeficiente de Transferencia de calor por convección

Objetivos específicos.

Utilizando la el calor transferido por conducción obtener el coeficiente de transferencia de calor del aire en aluminio.

II. MARCO TEÓRICO

La energía calorífica se transmite por el movimiento físico de moléculas “calientes” de las zonas de alta temperatura a las zonas de baja temperatura y viceversa, equilibrándose las temperaturas.

La transferencia de calor por convección puede ser forzada cuando está ayudada por el movimiento de las superficies en contacto con el fluido o libre (llamada también natural) cuando se produce únicamente en virtud de una diferencia de densidades causada por una diferencia de temperaturas. También puede venir acompañada de un cambio de fase, como ocurre durante la condensación o la ebullición, con unos intercambios de calor muy intensos.

Cuando en un fluido que se encuentra en un campo gravitatorio hay regiones de distinta densidad, siendo las zonas más densas por más frías las que se encuentran en la parte superior, éstas se mueven hacia las zonas de menor densidad que se encuentran en la parte inferior (más caliente) desplazando el fluido que allí se encuentra. Por ejemplo, en un radiador,† el aire frío, al ser más denso que el aire caliente va hacia las zonas más bajas, desplazando al aire caliente, que asciende hacia las zonas más altas. Las partículas más calientes van hacia las zonas más frías y viceversa. Se establece así una circulación de materia (aire) que tiende a igualar la temperatura del conjunto del gas en un proceso al que se denomina convección, aunque esto corresponde sólo a un caso concreto de convección.

En un sentido más general, denominaremos convección a todo proceso de transferencia de calor entre dos zonas a distinta temperatura como consecuencia del movimiento de materia caliente hacia las zonas frías y de materia fría hacia las zonas calientes. Obviamente la convección aparecerá únicamente en fluidos, que es donde puede producirse este movimiento de materia.

Consideremos una superficie sólida que se encuentra a una temperatura T , en contacto con un fluido a una temperatura Tf . En estas condiciones se produce

convección, caracterizada por un flujo térmico transmitido dado por una relación empírica conocida como, Ley de enfriamiento de newton Φ = h(T − Tf )S

h (W/m 2K) es el coeficiente de transferencia de calor por convección. Este coeficiente depende de las condiciones en la capa límite, en las que influyen la geometría de la superficie, la naturaleza del movimiento del fluido y una variedad de las propiedades termodinámicas del fluido y de transporte. Al final, el estudio de la convección se reduce a ver cómo podemos determinar h.

III. MATERIAL

- Plancha de calentamiento.- Termómetro infrarrojo.- Pinzas.- Guantes.- Barra de aluminio con aislamiento de algodón y papel aluminio.

IV. PROCEDIMIENTO

1. Encender la plancha de calentamiento y esperar hasta que la temperatura

permanezca constante.

2. Colocar la barra de aluminio de manera perpendicular a la plancha.

3. Medir la temperatura de la barra de manera constante hasta que llegue a un

estado de equilibrio (que no varíe demasiado), así como medir el tiempo en

que llega a este estado.

4. Registrar las temperaturas de la parte superior de la barra y de la parte

inferior (la que está en contacto con la plancha).

5. Obtener el flujo de calor por medio de la Ley de Fourier y sustituirlo en la

Ley de enfriamiento de Newton para así, poder despejar el coeficiente de

convección térmica.

V. CÁLCULOS

Q=−k(T 2−T 1 )∆ x

Q=h(T s−T ∞)

Q= qA

−k(T 2−T1 )∆ x

=h (T s−T ∞ )H= qA

Calculo de H

H 29.12Tambiente 25Tsuperficie 230

q 5969.6

Calculo de Flujo de Calor por conducción

Constante Teórica del AluminioK= 205 (w/mK)

q 5969.6 wQ 2391666.667 w/m2

K 205 w/mkT1 300 CT2 230 CX 0.006 m

VI. ANÁLISISLa obtención del flujo de calor en la barra de aluminio colocado sobre la plancha fijada en el centro de esta producía un flujo mayor donde se concentró el calor, se colocó esta barra en las esquinas para conocer si los flujos eran constantes en todos los puntos de la plancha con la ayuda del termómetro infrarrojo se medía la temperatura cuando era colocado en cada punto fijo de la plancha, sin embargo el calor de la parte exterior de la plancha cambiaba considerablemente a comparación del centro donde había mayor concentración de calor, los factores que influyeron también son la temperatura de los alrededores por la convección libre y la temperatura de la superficie de la plancha y además las zonas que presentaban deformación de la barra de aluminio disipaba el calor , esto se comprobó con la medición de la temperatura de esas zonas de deformación de la barra y con las temperaturas obtenidas durante el experimento.

VII. OBSERVACIONES

Lamina de AluminioÁrea 0.000108 m2

Ancho 0.018 mLargo 0.076 mGrosor 0.006 m

Al iniciar la practica la temperatura se mantenía constante, pero se empezaron a presentar problemas cuando encendieron la refrigeración, esto causo que la temperatura fuera variando, por lo cual tuvimos que colocar un objeto que obstruyera la el paso directo del aire frio hacia la plancha.

Otro percance fue el hecho de que solo hay un termómetro infrarrojo y los tres equipos lo necesitábamos, teníamos que parar por un momento en lo que los demás lo utilizaron.

VIII. FUENTES DE INFORMACIÓN

Recuperado el 4 de Mayo del 2015 de:

http://help.solidworks.com/2011/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp/Simulation/AnalysisBackground/ThermalAnalysis/Convection_Topics/Convection_Heat_Coefficient.htm- http://oa.upm.es/6935/1/amd-apuntes-transmision-calor.pdf