Demostración por medio de distintos experimentos el movimiento convectivo.

1. Instituto Tecnológico de Mexicali
Ingeniería Química
Materia:
Laboratorio Integral I
Tema:
Práctica
Demostración visual del movimiento convectivo
Integrantes:
Nombre del profesor
Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali, B.C. a 20 de abril de 2015
Aranda Sierra Claudia Janette
Castillo Tapia Lucero Abigail
Cruz Victorio Alejandro Joshua
De La Rocha León Ana Paulina
Guillén Carvajal Karen Michelle
Lozoya Chávez Fernanda Viridiana
Rubio Martínez José Luis
12490384
11490627
12490696
11490631
12940396
12490402
12490417

2. 1
Índice
Práctica
Título: “Demostración visual del movimiento convectivo”
Objetivo 2
Introducción 2
Marco teórico 3
Movimiento convectivo 3
Corrientes de convección 3
Importancia del movimiento convectivo 4
Ejemplo de movimiento convectivo 4
Material, equipo y reactivos 4
Procedimiento 5
Análisis 6
Observaciones 8
Evidencias 8
Bibliografía 9

3. 2
Práctica XII
Título:
“Demostración visual del movimiento convectivo”
Objetivo:
Demostrar experimentalmente como es el movimiento de convección en dos distintas
sustancias, con el fin de observar y capturar la forma de dicho movimiento.
Objetivos específicos:
 Visualizar el movimiento convectivo en agua, utilizando pequeños pedazos de papel.
 Observar el movimiento de convección en agua-tinta caliente cuando se pone en contacto
con agua a temperatura ambiente.
 Demostrar el movimiento convectivo que se presenta en el aceite cuando está expuesto a
una fuente de calor.
Introducción
La transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida denominada como
convección, es una de las técnicas implementadas en la naturaleza para el transporte de
energía como el movimiento de la energía del manto de la tierra y las brisas marinas. El
hombre, ha aprendido que este mecanismo es uno de los más eficientes a la hora de la
transferencia de calor, por lo cual ciertas maquinarias y equipos trabajan bajo este principio,
como lo son los aparatos de calefacción, solo por mencionar algunos.
La convección es un mecanismo por el cual la transferencia de calor se lleva a cabo por el
movimiento de un fluido y se debe a que distintas partes del fluido tienen distintas densidades
debido a los cambios de temperatura, y esto provoca movimiento dentro del medio.
La convección también puede originar la circulación de un líquido, el cual es fácil de visualizar
en el calentamiento de una olla de agua sobre una llama, esto nos permite observar la forma de
este movimiento el cual se denomina como corrientes de convección y en las cuales se
observan que tienden a un movimiento cíclico tanto en los líquidos como en los gases, lo que
permite explicar una gran cantidad de procesos naturales donde está involucrada la convección.

4. 3
Marco teórico
Movimiento convectivo
La convección es el mecanismo que se produce en los fluidos cuando el calor es transportado
desde zonas de mayor temperatura a otras con temperatura menor, debido a los cambios en la
densidad de los materiales. Por ejemplo, cuando se pone a calentar un recipiente con agua,
esta comienza a calentarse por la parte inferior y se dilata, con lo que disminuye la densidad. El
agua caliente, asciende y transporta, así, calor de la parte inferior
a la superior. El agua de la parte superior, que está más fría, es
más densa, por eso desciende. Con ambos movimientos se forma
un patrón de circulación, aunque no tan regular como se muestra
en la figura 1, pero siguiendo esa tendencia. En la convección
tiene lugar un movimiento real de la materia a causa de la
diferencia de densidad existente entre el fluido que está a mas
temperatura (menos denso) y el que está a menos temperatura
(más denso). Estas corrientes de fluidos se llaman corrientes de
convección.
Corrientes de convección
Las corrientes de convección se deben al movimiento de partículas con carga
positiva o negativa en el vacío, en un gas enrarecido o en el aire. Como ejemplo conocido
tenemos los haces de electrones en un tubo de rayos catódicos y las descargas atmosféricas.
No están regidas por la ley de Ohm. Cuando el calor se transmite por medio de un movimiento
real de la materia que forma el sistema se dice que hay una propagación de calor por
convección. Un ejemplo son: Los radiadores de agua caliente y las estufas de aire.
La transferencia de calor por corrientes de convección en un líquido o en un gas, está asociada
con cambios de presión, debidos comúnmente a cambios locales de densidad. Un aumento de
temperatura en un fluido va acompañado por un descenso de su densidad. Si aplicamos calor
en la base de un recipiente, el fluido, menos denso en esta parte debido al calentamiento, será
continuamente desplazado por el fluido más denso de la parte superior. Este movimiento que
acompaña a la transmisión del calor se denomina convección libre.
Algunas veces las diferencias de presión se producen mecánicamente mediante una bomba o
un ventilador; en tal caso, se dice que la conducción del calor ocurre por convección forzada.
En ambos casos, el calor pasa hacia dentro o fuera de la corriente a lo largo del recorrido.
Fig. 1 Ejemplo de movimiento
convectivo

5. 4
Importancia del movimiento convectivo
El método de las corrientes de convección es uno de los más eficaces de transferencia de calor
y debe tenerse en cuenta cuando se diseñe o construya un sistema de aislamiento. Si se dejan
en una casa grandes espacios sin paredes, se forman muy fácilmente corrientes de convección,
produciéndose pérdidas de calor. Sin embargo, si los espacios se rompen en pequeños
recintos, no son posibles las corrientes de convección y las pérdidas de calor por este método
son muy pequeñas. Por esta razón, los materiales aislantes usados en las paredes de
refrigeradores o en las de las casas son porosos: viruta de corcho, corcho prensado, lana de
vidrio u otros materiales similares. Estos, no solamente son malos conductores por sí mismos,
sino que dejan además pequeños espacios de aire, que son muy malos conductores y, al
mismo tiempo, lo suficientemente pequeños para que no se produzcan corrientes de
convección
Ejemplo de corriente de convección
Las brisas marinas son corrientes de convección
provocadas por la diferencia de temperatura entre el
mar y la tierra.
Durante el día, la tierra se calienta más deprisa que el
mar, por lo cual la temperatura es más alta en la tierra.
El aire que esta sobre la tierra, se calienta y asciende,
el vacío que deja es substituido por el aire menos
caliente procedente de la mar. De esta manera se
produce la brisa marina.
Cuando se pone el Sol, la tierra se enfría antes. En consecuencia, el aire que está encima del
mar está más caliente, por lo que asciende, y ahora, el aire frío situado encima de la tierra el
que se desplaza hasta ocupar el lugar del aire caliente. Por ello se produce una brisa que se
dirige desde la tierra hacia el mar.
Material, equipo y reactivos
Demostración Material y equipo Reactivo
1 1 Vaso de ppt 500 ml Agua
1 Termómetro
Papel
(trozos)
1
2
Parrilla
Guantes
1 Perforadora
Fig. 2 Ilustración de convección en brisas marinas

6. 5
2 2 Vaso de ppt 250ml y 4000 ml Agua
1 Termómetro Tinta china
1 Parilla
1 Matraz Erlenmeyer 250 ml
1 Tapón con dos tubos
1 Agitador de vidrio
2 Guantes
3 2 Vaso de ppt 25 ml y 500 ml Aceite
1 Termómetro Agua fría
1 Parrilla Tinta china
2 Guantes
1 Gotero
Procedimiento:
a) Agua-Papel
1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.
2. Colocar 250 ml en un vaso de precipitado de 500 ml.
3. Obtener pedazos de papel con la perforadora. Los suficientes que se crean
necesarios.
4. Colocar los pedazos de papel en el vaso de precipitado.
5. Prender la parrilla.
6. Colocar el vaso de precipitado en la parrilla y cuidar que la temperatura no sea mayor
a 90℃ con el termómetro.
7. Observar y capturar el movimiento de los pedazos de papel en el agua.
b) (Agua-tinta)-Agua
1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.
2. Colocar en el matraz de Erlenmeyer el tapón y hacer una marca al nivel de
profundidad.
3. Llenar agua en el vaso de precipitado de 4000 ml
4. Colocar agua en el vaso de precipitado de 250 ml, después agregar tinta china hasta
que este uniforme el color, esto se logra agitándolo con el agitador de vidrio.
5. Colocar la mezcla en el matraz de Erlenmeyer hasta llegar a la marca colocada.
Nota: si no alcanza con la cantidad en el paso 4, entonces repetir dicho paso hasta
cumplirse.
6. Prender la parrilla.

7. 6
8. Colocar el matraz en la parrilla y calentar la mezcla cuidando que la temperatura no
sea mayor a 90℃ con el termómetro.
7. Al llegar una temperatura cercana a 90℃, colocar el tapón en el matraz.
8. Tomar el matraz y sumergirlo en el vaso de precipitado de 4000 ml.
9. Observar y capturar el movimiento de la mezcla y del agua.
10. Lavar y secar el material.
c) Aceite-(Agua-tinta)
1. Limpiar los materiales a utilizar y ordenar el equipo.
2. Colocar 250 ml de aceite en el vaso de 500 ml.
3. Poner agua con tinta en el vaso de precipitado, agitar hasta que este homogéneo.
4. Prender la plancha.
5. Poner sobre la plancha el vaso de precipitado con el aceite y calentar cuidando que
la temperatura no sea mayor a 75℃ con el termómetro.
6. Colocar varias gotas de la mezcla agua-tinta en el aceite.
7. Observar y capturar el movimiento de la mezcla y del aceite.
8. Lavar y secar el material.
Análisis
Agua-Papel
En el primer experimento, el papel modela el movimiento del agua producido por la
transferencia de calor por convección. Las capas inferiores de agua al estar en contacto con la
parrilla se calientan provocando que su volumen aumente y por lo tanto su densidad disminuya,
provocándose el movimiento ascendente de dichas capas de agua. Mientras que las capas
superiores que están más frías y densas comenzaran a moverse al fondo del vaso de
precipitado. Es por ello que se pudo observar que los papeles subían y bajaban en el líquido en
cierta forma (circular) que es característica del movimiento de convección.
En un principio solo teníamos calentándose un pequeño vaso de precipitado con agua con el fin
de medir la temperatura a la que estaba llegando la parrilla, pero al ver que este estaba
llegando a 95℃ decidimos introducirle un pedazo de papel, el cual comenzó a moverse en
forma circular. Al poner más de dichos papeles, estos seguían el movimiento del primero que
observamos. Cuando esto se hizo a gran escala (en el vaso correspondiente en el
experimento), se habían colocado demasiados papeles y estos se acumulaban en la superficie,
por lo que decidimos retirar cierta cantidad y después de unos momentos se observó el mismo

8. 7
movimiento circular (de dos círculos, aunque más notorio uno ya que estaba en la región más
caliente).
Agua-(Agua-tinta)
Decir que es movimiento convectivo cuando el nivel dentro del matraz se mantiene igual. Este
movimiento se debe a un desequilibrio térmico en el interior del agua-tinta. Ya que
inmediatamente cuando el matraz caliente se pone en contacto con el agua a una temperatura
menor comienza a observarse el movimiento de convección. En este caso el agua caliente sale
del matraz a través del tubo más delgado, mientras el agua a temperatura ambiente entra por el
tubo más ancho dirigiéndose hacia el fondo del matraz. El ciclo de convección es completo
comprobándose que no disminuye el nivel del agua contenido dentro del matraz.
Algo que ocurrió y que no esperábamos fue que al calentar el agua-tinta, esta última comenzara
a separarse, como si ya no fuera tan soluble en agua caliente. Investigando, nos encontramos
que si existen sustancias que tienen una buena solubilidad cuando es a bajas temperaturas,
mientras que al aumentar la temperatura el compuesto se disocia y disminuye la solubilidad
mutua. Gracias a este fenómeno pudimos observar por partida doble el fenómeno del
movimiento convectivo, ya que como ya se dijo antes, el nivel en el matraz no disminuye y
también porque las partículas de la tinta se movían de los lados hacia el centro en movimientos
circulares.
Aceite-(Agua-tinta)
En el aceite ocurre lo mismo que en los dos anteriores, al ver un calentamiento en la parte
inferior, las partículas comienzan a moverse tratando de llegar a las capas superiores donde el
aceite está más frio, mientras el aceite frio (en la superficie) comienza a descender. Esto ocurre
ligado también a que las partículas de aceite en el fondo se vuelven menos densas y comienza
a ascender, por lo que al hacer eso, dichas partículas de aceite hacen que se muevan algunas
gotas de agua-tinta observándose la mitad del movimiento convectivo, ya que se completa
porque las partículas superiores al ser momentáneamente más densas que las de las capas
inferiores, estas comienzan a descender, lo que hace que algunas o más mismas gotas de
agua-tinta que subieron vuelvan a bajar.
Esto mencionado anteriormente casi no se notó, ya que era necesario o calentar demasiado el
aceite o solo calentar en un punto. Si hubo movimiento pero no lo suficiente como para
observar completamente el movimiento convectivo completo.

9. 8
Modelaje del movimiento:
En los tres experimentos se observó este movimiento:
Observaciones
 Cuidar la temperatura en cada experimento.
 Tener mayor atención en el aceite, ya que en este experimento, las burbujas de agua
ebullian haciendo una pequeña explosión.
 No poner muchos pedazos de papel.
Evidencias
Movimientocircular(convectivo)

10. 9
Bibliografías
Fuentes de libros
 Moran J. (1999). “Fundamentos de Termodinámica Técnica”. 1ra
edición. Ed. Reverte.
Mismo
nivel
Movimiento de la tinta
(forma circular, de las
orillas hacia el centro)

11. 10
 Haywood, R. (2000). “Ciclos termodinámicos de potencia y refrigeración” 1ra
edición. Ed.
Limusa.
Fuentes electrónicas
 http://usuario.cicese.mx/~sreyes/LIBRO%20METEOROLOGIA/Meteo6.pdf
 http://fisica.unav.es/publicaciones/Tesis/Burguete.pdf