Determinación del coeficiente de película

1. Instituto Tecnológico de Mexicali.
Carrera:
Ingeniería Química.
Materia:
Laboratorio Integral 1.
Profesor:
Norman Edilberto Rivera Pasos.
Trabajo:
Reporte de Practica de laboratorio.
“Determinación coeficiente de película.”
Mesa No. 2
Samuel Lepe de Alba.
Jazmín Lizeth Jiménez Nava.
Lizeth Ramírez Salgado.
Rosa Isela Román Salido.
Diana Alejandra Ríos Marín.
Oscar Astorga Araujo.
Belén Guadalupe Domínguez Moreno.
Jesús Manuel Auyon González.
Mexicali B.C., 25 de noviembre de 2015

2. Objetivo:
Determinar el coeficiente de película de una sustancia por medio de la Ley de
enfriamiento de Newton.
Introducción:
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y
el líquido o gas adyacentes que están en movimiento y comprende los efectos
combinados de la conducción y el movimiento de fluidos.
Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor
por convección. En ausencia de cualquier movimiento masivo de fluido, la
transferencia de calor entre una superficie sólida y el fluido adyacente es por
conducción pura.
Fundamento teórico:
El modo de transferencia de calor por convección se compone de dos mecanismos.
Además de la transferencia de energía debida al movimiento molecular aleatorio
(difusión), la energía también se transfiere mediante el movimiento global, o
macroscópico del fluido. El movimiento del fluido se asocia con el hecho de que, en
cualquier instante, grandes números de moléculas se mueven de forma colectiva o
como agregados. Tal movimiento, en presencia de un gradiente de temperatura,
contribuye a la transferencia de calor. Como las moléculas en el agregado
mantienen su movimiento aleatorio, la transferencia total de calor se debe entonces
a una superposición de transporte de energía por el movimiento aleatorio de las
moléculas y por el movimiento global del fluido Se acostumbra utilizar el término
convección cuando se hace referencia a este transporte acumulado y el término
advección cuando se habla del transporte debido al movimiento volumétrico del
fluido.
La convección recibe el nombre de convección forzada si el fluido es forzado a fluir
sobre la superficie mediante medios externos como un ventilador, una bomba o el

3. viento. Como contraste, se dice que es convección natural (o libre) si el movimiento
del fluido es causado por las fuerzas de empuje que son inducidas por las
diferencias de densidad debidas a la variación de la temperatura en ese fluido.
Los procesos de transferencia de calor que comprenden cambio de fase de un fluido
también se consideran como convección a causa del movimiento de ese fluido
inducido durante el proceso, como la elevación de las burbujas de vapor durante la
ebullición o la caída de las gotitas de líquido durante la condensación. A pesar de la
complejidad de la convección, se observa que la rapidez de la transferencia de calor
por convección es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa en forma
conveniente por la ley de Newton del enfriamiento como:
𝑄̇ 𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴(𝑇𝑠 − 𝑇∞)
En donde h es el coeficiente de transferencia de calor por convección, en W/m2·°C
o Btu/h·ft2 · °F, A es el área superficial a través de la cual tiene lugar la transferencia
de calor por convección, Ts es la temperatura de la superficie y T∞ es la temperatura
del fluido suficientemente alejado de esta superficie. Note que en la superficie la
temperatura del fluido es igual a la del sólido.
El coeficiente de transferencia de calor por convección h no es una propiedad del
fluido. Es un parámetro que se determina en forma experimental y cuyo valor
depende de todas las variables que influyen sobre la convección, como la
configuración geométrica de la superficie, la naturaleza del movimiento del fluido,
las propiedades de éste y la velocidad masiva del mismo.

4. Reactivos:
 Agua.
Material y equipo:
 2 vasos térmicos.
 Termómetro.
 Termómetro Infrarrojo.
 Parrilla eléctrica.
 Vaso de precipitados de 500 ml.
 Guantes de asbesto.
 Regla.
Procedimiento:
1. Encender la parrilla.
2. En el vaso de precipitados agregar 450 ml de agua y calentar hasta llegar a
una temperatura deseada que sea antes de la ebullición.
3. Agregar el agua al vaso térmico y esperar 1 min a que se alcance el equilibrio
de temperaturas y tomar la temperatura después de ese tiempo.
Algunos no consideran a la convección como
un mecanismo fundamental de transferencia
del calor ya que, en esencia, es conducción de
calor en presencia de un movimiento de fluido.
Pero todavía se necesita dar un nombre a este
fenómeno combinado, a menos que se desee
seguir refiriéndose a él como “conducción con
movimiento de fluido”. Por tanto, resulta
práctico reconocer a la convección como un
mecanismo separado de transferencia del
calor, a pesar de los argumentos válidos en
contra.

5. 4. Esperar 10 minutos y tomar la temperatura de la superficie del vaso y la
temperatura a la que está el líquido dentro del vaso.
5. Repetir los paso 2, 3 y 4 para el otro vaso.
6. Hacer los cálculos pertinentes.
Cálculos:
Como no se pesó el agua que se utilizaría se puede hacer una aproximación usando
el volumen de agua y la densidad de la siguiente manera:
El agua estaba a 200C y el volumen fueron 450 ml entonces:
Entonces se tiene una densidad de 998 kg/m3 y como 𝜌 =
𝑚
𝑉
.
Despejamos la masa y queda que 𝑚 = 𝜌𝑉.
Sustituimos:
𝑚 = 998
𝑘𝑔
𝑚3
∗ [. 450 𝐿 ∗
1 𝑚3
1000 𝐿
] = .4491 𝑘𝑔
Para determinar el calor transferido utilizaremos la fórmula de calor sensible que es:
𝑄 = 𝑚𝐶𝑝(𝑇2 − 𝑇1)
Después se utilizara la Ley de enfriamiento de Newton 𝑞"
= ℎ(𝑇𝑠 − 𝑇∞) para de ahí
despejar el coeficiente de película que es h y quedaría:
ℎ =
𝑞"
(𝑇𝑠 − 𝑇∞)
Todo esto se hará en Excel para facilitar los cálculos quedando:

6. Para el vaso 1.
Y para el vaso 2:
Análisis y conclusiones:
Bibliografía:
Transferencia de calor y masa. Yunus Cengel 3 ed.
Fundamentos de transferencia de calor. Frank. P. Incropera. 4 ed.
De acuerdo con el objetivo si se cumplió
con la práctica aunque hubo una
inconveniencia que no se tuvo el resultado
encontrado en tablas, se debería de haber
tenido un valor entre 10-1000 y se
obtuvieron dos valores muy pequeños. La
convección fue libre ya que no había nada
que estuviera perturbando el enfriamiento
del fluido. Este error se pudo deber a la
geometría de los vasos.