Este documento presenta un reporte de laboratorio sobre convección libre y forzada. El objetivo era conocer y diferenciar estos dos tipos de convección. Los resultados mostraron que la convección libre resultó en el menor enfriamiento, mientras que la convección forzada (agitación y soplado) produjo enfriamientos más rápidos. La conclusión es que la convección natural depende solo de las diferencias de temperatura y gravedad, mientras que la forzada utiliza mecanismos externos para acelerar el flujo y transferencia de calor.

1. Instituto Tecnológico de Mexicali.
Carrera:
Ingeniería Química.
Materia:
Laboratorio Integral 1.
Profesor:
Norman Edilberto Rivera Pasos.
Trabajo:
Reporte de Practica de laboratorio.
“Convección libre y forzada.”
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., 18 de noviembre de 2015

2. Objetivo:
Conocer y diferenciar la convección libre y forzada.
Introducción:
Convección natural: En la convección natural el flujo resulta solamente de la
diferencia de temperaturas del fluido en presencia de la fuerza gravitacional, puesto
que la densidad del fluido disminuye con el incremento de temperatura
Convección forzada: En la convección forzada se obliga al fluido a fluir mediante
medios externos, como un ventilador o una bomba.
Fundamento teórico:
Convección natural:
En convección natural el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas
del fluido en presencia de una fuerza gravitacional. La densidad de un fluido
disminuye con el incremento de temperatura. En un campo gravitacional, dichas
diferencias en densidad causadas por las diferencias en temperaturas originan
fuerzas de flotación. Por lo tanto, en convección natural las fuerzas de flotación
generan el movimiento del fluido. Sin una fuerza gravitacional la convección natural
no es posible. En convección natural una velocidad característica no es fácilmente
disponible.
Figura 1.
Corrientes convectivas
adyacentes a placas verticales y
horizontales.
a) Un fluido adyacente a
una superficie vertical
con temperatura
uniforme.
b) La temperatura de la
superficie vertical es
incrementada y se crean
corrientes convectivas.
c) Una superficie horizontal
calentada y encarada
hacia arriba.
d) Una superficie horizontal
calentada y encarada
hacia abajo.

3. Convección forzada:
Convección Forzada: el movimiento del fluido es generado por fuerzas impulsoras externas.
Por ejemplo: aplicación de gradientes de presión con una bomba, un soplador, etc.
Los fenómenos que afectan la fuerza de resistencia al movimiento también afectan la
transferencia de calor y este efecto aparece en el número de Nusselt.
Los datos experimentales para la transferencia de calor a menudo se representan de
manera conveniente con precisión razonable mediante una simple relación de la ley de las
potencias de la forma:
Donde m y n son exponentes constantes y el valor de la constante C depende de la
configuración geométrica y del flujo.
La temperatura del fluido en la capa límite térmica varía desde Ts, en la superficie, hasta
alrededor de T∞, en el borde exterior de esa capa. Las propiedades del fluido también
varían con la temperatura y, por consiguiente, con la posición a lo largo de la capa límite.
Para tomar en consideración la variación de las propiedades con la temperatura, las
propiedades del fluido suelen evaluarse a la llamada temperatura de película, definida
como:
La cual es el promedio aritmético de las temperaturas de la superficie y del flujo libre. De
esta forma, se supone que las propiedades del fluido se mantienen constantes en esos
valores a lo largo de todo el flujo. Una manera alternativa de considerar la variación de las
propiedades con la temperatura es evaluar todas esas propiedades a la temperatura del
flujo libre y multiplicar el número de Nusselt obtenido de la ecuación por (Pr∞/Prs)r o
(μ∞/μs)r, donde r es una constante determinada en forma experimental.
Reactivos:
 Agua.
Material y equipo:
 3 vasos de precipitados de 100 ml.
 Termómetro.
 Parrilla eléctrica.
 Agitador de vidrio.

4. Procedimiento:
 Colocar 50 mL de agua a los vasos.
 Encender la parrilla.
 Colocar los vasos en la parrilla y calentar hasta 800C.
 Retirar los vasos.
 Uno de los vasos se va a llevar a un lugar solo sin ningún tipo de contacto
para dejar enfriar por un lapso de 5 minutos.
 A otro de los vasos se le introducirá un agitador de vidrio y se agitara por un
lapso de 5 minutos.
 Al último de los vasos se le soplara por un lapso de 5 minutos.
 Al inicio y final de cada prueba se tomara la temperatura.
 Anotar los resultados.
Resultados:
Mecanismo. Temperatura inicial (0C). Temperatura final (0C).
Libre. 80 62
Agitador. 80 58
Soplado. 80 50
El laboratorio se encontraba a 23 0C, la convección forzada se presentó en el caso
del agitador y en el caso del soplado, el enfriamiento en el soplado fue mayor ya
que es casi como un ventilador. En el caso de la convección libre no se enfrió mucho
ya que no se tocó, nadie estuvo ahí cerca del agua y no hubo ninguna corriente de
aire que hiciera que se enfriara más rápido.
Conclusiones:
Con la presente practica si se comprobó lo que se quería, ya que en teoría dice que
la convección natural no influye ningún tipo de mecanismo, la temperatura alcanzara
un equilibrio con la del ambiente, en cambio en la forzada puede enfriarse un poco
más que la del ambiente ya que se está utilizando un mecanismo que ayude a que
se enfrié más rápido.
Bibliografía:
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lim/lopez_s_ja/capitulo3.pdf
Transferencia de calor y masa. 4ta.
Ed. Yunus Cengel.