Este documento presenta los resultados de un experimento para determinar el coeficiente de transferencia de calor por convección (h). Los estudiantes calentaron una barra de bronce y midieron las temperaturas para calcular el flujo de calor por conducción a la barra y luego h. Calculan valores de h de 588 W/(m2°C) para la convección y de 20-300 W/(m2°C) según la literatura. Concluyen que el alto valor de h se debió al ambiente semi-cerrado.

1. Tecnológico Nacional de México
Instituto Tecnológico de Mexicali
Materia: Laboratorio Integral I
Profesor: Rivera Pasos Norman Edilberto
Práctica # 12: Transferencia de Calor por Convección
Integrantes:
Gamboa Coronel Joel
Espinoza García Jorge Armando
Medina Padilla Sarah Elizabeth
Sandoval Hernández Diana
Carrera: Ing. Química
Mexicali B.C. A 19 de Mayo del 2017.

2. Título: Transferencia de Calor por Convección
Objetivo: Determinar de forma experimental el coeficiente de transferencia de calor
(h).
Objetivos específicos:
 Calcular el flujo de calor por conducción de la fuente de calor a la barra de
bronce.
 Calcular h por convección utilizando el flujo de calor anteriormente calculado.
Marco teórico.
TRANSFERENCIA DE CALOR
La transferencia de energía siempre se produce del medio que tiene la temperatura
más elevada hacia el de temperatura más baja y esa transferencia se detiene
cuando ambos alcanzan la misma temperatura.
El calor que es la forma de la energía que se puede transferir de un sistema a otro
como resultado de la diferencia en la temperatura.
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
El calor se puede transferir en tres modos diferentes: conducción, convección y
radiación. Todos los modos de transferencia de calor requieren la existencia de una
diferencia de temperatura y todos ellos ocurren del medio que posee la temperatura
más elevada hacia uno de temperatura más baja.
CONDUCCIÓN
La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de
una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de
interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en los sólidos,
líquidos o gases.
La razón de la conducción de calor a través de una capa plana es proporcional a la
diferencia de temperatura a través de ésta y al área de transferencia de calor, pero
es inversamente proporcional al espesor de esa capa; es decir,
x
TkA
Q



donde la constante de proporcionalidad k es la conductividad térmica del material,
que es una medida de la capacidad de un material para conducir calor.

3. MECANISMO FÍSICO DE LA CONVECCIÓN
La conducción y la convección son semejantes pues requieren la presencia de un
medio material, pero difieren en que la convección requiere la presencia del
movimiento de fluidos.
La transferencia de calor a través de un líquido o gas puede ser por conducción o
convección, dependiendo de la presencia de algún movimiento masivo del fluido. La
transferencia de calor a través de un fluido es por convección cuando se tiene un
movimiento masivo de este último y por conducción cuando no existe dicho
movimiento.
La transferencia de calor por convección es complicada por el hecho de que
comprende movimiento del fluido así como conducción del calor. El movimiento del
fluido mejora la transferencia de calor, ya que pone en contacto porciones más
calientes y más frías de ese fluido, iniciando índices más altos de conducción en un
gran número de sitios. Por lo tanto, la velocidad de la transferencia de calor a través
de un fluido es mucho más alta por convección que por conducción. De hecho, entre
más alta es la velocidad del fluido, mayor es la velocidad de la transferencia de
calor.
A pesar de la complejidad de la convección, se observa que la razón de la
transferencia de calor por este mecanismo es proporcional a la diferencia de
temperatura y se expresa de manera conveniente por la ley de Newton de
enfriamiento como:
   2
/ mWTThq s 
   WTThAQ sr 
Donde:
h = coeficiente de transferencia de calor por convección, W/m2 * °C
As = área superficial de transferencia de calor, m2
Ts = temperatura de la superficie, °C
T∞= temperatura del fluido suficientemente lejos de la superficie, °C
A juzgar por sus unidades, el coeficiente de transferencia de calor
por convección h se puede definir como la razón de la
transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido por
unidad de área superficial por unidad de diferencia en la
temperatura.
Hablamos de convección forzada cuando el flujo es causado por
medios externos, como un ventilador, una bomba o vientos
atmosféricos. Como ejemplo, considérese el uso de un ventilador
para proporcionar enfriamiento por aire mediante convección

4. forzada de los componentes eléctricos calientes sobre un arreglo de tarjetas de
circuitos impresos.
En cambio, en la convección libre (o natural) el flujo es inducido por fuerzas de
empuje que surgen a partir de diferencias de densidad ocasionadas por variaciones
de temperatura en el fluido. Un ejemplo es la transferencia de calor por convección
libre, que ocurre a partir de componentes calientes sobre un arreglo vertical de
tarjetas de circuitos en aire inmóvil.
La siguiente tabla muestra algunos valores típicos para el coeficiente de
transferencia de calor por convección:
Medio
Coeficiente de transferencia
de calor h (W/m2.K)
Aire (convección natural) 5-25
Aire/vapor supercalentado
(convección forzada)
20-300
Petróleo (convección forzada) 60-1800
Agua (convección forzada) 300-6000
Agua (en ebullición) 3000-60.000
Vapor (en condensación) 6000-120.000

5. Materiales.
 Barra de broce recubierta con madera (aislante)
 3 Soportes universales
 4 anillos metálicos
 Pinza de tres dedos
 Mechero de Bunsen
 Manguera de latex
 Caja de foam
 Termómetro de mercurio
 Termómetro infrarrojo
 Pieza de yeso para concentrar el calor
 Espejo
Procedimiento.
1. Medir las dimensiones de la barra.
2. Realizar una abertura en la parte inferior de la caja.
3. Colocar el mechero y sobre este la pieza de yeso apoyada en un anillo metálico.
4. Colocar la barra en el soporte sujeta con la pinza de tres dedos sobre lo anterior
colocado.
5. En la parte superior colocar la caja boca abajo apoyada en los anillos metálicos
de manera que quede dentro la parte superior de la barra.
6. Colocar encima el espejo de manera que se puede reflejar el rayo infrarrojo y
medir la temperatura de la parte superior de la barra
7. Insertar el termómetro de mercurio de manera que no toque el foam para medir
la temperatura ambiente
8. Una vez colocado cerciorar que todo esté alineado.
9. Encender el mechero y esperamos
10. Tomamos temperaturas de la parte inferior y superior de la barra hasta que el
flujo de calor sea constante.
11. Tomamos temperaturas finales.

6. Cálculos y resultados.
Conducción (Fuente de
calor - Barra de Bronce)
T1= 154.3 °C q= 50169.0141 W/m2
T2= 58.4 °C
x= 0.0994 m
k= 52 W/(m°C)
Convección (Barra de
Bronce - Aire)
Ts= 154.3 °C h= 588.147879 W/(m2
°C)
T∞= 69 °C
𝑞̇ = −k
∆𝑇
∆𝑥
𝑞̇ = ℎ(𝑇𝑠 − 𝑇∞) ℎ =
𝑞̇
(𝑇𝑠 − 𝑇∞)

7. Análisis:
Para esta práctica se nos ocurrió poner una caja en donde mantuviera las
condiciones del ambiente estables para poder medir las temperaturas del ambiente
y del cilindro de bronce con ayuda de un espejo y un termómetro laser.
Se realizaron previamente pruebas en donde se comprobaba que la temperatura
medida en una superficie con el espejo y el láser no variaba con respecto a la
temperatura medida directamente con el termómetro laser en la misma superficie.

8. Conclusión.
El Coeficiente de transferencia de calor por convección calculado fue de 588
W/(m2°C) y el valor de h en el aire por convección forzada es de 20 – 300 W/(m2°C),
por lo se considera que la diferencia de h es debido a que se mantuvo en un
ambiente semi-cerrado y cuando esto pasa el aire caliente suele ser menos denso
que el aire frio por lo cual tiende a subir. Se concluye que debido a esto la
temperatura del ambiente fue muy alta (69°C) provocando que h incremente su
valor.
Bibliografía.
Cengel, Y. (2011). Transferencia de calor y masa (4ta ed.). México: McGraw-
Hill/INTERAMERICANA EDITORES
Incropera, Frank; DeWitt, David. (1999). Fundamentos de Transferencia de Calor.
Editorial Prentice Hall. Cuarta Edición. México.
Recuperado de:
http://help.solidworks.com/2011/spanish/SolidWorks/cworks/LegacyHelp
/Simulation/AnalysisBackground/ThermalAnalysis/Convection_Topics/C
onvection_Heat_Coefficient.htm