determinación del coeficiente de transferencia de calor o coeficiente de película

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXCALI
Ingeniería Química
Laboratorio Integral I
Practica #9:
“Determinación del coeficiente de transferencia de calor”
Pérez Hernández Paola Carolina:
Lic. Norman Edilberto Rivera Pazos
Mexicali, B.C., a viernes 12 de diciembre del 2014.

2. “Determinación del coeficiente de transferencia de calor”
Objetivo
Determinar el coeficiente de transferencia de calor (h), utilizando “Ley de enfriamiento de Newton” y datos obtenidos experimentalmente.
Marco Teórico
La transferencia de calor por medio de una masa fluida se le llama convección. Cuando un fluido se caliente se mueve hacia fuera de la fuente de calor, transportando consigo energía. La convección por encima de una superficie caliente ocurre porque, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, este se expande, se hace menos denso y se eleva.
Generalmente, la convección se da de un sólido a un fluido, pero también puede utilizarse cuando el fluido se enfría, entonces la velocidad de flujo de calor dependerá del área y la diferencia de temperatura entre el sólido y el fluido. Entonces se puede escribir de la manera:
Donde es el flujo de calor hacia el fluido ( ⁄), la diferencia de temperaturas entre el sólido y el fluido, y el coeficiente de proporcionalidad se denomina coeficiente de transmisión de calor o coeficiente de película ( ⁄). A esta ecuación se le denomina “Ley de Enfriamiento de Newton”.
La convección se clasifica en natural y forzada. En la convección forzada se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, a diferencia de la convección natural, que como su nombre lo indica el movimiento del fluido es por causas naturales.

3. Materiales y Reactivos
Materiales:
 Vaso de ppt. (50 ml)
 Soporte Universal (2)
 Pinzas para soporte universal (3)
 Secadora
 Tubo de cobre con aislamiento
 Cronómetro
 Termómetro
 Termómetro Infrarrojo
 Probeta (25 ml)
Reactivos:
 Agua
Procedimiento
 Con el soporte universal y las pinzas se sostiene la secadora verticalmente de manera que el aire caliente salga hacia arriba.
 Con la probeta se añaden 25 ml de agua al vaso de ppt.
 Con el otro soporte universal se sostiene sobre la secadora el vaso de ppt. o el tubo de cobre, según sea el caso.
 Con el termómetro se toma la temperatura inicial y final del agua, así como la temperatura del aire emitido por la secadora.
 Con el agua se calcula el flujo de calor que la secadora transfiere al agua.
 Con el termómetro infrarrojo se toma la temperatura del tubo de cobre.
 Con el cronometro se calcula el tiempo en el que se tiene un flujo estable.

4. Cálculos y Resultados
Datos del agua:
Datos del tubo de cobre:
Datos del aire:
Aire
Temperatura (°C) Sale de la secadora 48
Del ambiente
25.4
Formulas:
Para obtener “ ” a partir del agua:
Para obtener : ( ) ( )
Suponiendo un flujo estacionario y un sistema adiabático, por la ley de la conservación de la energía:
Sustituyendo : ( ) ( )
Suponiendo que el flujo de calor transferido de la secadora al agua es el mismo que transfiere la secadora al tubo de cobre, esta se sustituye en la ecuación para obtener . En la tabla anterior, se obtuvo utilizando la temperatura del aire del ambiente y la del
(°C)
(°C)
(°C) 24 26 2
(°C)
(°C) 33.6 24.4

5. cobre. En se utilizó la temperatura del aire que sale de la secadora y el aire de la cara del cobre.
Sustituyendo valores y calculando se tiene:
( )
( ⁄)
( ⁄) 6.967 2369.61 164.56
A continuación se muestra una tabla con valores de para diferentes agua y aire, donde se puede comparar con el valor obtenido experimentalmente.
Conclusión
Comparando los resultados obtenidos experimentalmente con la tabla mostrada, se puede concluir que no se obtuvo el valor por convección libre pero pudimos obtener un resultado aceptable para la convección forzada.
Algunos factores que pudieron afectar en la obtención del coeficiente de convección libre, fue el tiempo en el que se calentó, el material utilizado, etc.
Bibliografía
(s.f.). Obtenido de http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_05_conveccion.htm
(s.f.). Obtenido de http://www.cecatherm.com/calefaccion-radiante/radiacion-conveccion- conduccion

6. (s.f.). Obtenido de http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/sedes/manizales/4070035/lecciones/cap4/leccion4_2.htm
Bird, R. B., Steart, W. E., & Lightfoot, E. N. (1982). Fenómenos de Transporte. España: REVERTÉ.
Nave, M. O. (s.f.). hypherPhysics. Obtenido de http://hyperphysics.phy- astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatra.html