Bases Ingenieria Ambiental

BASES DE LA INGENIERÍA
AMBIENTAL.
Licenciatura Ciencias Ambientales
Informe de prácticas de laboratorio, Marzo - 2012

Práctica 1.- Convección natural
1.- FUNDAMENTO TEÓRICO
El transporte de calor a través de un medio material se puede realizar por dos mecanismos:
conducción o convección. La conducción se realiza mediante la transferencia de energía entre
moléculas adyacentes, y tienelugar siempre que exista un gradiente de temperatura.
La transferencia de calor por convección implica el transporte de calor a través de una fase y
el mezclado de porciones calientes y frías de un gas o líquido. Si el movimiento del fluido se
debe exclusivamente a una diferencia de densidades originada por diferente
calentamiento se habla de convección natural; si en ese movimiento influye laagitación
externa o provocada, se habla de convección forzada. En fluidos, el transporte de calor por
conducción es despreciable frente a la convección.
La transmisión de calor por convección, dentro de un medio fluido, responde a la ley general:
Q= h A (Te-Ti)
Siendo Q el flujo de calor trasmitido por unidad de tiempo a través del área (A) normal a la
dirección del flujo.
Te y Ti son lastemperaturas en las posiciones donde se contempla el flujo.
h el coeficiente de convección.
Si el flujo de calor se produce entre un sólido y un fluido, responde a la misma expresión, si
bien es difícil hallar la temperatura del sólido en contacto con el fluido, y en cambio se puede
conocer con más exactitud la temperatura en el interior del sólido a una distancia e de la pared
y tener encuenta la transmisión de calor por conducción que se produce en el sólido.
ܳ ൌ

ሺܶ݅ െ ܶܽሻ
݁
1
൅
݇‫ܣ݄ ܣ‬

Siendo k la conductividad calorífica del sólido.

2.- OBJETIVO
En esta práctica se pretende medir el coeficiente de convección natural (h), desde la cara
externa de un recipiente de vidrio que contiene agua caliente hasta el ambiente, a partir de la
velocidad de enfriamiento del agua.El balance de calor para este sistema viene dado por:
Calor perdido por el agua al enfriarse = Calor transmitido por conducción a través del
vidrio = Calor cedido al ambiente por convección

Práctica 1.- Convección natural
3.- MATERIALES UTILIZADOS
Vaso cilíndrico de vidrio de diámetro 10,5 cm y
altura 13 cm
Agua destilada
Cl Na
Termómetro
Hornillo
Agitador
Cronómetro

4.-PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
-

Se mide y anota la temperatura ambiente.

-

Se introduce un litro de agua en un recipiente cilíndrico de vidrio y se calienta en el
hornillo hasta una temperatura (To) > (Ta). El agua caliente se mantiene en agitación con
el fin de que la temperatura sea uniforme en toda la masa del líquido, con ello se pretende
eliminar la existencia de un gradiente detemperaturas desde el seno del fluido hasta la
cara interna del recipiente, con lo que se puede suponer que no hay resistencia a la
transmisión de calor por convección en el seno del fluido.

-

El recipiente de vidrio, se aísla con una tapa superior y una base de material aislante, de
modo que la única transferencia permitida ocurre por la superficie lateral del recipiente.

-

Consideramos quela pared del vidrio tiene en cada momento (i) la misma temperatura que
el agua.

-

Se mide la temperatura del agua con el termómetro introducido en el recipiente, en
intervalos de tiempo, anotando estas temperaturas (Ti), esta temperatura irá disminuyendo
debido al intercambio de calor con el ambiente.

El flujo de calor ܳ ൌ

ௗ௤
ௗ௧

se puede conocer por el enfriamiento de la masade agua

ܳ ൌ ݉ ܿ௣ ݀ܶ݅; por lo tanto:
ܳൌ

݀‫ݍ‬
݀ܶ݅
ሺܶ݅ െ ܶܽሻ
ൌ ݉ ܿ௣
ൌ
݁
1
݀‫ݐ‬
݀‫ݐ‬
൅
݇‫ܣ݄ ܣ‬

De donde reagrupando las variables e integrando se obtiene la expresión:
ln

ሺܶ݅ െ ܶܽሻ௧
‫ܣ‬
ൌ
‫ݐ‬
ሺܶ݅ െ ܶܽሻ௧௢ ݉ܿ ቂ ݁ ൅ 1ቃ
௣ ݇
݄

Práctica 1.- Convección natural
De la representación de este logaritmo respecto del tiempo, se obtendrá una línea de cuya
pendiente se puede...