Convección Natural

Valencia, Junio de 2014

INFORME
DE
PRÁCTICAS

BASES DE LA INGENIERÍA AMBIENTAL



UNED, Bases de la Ingeniería Ambiental. .Informe de Prácticas


CONVECCIÓN NATURAL
1. Objetivos
En esta práctica de laboratorio nos centramos en la transferencia de calor,
concretamente en el mecanismo de convección natural, con el propósito de conocer la
convección natural entre vidrio y aire.2. 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 tiene lugar siempre que exista un gradiente de
temperatura. La transferencia de calor por convección implica el transporte de calor a través
de una fase y elmezclado 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 la agitación
externa o provocada, se habla de convección forzada. En fluidos, el transporte de calor por
conducción es despreciable frente a la convección. Latransmisión de calor por convección,
dentro de un medio fluido, responde a la ley general:

Q= ha (Te-Ti)
Donde h es el coeficiente de convección, a el área normal, Te y Ti las temperaturas en las
posiciones donde se contempla el flujo.

En esta práctica se pretende medir el coeficiente de convección natural h, desde la cara
externa de un recipiente de vidrio que contiene agua calientehasta el ambiente, a partir de la
velocidad de enfriamiento del agua.
Para ello dispondremos de un recipiente de vidrio, de forma cilíndrica aislado por la tapa
superior y por la base, de modo que la única transferencia permitida ocurre por la superficie

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Ferrer Martínez, Alejandro

lateral. En el recipiente, el transporte decalor es por conducción, por tanto teniendo en cuenta
ambos fenómenos, el balance de calor para este sistema no estacionario sería:

Calor perdido por el agua al enfriarse = Calor transmitido por conducción a través del vidrio
= Calor cedido al ambiente por convección.

Q

K
a(TI  TS )  ha(TS  TA )
e

Donde K es la conductividad calorífica del sólido (en nuestro caso, el vidrio),TI= temperatura
del agua, TA la temperatura ambiente, TS la temperatura del sólido y e el espesor del vidrio y
El flujo de calor Q se puede conocer a partir del enfriamiento de la masa del agua:

Q

dT
(T T )
dq
 mcP L  L A
e
1
dt
dt

ka ha

Si reagrupamos las variables,

dT1

(TL  TA )

a
dt
e 1
mc p   
k h

e integramos la expresión,

ln

(TI  TA )t

(TI  TA ) t 0

a
t
e 1
mcP   
k h

aplicando las propiedades logarítmicas,

ln(TI  TA ) t  ln(TI  TA ) to  



a
t
e 1
mc p   
k h

La representación gráfica de la expresión ln (TI-TA), con respecto al tiempo (t), nos
proporcionará una recta cuya pendiente es el resultado del cociente (1) y cuya ordenada en el
origen es ln (TI-TA)o.

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3. Procedimiento experimental
En un recipiente de vidrio (vaso cilíndrico), calentamos 400ml de agua destilada hasta una
temperatura próxima a la de ebullición; en nuestro caso hasta 85 C. Para ello introducimos
dentro del recipiente un termómetro y ajustamos bien la tapa superior para evitar pérdidas de
calor.

Imagen 1:Preparación del experimento

Con el experimento determinaremos los siguientes datos para poder calcular el coeficiente de
convección natural h:


el valor de la Tª ambiente, Ta=24Cº.



el valor en masa del agua, m=400gr.



el valor de Cp (calor específico del agua).



los valores de medición para calcular el área de contacto a.



el valor de espesor del vidrio, e=2mm.

...