Transporte Por Convección

Ma. Asunción Dale Zerrweck
TRANSPORTE POR CONVECCIÓN
Está práctica se realizó en dos sesiones, en la primera se pudo observar el fenómeno de la convección en un vaso de precipitado con arena. En la segunda se realizó el experimento como tal, donde se logró determinar el coeficiente de transferencia de calor en convección natural y en convección forzada. Para la convección natural se dejóenfriar un vaso de precipitado con agua caliente y se le tomó la temperatura cada minuto. Para la convección forzada igual se dejo enfriar el vaso de precipitado pero esta vez se utilizó un ventilador que le soplaba aire al vaso, igual que en el caso anterior se le tomó la temperatura cada minuto.
MARCO TEÓRICO
La convección es la transferencia de calor que se debe al movimiento del fluido. Supóngaseque un recipiente con un líquido se coloca sobre una llama caliente. El líquido que se encuentra en el fondo del recipiente se calienta y se vuelve menos denso que antes, debido a su expansión térmica. El líquido adyacente al fondo también es menos denso que la porción superior fría y asciende a través de ella, transmitiendo su calor por medio de mezcla conforme asciende. La transferencia decalor del líquido caliente del fondo del recipiente al resto es convección natural. Si se produce cualquiera otra agitación, el proceso es de convección forzada. Este tipo de transferencia de calor puede ser descrito en una ecuación que imita la forma de la ecuación de conducción dada por:
dQ=hAdT (1)
Donde Q: el flujo de calor (W), A: área (m2) h: coeficiente de transferencia de calor (W/m2°C) ydT: la diferencia de temperaturas.
La constante de proporcionalidad h es un término sobre el cual tiene influencia la naturaleza del fluido y la forma de agitación, y debe ser evaluado experimentalmente. Se le llama coeficiente de transferencia de calor. Cuando la ecuación (1) se escribe en su forma integrada se le conoce como la ley de enfriamiento de Newton:
Q=hA(Tw-Tb) (2)
Donde Tw: es latemperatura de la superficie y Tb: temperatura del fluido.
Ahora bien el mecanismo como tal consta de dos partes, la primera se trata de una película del fluido estacionaria conocida como “capa limite”, situada justo donde el fluido este recibiendo el calentamiento (en el ejemplo anterior seria en la parte inferior del recipiente) y observándose una transferencia de calor por conducción. Y unasegunda parte macroscópica, donde se lleva a cabo la transferencia de calor por movimiento.1

Figura 1. Convección natural2
RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
En la primera sesión de esta práctica, se observó la transferencia de calor por convección. En el primer sistema que se montó la convección únicamente se logro observar las corrientes en el vaso de precipitado que contenía el agua, en laarena no pasó nada ya que la intensidad de calor que llegaba al vaso de precipitado pequeño no era suficiente. Para poder observar las corrientes de convección en la arena, lo que se hizo fue que se mojo y se le puso la llama directa al vaso de precipitado. Así se logro que se formaran las corrientes, provocando que la arena se empezara a agrietar. Se puede observar como la arena se comporta como unfluido.
Una vez teniendo la teoría clara se prosiguió a los experimentos, donde los datos que se obtuvieron se muestran en las siguientes tablas.
Tabla 1. Datos para los cálculos
Corrida | Masa (g) | Tamb (ºC) |
1 | 128.58 | 23 |
2 | 129.1 | Ae (m2) |
3 | 127.7 | 0.01469998 |
4 | 128.2 | Ai (m2) |
| k (W/m°C) | 0.01359745 |
| 1.09053 | AML |
| | 0.01889221 |

Tabla 2.Resultados de la convección natural
Tiempo (min) | Corrida 1 (ºC) | ln((T-TAMB)/(T°-TAMB) | pendiente 1 | UA | h (W/m2) | Corrida 2 C° | ln((T-TAMB)/(T°-TAMB) | pendiente 2 | UA | h (W/m2) |
0 | 75 | 1.46634 |   |   |   | 68 | 1.3218 |   |   |   |
1 | 73 | 1.4271 | -0.0392 | 21.0797 | 535.4759 | 67 | 1.2993 | -0.0225 | 12.1272 | 419.7632 |
2 | 72 | 1.4069 | -0.0202 | 10.8582 | 396.2034 | 66...