Este documento presenta el reporte de una práctica de laboratorio sobre la ley de enfriamiento de Newton. Los estudiantes calentaron una barra de aluminio y midieron su temperatura con el tiempo para calcular el coeficiente de convección. A pesar de algunos errores iniciales, como la temperatura no uniforme de la barra, lograron obtener resultados dentro del rango teórico esperado.

1. INSTITUTO TECNOLOGICO DE MEXICALI
INGENIERIA QUIMICA
LABORATORIO INTEGRAL I
UNIDAD IV
REPORTE PRACTICA #14
LEY DE ENFRIAMINETO
Integrantes:
Aranda Ramírez Eva L.
Cruz Rivera Laura A.
Ceceña Rodríguez Karla A.
Arredondo Juárez Edith A.
Rojas García Tania Y.
Rolón Correa Beyda
Profesor:
Rivera Pazos Norman Edilberto
MEXICALI 1 DE JUNIO 2018

2. Índice
1. Objetivo
2. Marco teórico
3. Material y Equipo
4. Procedimiento
5. Resultados y estimaciones
6. Incidencias
7. Evidencia
8. Conclusiones
9. Bibliografía

3. Objetivo
Obtención experimental del coeficiente de calor (h) por medio de la ley de enfriamiento de Newton.
Marco Teórico
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor. Se caracteriza porque se produce por medio
de un fluido (líquido, gas o plasma) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La
convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección
en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al trasegar mediante bombas o
al calentar agua en una cacerola, el agua en contacto con la base de la cacerola asciende, mientras que el agua
de la superficie, desciende y ocupa el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos
de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una
superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección
mecánica, forzada o asistida). En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente o más frío.
En contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan
del gradiente de temperaturas en el fluido.
La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del enfriamiento de Newton:
𝑑𝑄
𝑑𝑡
= ℎ𝐴 𝑠(𝑇𝑠 − 𝑇∞)
Dónde:
h es el coeficiente de convección
𝐴 𝑠 es el área del cuerpo en contacto con el fluido
𝑇𝑠 es la temperatura en la superficie del cuerpo
𝑇∞ es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.
Comportamiento de un fluido cualquiera en la transferencia de calor
Cuando un fluido cede calor sus moléculas se desaceleran por lo cual su temperatura disminuye y su densidad
aumenta siendo atraída sus moléculas por la gravedad de la tierra. Cuando el fluido absorbe calor sus moléculas
se aceleran por lo cual su temperatura aumenta y su densidad disminuye, lo que lo hace más liviano. El fluido
más frío tiende a bajar y ocupa el nivel más bajo de la vertical y los fluidos más calientes son desplazados al
nivel más alto, creándose así los vientos de la tierra.
La transferencia térmica convectiva consiste en el contacto del fluido con una temperatura inicial con otro
elemento o material con una temperatura diferente En función de la variación de las temperaturas, variarán las
cargas energéticas moleculares del fluido, y los elementos interactuantes del sistema realizarán un trabajo,
donde el que tiene mayor energía o temperatura se la cederá al que tiene menos temperatura. Esta transferencia
térmica se realizará hasta que los dos tengan igual temperatura; mientras se realiza el proceso las moléculas con
menor densidad tenderán a subir y las de mayor densidad bajarán de nivel. Las moléculas que se encuentran en
las capas inferiores aumentan su temperatura.

4. Material y Equipo
Cantidad Nombre Observaciones
1 Tubo Aluminio
1 Termómetro
1 Termómetro infrarrojo
1 Franela
1 Cronómetro
1 Vaso de precipitado 1L
1 Soportes universales
1 Pinzas 3 dedos
1 Parrilla
1 Vernier
Procedimiento
1. Limpiar los materiales a utilizar.
2. Con un vernier tomar la medida de la longitud del tubo y su diámetro.
3. Llenar el vaso de precipitado con una cantidad determinada de agua.
4. Poner a calentar el agua en la parrilla, con el tubo completamente sumergido en el agua.
5. Dejar calentar unos minutos.
6. Sacar el tubo y tomar la temperatura de este, esperar un tiempo determinado y tomarla de nuevo.
7. Tomar la temperatura de los alrededores.
Resultados y Estimaciones
Se calcula el calor transferido utilizando la siguiente ecuación:
𝑄 = 𝑚𝐶 𝑝(𝑇2 − 𝑇1)
Suponiendo un flujo estacionario y un sistema adiabático, entonces por la ley de la conservación de la energía:
𝑞 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
′′
= 𝑞 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
′′
−𝑘
(𝑇2 − 𝑇1)
𝑑𝑥
= ℎ(𝑇𝑠 − 𝑇∞)
Despejando h, obtendremos:
ℎ =
𝑘(𝑇2 − 𝑇1)
(𝑇𝑠 − 𝑇∞)𝑑𝑥
Material Masa (kg) Cp (J/kg°C) T1 (°C) T2 (°C) ΔT (°C) Q (J) q(W)
Aluminio 0.2158 897 80.5 62.4 18.1 3503.66 29.1972
Aluminio 0.2158 897 53 38 15 2903.59 24.1966

5. En la teoría se encontró un rango de valores de h para el aire:
Y en comparación con los resultados obtenidos, podemos observar que están dentro del intervalo, por lo que
podríamos suponer que son cálculos correctos.
Incidencias
1.- La práctica consistía en calentar una barra de aluminio y sumergirla en un recipiente con agua, para esto
principalmente se requirió de una parrilla con la cual se calentaría la barra, así como un vaso de precipitado
donde posteriormente se sumergiría. El error que se obtuvo fue que al momento en que se calentó la barra con la
parrilla, esta no tenía una temperatura uniforme debido a que la temperatura era mayor en la parte de abajo,
mientras que en la parte superior debido al aire acondicionado era menor por lo cual la práctica no se realizaría
satisfactoriamente.
Solución:
Se comenzó de nuevo la práctica calentando la barra a baño maría, de esta manera la temperatura seria uniforme
en toda la barra.
2.- Otro error que se obtuvo fue el lugar donde se trabajaba, como el aire acondicionado pegaba directamente a
la mesa no permitía que la barra se calentara correctamente.
Solución:
Se opto por trabajar en otra mesa donde el aire acondicionado no interfiriera en la práctica.
3.- El ultimo error que se obtuvo fue el recipiente, ya que al momento de sumergir la barra en el vaso de
precipitado esta debía quedar lo más recta posible para poder tomar la temperatura. Debido a que el vaso de
precipitado era muy angosto no permitía que se sostuviera la barra verticalmente.
Solución:
Se cambio el vaso de precipitado por un recipiente de aluminio y para que este no absorbiera parte del calor se
le coloco una toalla.
Aire Libre q (W) T1 (°C) T2 (°C) Ts (°C) T∞ (°C) K(W/m°C) dx (m) h(W/m^2°C)
1 29.1972 80.5 62.4 31 25 209.3 0.098 6.4427
2 24.1966 53 38 29.4 25 209.3 0.098 7.2808

6. Evidencias
Conclusión
Creemos que nuestros resultados están dentro de valores aceptables, pero hubo factores que afectaron en la
práctica como por ejemplo, a pesar de que nos cambiamos de mesa debido al aire frio, este aun llegaba un poco
a la segunda mesa donde realizamos la práctica.
Bibliografía
https://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n
http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-165.htm