Principios de transferencia de calor (2a. ed.).

Description

Principios de transferencia de calor PREFACIO CONTENIDO NOMENCLATURA CAPÍTULO 1 Modos básicos de transferencia de calor 1.1 Relación entre transferencia de calor y termodinámica 1.2 Dimensiones y unidades 1.3 Conducción de calor 1.3.1 Paredes planas 1.3.2 Conductividad térmica 1.4 Convección 1.5 Radiación 1.6 Sistemas de transferencia de calor combinados 1.6.1 Paredes planas en serie y paralelo 1.6.2 Resistencia por contacto 1.6.3 Convección y conducción en serie 1.6.4 Convección y radiación en paralelo 1.7 Aislamiento térmico 1.8 Transferencia de calor y ley de conservación de la energía 1.8.1 Primera ley de la termodinámica 1.8.2 Conservación de la energía aplicada al análisis de transferencia de calor 1.8.3 Condiciones de frontera Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 2 Conducción de calor 2.1 Introducción 2.2 Ecuación de conducción 2.2.1 Coordenadas rectangulares 2.2.2 Forma adimensional 2.2.3 Coordenadas cilíndricas y esféricas 2.3 Conducción de calor en régimen permanente en geometrías simples 2.3.1 Pared plana con y sin generación de calor 2.3.2 Formas cilíndricas y esféricas sin generación de calor 2.3.3 Cilindro sólido largo con generación de calor 2.4 Superficies extendidas 2.4.1 Aletas de sección transversal uniforme 2.4.2 Selección y diseño de aletas 2.5* Conducción en régimen constante multidimensional 2.5.1 Solución analítica 2.5.2 Método gráfico y factores de forma 2.6 Conducción de calor inestable o transitoria 2.6.1 Sistemas con resistencia interna despreciable 2.6.2* Paredes infinitas 2.6.3* Sólido semiinfinito 2.7* Gráficas para conducción de calor transitoria 2.7.1 Soluciones unidimensionales 2.7.2* Sistemas multidimensionales† 2.8 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 3 Análisis numérico dela conducción de calor 3.1 Introducción 3.2 Conducción en régimen permanente unidimensional 3.2.1 Ecuación de diferencias 3.2.2 Condiciones de frontera 3.2.3 Métodos de solución 3.3 Conducción inestable unidimensional 3.3.1 Ecuación de diferencias 3.3.2 Condiciones de frontera 3.3.3 Métodos de solución 3.4* Conducción bidimensional en régimen permanente y no permanente 3.4.1 Ecuación de diferencias 3.4.2 Condiciones de frontera 3.4.3 Métodos de solución 3.5* Coordenadas cilíndricas 3.6* Límites irregulares 3.7 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 4 Análisis detransferencia de calorpor convección 4.1 Introducción 4.2 Transferencia de calor por convección 4.3 Fundamentos de la capa límite 4.4 Ecuaciones de conservación de masa, cantidad de movimiento y energía para flujo laminar sobre una placa plana 4.5 Ecuaciones adimensionales de la capa límite y parámetros de similitud 4.5.1 Coeficiente de fricción 4.6 Evaluación de los coeficientes de transferencia de calor por convección 4.7 Análisis dimensional 4.7.1 Dimensiones primarias y fórmulas dimensionales 4.7.2 Teorema p de Buckingham 4.7.3 Determinación de grupos adimensionales 4.7.4 Correlación de datos experimentales 4.7.5 Principio de similitud 4.8* Solución analítica para el flujo laminar de capa límite sobre una placa plana† 4.8.1 Espesor de la capa límite y fricción en la superficie 4.8.2 Transferencia de calor por convección 4.8.3 Evaluación del coeficiente de transferenciade calor por convección 4.9* Análisis integral aproximado de la capa límite 4.9.1 Evaluación de la transferencia de calor y de los coeficientes de fricción en flujo laminar 4.10* Analogía entre la cantidad de movimiento y la transferencia de calor en flujo turbulento sobre una superficie plana 4.11 Analogía de Reynolds para flujo turbulento sobre superficies planas 4.12 Capa límite mezclada 4.13* Condiciones de frontera especiales y flujo a alta velocidad 4.14 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 5 Convección natural 5.1 Introducción 5.2 Parámetros de similitud para convección natural 5.3 Correlación empírica para varias formas geométricas 5.3.1 Placas y cilindros verticales 5.3.2 Placas horizontales 5.3.3 Cilindros, esferas, conos y cuerpos tridimensionales 5.3.4 Espacios cerrados 5.4* Cilindros, discos y esferas rotatorias 5.5 Convección forzada y natural combinadas 5.6* Superficies con aletas 5.6.1 Aletas en tubos horizontales 5.6.2 Aletas horizontales triangulares 5.6.3 Aletas rectangulares sobre superficies horizontales 5.6.4 Aletas rectangulares sobre superficies verticales 5.7 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 6 Convección forzada dentro de tubos y conductos 6.1 Introducción 6.1.1 Temperatura de referencia del fluido 6.1.2 Efecto de número de Reynolds en latransferencia de calor y en la caída de presión en flujo completamente desarrollado 6.1.3 Efecto del número de Prandtl 6.1.4 Efectos de entrada 6.1.5 Variación de las propiedades físicas 6.1.6 Condiciones de frontera térmicas y efectos de compresibilidad 6.1.7 Límites de precisión en los valores estimados de los coeficientes de transferencia de calor por convección 6.2* Análisis de la convección forzada laminar en un tubo largo 6.2.1 Flujo con calor uniforme 6.2.2* Temperatura superficial uniforme 6.3 Correlaciones para convección forzada laminar 6.3.1 Conductos circulares y rectangulares cortos 6.3.2 Conductos de sección transversal no circular 6.3.3 Efecto de las variaciones de las propiedades 6.3.4 Efecto de la convección natural 6.4* Analogía entre la transferencia de calor y la cantidad de movimiento en flujo turbulento 6.5 Correlaciones empíricas para la convección forzada turbulenta 6.5.1 Conductos y tubos 6.5.2 Conductos de forma no circular 6.5.3 Metales líquidos 6.6 Optimización de la transferencia de calor y enfriamiento de dispositivos electrónicos 6.6.1 Optimización de la convección forzada en el interior de tubos 6.6.2 Enfriamiento por convección forzadade dispositivos electrónicos 6.7 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 7 Convección forzada sobre superficies exteriores 7.1 Flujo sobre cuerpos abultados 7.2 Cilindros, esferas y otras formas abultadas 7.2.1 Anemómetro de hilo caliente 7.2.2 Esferas 7.2.3 Objetos abultados 7.3* Lechos empacados 7.4 Paquetes de tubos en flujo transversal 7.4.1 Metales líquidos 7.5* Paquetes de tubos con aletas en flujo transversal 7.6* Chorros libres 7.6.1 Chorros en superficie libre: correlaciones de transferencia de calor 7.6.2 Chorros sumergidos: correlaciones de transferencia de calor 7.7 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 8 Intercambiadores de calor 8.1 Introducción 8.2 Tipos básicos de intercambiadores de calor 8.3 Coeficiente global de transferencia de calor 8.3.1 Factores de ensuciamiento 8.4 Diferencia de temperatura media logarítmica 8.5 Eficiencia de un intercambiador de calor 8.6* Optimización de la transferencia de calor 8.6.1 Aplicaciones 8.6.2 Análisis de las técnicas de optimización 8.7* Intercambiadores de calor a microescala 8.8 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 9 Transferencia de calor por radiación 9.1 Radiación térmica 9.2 Radiación de un cuerpo negro 9.2.1 Leyes que rigen un cuerpo negro 9.2.2 Funciones de radiación y emisión de banda 9.2.3 Intensidad de radiación 9.2.4 Relación entre intensidad y potencia emisora 9.2.5 Irradiación 9.3 Propiedades de radiación 9.3.2 Propiedades de radiación monocromática y ley de Kirchhoff 9.3.4 Características de superficies reales 9.4 Factor de forma en la radiación 9.4.1 Álgebra para el factor de forma 9.5 Recintos con superficies negras 9.6 Recintos con superficies grises 9.7* Inversión matricial 9.7.1 Recintos con superficies grises 9.7.2 Recinto con superficies no grises 9.7.3* Recintos con medios absorbentes y transmisores 9.8* Propiedades de radiación de gases y vapores 9.9 Radiación combinada con convección y conducción 9.10 Comentarios finales Referencias Problemas Problemas de diseño CAPÍTULO 10 Transferencia de calor con cambio de fase 10.1 Introducción a la ebullición 10.2 Ebullición en estanque 10.2.1 Regímenes de ebullición en estanque 10.2.2 Mecanismos de crecimiento de burbujas 10.2.3 Ebullición nucleada en estanque 10.2.4 Flujo de calor crítico en ebullición nucleada en estanque 10.2.5 Ebullición pelicular en estanque 10.3 Ebullición en convección forzada 10.3.1 Ebullición nucleada en convección forzada 10.3.2 Ebullición con producción neta de vapor 10.3.3 Flujo de calor crítico 10.3.4 Transferencia de calor más allá del punto crítico 10.4 Condensación 10.4.1 Condensación en forma de película 10.4.2 Condensación en forma de gotas 10.5* Diseño de un condensador 10.6* Tubos de calentamiento 10.6.1 Limitación sónica 10.6.2 Limitación de arrastre 10.6.3 Limitación de la mecha 10.6.4 Limitaciones en la ebullición 10.7* Congelación y fusión Referencias Problemas Problemas de diseño APÉNDICES APÉNDICE 1 Sistema internacional de unidades TABLA 1 Unidades SI básicas TABLA 2 Unidades SI definidas TABLA 3 Unidades SI derivadas TABLA 4 Prefijos SI TABLA 5 Constantes físicas en unidades SI TABLA 6 Factores de conversión APÉNDICE 2 Tablas de datos Propiedades de sólidos TABLA 7 Emisividades normales de metales TABLA 8 Emisividades normales de no metales TABLA 9 Emisividades normales de pinturas y recubrimientos superficiales TABLA 10 Aleaciones TABLA 11 Aislantes y materiales de construcción TABLA 11 (Continuación) TABLA 12 Elementos metálicosa TABLA 12 (Continuación) Propiedades termodinámicas de líquidos TABLA 13 Agua a presión de saturación TABLA 13 (Continuación) TABLA 14 Freón-12 (CCL2F2), líquido saturado TABLA 15 R-134a (C2H2F4), líquido saturado TABLA 16 Amoniaco (NH3), líquido saturado TABLA 17 Aceite para motores sin usar TABLA 18 Aceite para transformadores (Norma 982-68) TABLA 19 Alcohol n-butílico (C4H10O) TABLA 20 Anilina comercial TABLA 21 Benceno (C6H6) TABLA 22 Compuestos orgánicos a 20 °C, 68 °F Fluidos de transferencia de calor TABLA 23 Mobiltherm 600 TABLA 24 Sal nitrada fundida (60% NaNO3, 40% KNO3, en peso) Metales líquidos TABLA 25 Bismuto TABLA 26 Mercurio TABLA 27 Sodio Propiedades termodinámicas de gases TABLA 28 Aire seco a presión atmosférica TABLA 29 Bióxido de carbono a presión atmosférica TABLA 30 Monóxido de carbono a presión atmosférica TABLA 31 Helio a presión atmosférica TABLA 32 Hidrógeno a presión atmosférica TABLA 33 Nitrógeno a presión atmosférica TABLA 34 Oxígeno a presión atmosférica TABLA 35 Vapor (H2O) a presión atmosférica TABLA 36 Metano a presión atmosférica TABLA 37 Etano a presión atmosférica TABLA 38 Atmósfera a Propiedades diversas y función de error TABLA 39 Tamaño del poro de la mecha de un tubo de calentamientoy datos de permeabilidada TABLA 40 Absortividad solar (as) y emisividades térmicas hemisféricas totales (eh) de elementos de construcción seleccionados TABLA 40 (Continuación) TABLA 41 Dimensiones de tubos de aceroa TABLA 41 (Continuación) TABLA 42 Propiedades promedio de tubos TABLA 42 (Continuación) TABLA 43 La función de error Ecuaciones de correlación para las propiedades físicas TABLA 44 Capacidades térmicas de gases ideales TABLA 45 Viscosidades de gases a baja presión TABLA 46 Conductividades térmicas de gases a '1 atm TABLA 47 Capacidades térmicas de líquidos saturados TABLA 48 Viscosidades de líquidos saturados TABLA 49 Conductividades térmicas de líquidos TABLA 50 Densidades de líquidos saturados APÉNDICE 3 Programas de cómputo para resolver matrices tridiagonales Solución de un sistema tridiagonal de ecuaciones a) Programa de cómputo para MATLAB b) Programa de cómputo en C++ c) Programa de cómputo en FORTRAN APÉNDICE 4 Códigos de cómputo para transferencia de calor APÉNDICE 5 Bibliografía sobre transferencia de calor ÍNDICE