Transfer en CIA de Calor - Holman

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    09-Jul-2015

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<p>TRANSFERENCIA</p> <p>DE</p> <p>CALOR</p> <p>Octava edicin (primera en espaol)</p> <p>TRANSFERENCIA</p> <p>DE</p> <p>CALOR</p> <p>Octava edicin (primera en espaol)</p> <p>J. P. HolmanProfesor de Ingeniera Mecnica Southern Methodist University</p> <p>Traduccin</p> <p>Pablo de Assas Martnez de Morentn Teresa de J. Leo Mena Isabel Prez GrandeE.T.S. de Ingenieros Aeronuticos Universidad Politcnica de Madrid</p> <p>Revisin tcnica</p> <p>Pedro Prez del Notario Martnez de Maran Antonio Snchez SnchezE.T.S. de Ingenieros Aeronuticos Universidad Politcnica de Madrid</p> <p>MADRID. BUENOS AIRES CARACAS. GUATEMALA LISBOA MXICO NUEVA YORK PANAM SAN JUAN SANTAF DE BOGOT SANTIAGO. SAO PAULO AUCKLAND HAMBURGO LONDRES MILN MONTREAL NUEVA DELHI PARIS SAN FRANCISCO SIDNEY SINGAPUR. ST. LOUIS TOKIO TORONTOl l l l l l l l l l l l l l l l l</p> <p>TRANSFERENCIA DE CALOR. Octava edicin (primera en espaol) No est permitida la reproduccin total o parcial de este libro, ni su tratamiento informtico, ni la transmisin de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrnico, mecnico, por fotocopia, por registro u otros mtodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del Copyright. DERECHOS RESERVADOS 0 1998, respecto a la primera edicin en espaol, por McGRAW-HILL/INTERAMERICANA DE ESPAA, S. A. U. Edificio Valrealty, 1. planta Basauri, 17 2 8 0 2 3 Aravaca (Madrid) ISBN: 84-481-2040-X Depsito legal: M. 27.618-1999 Traducido de la octava edicin en ingls de Heat Transfer Copyright 0 MCMXCVII by McGraw-Hill Companies, Inc. ISBN 007-844785-2 Editora: Concepcin Fernndez Madrid Compuesto e impreso en Fernndez Ciudad, S. L. IMPRESO EN ESPAA - PRINTED IN SPAIN</p> <p>CONTENIDO</p> <p>Prlogo ................................................ Lista de smbolos ...................................CAPTULO 1.</p> <p>........</p> <p>Xlll</p> <p>ix . 1 1 41</p> <p>INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .</p> <p>2.11. Resistencia trmica de contacto. ............................ Repaso ................................................................ Lista de ejemplos resueltos. ......................................... Problemas. ........................................................... Referencias ............................................................CAPTULO 3. CONDUCCIN ESTACIONARIA</p> <p>37 39 39 40 50 51 51 51 54 55 60 67 70 71 81 81 82 82 82 92 95 95 96 98</p> <p>1.1. Transferencia de calor por conduccin ............. 1.2. Conductividad trmica .............................. 1.3. Transferencia de calor por conveccin ............. 1.4. Transferencia de calor por radiacin ............... 1.5. Dimensiones y unidades ............................. 1.6. Resumen .............................................. Repaso ...................................................... Lista de ejemplos resueltos ................................ Problemas .................................................. Referencias ..................................................CAPTULO 2.</p> <p>......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... .........</p> <p>MULTIDIMENSIONAL</p> <p>......</p> <p>9 9 13 13 13 14 16 17 17 17 18 18 22 25 26 27 29 31</p> <p>CONDUCCIN ESTACIONARIA UNIDIMENSIONAL . . . . . . . .</p> <p>2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10.</p> <p>Introduccin. ................................... La placa plana .................................. Aislamiento y valores R ........................ Sistemas radiales ................................ El coeficiente global de transferencia de calor Espesor crtico de aislamiento ................. Sistemas con fuentes de calor .................. Cilindro con fuentes de calor .................. Sistemas con conduccin-conveccih ......... Aletas ............................................</p> <p>........... ........... ........... ........... ...........</p> <p>Introduccin. ................................................. Anlisis maternatic de la conduccin de calor bidimensional .......................................................... Anlisis grfico ............................................... 3.3. 3.4. Factor de forma conductivo ................................. 3.5. Mtodo de anlisis numrico ................................ 3.6. Formulacin numrica en trminos de elementos resistivos 3.7. Iteracin de Gauss-Seidel.. .................................. Consideraciones sobre la precisin .......................... 3.8. 3.9. Analoga elctrica para la conduccin bidimensional.. .... 3.10. Resumen ...................................................... Repaso ................................................................ Lista de ejemplos resueltos.. ........................................ Problemas. ........................................................... Referencias. ........................................................... 3.1. 3.2.CAPTULO 4. CONDUCCIN NO ESTACIONARIA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .</p> <p>4.1. 4.2. 4.3.</p> <p>Introduccin ................................................... Sistemas de capacidad trmica global ........................ Flujo de calor transitorio en un slido semi-infinito ........</p> <p>Vi</p> <p>CONTENIDO</p> <p>4.4. Condiciones de contorno convectivas ............... 4.5 Sistemas multidimensionales ......................... 4.6. Mtodo numrico para el rgimen transitorio ...... 4.7. Formulacin de la resistencia y capacidad trmicas 4.8. Resumen. .............................................. Repaso ....................................................... Lista de ejemplos resueltos ................................. Problemas ................................................... Referencias. ..................................................CAPTULO 5.</p> <p>....... ....... ....... ....... ....... .......</p> <p>101 109 113 120 132 133 133 133 147 149 149 149 151 154 158 160 167 168 173 174 177 179 183 185 185 185 191 193 193 194 204 211 215 217 219 219 220 226</p> <p>CAPTULO 7.</p> <p>SISTEMAS DE CONVECCIN NATURAL.. . . . . . . . .</p> <p>229</p> <p>LOS PRINCIPIOS DE LA CONVECCIN.. . . . . . . . . . . . .</p> <p>Introduccin. ................................................. Flujo viscoso .................................................. Flujo no viscoso .............................................. Capa lmite laminar en una superficie plana ............... Ecuacin de la energa de la capa lmite .................... La capa lmite trmica ....................................... Relacin entre la friccin en el fluido y la transferencia de calor ......................................................... 5.8. Transferencia de calor en la capa lmite turbulenta ...... 5.9. Espesor de la capa lmite turbulenta ...................... 5.10. Transferencia de calor en flujo laminar en un tubo ...... 5.11. Flujo turbulento en un tubo ............................... 5.12. Transferencia de calor en corriente a alta velocidad ..... 5.13. Resumen .................................................... Repaso .............................................................. Lista de ejemplos resueltos ........................................ Problemas. ......................................................... Referencias ..........................................................CAPTULO 6. RELACIONES EMPRICAS Y PRCTICAS EN TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN FORZADA.. . . . . . . . .</p> <p>5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.1.</p> <p>Introduccin. ................................................. Transferencia de calor por conveccin natural en una placa plana vertical ................................................. 7.3. Relaciones empricas para conveccin natural ............. 7.4. Conveccin natural de planos y cilindros verticales ....... 7.5. Conveccin natural desde cilindros horizontales ........... 7.6. Conveccin natural desde placas horizontales ............. 7.7. Conveccin natural de superficies inclinadas ............... 7.8. Fluidos no newtonianos ..................................... 7.9. Ecuaciones simplificadas para el aire ....................... 7.10. Conveccin natural en esferas ............................... 7.11. Conveccin natural en espacios cerrados ................... 7.12. Conveccin natural y forzada combinadas.. ............... 7.13. Resumen ...................................................... Repaso ................................................................ Lista de ejemplos resueltos .......................................... Problemas. ........................................................... Referencias ............................................................ 7.1. 7.2.CAPTULO 8. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIN. . . . . . . . . .</p> <p>229 229 235 235 240 242 243 244 244 245 245 254 257 259 259 259 266 271 271 271 272 278 284 289 294 296 299 305 310 313 317 328 331 333 334 335 335</p> <p>8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10.</p> <p>6.1. 6.2.</p> <p>Introduccin ................................................... Relaciones empricas para corrientes en tuberas y conductos ............................................................... 6.3. Flujo alrededor de cilindros y esferas ........................ 6.4. Corriente alrededor de un haz de tubos.. ................... 6.5. Transferencia de calor en metales lquidos ................... 6.6. Resumen.. ...................................................... Repaso ................................................................ Lista de ejemplos resueltos .......................................... Problemas ............................................................ Referencias ............................................................</p> <p>Introduccin. ................................................. Mecanismo fsico ............................................. Propiedades de la radiacin ................................. Factor de forma de radiacin ............................... Relaciones entre factores de forma .......................... Intercambio de calor entre cuerpos no negros ............. Planos paralelos infinitos.. .................................. Apantallamientos radiantes .................................. Radiacin de gases ........................................... Circuito de radiacin para medios absorbentes y transmisores ........................................................... 8.11. Intercambio de radiacin con superficies especulares ...... 8.12. Intercambio de radiacin a travs de medios transmisores, reflectantes y absorbentes .................................... 8.13. Formulacin de la solucin numrica. ...................... 8.14. Radiacin solar ............................................... 8.15. Propiedades de radiacin del ambiente. .................... 8.16. Influencia de la radiacin en la medida de temperatura. 8.17. El coeficiente de transferencia de calor por radiacin. .... 8.18. Resumen ,. ..................................................... Repaso ................................................................</p> <p>CONTENIDO</p> <p>Vii</p> <p>Lista de ejemplos resueltos .......................................... Problemas ............................................................ Referencias ............................................................CAPTULO 9. TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDENSACIN Y EBULLICIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .</p> <p>336 336 353 355 355 355 359 359 361 369 370 371 373 373 373 376 379 379 379 383 384 386 392 402 404 409 409 409 410 421</p> <p>CAPTULO 11.</p> <p>TRANSFERENCIA DE MASA.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .</p> <p>423 423 423 424 428 428 431 433 433 433 435 437</p> <p>9.1. 9.2. 9.3. 9.4.</p> <p>Introduccin ................................................... Fenmenos de transferencia de calor por condensacin .... El nmero de condensacin ................................... Condensacin en pelcula en el interior de tubos horizontales ............................................................. 9.5. Transferencia de calor por ebullicin ......................... 9.6. Relaciones simplificadas de la transferencia de calor por ebullicin con agua ............................................ 9.7. El caloducto.. .................................................. 9.8. Resumen e informacin sobre el diseo ...................... Repaso. ............................................................... Lista de ejemplos resueltos .......................................... Problemas ............................................................ Referencias. ...........................................................CAPTULO 10. CAMBIADORES DE CALOR Cmn/C,,,x) de la pgina xiiipara</p> <p>i)T -kAdc</p> <p>Transferencia de calor por conveccin desde una superficie:</p> <p>4 = ~4Twpe,ficie - T comente Ilbre 14 = ~AGperfxie - T media 1</p> <p>para corrientes exteriores para corriente en canales (Captulos 5 y 6, Tablas 5.2 y 6.8)</p> <p>Conveccin forzada: Nu = f(Re, Pr)</p> <p>Conveccin natural: Nu = f(Gr, Pr) (Captulo 7, Tabla 7.4) Re = !E c1 Gr = p2gBATx3 P2 Pr =5f</p> <p>NT.=: llll</p> <p>Vase la Lista de stmbolos</p> <p>la definicin de trminos.</p> <p>x = dimensin caracterstica Transferencia de calor por radiacin (Captule 8) Energa emitida por un cuerpo negro Poder emisor = oT4 de cuerpo negro, rea. tiempo Radiosidad = energa incidente sobre una superficie rea. tiempo energa que sale de una superficie rea. tiempo</p> <p>Irradiacin =</p> <p>Factor de forma de radiacin F,, = fraccin de la energa que sale de la superficie m e incide en la superficie n Relacin de reciprocidad: A,F,, = A,F,, Transferencia de calor por radiacin desde una superficie con rea A,, emisividad cl, y temperatura T,(K) hacia un recinto grande a temperatura T,(K): q = aA,&amp;,(T;S - T;)</p> <p>CONSTANTES FSICAS IMPORTANTES</p> <p>xix</p> <p>Constantes</p> <p>fsicas</p> <p>importantesN, = 6,022045 x 10z6 molculas/kmol % = 1.545,35 ft . lbf/lbm . mol R = 8.314,41 J/kmol. K = 1,986 Btu/lbm. mol . R = 1,986 kcal/kmol . K h = 6&gt; 626176 x 1O-34 J-sec k = 1,380662 x 10ez3 J/molcula.K = 8,6173 x 10p5 eV/molcula.K c = 2,997925 Masa del electrn Carga del electrn Constante de Stefan-Boltzmann 1 atm Aceleracin estndar de la gravedad g = 31,174 ft/sZ = 9,80665m/s</p> <p>Nmero de Avogadro Constante universal de los gases</p> <p>m, = 9,1095 x 10m31 kg e = 1,602189 x lo-r9 C 0 = 0,1714 x lo-* Btu/hr.ft*. R4 = 5,669 x 10m8 W/m2. K4 = 14,69595 lbf/in = 760 mmHg a 32 F = 29,92 inHg a 32 F = 2.116,21 Ibf/ft2 = 1,01325 x 10 N/m2</p> <p>Constante de Planck Constante de Boltzman</p> <p>Velocidad de la luz en el vaco</p> <p>x lo8 m/s</p> <p>CAPTULO</p> <p>1</p> <p>INTRODUCCIN</p> <p>La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energa que puede tener lugar entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La termodinmica ensea que esta transferencia de energa se define como calor. La ciencia de la transferencia de calor pretende no slo explicar cmo la energa trmica puede ser transferida, sino tambien predecir la rapidez con la que, bajo ciertas condiciones especficas, tendr lugar esa transferencia. El hecho de que el objetivo deseado del anlisis sea la rapidez de la transferencia del calor, seala...</p>