Transferencia de calor /
Mills, Anthony F.
Transferencia de calor / Anthony F. Mills. - Santa Fe de Bogota : McGraw-Hill, 1994 - 932 p.
CONTENIDO
1 TRANSFERENCIA DE CALOR ELEMENTAL 1
1.1 Introducción 2
1.2 La transferencia de calor y su relación con la termodinámica 3
1.3 Modos de transferencia de calor 7
1.3.1 Conducción del calor 9
EJEMPLO 1.1 Transferencia de calor a través de un aislante 12
1.3.2 Radiación térmica 13
EJEMPLO 1.2 Disipación de calor de un transistor 17
1.3.3 Convección del calor 18
EJEMPLO 1.3 Pérdida de calor a través de puertas de vidrio 24
1.4 Modos combinados de transferencia de calor 25
1.4.1 Circuitos térmicos 26
EJEMPLO 1.4 Pérdida de calor a través de una pared compuesta 28
1.4.2 Balances de energía superficiales 29
EJEMPLO 1.5 Medición de la temperatura del aire 30
1.5 Respuesta térmica transitoria 31
1.5.1 Modelo de la capacidad térmica global 30
EJEMPLO 1.6 Templado de una placa de acero 35
1.5.2 Convección y radiación combinadas 36
EJEMPLO 1.7 Templado de una esfera de aleación metálica 38
1.6 Intercambiadores de calor 39
1.6.1 Intercambiadores de una y de dos corrientes 39
1.6.2 Análisis de un condensador 39
EJEMPLO 1.8 Funcionamiento de un condensador de vapor 46
1.6.3 Otros intercambiadores de una sola corriente 47
1.7 Dimensiones y unidades 47
1.8 Conclusión 49
Ejercicios 50
2 CONDUCCION ESTACIONARIA UNIDIMENSIONAL 63
2.1 Introducción 64
2.2 Ley de Fourier para la conducción del calor 65
2.2.1 Conductividad térmica 65
2.2.2 Resistencia por contacto 67
2.3 Conducción a través de capas cilíndricas y esféricas 69
2.3.1 Conducción a través de una capa cilíndrica 69
EJEMPLO 2.1 Pérdida de calor de una tubería de vapor aislada 72
2.3.2 Espesor crítico de aislamiento sobre un cilindro 74
EJEMPLO 2.2 Enfrentamiento de un resistor eléctrico 76
2.3.3 Conducción a través de una capa esférica 77
EJEMPLO 2.3 Determinación de la conductividad eléctrica 78
2.3.4 Conducción con generación interna de calor 79
EJEMPLO 2.4 Distribución de la temperatura en una varilla de combustible de reactor nuclear 81
2.4 Aletas 82
2.4.1 Aleta de aguja 84
EJEMPLO 2.5 Aletas para enfriar un transistor 90
2.4.2 Resistencia térmica de las aletas y efectividad superficial 91
2.4.3 Análisis de otros tipos de aletas 92
EJEMPLO 2.6 Error de lectura en un termopar 94
EJEMPLO 2.7 Intercambiador de calor de placas perforadas 95
2.4.4 Aletas de área de sección transversal variable 97
EJEMPLO 2.8 Aleta de enfriamiento para un transistor 101
EJEMPLO 2.9 Pérdida de calor de una aleta parabólica 104
2.4.5 Principio de similitud y análisis dimensional 105
2.5 Conclusión 108
Ejercicios 110
3 CONDUCCION MULTIDIMENSIONAL y NO ESTACIONARIA 129
3.1 Introducción 130
3.2 Ecuación de conducción de calor 130
3.2.1 Ley de Fourier en forma vectorial 131
3.2.2 Deducción de la ecuación de conducción del calor 132
3.2.3 Condiciones del contorno e iniciales 136
3.2.4 Métodos de solución 139
3.3 Conducción estacionaria multidimensional 140
3.3.1 Conducción estacionaria en una placa rectangular 140
EJEMPLO 3.1 Flujo de calor a través de una junta de goma de neopreno 146
3.3.2 Conducción estacionaria en un bloque rectangular 148
3.3.3 Factores de forma para la conducción 151
EJEMPLO 3.2 Pérdida de calor de un horno de laboratorio 151
EJEMPLO 3.3 Pérdida de calor de un oleoducto subterráneo 152
3.4 Conducción no estacionaria 154
3.4.1 La placa con resistencia superficial despreciable 155
EJEMPLO 3.4 Condensación de vapor transitoria en una pared de hormigón 162
3.4.2 El sólido semiinfinito 163
EJEMPLO 3.5 Enfriamiento de una placa de hormigón 171
EJEMPLO 3.6 Calentamiento por radiación de una pared contra incendio 172
EJEMPLO 3.7 Respuesta térmica del suelo 173
EJEMPLO 3.8 Fluctuaciones de la temperatura en la pared de un cilindro de motor diesel 174
3.4.3 Enfriamiento por convección de placas, cilindros y esferas 175
EJEMPLO 3.9 Recocido de una placa de acero 184
EJEMPLO 3.10 Calentador de lecho de bolas 185
3.4.4 Soluciones en forma de producto para la conducción no estacionaria multidimensional 187
EJEMPLO 3.11 Esterilización de una lata de conservas 189
3.5 Problemas de contorno en movimiento 191
3.5.1 Solidificación de una sustancia fundida 192
EJEMPLO 3.12 Proceso de fabricación de hielo 195
3.5.2 Ablación de fundido en régimen estacionario 196
EJEMPLO 3.13 Ablación del acero inoxidable 200
3.6 Solución por métodos numéricos 201
3.6.1 Método de diferencias finitas para la conducción estacionaria bidimensional 202
EJEMPLO 3.14 Conducción estacionaria en una placa cuadrada 209
3.6.2 Métodos de diferencias finitas para la conducción unidimensional no estacionaria 210
EJEMPLO 3.15 Calentamiento por convección de una placa de resina 215
EJEMPLO 3.16 Templado de una placa con ebullición nucleada 218
3.6.3 Formulación de la capacitancia resistiva (RC) 219
EJEMPLO 3.17 Calentamiento asimétrico de una barra cilíndrica 223
3.6.4 Método de diferencias finitas para problemas de contorno en movimiento 227
EJEMPLO 3.18 Erosión pulverulenta de un blindaje de plástico contra el calor 230
3.7 Conclusión 231
Referencias 232
Ejercicios 234
4 FUNDAMENTOS Y CORRELACIONES DE LA CONVECCION 253
4.1 Introducción 254
4.2 Fundamentos 254
4.2.1 Coeficiente de transferencia de calor convectiva 255
4.2.2 Análisis dimensional 261
4.2.3 Correlación de datos experimentales 273
4.2.4 Evaluación de las propiedades de los fluidos 278
4.3 Convección forzada 280
4.3.1 Flujo forzado a través de tubos y conductos 280
EJEMPLO 4.1 Flujo laminar de aceite 288
EJEMPLO 4.2 Flujo turbulento de aire 290
4.3.2 Flujos forzados externos 292
EJEMPLO 4.3 Pérdida de calor por el techo de una cabaña 303
EJEMPLO 4.4 Enfriamiento de una gota de aluminio fundido 303
4.4 Convección natural 305
4.4.1 Flujos naturales externos 306
EJEMPLO 4.5 Pérdida de calor del receptor central de una planta de energía solar 311
EJEMPLO 4.6 Pérdida de calor de una tubería de vapor 312
4.4.2 Flujos naturales internos 313
EJEMPLO 4.7 Pérdida de calor a través de un muro doble 318
EJEMPLO 4.8 Pérdida por convección en un colector solar de placa plana 319
4.4.3 Flujos mixtos forzados y naturales 320
EJEMPLO 4.9 Enfriamiento de un paquete electrónico 326
EJEMPLO 4.10 Pérdida de calor del techo de un taller 327
4.5 Haces de tubos y lechos empacados 328
4.5.1 Flujo a través de haces de tubos 328
EJEMPLO 4.11 Calentador de aire de haz de tubos 331
EJEMPLO 4.12 Calentador de agua de haz de tubos 333
4.5.2 Flujo a través de un lecho compacto 336
EJEMPLO 4.13 Almacén térmico de lecho de bolas 339
EJEMPLO 4.14 Intercambiador de calor de placas perforadas 341
4.6 Superficies giratorias 342
4.6.1 Discos, esferas y cilindros giratorios 342
EJEMPLO 4.15 Pérdida de calor de una centrifugadora 343
EJEMPLO 4.16 Pérdida de calor de un eje 345
4.7 Superficies rugosas 345
4.7.1 Efecto de la rugosidad de la superficie 346
EJEMPLO 4.17 Flujo de helio en un tubo rugoso 351
EJEMPLO 4.18 Flujo de aire sobre una placa plana desgastada por chorro de arena 352
4.8 El programa de computador CONV 355
4.9 Conclusión 356
Referencias 364
Ejercicios 367
5 ANALISIS DE LA CONVECCION 385
5.1 Introducción 386
5.2 Flujos de alta velocidad 387
5.2.1 Modelo para el flujo de Couette 387
5.2.2 Concepto de factor de recuperación 392
EJEMPLO 5.1 Temperatura del rotar de un helicóptero 393
5.3 Flujo laminar dentro de un tubo 395
5.3.1 Transferencia de cantidad de movimiento en el flujo hidrodinámico totalmente desarrollado 396
5.3.2 Transferencia de calor totalmente desarrollada para una pared sometida a un flujo de calor uniforme por unidad de área 399
EJEMPLO 5.2 Calentador de aceite 404
5.4 Capas límite laminares 405
5.4.1 Ecuaciones diferenciales de un flujo forzado a lo largo de una placa plana 406
5.4.2 Modelo del flujo bala 409
5.4.3 Método de solución integral 410
EJEMPLO 5.3 Placa con una longitud inicial no calentada 418
5.4.4 Soluciones autosemejantes 420
5.4.5 Convección natural sobre una pared vertical isotérmica 429
EJEMPLO 5.4 Capa límite de convección natural en agua 433
5.5 Flujos turbulentos 435
5.5.1 Modelo de la longitud de mezcla de Prandtl y modelo de la difusividad por remolinos 437
5.5.2 Flujo forzado a lo largo de una placa plana 439
EJEMPLO 5.5 Capa límite de aire turbulento sobre una placa plana 451
5.5.3 Flujo en un tubo 453
EJEMPLO 5.6 Flujo turbulento de agua en un tubo 460
5.5.4 Modelos de turbulencia más avanzados 461
5.6 Semejanza y modelado 462
5.6.1 Ecuaciones y condiciones de contorno adimensionales 462
5.6.2 Modelado 467
5.7 Ecuaciones generales de conservación 468
5.7.1 Conservación de la masa 469
5.7.2 Conservación de la cantidad de movimiento 471
5.7.3 Conservación de la energía 475
5.7.4 Uso de las ecuaciones de conservación 479
5.8 Análisis de escala 481
5.8.1 Capas límite laminares de convección forzada 481
5.8.2 Capa límite laminar de convección natural sobre una pared vertical 488
5.9 Conclusión 492
Referencias 493
Ejercicios 495
6 RADIACION TERMICA 507
6.1 Introducción 508
6.2 Física de la radiación 509
6.2.1 Espectro electromagnético 509
6.2.2 Superficie negra 510
6.2.3 Superficies reales 512
6.3 Intercambio de radiación entre superficies 514
6.3.1 Intercambio de radiación entre superficies negras 515
EJEMPLO 6.1 Ganancia de calor de una pista de patinaje sobre hielo 517
6.3.2 Factores de forma y su álgebra 517
EJEMPLO 6.2 Determinación de factores de forma 523
6.3.3 Analogía de la red eléctrica para superficies negras 524
EJEMPLO 6.3 Pérdida de calor de un material fundido 526
6.3.4 Intercambio de radiación entre dos superficies grises difusas 527
EJEMPLO 6.4 Evaporación en una botella de Dewar criogénica 533
6.3.5 Intercambio de radiación entre varias superficies grises difusas 535
EJEMPLO 6.5 Transferencia radiante en un horno 538
EJEMPLO 6.6 Panel de calentamiento radiante 540
6.3.6 Transferencia de radiación a través de un conducto 543
EJEMPLO 6.7 Pérdida de calor a través de una grieta 545
6.4 Radiación solar 546
6.4.1 Irradiación solar 524
EJEMPLO 6.8 Temperatura efectiva del Sol 547
6.4.2 Radiación atmosférica 549
EJEMPLO 6.9 Cálculo de la emitancia y de la temperatura efectiva del cielo 549
6.4.3 Absortancia y transmitancia solares 550
EJEMPLO 6.10 Temperatura de la parte superior de un avión 552
EJEMPLO 6.11 Control de la temperatura de un vehículo espacial 554
EJEMPLO 6.12 Colector solar de placa plana 554
6.5 Características direccionales de la radiación de una superficie 557
6.5.1 Intensidad de radiación y ley de Lambert 557
EJEMPLO 6.13 Cálculo de la irradiación a partir de la intensidad 560
6.5.2 Determinación de factores de forma 561
EJEMPLO 6.14 Factor deforma entre una superficie elemental y un disco 562
EJEMPLO 6.15 Factor deforma entre superficies sobre una esfera 563
6.5.3 Propiedades direccionales de las superficies reales 564
EJEMPLO 6.16 Ganancia de calor de una tubería de nitrógeno líquido 567
EJEMPLO 6.17 Transmisión de radiación a través de la rejilla de ventilación de un vehículo espacial 569
6.6 Características espectrales de la radiación de una superficie 570
6.6.1 La ley de Planck y las funciones fraccionarias 571
EJEMPLO 6.18 Longitudes de onda de importancia práctica 571
6.6.2 Propiedades espectrales 573
EJEMPLO 6.19 Cálculo de la absortancia total de la pintura epóxica blanca 578
EJEMPLO 6.20 Transferencia de calor por radiación en el interior de un vehículo espacial 579
6.7 Transferencia de radiación a través de gases 580
6.7.1 Ecuación de transferencia 581
6.7.2 Propiedades radiantes de un gas 582
EJEMPLO 6.21 Propiedades totales de los productos de combustión del hidrógeno 588
EJEMPLO 6.22 Propiedades totales de los productos de combustión de un combustible a base de hidrocarburos 589
6.7.3 Longitudes de haz efectivas de un gas isotérmico 591
EJEMPLO 6.23 Longitud media de haz en un haz de tubos 593
6.7.4 Intercambio de radiación entre un gas isotérmico y un recinto negro 595
EJEMPLO 6.24 Cámara de combustión de queroseno 596
6.7.5 Intercambio de radiación entre un gas gris isotérmico y un recinto gris 597
EJEMPLO 6.25 Intercambio de radiación en el interior de un recinto de dos superficies que contiene un gas gris 599
6.7.6 Intercambio de radiación entre un gas isotérmico no gris y un recinto formado por una sola superficie gris 600
EJEMPLO 6.26 Cámara de combustión del reactor de un avión supersónico 601
6.8 Conclusión
604 Referencias 605
Ejercicios 606
7 CONDENSACION, EVAPORACION Y EBULLICION 623
7.1 Introducción 624
7.2 Condensación en película 625
7.2.1 Condensación en película laminar sobre una pared vertical 626
EJEMPLO 7.1 Condensación del vapor en película laminar 633
7.2.2 Condensación en película laminar ondulatoria y turbulenta sobre una pared vertical 635
EJEMPLO 7.2 Condensación del vapor en un tubo vertical largo 640
7.2.3 Condensación en película laminar sobre un tubo horizontal 642
EJEMPLO 7.3 Condensación de Refrigerante-12 sobre un solo tubo horizontal 644
7.2.4 Efectos de la velocidad y del sobrecalentamiento del vapor 647
EJEMPLO 7.4 Efecto del arrastre del vapor en la condensación de Refrigerante-12 653
EJEMPLO 7.5 Efecto del sobrecalentamiento del vapor en la condensación del amoníaco 654
7.3 Evaporación en película 655
7.3.1 Evaporación de una película descendente sobre una pared vertical 655
EJEMPLO 7.6 Evaporación desde una película descendente de agua 658
7.4 Ebullición en masa de líquido 659
7.4.1 Regímenes de ebullición en masa 660
7.4.2 Inicio de la ebullición 663
EJEMPLO 7.7 Grado de sobrecalentamiento necesario para el inicio de la ebullición en varios líquidos 665
7.4.3 Ebullición nucleada 666
EJEMPLO 7.8 Ebullición nucleada de agua sobre una superficie de cobre pulido 667
7.4.4 Flujo máximo de calor por unidad de área 668
EJEMPLO 7.9 Flujo máximo de calor por unidad de área para la ebullición en masa del agua 670
7.4.5 Ebullición en película 671
EJEMPLO 7.10 Ebullición en película de un líquido criogénico 675
EJEMPLO 7.11 Ebullición en película del agua sobre una placa horizontal 676
7.5 Ebullición y condensación por convección forzada 678
7.5.1 Modelos de flujo de dos fases 678
EJEMPLO 7.12 Evaporador de agua de tubos verticales 682
EJEMPLO 7.13 Condensador de Refrigerante-12 de tubo horizontal 683
7.5.2 Caída de presión 684
EJEMPLO 7.14 Gradiente de presión en un evaporador de agua de tubos verticales 686
EJEMPLO 7.15 Gradiente de presión en un condensador de Refrigerante-12 de tubo horizontal 687
7.5.3 Ebullición por convección forzada interna 688
EJEMPLO 7.16 Transferencia de calor en un evaporador de agua de tubos verticales 690
7.5.4 Condensación por convección forzada interna 693
EJEMPLO 7.17 Transferencia de calor en un condensador de Refrigerante-12 de tubo horizontal 694
7.6 Cambio de fase a bajas presiones 695
7.6.1 Teoría cinética del cambio de fase 696
EJEMPLO 7.18 Velocidad máxima de evaporación 699
7.6.2 Resistencia interfacial a la transferencia de calor 700
EJEMPLO 7.19 Cálculo del coeficiente de transferencia de calor interfacial 701
7.6.3 Análisis de Nusselt con resistencia interfacial 702
EJEMPLO 7.20 Condensación del vapor en película laminar 703
7.6.4 Importancia de la resistencia interfacial para la ingeniería 705
7.7 Tubos de calor 707
7.7.1 Bombeo por capilaridad 710
EJEMPLO 7.21 Tubo de calor de amoníaco 714
7.7.2 Limitaciones sónicas, por arrastre y por ebullición 716
7.7.3 Tubos de calor con carga gaseosa 718
EJEMPLO 7.22 Tubos de calor con carga gaseosa para un satélite de comunicaciones 721
7.8 Conclusión 723
Referencias 724
Ejercicios 726
8 INTERCAMBIADORES DE CALOR 741
8.1 Introducción 742
8.2 Tipos de intercambiadores de calor 744
8.2.1 Configuraciones geométricas de flujo 744
8.2.2 Comportamiento de la temperatura del fluido 747
8.2.3 Superficies de transferencia de calor 748
8.2.4 Intercambiadores de contacto directo 750
8.3 Balances de energía y del coeficiente global de transferencia de calor 750
8.3.1 Balances de energía del intercambiador 751
EJEMPLO 8.1 Suministro de agua para el enfriamiento del condensador de una turbina de vapor 752
8.3.2 Coeficientes globales de transferencia de calor 753
EJEMPLO 8.2 Coeficiente global de transferencia de calor de un condensador 756
EJEMPLO 8.3 Coeficiente global de transferencia de calor de un tubo con aletas 757
8.4 Intercambiadores de calor de flujo estacionario y una sola corriente 759
8.4.1 Análisis de un evaporador 722
EJEMPLO 8.4 Planta piloto de conversión de energía térmica oceánica de ciclo abierto 761
8.5 Intercambiadores de calor de flujo estacionario de dos corrientes 762
8.5.1 Diferencia de temperatura logarítmica media 762
EJEMPLO 8.5 Enfriador de benceno a contra corriente 766
EJEMPLO 8.6 Enfriador de aceite a contra corriente 766
8.5.2 Efectividad y número de unidades de transferencia 768
EJEMPLO 8.7 Enfriamiento de la corriente de productos de una columna de destilación 773
EJEMPLO 8.8 Diseño de un intercambiador de placas de flujo cruzado por el método c-Nut 775
8.5.3 Intercambiadores de flujo equilibrado 777
EJEMPLO 8.9 Recuperador para un sistema de aire acondicionado 779
EJEMPLO 8.10 Recuperador para una turbina de gas 779
8.5.4 Efecto de la conducción axial 780
EJEMPLO 8.11 Recuperador de tubos gemelos para un refrigerador de hidrógeno 785
EJEMPLO 8.12 Recuperador de placas perforadas para un refrigerador de hidrógeno 787
8.6 Regeneradores 788
8.6.1 Regeneradores de contra corriente equilibrada 788
EJEMPLO 8.13 Calentador de aire de lecho compacto 792
EJEMPLO 8.14 Máscara protectora para climas fríos 793
8.7 Elementos de diseño de intercambiadores de calor 795
8.7.1 Caída de presión en un intercambiador 796
EJEMPLO 8.15 Caída de presión en un intercambiador multitubular 801
8.7.2 Diseño termohidráulico de intercambiadores 803
EJEMPLO 8.16 Intercambiador de tubos gemelos con flujo laminar 804
EJEMPLO 8.17 Intercambiador de tubos gemelos con flujo turbulento 807
EJEMPLO 8.18 Intercambiador de flujo cruzado de placas y aletas 809
8.7.3 Selección de superficies para intercambiadores de calor compactos 811
EJEMPLO 8.19 Diseño de un intercambiador de placas y aletas de flujo cruzado 813
8.7.4 Análisis económico 815
EJEMPLO 8.20 Conservación de la energía en una fábrica de cerveza 819
8.7.5 Diseño de intercambiadores de calor asistido por computador: el programa HEX2 820
EJEMPLO 8.21 Recuperador de placas y aletas de flujo cruzado equilibrado para un sistema de calefacción de aire 827
EJEMPLO 8.22 Análisis económico de un recuperador para un sistema de calefacción de aire 830
8.8 Conclusión 831
Referencias 832
Ejercicios 833
APENDICES
A PROPIEDADES 851
Tabla A.1a Metales sólidos: punto de fusión y propiedades térmicas a 300 K 853
Tabla A.1b Metales sólidos: variación de la conductividad térmica con la temperatura 855
Tabla A.1c Metales sólidos: variación de la capacidad calorífica específica con la temperatura 856
Tabla A.2 Dieléctricos sólidos: propiedades térmicas 857
Tabla A.3 Aislantes y materiales de construcción: propiedades térmicas 859
Tabla A.4 Conductividad térmica de materiales seleccionados a temperaturas criogénicas 861
Tabla A.5a Emitancia hemisférica total de superficies a Ts aproximadamente igual a 300 K, y absortancia solar extraterrestre 862
Tabla A.5b Variación de la emitancia hemisférica total de superficies seleccionadas con la temperatura 865
Tabla A.6a Absortancia espectral y absortancia total de algunos metales, incidencia normal 866
Tabla A.6b Absortancias espectrales a la temperatura ambiente y a un ángulo de incidencia de 25° respecto a la normal 867
Tabla A.7 Gases: propiedades térmicas 868
Tabla A.8 Líquidos dieléctricos: propiedades térmicas 872
Tabla A.9 Metales líquidos: propiedades térmicas 875
Tabla A.10a Coeficientes de dilatación volumétrica de algunos líquidos 876
Tabla A.10b Densidad y coeficiente de expansión volumétrica del agua 877
Tabla A.11 Tensión superficial 878
Tabla A.12a Propiedades termodinámicas del vapor saturado 879
Tabla A.12b Propiedades termodinámicas del amoníaco saturado 882
Tabla A.12c Propiedades termodinámicas del nitrógeno saturado 883
Tabla A.12d Propiedades termodinámicas del mercurio saturado 884
Tabla A.12e Propiedades termodinámicas del refrigerante-12 (diclorodifluorometano) saturado 885
Tabla A.12f Propiedades termodinámicas del refrigerante-113 (triclorotrifluoroetano) saturado 886
Tabla A.13a Soluciones acuosas de etilenglicol: propiedades térmicas 887
Tabla A.13b Soluciones acuosas de cloruro de sodio: propiedades térmicas 888
Tabla A.14a Dimensiones de tuberías comerciales [mm] (norma ASA) 889
Tabla A.14b Dimensiones de tubos comerciales [mm] (norma ASTM) 890
Tabla A.14c Dimensiones de tubos enterizos de acero para intercambiadores de calor tubulares [mm] (DIN 28 180) 891
Tabla A.14d Dimensiones de tubos de cobre y de aleación de cobre forjado para condensadores e intercambiadores de calor [mm] (DIN 1785-83) 891
Tabla A.14e Dimensiones de tubos enterizos de acero inoxidable estirado en frío [mm] (LN 9398) 892
Tabla A.14f Dimensiones de tubos enterizos de aleación de aluminio estirada en frío [mm] (LN 9223) 892
Tabla A.15 Atmósfera estándar de los Estados Unidos 893
Tabla A.16 Algunas constantes físicas 894
B UNIDADES, FACTORES DE CONVERSION Y FUNCIONES MATEMATICAS 895
Tabla B.1a Unidades básicas del Sistema Internacional y unidades suplementarias 896
Tabla B.1b Unidades secundarias del Sistema Internacional 896 Unidades reconocidas que no pertenecen al Sistema Internacional Múltiplos de unidades del Sistema Internacional 897
Factores de conversión 898
Funciones de Bessel 899
a. Funciones de Bessel de primera y segunda especies, de órdenes O y 1 900
b. Funciones de Bessel modificadas de primera y segunda especies, de órdenes O y 1 902
Tabla B.4 La función error complementaria 904
C. Gráficos
Figura C.1a Respuesta de la temperatura del plano central de una placa enfriada por convección 906
Figura C.1b Respuesta de la temperatura del eje de un cilindro enfriado por convección 907
Figura C.1c Respuesta de la temperatura del centro de una esfera enfriada por convección 907
Figura C.2a Pérdida fraccionaria de energía de una placa enfriada por convección 908
Figura C.2b Pérdida fraccionaria de energía de un cilindro enfriado por convección 908
Figura C.2c Pérdida fraccionaria de energía de una esfera enfriada por convección 909
Figura C.3a Factor de forma (o de visión) de dos discos coaxiales paralelos 909
Figura C.3b Factor de forma (o de visión) de dos rectángulos uno frente a otro 910
Figura C.3c Factor de forma (o de visión) de dos rectángulos adyacentes 910
Figura C.4a Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de calor de un paso por coraza y 2, 4, 6, ... pasos por tubos 911
Figura C.4b Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de calor de flujo cruzado en el que ambos fluidos están sin mezclar 911
Figura C.4c Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de calor de flujo cruzado en el que ambos fluidos están mezclados 912
Figura C.4d Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de flujo cruzado de dos pasos por tubos (sin mezclar) y un paso por coraza (mezclado) 912
Bibliografía 913
Nomenclatura 919
Indice de Materias 925
8480861940
TRANSFERENCIA DE CALOR
CALOR
536.2 M624
Transferencia de calor / Anthony F. Mills. - Santa Fe de Bogota : McGraw-Hill, 1994 - 932 p.
CONTENIDO
1 TRANSFERENCIA DE CALOR ELEMENTAL 1
1.1 Introducción 2
1.2 La transferencia de calor y su relación con la termodinámica 3
1.3 Modos de transferencia de calor 7
1.3.1 Conducción del calor 9
EJEMPLO 1.1 Transferencia de calor a través de un aislante 12
1.3.2 Radiación térmica 13
EJEMPLO 1.2 Disipación de calor de un transistor 17
1.3.3 Convección del calor 18
EJEMPLO 1.3 Pérdida de calor a través de puertas de vidrio 24
1.4 Modos combinados de transferencia de calor 25
1.4.1 Circuitos térmicos 26
EJEMPLO 1.4 Pérdida de calor a través de una pared compuesta 28
1.4.2 Balances de energía superficiales 29
EJEMPLO 1.5 Medición de la temperatura del aire 30
1.5 Respuesta térmica transitoria 31
1.5.1 Modelo de la capacidad térmica global 30
EJEMPLO 1.6 Templado de una placa de acero 35
1.5.2 Convección y radiación combinadas 36
EJEMPLO 1.7 Templado de una esfera de aleación metálica 38
1.6 Intercambiadores de calor 39
1.6.1 Intercambiadores de una y de dos corrientes 39
1.6.2 Análisis de un condensador 39
EJEMPLO 1.8 Funcionamiento de un condensador de vapor 46
1.6.3 Otros intercambiadores de una sola corriente 47
1.7 Dimensiones y unidades 47
1.8 Conclusión 49
Ejercicios 50
2 CONDUCCION ESTACIONARIA UNIDIMENSIONAL 63
2.1 Introducción 64
2.2 Ley de Fourier para la conducción del calor 65
2.2.1 Conductividad térmica 65
2.2.2 Resistencia por contacto 67
2.3 Conducción a través de capas cilíndricas y esféricas 69
2.3.1 Conducción a través de una capa cilíndrica 69
EJEMPLO 2.1 Pérdida de calor de una tubería de vapor aislada 72
2.3.2 Espesor crítico de aislamiento sobre un cilindro 74
EJEMPLO 2.2 Enfrentamiento de un resistor eléctrico 76
2.3.3 Conducción a través de una capa esférica 77
EJEMPLO 2.3 Determinación de la conductividad eléctrica 78
2.3.4 Conducción con generación interna de calor 79
EJEMPLO 2.4 Distribución de la temperatura en una varilla de combustible de reactor nuclear 81
2.4 Aletas 82
2.4.1 Aleta de aguja 84
EJEMPLO 2.5 Aletas para enfriar un transistor 90
2.4.2 Resistencia térmica de las aletas y efectividad superficial 91
2.4.3 Análisis de otros tipos de aletas 92
EJEMPLO 2.6 Error de lectura en un termopar 94
EJEMPLO 2.7 Intercambiador de calor de placas perforadas 95
2.4.4 Aletas de área de sección transversal variable 97
EJEMPLO 2.8 Aleta de enfriamiento para un transistor 101
EJEMPLO 2.9 Pérdida de calor de una aleta parabólica 104
2.4.5 Principio de similitud y análisis dimensional 105
2.5 Conclusión 108
Ejercicios 110
3 CONDUCCION MULTIDIMENSIONAL y NO ESTACIONARIA 129
3.1 Introducción 130
3.2 Ecuación de conducción de calor 130
3.2.1 Ley de Fourier en forma vectorial 131
3.2.2 Deducción de la ecuación de conducción del calor 132
3.2.3 Condiciones del contorno e iniciales 136
3.2.4 Métodos de solución 139
3.3 Conducción estacionaria multidimensional 140
3.3.1 Conducción estacionaria en una placa rectangular 140
EJEMPLO 3.1 Flujo de calor a través de una junta de goma de neopreno 146
3.3.2 Conducción estacionaria en un bloque rectangular 148
3.3.3 Factores de forma para la conducción 151
EJEMPLO 3.2 Pérdida de calor de un horno de laboratorio 151
EJEMPLO 3.3 Pérdida de calor de un oleoducto subterráneo 152
3.4 Conducción no estacionaria 154
3.4.1 La placa con resistencia superficial despreciable 155
EJEMPLO 3.4 Condensación de vapor transitoria en una pared de hormigón 162
3.4.2 El sólido semiinfinito 163
EJEMPLO 3.5 Enfriamiento de una placa de hormigón 171
EJEMPLO 3.6 Calentamiento por radiación de una pared contra incendio 172
EJEMPLO 3.7 Respuesta térmica del suelo 173
EJEMPLO 3.8 Fluctuaciones de la temperatura en la pared de un cilindro de motor diesel 174
3.4.3 Enfriamiento por convección de placas, cilindros y esferas 175
EJEMPLO 3.9 Recocido de una placa de acero 184
EJEMPLO 3.10 Calentador de lecho de bolas 185
3.4.4 Soluciones en forma de producto para la conducción no estacionaria multidimensional 187
EJEMPLO 3.11 Esterilización de una lata de conservas 189
3.5 Problemas de contorno en movimiento 191
3.5.1 Solidificación de una sustancia fundida 192
EJEMPLO 3.12 Proceso de fabricación de hielo 195
3.5.2 Ablación de fundido en régimen estacionario 196
EJEMPLO 3.13 Ablación del acero inoxidable 200
3.6 Solución por métodos numéricos 201
3.6.1 Método de diferencias finitas para la conducción estacionaria bidimensional 202
EJEMPLO 3.14 Conducción estacionaria en una placa cuadrada 209
3.6.2 Métodos de diferencias finitas para la conducción unidimensional no estacionaria 210
EJEMPLO 3.15 Calentamiento por convección de una placa de resina 215
EJEMPLO 3.16 Templado de una placa con ebullición nucleada 218
3.6.3 Formulación de la capacitancia resistiva (RC) 219
EJEMPLO 3.17 Calentamiento asimétrico de una barra cilíndrica 223
3.6.4 Método de diferencias finitas para problemas de contorno en movimiento 227
EJEMPLO 3.18 Erosión pulverulenta de un blindaje de plástico contra el calor 230
3.7 Conclusión 231
Referencias 232
Ejercicios 234
4 FUNDAMENTOS Y CORRELACIONES DE LA CONVECCION 253
4.1 Introducción 254
4.2 Fundamentos 254
4.2.1 Coeficiente de transferencia de calor convectiva 255
4.2.2 Análisis dimensional 261
4.2.3 Correlación de datos experimentales 273
4.2.4 Evaluación de las propiedades de los fluidos 278
4.3 Convección forzada 280
4.3.1 Flujo forzado a través de tubos y conductos 280
EJEMPLO 4.1 Flujo laminar de aceite 288
EJEMPLO 4.2 Flujo turbulento de aire 290
4.3.2 Flujos forzados externos 292
EJEMPLO 4.3 Pérdida de calor por el techo de una cabaña 303
EJEMPLO 4.4 Enfriamiento de una gota de aluminio fundido 303
4.4 Convección natural 305
4.4.1 Flujos naturales externos 306
EJEMPLO 4.5 Pérdida de calor del receptor central de una planta de energía solar 311
EJEMPLO 4.6 Pérdida de calor de una tubería de vapor 312
4.4.2 Flujos naturales internos 313
EJEMPLO 4.7 Pérdida de calor a través de un muro doble 318
EJEMPLO 4.8 Pérdida por convección en un colector solar de placa plana 319
4.4.3 Flujos mixtos forzados y naturales 320
EJEMPLO 4.9 Enfriamiento de un paquete electrónico 326
EJEMPLO 4.10 Pérdida de calor del techo de un taller 327
4.5 Haces de tubos y lechos empacados 328
4.5.1 Flujo a través de haces de tubos 328
EJEMPLO 4.11 Calentador de aire de haz de tubos 331
EJEMPLO 4.12 Calentador de agua de haz de tubos 333
4.5.2 Flujo a través de un lecho compacto 336
EJEMPLO 4.13 Almacén térmico de lecho de bolas 339
EJEMPLO 4.14 Intercambiador de calor de placas perforadas 341
4.6 Superficies giratorias 342
4.6.1 Discos, esferas y cilindros giratorios 342
EJEMPLO 4.15 Pérdida de calor de una centrifugadora 343
EJEMPLO 4.16 Pérdida de calor de un eje 345
4.7 Superficies rugosas 345
4.7.1 Efecto de la rugosidad de la superficie 346
EJEMPLO 4.17 Flujo de helio en un tubo rugoso 351
EJEMPLO 4.18 Flujo de aire sobre una placa plana desgastada por chorro de arena 352
4.8 El programa de computador CONV 355
4.9 Conclusión 356
Referencias 364
Ejercicios 367
5 ANALISIS DE LA CONVECCION 385
5.1 Introducción 386
5.2 Flujos de alta velocidad 387
5.2.1 Modelo para el flujo de Couette 387
5.2.2 Concepto de factor de recuperación 392
EJEMPLO 5.1 Temperatura del rotar de un helicóptero 393
5.3 Flujo laminar dentro de un tubo 395
5.3.1 Transferencia de cantidad de movimiento en el flujo hidrodinámico totalmente desarrollado 396
5.3.2 Transferencia de calor totalmente desarrollada para una pared sometida a un flujo de calor uniforme por unidad de área 399
EJEMPLO 5.2 Calentador de aceite 404
5.4 Capas límite laminares 405
5.4.1 Ecuaciones diferenciales de un flujo forzado a lo largo de una placa plana 406
5.4.2 Modelo del flujo bala 409
5.4.3 Método de solución integral 410
EJEMPLO 5.3 Placa con una longitud inicial no calentada 418
5.4.4 Soluciones autosemejantes 420
5.4.5 Convección natural sobre una pared vertical isotérmica 429
EJEMPLO 5.4 Capa límite de convección natural en agua 433
5.5 Flujos turbulentos 435
5.5.1 Modelo de la longitud de mezcla de Prandtl y modelo de la difusividad por remolinos 437
5.5.2 Flujo forzado a lo largo de una placa plana 439
EJEMPLO 5.5 Capa límite de aire turbulento sobre una placa plana 451
5.5.3 Flujo en un tubo 453
EJEMPLO 5.6 Flujo turbulento de agua en un tubo 460
5.5.4 Modelos de turbulencia más avanzados 461
5.6 Semejanza y modelado 462
5.6.1 Ecuaciones y condiciones de contorno adimensionales 462
5.6.2 Modelado 467
5.7 Ecuaciones generales de conservación 468
5.7.1 Conservación de la masa 469
5.7.2 Conservación de la cantidad de movimiento 471
5.7.3 Conservación de la energía 475
5.7.4 Uso de las ecuaciones de conservación 479
5.8 Análisis de escala 481
5.8.1 Capas límite laminares de convección forzada 481
5.8.2 Capa límite laminar de convección natural sobre una pared vertical 488
5.9 Conclusión 492
Referencias 493
Ejercicios 495
6 RADIACION TERMICA 507
6.1 Introducción 508
6.2 Física de la radiación 509
6.2.1 Espectro electromagnético 509
6.2.2 Superficie negra 510
6.2.3 Superficies reales 512
6.3 Intercambio de radiación entre superficies 514
6.3.1 Intercambio de radiación entre superficies negras 515
EJEMPLO 6.1 Ganancia de calor de una pista de patinaje sobre hielo 517
6.3.2 Factores de forma y su álgebra 517
EJEMPLO 6.2 Determinación de factores de forma 523
6.3.3 Analogía de la red eléctrica para superficies negras 524
EJEMPLO 6.3 Pérdida de calor de un material fundido 526
6.3.4 Intercambio de radiación entre dos superficies grises difusas 527
EJEMPLO 6.4 Evaporación en una botella de Dewar criogénica 533
6.3.5 Intercambio de radiación entre varias superficies grises difusas 535
EJEMPLO 6.5 Transferencia radiante en un horno 538
EJEMPLO 6.6 Panel de calentamiento radiante 540
6.3.6 Transferencia de radiación a través de un conducto 543
EJEMPLO 6.7 Pérdida de calor a través de una grieta 545
6.4 Radiación solar 546
6.4.1 Irradiación solar 524
EJEMPLO 6.8 Temperatura efectiva del Sol 547
6.4.2 Radiación atmosférica 549
EJEMPLO 6.9 Cálculo de la emitancia y de la temperatura efectiva del cielo 549
6.4.3 Absortancia y transmitancia solares 550
EJEMPLO 6.10 Temperatura de la parte superior de un avión 552
EJEMPLO 6.11 Control de la temperatura de un vehículo espacial 554
EJEMPLO 6.12 Colector solar de placa plana 554
6.5 Características direccionales de la radiación de una superficie 557
6.5.1 Intensidad de radiación y ley de Lambert 557
EJEMPLO 6.13 Cálculo de la irradiación a partir de la intensidad 560
6.5.2 Determinación de factores de forma 561
EJEMPLO 6.14 Factor deforma entre una superficie elemental y un disco 562
EJEMPLO 6.15 Factor deforma entre superficies sobre una esfera 563
6.5.3 Propiedades direccionales de las superficies reales 564
EJEMPLO 6.16 Ganancia de calor de una tubería de nitrógeno líquido 567
EJEMPLO 6.17 Transmisión de radiación a través de la rejilla de ventilación de un vehículo espacial 569
6.6 Características espectrales de la radiación de una superficie 570
6.6.1 La ley de Planck y las funciones fraccionarias 571
EJEMPLO 6.18 Longitudes de onda de importancia práctica 571
6.6.2 Propiedades espectrales 573
EJEMPLO 6.19 Cálculo de la absortancia total de la pintura epóxica blanca 578
EJEMPLO 6.20 Transferencia de calor por radiación en el interior de un vehículo espacial 579
6.7 Transferencia de radiación a través de gases 580
6.7.1 Ecuación de transferencia 581
6.7.2 Propiedades radiantes de un gas 582
EJEMPLO 6.21 Propiedades totales de los productos de combustión del hidrógeno 588
EJEMPLO 6.22 Propiedades totales de los productos de combustión de un combustible a base de hidrocarburos 589
6.7.3 Longitudes de haz efectivas de un gas isotérmico 591
EJEMPLO 6.23 Longitud media de haz en un haz de tubos 593
6.7.4 Intercambio de radiación entre un gas isotérmico y un recinto negro 595
EJEMPLO 6.24 Cámara de combustión de queroseno 596
6.7.5 Intercambio de radiación entre un gas gris isotérmico y un recinto gris 597
EJEMPLO 6.25 Intercambio de radiación en el interior de un recinto de dos superficies que contiene un gas gris 599
6.7.6 Intercambio de radiación entre un gas isotérmico no gris y un recinto formado por una sola superficie gris 600
EJEMPLO 6.26 Cámara de combustión del reactor de un avión supersónico 601
6.8 Conclusión
604 Referencias 605
Ejercicios 606
7 CONDENSACION, EVAPORACION Y EBULLICION 623
7.1 Introducción 624
7.2 Condensación en película 625
7.2.1 Condensación en película laminar sobre una pared vertical 626
EJEMPLO 7.1 Condensación del vapor en película laminar 633
7.2.2 Condensación en película laminar ondulatoria y turbulenta sobre una pared vertical 635
EJEMPLO 7.2 Condensación del vapor en un tubo vertical largo 640
7.2.3 Condensación en película laminar sobre un tubo horizontal 642
EJEMPLO 7.3 Condensación de Refrigerante-12 sobre un solo tubo horizontal 644
7.2.4 Efectos de la velocidad y del sobrecalentamiento del vapor 647
EJEMPLO 7.4 Efecto del arrastre del vapor en la condensación de Refrigerante-12 653
EJEMPLO 7.5 Efecto del sobrecalentamiento del vapor en la condensación del amoníaco 654
7.3 Evaporación en película 655
7.3.1 Evaporación de una película descendente sobre una pared vertical 655
EJEMPLO 7.6 Evaporación desde una película descendente de agua 658
7.4 Ebullición en masa de líquido 659
7.4.1 Regímenes de ebullición en masa 660
7.4.2 Inicio de la ebullición 663
EJEMPLO 7.7 Grado de sobrecalentamiento necesario para el inicio de la ebullición en varios líquidos 665
7.4.3 Ebullición nucleada 666
EJEMPLO 7.8 Ebullición nucleada de agua sobre una superficie de cobre pulido 667
7.4.4 Flujo máximo de calor por unidad de área 668
EJEMPLO 7.9 Flujo máximo de calor por unidad de área para la ebullición en masa del agua 670
7.4.5 Ebullición en película 671
EJEMPLO 7.10 Ebullición en película de un líquido criogénico 675
EJEMPLO 7.11 Ebullición en película del agua sobre una placa horizontal 676
7.5 Ebullición y condensación por convección forzada 678
7.5.1 Modelos de flujo de dos fases 678
EJEMPLO 7.12 Evaporador de agua de tubos verticales 682
EJEMPLO 7.13 Condensador de Refrigerante-12 de tubo horizontal 683
7.5.2 Caída de presión 684
EJEMPLO 7.14 Gradiente de presión en un evaporador de agua de tubos verticales 686
EJEMPLO 7.15 Gradiente de presión en un condensador de Refrigerante-12 de tubo horizontal 687
7.5.3 Ebullición por convección forzada interna 688
EJEMPLO 7.16 Transferencia de calor en un evaporador de agua de tubos verticales 690
7.5.4 Condensación por convección forzada interna 693
EJEMPLO 7.17 Transferencia de calor en un condensador de Refrigerante-12 de tubo horizontal 694
7.6 Cambio de fase a bajas presiones 695
7.6.1 Teoría cinética del cambio de fase 696
EJEMPLO 7.18 Velocidad máxima de evaporación 699
7.6.2 Resistencia interfacial a la transferencia de calor 700
EJEMPLO 7.19 Cálculo del coeficiente de transferencia de calor interfacial 701
7.6.3 Análisis de Nusselt con resistencia interfacial 702
EJEMPLO 7.20 Condensación del vapor en película laminar 703
7.6.4 Importancia de la resistencia interfacial para la ingeniería 705
7.7 Tubos de calor 707
7.7.1 Bombeo por capilaridad 710
EJEMPLO 7.21 Tubo de calor de amoníaco 714
7.7.2 Limitaciones sónicas, por arrastre y por ebullición 716
7.7.3 Tubos de calor con carga gaseosa 718
EJEMPLO 7.22 Tubos de calor con carga gaseosa para un satélite de comunicaciones 721
7.8 Conclusión 723
Referencias 724
Ejercicios 726
8 INTERCAMBIADORES DE CALOR 741
8.1 Introducción 742
8.2 Tipos de intercambiadores de calor 744
8.2.1 Configuraciones geométricas de flujo 744
8.2.2 Comportamiento de la temperatura del fluido 747
8.2.3 Superficies de transferencia de calor 748
8.2.4 Intercambiadores de contacto directo 750
8.3 Balances de energía y del coeficiente global de transferencia de calor 750
8.3.1 Balances de energía del intercambiador 751
EJEMPLO 8.1 Suministro de agua para el enfriamiento del condensador de una turbina de vapor 752
8.3.2 Coeficientes globales de transferencia de calor 753
EJEMPLO 8.2 Coeficiente global de transferencia de calor de un condensador 756
EJEMPLO 8.3 Coeficiente global de transferencia de calor de un tubo con aletas 757
8.4 Intercambiadores de calor de flujo estacionario y una sola corriente 759
8.4.1 Análisis de un evaporador 722
EJEMPLO 8.4 Planta piloto de conversión de energía térmica oceánica de ciclo abierto 761
8.5 Intercambiadores de calor de flujo estacionario de dos corrientes 762
8.5.1 Diferencia de temperatura logarítmica media 762
EJEMPLO 8.5 Enfriador de benceno a contra corriente 766
EJEMPLO 8.6 Enfriador de aceite a contra corriente 766
8.5.2 Efectividad y número de unidades de transferencia 768
EJEMPLO 8.7 Enfriamiento de la corriente de productos de una columna de destilación 773
EJEMPLO 8.8 Diseño de un intercambiador de placas de flujo cruzado por el método c-Nut 775
8.5.3 Intercambiadores de flujo equilibrado 777
EJEMPLO 8.9 Recuperador para un sistema de aire acondicionado 779
EJEMPLO 8.10 Recuperador para una turbina de gas 779
8.5.4 Efecto de la conducción axial 780
EJEMPLO 8.11 Recuperador de tubos gemelos para un refrigerador de hidrógeno 785
EJEMPLO 8.12 Recuperador de placas perforadas para un refrigerador de hidrógeno 787
8.6 Regeneradores 788
8.6.1 Regeneradores de contra corriente equilibrada 788
EJEMPLO 8.13 Calentador de aire de lecho compacto 792
EJEMPLO 8.14 Máscara protectora para climas fríos 793
8.7 Elementos de diseño de intercambiadores de calor 795
8.7.1 Caída de presión en un intercambiador 796
EJEMPLO 8.15 Caída de presión en un intercambiador multitubular 801
8.7.2 Diseño termohidráulico de intercambiadores 803
EJEMPLO 8.16 Intercambiador de tubos gemelos con flujo laminar 804
EJEMPLO 8.17 Intercambiador de tubos gemelos con flujo turbulento 807
EJEMPLO 8.18 Intercambiador de flujo cruzado de placas y aletas 809
8.7.3 Selección de superficies para intercambiadores de calor compactos 811
EJEMPLO 8.19 Diseño de un intercambiador de placas y aletas de flujo cruzado 813
8.7.4 Análisis económico 815
EJEMPLO 8.20 Conservación de la energía en una fábrica de cerveza 819
8.7.5 Diseño de intercambiadores de calor asistido por computador: el programa HEX2 820
EJEMPLO 8.21 Recuperador de placas y aletas de flujo cruzado equilibrado para un sistema de calefacción de aire 827
EJEMPLO 8.22 Análisis económico de un recuperador para un sistema de calefacción de aire 830
8.8 Conclusión 831
Referencias 832
Ejercicios 833
APENDICES
A PROPIEDADES 851
Tabla A.1a Metales sólidos: punto de fusión y propiedades térmicas a 300 K 853
Tabla A.1b Metales sólidos: variación de la conductividad térmica con la temperatura 855
Tabla A.1c Metales sólidos: variación de la capacidad calorífica específica con la temperatura 856
Tabla A.2 Dieléctricos sólidos: propiedades térmicas 857
Tabla A.3 Aislantes y materiales de construcción: propiedades térmicas 859
Tabla A.4 Conductividad térmica de materiales seleccionados a temperaturas criogénicas 861
Tabla A.5a Emitancia hemisférica total de superficies a Ts aproximadamente igual a 300 K, y absortancia solar extraterrestre 862
Tabla A.5b Variación de la emitancia hemisférica total de superficies seleccionadas con la temperatura 865
Tabla A.6a Absortancia espectral y absortancia total de algunos metales, incidencia normal 866
Tabla A.6b Absortancias espectrales a la temperatura ambiente y a un ángulo de incidencia de 25° respecto a la normal 867
Tabla A.7 Gases: propiedades térmicas 868
Tabla A.8 Líquidos dieléctricos: propiedades térmicas 872
Tabla A.9 Metales líquidos: propiedades térmicas 875
Tabla A.10a Coeficientes de dilatación volumétrica de algunos líquidos 876
Tabla A.10b Densidad y coeficiente de expansión volumétrica del agua 877
Tabla A.11 Tensión superficial 878
Tabla A.12a Propiedades termodinámicas del vapor saturado 879
Tabla A.12b Propiedades termodinámicas del amoníaco saturado 882
Tabla A.12c Propiedades termodinámicas del nitrógeno saturado 883
Tabla A.12d Propiedades termodinámicas del mercurio saturado 884
Tabla A.12e Propiedades termodinámicas del refrigerante-12 (diclorodifluorometano) saturado 885
Tabla A.12f Propiedades termodinámicas del refrigerante-113 (triclorotrifluoroetano) saturado 886
Tabla A.13a Soluciones acuosas de etilenglicol: propiedades térmicas 887
Tabla A.13b Soluciones acuosas de cloruro de sodio: propiedades térmicas 888
Tabla A.14a Dimensiones de tuberías comerciales [mm] (norma ASA) 889
Tabla A.14b Dimensiones de tubos comerciales [mm] (norma ASTM) 890
Tabla A.14c Dimensiones de tubos enterizos de acero para intercambiadores de calor tubulares [mm] (DIN 28 180) 891
Tabla A.14d Dimensiones de tubos de cobre y de aleación de cobre forjado para condensadores e intercambiadores de calor [mm] (DIN 1785-83) 891
Tabla A.14e Dimensiones de tubos enterizos de acero inoxidable estirado en frío [mm] (LN 9398) 892
Tabla A.14f Dimensiones de tubos enterizos de aleación de aluminio estirada en frío [mm] (LN 9223) 892
Tabla A.15 Atmósfera estándar de los Estados Unidos 893
Tabla A.16 Algunas constantes físicas 894
B UNIDADES, FACTORES DE CONVERSION Y FUNCIONES MATEMATICAS 895
Tabla B.1a Unidades básicas del Sistema Internacional y unidades suplementarias 896
Tabla B.1b Unidades secundarias del Sistema Internacional 896 Unidades reconocidas que no pertenecen al Sistema Internacional Múltiplos de unidades del Sistema Internacional 897
Factores de conversión 898
Funciones de Bessel 899
a. Funciones de Bessel de primera y segunda especies, de órdenes O y 1 900
b. Funciones de Bessel modificadas de primera y segunda especies, de órdenes O y 1 902
Tabla B.4 La función error complementaria 904
C. Gráficos
Figura C.1a Respuesta de la temperatura del plano central de una placa enfriada por convección 906
Figura C.1b Respuesta de la temperatura del eje de un cilindro enfriado por convección 907
Figura C.1c Respuesta de la temperatura del centro de una esfera enfriada por convección 907
Figura C.2a Pérdida fraccionaria de energía de una placa enfriada por convección 908
Figura C.2b Pérdida fraccionaria de energía de un cilindro enfriado por convección 908
Figura C.2c Pérdida fraccionaria de energía de una esfera enfriada por convección 909
Figura C.3a Factor de forma (o de visión) de dos discos coaxiales paralelos 909
Figura C.3b Factor de forma (o de visión) de dos rectángulos uno frente a otro 910
Figura C.3c Factor de forma (o de visión) de dos rectángulos adyacentes 910
Figura C.4a Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de calor de un paso por coraza y 2, 4, 6, ... pasos por tubos 911
Figura C.4b Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de calor de flujo cruzado en el que ambos fluidos están sin mezclar 911
Figura C.4c Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de calor de flujo cruzado en el que ambos fluidos están mezclados 912
Figura C.4d Factor de corrección según el método DTLM para un intercambiador de flujo cruzado de dos pasos por tubos (sin mezclar) y un paso por coraza (mezclado) 912
Bibliografía 913
Nomenclatura 919
Indice de Materias 925
8480861940
TRANSFERENCIA DE CALOR
CALOR
536.2 M624