Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa / James R. Welty, Charles E. Wicks, Robert E. Wilson.

CONTENIDO
1 CONCEPTOS Y DEFINICIONES 21
Fluidos y el continuo, 21
Propiedades en un punto, 22
Variación de las propiedades de un fluido de un punto a otro, 27
Unidades, 30
2 ESTATICA DE FLUIDOS 35
Variación de presión en un fluido estático, 35
Aceleración rectilínea uniforme, 39
Fuerzas sobre las superficies sumergidas, 40
Flotación, 44
3 DESCRIPCION DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO 53
Leyes físicas fundamentales, 53
Campos de flujo de fluidos: representaciones lagrangiana y euleriana, 54
Flujos permanentes y no permanentes, 55
Líneas de corriente, 56
Sistemas y volúmenes de control, 57
4 OBSERVACION DE LA MASA: ENFOQUE DE VOLUMEN DE CONTROL 59
Relación integral, 59
Formas específicas de la expresión integral, 60
5 SEGUNDA LEY DE NEWTON DEL MOVIMIENTO: ENFOQUE DE VOLUMEN DE CONTROL 71
Relación integral para el momento lineal, 71
Aplicaciones de la expresión integral para el momento lineal, 76
Relación integral para el momento de momento, 83
Aplicaciones a las bombas y turbinas, 85
6 CONSERVACION DE LA ENERGIA: ENFOQUE DE VOLUMEN DE CONTROL 101
Relación integral para la conservación de la energía, 101
Aplicaciones de la expresión integral, 109
La ecuación de Bernoulli, 113
Conclusión, 118
7 ESFUERZO CORTANTE EN EL FLUJO LAMINAR 127
Relación de Newton para la viscosidad, 127
Fluidos no newtonianos, 129
Viscosidad, 130
Esfuerzo cortante en los flujos laminares multidimensionales de un fluido newtoniano, 135
8 ANALISIS DE UN ELEMENTO DIFERENCIAL DE FLUIDO EN EL FLUJO LAMINAR 143
Flujo laminar totalmente desarrollado en un conducto circular de sección transversal constante, 144
Flujo laminar de un fluido newtoniano hacia abajo por una superficie plana inclinada, 147
9 ECUACIONES DIFERENCIALES DE FLUJO DE FLUIDOS 153
La ecuación de continuidad diferencial, 153
Ecuaciones de Navier-Stokes, 157
Ecuación de Bernoulli, 167
10 FLUJO DE FLUIDOS NO VISCOSOS 173
Rotación de un fluido en un punto, 173
La función de corriente, 175
Flujo no rotacional, no viscoso, alrededor de un cilindro ifinito, 177
Flujo no rotacional. El potencial de la velocidad, 180
Carga total en el flujo no rotacional, 182
Utilización del flujo potencial, 182
11 ANALISIS DIMENSIONAL 187
Dimensiones, 187
Semejanzas geométrica y cinemática, 188
Análisis dimensional de la ecuación de Navier-Stokes, 189
El método de Buckingham, 191
Teoría de modelos, 194
12 FLUJO VISCOSO 203
Experimento de Reynolds, 203
Arrastre, 205
El concepto de capa límite, 208
Las ecuaciones de capa límite, 211
Solución de Blasius para la capa laminar límite en una placa plana, 212
Flujo con un gradiente de presión, 218
Análisis integral de von Kármán del momento, 220
13 EL EFECTO DE LA TURBULENCIA EN LA TRANSFERENCIA DE MOMENTO 229
Descripción de la turbulencia, 229
Esfuerzos cortantes turbulentos, 231
Hipótesis de la longitud de mezclado, 234
Distribución de la velocidad a partir de la teoría de la longitud de mezclado, 235
Distribución universal de velocidades, 236
Relaciones empíricas adicionales para un flujo turbulento, 239
La capa límite turbulenta en una placa plana, 240
Factores que afectan la transición de flujo laminar a turbulento, 242
14 FLUJO EN CONDUCTOS CERRADOS 245
Análisis dimensional del flujo en los conductos, 245
Factores de fricción para flujos laminar, turbulento y de transición totalmente desarrollados en conductos circulares, 247
Factor de fricción y determinación de la pérdida de carga en el flujo de un tubo, 252
Análisis del flujo en un tubo, 256
Factores de fricción correspondientes a un flujo a la entrada de un conducto circular, 259
15 FUNDAMENTOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR 269
Conducción, 270
Conductividad térmica, 271
Convección, 278
Radiación, 279
Mecanismos combinados de transferencia de calor, 280
16 ECUACIONES DIFERENCIALES DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR 293
La ecuación diferencial general de transferencia de energía, 293
Formas especiales de la ecuación diferencial de energía, 297
Condiciones de frontera comúnmente encontradas, 299
17 CONDUCCION EN EL ESTADO PERMANENTE 303
Conducción unidimensional, 303
Conducción unidimensional con generación interna de energía, 312
Transferencia de calor de superficies extendidas, 317
Sistemas en dos y tres dimensiones, 325
18 CONDUCCION EN ESTADO NO PERMANENTE 351
Soluciones analíticas, 351
Tablas de temperatura y tiempo correspondientes a formas geométricas simples, 362
Solución gráfica del flujo transitorio unidimensional de energía, gráfica Schmidt, 366
Un método integral de conducción unidimensional no permanente, 370
19 TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE CALOR 381
Consideraciones fundamentales acerca de la transferencia convectiva de calor, 381
Parámetros importantes en la transferencia convectiva de calor, 382
Análisis dimensional de la transferencia convectiva de energía, 384
Análisis exacto de la capa laminar límite, 388
Análisis integral aproximado de la capa térmica límite, 393
Analogías entre transferencias de energía y momento, 396
Consideraciones acerca del flujo turbulento, 398
20 CORRELACIONES EN LA TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE CALOR 413
Convección natural, 413
Convección forzada en el flujo interno, 422
Convección forzada en el flujo externo, 429
Transferencia de calor en el punto de estancamiento, 437
21 EBULLICION y CONDENSACION 447
Ebullición, 447
Condensación, 454
22 EQUIPO PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR 465
Tipos de cambiadores de calor, 466
Análisis de cambiadores de calor de un solo paso: diferencia logarítmica media de temperatura, 468
Análisis de cambiadores de calor de contraflujo y de tubo y coraza, 474
El método de número de unidades de transferencia (NUT) de análisis y diseño de cambiadores de calor, 477
Consideraciones adicionales acerca del diseño de cambiadores de calor, 487
23 TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION 493
Naturaleza de la radiación, 493
Radiación térmica, 494
La intensidad de la radiación, 497
Ley de Planck de la radiación, 498
Ley de Stefan-Boltzmann, 500
Emitancia y absorbencia de las superficies sólidas, 502
Transferencia de calor radiante entre cuerpos negros, 508
Intercambio de energía radiante en cavidades negras cerradas, 513
Intercambio de energía radiante habiendo superficies rerradiantes presentes, 516
Transferencia de energía radiante entre superficies grises, 517
Radiación de los gases, 521
El coeficiente de transferencia de calor radiante, 525
24 FUNDAMENTOS DE LA TRANSFERENCIA DE MASA 533
Transferencia de masa molecular, 534
El coeficiente de difusión, 546
Transferencia convectiva de masa, 562
25 ECUACIONES DIFERENCIALES DE LA TRANSFERENCIA DE MASA 571
La ecuación diferencial de transferencia de masa, 571
Formas especiales de la ecuación diferencial de transferencia de masa, 575
Condiciones de frontera encontradas usualmente, 578
26 DIFUSION MOLECULAR EN ESTADO PERMANENTE 587
Transferencia unidimensional de masa, independiente de reacciones químicas, 588
Sistemas unidimensionales asociados con la reacción química, 601
Sistemas bidimensionales y tridimensionales, 610
Transferencia simultánea de momento, calor y masa, 617
27 DIFUSION MOLECULAR EN ESTADO NO PERMANENTE 639
Soluciones analíticas, 640
Tablas de tiempos de concentración correspondientes a algunas formas geométricas simples, 644
Solución gráfica correspondiente al flujo unidireccional transitorio de masa: la gráfica modificada de Schmidt, 647
28 TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE MASA 657
Consideraciones fundamentales acerca de la transferencia convectiva de masa, 657
Parámetros importantes en la transferencia convectiva de masa, 659
Análisis dimensional de la transferencia convectiva de masa, 661
Análisis exacto de la concentración laminar de la capa límite, 664
Análisis aproximado de la capa límite de concentración, 672
Analogías de transferencia de masa, energía y momento, 675
Modelos de coeficientes de transferencia de masa, 684
29 TRANSFERENCIA DE MASA EN UNA INTERFASE 697
Equilibrio, 697
Teoría de las dos resistencias, 701
Conclusión, 709
30 CORRELACIONES DE TRANSFERENCIA CONVECTIVA DE MASA 717
Transferencia de masa a placas, cilindros y esferas, 717
Transferencia de masa para flujo turbulento a través de tubos, 727
Transferencia de masa en columnas de pared mojada, 727
Transferencia de masa en camas empacadas y fluidificadas, 730
Transferencia de masa con reacción química, 731
Coeficientes de capacidad para torres industriales, 732
Conclusión, 733
31 EQUIPO DE TRANSFERENCIA DE MASA 739
Tipos de equipos de transferencia de masa, 740
Tanques o estanques de transferencia de masa intermitentes, 743
Balance de masas correspondiente a torres de contacto continuo: ecuaciones de la línea de operación, 746
Balances de entalpia correspondientes a las torres de contacto continuo, 757
Coeficientes de capacidad de transferencia de masa, 758
Análisis de equipo de contacto continuo, 760
NOMENCLATURA 783
APENDICES
A Transformaciones de los operadores...a coordenadas cilíndricas, 791
B Sumario de operaciones diferenciales vectoriales en diversos sistemas de coordenadas, 795
C Simetría del tensor de esfuerzo, 799
D La contribución viscosa al esfuerzo normal, 801
E Las ecuaciones de Navier-Stokes correspondientes a p y u constantes en coordenadas cartesianas cilíndricas y esféricas, 803
F Tablas para la solución de problemas de transferencia en estado no permanente, 805
G Propiedades de la atmósfera estándar, 819
H Propiedades físicas de los sólidos, 823
I Propiedades físicas de gases y líquidos, 827
J Coeficientes de transferencia de masa por difusión en sistemas binarios, 855
K Constantes de Lennard-Jones, 859
L La función error, 863
M Tamaños estándar de tubería, 865
N Medidas estándar de tubería, 867