Ciencia · 2025
Transferencia de calor por conducción y transferencia de masa por difusión : incluye soluciones con el uso del software Engineering Equation Solver (EES)
El libro Transferencia de calor por conducción y transferencia de masa por difusión ofrece un análisis detallado de los procesos difusionales de calor y masa, tanto en estado estable como en estado transitorio. Se presentan soluciones analíticas y numéricas utilizando el software Engineering Equation Solver (ees), lo que permite al lector abordar problemas complejos con mayor precisión. Los dos primeros capítulos exploran estos fenómenos de manera análoga, resaltando la similitud de sus modelos matemáticos. El tercer capítulo proporciona algoritmos para el cálculo de coeficientes convectivos en distintas configuraciones geométricas y regímenes de flujo, lo cual facilita el uso de correlaciones en problemas reales. El cuarto capítulo se enfoca en la transferencia de calor y masa en estado transitorio, resolviendo ecuaciones en derivadas parciales mediante técnicas como la separación de variables, las transformadas de Laplace y las diferencias finitas. El libro incluye útiles anexos sobre propiedades de transporte, análisis dimensional y funciones matemáticas avanzadas, como las de Bessel y Gamma, así como una breve guía de EES que facilita el uso de este amigable software.-- Contracubierta (Texto tomado de la fuente)
Texto completo 1192 páginas con texto
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Contenido
- Prefaciop. 15
- Nomenclaturap. 17
- 1. Transferencia de calor unidimensional establep. 22
- Introducción a la transferencia de calorp. 22
- Transferencia de calor por conducciónp. 23
- Ley de Fourierp. 25
- Transferencia en la interfasep. 31
- Efecto convectivop. 31
- Radiaciónp. 32
- Intercambio de calor radiante entre dos superficies negrasp. 35
- Radiación solarp. 653
- Conducción de calor en estado estable unidimensionalp. 37
- Balances diferenciales en transferencia de calorp. 38
- La pared planap. 38
- Pared con capas múltiplesp. 43
- Sistemas radiales: simetría cilíndricap. 46
- Tubo con temperaturas conocidas en sus superficiesp. 47
- El tubo compuestop. 49
- Espesor crítico de aislamientop. 51
- Resistencia térmica de contactop. 56
- Simetría esféricap. 73
- El cascarón esféricop. 73
- 1.10. Otros sistemas con área transversal variablep. 78
- 1.11. Conductividad térmica variablep. 81
- 1.11.1. Placas planasp. 81
- variablep. 527
- 1.12. Simetría esféricap. 73
- 1.12.1. Cascarón esférico con conductividad térmica variablep. 98
- 1.13. Resumen: balance generalizado para flujo unidimensionalp. 99
- 1.14. Sistemas con fuentes de calorp. 101
- 1.14.1. Manantial calorífico de origen eléctricop. 101
- 1.14.2. Manantial calorífico de origen viscosop. 102
- 1.14.3. Manantial calorífico de origen químicop. 104
- 1.14.4. Manantial calorífico de origen nuclearp. 104
- 1.15. Pared planap. 105
- carasp. 107
- uso de diferencias finitasp. 121
- 1.16. Generación: geometría cilíndricap. 129
- 1.16.1. Cilindro hueco con generaciónp. 144
- con la superficie exterior aisladap. 147
- con la superficie interior aisladap. 149
- 1.17. Generación en simetría esféricap. 152
- 1.17.1. Esfera sólida de radio R con generación constantep. 152
- 1.17.2. Esfera sólida con generación variablep. 154
- 1.18. El factor de forma en conducción multidimensionalp. 160
- 1.19. Sistemas de conducción-convecciónp. 166
- 1.19.1. Superficies extendidasp. 166
- 1.20. Aletas de area transversal uniformep. 171
- 1.20.1. Caso I. Extremo convectivo (condición ecuación 1.202)p. 176
- 1.20.2. Caso II. Extremo adiabático (condición ecuación 1.203)p. 178
- 1.20.3. Caso III. Aleta infinitap. 179
- 1.20.4. Caso IV. Temperatura conocida en el extremop. 180
- 1.21. Rendimiento de las aletasp. 192
- 1.21.1. Eficacia de las aletasp. 192
- 1.21.2. Eficiencia de las aletasp. 195
- 1.22. Optimización de aletasp. 209
- transversal constantep. 210
- de sección transversal constantep. 214
- 1.23. Aletas de area transversal variablep. 215
- 1.23.1. Aletas rectas de perfil triangularp. 215
- 1.23.2. Aletas cónicasp. 222
- 1.23.3. Aleta circular de perfil rectangularp. 224
- 1.24. Eficiencia superficialp. 229
- 1.24.1. Separación óptima entre aletasp. 247
- 1.25. Aletas con convección natural y/o radiaciónp. 248
- 1.26. Solución usando métodos numéricosp. 250
- 1.26.1. Método de diferencias finitasp. 250
- 1.26.2. Diferencias finitas en aletasp. 254
- 1.26.3. Aletas con sección transversal variablep. 260
- 1.26.4. Aletas circularesp. 280
- 1.27. Problemasp. 305
- 2. Transferencia de masa difusionalp. 314
- Introducciónp. 314
- Definiciones básicasp. 315
- Concentracionesp. 315
- Primera ley de Fickp. 317
- Analogías entre los fenómenos de transportep. 319
- Densidades de flujop. 321
- Coeficientes de difusión para mezclas binariasp. 326
- Predicción de las difusividadesp. 327
- Coeficientes de difusión para mezclas binarias de gasesp. 327
- Difusividad en líquidosp. 334
- Difusión en sólidosp. 336
- Transferencia de masa por difusión unidireccionalp. 337
- Estado estable sin generaciónp. 338
- Película plana estancadap. 338
- Sistemas sin término de arrastrep. 339
- Difusión en sólidos porososp. 352
- Contradifusión equimolecularp. 355
- celda de Arnoldp. 363
- Difusión a través de una película líquida estancadap. 371
- 2.10. Análisis de estado pseudoestablep. 378
- 2.10.1. Transferencia de masa en estado pseudoestacionariop. 379
- 2.10.2. El tubo de Stefanp. 379
- 2.10.3. Análisis pseudoestacionariop. 380
- 2.10.4. Establecimiento del estado establep. 383
- 2.11. Coeficientes de transferencia de calor y de masap. 393
- 2.11.1. Teoría pelicularp. 394
- de masap. 398
- 2.11.3. Analogía de Chilton y Colburnp. 405
- 2.12. Transferencia simultánea de calor y de masap. 408
- calor y masap. 411
- 2.13. Enfriamiento evaporativop. 426
- 2.14. Temperatura de bulbo húmedop. 428
- 2.14.1. Teoría del termómetro húmedo y secop. 428
- 2.14.2. Cálculo de la temperatura de bulbo húmedop. 430
- 2.15. Temperatura de saturación adiabáticap. 432
- 2.15.1. Vaporización adiabáticap. 432
- 2.15.2. Temperatura de rocíop. 434
- 2.15.3. Difusividad de vapor de agua en airep. 434
- 2.15.4. Presión de vapor de aguap. 435
- 2.15.5. Calor latente de vaporizaciónp. 436
- 2.16. Velocidad terminalp. 440
- 2.16.1. Coeficiente de arrastrep. 440
- 2.16.2. Cálculo de la velocidad terminalp. 442
- 2.16.3. Periodo transitoriop. 447
- 2.17. Gotas de aguap. 451
- 2.18. Difusión másica con reacción superficial catalíticap. 468
- 2.19. Difusión másica con reacción química homogéneap. 480
- 2.20. Sistemas gas-líquido: reacción y difusión en la películap. 487
- líquida: selección de un disolvente de reacciónp. 488
- 2.20.2. Simetría esféricap. 73
- 2.21. Ejemplos adicionalesp. 501
- y la velocidad terminalp. 529
- airep. 29
- adiabática exactap. 530
- 2.22.3. Cálculo de la velocidad terminalp. 442
- 2.23. Problemasp. 305
- 2.23.1. Difusiónp. 340
- 2.23.2. Enfriamiento evaporativop. 426
- 2.23.3. Reacciónp. 473
- 3. Convección y radiaciónp. 541
- Convección y radiaciónp. 541
- Transferencia convectivap. 541
- Coeficientes convectivosp. 542
- Números adimensionalesp. 319
- Flujos difusionalesp. 319
- Flujos convectivosp. 551
- Correlaciones para estimar coeficientes convectivosp. 555
- Flujo externop. 556
- Placa plana horizontalp. 556
- Notas para los coeficientes en transferencia de masap. 561
- Flujo transversal a cilindrosp. 567
- Esferasp. 569
- Lechos empacadosp. 572
- Flujo internop. 574
- Flujo laminar en tubosp. 575
- Flujo turbulento en tubos circulares lisosp. 577
- Flujo turbulento en conductos lisos no circularesp. 580
- Factor de fricciónp. 581
- Flujo turbulento de metales líquidos dentro de tubos lisosp. 582
- Flujo interno con cambio de temperatura o de concentraciónp. 582
- 3.10. Balance diferencial en un lecho empacadop. 604
- 3.11. Convección naturalp. 611
- 3.11.1. Placa verticalp. 611
- 3.11.2. Cilindros verticalesp. 614
- 3.11.3. Cilindros horizontalesp. 615
- 3.11.4. Placas horizontalesp. 616
- 3.11.5. Convección natural desde esferasp. 616
- 3.11.6. Convección natural y convección forzada combinadasp. 617
- 3.11.7. Influencia de la convección naturalp. 618
- 3.12. Condensación tipo película de vapores purosp. 622
- 3.12.1. Placas inclinadas y tubos verticalesp. 622
- 3.12.2. Tubos horizontalesp. 623
- 3.13. Condensación en el interior de tuberíasp. 624
- 3.14. Radiaciónp. 32
- 3.14.1. El cuerpo negrop. 627
- 3.14.2. Error de termocuplap. 630
- 3.15. Intercambio de calor radiante entre superficies negrasp. 648
- 3.15.1. El factor de visiónp. 648
- 3.15.2. Intercambio de calor entre dos superficies grisesp. 650
- 3.16. Superficies rerradiantesp. 652
- 3.17. Radiación solarp. 653
- 3.17.1. Dispersión y absorción de la radiación solar en la atmósferap. 654
- 3.17.2. Radiación solar directa sobre el suelop. 657
- 3.17.3. Absortividades de la radiación solar en sólidosp. 664
- 3.17.4. Radiación desde gasesp. 665
- 3.17.5. Efecto de la forma geométricap. 670
- 3.18. Cálculo de coeficientes en flujo laminar y geometrías simplesp. 673
- un campo de flujop. 673
- propiedades de transporte constantesp. 675
- 3.18.3. Transferencia de masa en una película líquida descendentep. 677
- líquida descendentep. 677
- 3.18.5. Tiempos cortos de exposiciónp. 685
- 3.18.6. Método de transformada de Laplacep. 689
- 3.18.7. Transferencia simultánea de calor y cantidad de movimientop. 693
- 3.19. Coeficiente para condensación al interior de tubos horizontalesp. 703
- 3.20. Problemasp. 305
- 4. Transferencia en estado transitoriop. 708
- Transferencia en estado transitorio sin generaciónp. 708
- Transferencia de masap. 402
- Pared plana con una cara aislada y una cara convectivap. 718
- Determinación de los valores propiosp. 728
- Placa planap. 728
- Tiempos cortos de contacto, Fo <0.2p. 736
- Resistencia convectiva despreciablep. 737
- (Bi >40)p. 739
- Transformada de Laplacep. 756
- (transformada de Laplace)p. 759
- Función error (función error de Gauss)p. 763
- Solución para Fo <0.0625, Bi >40: tiempos cortos de contactop. 767
- en una placa con Bi >40p. 772
- Calentamiento por inducción electromagnéticap. 775
- Esfera con superficie convectivap. 781
- Esfera con resistencia despreciable en la superficie, Bi >40p. 794
- por transformada de Laplacep. 797
- Cilindro largo con convecciónp. 802
- Cilindro largo en estado transitorio, Bi >40p. 817
- 4.10. Resumen de conducción transitoriap. 826
- 4.11. El sólido semiinfinitop. 837
- 4.11.1. Temperatura constante en la pared (condición de Dirichlet)p. 840
- 4.11.2. Flujo constante qS en la superficie (condición de Newmann)p. 843
- 4.11.3. Convección en la superficie (condición de Robin)p. 844
- 4.11.4. Dos sólidos semiinfinitos en contactop. 849
- 4.12. Sistemas multidimensionalesp. 852
- 4.13. Transferencia de calor desde sólidos finitosp. 856
- 4.14. Análisis de parámetros concentrados (Bi <0.1)p. 870
- 4.15. Análisis de la solución en series de Fourier cuando Bi→0p. 876
- 4.15.1. Series para la placap. 876
- 4.15.2. Series para cilindro cuando Bi→0p. 878
- 4.15.3. Series para esfera cuando Bi→0p. 882
- 4.16. Duración del transitoriop. 886
- 4.17. Condiciones límite en función del tiempop. 889
- 4.17.1. Caso 1: la temperatura del medio cambia linealmentep. 889
- 4.17.2. Caso 2: cambio de temperatura periódicap. 898
- un sensor: análisis por parámetros concentradosp. 900
- 4.18. Otras condiciones de iniciales y de frontera: placa planap. 927
- 4.18.1. Principio de superposiciónp. 928
- temperatura inicial uniformep. 931
- 4.19. Métodos numéricos con ees: uso de diferencias finitasp. 948
- 4.19.1. Método explícitop. 950
- 4.19.2. Método completamente implícitop. 954
- 4.19.3. Método de Crank-Nicolsonp. 956
- 4.19.4. Método de líneasp. 957
- 4.20. Notas: códigos de programaciónp. 958
- 4.20.1. Método explícito de Eulerp. 959
- 4.20.2. Método completamente implícitop. 954
- 4.20.3. Método de Crank-Nicolsonp. 956
- 4.20.4. Método de las líneasp. 962
- 4.21. Métodos numéricos con parámetros concentradosp. 974
- 4.21.1. El método de Eulerp. 976
- 4.21.2. Método integralp. 977
- 4.21.3. Método de Euler implícitop. 979
- 4.21.4. Método de Crank-Nicolsonp. 956
- 4.22. Valores propios de las ecuaciones trascendentalesp. 1011
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