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Transferencia De Calor Y Masa Incropera Pdf Download
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Sommer Dunmire
Dec 8, 2023, 12:22:05 PM12/8/23
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Este texto de transferencia de calor es una referencia muy completa sobre esta disciplina. Incluye numerosos ejercicios que facilitan el estudio. Los autores han elaborado un paquete de software denominado Multisim que permite que el lector se concentre más en los principios de transferencia de calor y de masa que en tediosos cálculos matemáticos.
transferencia de calor y masa incropera pdf download
Download https://ckonti.com/2wJcyC
Con el paso de aproximadamente quince aos desde la publicacin dela primera edi-cin, este texto ha llegado con toda claridad a seruna representacin madura de la ense-anza de la transferencia decalor. No obstante esta madurez, pensamos que, si bienalgunosprincipios bsicos siguen siendo vlidos, nuestro tratamiento deltema ha estado
de transferencia de calor debe, sobre todo, propiciar dos cosas:inculcar una apreciacinde los orgenes fsicos del tema y establecerla relacin de estos orgenes con el compor-tamiento de los sistemastrmicos. Para llevar esto a cabo son necesarias las metodolo-gasque faciliten la aplicacin del tema a una amplia variedad deproblemas prcticos, ydebe fomentarse la facilidad para realizar laclase de anlisis de ingeniera que, aunqueno exacto, proporcioneinformacin til con respecto al diseo y/o funcionamiento deunsistema o proceso. Los requisitos de este tipo de anlisis incluyenla capacidad dedistinguir procesos de transporte relevantes ysimplificar suposiciones, identificar las
variables dependientes e independientes adecuadas, desarrollarlas expresiones apropia-das a partir de los principiosfundamentales y emplear las herramientas necesarias apartir de labase del conocimiento de la transferencia de calor. En la primeraedicin, ellogro de este objetivo se procur planteando muchos de losejemplos y problemas de finde captulo en trminos de sistemas deingeniera reales.
la versin de Fundamentos comprendi la transferencia de masa yproporcion untratamiento integrado de transferencia de calor, masay momento mediante conveccin,as como tratamientos aparte detransferencia de calor y masa por difusin. La versinde Introduccindel libro se destin a usuarios que desearan abarcar el tratamientodela transferencia de calor, pero que no desearan ver los efectosde la transferencia de ma-sa. En ambas versiones, se realizaronmejoras significativas en el tratamiento de losmtodos numricos y dela transferencia de calor con cambio de fase.
En Purdue, como en muchas otras instituciones, se utiliza laeducacin porobjetivos como medio de enfrentar las anterioresdeficiencias. Una importante caracte-rstica de nuestro mtodoimplica el propsito integrador a lo largo del programa deestudios,que incluye cursos, como el de transferencia de calor, basados enlas cienciasde la ingeniera. En estos cursos, losproblemas de diseoy los problemas abiertospro-veen tierra frtil para relacionar losfundamentos con modelos de ingeniera tilesy, asu vez, pararelacionar estos modelos con decisiones de diseo. Aunque losproblemas
Por lo tanto, en esta edicin agregamos un nmero significativo deproble-mas abiertos que aumentarn el inters del estudiante en latransferencia de calor, forta-lecern su capacidad para aplicar eltema a necesidades reales, y lo prepararn mejor
Los usuarios del programa IHT deben entender que no se trata deuna colec-cin de modelos resueltos previamente para ejercicios condiferentes condiciones deentrada. Ms bien es una herramienta deproductividad que facilita la construccin ysolucin de modelos parala amplia variedad de problemas de transferencia de calor queabarcaeste texto. La construccin se facilita con la capacidad paraarrastrar material decualquiera de los mdulos y herramientas al reade trabajo y, como se requiere para
y radiacin, el modelo apropiado se generara combinandocaractersticas del mdulo 5y de las herramientas 1, 4 y 7.Alternativamente, el balance de energa apropiado, y lasecuaciones omodelos de transferencia de calor, correlaciones y propiedades seintrodu-ciran desde el teclado. El solucionador servira despus paracalcular la historia de tem-
a los instructores tratar la transferencia de calor sin el usode computadoras para aprove-char la riqueza de estos problemasincluso asignando todas las porciones excepto lasrealzadas. Losproblemas para los que el nmero mismo est resaltado, como porejem-
Respecto al uso de IHT como una herramienta de productividad, sereco-mienda que se solicite a los estudiantes que elaboren susmodelos en papel y hagan cl-culos manuales limitados antes derecurrir al software para consideraciones de diseo yexploracin. Unavez que los estudiantes dominan los conceptos de transferenciadecalor y se familiarizan con el software, estn habilitados paratratar con muchas de lascomplejidades asociadas con elcomportamiento de sistemas trmicos reales. En rela-cin con el usodel IHT como herramienta de aprendizaje, el contenido y jerarquadelsoftware refuerza la asimilacin subsecuente y la aplicacin delos fundamentos detransferencia de calor que se tratan en eltexto.
En los preparativos de esta edicin influyeron tambin losresultados de uncuestionario con el que se procur obtenerretroalimentacin en cuatro temas principa-les: es demasiado largoel texto?; hay un balance satisfactorio entre los tratamientosde laciencia y la prctica de la transferencia de calor?; se debe acoplarun paquete desoftware al texto?; y cul es un balance apropiadoentre problemas de final de captulocerrados y abiertos?
estudio de los modosde transferencia de calor y por medio deldesarrollo de relacionesmatemticas para calcular velocidadesdetransferencia de calor. En este captulo senta-mos las bases de granparte del material que se trata en el texto. Lo hacemosformulandovarias preguntas. Qu es la transferencia de calor? Cmo setransfiere ste? Por ques importante su estudio? Al contestar aestas preguntas, comenzaremos a valorar losmecanismos fsicos queson el fundamento de los procesos de transferencia de calor ylarelevancia de estos procesos para los problemas industriales yambientales.
procesos de transferencia de calor como modos. Cuando existe ungradiente de tempera-tura en un medio estacionario que puede ser unslido o un fluido utilizamos eltrmino conduccinpara referimos a latransferencia de calor que se producir a travsdel medio. En cambio,el trmino conveccinse refiere a la transferencia de calorqueocurrir entre una superficie y un fluido en movimiento cuandoestn a diferentes tem-
peraturas. El tercer modo de transferencia de calor se denominaradiacin trmica. To-das las superficies con temperatura finitaemiten energa en forma de ondas electromag-nticas. Por tanto, enausencia de un medio, existe una transferencia neta de calorporradiacin entre dos superficies a diferentes temperaturas.
Como ingenieros es importante que entendamos los mecanismosfsicos que sirven debase a los modos de transferencia de calor yseamos capaces de usar los modelos queproporcionan la cantidad deenerga que se transfiere por unidad de tiempo.
ceptos de actividad atmica y molecular, pues hay procesos enestos niveles que susten-tan este modo de transferencia de calor.La conduccin se considera como la transferen-cia de energa de laspartculas ms energticas a las menos energticas de unasustanciadebido a las interacciones entre las mismas.
Los ejemplos de transferencia de calor por conduc-cin soninnumerables. El extremo expuesto de una cucharametlica introducidasbitamente en una taza de caf caliente secalentar debido a laconduccin de energa a travs de la cu-chara. En un da invernal hayuna prdida significativa de ener-
Es posible cuantificar los procesos de transferenciade calor entrminos de las ecuacioneso modelos apropiados.Estas ecuaciones omodelos sirven para calcular la cantidad deenerga que se transfierepor unidad de tiempo. Para la conduc-cin de calor, la ecuacin omodelo se conoce como ley de Fourier. Para la paredplanaunidimensional que se muestra en la figura 1.3, la cual tieneuna distribucin de tempe-
q (W/m2) es la velocidadcon que se transfiere el calor en ladireccinxpor rea unitariaperpendiculara la direc-cin detransferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura,dT/dxen esta direc-cin. La constante de proporcionalidad, k, es unapropiedad de transporteconocida co-mo conductividad trmica(W/mK) yes una caracterstica del material de la pared. Elsigno menos es unaconsecuencia del hecho de que el calor se transfiere en ladireccin
El modode transferencia de calor por conveccin se compone de dosmeca-nismos. Adems de la transferencia de energa debida almovimiento molecular aleato-rio (difusin), la energa tambin setransfiere mediante el movimiento global, o ma-croscpicodel fluido.El movimiento del fluido se asocia con el hecho de que, encual-quier instante, grandes nmeros de molculas se mueven de formacolectiva o comoagregados. Tal movimiento, en presencia de ungradiente de temperatura, contribuye ala transferencia de calor.Como las molculas en el agregado mantienen su movimientoaleatorio,la transferencia total de calor se debe entonces a una superposicinde trans-porte de energa por el movimiento aleatorio de lasmolculas y por el movimiento glo-bal del fluido. Se acostumbrautilizar el trmino conveccincuando se hace referencia aestetransporte acumulado y el trmino adveccincuando se habla deltransporte debido
Estamos especialmente interesados en la transferencia de calorpor convec-cin que ocurre entre un fluido en movimiento y unasuperficie limitante cuando stostienen diferentes temperaturas.Considere el flujo del fluido sobre la superficie calentadade lafigura 1.4. Una consecuencia de la interaccin fluidosuperficie esel desarrollode una regin en el fluido en la que la velocidad varade cero en la superficie a un valorfinito u asociado con el flujo.Esta regin del fluido se conoce como capa lmite
hidrodinmicao de velocidad. Ms an, si las temperaturas de lasuperficie y del fluidodifieren, habr una regin del fluido a travsde la cual la temperatura vara de Tseny=0 a Ten el flujo exterior.Esta regin, denominada capa lmite trmica, puede ser mspequea, msgrande o del mismo tamao que aquella en la que vara la velocidad.Encualquier caso, si Ts> Tocurrir la transferencia de calor porconveccin entre la su-perficie y el flujo exterior.
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Con el paso de aproximadamente quince aos desde la publicacin dela primera edi-cin, este texto ha llegado con toda claridad a seruna representacin madura de la ense-anza de la transferencia decalor. No obstante esta madurez, pensamos que, si bienalgunosprincipios bsicos siguen siendo vlidos, nuestro tratamiento deltema ha estado
de transferencia de calor debe, sobre todo, propiciar dos cosas:inculcar una apreciacinde los orgenes fsicos del tema y establecerla relacin de estos orgenes con el compor-tamiento de los sistemastrmicos. Para llevar esto a cabo son necesarias las metodolo-gasque faciliten la aplicacin del tema a una amplia variedad deproblemas prcticos, ydebe fomentarse la facilidad para realizar laclase de anlisis de ingeniera que, aunqueno exacto, proporcioneinformacin til con respecto al diseo y/o funcionamiento deunsistema o proceso. Los requisitos de este tipo de anlisis incluyenla capacidad dedistinguir procesos de transporte relevantes ysimplificar suposiciones, identificar las
variables dependientes e independientes adecuadas, desarrollarlas expresiones apropia-das a partir de los principiosfundamentales y emplear las herramientas necesarias apartir de labase del conocimiento de la transferencia de calor. En la primeraedicin, ellogro de este objetivo se procur planteando muchos de losejemplos y problemas de finde captulo en trminos de sistemas deingeniera reales.
la versin de Fundamentos comprendi la transferencia de masa yproporcion untratamiento integrado de transferencia de calor, masay momento mediante conveccin,as como tratamientos aparte detransferencia de calor y masa por difusin. La versinde Introduccindel libro se destin a usuarios que desearan abarcar el tratamientodela transferencia de calor, pero que no desearan ver los efectosde la transferencia de ma-sa. En ambas versiones, se realizaronmejoras significativas en el tratamiento de losmtodos numricos y dela transferencia de calor con cambio de fase.
En Purdue, como en muchas otras instituciones, se utiliza laeducacin porobjetivos como medio de enfrentar las anterioresdeficiencias. Una importante caracte-rstica de nuestro mtodoimplica el propsito integrador a lo largo del programa deestudios,que incluye cursos, como el de transferencia de calor, basados enlas cienciasde la ingeniera. En estos cursos, losproblemas de diseoy los problemas abiertospro-veen tierra frtil para relacionar losfundamentos con modelos de ingeniera tilesy, asu vez, pararelacionar estos modelos con decisiones de diseo. Aunque losproblemas
Por lo tanto, en esta edicin agregamos un nmero significativo deproble-mas abiertos que aumentarn el inters del estudiante en latransferencia de calor, forta-lecern su capacidad para aplicar eltema a necesidades reales, y lo prepararn mejor
Los usuarios del programa IHT deben entender que no se trata deuna colec-cin de modelos resueltos previamente para ejercicios condiferentes condiciones deentrada. Ms bien es una herramienta deproductividad que facilita la construccin ysolucin de modelos parala amplia variedad de problemas de transferencia de calor queabarcaeste texto. La construccin se facilita con la capacidad paraarrastrar material decualquiera de los mdulos y herramientas al reade trabajo y, como se requiere para
y radiacin, el modelo apropiado se generara combinandocaractersticas del mdulo 5y de las herramientas 1, 4 y 7.Alternativamente, el balance de energa apropiado, y lasecuaciones omodelos de transferencia de calor, correlaciones y propiedades seintrodu-ciran desde el teclado. El solucionador servira despus paracalcular la historia de tem-
a los instructores tratar la transferencia de calor sin el usode computadoras para aprove-char la riqueza de estos problemasincluso asignando todas las porciones excepto lasrealzadas. Losproblemas para los que el nmero mismo est resaltado, como porejem-
Respecto al uso de IHT como una herramienta de productividad, sereco-mienda que se solicite a los estudiantes que elaboren susmodelos en papel y hagan cl-culos manuales limitados antes derecurrir al software para consideraciones de diseo yexploracin. Unavez que los estudiantes dominan los conceptos de transferenciadecalor y se familiarizan con el software, estn habilitados paratratar con muchas de lascomplejidades asociadas con elcomportamiento de sistemas trmicos reales. En rela-cin con el usodel IHT como herramienta de aprendizaje, el contenido y jerarquadelsoftware refuerza la asimilacin subsecuente y la aplicacin delos fundamentos detransferencia de calor que se tratan en eltexto.
En los preparativos de esta edicin influyeron tambin losresultados de uncuestionario con el que se procur obtenerretroalimentacin en cuatro temas principa-les: es demasiado largoel texto?; hay un balance satisfactorio entre los tratamientosde laciencia y la prctica de la transferencia de calor?; se debe acoplarun paquete desoftware al texto?; y cul es un balance apropiadoentre problemas de final de captulocerrados y abiertos?
estudio de los modosde transferencia de calor y por medio deldesarrollo de relacionesmatemticas para calcular velocidadesdetransferencia de calor. En este captulo senta-mos las bases de granparte del material que se trata en el texto. Lo hacemosformulandovarias preguntas. Qu es la transferencia de calor? Cmo setransfiere ste? Por ques importante su estudio? Al contestar aestas preguntas, comenzaremos a valorar losmecanismos fsicos queson el fundamento de los procesos de transferencia de calor ylarelevancia de estos procesos para los problemas industriales yambientales.
procesos de transferencia de calor como modos. Cuando existe ungradiente de tempera-tura en un medio estacionario que puede ser unslido o un fluido utilizamos eltrmino conduccinpara referimos a latransferencia de calor que se producir a travsdel medio. En cambio,el trmino conveccinse refiere a la transferencia de calorqueocurrir entre una superficie y un fluido en movimiento cuandoestn a diferentes tem-
peraturas. El tercer modo de transferencia de calor se denominaradiacin trmica. To-das las superficies con temperatura finitaemiten energa en forma de ondas electromag-nticas. Por tanto, enausencia de un medio, existe una transferencia neta de calorporradiacin entre dos superficies a diferentes temperaturas.
Como ingenieros es importante que entendamos los mecanismosfsicos que sirven debase a los modos de transferencia de calor yseamos capaces de usar los modelos queproporcionan la cantidad deenerga que se transfiere por unidad de tiempo.
ceptos de actividad atmica y molecular, pues hay procesos enestos niveles que susten-tan este modo de transferencia de calor.La conduccin se considera como la transferen-cia de energa de laspartculas ms energticas a las menos energticas de unasustanciadebido a las interacciones entre las mismas.
Los ejemplos de transferencia de calor por conduc-cin soninnumerables. El extremo expuesto de una cucharametlica introducidasbitamente en una taza de caf caliente secalentar debido a laconduccin de energa a travs de la cu-chara. En un da invernal hayuna prdida significativa de ener-
Es posible cuantificar los procesos de transferenciade calor entrminos de las ecuacioneso modelos apropiados.Estas ecuaciones omodelos sirven para calcular la cantidad deenerga que se transfierepor unidad de tiempo. Para la conduc-cin de calor, la ecuacin omodelo se conoce como ley de Fourier. Para la paredplanaunidimensional que se muestra en la figura 1.3, la cual tieneuna distribucin de tempe-
q (W/m2) es la velocidadcon que se transfiere el calor en ladireccinxpor rea unitariaperpendiculara la direc-cin detransferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura,dT/dxen esta direc-cin. La constante de proporcionalidad, k, es unapropiedad de transporteconocida co-mo conductividad trmica(W/mK) yes una caracterstica del material de la pared. Elsigno menos es unaconsecuencia del hecho de que el calor se transfiere en ladireccin
El modode transferencia de calor por conveccin se compone de dosmeca-nismos. Adems de la transferencia de energa debida almovimiento molecular aleato-rio (difusin), la energa tambin setransfiere mediante el movimiento global, o ma-croscpicodel fluido.El movimiento del fluido se asocia con el hecho de que, encual-quier instante, grandes nmeros de molculas se mueven de formacolectiva o comoagregados. Tal movimiento, en presencia de ungradiente de temperatura, contribuye ala transferencia de calor.Como las molculas en el agregado mantienen su movimientoaleatorio,la transferencia total de calor se debe entonces a una superposicinde trans-porte de energa por el movimiento aleatorio de lasmolculas y por el movimiento glo-bal del fluido. Se acostumbrautilizar el trmino conveccincuando se hace referencia aestetransporte acumulado y el trmino adveccincuando se habla deltransporte debido
Estamos especialmente interesados en la transferencia de calorpor convec-cin que ocurre entre un fluido en movimiento y unasuperficie limitante cuando stostienen diferentes temperaturas.Considere el flujo del fluido sobre la superficie calentadade lafigura 1.4. Una consecuencia de la interaccin fluidosuperficie esel desarrollode una regin en el fluido en la que la velocidad varade cero en la superficie a un valorfinito u asociado con el flujo.Esta regin del fluido se conoce como capa lmite
hidrodinmicao de velocidad. Ms an, si las temperaturas de lasuperficie y del fluidodifieren, habr una regin del fluido a travsde la cual la temperatura vara de Tseny=0 a Ten el flujo exterior.Esta regin, denominada capa lmite trmica, puede ser mspequea, msgrande o del mismo tamao que aquella en la que vara la velocidad.Encualquier caso, si Ts> Tocurrir la transferencia de calor porconveccin entre la su-perficie y el flujo exterior.
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