Transfer en CIA de Calor - Holman

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Text of Transfer en CIA de Calor - Holman

TRANSFERENCIA

DE

CALOR

Octava edicin (primera en espaol)

TRANSFERENCIA

DE

CALOR

Octava edicin (primera en espaol)

J. P. HolmanProfesor de Ingeniera Mecnica Southern Methodist University

Traduccin

Pablo de Assas Martnez de Morentn Teresa de J. Leo Mena Isabel Prez GrandeE.T.S. de Ingenieros Aeronuticos Universidad Politcnica de Madrid

Revisin tcnica

Pedro Prez del Notario Martnez de Maran Antonio Snchez SnchezE.T.S. de Ingenieros Aeronuticos Universidad Politcnica de Madrid

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

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

CONTENIDO

Prlogo ................................................ Lista de smbolos ...................................CAPTULO 1.

........

Xlll

ix . 1 1 41

INTRODUCCIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.11. Resistencia trmica de contacto. ............................ Repaso ................................................................ Lista de ejemplos resueltos. ......................................... Problemas. ........................................................... Referencias ............................................................CAPTULO 3. CONDUCCIN ESTACIONARIA

37 39 39 40 50 51 51 51 54 55 60 67 70 71 81 81 82 82 82 92 95 95 96 98

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.

......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... ......... .........

MULTIDIMENSIONAL

......

9 9 13 13 13 14 16 17 17 17 18 18 22 25 26 27 29 31

CONDUCCIN ESTACIONARIA UNIDIMENSIONAL . . . . . . . .

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10.

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 ............................................

........... ........... ........... ........... ...........

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.1. 4.2. 4.3.

Introduccin ................................................... Sistemas de capacidad trmica global ........................ Flujo de calor transitorio en un slido semi-infinito ........

Vi

CONTENIDO

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.

....... ....... ....... ....... ....... .......

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

CAPTULO 7.

SISTEMAS DE CONVECCIN NATURAL.. . . . . . . . .

229

LOS PRINCIPIOS DE LA CONVECCIN.. . . . . . . . . . . . .

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.. . . . . . . . .

5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. 5.1.

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. . . . . . . . . .

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

8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. 8.7. 8.8. 8.9. 8.10.

6.1. 6.2.

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 ............................................................

Introduccin. ................................................. Mecanismo fsico ............................................. Propiedades de la radiacin ................................. Factor de form