Ingeniería Térmica

INGENIERÍA TÉRMICA
......Page 1
PÁGINA LEGAL
......Page 3
ÍNDICE......Page 4
PRÓLOGO......Page 14
TEMA 1. INTRODUCCIÓN Y CONCEPTOS BÁSICOS EN TRANSMISIÓN DE CALOR
......Page 18
1. INTRODUCCIÓN......Page 20
2. CONCEPTOS BÁSICOS EN TRANSMISIÓN DE CALOR......Page 21
3.1.1. Ley de Fourier......Page 23
3.2.1. Ley de enfriamiento de Newton......Page 25
3.2.2. Coeficiente de transmisión de calor por convección o coeficiente de película......Page 26
3.3.1. Ley de Stefan-Boltzmann......Page 27
3.3.2. Intercambio de calor por radiación entre una superficie gris (...)
......Page 28
4.1.1. Conductividad térmica de los materiales homogéneos......Page 30
4.2. Calor específico......Page 35
4.4. Coeficiente de dilatación térmica (solo para líquidos y gases)......Page 37
4.5. Viscosidad (solo para líquidos y gases)......Page 38
5. ECUACIÓN GENERAL DE LA CONDUCCIÓN DEL CALOR......Page 41
5.1. Ecuación general de la conducción del calor en coordenadas cartesianas......Page 42
5.1.2. Particularización para medios homogéneos e isótropos y (...)
......Page 44
5.1.4. Particularización para medios homogéneos e isótropos, (...)
......Page 45
5.2. Ecuación general de la conducción del calor en coordenadas cilíndricas......Page 46
5.3. Ecuación general de la conducción del calor en coordenadas esféricas......Page 47
6. EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 48
7. SOLUCIÓN A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 49
TEMA 2. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN
......Page 52
1. INTRODUCCIÓN......Page 54
2.1. Pared plana simple con temperaturas superficiales dadas......Page 55
2.1.1. Distribución de temperaturas......Page 56
2.1.2. Flujo de calor......Page 57
2.2. Pared plana compuesta bañada por fluidos a temperaturas conocidas......Page 58
3. CONDUCCIÓN DE CALOR A TRAVÉS DE UNA PARED
CILÍNDRICA......Page 60
3.1.1. Distribución de temperaturas......Page 61
3.1.2. Flujo de calor......Page 62
3.2. Pared cilíndrica compuesta bañada por fluidos a temperaturas dadas......Page 63
4. CONDUCCIÓN DEL CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS: ALETAS......Page 65
4.1. Clasificación de las aletas......Page 66
4.2. Ecuación general de transmisión de calor en una aleta......Page 68
4.3.1. Solución a la ecuación general: distribución (...)
......Page 70
4.3.2. Efectividad de la aleta anular de perfil rectangular......Page 72
4.3.3. Gráficos para el cálculo de la eficiencia de la aleta anular de perfil
rectangular......Page 73
4.3.4. Flujo de calor no despreciable en el extremo......Page 74
4.4. Coeficiente global de transmisión de calor en tubos aleteados (...)
......Page 75
5. EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 78
6. SOLUCIÓN A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 80
7. ANEXO 1: VALORES SELECCIONADOS DE LAS FUNCIONES MODIFICADAS DE (...)......Page 86
8. ANEXO 2:EFECTIVIDAD DE LA ALETA ANULAR......Page 88
TEMA 3. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN......Page 90
2. CONCEPTOS BÁSICOS EN TRANSMISIÓN DE CALOR
POR CONVECCIÓN......Page 92
2.1. Capa límite de velocidad y capa límite térmica......Page 94
2.2. Convección libre y convección forzada......Page 95
2.3. Flujo laminar y flujo turbulento......Page 96
3.1. Deducción de las ecuaciones diferenciales (...)......Page 97
3.1.1. Ecuación de conservación de masa......Page 98
3.1.2. Ecuaciones de conservación de la cantidad de movimiento......Page 100
3.1.3. Ecuación de conservación de la energía......Page 103
3.2. Ecuaciones y números adimensionales para la (...)
......Page 105
3.2.1. Número de Reynolds......Page 107
3.2.3. Número de Eckert......Page 108
3.2.4. Número de Prandtl......Page 109
4. CORRELACIONES PARA LA CONVECCIÓN FORZADA EN
RÉGIMEN LAMINAR Y TURBULENTO......Page 110
4.1. Convección forzada en el interior de tuberías y tubos cilíndricos......Page 111
4.1.1. Flujo laminar......Page 112
4.1.2. Flujo turbulento......Page 113
4.2. Convección forzada, flujo externo que incide (...)
......Page 116
4.3.1. Flujo laminar......Page 118
5. CORRELACIONES PARA LA CONVECCIÓN LIBRE EN RÉGIMEN
LAMINAR Y TURBULENTO......Page 119
5.1. Convección libre alrededor de superficies planas/cilindros verticales......Page 120
5.1.1. Flujo laminar......Page 121
5.2. Convección libre alrededor de placas horizontales......Page 122
5.2.1. Placa caliente por la cara superior/placa fría por la cara inferior......Page 123
5.2.2. Placa caliente por la cara inferior/placa fría por la cara superior......Page 124
5.3. Convección libre alrededor de cilindros horizontales largos......Page 125
6. EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 126
7. SOLUCIÓN A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 128
TEMA 4. TRANSMISIÓN DE CALOR EN LOS CAMBIOS DE ESTADO:CONDENSACIÓN Y EBULLICIÓN
......Page 134
1. INTRODUCCIÓN......Page 136
2.1. Ecuaciones y números adimensionales utilizados en (...)
......Page 137
2.1.2. Número de Prandtl......Page 138
2.1.4. Número de Bond......Page 139
2.2. Modos de condensación: condensación por gotas y condensación
en película......Page 140
2.3. Modos de ebullición: ebullición en estanque o en alberca y (...)
......Page 141
3.1.1. Definiciones previas en la condensación en película sobre (...)
......Page 142
3.1.2. Régimen laminar......Page 147
3.1.3. Régimen turbulento......Page 149
3.2. Condensación en película sobre placa horizontal......Page 150
3.3. Condensación en película en el exterior de esferas y cilindros horizontales......Page 151
4. CORRELACIONES PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR
EN (...)
......Page 153
4.1. Regímenes de la ebullición en estanque......Page 154
4.1. Flujo de calor en la zona de ebullición nucleada......Page 157
4.2. Flujo calorífico máximo (crítico)......Page 159
4.3. Flujo de calor en la zona de ebullición en película......Page 160
5. EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 162
6. SOLUCIÓN A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 164
TEMA 5. CÁLCULO Y DISEÑO DE INTERCAMBIADORES DE CALOR......Page 172
2. TIPOS DE INTERCAMBIADORES DE CALOR......Page 174
2.1.1. Intercambiador de calor de flujos paralelos......Page 177
2.1.2. Intercambiador de calor de flujos cruzados......Page 181
3.1. Cálculo del coeficiente global teórico de transferencia de calor......Page 183
3.2. Cálculo del coeficiente global real de transferencia de calor......Page 186
4. ANÁLISIS DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR
CON (...)
......Page 187
4.1. Diferencia de temperaturas logarítmico media en un cambiador (...)
......Page 189
4.2. Diferencia de temperaturas logarítmico media en un cambiador
(...)
......Page 191
4.3. Diferencia de temperatura media en cambiadores multipaso (...)
......Page 193
4.4. Diferencia de temperatura media en condiciones especiales
de operación......Page 199
4.5. Metodología de cálculo de un intercambiador de calor con el método (...)
......Page 200
4.6. Metodología LMTD para el caso de que uno de los (...)
......Page 208
5. ANÁLISIS DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR CON
EL MÉTODO DE LA EFECTIVIDAD (...)
......Page 211
5.1. Parámetros adimensionales utilizados en el método del (...)
......Page 212
5.2. Metodología de cálculo en el método del número de unidades
de transmisión......Page 220
6. EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 221
7. SOLUCIÓN A LOS EJERCICIOS DE AUTOCOMPROBACIÓN......Page 230
TEMA 6. MÁQUINAS Y MOTORES TÉRMICOS. GENERALIDADES
......Page 232
1. INTRODUCCIÓN......Page 234
2.1. Clasificación de las máquinas de fluido......Page 235
2.2. Distinción entre máquina hidráulica y máquina térmica......Page 236
2.3. Clasificación de las máquinas térmicas......Page 237
3. MOTORES TÉRMICOS DE COMBUSTIÓN INTERNA Y DE
COMBUSTIÓN (...)
......Page 238
4.1. Rendimiento del ciclo y rendimiento de la instalación......Page 244
4.2. Rendimiento exergético......Page 245
5. COGENERACIÓN......Page 246
6. CAMPOS DE APLICACIÓN DE LOS MOTORES TÉRMICOS......Page 248
TEMA 7. GENERALIDADES DE LOS MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS......Page 256
1. COMPONENTES Y PROCESOS BÁSICOS DE UN MOTOR (...)
......Page 259
2.1. Según el proceso de combustión......Page 262
2.2. Según el modo de realizar el ciclo......Page 264
2.3. Según el tipo de refrigeración......Page 269
2.5. Según el número y disposición de cilindros......Page 270
3.1. Diagrama p--......Page 271
3.2. Diagrama del indicador......Page 273
4. PRESTACIONES Y CURVAS CARACTERÍSTICAS DEL MOTOR......Page 275
5.1. Ciclo de aire equivalente de volumen constante......Page 289
5.2. Ciclo de aire equivalente de presión limitada......Page 297
TEMA 8. TURBINAS DE GAS
......Page 314
1. INTRODUCCIÓN......Page 316
2. TIPOS DE INSTALACIONES......Page 317
3.1. Ciclo Brayton ideal de aire simple......Page 324
3.2. Ciclo Brayton ideal de aire regenerativo......Page 327
3.3. Ciclo ideal compuesto......Page 330
4. ELECCIÓN DE LOS PARÁMETROS QUE DEFINEN EL (...)
......Page 333
4.1. Ciclo simple......Page 335
4.2 Ciclo simple regenerativo......Page 342
4.3. Ciclo compuesto......Page 347
4.4. Ciclo compuesto regenerativo......Page 356
5. COMPORTAMIENTO DE LAS TURBINAS DE GAS EN EL PUNTO
DE DISEÑO......Page 357
TEMA 9.  INSTALACIONES DE POTENCIA BASADAS EN TURBINAS DE VAPOR Y CICLOS COMBINADOS......Page 360
1. COMPONENTES PRINCIPALES DE LAS INSTALACIONES (...)
......Page 363
2.1. Influencia de la presión del vapor a la entrada de la turbina......Page 377
2.2. Influencia de la temperatura del vapor vivo......Page 379
2.3. Influencia de la presión de condensación......Page 380
3.1. Ciclos de vapor con recalentamiento intermedio......Page 381
3.2. Ciclos de vapor regenerativos......Page 383
4. TURBINAS DE VAPOR EN USOS INDUSTRIALES......Page 393
4.1.1. Turbinas con toma intermedia......Page 394
4.1.2. Turbinas de contrapresión......Page 395
5. DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS CALDERAS......Page 396
5.1. Calderas de tubos de humo o pirotubulares......Page 398
5.2. Calderas de tubos de agua o acuotubulares......Page 400
5.3.1. Proceso de combustión......Page 403
5.3.2. Mecanismos de transferencia de calor entre el gas y el agua......Page 404
5.4.1. Parámetros y fundamentos del diseño de las calderas......Page 405
5.4.2. Balance de energía......Page 408
5.4.3. Otras consideraciones y especificaciones de los diseños......Page 409
6.1. Definición y clasificación de los ciclos combinados......Page 414
6.2. Esquema general de una planta de ciclo combinado de turbina de gas
y de vapor......Page 418
6.3. Características de las turbinas de gas......Page 419
6.4. Caldera de recuperación de calor......Page 422
6.5. Características del ciclo de vapor......Page 427
TEMA 10. CONCEPTOS BÁSICOS GENERALES SOBRE TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS......Page 446
1. ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LAS TURBOMÁQUINAS......Page 449
2. ANÁLISIS DEL INTERCAMBIO ENERGÉTICO QUE TIENE LUGAR
EN LAS TURBOMÁQUINAS......Page 455
3. ESTRUCTURA DE LAS TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS......Page 458
4. CLASIFICACIÓN DE LAS TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS......Page 459
5.1. Turbomáquinas térmicas axiales......Page 463
5.1.1. Turbinas axiales de reacción......Page 465
5.1.2. Turbinas axiales de acción......Page 468
5.1.3. Turbocompresores axiales......Page 470
5.2. Turbomáquinas radiales......Page 476
5.2.2. Turbocompresores centrífugos......Page 477
6. CRITERIOS QUE SE UTILIZAN PARA DEFINIR EL RENDIMIENTO (...)
......Page 481
7. ORIGEN DE LAS PÉRDIDAS EN LAS TURBOMÁQUINAS......Page 484
8. POTENCIA INTERNA Y POTENCIA EFECTIVA......Page 485
10. COMPARACIÓN ENTRE COMPRESORES AXIALES,
CENTRÍFUGOS Y VOLUMÉTRICOS......Page 486
ANEXO. PROCESOS EN FLUIDOS COMPRESIBLES......Page 488
A.1. INTRODUCCIÓN......Page 490
A.2. PROCESOS TERMODINÁMICOS DE IMPORTANCIA
EN EL (...)
......Page 492
A.3. PRINCIPIOS Y ECUACIONES QUE RIGEN
EL COMPORTAMIENTO (...)
......Page 495
A.3.2 Primer Principio de la Termodinámica......Page 496
A.3.3. Ecuación de conservación de la cantidad de movimiento......Page 498
A.3.4. Segundo Principio de la termodinámica......Page 499
A.3.5. Exergía y balance exergético......Page 500
A.3.6. Ecuaciones de Gibbs......Page 503
A.3.7. Ecuaciones calóricas......Page 504
A.3.8. Trabajo intercambiado con el entorno......Page 505
A.4. EL FACTOR DE CARNOT. RENDIMIENTO MÁXIMO
DE LOS MOTORES TÉRMICOS......Page 510
A.5.1. Efecto de la compresibilidad......Page 513
A.5.2 Forma del conducto en toberas y difusores......Page 514
A.5.3. Evaluación de las pérdidas en toberas y difusores......Page 516
A.5.3.1. Comparación de los casos de expansión y compresión......Page 517
A.5.3.2. Coeficientes para evaluar la fricción en toberas y difusores......Page 520
BIBLIOGRAFÍA......Page 522