Factores de conversin DIMENSIN

Aceleracin

rea

Densidad

Energa, calor, trabajo, energa interna, entalpa

MTRICA

1 mIs' = 100 cmls'

I m='- = 104 cm 2 = 106 ITIm2 10-6 km'

1 g/cm' = 1 kglL = 1 000 kglm'

1 kJ = 1 000 J = 1 000 Nm = 1 kPa m' 1 k.T/kg = 1 000 m'ls' 1 kWh = 3600kJ 1 cal ' = 4.184 J 1 IT cal! = 4.1868 J 1 Cal ' = 4. 1868 kJ

Fuerza 1 N = 1 kg . mIs' = 10' di na 1 kgf = 9.80665 N

Flujo de calor 1 W/cm' = 10' W/m'

Rapidez de genera- 1 W/cm' = 10" W/mJ cin de calor

Coeficiente de trans- 1 W 1m' . oC = 1 W 1m' . K fere ncia de calor

Longitud

Masa

1 m = 100 cm = 1 000 mm Ikm = IOOO m

1 kg = 1 000 g 1 tonelada mtrica = 1 000 kg

~ Factor de conversin exacto entre unidades mtricas e inglesas.

MTRICA/INGLESA

1 mIs' = 3.2808 ftls' 1 ftis' = 0.3048* mIs'

1 m' = 1 550 in' = 10.7641"t' 1 ft ' = 144 in' = 0.09290304* m'

1 g/cm3 = 62.428 Ibm/ft 3 = 0.036 127 Ibm/inJ 1 Ibm/in' = 1 728 lbmlft' 1 kg/m 3 = 0.062428 Ibmlft'

1 kJ = 0.94782 Btu 1 Btu = 1.055056 kJ

= 5.40395 psia . ft ' = 778. 169 Ibf ft 1 Btullbm = 25 037 ft'/s' = 2.326* kJlkg 1 kJ/kg = 0.430 Btu/lbm 1 kWh = 3412.14 Btu 1 therm = lO' Btu = 1.055 X 105 kJ

(gas natura l)

1 Ibf = 32. 174 Ibm . ftis' = 4. -+-1822 N 1 N = 0.22481 Ibf

1 W/m' = 0.3171 Btulh ft'

I W/m' = 0.09665 Btulh . ft '

1 W/m' oC = 0.17612 Btulh ft' F

1 m = 39.370 in = 3.2808 ft = 1.0926 yd 1 ft = 12 in = 0.3048* m 1 milla = 5 280 ft = 1.6093 km 1 in = 2.54* cm

1 kg = 2.2046226 Ibm 1 Ibm = 0.45359237* kg l anza = 28.3495 g 1 slug = 32.174 Ibm = 14.5939 kg 1 tonelada cOJ1a = 2 000 Ibm = 907.1847 kg

I Originalmente, la ca lora se define como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 9 de agua en 1C, pero vara con la presin. La calora de la labia internacional de vapor de agua (IT) (preferida en general por los ingenieros) es, por definicin, exactamente 4,1868 J Y corresponde al calor especfico del agua a 15C. La calorla termodinmica (generalmente preferida por los fsicos) es, por defin icin , exactamente igual a 4. 184 J Y corresponde al calor especifico del agua a la temperatura ambiente. La diferencia entre las dos es alrededor del 0.06%, lo cual es despreciable. La Calora, con letra inicial mayscula, que usan los especialistas en nutricin en realidad es una kilocalorla (1 000 caloras IT)

IDIMSHSJH Potencia. rapidez de

transferencia de calor

Presin

Calor especfico

Volumen especfico

Temperatura

Conductividad trmica

Resistencia trmica

Velocidad

IHTRICA IW - IJ/s I kW ~ I ()()()W ~ 1.341 hp

I hpt = 745.7 W

IPa = IN/m2 1 kPa = 103 Pa = 10- 3 MPa I atm = 101.325 kPa = 1.01 325 bars

= 760 mmHg a OC = 1.03323 kgflcm2

I mmHg = 0.1333 kPa I kJlkg . oC ~ I kJlkg . K

= IJ/g 'oC

I m3/kg = I 000 Ukg = 1000 cm]/g

T(K) ~ T(C) + 273.15 AT(K) ~ AT('C)

1 W/m oC = 1 W/m K

oC/W = I K/W

I mis ~ 3.60 kmih

Viscosidad dinmica 1 kglm . s = IN slm2 = I Pa . s = 10 poise

Viscosidad cinemtica I m2/s = 10" cm2/s I stoke = 1 cm2fs = 10- 4 m2/s

Volumen I m) = I 000 L = 111 cm3 (ce)

Factor exacto ele conVefSII'I entre unidades mtricas e inglesas

I kW - 3 412. 14 Btu/h = 737.561bf rt/s

I hp = 550 Ibf . ftls = 0.7068 Btuls = 42.41 Slu/min = 2544.5 Blulh ~ 0.74570kW

I hp de caldera = 33 475 Blulh I BluIh ~ 1.055056 kJlh I tonelada de refrigeracin = 200 Blu/min

I Pa = 1.4504 X 10- 4 psia ~ 0.020886 Ibflft'

1 psia ::: 1441bf/ft2 = 6.894757 kPa I alm = 14.696 psia = 29.92 inHg a 300F 1 inHg = 3.387 kPa

I Btullbm F = 4.1868 kJlkg oC I Btullbmol R = 4.1868 kJlkmol K I kJ/kg . oC = 0.23885 Btullbm . F

= 0.23885 Btullbm . R

I m3/kg = 16.02 ft1/lbm I ftJllbm = 0.062428 m3/kg

T(R) ~ T('F) + 459.67 ~ 1.8T(K) T('F) ~ 1.8 T(0C) + 32 AT(OF) ~ AT(R) ~ 1.8' AT(K) 1 W/m oC = 0.57782 Btulh ft . 0p

1 KJW = 0.52750FIh . Bto 1 mis = 3.2808 ftls = 2.237 miIh I miIh = 1.46667 ftls I milh = 1.609 kmlh

I kglm s = 2419.llbf/ft h ~ 0.020886 Ibf slft' = 5.8016 x 10- 6 Ibf hlft2

I m2/s = 10.764 ft 2/s = 3.875 x lO" ft2/h t m1/s = 10.764 ft 2/s I ml = 6. 1024 X 10" in3 = 35.315 frl

~ 264.17 gal (U.S. ) 1 galn E.U. = 23 [ in3 = 3.7854 L I onza fluida = 29.5735 cm) = 0.0295735 L I galn E.U. = 128 onzas fluidas

; Caballo de potenCia mecmco. El caballo de potencia elctflco se lorna exactamente como 746 W

I

TRANSFERENCIA DE CALOR

SEGUNDA EDICiN

I

TRANSFERENCIA DE CALOR

ngel Hemndez Fer"'ndez Departamento de I ngenierla Mectlmca Escuela Supenor de Ingeneria Mecn ica '1 ElktriC3. Unidad Culhuilcn Instituto Politcnico Nacional

Luis G. RIos tasas Jefe del Departamento de Ingenierla Qulmlca y Alimentos UniverSidad de las Amricas, Puebla

YUNUS A. CENGEl University 01 Nevada, Reno

Traduccin Jos Hernn Prez Traductor profesional

Revisin tcnica

Biilen! KOL1OO1lu Diblan Profesor titular Departamento de Inenerta MecMica Escuela de Ingeniera Universidad de las AmriCas, Puebla

Sergio Saldao3 Sjnchez Departamento de Ingeniera Mecnica Escuela SUperior de Ingemerla Mecnica y Elctnca. Unidad Culhuacn Instituto PolitcnicO Nacional

Jernimo Martlnez Martlnez Profesor de planta Departamento de IngenIera Qulmica Instituto Tecnolgico y de EstudIOS SuperIores de Monterrey Campus Monterrey

MXICO' BOGOT' BUENOS AIRES' CARACAS. GUATEMALA' LISBOA MADRID' NUEVA YORK' SAN JUAN. SANTIAGO

AUCKLAND LONDRES' MILN MONTREAL NUEVA DELHI SAN FRANCISCO' SINGAPUR STo LOUIS SIDNEY TORONTO

Gerente de divisin: Leonardo Newball Gonzlez Gerenle de producto: Javier Reyes Manfnez Supervisor de desarrollo: Sergio Campos Pelez Supervisor de produccin: lmoleo Eliosa Garca

TRANSFERENCIA DE CALOR Segunda edici6n

lB McGraw-HiII _ Interamericana

Prohibida la reproducc in 10lal o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorizacin escrita del editor.

DERECHOS RESERVADOS 2004, respecto a la primera edicin por McGRAW-HILUlNTERAMERICANA EDITORES. S.A. DE c.v. A Subsidiary oThe McGraw-Hill Companies, Inc.

Cedro Nm. 512, CoL Atlampa Delegacin Cuauhtmoc, 06450, Mxico, D.F. Miembro de la Cmara Nacional de la Induslria Editorial Mexicana. Reg. Nm. 736

ISBN 970-10-4484-3

Traducido de la segunda edicin en ingls de la obra: HEATTRANSFER. A PRACTICAL APPROACH. SECOND EDITION. Copyright 2003, 1998 by The McGraw-Hill Companies. Inc. Al) rights reserved. ISBN 0-07245893-3

3456789012

lmpreso en Mx.ico

lila ctIoo .. -.-n:. .,. ........ Jo.r*> CM( ~..,

~~1A..,.c.v. Cea. Ci lO NO. 06-A ca. ....-C1' 068lI0 ..... OJ'.

~-.:..x.(JlJleI_--" ellO ..... ,... elO y CefIIIlcodo A.c. "'*' 10 -..odO-\lOO2. lW",'V(OC.(J.IIW5 ODo'1 el run. 01 ~ R5C-04 y bail> 10 _ .o .oco' ' '''''''-'990.00n elrun.

~ -"""'"

0987653214

Printed in Mexico

Th~ McGrow-HiII (QmP

Yunus A. Cengel es profesor de Ingeniera Mecnica en la Universidad de Nevada en Reno. Recibi su grado de doctor en ingeniera mecnica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte en 1984. Sus reas de investigacin son la energa renovable, la desalinizacin. el anlisis de la energa, el mejo-ramiento de la transferencia de calor, la transferencia de calor por radiacin y la conservacin de la energa. Ha prestado sus servicios como director del In-dustrial Assessment Center (IAC) en la Universidad de Nevada en Reno, de 1996 hasta 2000. Ha conducido equipos de estudiames de ingeniera a nu-merosas instalaciones industriales en el norte de Nevada y California para efectuar evaluaciones industriales y ha preparado infomes sobre conser-vacin de la energfa. minimizacin de los desechos y mejoramiemo de la pro-ductividad para ellas.

El doctor

CAPTULO UNO CONCEPTOS BAslCaS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR

CAPTULO DOS ECUACiN DE LA CONDUCCIN DE CALOR 61

CAPTULO TRES CONDUCCiN DE CALOR EN ESTADO ESTABLE 127

CAPTULO CUATRO CONDUCCiN DE CALOR EN RtGIMEN TRANSITORIO 209

CAPTULO CINCO MtroDOS NUMtRICOS EN LA CONDUCCION DE CALOR 265

CAPTULO SEIS fUNDAMENTOS DE LA CONVECCiN 333

CAPiTULO SIETE CONVECCiN EXTERNA FORZADA 367

CAPTULO OCHO CONVECCiN INTERNA FORZADA 419

CAPTULO NUEVE CONVECCiN NATURAL 459

CAPTULO DIEZ EBULLICiN V CONDENSACION 515

CAPiTULO ONCE FUNDAMENTOS DE LA RADIACiN rtRMICA 561

CAPTULO DOCE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACiN 605

CAPTULO TRECE INTERCAMBIADDRES DE CALOR 661

APNDICE 1 TABLAS Y DIAGRAMAS DE PROPIEDADES (SISTEMA INTERNACIONAL) 717

APNDICE 2 TABLAS Y DIAGRAMAS DE PROPIEDADES (SISTEMA INGLtS) 745

APNDICE 3 INTRODUCCiN Al EES 769

Prefacio xix Nomenc latura xxvii

CAPTULO UNO CONCEPTOS BAslCOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR 1

1-1 Tennodinmica y transferencia de calor 2 reas de aplicacin de la transferencia de calor 3 Fundamentos histricos 3

12 Transferencia de calor en la ingeniera 4 Elaboracin de modelos en la transferencia de calor 5

13 Calor y otras fonnas de energa 6 calores especlficos de gases. lquidos y slidos 7 Transferencia de la energia 9

1-4 Primera ley de la tennodinmica 11 Balance de energa para sistemas cerrados

(masa fija) 12 Balance de energfa para sistemas de flujo

estaciOll

CONTENIDO

Red de resIStencias trmiCas 131 Paredes planas de capas mulllPles 133

3-2 Resistencia lnnica por conlacto 138 3-3 Redes gener.dizadas de resistencias

trmicas 143 3-4 Conduccin de calor en cilindros y esreras 146

CIlindros y esferas con capas mltiples 148 3-5 Relacin critica de aislamiento 153 3-6 Transrerencia de calor desde superficies con

aJctllS 156 Ecuacin de la aleta 157 EficIenCia de la aleta 160 Efectividad de la aleta 163 longitud apropiada de una aleta 165

3-7 Transrerencia de calor en configuraciones comunes 169 Tem6 de inters esp4!Cia/: Transferencia de calor a travs de paredes y techos 175 Resumen 185 alblK'IQrafla y lecturas sugendas 186 Problemas 187

CAPTULO CUATRO CONDUCCiN DE CALOR EN R~GIMEN TRANSITORIO 209

4-1 AnlLSis de sistemru. concentrado.', 210 Cntenos para el anlisis de sistemas concentrados 211 Algunas observaciones sobre la transfereoc.a de caklf

en ~stemas concentrados 213 4-2 Conduccin de calor en rgimen lmnsitorio

en paredes planas gm.ndcs. cilindros largos y esferas con efectos espaciales 216

4-3 Conduccin de calor en rgimen tIunsitorio en slidos semiinfinitos 228

4-4 Conduccin de calor en rgimen transitorio en sistemas multidimensionales 231 Tema de inters especIal: RefrigeracIn y congelacin de alimentos 239 Resumen 250 Bibliografa y lecturas sugeridas 251 Problemas 252

CAPTULO CINCO M~TDDOS NUM~RICOS EN LA CONDUCCiN DE CALOR 265

5-1 Por qu los mtodos numricos? 266 1 lImrtaciones 267 2 Una meJOr elaboraCin de modelos 267

3 Flexibilidad 268 4 Complicaciones 268 5 Naturaleza humana 268

5-2 FornlUlacin en diferencias finitas de ecuacione direrenciales 269

5-3 Conduccin unidimensional de calor en estado estacionario 272 Ccndiciones de frontera 274

5-4 Conduccin bidimensional de calor en estado estacionario 282 Nodos frontera 283 Fronteras Irregulares 287

5-5 Conduccin de caJor en rgimen Imnsitorio 291 Conduccin de calor en rgimen transitorio en una pared

plana 293 CondUCCIn bldimenStOOaI de calor en rgimen

transrtono 304 Tema de intels especial: Centrol del error numriCO 309 Resumen 313 Blbliografla Y lecturas sugeridas 314 Problemas 314

CAPTULO SEIS FUNDAMENTOS DE LA CONVECCiN 333 6-1 Mecanismo fsico de la conveccin 334

Nmero de Nusselt 336

6-2 Clasificacin de los flujos de fluidos 337 Flujo VISCOSO en comparacin con el no viscoso 337 FlUJO Interno en comparaciOn con el externo 337 RuJO compresible en comparac(m con el

IflCOmpre5lbie 337 FlUJO lammar en comparacIn con el turbulento 338 Flujo natural (o no forzado) en comparacin con

el forzado 338 flujO estaCIOnario en comparacIn con el no estacionariO

(tranSitOrIO) 338 FlUJOS unidimensionales. bid imenSionales

y tridimensionales 338 6-3 Capa lmite de la velocidad 339

Esfuerzo cortante superficial 340

6-4 Capa lmite tnnica 341 Nmero de Prandt1 341

6-5 Flujos laminar y turbulento 342 Nmero de Reynolds 343

6-6 Tran ... ferencia de calor y de la c.1ntidad de movimiento en el nujo turbulento 343

6-7 Deduccin de la~ ecuaciones direrenciales de la conveccin 345 Ecuacin de la conservaCIn de la masa 345

Ecuaciones de la conservacin de la cantidad de movimiento 346

Ecuacin de la conservacin de la energa 348

6-8 Soluciones de las ecuaciones de conveccin para una placa plana 352 La ecuacin de la energra 355

6-9 Ecuaciones adimensionales de la conveccin y semejanr..a 356

6-10 Fonnas funcionales de los coeficientes de friccin y de conveccin 357

6-11 Analogas entre la cantidad de movimiento y la transferencia de calor 359 Resumen 361 Bibliografra y lecturas sugeridas 362 Problemas 363

CAPTULO SIETE CONVECCiN EXTERNA FORZADA 367 7-1 Fuerl.a de resistencia al movimiento

y transferencia de calor en el flujo externo 368 Resistencia al movimiento debida a la friccin

y la presin 368 Transferencka de calor 370

7-2 Flujo paralelo sobre placas planas 371 Coeficiente de friccin 372 CoefiCiente de transferencia de calor 373 Placa plana con tramo inicial no calentado 375 FlUJO uniforme de calor 375

7-3 Flujo a travs de cilindros y esferas 380 Efecto de la aspereza de la superficie 382 CoefICiente de transferencia de calor 384

7-4 Flujo a travs de bancos de tubos 389 Cada de presin 392 Tema de inters especial: Reduccin de la transferencia de calor a travs

de superficies: aislamiento trmico 395 Resumen 406 Bibhografa y lecturas sugeridas 407 Problemas 408

CAPTULO OCHO CONVECCiN INTERNA FORZADA 419 8-1 Introduccin 420 8-2 Velocidad media y temperatura media 420

Flujos laminar y turbu lento en tubos 422 8-3 La regin de entrada 423

Longitudes de entrada 425

---------------,,-------------------CONTENIDO

8-4 Anlisis tnnico 426 FlUJO constante de calor en la superficie

(4, = constante) 427 Temperatura superficial constante

(T, .. constante) 428 8-5 Flujo laminar en tubos 431

Calda de presin 433 Perfil de temperaturas y el nmero de Nusselt 434 Flujo de calor en la superficie 435 Temperatura superficial constante 436 FlUJO laminar en tubos no Circulares 436 Desarrollo del f lujo laminar en la regin

de entrada 436 8-6 Flujo turbulento en tubos 441

SuperfiCies speras 442 Desarrollo del f lujo turbulento en la regin

de entrada 443 Flujo turbulento en tubos no circulares 443 Flujo ~ la seccin anular entre tubos

concntricos 444 Mejoramiento de la transterenCla de calor 444 Resumen 449 Bibliografa y lecturas sugeridas 450 Problemas 452

CAPTULO NUEVE CONVECCiN NATURAL 459 9-1 Mecanismo fsico de la conveccin

natural 460 9-2 Ecuacin del movimiento y el nmero

de Grashof 463 El nmero de Grashof 465

9-3 Conveccin natuntl sobre superficies 466 Placas verticales (T, = constante) 467 Placas verticales (4, = constante) 467 Cilindros verticales 467 Placas inclinadas 467 Placas horizonmles 469 Cilindros horizontales y esferas 469

9-4 Conveccin natural desde superficies con aletas y PeB 473 Enfriamiento por conveccin natural de SUperfiCIeS con

aletas (T, = constante) 473 Enfriamiento ~ conveccin natural de PCB verticales

(q. = constante) 474 Gasto de masa por el espaciO entre placas 475

9-5 Conveccin natural dentro de recinlos cerrados 477 ConductiVidad trmica efectiva 478 Recintos cerrados rectangulares hofzontales 479 Recintos cerrados rectangulares inclinados 479 Recintos cerrados rectangulares vertteales 480 Cilindros concntricos 480 Esferas concntricas 481 Conveccin natural y radiacin combinadas 481

____ ._ .... c = .===_mm-__ ~~ __________________________ ~

." CONTENIDO

9-6 Conveccin natural y fOr1..ada combinadas 486 Tema de mters especial' Transferencia de calor a travs de ventanas 489 Resumen 499 BlbllOgI'aha y IedUfas sugefldas 500 Problemas 501

CAPTULO DIEZ EBULLICIN Y CONOENSACIN 515 10-1 Transferencia de calor en la ebullicin 516 10-2 Ebullicin en estanque 5 18

Reglmenes de ebullk:16n y la curva de ebullicin 518 CorrelaciOnes de la transferencia de ca!of en la ebullicin

en estanque 522 Mejoramiento de la transferencia de calor en la ebullicin

en estanque 526 10-3 Ebullicin en flujo 530 10-4 Transferencia de calor en la condensacin 532 10-5 Condensacin en pelcula 532

Resm1ene5 de nulO 534 CorreloclOl'le$ de la transferencia de calor para la

condensacin en pellcula 535

10-6 Condensacin en pelcula dentro de tubos horizontales 545

10-7 Condensacin por gota.. 545 Tema de inters espeCIal: Tubos de calor 546 Resumen 551 B1bhosrafla y lecturas sugendas 553 Problemas 553

CAPTULO ONCE FUNDAMENTOS DE LA RADIACiN TtRMICA 561

11-1 Introduccin 562 11-2 Radiacin tmlica 563 11-3 Radiacin de cuerpo negro 565 11-4 Intensidad de radiacin 571

Angulo slido 572 Inten~ad de la radlllCln emlllda 573 Rad.aclbn incKlenl!' 574 RadlOSldad 575 Cantidades espectrales 575

11-5 Propiedades de radiacin 577 EmiSlvfdad 578

AbsoftlVldad, reflectlVldad 'f transmistVidad 582 Ley de Kirehhoff 584 El efecto de Invernadero 585

11-6 Radiacin aunosfrica y solar 586 Tema de inters espeCIal: Ganancia de calor solar a travs de las ventanas 590 Resumen 597 BiblKJgfafla 'f lec1uras sugeridas 599 PrOOlemas 599

CAPTULO DOCE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RAOIACIN 605 12-1 El factor de visin 606

12-2 Relaciones del factor de visin 609 La relacin de recip(()(:idad 610

2 La regla de la suma 613 3 La regla de superposICin 615 4 La regla de s.metrla 616 factores de VIsin entre superficies infimlameote largas

el mtodo de las cuerdas cruzadas 6 18

12-3 Transferencia de calor por radiacin: superficies oegras 620

12-4 Transferencia de calor por radiacin: superficies grises y difusas 623 RadlOSldad 623 Transferencia neta de calor por radIaCin haCia una

superfiCie o desde una superficie 623 Transferencia neta de calor por radiacin entre dos

superficies cualesqUiera 625 Mtodos de resolucin de los problemas sobre

radiacin 626 Transferencia de cak:lr por radlaCtOn en recintos cerradc

de dos superfides 627 Transferencia de calor por radiacin en recintos cerradc

de Ires SUperfiCies 629

12-5 Blindajes contra la radiacin y el efecto de la radiacin 635 Efecto de la radiaciOo sobre las medlClOf'IeS de

lemperatura 637

12-6 Intercambio de radiacin con gases emisores y absorbcnte~ 639 Propiedades relativas a la racllacin de un medio

partlCrpante 640 Emlsivldad y absortivldad de gases y mezclas

de gases 642 Tema de mters especial: Transferencia de calor desde el cuerpo

humano 649 Resumen 653 BlblK>grana y ~turas sugeridas 655 Problemas 655

C APT U L O T R ECE INTERCAMBIADORES DE CALOR 667

13-1 Tipos de intcrcambadorc~ de calor 668 13-2 El coeficiente de Iransfcrcncia

de calor 10lal 671 Faclor de incrustacIn 674

13-3 Anlisis de los intercambiadores de calor 678 134 Mtodo de la diferencia de tcmpcraturd media

logartmica 680 Intercam~adores de calor a contra fl uJO 682 Intercambiadores de calor de pasos mltiples y de fluJo

cruzado: Uso de un factor de correccin 683

13-5 Mtodo de la efectividad-NTU 690 13-6 Seleccin de los intcrcambiadores de calor 700

Velocidad de transferencia del calof 700 Costo 700 Potencia para el bombeo 701 Tamat'lo y peso 701 Tipo 701 Materiales 701 Otras consideraciones 702 Resumen 703 8ibl iografla y lecturas sugeridas 704 Problemas 705

APND I CE 1 TABLAS Y DIAGRAMAS DE PROPIEDADES (SISTEMA INTERNACIONAL) 717 Tabla A-'

Tabla A-2

Tabla A-3 Tabla A-4

Tabla A-5

Tabla A-6

Tabla A-7

Tabla A-8

Tabla A-S Tabla A-lO

Masa molar. constante de los gases y propiedades en el punto crtico 718 Propiedades en los puntos de ebullicin y de congelacin 7 19 Propiedades de metaJcs slidos 720 Propiedades de no metales slidos 723 Propiedades de materiales de construccin 724 Propiedades de materiales aislantes 726 Propiedades de alimentos comunes 727 Propiedades de diverso~ materiales 729 Propiedades del agua saturada 730 Propiedades del refrigerante 134a saturado 731

Tabla A-ll

Tabla A-12

Tabla A-13 Tabla A-14 Tabla A-15

Tabla A-16

Tabla A-17

Tabla A-1 8 Tabla A-19

Tabla A-20

XIII CONTENIDO

Propiedades del amoniaco saturado 732 Propiedades del propano salurado 733 Propiedades de lquidos 734 PropIedades de metales IfqUldoc; 73S Propiedades del aire a la presin de I aun 716 Propiedades de gases a la presin de I atm de presin 737 Propiedades de la atmsfera a gran allitud 739 Emisividades de las superficies 740 Propiedades relativas a la radiacin solar de los

maleriale~ 742 Diagrama de Moody del factor de friccin pam flujo complctamente desarrollado en tubos cin.:ulares 743

APND I CE 2 TABLAS Y DIAGRAMAS DE PROPIEDADES (SISTEMA INGLtS) 745 Tabla A- ' I

Tabla A-21

Tabla A-31 Tabla A-41

Tabla A-51

Tabla A-61

Tabla A-71

Tabla A-81

Tabla A-SI Tabla A-10I

TablaA-l ll

Masa molar, constante de los gases y propiedades en el punlo crtico 746 Propiedades en los puntos de ebu ll icin y de congelacin 747

Propicdade~ de metales slidos 748 Propiedades de no metales sdos 751 Propiedades de materiales de construccin 752 Propiedades de materiales aislantes 754 Propiedades de alimentos comunes 755 Propiedades de diversos materiales 757 Propiedades del agua saturada 758 Propiedades del refrigerante 134a saturado 759

Propiedade~ del amoniaco saturado 760

Tabla A-131 Tabla A-I4I Tabla A-ISI

Tabla A-161

...

CONTENIDO

Propiedades del propano saturado 761 Propiedades de lquidos 762 Propicdadc. .. de metales lquidos 763 Propiedades del aire a la presin de I atm 764 Propiedades de gase. .. a la presin de 1 atm 765

Tabla A-171 Propiedades de la atmsfera a gran alt itud 767

A P ND I CE 3 INTRODUCCiN Al EES 769 (NO ICE 783

C APTULO UNO CONCEPTOS BAslCOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR 1

Ejemplo 1-1 Calentamiento de una bola de cobre 10

Ejemplo 1-2 Calentamiento de agua en una tetera elctrica 14

Ejemplo 1-3 Prdida de calor en los duetos de calefaccin en un stano 15

Ejemplo 14 Calefaccin elctrica de una casa a gran elevacin 16

Ejemplo 1-5 Costo de la prdida de calor a travs de un techo 19

Ejemplo 1-6 Medicin de la conductividad trmica de un material 23

Ejemplo 1-7 Conversin entre unidades del SI y las unidades inglesas 24

Ejemplo 1-8 Medicin del coefi ciente de transferencia de caJor por conveccin 26

Ejemplo '-9 Efecto de la ntdiacin sobre la comodidad trmica 29

Ejemplo 1-10 Prdida de calor de una persona 3 1 Ejemplo 1-11 Transferencia de calor entre dos

placas isotrmicas 32 Ejemplo 1-12 Transferencia de calor en los hornos

convencionales y de microondas 33 Ejemplo 1-13 Calentamiento de una placa por

energa solar 34 Ejemplo 1-14 Resolucin de un sistema de

ecuaciones con EES 39

CA PT U LO DOS ECUACiN DE LA CONDUCCiN DE CALOR 61 Ejemplo 2-1 Ganancia de calor por un

refrigerador 67

Ejemplo 2-2

Ejemplo 2-3

Generacin de calor en una secadora de cabello 67

Conduccin de calor a travs del fondo de una cacerola 72

Ejemplo 2-4 Conduccin de calor en un calentador de resistencia 72

Ejemplo 2-5 Enfriamiento de una esfera metlica caliente en el aire 73

Ejemplo 2-6 Conduccin de calor en un cilindro corto 76

Ejemplo 2-7 Condicin de frontera de flujo de calor 80

Ejemplo 2-8 Condiciones de conveccin de frontera y aislamiento 82

Ejemplo 2-9 Condicin de conveccin y radiacin combinadas 84

Ejemplo 2-10 Conveccin. r'ddiacin y flujo de calor combinados 85

Ejemplo 2-11 Conduccin de calor en una pared plana 86

Ejemplo 2-12 Una pared con varios conjuntos de condiciones de frontera 88

Ejemplo 2-13 Conduccin de caJor en la placa ba

Ejemplo 2-21 Conduccin de calor a lTavs de una pared con k(n 106

CAPTULO TRES CONDUCCiN DE CALOR EN ESTADO ESTABLE 127 ,

Ejemplo 3-1 Prdida de calor a travs de una pared 134

Ejemplo 3-2 Prdida de calor a travs de una ventana de una sola hoja 135

Ejemplo 3-3 Prdida de calor a travs de ventanas de hoja doble 136

Ejemplo 3-4 Espesor equivalente para la resistencia por contacto 140

Ejemplo 3-5 Resistencia por contaclo de los transistores 141

Ejemplo 3-6 Prdida de calor a travs de una pared compuesta 144

Ejemplo 3-7 Transferencia de calor hacia un recipiente esfrico 149

Ejemplo 3-8 Prdida de calor a travs de un tubo aislado de vapor de agua 151

Ejemplo 3-9 Prdida de calor de un alambre elctrico aislado 154

Ejemplo 3-10 Disipacin mxima de potencia de un transistor 166

Ejemplo 3-11 Seleccin de un sumidero de calor para un transistor 167

Ejemplo 3-12 Efecto de las aletas sobre la transferencia de calor de los tubos de vapor de agua 168

Ejemplo 3-13 Prdida de calor en tubos enterrados de vapor de agua 170

Ejemplo 3-14 Transferencia de calor cnrre tubos de agua caliente y fra 173

Ejemplo 3-15 Costo de la prdida de calor a travs de las paredes en invierno 174

Ejemplo 3-16 El valor R de una pared con amlazn de madera 179

Ejemplo 3-17 El valor R de una pared con espuma rgida 181

Ejemplo 3-18 El valor R de una pared de mamposterfa 1 ~ 1

Ejemplo 3-19 El valor R de un techo inclinado 182

CAPTULO CUATRO CONDUCCiN DE CALOR EN R~GIMEN TRANSITORIO 209

Ejemplo 4-1

Ejemplo 4-2

Medicin de la temperatura por tennopares 214 Prediccin del momento de la muerte 215

Ejemplo 4-3 Cocimiento de huevos 224 Ejemplo 4-4 Calentamiento de placas grandes de

latn en un horno 225 Ejemplo 4-5 Enfriamiento de una flecha cilndrica

larga de acero inoxidable 226 Ejemplo 4-6 Profundidad flnima de entierro de

los tubos de agua para evitar el congelamiento 230

Ejemplo 4-7 Enfriamiento de un cilindro corto de latn 234

Ejemplo 4-8 Transferencia de calor desde un cilindro corto 235

Ejemplo 4-9 Enfriamiento de un cilindro largo por agua 236

Ejemplo 4-1 O Refrigeracin de bisteces evitando al mismo tiempo la quemadura por el fro 238

Ejemplo 4-11 Enfriamiento de canales de res en una planta de carne 248

CAPTULO CINCO MTODOS NUMRICOS EN LA CONDUCCiN DE CALOR 265

Ejemplo 5-1

Ejemplo 5-2

Ejemplo 5-3

Ejemplo 5-4

Ejemplo 5-5

Ejemplo 5-6

Conduccin de calor en estado estable en una placa grande de umno 277 Transferencia de calor desde aletas triangulares 279 Conduccin bidimensional de calor en estado estable en barras en L 284 Prdida de calor a travs de chimeneas 287 Conduccin de calor en rgimen transitorio en una placa grnnde de uranio 296 Almacenamiento de energa solar en los muros Trombe 300

Ejemplo 5-7 Conduccin de calor bidimensional en rgimen transitorio en balTas en L 305

CAPTULO SEIS FUNDAMENTOS DE LA CONVECCiN 333 Ejemplo 6-1

Ejemplo 6-2

Elevacin de la temperatura del aceite en una chumacera 350 Modo de hallar el coeficiente de conveccin a partir de la medicin de la resistencia al movimiento del fluido 360

CA PTULO SIETE CONVECCiN EXTERNA FORZADA 367 Ejemplo 7-1

Ejemplo 7-2

Ejemplo 7-3

Ejemplo 7-4

Ejemplo 7-5

Ejemplo 7-6

Ejemplo 7-7

Ejemplo 7-8

Ejemplo 7-9

Flujo de aceite caliente sobre una placa plana 376 Enfriamiento de un bloque caliente por aire forzado a gran altitud 377 Enfriamiento de lminas de plstico por aire forzado 378 Fuerza de resistencia al movimiento actuando sobre un tubo en un ro 383 Prdida de calor de un lubo de vapor de agua con ai re en movimiento 386 Enfriamiento de una bola de acero por aire forlado 387 Precalentamiento de ai re por agua geotrmica en un banco de tubos 393 Efecto del aislamiento sobre la temperatura superficial 402 Espesor del aislamiento ptimo 403

CAP TULO OCHO CONVECCiN INTERNA FORZADA 419 Ejemplo 8-1

Ejemplo 8-2 Ejemplo 8-3

Calentamiento de agua en un tubo por medio de vapor 430 Cada de presin en un tubo 438 Flujo de aceite en una tubera que pasa a trdvs de un lago 439

Ejemplo 8-4

Ejemplo 8-5

Ejemplo 8-6

~VII _ _ __ _

TABLA DE EJEMPLOS

Cada de presin en un lUOO de agua 445 Calentamiento de agua por calentadores de resi stencia en un rubo 446 Prdida de calor de los ductos de un sistema de calefaccin 448

CAPTULO NUEVE CONVECCiN NATURAL 459 Ejemplo 9-1

Ejemplo 9-2

Ejemplo 9-3

Ejemplo 9-4

Ejemplo 9-5

Ejemplo 9-6

Ejemplo 9-7

Ejemplo 9-8

Ejemplo 9-9

Prdida de calor en tubos de agua caliente 470 Enfriamiento de una placa en orientaciones diferentes 471 Espacmuento ptimo de las aletas de un sumidero de caJor 476 Prdida de calor a travs de una ventana de hoja doble 482 Transferencia de calor a travs de un recinto cerrado esfrico 483 Calentamiento de agua en un tubo por energa solar 484 Factor U para la seccin del centro del vidrio de las ventanas 496 Prdida de calor a travs de ventanas con marco de aluminio 497 Factor U de una ventana de doble batiente 498

CAPTULO DIEZ EBULLICiN Y CONDENSACiN 515 Ejemplo 10-1

Ejemplo 10-2

Ebullicin nudeada de agua en una cacerola 526

Flujo pico de calor en la ebullicin nudeada 528

Ejemplo 10-3 Ebullicin en pelcula de agua sohrl un elemento de calentamie rl to

UIII TABLA DE. EJEMPLOS

Ejemplo 10-7

Ejemplo 10-8

Condensacin del vapor de agua sobre bancos de tubos horizontales 544 Reempla1.o de un tubo de calor por una barra de cobre 550

CA PI TU LO O N C E FUNDAMENTDS DE LA RADIACiN TtRMICA 561

Ejemplo 11-1

Ejemplo 11-2

Ejemplo 11 -3

Ejemplo 11-4

Ejemplo 11-5

Ejemplo 11 -6

Emisin de radiac in de una esfera negra 568 Emisin de radiacin de un foco elctrico 57 1 Radiacin incidente sobre una superficie pequei'ia 576 Emisividad de una superficie y el poder de emisin 58 1 Superficies absorbentes y rc nectoras selectivas 589 Instalacin de pelculas rcneclora.s sobre las ventanas 596

CA P TUL O D OCE TRANSFERENCIA DE CALDR PDR RADIACiN 605

Ejemplo 12-2

Ejemplo 12-3

Ejemplo 12-4

Ejemplo 12-5

Ejemplo 12-6

Ejemplo 12-7

Ejemplo 12-8

Factores de visin asoc iados con dos e~feras concntricas 6 14 Fraccin de radiacin que sale por una abertura 615 Factores de visin asoc iados con un tetrgono 6 17 ,Factores de visin asociado, con un ducto tr iangu lar 6 17 El mtodo de las cuerdas cruzadas para lo~ factore~ de visin 619 Transferencia de calor por radiacin en un homo negro 62 1 Transferenci de calor por radiacin enlrc placas paralelas 627 TJ,nsferencia de calor por J,diacin en un horno cilndrico 630

Ejemplo 12-9 Tran~feri'nc i .~ de C:llnr por mdiaci6n en un hOmotnangu l:Jr tl~1

Ejemplo 12-10 Tran.sfcrcndd de calol d IIdv6 dt: un colcctor solar tubular 632

Ejemplo 12-11 BlindaJe.:.: conlnl 1:1 r:ldi:lci6n 638 Ejemplo 12-12 Efecto de la radiacin sohrc las

mediciones de IClII pC'J'alUra 639 Ejemplo 12-13 Emisividad efectiva de 10:-. gases

de combu.

OBJETIVOS

La transferencia de calor es una ciencia bsica que trata de la rapidez de transferencia de energfa tnnica. La intencin de este texto introductorio es que se use en un primer curso sobre transferencia de calor para estu-diantes de ingeniera a nivel licenciatura, y como libro de consulta para los in~ genieros en ejercicio. Los objeti vos de este texto son

Cubrir los principios bsicos de la transferencia de calor. Presentar abundantes aplicaciones de ingeniera en el mundo real con el

fin de dar a los estudiantes una nocin de la prctica de la ingeniera. Desarrollar una comprensin intuitiva del contenido de la materia al re-

sallar la fsica y los argumentos fsicos.

Se supone que los estudiantes han completado sus cursos de fsica bsica y clculo. Resulta conveniente completar los primeros cursos de tennodin-mica, mecnica de nuidos y ecuaciones diferenciales antes de abordar la transferencia de calor. Segn se necesita, se presentan y repasan los conceptos pertinentes de estos temas.

En la prctica de la ingeniera, cierta comprensin de los mecanismos de transferencia de caJor se est volviendo cada vez ms importante ya que sta desempea un papel crucial en el diseo de vehculos. plantas generadoras de energa. refrigeradores, aparalos electrnicos, edificios y puentes, entre otras cosas. Incluso un chef necesita tener cierta comprensin intuitiva del mecanis-mo de la transferencia de calor para cocinar los alimentos "correctamente", ajustando la rapidez de esa transferencia. Se puede no estar conscientes de ello, pero siempre usamos los principios de la transferencia de calor al buscar la comodidad tnruca. Aislamos nuestros cuerpos al ponemos abrigos gruesos en invierno y minimizamos la ganancia de calor por radiacin al pennanecer en lugares sombreados en el verano. Aceleramos el enfriamiento de los ali-mentos calientes al soplar sobre ellos y nos mantenemos calientes en el tiempo fro al arrimarnos unos a los otros, minimizando de esta manera el rea superficial expuesta. Es decir, siempre aplicamos la transferencia de calor. nos demos cuenta o no de e llo.

ENFOQUE GENERAL Este libro es el resultado de un intento por contar con un libro de texto para un curso sobre transferencia de caJor, con orientacin prctica, dirigido a los estu-diantes de ingeniera. En el texto se abarcan los temas estndares de la transfe-rencia de calor, resaltando la fsica y las aplicaciones en el mundo real y quitndole importancia al mismo tiempo a los complicados aspectos matemti-cos que son tan intimidantes. Este enfoque est ms alineado con la intuicin de los estudiantes y hace que el aprendizaje del contenido de la materia sea mucho ms fcil.

La filosofa que contribuy a la clida recepcin de la primera edicin de este libro ha pennanecido inalterada. La meta a lo largo de todo este proyecto ha sido ofrecer un libro de texto para ingeniera que

u PREFACIO

Hable directamente a las menles de los ingenieros del manana de una manera sencilla y . . fin embargo, precisa.

Aliente el pensamiento creativo y el desarrollo de una comprensi611 m~' profunda del contenido de la rnaleria.

Sea ledo por los estudiantes con inters y entusiasmo. en lugar de ser usado slo como unu ayuda para resolver problemas.

Se ha hecho un esfuerlO especial por atraer la curiosidad natural de los lectores y ayudar a los estudiantes a exarninar las diversas facetas de la excitante rea de aplicacin de la transferencia de calor. La respuesta entusiasta que recibimos de parte de los usuanos de la primera edicin en todo el mundo indica que nuestros objetivos se han alcanzado en gran pane.

Los ingenieros de ayer consuman una parte importante de su tiempo susli-wycndo valores en las frmulas y obteniendo resultados numricos. Sin em-bargo, en la actualidad, la manipulacin de las fnnulas y la masticacin de los nmeros se les est dejando a las computadoras. El ingeniero del maana tendr que contar con una comprensin clara y una captacin firme de los principios bsicos, de modo que pueda entender incluso los "")roblemas ms complejos, for-mularIos e interpretar los resultados. Se ha hecho un esfucrLO consciente para hacer hincapi en estos principios bsicos, dando al mismo tiempo a los estu-diantes un panorama de cmo se usan las herrami.entas modernas en la prctica de la ingeniera.

LO NUEVO EN ESTA EDICiN Se conservaron todas las caractersticas bsicas de la edicin anterior al mismo tiempo que se agregan nuevas. El cuerpo principal del texto pennanece en gran parte inalterado. excepto que se ampli la cobertura de la conveccin forzada a tres captulos y la cobertura de la mdiacin, a dos. Los tres captulos de aplica-ciones se eliminaron para mantener el libro en un tamao razonable. A continua-cin, se resaltan los cambios ms significativos en esta edicin.

COBERTURA AMPLIADA DE LA CONVECCION La conveccin forada ahora se aborda en tres captulos, en lugar de uno. En el captulo 6 se presentan los conceptos bsicos de la conveccin y los aspectos tericos. En el captulo 7 se trata el anl isis prcLico de la conveccin externa, en tanto que en el 8 se tratan los aspectos prcticos de la conveccin interna. Para obtener ms detalles, vase la seccin Cambios y reorg.miL,aci6n del con-tenido.

CAPITULO ADICIONAL SOBRE RAOIACION La radiacin ahora abarca dos captulos, en lugar de uno. Los conceptos bsicos asociados con la radiacin trmica, incluyendo la intensidad de la radiacin y las cantidades espectrales, se analizan en el captulo 11. Los factores de visin y el intercambio de radiacin entre superficies a travs de medios panicipantes y no participantes se explican en el captulo 12. Para obtener ms detalles. vase la seccin Cambios y reorganizacin del contenido.

TEMAS DE INTERtS ESPECIAL La mayor parte de los caplulos ahora contiene una nueva seccin opcional de fin de capitulo llamada "Tema de inters especial", en donde se discuten apuca-ciones interesantes de la transferencia de calor. Algunas secciones existentes, como Un breve repaso de las ecuaciones diferenciales, en el captulo 2, y COII-trol del error lIumrico, del capwlo 5. se movieron hacia estas secciones como temas de inters especial. Algunas secciones de los caplulos eliminados. como la Refrigeraci6n y cOllgelaci6n de alimenrlJ:), Ganancia de al/or solar a travs de I'emanas y Tmn.iferencia de calor a ravs de paredes y techos se movieron

hacia los captulos pertinentes como temas especiales. La mayor parte de los temas seleccionados para estas secciones proporcionan aplicaciones en el mundo reaJ de la transferencia de calor, pero se pueden ignorar si se desea, sin prdida de continuidad.

PROBLEMAS DETALLADOS CON ESTUDIOS PARAMtTRICOS Una caracters6ca distintiva de esta edicin es la incorporacin de alrededor de 130 problemas detallados que requieren la conduccin de extensos estudios paramtricos, usando el software de EES (Solucionador de ecuaciones de inge--niera) que acompaa a este libro (u otro apropiado). Se pide a los estudiantes que estudien los efectos de ciertas vanables de los problemas sobre algunas can-tidades de inters, trazar grficas con los resultados y extraer conclusiones de los resultados obtenidos. Estos problemas se designan mediante iconos de EES para computadora y CD de EES, para reconocerlos con facilidad, y se pueden ignorar si se desea. Las soluciones de estos problemas se dan en el Manual de soluciones del profesor.

CAMBIOS Y REORGANIZACION DEL CONTENIOO Con la excepcin de los cambios ya mencionados, el cuerpo principaJ del texto permanece en gran parte inaJterado. Esta ed.icin comprende ms de 500 proble-mas nuevos o revisados. Los cambios que vale la pena hacer notar en los di-versos captulos se resumen enseguida para quienes estn familiarizados con la edicin anterior.

En el captulo I se agrega el Balance superficial de energfa a la seccin 1-4. En una nueva seccin se presenta una Tcnica de resolucin de problemas, se discuten los paquetes de software para ingeniera y se dan visiones generales del EES y de las HIT (Herramientas de transferencia de calor). En este captulo, el tema de inters especial, que es opcional, es la Comodidad trmica. En el captulo 2 la seccin Un breve repaso de las ecuaciOl1es diferel1 -ciales se llev al final del captulo como el tema de inters especial. En el captulo 3, Conduccin de calor en estado estable, el tema de in-ters especial (opcional) es Transferencia de calor a travs de paredes y techos. El captulo 4 permanece en su mayor parte inaJterado. El lema de inters especial es Refrigeracin y congelacin de alimentos. En el capftulo 5 se eliminaron la seccin Mtodos de resolucin para siSTemas de ecuaciones algebraica ... y los programas FORTRAN del margen, y la seccin Control del error numrico se design como el tema de inters especial. El captulo 6, Conveccin forzada, se presenta ahora en tres captulos: captulo 6, Fundamentos de la conveccin, en donde se abordan los con-ceptos bsicos de la conveccin y las ecuaciones fundamentales de sta, tambin se desarrollan relaciones (como las ecuaciones diferenciales de la cantidad de movimienlo y de la energa, y la analoga de Reynolds); captulo 7, Conveccin exTerna forzada, en donde se discuten la re-sistencia al movimiento y la transferencia de caJor para el flujo sobre su-perficies, incluido el flujo sobre bancos de tubos, y el caprulo 8, Conveccin imemaforzada en donde se presentan la cada de presin y la transferencia de calor para el flujo en tubos. Al captulo 7 se le agreg Reduccin de la transferencia de calor a Travs de superficies: ais-lamiemo tmlico como el tema de inters especial.

un PREfACIO

El captulo 7 (ahora captulo 9), Conveccin natural, se reescribi por completo. El nmero de Grashof se deduce a partir de un balance del momenlcm en un elemento diferencial de volumen, se actualizaron al-gunas relaciones del nmero de Nusselt (en especial. aquellas para cu biertas rectangulares) y se ampli la seccin Conveccin natural de.fde superficies con alelas y PCB para incluir la transferencia de calor desde PCS. En este captulo, el lema de inters especiaJ (opcional) es Trans-ferencia de calor a travs de ventanas.

El captulo 8 (ahora captulo 10). Ebuffici' y condensacin. pennanece en gran parte inalterado. En este captulo. el tema de inters especial es Tubos de calor.

El captulo 9 se dividi en dos captulos: captulo 11 , Fundamemos de la radiaci6n trmica, en donde se introducen los conceptos bsicos asocia-dos con la radiacin trmica, incluidas la intensidad de la radiacin y las cantidades espectrales, y el captulo 12, Transferencia de calor por ra-diacin . en donde se discuten los factores de visin y el intercambio de radiacin entre superficies a travs de medios participantes y no panici-pantes. El tema de inters especial es Ganancia de calor solar a travs de las I'entonas. en el captulo 11, y Transferencia de calor desde el cuerpo humano. en el captulo 12.

No hay cambios significativos en el captulo restante de lntercam-biadores de calor.

En los apndices. los vaJores de las constantes fsicas estn actualizados: se agregaron nuevas tablas para las propiedades del amoniaco saturado. el refrigerante 134a y el propano, y se reemplazaron las tablas sobre las propiedades del aire, gases y lquidos (incluidos metales lquidos) por las obtenidas utilizando el EES. Por lo tanto. los valores de las propiedades en las tablas para el aire. otros gases ideales. el amoniaco. el refrigerante 134a. el propano y Hquidos. son idnticas a las obtenidas a partir del EES.

HERRAMIENTAS DE APRENDIZAJE tNFASIS SOBRE LA FislCA Una caracterstica distintiva de este libro es su nfasis sobre los aspectos ffsi -cos del contenido de la maleria. en lugar de las representaciones y manipula-ciones matemticas. El autor cree que en la educacin a nivel licenciatura se le debe dar nfasis al desarrollo de IIn sentido del mecanismo fsico !>'Ubya-ceme y al dominio de la resolucin de problemas prcticos que es probable que el ingeniero encare en el mundo real. El desarrollo de una comprensin intuitiva tambin debe hacer que el curso sea una experiencia ms motivadora y que valga la pena para los estudiantes.

USO EFECTIVO DE LA ASOCIACIN Una mente observadora no debe tener dificultad para comprender las ciencias relacionadas con la ingeniera. Despus de todo, los principios de las cien-cias aplicados a la ingeniera se basan en nuestras experiencias cotidianas y en observaciones experimentales. A todo lo largo de este texto. se usa un en-foque ms fsico e intuitivo. Con frecuencia se trazan paralelas entre el con-tenido de la materia y las experiencias cotidianas de los estudiantes. de modo que puedan relacionar ese contenido con lo que ya saben. El proceso de coci-nar. por ejemplo. sirve como un vehculo excelente para demostrar los princi-pios bsicos de la transferencia de calor.

AUTOAPRENDlZAJE El material del texto se presenta en un nivel que un estudiante promedio pueda seguir de manera cmoda. Habla a los estudiantes, no sobre los estudiantes. De hecho es llufodidacla. Puesto que los principios de las ciencias se apoyan en ob-servaciones experimentales. las deducciones en este texto se basan en argumen-tos fsicos y, por tanto, son fciles de seguir y de entender.

AMPLIO USO OEL DIBUJO Las figuras son herramientas importantes en el aprendizaje que ayudan a los es-tudiantes a "fonnarse una imagen". En el texto se hace un uso efectivo de las grficas. Contiene ms figuras e ilustraciones que cualquier otro libro de esta categora. Las figuras atracn la atencin y estimulan la curiosidad y el inters. Algunas de las ilustraciones de este texto estn dirigidas a servir como medio para hacer resaltar algunos conceptos clave que, de lo contrario, pasarlan nad-venidos; aJgunas sirven como resmenes de los prrafos.

INTRODUCCiN Y RESMENES DE lOS CAP[TUlOS Cada captulo se inicia con un panorama general del material que se aborda y su relacin con los dems captulos. AJ finaJ de cada captulo se incluye un re-sumen para contar con un repaso rpido de los conceptos bsicos y [as rela-ciones imIXn1antes.

NUMEROSOS EJEMPLOS RESUELTOS Cada captulo contiene varios ejemplos completamente resueltos que aclaran el materiaJ e ilustran el uso de los principios bsicos. En la resolucin de los pro-blemas de ejemplo se aplica un procedimiento intuiTivo y sisTenutico, JXlniendo atencin panicular en el uso apropiado de las unidades.

UNA GRAN CANTIDAD DE PROBLEMAS DEL MUNDO REAL Al FINAL DEL CAPITULO Los problemas al final del captulo se agrupan en temas especficos, en el orden en que se revisaron, para hacer que la seleccin del problema sea ms fcil, tanto para los profesores como para los estudiantes. Dentro de cada gruJXl, los problemas empiezan con preguntas sobre conceptos, sealados mediante una ''C'', para verificar el nivel de comprensin de los estudiantes de los conceptos bsicos. Los problemas bajo el ttulo de Problemas de repaso son de naturaleza ms detallada y no estn ligados en forma directa con alguna seccin especfica del caprulo. Los problemas bajo el ttulo de Problenu;s de deiio y ensayo es-tn dirigidos a alentar a los estudiantes a realizar juicios de ingeniera, conducir un examen independiente de temas de inters y comunicar sus hallazgos de manera profesional. En todos los captulos se incorporan varios problemas rela-cionados con a

... PREFACIO

cedimienlo tambin se usa en foona coherente en las soluciones presentadas en el Manual de soluciones del profesor.

UNA SELECCIN SLO DE UNIDADES SI, O BIEN, DE UNIDADES SI E INGLESAS Como reconocimiento del hecho de que todava se utilian con amplitud las unidades inglesas en algunas industrias. en este texto se llsan lanlO las unidades SI como las inglesas. con un nfasis en el SI. El material de este texto se puede manejar usando umdades SVinglesas combinadas u slu unidades SI, depen-diendo de la preferencia del profesor. Las labias y diagramas de propiedades de los apndices se presentan en los dos tipos de unidades. excepto la.~ que com-prenden cantidades adimensionales. Pam reconocerlos con facilidad, los pro-blemas. las tablas y los diagramas en unidades inglesas se designan mediante una .. ,," despus del nmero y pueden ser ignorados con facilidad JX1r los usua-rios del SI.

fACTORES DE CONVERSIN Para facilitar la consulta. en las pginas interiores de la cubierta se da una lista de los factores de conversin y de las constantes fsicas de uso ms frecuente .

SUPLEMENTOS Se cuenta con estos suplementos para quienes adopten el libro.

MANUAL COSMOS DE SOLUCIONES Disponible slo para los profcsores.

Las !lolucioncs detalladas de lodos los problemas dell

jan-.: panI "ruchos ,dn~ Onlll.u labias dd aill:. ya que son tu""iorotS p o:,.>e ha sido ~uenda con anlCnondaJ.

HERRAMIENTAS DE TRANSfERENCIA DE CALOR (HTT) Un ,"'ware d,:;a>, ,'r/IICO$ y elogio< de '!SlOI< cv.lllIIIi1 __

Sai C. La, uo,,,,,,",,,,,. -,,",, ~

.... PR Ef4l:IO

.'". "IJr 0-' Ii ~)'ud..J" '1" J , .. "r. ~ li4I,cJ de: ~'(, Inl,' 11111 ' bi"" 11 L. ,u~w""P lc>xr a as.d ('O,'" que l1li: fJR'V,'I,-IODm>II " ". ~fr.n I fJ11L1lu 'ul ",',tI leo. J1t .. ~' '~\i , Por ill{ rnu_ mr.' IJI nr r 1111 aJlfedo 1m ~ p' z.:.... ~' mil tU I~" puf 11' I>""-'CD' C0"'P""">"'.~ ~ ipt')I\' ronLJ ... 1'11 d\l 1.1 (' J.... p N u;1 ti "te"t'

VII ~. ~I 11

D. e ( c.. c. c" r., {,

(

!.."'t.lP JO o,. n

J r. J F" 10 .. ,1.'._ R ti

l

"

" (1 , 1\

~ ~. ,p j, /",

"

l' r',

" ".

".

n i . N(}~ENClATURA

Irl um rk, I \1 v..lncilt ,1M

\'t~'"1 dJ..J IJ J I 1, "'" \~lu ... ~ 1 de l. c,,", ' nt, 11" mi t-- r.IL'd,(. lI~ I "'IU

r n .. :l , k \\.' rn.:e'DII mul. ,

.,". id ad r l,tU_,1 "'~LI ltr lll Afr.tI1I'I\ll~ t, l~

1',1.

'"'1'-,-11 .. .,

,

CO CEPTOS B SICOS DE LA TR SFERE elA DE CALOR

.... 11 ...,.]'" ' nle rr~ d l. j'IIJA ,r rI, .,." fr",l1CI~ ti. n lnr mook111 ne ~""'1Ua r-a x:.- un pro

_1,. r ' _' p .. --_ ............

~'=:-:':------~ .. _ ... -

--~ ". ,

1 \ URMOOlNMICA y TMNSFtRlNCLA D[ CAlOR

(oo_ ...................... ____ h_ .. _ ... __ .. _. __ 5 _ ........... , S 2 ...

"' .... r"" ........ , .. porll. ' & " ...... '1~ ... _,,----.......... "...., .. ''''' ' .... _'"_ .. .. ,.,1 .... __ _ "'''O' _. __ .... ho.o ....................... ", .... _ . _~ .... _,.-..' .......... '_ .. Io"_ ...... .

1;1""'" ", .... ~ ro< "' __ .. ~ .w lo ............ ... .. _.~ ... _.,,"' ...... ' ...... -.......... _-.. "_.Io_ ..... _ .. _'_"' ... ~_._._,, ___ "" .... _.y. , ......... .. "'_ .. .,. __ .... """ '_.1_"' .... _" ....... __ .. _ ""_ ... ~._" "'~ 50"_ ,' ... "'.dr," .. -.P"-~,, ._ ... _ ....... _ .. ""-_ ... "'-_ .... -... , .. , ...... "' .. "., ' .. _ .. .-, .. ,...."'.-.... .. ..--.......... '_b' .. _, ... , .. : "_ . "",,_,,, "' __ U"'_ ....... _ .......... __ _ _ ....... _ ...... _ bo ..... _ ..... , I , _ .. """,

.. __ ""' .. 11 ... " ..... 10 _. """ .Apeo I ,. "-

.. ---..... ------.,-----." ......... _* .... ' .............. __ .... , .. "' ..... ,_.~_ .. ___ l_ .. '5& .... __ _ ......... "'._ ...... __ U"' __ .. _ ..... _ .... _.. .,.. lo _..."

1'1,...., .... _ r ...... --.1..-.. ......... .. l" ...... _"I'-_00 .. "_---~_ ...... _._" ..... __ .." ____ ............ _r

' .. "., .. r _."

,--

. "."",,,, .. '" 'L~

p , ' ..... 10., m W ...... ,.. ..... _' 5 dd_oIo''''_'' _"' __ "" O' "r-.. .... __ ........ ro ..... ~ '"' ... '", ... _......" ... --....... ~""" .. ,._._-""_ o-. ""'"" ___ ....... ___ , __ ro< -. P"-.... _,,0/ ,. E1 ___ ......... ,,""" 10-.", ..... _ _ tl_ ,.-.... _'-"

....... , ,_." 0'"" .. ' ..... , '''L''_'''_.r. __

....... ,-_ ... _' .. ~ ...... _ ...... _.~~'"'"' __ ...... _., ........ ~_ .... _._ s. ........ , .. r., .... F_._._.....-, .. .--- .. _, .. - . ,' ... , .... _.-.-.... " ... ,_ ... ... " __ dp.d.. .... ' ,'"-.... _._ ... ......-.,..""' ....... < ._ ............ ~... ""~ al '_ ..... ,"'_ ... _--.. ...... --... , "","."'p''''' ...... "', ... " , .. ""' ... _."'~ ....

._- .... _-, .. ""._--.. ___ ... ,.,' _"oL'" " .. __

.... _-----,. .. , , ._---~ __ -._r_ ............. l. ___ ... _ ,.. , _""_0-"_T.- .. _ ...... __ ............ ," "

... _ . .-..... , ... __ ",. ..... ' .. " ....... "'m.' .... ""

..-_ ............. _ ..... _,-_ ..... .... ... 50 .. _--" __.w. ,,,- ," ..... _., ........ ' .,... __ 1 __ ,. O "'" .. O ... -",,"

~ M_ .... po too. .... ""~ .. ,.-. M ,.,.. ,. --. .... _ + .. _,.1 .... , .... _ ................ ' " .... ""*" _ .. M __ .. 0 __ '-' t.._""..". .. ..._~f_._._ .. _, "oio _ ..... _

1, .. ,_ """'" ....... d """"". __ """"' ... !IO .... loo ..... ,'"' ...... _ ........ _ 1,0 ... ,.. ................ ' _ .. ~_ ,_ .... _,... ....... _torio t .., ..... " , .. ,.,... ........... 1001 ___ 0.-100 _ .... ...-.,. .. __ ,lo 1,0.-.,,,_.. ___ ... __ ... __ .... ,1>-_ . ' _ '0 . _ ' .. ' __ "' ____ _ _ ... _ .... _dd_ ... __ .. '_ .. ,,;. _"' .. u._ ... ...-~o_". .. , ", .. -"_," , .. ,un:.' .0_ .... ,,_

"" .. _,........ ..-' O , d .... _"'" ,...,..,..,. .. __ ,,= -...... ,.. .. ,',&" .,,,, f~_ r.,,"'Io_-.o.., ... _ .. . _, " ..... Ioddl"'-. .. " . t .... ". ~ " "", ... _~ __ ... """'_" ..... , .... " ... ...,r...IoO_ ... , ' ......... M)Iooo '._ .... -Slo _ ..... po!. J-"_' , _~""",Fa~_ ... " ___ .... Iooft __ 110,... .. _... o.- "'-.Jo. 110,."""" _ ... lo .-, ..... _ , " 10' , , ".10 _fJlo _, ........... ........... ..... ,..,."' ......... ~or __ 1.6,

Calores npecflicos d. rans, Ifquidos y slido, b.-blt .... ., ~''''_.qo< .. ... _ ckf .... _ .. p~ ... , , o .. '""""'

", ,

_ ..

-,. Lo _"'''-'''P " '" .-p.-- " ' ...... ......

-"" .... ~_ .. -.... '" ,-""... , ..... , ...... ..

""""""~ ... ~_ nu,.

- " fl, __ ,~",,"_ '" """"",.,._ ... , , _ ... -_ .. -..... __ ...

.... ~"'-"-,r",,

, -,. . ",--,,,_._-,, . _, .. ~---

r.'( .... , .. __ ... - "

_ S I~

-~,

_._ 7 r. ___ ",' _ ._=~~~ .. _ .... _'" ' ..... - ---_ . .... ---_ ..... - ...... ~ ..... -,_ ... " -.. '" .. _ .. ..,. _.""e -c.-"

, ... __ ..... _ : p~ .... _ .. UAo:"'l-.U"< ~ .... ,.............. __ ~ .. _no",-, ~".""

_",~' .. " _ ... __ ... ~.IIA_.

- I U'" 't _, "\ ... , ..... ~ ..... f",-",-Ioo"""'. L ' ... . .. 7 . ..... ' $ ..... _

J",P;? _10 __ ' .. _ ..... ' .. ... .. .... ,_ .... .., " .... ".' ., .. '" .... )'0,.. . -_ ... __ .. ...,_ .. ,,_ .. ,..-, . ..... _------', ' .... ; _. '-. 5 -. ..... "' __ .... _ ........

_ ......... _ ....... 100_. , . _ ..

_ .. __ '_m: ............ ,_d ..... _ .. '-O'.",., ____ "" __ 100_ .. ,..."-__ ",,

Transferencia de la enef,ra l.o ................. __ -. .... __ ._ ..... ,.. ...... .... ""'" ... .-.. 1> _ .. l_I_" i" , .............. rl<

--~ .. _ ..... ' ... _"',_' _ ....... """""'" .......... T __ ,.-_ ..... ____ _ .. ' ..... ""'" _ """'" loo _ ..... 1 ._ ...... _ ......... __ ~. "''''_ u._ ... b, ... p" .... ,O" ............. u_,..._ ) "' ......... ~ b_ .. _JO,," ,,' od~" ~ . 7"'" ~!~ -..ooH rl< _ ..... , ... _ ........... ,_) .. "" .. "' ... " ....... , < ....... ~ .... _' ...... IoOon.' ..... _ .......... . ..... .....,.. ... __ * 'O"" __ ....", ~ ................ _... ,_,'O .. lo _-...- ..... __ .. ...,.,tlt,_ ............ _) la,,,",,", _._ .. _ ....... -... ___ , .. _... l' .,,"'oIor _~ ___ .. _

""

, .-

, .

~. ,.

,.' -'''!-.-" IC,*", 1,"

"........................ .-~ .... --'"" ... _,_ ....... ... _ .......... ~-Q" ....... " -----...... .

:::.:.: .. ~~;::::::::::,::: :;:::.,::: :: _ " ........ ...-'"_'11'

., ... " .

.._A ... ' ......... '_._ lA. , ... '_ ... ... _ ........... .,..... .. ft.." - '" ~"" '1

-~ o!, ... _.w , ~ -,-

, , _. ... --, -- ~ . ~ ._ ...... -

,.~ , .

1-4 PRIMERA LEY OE LA TERMOOlN.lMICA l~ ""'''' ''' '''''' ' . f ' ... _...,.,.-.. ... ,_,~ .......... __ ,,_ '" lo ._ .,-..".. ... lo ,."." "",..,.., ,.,..,...", ._, .... ,_, ' ",_ ".10 __ .. "",,,,,,,,

~ -.. "" , __ -... ,.-.. ........ I'l '""" ... '" ","_ .. " .....

:: ...... ,:.,~~..",. ..... __ ... _"._ ... ,'

----_ .. ~ .... " --_ .. _ . .-

l

,-

'---

-

~I_-_. --' .. -

" ,

a.lJllte de enetJla para ~lSlelJl.lS UfQC!OI (JUU fi~)

,,' ..

l"'~ ___ __ "" (~ __ ~,. ...... ,..

_ .... \0.. _ .. _ ... -." , ... __

_ 1' ( ................ ,...... L 0"_ 7 _,. ..... , , , .... .-.... 0_ .. __ .. ' ",1..0 _ _ lo.' __ "' ___ '

o"

.. _..,"_"_ .... __ .. ~. -..... _-

.. ___ " ... ' 7 ..... _ .... , . _ ~,

""' ... E r_.'_ ............ : l. ' ............ ,_ -' .-... _._ .... . *" ..... "'-- ... _.-,.. .. __ .. _ ...... 1

_ ... _o_Ol_ .. _ .. __ """n..,. .... ..-. ____ .......... _ ... _ .. ,,"A,. __ G_ lo' ' ........ . n"" ....... EI_*_._* .. _ .... _ .. , .-. ... - p'>; .... . ........ ,. ..... -, .......... """'~."'- W,_"_ . mfo"' .. -* .. -..010.-. ........ _"'" ____ ....

.. ' .. ___ ..... " . .. fc.-_,, __ """ .. ,...,"' .. - ......... ~....., .. -" , ,,'''' ..... , .. _., ... .. , , , . __ .. _ ..... ,,-.s. ....... ~,) n""" .. _.., .. _ ... _ ... ,.. , - _. " .............. -,""", P"" , n , ... """"Oo *' I7ojo -. .. ...-~ 1 ..... " " ,. __ " nF ...... ___ ..... ,.~_ ....... h.lo .....

f *...,.. roFC._,.'_ ...... *"' .......... ~", .. .. _._ .. _"_~(ftpo' f"

.. - ,, ~ . .,., ",., __ ..... " .'~"~'oIeI_l' .. l. -.. ....... _ ....... _ .... ' ..... ,.",) ....... _ .... _ ... ,,_.~ .. ,_. -. , ... _--n.y. ... -_.""' .. "_.,-.... __ " .. _V ... " ..... .-.,

. . .-..

-.... _ .. _ ..... - ........... _, ... "",-_, , .. ,..,. . .. =0-.0> .... , ... _ .... "" .. __ .... l"' .... -.. ,...._ ....... 110-,... ....

1Il'lICe superficial de ... ertla ~ ..... '" ..... , ........ " ..... """' .. ..-................. _ ... wt --.... , ' .. ,_o6o~ .......... , ..... _ .. "..._ "'_ioo. __ ,,_._,, __ .""'I'u.-.,., ,7 .. ... 7 ....... Io~ __ .... _ ... _.,.. ..... _

.. \ ...... , ...... , .... """ .. frto*',,_,coo(...,. .. ..-

........... .., ! 7 ., __ ~,._.-_ ... _ .. _0I __

.*",-." . ..,. .. _, ... ,,__"""')_ .. """';7 7 01 7 .=.""..,1IIa .... -.-.1o. 7 tic". Il00-,,_,,,,,, 'oc , __ ),p;oa_o , , -.-.

...... __ ~ ... ___ .... _ ... Ikti< .. _

'0 "'-'-'" ". _"...-(zn< _ _ .... _. __ ...... G ...... __ ' f .. 01 _ ......... _-' "" .. , .. ,...,,,_--..._,,"-..1 .. _

"0.

,,-*-.., ... _ .. -_~_""'""",oI_,

.... , .. _-~ .......... ._ ... .., _. ,,-

.... "" ... _--

._, , . h"_o_,,,,~~

............. "" ,-......... .......... ......... '~-" .. -

.._~,.,._o . , .... ..., .. ... __ .... -....... ,,~-

..n ......... ,o._ .. _ .. -

or

~ .... "

,

o

fJI,IJU ,.,1

"-,.,,.

.. -

-

o.

7 = ___ ._ .. ~...-. ..

.. _.~_._ ,--

- , " , .. _ .... ~ ....... '-,

....... _ .. __ ... "_..-, ._ ....

,

... " .. .. ,.,.,. ."" ~ ..... _ .. " _.

...... .. ..

.. ,.. .. -... _ ... -, ....

-

' ..... , ......... --- ..

" . '-;,,;.,", _ . .. 0

,_'-'- .. ~t "

.. -

,-_ ~''''''' Io"_ ,,, _ .......... ~_ .. .. _ .. ,. ~_ .... , ... "" ..... ~ ..... -...... -_. >"-'" , ... __ ..... __ .. .,._ ..... _.. __

5 ' .. ,

.. _ ..... -

._-

".-::e" ~ ...... .. -,

. " ....

. ~

-.

,

" '-" ,,_ .. ~*-_ .. < ' u._ ._ ........ _, ., .....

__ ,..,.. _. 'n' _ _ ... ,- -, .... _-

.. -_ .... _ ..... ~ .. -.... -_ 7'" _ ...... .. ,-

.. -"'

1-5 MECANISMOS DE mAHSfERENCIA DE CALOR ..... _. , .. .-.. -_ .. _ . .,..... .... -

, ...... _.---... ' ...... , ..... ~ ........ . .... __ d , ... _, ...... ,_ ... __ ".,_

... ,,_ ... _,...- ......... , .. _ ...... ' .. """'~.,"- , . .. _._ .. " .. --"" ............... "",--,,--._,.~ .. _...,." ...... Lo_ ............ _. _,~ .. , .. "" ..... .,o_' ... _ ... """ ...... _ ........... ... . .... _ .... '" ...... , ....... '_.....-' ... .. -_ .... _." ..... '"

fI .-.. """" _*"' ..... -.. """.'0 . '. lo _ .. __ .--., ... _* .. h ..... " ... 4 ..........

__ ' .. 4' __ " ....... _' ... " , .................. _ ..... " ......... -__ ,""_*~_ .... [o),.., e ' l' LL""

.. - _ .. _""' ..

1~ .. CONDUCCI(iN l~ ,160" ... .. ............. ",_, ' _'.0"_. ___ "" ..... """"'-._, 'a-__ , __ ,.,.

'_i"""_ 1 .... -. __ , ..... _ ..... ". ,,,.,, 5 ~ .. " ..... ....,.1",_ .... _ .... ,

f

..

'''URO ,.,' < .. ' ,"' .. ,_ ......... ....

--_ .......... ~, .-.

. , .... ~ .. ,,~. ,.

.. ,- ""'''' .. "" oQu'" n ",-_"_*,,,, .. , .. , ................ _-

....... -... " ' ' ..... _ ..

_'.10 .............. "";'_"", 00''''' ... _ .. _ ... -_ .... ,;6 .' ..... ,,' .. __ , .. _ .. ___ ... _ ....... 7 ~--. ""

~, ,' ,....... ""1""-- ' ...... _-_ .... .... __ .. L ..... : . _ ' , .... __ .. "_P"'-lo" " ____ .... 10 ' ..... _ I>/Jodol"""' .. _

, .

-,

._ .

.. ,Oo ... .. .

. _. se'

COIIductrlldM jrr.iu ...... __ ... ., . ... $ __ .. _er , ........ _ ... ', 5 '.' ___ '-, ___ ."' .......... ,,,,_' ' _ 5 ..... ; j' (5, _ """- ,'(", ,..d_, ' .. u U4,. " _ .. _ ... _ 1" -_. ___ .. _____ 10 __ .-,. ...... _ .... _._' ... __ 10" ' ._ -., ... -..-..... __ ..... -.... .... ..-..-

..... ..-. 0 ....... ,. '

I .... ..... ."

-,,- -." """"." ... _.

~ .. -,. ._. .~ _.

'"

-

.r, ' ~

'" "', ..... '"

'- lO"" .~" ,. . '",- ." ~. 0.'2

-'" " ." .- 0.11 -

,-.. .-.. __ .. 10_,.. ......... '. ' ........... _ ... ___ .. "iOoI'L,_,-.. .. __ .. .-."_",,e_ ... _ ... _ ............ __ .... ,10 __ ... L . _ ', ..... "._.I_ .... ' .. ~_p ..... " ' .. ' ..... _ ........... , ........ __ ... ' .... -----', .. -_,._ ... ",0..:1 ...... '1

..

." .. ". "" .. ~

. --t -, __ ... ~'-' '" "'" ._ .................... -_ ~",0'''"_.,,~

_"''"'0_ '" ;" .' "''''--

. ,.,.,

--

.. "'" . ~. ..

- " _.

,\"Cu. .... ,o., " ~. ., ...... '~ 'H

-.o...,.,...oJ ""'" c... ,," . ,

"

l .. ,"_" ,_ t ... '*' .... '"'

-

.'" ,..., ~ 'P"w'h" , , ~. "' ... ~ .. .ro ., ", ~ ,u

"' * "'

,,,,

~ "' ," ~ '"

,11

- * ".

ncuu ,.,. _ ...... ~-".""" _ .. .. ,..-_-~,-".~ _ ................. .., ""

"''0' .. "'~ __ "' ... ~"'

lo'. " .. __ ' . .... ;: , .. .. _"' ...... _ .. _____ ..__ .... -. .... ,"' 1'- ..... _ -~" --_.. .... __ ...... ,." .... ,..-"J~"-""'" " .. loo, ....... . .. d_ ..... 'u' .. .. __ ... '_ .. _ """ ""

, .. ,_ ", .. oIocR,_ .. , ' .' .. ............ __ , S ..... _"... .. _"""' .... ", ""..,~Oi._ _ , " ,.., ....... 0-.. , '=_ _ __ .... ,=. _ .. [=-... .-.... ' .... ", *,oI " 'r"_''''' S S' lo, .. b .. dr.''''" .. " .... _ ....... , .......... ,_

" ............. "'_,....... .... r ....

Iifu$lvilbd Itr.-ic. B,.., .. "'~_ .. _ ......... .. ... ,' ... '," ..... ~_. -"'-''''-9 ' b' , 'P . . ........... "-.. _

S (~..- .. " ' '' ' ,r .... "", ,,,", .. _Io , ..... "' ... ... _ .. _ ..... , '"' -. ,Io ___ dt_

.., .. __ p('," ''f"'"'''' FE H d , o' _ .. ,...... _._ .. _ ' S '"'' "C~.:c. ...... ,.

Oon .. , " .. ... _ ............ .. _.... ... ... _ .. ' .... _~"'"" .... .. ' li S '1/0 ...... 1 ...... ",." _ -.-.. .. ""_., ... "", .. --"") ....... ..-

~"

r...,._,~..!.

r , r

I1p lit -

I I

U!MPHJ 1-1

e

e , .. mOl' Ire -1 SI In III~I S I l!1~$.iI$

-1~' 1 IlIi 111., llh 1111

. ' ~J . ....

1... J 1121+ 11 h l 11 1I

,1

'iP ,-- lrenp.

1 "'1,'n r ' 2:! .! 1.1 HhJ,lll 11' } ~ J :.J'h - - - -l. I ' 1 'T

" la ~I , 1-

" ti o ,

'" lritdal I

h '1' '111 t

1\ ... I 11

== 7~ 1I1~ I! KI ,. 11 1, OJIIIIIlI

1-7 ce VEccrN '11\ 'd" .. "j mlld" ,Ir lmn.k",nd do? tlot'jll. "" l'" I 'u "'J1I'rl,;", .t.

lJ .... ) d bquldn" 'l1d)' ce. O '1111: ~~IJift en Jll&wimio!n y COIDI:'I ..... lo. ... " Il''tI t: Inl n. IlJ" '=' I nmrtllH'h 11 " C"1 "'rll NIl,,"nrfl J l,"jJn. Fl1t1'r m. nIpod" . el l1JI>'\I imitc.lI .. dt un l1 ulllo_ m A)l>r '" b 1"","reftCla do ~aJ pul' . \. lr T'q 11111 ' in de \.'1.1.lt.u I("r f1l~l"'nlll:l1kl 111 . .,,'1) ~ n Ul l. lT~llI ' 1 ___ 1 &, C3 , CII~ 11 ' Ulll2 1,'le ' lIda), d m, ad} lle e- 1'

I

I

~_.

.-~- . , Fl,.. .0. I .. j ._-

fiGURA 131

,. . ,

V_,

"-~-,

T ...... f.".."", ...

..... po ...... * ~fcrcnfcmx .. de calor por COIIvca::in. T, es la Irmpc:ot .... de la superfi cie Y T. es 11 temp;.M .... del Ruido ...rne.~. akjMlo de aQ supe""", "'Ole """ en la fUpeOCIC' 1 empmll .... del fludo u ,paI. la del .." ..

El cocrocXDIt de uanofnmc .. de calor por COIIvca:1Ii .., es .... propoe-dMIdtl fluido El lIii ~que iedeeermolll ea (onnonpenmenlal y ao_ yo .olor deoeild:1 delltOO\'" iIIlCllIO del flll.o.. las .....,.....n ... de ~ Y la velocidad ..... , ""1 _. En 11 tibia I -~ .., dan .11om tlporo!o de "

AI,un()!. no coo"deran . 11 conveccin como un mccanL$mo fundamental de transfcrt'llCtI..,1 Calor)1 qooe. eo _ ... es c:ooducct60 de calor en pnl-oaoc .. de un mo\uruento de fluido. i'n'o IOdo.'" IOe'IltttI.u d.- Un ,oor,"", I CSie fenmeno CUI.,

lJE.fllf'tO ,., ".,ici60 lIel coehc, ... ' Ir.nle.nci. d. c.t,r por tonoecel'"

Un ........ ""' ~. 2 "' .... ,0 lcno "'.,....... al ........ -. ...

t;...- ""'>lO ",s..r~ .... un ulel'!I",...,!t pof , I~~ --. $e mottefl '. tof& ~ te ... ,o.n, la < ...... MI~ tlkttw:t~ .... pMl .... _. _'!~n"" .... 60 V , LS A, _ 1 ,""eUj)Ir1ocoe ertef'1Y dtI ...... br~ ~

~'K. S. "" _rnirta' e. co.t~1e dI:....--... di uIor pof c ..... .::cIro ...n oIlf11ba '. 2 U t.....slerenc: ... de UI" >Ot" -.oro. "--"i_ . ....... :". e ........ * .. ,.~ .... e.nd,e_ O$(oe __ ff""""~. 11 ....

~~.,. """""" di! c.IOr del -.ore ..... '1fI>'O. a la'..,.ou di! enotKKln .a ~ __ U ... ~tam .... 1o >Ot" ..... ""'f"'; es Q.- M,a, U CW ""Ido tU"qw..- l1a ... fe...-e ... C ..... " Ul O ,

r. _ ' 1"C

'" ~

fl6UItA 133 F ........... ponel 0J

F

I

I

" T"~"!"("~,. DI CAlOfO

~,-- ~ , __ ."r

-,." .. -, ... ' & , ) 1 ..........

La rwl.aciol del ru.rx>"'1"> I'OJI"'oema lo t:WIIItMtI_ *~_ ".... ." ,,,. .... iN" ..- ...,..rficor ~ ...., ~,." .. '" ~'P"f/fial

Em ..... ,dado)s do .,"'''''' ....,e .. alts . "'.

lII~iIIl tbII .............. Alum;nlO .nod,H tIrol mi,. mn ordt:n de....,..,nod Y DoruvidIod plOO,ledtode unatuperftCic: oc aIIISOde-'" igual. l u emi~ividad pron>td'o. LI velocidad. la clI.1 ..... sopeocie: ab50rbe la nLtilci6n .. determil\,l " wI" de Ifi""" 1-15)

Q_ 0-12_ (W) u n donde Q __ e:o la .docodad. l. cual la noo:h.Ia6n ,1tC!de lObn: la 1lUpcrfkic: Y ti es l .....uvidad de l. wperf""e Paro \al Jllpo:rf".det 0f"tCIS (O>() \TarI$JNI-

~). la I*IC' de la radllCln ,1tC~ O>() abIotbida ,.,.. la ... pe' ""'" le re_ "'-La d,fercftt .. en~ 1a.t",1oadados de la nLdieon ertbhda por la 1Uperllcic: Y la rad, ltC~ absorboda es l. InLn.(crencoa M/II de ubr por nod,xin..li.l&. veb:v!..! de ............. de la oo'ann ClIDI~orlLlt l.de en".it.n~R~ - --~ie,.a1 pnando CDCIl!(,o PQ( rWiacio .,., 10 t'OIItrano. OC dtce 1p! la luperfae euJ ~"';ntdo energla por radiacin En genenol. l. detemn. acin de la Ydo

-,,,,~~ _ SU perfICie de emsiv,dad I y 6rea , pperlklal A, q\IC se eBCl,lt .... _ .....,..,101 .. '" ab~ol~'1l T, es comp:l/JtM~M marrada por lIJlI. Su-~ ... __ bu may(II>01I..,. $i el .... _ ID" tes ~'c"" '~\">C

_ _ _ __ 10 __ _ '.'N>'flH ", .. 01 lALOk

" ___ , 7. ~ -. ~.

(' .....

- n , l'. """"

flQUItA. ' 38 ,0\.., eame'lIe 101> lrU en \UllllOdoo J>tt t,.m>Io. 11 trUI.fer ~ncia de calor okIocum: por ur lanIO, '!JI [1 1 1 p ........ !TM!'P"" ..... le ' d 'we.4.) , .... i r.,..w Mcoovenn SIn c""-zO.

-Un slio,lQ puoo~I(:"Up'''''''' "0 o",OO OU

lXJIPtll'IO C---. 111', _ " .. Mli ."'-1tIl 11ft ~t CQ!1 ~OW,) Doter

110 ' 1"liI:ItII do t'." ere .. \11 ~....,. __ ~. 11 el_ ''''*''' al .,...",,, __ 111 ........ '110 dt IIIUP1f1IC1e -...

I TRANSFERE~2IA DE CALOR

/ .::: I cm

FIGURA 1-40 F temperaturas especIficadas, para cuatro casos diferentes. Hiptesis 1 EXisten condiCIones estacionarlas de operacin. 2 No se tIenen co" mentes de convecCin natural en el aire entre las placas. 3 las superfIcies son negras y, por tanto, I l. Propiedades la conductiVIdad trm ica a la temperatura promedio de 250 K ~ k 0.0219 W/rr oC para el alfe (tabla A 111, 0.026 W/m ' ~C para el alsl~ miento de uretano (tabla A6) V 0.00002 W/m, C para el superaislamlento. Anif,sis al las velOCidades de transferencra de calor por conduce 16n y por ra diaci6n entre las placas, a travs de la capa de aire, son

T r kA I 1 l . (().0219Wlrll 219W

y

Q ..r - p.lu\(rt ni (1 )(5.67 x 10 W/1Il1 K~)( I m11IP(M) K)~ (:!()() Kltl 16X W

Por lo tanto,

Q u (l",..+Q,.. 219+3611 SS,", En realidad, la velocidad de transferencia de calor sera mas alta debIdo ti las corrientes de conveccin natural que es muy probable ocurran en el espacio de aIre entre las placa~_ b) Cuando se vaca el espacio de alfe entre las placas, no habra condUccin ni conveccin y la nica transferenCia de calor entre las placas ser por radiacin. Por lo tanto,

Q..... Q.-..r 368W c) Un materiat slido opaco colocado entre las dos placas bloquea la transferen-cia de calor por radiaCin directa entre ellas. Asimismo, la conductiVidad trmi-

300 K 200 K 300 K 200 K

Q .. !'i81 W

1 cm 1--1 cm

b) VlICfo

300 K 200 K

I

TU" '.'''(IA ,,~

fl$IJU 1..t3 Eoq ... "", J*I. I OJ4ot, _ di M

_~_ .... por .... ~IItIOl._''''~''~,M'''''' "" y t. IV.SIII

En ... horrD"" m". ' ''''''rt.s ~ rM!!..:iIJn que chou , 00'" 01 POli , .. lbIcrtH "" gar ~ _ ""~e, ... portm_ c-_~ ............. .... 1:d1ll ............ poel,"'""u ... 6Ih ( ,ticll."eIIW._~_,. el ._ ...... palio ....... !N.,., -'..- Pw_", "i" '\O r.'IO'.n

~ por " wperfic .. _ 0/1 ..... f'f'UO. fdI,.. I\IeQ PI ..... O,.., WI'" Ilorm por _,....,:/i:Itl

En un ""'tlO COI' .... ntog''''' JII.ITIffQ le (.I'iemo ti .H. ~~. e:ot' en .. ' """'" .. .st. la MrnpOWlI ..... dllu,,, por ..a.. *' ~n ,Iooo, .. oto di c.o""UodO'~~: ..... 111'00.,. ... EsIIt .. '1toIm_lOUtdeli1.W ____ E'.' ~~ =- el ~ _I'onsf_ ",:,.~,I ... e 1, .....".1. ~ollol ".......,1"'. """- _:rdad"" el 'fO;ImImoen '1"" '" enc_~ V, 110" t.onto., '* .. ...nftpo(lo" mnmo '_!la' 'lI' ..... "- ..... _......p.

EJfMI'l.O ,- '3 (Jn,o p/IaI--' *'1 ". -.ti ~ _ IIIWl_ 1JD't_ y t .... " .. _ ....... """"'" ..... he'" l'." 1 11) L. ""-"" .. __ * la piar. t UHI ...... ~ .. ..:.cs ... O 6 )Ira t. '''.i6n ""'ilf S, " -..1.-=* iQ1aI O""'" ~ la pi"",. ~""'~ \le 190 '11"''''"-1 a .... ' ,~IliI1, IoCt ............ 3 f' COIhr;:..,te de tr ....m..o: .. de UICII .. ', ....... CIIIOS2'Ie ,.,.,...... So lb la ~'-t ,.::1"" ....... lit .. p"". ~.. o , AnMiI la oIlsort .. .::I.ad

~_~ a .. d.'I.'*l" "'lar abooo"jlf:fal~ram ~ pIt. :a.,. ca'Il~,.a u. tempeordt un probl~ 'na. de ~I probk".. Y los obJc!i_os antes de q ue ,"l(me

2: Esluema _ ...... " .. rc.aJjsta

.".~,,["[ ~(,. vI (llO_

_'_Od_ .. _ --~ .. -

~.l;T_' '''' l' 1 ._ SO...,..",_ ..... ...... 1.(:_ ......... ,;,_'" '!'Ji1 H ..... t 1; TO'Idad domen .oonal.on \INI W'lodad 110 11 ...... n,fJC:lOdo, "~,nmmo. 00 do! UR&1oe1lAoC1I'I fala de mucluo prec,s,n aL roptar 'odos los dI~,lOII de l. panlllll. de l. calcuLadora, redol>lke ~ r'ftuhlldos ~,a un nOrnero aprop .. "1o de c, f ..... "lIn, fk," ...

Paso 7: Razonamiento, ",rificacin y discusin A>q:u ........ comproblM:lOOC. roa d fin do que .... rcMIlladoo k$. Pur .JCfllpIo ..... l. "" o;aItnlldor de.".. en d que w _ po natun! ron ,aIor ... 80 dLa In.ol do 110 puede dar por multado un ohorTO de :!OOdIafa .. uaIQ (figu fa 1-46)_

Del nu....., ........... dwc el ...... f~ de 1000 _1.- Y d __ .,.. plo

H procedu-.Jeoto qlle "" ""aba de descnblr se uuh~a en 1011 prublc"' ... re-..... 11'" como fi'ucncil. Los =uhados .., .. obIengn po;,t>"'rncnlc no puoed.on lkI.-nninarsc hasta ms ~if ... , "":01' _'&>. lJ.lr 1011 resuLtado/. con mi. ",fras >1gn,ncau, ... da. emcodcr que _ """ mayor uacu(ud y debe e\ tUU"llC.

f'laqcmph', cOTl>ldcre nn ='p,en'e de 1.75 LU.,,,,, con gasolina cuya den .-.,.. O 1\4~ ~WL ~ ltale de d""""'"\3r su masa. El; probabLe que el primer ooento n,du a La ,,...nle """ mulupllcar el ,00ume" por La den"dad pa- g', ,"", ~. lM!75 19 pan! la ,na.s.a. Lo cual "nphca con falS

" l"."SH~("CJ. ()( CA LOR

fiGURA 1-48 Un .''''''''"'. proeramolX J'f"C ... mi ... o !le I~>l, .. ro;) "'" G"" "na per''''' .... un ..... n .,e,,,,,",. """II.meo!< hoce """"' OOen k: lJI.rneotales que e'ltM 10"1.1000 JlO"'l"" priclicameme 1000 .. puede ~ con .. ptde~ y f"",h dad med,anle 1 .. corul"'tadoras. eotoncC'. ~oto seria ~1MO '1"" lo< pa1rolle: ya no necitarfan conll'101Rr ,ogen,rros con .\evado!; ..tono.. ya que cualqule' persona '1"" "'pa cmo u.\ar un prognuna do ~mo de IUIOS wnbt~n pueXliva apropiad:! y estable.:cr joicK)" ;(lI)!; de IngenIera. preclsamenle como sus lnteSC"l

........ cnsi

, 1.'N,aRU,OA DI LO ,OR

IlMA Dt !NJ[RE~ BPECIAl

L.a ,tIa)'oo. de "" &/lim.l .. nene" e,te rnuo.......:~ P'oIII'Ien ... l"teI"'~" no 1, ... * y se pI*Ien ,nlmpr""""'f'a'" v .. " .. ~~ej;, ... ma\ltInitioa __ ..> ~n ""-"", ,t> .. ,,,,,,IWl'~ d n'" d~ u .... ' hi ........ ~ .. 1'''-' d.u ",bda , ~ .. ~aiC' de ~l rom, """",. . ~"",'Cpc" e7'" ~ .bol'"01D< j'" f;""",,~ en 'mniuura 4"" reah1.

~ ,.."..",,", ~o. repuso le 11_ r'NJ .. :t'_ ..al I n m dt ~1Itu,a. I B m o. tira Mlpft'f1CQ.h .... abllC ..... die Sol .... l . , I ~ nlft'""""~ rOll ti ~,vri J~ at-.... ,1ox"l'h_ e! ""loce " ... t~bhro t>aaI ,..-.l

I

" '''N''I.INCI''~1 CAlOM

l'ldees ~I< .. Te ..... So..... 210--270 8a:uelbol Z90--40t0 luc,,". en (Of"IPtleroc.. .. JO-- SO';

-"".""--"-- _ ... __ ........ -_0.1111 __ ."_ ..

1..nIe o,k I~ clllOOdidad S. h.J "'.1i7.-1o ..... '"'C.c'I.K'" e:o.l~nR lKIln IU JO*JIo h.,_ .. 'U" el lin 1:1 de """ '1llInIII" , c.' .": ! patIO babitabl< pr.I "Ka 11 onmm..t:idal nu.:li la> 'o,.,...."' ... di! ",f>' .... 'fMI....-_ ,I"",ro ",,,,,,",n,,,. lo. p< .. cul.ntU. '", y ........ ""/i,.""",,, ~Ifk-..J di! '" ".",......".'" 1 ....... rieo Ui l. ~ _ ... JIQ' !al ..-rfiO ... lIda\ob"""'h .. f ... ,, ... ,~ .... ,pnr 1" ....,..,~. r4l_ como ioJ r IP!," ~ JW" aoIrr..-cifoft. ti>' 1/"" cHctnroo. ,vIoc:adm "' ID pm-nIn " " 1Cdlo. In ~ le!. ho! m la di","",6ft >~nl

_.; .. ;~, r_ de~, .I"'>piado.~ _1tto._" . :o-..,. po" 1 ... 'tlodlt!. 1.1 ' .... ahp;'oo inJ,..,. qu< "0 na ap:llIbk ,'nlf~ 1 ... ,,,.:,1,, ... pn:fcrido!; pUl' 1.- ""nun~'

1 .~ '"'1"- "'lrn'", ",,,,o.,t,, "''''''nu"n 'IDe 1,,. /toInI>r.., y P"-III''''o .;.)lo' el ,," no, ~",I".:m~, n InJl"~ Ik """""',h,mn de a1,.-, onlJ,,1;ld Jc u,"" tIc okl ~~:.-: ~~~' ,., "WICTI a ,~r ...... , 1'". jo> ,_" ot ~Jen _ LI;II non-~ '" * c'(I!III"dhbd ~'I r,./rponIca!pm 11'CtlocualllOl'lnZln)CO!t [l' _~ ... O \ (' ne! ,-.. .. e '111< l. p>d de UI," mano a ~I) (' e U. ,

:,0

, "1.)

t , ,.

j o~t O' "

.. (APIlV,OI

,

" --IIR._ ,..~"' ..... '" .....

~

"

....

-"~. --

.....

-

" , T._._. __

u-_*_, l' - 0,.---- ' ___ do .. ..........-

fIGURA 1 ~1 El",,,, d>e " "'PI' .. ,,.,. "' ... ....,..~~.",'

""""""c q ... ~ "'""'< ,'fIIooJ.a, 1 .k, Ol~~m' (.lW O.~"'lft' l' IIIIIlu'

~~naJod< Lo ......... ~~I~~I ole l. ASIIIIM"

ll( Mil "',..

\ttdooob"' __ .~ " ....

~ ~

,:"

:!! 8f

rt~

~ ~~

","'

S: ~ :;

~ a -~

~"

!.

' ~a

~.

~ ;';

.~ ..

H 1j ~,

h ~

;!j

f , 1

~~~

a

. , , , .

.. " .

h 1ft

~-;" n

p~

'! ~ ,

d" r

~ i jI! PI

,

nmu H

Hhlm

iHUJln

HH ~m

HHHHHH

iifH ~r

l[[~li

-I~II

'l~itl

fllit!

~;t'f!

i!lf!

.Jfli~

tt!~

. a!!

'~rl'

flf~f!.!

'tII;r

;.liil!J

J[ ~1"t

'ifi!l' nd~l

rtl il't

iff,hh~~

lHllfl~1

11~df qi

np~hi

. 11

g.".h

E' l

'iI~h

~;-i

.H

h

.

i'h-~

f,

rr't

'H1'

~"'"

.;~'

d

U~;

. !,

~.

t ;:

~~=~

'lj

lI',

li' .1!

-Ul't

~ r"

l--_1':

1-'

F

'~1tll

!' .-

.

,a J t

r t

! f

~ . H

i

~ ~

l t'

.~ H

; 1 ~ h~l

.H.'f

J!hl

"Lt, .

. ,ill

"t,

.J1H

m

tI.

k~III_ ... __ """",,..ud de 41,"(' , .... ......" "" lo po'"

ikbo4g a la relJlIeoci: laepi4mlWy ~.,.,... .... 1",1_,.

....-. dr*Jodr ~""a:nr C . ....... _ 1 d.

la """' ..... ' ji ....... .. Iidod ~ t.. prodlIC.~idIo;:. ~ l"JI"de po'",,~""""3r amo .-.ncu..ld DIefKlr un c4ifi.

jw,:>< 1"IJC"dlano .... Vnocenes 1.0- 5 de _tlttS ~ tpor m'

--

20

" lO

Ed''clCll .... 0.35

' ~ "O!~c '01

RESUMEN

O al< ... ,< c- ...... ......- ...... . , . y "01"";0101 ... pued"rewr ~

010_ '" ~l:4, '" nde 4T. lo difOfUlCiado .. nopcnlun do """ 1""'> I.to do

"-La, "" .. " ...... rl ........... _ .. 010 calor mtn: """ ....... r .... ,.)I ... ,.,...,.... ....... ,""" _!Ir .......... .... 8_' ....... ' 1000("""",,,,.. 10 ......... k'III J" n_ ............... La vdoocidW. la ".-1 ........ ..- por C(III."""''O .. CJI,.- por .. ly ....

"'~ .MI ~_ """"

Q_./oA,(T, T,J dad ,,, Ion ~".I do LaIllpCfflci< 01""'_ no lIcodad .l&aooI lo ' .... i6oI __ ......,. fiLo< yo.Ia-...-de __

'IBUOGRAffA ~ UCTUIIAS SUGERIDAS l. Amrncon 5o----I ~I ...... ""x AI,pn",,~. 4L ed.. N .. v. Yon:, McGnw-H,I1. '""

.. J l' Holmon, Hal TrMsftr. 'tI. ed. 1'1""'-0 y, ...... M,-Gr ... HJlI, JI}(r.

5.. F P. IIICI' ""' .... -1- _ "" '" _ io,,",", j loo ....... 101

..... ..,._, Loo~OI"" "orooooCO-EES " _el HS. J" ""'...:_ """'1>It! .. ",'l' ,..., '*_ COI se 1""IU)'Of'> l/I 01 ca Q" oc""'"..

_ .... _ ...,""...,.... oe o;otnpu.oor.-ll~ __ ..... ,Iodo j "" Pffi'_ Q .... _1< con 'o

~:::-; ......... " .. """"" 01_'" (ESQ'" . ._, ....

., C.pTTU~O 1

~. F """lb)' M S. Ro/m. Pr;>lCipl"oj Hm, Tmn',< h . ed .. p,.,ir",~.Ck 8root..K'oIc. 2001

7. A. r. M,lb.n",i(-lIro'wuf Ma.J.I Tm",a h. co. U~I S.Jdlc Ri> T

T.,~"",,,,,,, 01 (AlO~

I \

fiGURA PI -l.

/

\

I

'"1'1 I I'nl/ll'~ I OII,Wlbm F._ ... _ ..

',b4l~ ley doI .. ~,q.1u Iut bI .. do.a

t

,

t e M1

:1 '1

!

,

-

-

I ;,

~;

'f

J'"

lU""OI

;uPI

I'JII

llll

...

g ...

.:~ l~

~,.~ t

.~i~

tl a

l tt

...

..

,If,t'"

,

_,1

I!L

ih

__

_

~~1

hri~

i;i

...

i"~~

:'~3

~~"'

l'! :

tI~~:l

~~l

~::

:~~i!.

~' .

. ;;

:rmH!;

UHHH

nl.UHH

~ :HH

' . ~

3_-~ ~

~ . . -

"'1"

n..,~

s I

i"'l ~

g !!!~

;;; l

li ..

~ ,~ I

:t ;:

F;

~ g~~

~" ~~j

!~fr~~

i~i~

~:;~

~1'fU

i~~n~

~~q~

: ~]

.~

2:;

"

;

:

;-

~~

_r

,

..c~

.-~,

. ..

g ~tl

,,-

~~;

3 ~!

f:t"

'~-'

R-"

!!:ji

~ ~i

ii;

-~[ii

~~ ~l

t~ 11!

~~~~l

~~~ii;

~ , ,

~~;

~!

~ S'R

e !u

..

~"

W~"'

~[C:

:g~~

~. !

(&~!

l UH

j~,

,~o "

,:;~

B~"'J,

ji:[~

'~'" ~e

rin

-5-

.&

;

~1:~

5 .,".

lS ~~

s ""

_~ ...

",_

Ii

~'~

r '-

-"i

a:.

-

-;:

;0"8

..

5 _

5~

" ~ ~

h ~

~ ~~S

; ~~!

h

~ 'i'~

=-.c~

~~. n

' ~;

~~

n_

-lil--~

~"

._

:!

.

~R-;

':"

S

-3:

1':"

i

~~

It

~':"

~i;;

Ii"

;:':'"

;::;

>i8"

i:"

;:~3

x-t8

~j ~

g-~ ~ i;:

~~ 't:

...

t~~!

:: 'J

~ c..~

~p!

,A i..:

~d~!

= ~~u

;

p;~' l~~

1 ~ ! u

; U

! i

~! ~ ,'~ tU

l! '"h

l'"

qi

~! !! l~

! .l.,

-

.!""l' ('"",_ do< ~ ... " ... c .... ~ ........ i6tn0;", ... .... -qIIdaclIft'nca .. .t ~ o.! B,"'b ft : 1:11

" '~.'""QINCI. (lf rA(OR P" l'o ........00. lu' .. nIr~" ... 21)"('_ N",",,,lo l~ W 1_14 O cm ~ IIft""""'- de O, cm .. lima rol! _ "" .. h .. 1oI o 11"(- ~,I ........... """ "" la ........ ..,a , ........... lit:

~T ........ ' ... . 0 ...,....,_ I"","rrvdo "" l. ptr\'11 \_ otro ""II'I,aIrolI. 2 11 ,'111 f)".,u .. 1,

~u!OiJ, 14111 .... ,,~.Iuo.'"'' ,..,C\fcund.o_ ........... :~ (- ,1, ... 1 """" .......... """,,11. "'" ""'oo de un ...... ,~ ... __ '''!'' __ '''''' ~"". placo n c .. , ,_a ~ """ -.c ~ '1>-..... ri ~a....,.....ri"ale .......... dol_,,,,,,,,,,,,,,,,...1 01 ka de 'u .... ...,

H4P

ir ;~le

ji

~'~~ !~~

J~ ~

I

"1

"'"

,

,

,p

!j i

I

ifa

if"

.'

-ro

'. H

ltl

' J,

nI

H

',!";

lt

~"H

"" ;j

nn

ls.

~n!!

. . ~ .

" ,

o'

'"

Hl'

~ p

') b:

Ih-

i';;: ~

I il

'e.P

). i'f[f" "

J1 E

l! ;~

~

~ -..cJ

i' -'--" c

~c

t&

!-

,1

.~

c .

.. f

i.!

taq

a~f

I

u

'H

'lA-

~-rt!.

"'l'

;'-'

" 1

'--

"

Il ilHHlJ

I f

"'1

f P;

~'J!

ji

o

~

1;" t'"

e

fit~>i

'~ ;JH

fJnlJ[f ~H

f !I>.~! i~i

C! I!!~

flr;

8: ~i

~ p:

II

jI!

"'lO

;! f

! i~

~i"!'

;;-3

r

'fl"

"~ ~i

~C;~~

i rH

!~i?

'c5

li

" ..

idHi

1s

s, s

fi-

" o ~ .'

~!!'

}~~

O'~~

f!i

l

i'iIIJ

I!J'>

'llir"

"~t

i";'

~fj {'I

d f

r~x~

~~.g

I-~M

~!

Hi

!n~~

~!1

rt~.1

~ ~t{

~ff~

~~,~ ff

'~i {

~tli:l

i.S

~ If

..

,_

~"'

.->

'f'

"

t Hp!

~~!; '

~Ht.

HtH

t ~i> (i1 !

t!~l "'

;"~

"M~

-~fI:~

lr .....

;';;!~

"'~:;'

:; !!;

.... '

I!'5

'

! HiH

P f' ~

~ jJ ~ ,~

c ..

~ ~~

-~fn

,1,f

=-!.

!!..

= r

"

~ .

gtmhH

~J

hhli

>'

,!

.;t

i!

jf[:"

.I H~

~~1~

7.

I!

"

.=-"

.~~ r1

~~~~

Hlx

rimUH

h

ld

"! .,

i~l!

'h i!h

~l ~H

"1

W~H~

~'!

"iJ:2

.

",

~ ' .. If e.::

:.~ti"";

t 'W

hii f,.

i;!~l

t8

~;:

n~

':. l

i~x l

t

n:

H:"

ji ~ j

~ E ~ ~

~ r i U

~ ~ ~ ~ ~

~~ .

~?I"!

r:.

g~i

~~l~

~c:

~'"'I_.... ' ..... 01 .....", .. nI"'-' ft>1 ......... do "olor a ..... n

... ~91~t>.(!. 01 ,.,O~

,..- _ """ lo calefoca(\oo Y 01 "'...... _ _ del ~.

I_IIM ' ~1'Orqut_ en ,....nI ... \IIdK~ mnablorod< w .... ".....,. .. "....,...,... ~I do ""~. C\IolI.,. el efcao 1_ ""'" "*"'" l. lempem ..... ambtcntal '1"" le ....... \modo" , _ 11 7t "Qu .. ~16n ItrmOCll u,mts", .. , "Cmo """ .. ,~ Ihmoca en loo ocuponlD lit "" (' 4 18 \JI II -c ~ ....... ..mndo cuaIqu ... l"

/ L/

/

NUlA ".,2tI

mi , .... .. ,n'n. \"C

... ,.... do la """,f.",,,,, ..... ni ..... un h

'.,",,."ClAOI ;"~.

--. ............ adou..... 'vio SI el """'-.. r-.IUb ... ".._liiaall'(" I,.a ; _adofwuoo 1 .1 ukJr di: t.- v ....... ce. y lo J .Iod del_ es 1 l&fL.

1_1.1.1 a Vueh """...dcnt el problema 1-132 Usando _ el oofl"'a/'t EE5 (u 0Ir0 "'.,... ... ~ trate la ni. r,,~ IU, 0.22 B,"'" f' 1'1. JWI 'o"'''''"', de c,,",ro hoJ", 11 .... _ qn. '"UII re ...... """"0 de boI emisJV1dod n,,,,_~I. _ 1> 25 WIrrr' e 1" _ I I 11,,,,,, 1,'- F). pon .... ' ........ de u ... ooIalooj.a. , ... ......... de ............ 0.:....." ... 01..,., pon la __ do: ptnIod&

:=~ .......... d-~,., ....... f=noi .... _...,... u" foco ,~. y 01 .. '" ....,..,...,. u_ 1m r.-.., 60 w N~ .. kr no6o,o:o",....--"yu""-''' tIaaI..- ""*4W-" ahedodoo "" IOdl ............ tIapUerIa. y_ ~o pon lDOIales- Tunboo!ol ......... wt _ ""'" do ....... Y ..... rqIo po ..

EC UACION DE LA CO NDUCCION DE CALOR

L' tnmftfell

" - ----- -----

'".~'''"'',(:o, DI CA,QR

fN:URA 2 1

_ .. ,

.. _A H,. t) \

" o ,:lo cIoI "","._ .... _-

La tnn~fl'RD(:;. 1I"I~.sce~pre3 romo n,. >. :,1). r:J me-JO< ~,s.tcma dr roonJc:nada\ putluna ronfuractn ,~. dada", I1 que dtc

, ,

al Coordenadas rectangulares b) Coordenadas cillndncas el Coorden~da~ esfricas

..a notacin T(x: y, l. t) implica que la temperatura vara con las variables es-:taeiales x. y y z. as como con e l tiempo. Por otra parte, la notacin T(x) indi-:3 que la temperatura vara slo en la direccin x y no se tiene variacin con as olras dos coordenadas espaciales o con el (iempo.

Transferencia de calor estable en comparacin con la transferencia transitoria Los problemas de transferencia de calor a menudo se clasifican como estable tambin llamados de estado estable) o transitorios (tambin llamados /10 es-

:ah/es). El trmino estable implica que //0 hay cambio con el tiempo en cual-.:JUier punto dentro del medio, en tanto que transitorio implica variaci61/ con

riempo o dependencia con respecto al tiempo. Por lo tamo, la temperatura o d nujo dc calor pennanecen inalterados con ellranscurso del tiempo durante la lmnsferencia de calor estable a travs de un medio. en cualquier ubicacin, m nque las dos cami dades pueden variar de una ubicacin a otra (figura 2-4). Por ejemplo. la transferencia de calor a travs de las paredes de una casa ser !'Stable cuando las cond iciones en el interior de ella y en el exterior permanez-

~"3fl constantes durante varias horas. Pero incluso en este caso. las temperatu-:as sobre las superficies interior y exterior de la pared sern diferentes. a menos que las temperaturas dentro y fu