La transferencia de calor y de masa es
una ciencia básica que trata de la rapidez de transferencia de energía
térmica. Tiene una amplia área de aplicación que va desde los
biológicos hasta los aparatos domésticos comunes, pasando por los
edificios residenciales y comerciales, los procesos industriales, los
aparatos electrónicos y el procesamiento de .
Para este , se parte de la idea que los tienen bases adecuadas en cálculo y física. Igualmente, resulta conveniente completar los primeros cursos en termodinámica,
de fluidos y ecuaciones diferenciales antes de abordar el estudio de la
transferencia de calor. Sin embargo, los conceptos pertinentes que
pertenecen a estos temas son presentados y revisados según se va
necesitando.
Este libro está dirigido a los
estudiantes de ingeniería de licenciatura, en su segundo o tercer año, y
a ingenieros en ejercicio de su profesión, como libro de consulta. Los
objetivos de este texto son:
Cubrir los principios básicos de la transferencia de calor.
Presentar una gran cantidad de ejemplos de ingeniería del
mundo real para dar a los estudiantes un sentido acerca de cómo se
aplica la transferencia de calor en la práctica de la ingeniería.
Desarrollar una comprensión intuitiva de la transferencia de calor, al resaltar la física y los argumentos físicos.
Esperamos que este libro, a través de
sus cuidadosas explicaciones de los conceptos y del uso de numerosos
ejemplos prácticos y figuras, ayude a los estudiantes a desarrollar las
habilidades necesarias para tender un puente entre la brecha del
conocimiento y la confianza para su apropiada aplicación.
En la práctica de la ingeniería, cada
vez está cobrando más importancia contar con cierta comprensión de los
mecanismos de la transferencia de calor, ya que ésta desempeña un papel
crítico en el diseño de ,
plantas generadoras de energía eléctrica, refrigeradores, aparatos
electrónicos, edificios y puentes, entre otras cosas. Incluso un chef
necesita tener una comprensión intuitiva del mecanismo de la
transferencia de calor para cocinar los alimentos “de manera correcta”,
ajustando la rapidez con que se da esa transferencia.
Puede ser que no estemos conscientes de ello, pero aplicamos los principios de la transferencia de calor cuando buscamos la térmica. Aislamos nuestros cuerpos al cubrirlos con gruesos abrigos en y minimizamos la ganancia de calor por radiación al permanecer en lugares sombreados durante el . Aceleramos el enfriamiento de los alimentos calientes al soplar sobre ellos y nos mantenemos calientes en el tiempo
al abrazarnos y, de este modo, minimizar el área superficial expuesta.
Es decir, aplicamos cotidianamente la transferencia de calor, nos demos o
no cuenta de ello.
Contenido:
Capítulo 1. Introducción y conceptos básicos
Capítulo 2. Ecuación de la conducción de calor
Capítulo 3. Conducción de calor en estado estacionario
Capítulo 4. Conducción de calor en régimen transitorio
Capítulo 5. Métodos numéricos en la conducción de calor
Capítulo 6. Fundamentos de la convección
Capítulo 7. Convección externa forzada
Capítulo 8. Convección interna forzada
Capítulo 9. Convección natural
Capítulo 10. Ebullición y condensación
Capítulo 11. Intercambiadores de calor
Capítulo 12. Fundamentos de la radiación térmica
Capítulo 13. Transferencia de calor por radiación
Capítulo 14. Transferencia de masa
Apéndice 1. Tablas y diagramas de propiedades (sistema internacional)
Apéndice 2. Tablas y diagramas de propiedades (sistema inglés)
La termodinámica es una excitante y fascinante que trata sobre la energía, la cual es esencial para la conservación de la mientras que la termodinámica ha sido por mucho tiempo una parte fundamental de los de de ingeniería en el mundo. Es una ciencia que tiene una amplia aplicación: desde los organismos microscópicos hasta los , los
de transporte, los sistemas de generación de energía eléctrica e
incluso la filosofía. Este libro contiene material suficiente para dos
cursos consecutivos de termodinámica; se presupone que los estudiantes
poseen antecedentes sólidos en física y cálculo.
Esta obra está pensada para utilizarse
por los estudiantes como libro de texto durante los últimos años de su
licenciatura, así como por ingenieros como libro de referencia. Sus
objetivos son:
Cubrir los principios básicos de la termodinámica.
Presentar una vasta cantidad de ejemplos reales de ingeniería con la finalidad de proporcionar al estudiante una idea de cómo se aplica la termodinámica en la práctica de la ingeniería.
Desarrollar una comprensión intuitiva de la termodinámica haciendo énfasis en la física y en los argumentos físicos.
Se desea sobre todo que este libro
—mediante sus explicaciones claras sobre conceptos y del uso de
numerosos ejemplos prácticos y figuras— ayude a los estudiantes a
desarrollar las habilidades básicas para llenar el hueco que existe
entre el conocimiento y la confianza para aplicar adecuadamente tal
aprendizaje.
Contenido:
Capítulo 1. Introducción y conceptos básicos
Capítulo 2. Energía, transferencia de energía y análisis general de la energía
Capítulo 3. Propiedades de las sustancias puras
Capítulo 4. Análisis de energía de sistemas
Capítulo 5. Análisis de masa y energía de volúmenes de control
Capítulo 6. La segunda ley de la termodinámica
Capítulo 7. Entropía
Capítulo 8. Energía: una medida del potencial de
Capítulo 9. Ciclos de de gas
Capítulo 10. Ciclos de potencia de vapor y combinados
Capítulo 11. Ciclos de refrigeración
Capítulo 12. Relaciones de propiedades termodinámicas
Capítulo 13. Mezcla de gases
Capítulo 14. Mezclas de gas-vapor y acondicionamiento de aire
Capítulo 15. Reacciones químicas
Capítulo 16. Equilibrio químico y de fase
Capítulo 17. Flujo compresible
Apéndice 1. Tablas de propiedades, figuras y diagramas (unidades SI)
Apéndice 2. Tablas de propiedades, figuras y diagramas (unidades inglesas)
La transferencia de calor y de
masa es una ciencia básica que trata de la rapidez de transferencia de
energía térmica. Tiene una amplia área de aplicación que va desde los
biológicos hasta aparatos domésticos comunes, pasando por los edificios
residenciales y comerciales, los procesos industriales, los aparatos
electrónicos y el procesamiento de .
Para este , se parte de la idea que los tienen bases adecuadas en cálculo y . Igualmente, resulta conveniente completar los primeros en termodinámica, de fluidos y diferenciales antes de abordar el
de la transferencia de calor. Sin embargo, los conceptos pertinentes
que pertenecen a estos temas son presentados y revisados según se van
necesitando.
Este
está dirigido a los estudiantes de ingeniería de licenciatura, en su
segundo o tercer año, y a ingenieros en ejercicio de su profesión, como
libro de consulta. Los objetivos de este texto son:
Cubrir los principios básicos de la transferencia de calor.
Presentar una gran cantidad de ejemplos de ingeniería del
mundo real para dar a los estudiantes un sentido acerca de cómo se
aplica la transferencia de calor en la práctica de la ingeniería.
Desarrollar una comprensión intuitiva de la transferencia de calor, al resaltar la física y los argumentos físicos.
Contenido:
Capítulo 1. Introducción y conceptos básicos
Capítulo 2. Ecuación de la conducción de calor
Capítulo 3. Conducción de calor en estado estacionario
Capítulo 4. Conducción de calor en régimen transitorio
Capítulo 5. Métodos numéricos en la conducción de calor
Capítulo 6. Fundamentos de la convección
Capítulo 7. Convección externa forzada
Capítulo 8. Convección interna forzada
Capítulo 9. Convección natural
Capítulo 10. Ebullición y condensación
Capítulo 11. Intercambiadores de calor
Capítulo 12. Fundamentos de la radiación térmica
Capítulo 13. Transferencia de calor por radiación
Capítulo 14. Transferencia de masa
Apéndice 1. Tablas y diagramas de propiedades (sistema internacional)
Apéndice 2. Tablas y diagramas de propiedades (sistema inglés)
En el siglo xxi, las separaciones siguen siendo tan importantes, o más, que durante el siglo pasado. El
de nuevas industrias, como la biotecnología y la nanotecnología, y la
mayor importancia de eliminar huellas de compuestos han llevado a las
separaciones al primer plano. Los
químicos deben entender y diseñar nuevos procesos de separación, como
separaciones con membranas, adsorción y cromatografía, además de las
separaciones normales con etapas de equilibrio, como destilación,
absorción y extracción. Dado que ahora se incluyen las separaciones en
membrana, adsorción, cromatografía e intercambio iónico, he cambiado el
título de esta segunda edición, de Separaciones con etapas de equilibrio
(Equilibrium Staged Separations) a Ingeniería de procesos de separación
(Separation Process Engineering) para reflejar esta más amplia.
Para satisfacer esta demanda de nuevas
separaciones, he agregado dos capítulos al libro. El nuevo capítulo 16,
en separaciones con membranas incluye permeación (es decir,
o infiltración) de gas, osmosis inversa, ultrafiltración y
pervaporación. Como ejemplos del uso de estos métodos de separación con
membrana están la purificación de hidrógeno y dióxido de carbono,
purificación de agua, procesos farmacéuticos y purificación del etanol,
respectivamente. El nuevo capítulo 17 es una extensa introducción a la
adsorción, cromatografía e intercambio iónico. Esas separaciones se
suelen usar para procesar sustancias químicas y farmacéuticas de alta
calidad. También, la adsorción y el intercambio iónico se usan con
para tratamiento de agua. Aunque ni las separaciones con membrana ni
por adsorción se suelen hacer trabajar en forma de separaciones con
etapas de equilibrio, es sorprendente que tengan muchas conexiones con
los procesos con etapas de equilibrio.
Es inevitable que la segunda edición sea
más larga que la primera. He tratado de evitar esto eliminando algo del
material original y combinando algunos capítulos. El material acerca
del equilibrio (el anterior capítulo 2) se reparte ahora en el texto, por lo que se presenta de manera “justo a tiempo” (a medida que se necesita). Los capítulos 5 y 6 , sobre el método de McCabe-Thiele para analizar la destilación binaria, se han combinado en uno ,
el nuevo capítulo 4. El método de McCabe-Thiele se sigue usando como
medio de visualiza-ción y guía para localizar problemas, aunque ya no se
usa en E.U.A., para diseños detallados. Se conservaron tres capítulos
sobre destilación de varios componentes (los nuevos capítulos 5 a 7),
pero en forma simplificada. El alcance del capítulo sobre destilación
compleja (el nuevo
XV capítulo 8) se ha ampliado para reflejar los avances en la
comprensión de la destilación extractiva y azeotrópica. También se ha
ampliado la exposición de la destilación intermitente (el nuevo capítulo
9).
Los dos capítulos originales sobre
diseño de columnas se han combinado en el nuevo capítulo 10. La
información económica (del anterior capítulo 14) se ha condensado,
porque en general se enseña en las clases de diseño. Sin embargo, el
material sobre conservación de energía y secuenciación de las columnas
de destilación de ese capítulo, se ha ampliado, para abarcar algunos de
los avances en destilación compleja, en el nuevo capítulo 11. Los
capítulos 16 y 17 anteriores se han combinado en el nuevo capítulo 13,
usando el método de McCabe-Thiele y la ecuación de Kremser para
extracción inmiscible, lavado, lixiviado y extracción supercrítica. La
sección sobre humidificación se ha eliminado del capítulo 19 (el nuevo
capítulo 15), porque parecía fuera de lugar.
Todos los capítulos incluyen una gran
cantidad de problemas para resolver fuera del aula de clases, que
surgieron a medida que continuaba la enseñanza de la materia en la
Purdue University; también se han agregado varios problemas de
simulación.
En vista de que hoy los simuladores de
proceso se usan mucho en la práctica comercial, he incluido en todo el
texto ejemplos y problemas de tarea sobre simulación de procesos. Hoy
enseño el curso de separaciones, de tres créditos, para principiantes,
en Purdue, en dos clases y dos horas de laboratorio de cómputo por
semana. En el laboratorio de cómputo se incluye una prueba para evaluar
la capacidad de los alumnos para usar el simulador. Aunque yo uso Aspen
Plus como simulador, se puede usar cualquier simulador de procesos. Los
nuevos capítulos 2,6, 8,12 y 14 tienen apéndices que presentan
instrucciones para manejar Aspen Plus. El apéndice del capítulo 16 tiene
hojas de cálculo , con programas de
para permeación de gas en flujo cruzado, concurrente y a
contracorriente. Opté por usar hojas de cálculo en lugar de un programa
matemático de mayor nivel, porque las hojas de cálculo se consiguen en
todas partes. El apéndice del capítulo 17 contiene breves instrucciones
para manejar el simulador comercial Aspen Chromatography; es posible
solicitar hojas de instrucciones más detalladas al autor, en el correo
electrónico wankat@ecn.purdue.edu.
El material de la segunda edición ha
sido probado ampliamente en el curso de separaciones para principiantes
en la Universidad Purdue. Aunque enseño el material a nivel de
principiantes, los capítulos 1 a 14 deben ser para intermedios, y todo
el material es adecuado para los niveles superiores. La segunda edición
es demasiado larga para cubrirse en un semestre, pero es posible
cubrirla por completo, con simulaciones en computadora, en dos
semestres. Muchas escuelas, como Purdue, asignan un solo curso semestral
de tres créditos para este material. Como es demasiado material, en
este caso deben seleccionarse los temas.
Contenido:
Prefacio
Agradecimientos
Acerca del autor
Nomenclatura
Capítulo 1: Introducción a la ingeniería de procesos de separación
Capítulo 2: Destilación instantánea
Capítulo 3: Introducción a la destilación en columna
Capítulo 4: Destilación de columna: Balances internos, etapa por etapa
Capítulo 5: Introducción a la destilación con varios componentes
Capítulo 6: Procedimientos de cálculo exacto para destilación con varios componentes
Capítulo 7: Métodos abreviados aproximados para destilación con varios componentes
Capítulo 8: Introducción a los métodos de destilación compleja
Capítulo 9: Destilación intermitente
Capítulo 10: Diseño de columnas de platos y empacadas
Capítulo 11: Economía y conservación de energía en la destilación
Capítulo 12: Absorción y arrastre
Capítulo 13: Extracción inmiscible, lavada, lixiviación y extracción supercrítica
Capítulo 14: Extracción de sistemas parcialmente miscibles
Capítulo 15: Análisis de transferencia de masa
Capítulo 16: Introducción a los procesos de separación con membrana
Capítulo 17: Introducción a la adsorción, cromatografía e intercambio iónico
Al elaborar la novena edición, nuestro interés principal no fue tan sólo agregar nuevo sino brindar claridad y mejor comprensión. Este objetivo se logró en parte al incluir material nuevo al de los capítulos, lo cual permite que se relacionen mejor.
Con cierto afecto llamamos
“contratiempos” a los comentarios que aparecen al final de los
capítulos, pues son muy útiles para que los
recuerden la idea general y la forma en que cada capítulo se ajusta a
esa imagen; así como para que entiendan las limitaciones y los problemas
que resultarían por el uso inadecuado de los procedimientos.
Los proyectos para la clase favorecen
una mayor comprensión de cómo se utiliza la estadística en el mundo
real, por lo que añadimos algunos proyectos en varios capítulos.
Tales proyectos brindan a los estudiantes la oportunidad de trabajar solos o en , y de reunir sus propios datos experimentales para realizar inferencias. En algunos casos, el
implica un problema cuya solución ejemplifica el significado de un
concepto, o bien, favorece la comprensión empírica de un resultado
estadístico importante. Se ampliaron algunos de los ejemplos anteriores y
se introdujeron algunos nuevos para crear “estudios de caso”, los
cuales incluyen un comentario para aclarar al estudiante un concepto
estadístico en el contexto de una situación práctica.
En esta edición seguimos haciendo énfasis en el equilibrio entre la teoría y las . Utilizamos el cálculo y otros tipos de conceptos matemáticos, por ejemplo, de álgebra lineal,
casi al mismo nivel que en ediciones anteriores. Las herramientas
analíticas para la estadística se cubren de mejor manera utilizando el
cálculo en los casos donde el análisis se centra en las reglas de los
conceptos de probabilidad. En los capítulos 2 a 10 se destacan las
distribuciones de probabilidad y la inferencia estadística. En los
capítulos 11 a 15, en los cuales se estudian la regresión lineal y el
análisis de varianza, se aplica un poco de álgebra lineal
y matrices. Los estudiantes que utilizan este libro deben haber cursado
el equivalente a un semestre de cálculo diferencial e integral. El
álgebra lineal es útil aunque no indispensable, siempre y cuando el
instructor no cubra la sección sobre regresión lineal múltiple del
capítulo 12 utilizando álgebra de matrices. Al igual que en las
ediciones anteriores, y con la finalidad de desafiar al estudiante,
muchos ejercicios se refieren a aplicaciones científicas y de ingeniería
a la real. Todos los conjuntos de datos asociados con los ejercicios están disponibles para del sitio http://www.pearsonenespañol.com/walpole.
Contenido:
Prefacio
1. Introducción a la estadística y al análisis de datos
2. Probabilidad
3. Variables aleatorias y distribuciones de probabilidad
4. Esperanza matemática
5. Algunas distribuciones de probabilidad discreta
6. Algunas distribuciones continuas de probabilidad
7. Funciones de variables aleatorias (opcional)
8. Distribuciones de muestreo fundamentales y descripciones de datos
9. Problemas de estimación de una y dos muestras
10. Pruebas de hipótesis de una y dos muestras
11. Regresión lineal simple y correlación
12. Regresión lineal múltiple y ciertos modelos de regresión no lineal
13. Experimentos con un factor: generales
14. Experimentos factoriales (dos o más factores)
15. Experimentos factoriales 2k y fracciones
16. Estadística no paramétrica
17. Control estadístico de la calidad
18. Estadística bayesiana
Bibliografía
Apéndice A: Tablas y demostraciones estadísticas
Apéndice B: Respuestas a los ejercicios impares (no de repaso)
Índice
Pasaron y a veintiséis años desde el momento en que ante la enfermedad del Ing. Alejandro de Estrada, me hice cargo del del de Termodinámica en la hoy de de la
Nacional de La Plata. Durante este tiempo, en dicha cátedra y en otras
que posteriormente fui ocupando, en la Universidad Tecnológica Nacional,
en la Universidad de Buenos Aires y en la Escuela Superior ,
he ido elaborando el material que constituye hoy la presente obra que
pretende ser un texto para un curso de Termodinámica, para estudiantes
de Ingeniería. Los distintos capítulos se han elaborado a partir
básicamente de los correspondientes de la obra de igual título del Ing.
de Estrada, cuya 2da edición fuera revisada por mí en el año 1955. Se ha
modificado la presentación de muchos temas e incorporado algunos otros,
como por ejemplo Exergía.
Espero que el presente libro sea útil
para mis alumnos a quienes va dirigido y les facilite la adquisición de
los conocimientos básicos de la Termodinámica.
No he incluido en este libro ejercicios y
problemas resueltos, a fin de no demorar su publicación, espero en un
lapso no muy grande poder publicar otro dedicado a Problemas de
Termodinámica, como elemento complementario del presente.
Agradezco a mi e
que me impulsaron a escribir esta obra, a mis antiguas secretarias,
Violeta Farias y Esther Vaca, que copiaron a máquina la mayor parte de
los manuscritos y al profesor Alfredo Beovide que realizó la tarea de
diagramación y corrección de pruebas, que le ha dado la presentación que
tiene.