Ingeniería térmica

Ingeniería térmica

  • Author: Llorens, Martín; Miranda, Ángel Luis
  • Publisher: Marcombo
  • ISBN: 9788426715319
  • Place of publication:  Barcelona , Spain
  • Year of publication: 2009
  • Pages: 339

La Termodinámica es la parte de la Física, en sus dos vertientes, clásica y estadística,que estudia la energía y su transformación de una forma en otra. El estudio puede hacerse de forma macroscópica, es decir, sin tener en cuenta las peculiaridades de las partículas que integran el sistema (Termo. Clásica) o bien teniendo en cuenta las propiedades promedio de grandes grupos de partículas (Termo. Estadística).

En general, se considera que su estudio ofrece algunas dificultades inherentes a ciertas peculiaridades en la formulación y desarrollo de sus leyes. Si nos limitásemos al estudio de los aspectos puramente aplicados perderíamos fácilmente la perspectiva general que todo técnico o ingeniero ha de poseer porque, aunque sea cierto en lo particular, se ha de tener un buen criterio general en los temas relacionados con los mismos. Un aspecto fundamental de la Termodinámica es el estudio de la transformación de una forma de energía en otra, especialmente la de calor en trabajo. Por otra parte, la transmisión del calor exige la existencia de un gradiente de temperaturas, es decir,que la temperatura no sea constante.

La Termodinámica estudia la temperatura y el calor, pero no específicamente la distribución de temperaturas ante un proceso determinado de transferencia de calor. Dicho con palabras más sencillas, la Termodinámicadetermina la tasa de transferencia de calor y la Termotecnia se ocupa de la distribución de temperaturas. La Ingeniería Térmica pretende efectuar un estudio conjunto de ciertos aspectos fundamentales de la Termotecnia y de la Termodinámica. Así pues, laTermotecnia comprende el estudio de la transmisión de calor y de los dispositivos para llevarla a cabo, y la Termodinámica el estudio de las leyes fundamentales relacionadas con la energía.
 

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  • Índice general
  • Prólogo
  • Capítulo 1. Sistema termodinámico
    • 1.1. Introducción
    • 1.2. Clasificación de los sistemas termodinámicos
    • 1.3. Variables de estado y sistema elemental
    • 1.4. La temperatura
    • 1.5. Procesos termodinámicos
    • 1.6. El gas ideal
    • 1.7. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 2. Trabajo, energía interna y calor
    • 2.1. Introducción
    • 2.2. Trabajo de expansión
      • 2.2.1. Introducción
      • 2.2.2. Trabajo de expansión isotermo
      • 2.2.3. Trabajo de expansión adiabático
    • 2.3. Trabajo de rozamiento
    • 2.4. Energía interna
    • 2.5. Calor
    • 2.6. Entalpía
    • 2.7. Calores específicos a volumen y a presión constantes
    • 2.8. Transformación adiabática reversible de un gas ideal
    • 2.9. Proceso politrópico
    • 2.10. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 3. Primer principio de la termodinámica
    • 3.1. Introducción
    • 3.2. Primer principio aplicado a sistemas cerrados
    • 3.3. Primer principio en procesos cíclicos. Sistemas cerrados
    • 3.4. Primer principio para sistemas abiertos
      • 3.4.1. Introducción
      • 3.4.2. Principio de conservación de la energía en un sistema abierto
    • 3.5. Primer principio en procesos cíclicos. Sistemas abiertos
    • 3.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 4. Entropía y segundo principio
    • 4.1. Introducción
    • 4.2. Enunciados de Clausius y Kelvin-Planck del segundo principio de la termodinámica
    • 4.3. Pocesos reversibles e irreversibles
    • 4.4. La desigualdad de Clausius
    • 4.5. Concepto de entropía
    • 4.6. Entropía y desorden
    • 4.7. Entropía de un gas ideal
    • 4.8. Generación de entropía y flujo de entropía
    • 4.9. Transformación de calor en trabajo mediante procesos cíclicos
      • 4.9.1. Introducción
      • 4.9.2. Máquina térmica reversible
      • 4.9.3. Máquina térmica irreversible
    • 4.10. Energía utilizable. Exergía
      • 4.10.1. Concepto de energía utilizable
      • 4.10.2. Exergía del trabajo y del calor
      • 4.10.3. Balance de exergías
      • 4.10.4. Rendimiento exergético
    • 4.11. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 5. Transmisión de calor por conducción
    • 5.1. Introducción
    • 5.2. Ecuación diferencial general de la transmisión de calor por conducción
    • 5.3. Condiciones de contorno
    • 5.4. Conducción unidimensional y estacionaria en una pared plana
      • 5.4.1. Sin generación de calor
      • 5.4.2. Con generación de calor
    • 5.5. Conducción unidimensional y estacionaria en una pared cilíndrica
      • 5.5.1. Sin generación de calor
      • 5.5.2. Con generación de calor
    • 5.6. Conducción unidimensional radial y estacionaria en un cilindro macizo
    • 5.7. Conducción unidimensional y estacionaria en una pared esférica
    • 5.8. Resistencia térmica
      • 5.8.1. Introducción
      • 5.8.2. Resistencia térmica de una pared plana
      • 5.8.3. Resistencia térmica de una pared cilíndrica
      • 5.8.4. Resistencia térmica en fenómenos de transporte de calor por convección
      • 5.8.5. Resistencias en serie
      • 5.8.6. Coeficiente global de transferencia de calor
    • 5.9. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 6. Transmisión de calor por convección
    • 6.1. Introducción
    • 6.2. Clasificación de los procesos de convección
    • 6.3. Relaciones técnicas de la transferencia de calor por convección
      • 6.3.1. Introducción
      • 6.3.2. Parámetros adimensionales de la convección
    • 6.4. Convección forzada
      • 6.4.1. Flujo interior laminar en un conducto de sección circular
      • 6.4.2. Flujo interior de transición en un conducto de sección circular
      • 6.4.3. Flujo interior turbulento en un conducto de sección circular
      • 6.4.4. Aplicación a conductos no lisos y a conductos de sección no circular
      • 6.4.5. Flujo exterior sobre una superficie plana
      • 6.4.6. Flujo exterior en torno a un haz de tubos
    • 6.5. Convección natural sobre diversas superficies
    • 6.6. Determinación de la temperatura final del fluido
    • 6.7. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 7. Transmisión de calor por radiación
    • 7.1. Introducción
    • 7.2. Física de la radiación
      • 7.2.1. Conceptos fundamentales
      • 7.2.2. Superficie negra
      • 7.2.3. Propiedades de la radiación
      • 7.2.4. Ley de Kirchhoff
      • 7.2.5. Superficie gris
    • 7.3. Factor de forma de la radiación
    • 7.4. Temperatura efectiva de radiación
    • 7.5. Intercambio de energía radiante entre dos superficies grises difusas
      • 7.5.1. Superficies planas
      • 7.5.2. Superficies curvas
    • 7.6. Fórmulas generalizadas
    • 7.7. Resistencia térmica asociada a la radiación
    • 7.8. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 8. Transmisión de calor en aletas
    • 8.1. Introducción
    • 8.2. Clasificación
    • 8.3. Ecuación diferencial de las aletas longitudinales con transmision de calor unidimensional
      • 8.3.1. Fundamentos
      • 8.3.2. Aleta de sección transversal constante y de altura infinita
      • 8.3.3. Aleta con flujo de calor despreciable en el extremo
    • 8.4. Eficiencia de una aleta
    • 8.5. Eficiencia ponderada de un tubo aleteado
    • 5.9. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 9. Transferencia de calor con cambio de fase
    • 9.1. Introducción
    • 9.2. Condensación
      • 9.2.1. Introducción
      • 9.2.2. Condensación pelicular en régimen laminar
      • 9.2.3. Condensación pelicular en régimen turbulento
      • 9.2.4. Condensación en gotas
      • 9.2.5. Condensación en presencia de gases no condensables
      • 9.2.6. Condensación con velocidad apreciable del vapor
    • 9.3. Ebullición
      • 9.3.1. Introducción
      • 9.3.2. Ebullición estática
      • 9.3.3. Ebullición pelicular
    • 9.4. Ebullición dinámica
    • 9.5. Evaporación
    • 9.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 10. Intercambiadores de calor
    • 10.1. Introducción
    • 10.2. Clasificación
    • 10.3. Análisis térmico
    • 10.4. Eficiencia de un intercambiador de calor
    • 10.5. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 11. Compresores
    • 11.1. Introducción
    • 11.2. Compresores alternativos
      • 11.2.1. Principio de funcionamiento
      • 11.2.2. Diagrama convencional del indicador
    • 11.3. Trabajos indicados ideales de compresión. Modelo de gas ideal perfecto
      • 11.3.1. Trabajo isentrópico
      • 11.3.2. Trabajo isotérmico
      • 11.3.3. Trabajo politrópico
    • 11.4. Trabajos, rendimientos y potencias
    • 11.5. Compresores adiabáticos y no adiabáticos
    • 11.6. Compresión en etapas
    • 11.7. Compresores de tornillo
    • 11.8. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 12. Ciclo Brayton
    • 12.1. Introducción
    • 12.2. Diagramas T-s y h-s
    • 12.3. Análisis termodinámico del ciclo Brayton con gas ideal perfecto
      • 12.3.1. Ciclo simple ideal
      • 12.3.2. Ciclo simple no isentrópico
    • 12.4. Análisis termodinámico del ciclo Brayton con gas ideal
      • 12.4.1. Teoría del gas semiperfecto
      • 12.4.2. Utilización de las tablas de gas ideal semiperfecto
      • 12.4.3. Aplicación al ciclo de Brayton
    • 12.5. Ciclo de Brayton con recuperación de la entalpía de los gases de escape de la turbina
    • 12.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 13. Equilibrio líquido-vapor ciclo de Rankine
    • 13.1. Introducción
    • 13.2. Equilibrio líquido-vapor
      • 13.2.1. Diagrama de fases
      • 13.2.2. Regla de las fases
      • 13.2.3. Función de Gibbs
      • 13.2.4. Ecuación de Clausius-Clapeyron
    • 13.3. Propiedades termodinámicas del vapor de agua
    • 13.4. El ciclo simple de Rankine
    • 13.5. El ciclo de Rankine modificado
    • 13.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 14. Motores de combustión interna
    • 14.1. Introducción
    • 14.2. Los motores de cuatro tiempos
    • 14.3. El ciclo real
    • 14.4. Potencias y rendimientos
    • 14.5. Rendimiento volumétrico
    • 14.6. Combustibles
    • 14.7. Motores sobrealimentados
    • 14.8. Dimensionado del motor
    • 14.9. Curvas de resultados
    • 14.10. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 15. Ciclos de comparación para motores de combustión interna
    • 15.1. Introducción
    • 15.2. Clasificación de los ciclos de comparación
    • 15.3. El ciclo dual
      • 15.3.1. Relaciones fundamentales
      • 15.3.2. Análisis del ciclo dual
    • 15.4. El ciclo Otto
    • 15.5. El ciclo Diesel
    • 15.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 16. El ciclo de refrigeración por compresión de vapor
    • 16.1. Introducción
    • 16.2. Métodos de producción de frío
    • 16.3. Los fluidos frigoríficos
    • 16.4. El ciclo simple de compresión de vapor
    • 16.5. Modificaciones del ciclo simple de compresión de vapor
      • 16.5.1. Introducción
      • 16.5.2. Multicompresión por etapas y con cámara de flash
      • 16.5.3. Multicompresión en cascada
    • 16.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 17. Combustibles
    • 17.1. Introducción
    • 17.2. Clasificación de los combustibles
    • 17.3. Propiedades de los combustibles
      • 17.3.1. Propiedades generales
      • 17.3.2. Propiedades específicas de los combustibles sólidos
      • 17.3.3. Propiedades específicas de los combustibles líquidos
      • 17.3.4. Propiedades específicas de los combustibles gaseosos
    • 17.4. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 18. Balance de masas de la combustión
    • 18.1. Introducción
    • 18.2. Aire técnico de la combustión
    • 18.3. Parámetros fundamentales del balance de masas de una combustión
    • 18.4. Balance de masas de la reacción de combustión completa de un combustible gaseoso
    • 18.5. Balance de masas de la reacción de combustión completa de un combustible sólido o líquido
    • 18.6. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 19. Balance de energías de la combustión
    • 19.1. Introducción
    • 19.2. Balance energético
    • 19.3. Temperatura adiabática de combustión
    • 19.4. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Capítulo 20. Generadores de vapor
    • 20.1. Introducción
    • 20.2. Clasificación
    • 20.3. Rendimientos de la caldera
      • 20.3.1. Rendimiento instantáneo y rendimiento nominal
      • 20.3.2. Rendimiento estacional
    • 20.4. Balance de masas y de energías
    • 20.5. Recuperación entálpica de los humos
    • 20.6. Rendimiento estacional
    • 20.7. Temas de ampliación
    • Bibliografía
  • Apéndices
    • Apéndice A: Propiedades termofísicas del agua
    • Apéndice B: Propiedades termodinámicas del vapor de agua saturado
    • Apéndice C: Propiedades del vapor de agua recalentado
    • Apéndice D: Propiedades del agua, líquido saturado
    • Apéndice E: Propiedades del aire, gas ideal semiperfecto
    • Apéndice F: Propiedades termodinámicas del R-134a en estado de saturación
    • Apéndice G: Propiedades termodinámicas del R-134a en estado de vapor recalentado

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