Termotecnia
Jutglar,Lluis / Galan,Maribel
Este libro es un texto de introducción a diversos temas termodinámicos, que se ha escrito insistiendo en los aspectos más prácticos desde el punto de vista técnico. El libro empieza con un recordatorio de los conceptos básicos que se utilizarán a lo largo del mismo, capítulo 1. El capítulo 2 se dedica a la circulación de fluidos por tuberías, dado que deben conducirse líquidos ...
Sinopsis
Este libro es un texto de introducción a diversos temas termodinámicos, que se ha escrito insistiendo en los aspectos más prácticos desde el punto de vista técnico. El libro empieza con un recordatorio de los conceptos básicos que se utilizarán a lo largo del mismo, capítulo 1. El capítulo 2 se dedica a la circulación de fluidos por tuberías, dado que deben conducirse líquidos y gases desde un punto a otro, como medios de transporte de materia, calor, frío o energía mecánica. Las máquinas operadoras que actúan sobre estos fluidos comunicándoles la energía necesaria para que puedan circular se presentan en los cuatro capítulos siguientes (capítulos 3, 4, 5 y 6) dedicados, respectivamente, al estudio de bombas, ventiladores, compresores y máquinas de vacío. Dichas máquinas operadoras consumen energía mecánica, requiriendo la colaboración de máquinas motoras, por lo que el capítulo 7 está dedicado a turbinas de vapor, turbinas de gas y motores de combustión interna. Se ha creído conveniente incluir también los motores eléctricos, aunque estrictamente su estudio no debería incluirse en la termodinámica. En muchas industrias se trabaja con fluidos calientes y fríos (tuberías, depósitos, reactores) y debe minimizarse la disipación no deseada de calor y frío. El capítulo 8 está dedicado al aislamiento térmico. Gran cantidad de operaciones y procesos se realizan a temperatura distinta de la atmosférica, como por ejemplo, conservación de productos alimentarios, concentración por evaporación de disolventes, reactores, etc. En consecuencia se dedican tres capítulos a la generación de calor, producción de frío y redes de distribución de los mismos (capítulos 9, 10 y 11). Dado que la energía es escasa y cara, interesa conseguir el efecto deseado con el menor consumo de la misma, por lo que, en el capítulo 12, se han introducido técnicas dedicadas al ahorro energético. Teniendo en cuenta la creciente sensibilidad en temas afines a la conservación del medio ambiente y sostenibilidad de procesos, a pesar que pueda parecer un poco fuera de lugar en un libro enfocado a temas industriales, se ha dedicado el capítulo 13 a las energías renovables, aunque lógicamente, no con la extensión ni el detalle con que se estudiarían en un texto dedicado exclusivamente a las mismas. Por último, como ya se ha dicho, la industria química produce un bien útil consumiendo materia y energía. Para realizar esta labor dispone de un abanico de distintas materias, distintas fuentes energéticas y distintas tecnologías; el técnico debe ser capaz de averiguar cuál es el coste energético de un proceso y escoger el más idóneo, por lo que se dedica el último capítulo al tema de la gestión energética (capítulo 14). A lo largo del texto se han incluido ejemplos de cálculo con su resolución detallada, así como los gráficos y las tablas precisos. La dificultad es variable, pero todos ellos son una aplicación directa de los temas expuestos a lo largo de cada capítulo.
Índice
Cap¡tulo 1
Conceptos b sicos ........................................................................................... 23
1. Introducci¢n .......................................................................................... 23
2. Sistema, superficie de control, proceso y ciclo ..................................... 24
3. Principio de conservaci¢n de la materia ............................................... 24
4. Trabajo de un fluido .............................................................................. 26
5. Principio de la conservaci¢n de la energ¡a
(1er principio de la Termodin mica) ...................................................... 26
5.1 Ecuaci¢n de la energ¡a aplicada a un sistema cerrado reversible .................27
5.2 Ecuaci¢n de la energ¡a aplicada a un sistema abierto estacionario reversible ................. 28
6. Ecuaci¢n complementaria de la energ¡a ............................................... 30
7. Ecuaci¢n de Bernouilli ......................................................................... 30
8. Trabajo de expansi¢n adiab tica y reversible (sin rozamiento) ....................... 31
9. Trabajo de expansi¢n isoterma reversible ............................................ 32
10. Calor y trabajo en un ciclo cerrado ..................................................... 32
11. Segundo principio de la Termodin mica y entrop¡a ........................... 35
12. Rendimiento de Carnot ....................................................................... 36
13. Diagramas termodin micos y representaci¢n de procesos simples .... 37
13.1 Diagrama entalp¡a-entrop¡a (h-s) ............................................... 37
13.2 Diagrama temperatura-entrop¡a (T-s) ......................................... 38
13.3 Diagrama presi¢n-entalp¡a (p-h) ................................................ 39
14. Transmisi¢n de calor ........................................................................... 40
14.1 Conducci¢n ................................................................................ 41
14.1.1 Pared plana .................................................................... 42
14.1.2 Pared cil¡ndrica .............................................................. 43
14.1.3 Pared esf?rica ................................................................. 44
14.2 Convecci¢n ................................................................................. 44
14.2.1 Convecci¢n natural sin cambio de estado ..................... 44
14.2.2 Convecci¢n forzada sin cambio de estado ..................... 46
14.3 Radiaci¢n .................................................................................... 48
14.3.1 Leyes fundamentales ..................................................... 48
14.3.2 Intercambio de calor entre superficies radiantes ........... 49
14.4 Coeficiente global de transmisi¢n de calor conducci¢n-convecci¢n ......................... 50
14.4.1 Pared plana .................................................................... 50
14.4.2 Pared cil¡ndrica .............................................................. 52
14.4.3 Pared esf?rica ................................................................. 52
14.5 Coeficiente global de transmisi¢n de calor
convecci¢n-radiaci¢n ................................................................. 53
14.7 Flujo de calor a trav?s de la pared de una tuber¡a a temperatura variable .... 54
Cap¡tulo 2
Circulaci¢n de fluidos en tuber¡as y conductos ........................................... 59
1. Tipos de fluidos y viscosidad ................................................................ 59
1.1 Unidades ....................................................................................... 60
2. R?gimen de circulaci¢n y n£mero de Reynolds ................................... 61
2.1 Otras formulaciones del n£mero de Reynolds ............................. 62
3. P?rdida de carga en una tuber¡a ............................................................ 63
3.1 Factor de rozamiento .................................................................... 63
3.2 Ecuaci¢n de Hazen - Williams ..................................................... 64
3.3 Diagramas de p?rdida de carga .................................................... 65
4. Red de tuber¡as para l¡quidos .................................................................66
4.1 Tuber¡a lineal sin ramificaciones ...................................................66
4.2 C lculo de la p?rdida de carga en una red .................................... 70
4.3 Tipos de redes ............................................................................... 72
4.4 Equilibrado de redes ..................................................................... 74
5. Red de distribuci¢n de aire y gases a baja presi¢n ............................... 76
5.1 Cambio de velocidad .................................................................... 76
5.2 Di metro equivalente ................................................................... 77
5.3 Presi¢n est tica, presi¢n din mica y presi¢n total ....................... 77
5.4 Equilibrado de redes ..................................................................... 78
6. Red de distribuci¢n de aire y gases a presi¢n superior a la atmosf?rica ...... 83
6.1 Circulaci¢n de un gas h£medo ..................................................... 83
7. Red de distribuci¢n de vapor ................................................................ 84
8. Prevenci¢n de dilataciones ................................................................... 85
9. Ap?ndice ............................................................................................... 85
Referencias ............................................................................................... 89
Cap¡tulo 3
Bombas ............................................................................................................ 91
1. Introducci¢n .......................................................................................... 91
1.1 Tipos de m quinas ........................................................................ 92
2. Bombas cin?ticas .................................................................................. 93
2.1 Introducci¢n ................................................................................. 93
2.2 Potencia consumida y rendimiento .............................................. 95
2.3 Leyes de semejanza ...................................................................... 97
2.4 Cavitaci¢n, presi¢n requerida (NPSHr) y presi¢n disponible (NPSHd) en la boca de aspiraci¢n.100
2.5 Curvas caracter¡sticas ................................................................. 104
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