Fenómenos de transporte bird 2da Edicion - [PDF Document] (2022)

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  1. 1. FENOMENOS DE TRANSPORTES E G U N D A E D I C I N
  2. 2. Fenmenos de Transporte R. Byron Bird Warren E. Stewart Edwin N. Lightfoot Segunda edicin Digitalizado
  3. 3. Fenmenos de transporte Segunda edicin R. Byron Bird Warren E. Stewart Edwin N. Lightfoot Departamento de Ingeniera Qumica Universidad de Wisconsin-Madison OLIMUSAWILEY8
  4. 4. Bird, Robert Fenmenos de transporte = Transport phenomena / Robert Byron Bird. -- 2a. ed. -- Mxico : Limusa Wiley, 2006. 1062 p. : il., fot. ; 20 cm. ISBN: 968-18-6365-8. Rstica. 1. Dlnamica de fluidos l. Steward, Warren, coaut. II. Ligthfoot, Edwin, coaut. 111. Viliagrnez Velzquez, Hugo, tr. V. Zetina Vlez, Atma Rosa, colab. LC: QA929 Dewey: 530.138 - dc21 VERSI~NAUTORIZADA AL ESPAOL DE LA OBRA ORIGINALMENTE PUBLICADA EN INGLES POR JOHNWILEY & SONS,CON EL T~TULO TRANSPORTPHENOMENA COLABORAD~REN LA TRADUCCI~N HUGOVILLAG6MEZ VELZQUEZ REVISI~NT~CNICA ALMA ROSA GRISELDAZETINA VLEZ INGENIERAQ~~~MICAPOR LA FACULTADDE QU~MICADE LA UN~VERSIDADNACIONALAUT~NOMADE MEKICO. DOCEMEEN MATEMATICAS,UNAM.PROFESORADE LA ESCUELADE CIENCIASQU~MICASDE LA UNIVERSIDAOLA SALLE. FENMENOSDETRANSPORTE SON PROPIEDAD DEL EDITOR. NINGUNAPARTE DE ESTA OBRA PUEDE SER REPRODUCIOA O TRANSMITIDA. MEDIANTE NINGN SISTEMA O MTODO, EFECTR~NIMOMECANICO (INCLUYENDO EL FOTOCOPIADO, LA GRABACI~NO CUALCiUlER SISTEMA DE RECUPERACI~NY ALMACENAMIENTO DE INFORMACI~N), SIN CONSENflMlENTO POR ESCRITO DEL EDITOR. O2006, EDITORIALLIMUSA, S.A. DE C.V. GRUPO NORIEGA EDITORES BALOEFIAS95, MCxico, D.F. C.P. 06040 m51 30 0700 55 12 2903 [emailprotected] www.noriega.com.mx SEGUNDAEDICIN HECHOEN MEXICO ISBN 968-18-6365-8
  5. 5. Prlogo La transferenciade cantidad de movimiento, la transmisin de calor y la transferen- cia de materia surgieron como ramas independientes de la fsica clsica desde hace mucho, pem el estudio unificado de estas disciplinas se ha constituido en un rea fundamental de las ciencias de ingeniera. Este desarrollo, a su vez, iniciado hace menos de medio siglo, contina avanzando y encontrando aplicacionesen campos nuevos como la biotecnologa,la microelectrnica, la nanotecnologay la ciencia de polimeros. La evolucibn de los fenmenosde transporte ha sido tan rpida y extensa que es imposibleabarcarla por completoen un solo libro. A pesar de que hemos inclui- do muchos ejemplos representativos, nuestro inters primordial, necesariamente, han sidolos aspectosbsicos de este campo. Adems, en plticas con colegashemos encontrado que los fenmenosde transporte se ensean de varias formas y a diver- sos niveles. En esta edicinse ha incluido suficiente material para cubrir dos moda- lidades de cursos: uno intraductorio y otro avanzado. El curso elemental, a su vez, puede dividirse en un curso cobre transferencia de cantidad de movimiento y en otro sobw transmisin de calor y transferencia de materia, lo que proporciona ms oportunidades para demostrar la utilidad de este material en aplicacionesprcticas. La identificacinde algunas seccionescomo opcionales (O) y otras como avanzadas (O) puede ser til para estudiantes y profesores. Considerados durante mucho tiempo m6s bien como un tema matemtico, los fenmenos de transporte con ms significativospor su importancia fsica. La esen- cia medular de este tema la constituyeel planteamiento cuidadoso y conciso de los principios de conservacin,junto con las expresiones de densidad de flujo (flux),re- calcando las semejanzasy diferenciasentre los tres procesos de transporte conside- rados. A menudo, la especializacin hasta las condiciones lmite y las propiedades fsicas en un problema especfico puede proporcionar una visin til con esfuerzo mnimo. No obstante, el lenguaje de los fenmenos de transporte es matemtico, y en este libro hemos asumido que el lector est familiarizado con ecuaciones diferen- ciales ordinarias y con an6lisisvectorial elemental. Introducimos el uso de las ecua- ciones diferenciales parciales con una explicacin suficiente de modo que el estudiante interesado pueda dominar el material presentado. Las tcnicas numri- cas se posponen, a pesar de su relevancia evidente, para que el estudiante se con- centre en la comprensin fundamental. A lo largo del texto se da prioridad a Ias citas y referencias bibliogrficas,esto con el fin de ubicar los fendmenos de transporte en su contexto histrico propio y para orientar al lector que desee ahondar en el estudio de los fundamentos y las aplicaciones.Hemos estado particularmenteinteresadosen presentar a los pioneros, a quienes tanto debernos, y en quienes podemos seguir encontrando inspiracin til. Se trata de personas no tan distintas de nosotros mismos, y quizs algunos de nuestros lectoresencuentren en ellos inspiracin para realizar contribuciones seme- jantes. Es evidente que tanto las necesidades de nuestros lectores como las herramien- tas de que disponen han cambiado enormemente desde que se escribi Ia primera edicin hace ms de 40 aos. Hemos hecho esfuerzos muy serios para actualizar el texto, dentro de los Lmites de espacioy de nuestras habilidades, y nos hemos esfor- zado por anticipar desarrollosfuturos.Algunos de los cambios mis importantes res- pecto a la primera edicin incluyen los siguientes: ,
  6. 6. vi Prlogo propiedades de transporte de sistemas de dos fases uso de "densidades de flujos combinadas" para establecerbalances de envol- tura y ecuaciones de variacin conservacinde la cantidad de movimiento angular y sus consecuencias obtencin completa del balance de energa mecnica tratamiento ms amplio de la teora de la capa lmite dispersin de Taylor anlisis mejorados de transporte turbulento anlisis de Fourier de transporte turbulento a Pr o Sc elevados inclusin de ms material sobre coeficientesde transmisin de calor y trans- ferenciade masa anlisis ms completos de anlisis dimensional y escalacin mtodos matriciales para transferencia de materia de varios componentes sistemas inicos, separaciones de membrana y medio poroso relacin entre la ecuacin de Boltzmann y las ecuaciones sobre el continuo uso de la convencin "Q + W" en tratamientos de energa, de conformidad con los textos ms importantes de fsica o fisicoqumica. Sin embargo, siempre es la generacin ms joven de profesionistas la que ve el fu- turo con mayor claridad y ec la que debe construir su realidad sobre una herencia imperfecta. Queda mucho por hacer, aunque es de esperar que la utilidad de los fenme- nos de transporte aumente en vez de disminuir.Cada una de las estimulantes nuevas tecnologas que estn floreciendo a nuestro alrededor se rige, en el nivel de inters detallado que se quiera, por las leyes de conservacin y las expresiones de densi- dad de flujo, junto con informacin sobre los coeficientes de transporte. Adaptar los planteamientos de los problemas y las tcnicas de solucin para estas nuevas reas indudablemente mantendr ocupados a los ingenieros durante mucho tiem- po, y lo nico que podemos esperar es haber proporcionado una base til a partir de la cual empezar. El ,to de cada libro nuevo depende de muchas ms personas que las que se sefialan en la portada. La deuda ms evidente es ciertamente con los estudiantes perseverantes e inteligentes que en conjunto nos han enseado mucho ms de lo que nosotrosles hemos enseado. Asimismo, losprofesoresque revisaronel manus- crito merecen un agradecimiento especialpor sus numerosas correcciones y comen- tarios ilustrativos: Yu-Ling Cheng (Universidad de Toronto), Michael D. Graham (Univ'ersidad de Wisconsin), Susan J. Muller (Universidad de California-Berkeley), William B. Russel (Universidad de Princeton),Jay D. Schieber(Institutode Tecnolo- ga de Illinois) y john F. Wendt (Instituto von Krmn para Dinmica de Fluidos). Sin embargo, en un nivel ms profundo, nos hemos beneficiado de la estructura y las tradiciones departamentales creadas por nuestros antecesores aqu en Madison. En primer lugar se encuentra Olaf Andreas Hougen, a cuya memoria est dedicado este libro. Madison, Wisconsin. R.B.B. W.E.S. E.N.L.
  7. 7. Contenido . -p. . .. - -- Prlogo Ej. 2.3-1 Determinacin de la viscosidad a parfir de datos de flujo capilar 59, , . Captulo O El tema de los fenmenos Ej. 2.3-2 Flujo comprecible en un tubo circular de transporte 1 horizontal 60 S2.4 Flujo a travs de un hibo concntrico 61 s2.5 lujo de dos fluidos inmisciblesadyacentes 64 52 6 Flujo reptante alrededor dc una esfera 66 Parte I Transportede cantidad fl 2 6-7 Dettrnllrrncicnde la ziiscosrdnd a partir dr la zvlocirlnd final d~ 1471d c~ftnraque desrterrdt 70 de n3ovbiento I'reguntns para discusiii 70 Probiemas 71 Captulo 1 Viscosidad y mecanismos del transporte de cantidadde movimiento 11 51.1 Ley de viscosidad de Newton (transporte de cantidad de movimiento moiecular) 11 Ej. 7.1-1 Cdlculo de la densidad de Pujo de canfidad de mouirniento 16 1 . 2 Generalizacinde Ia ley de viscosidad de Newton 16 1 . 3 Dependencia de la viscosidad con respecto a la presin y la temperatura 22 Ej. 1.3-1 Esfimacin de la viscosidad a parfir de las propiedades crticas 24 51.4" Teora rnolecular de la viscosidad de gases a baja densidad 25 Ej. 1.4-7 C[cuIode la viscosidad de u n gas puro a baja denstdad 29 Ej. 1.4-2 Prediccin de la viscosidad de una mezcla de gases a baja densidad 30 51.5" Teora molecular de la viscosidad de lquidos 31 Ej. 1.5-1 Estimacin de la viscosidad de un lquido puro 33 s1.6" Viscosidad de suspensiones y de emulsiones 34 7 Transporte de cantidad de movimiento convectivo 37 Preguntas para discusin 40 Problemas 41 , Captulo2 Balances de cantidad de movimiento en la envoltura y distribuciones de velocidad en flujo laminar 45 2 . Balances de cantidad de movimiento en Ia envoltura y condicioneslmite 46 s2.2 Flujo de una pelicula descendente 48 Ej. 2.2-2 Clculo de fa velocidad de una pelcula 53 Ej. 2.2-2 Pelcula descendente con viscosidad variable 53 S2.3 flujo a travs de un tubo circular 54 Captulo 3 Ecuaciones de variacin para sistemas isotrmicos 85 53.1. Ecuacin de continuidad 87 Ej. 3.1-1 Esfuerzos norm
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Author: Nicola Considine CPA

Last Updated: 11/20/2022

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