Descripción

Durante el último cuarto de siglo, la importancia de los intercambiadores de calor ha aumentado enormemente desde el punto de vista de la conservación, conversión y recuperación de energía y la implementación exitosa de nuevas fuentes de energía. Su importancia también está aumentando desde el punto de vista de las preocupaciones ambientales, como la contaminación térmica, la contaminación del aire, la contaminación del agua y la eliminación de desechos. Los intercambiadores de calor se utilizan en las industrias de procesos, energía, transporte, aire acondicionado y refrigeración, criogenia, recuperación de calor, combustibles alternativos y fabricación, además de ser componentes clave de muchos productos industriales disponibles en el mercado. Desde un punto de vista educativo, los intercambiadores de calor ilustran de una manera u otra la mayoría de los principios fundamentales de las ciencias térmicas, por lo que sirven como un excelente vehículo para la revisión y la aplicación, cumpliendo con las pautas para los estudios universitarios en los Estados Unidos y en el extranjero.

Se han producido avances significativos en el desarrollo de la tecnología de fabricación de intercambiadores de calor, así como en la teoría del diseño. Se han publicado muchos libros sobre el tema, como se resume en las Referencias generales al final del libro. Sin embargo, nuestra evaluación es que ninguno de los libros disponibles parece proporcionar una cobertura en profundidad de las complejidades del diseño y la teoría de intercambiadores de calor como para apoyar completamente tanto a un estudiante como a un ingeniero en ejercicio en la búsqueda del dominio creativo tanto de la teoría como del diseño. Nuestro libro fue motivado por esta consideración. La cobertura incluye la teoría y el diseño de intercambiadores para muchas industrias $no restringidas, por ejemplo, a la industria de procesos$ para una base más amplia y profunda.

El objetivo de este libro es proporcionar una teoría de diseño térmico e hidráulico en profundidad de intercambiadores de calor monofásicos de dos fluidos para operación en estado estable. Se tuvieron en cuenta tres objetivos importantes durante la preparación de este libro: 1. Presentar y aplicar conceptos aprendidos en los primeros cursos de transferencia de calor, mecánica de fluidos, termodinámica y cálculo, para desarrollar la teoría del diseño de intercambiadores de calor. Por lo tanto, el libro servirá como un vínculo entre los temas fundamentales mencionados y la práctica del diseño de ingeniería térmica en la industria. 2. Presentar y aplicar conceptos básicos de diseño de intercambiadores de calor a la solución de problemas de intercambiadores de calor industriales. Se hace hincapié principalmente en los conceptos y aplicaciones fundamentales. Además, se hace más hincapié en el análisis y menos en el empirismo.

3. El libro también está destinado a ingenieros en ejercicio además de estudiantes. Por lo tanto, en varios lugares del texto, se agrega cierta redundancia para aclarar los conceptos, se desarrolla la teoría inicial utilizando coeficientes de transferencia de calor globales constantes y medios, y se agregan más datos en el texto y las tablas para uso industrial. Para proporcionar información completa para el diseño y análisis de intercambiadores de calor en un libro de extensión razonable, hemos optado por no incluir derivaciones teóricas detalladas de muchos resultados, ya que se pueden encontrar en libros de texto avanzados de transferencia de calor por convección. En cambio, hemos presentado algunas derivaciones básicas y luego presentado información completa a través del texto y tablas concisas. Un problema de diseño de intercambiador de calor industrial consiste en acoplar consideraciones de diseño de componentes y sistemas para garantizar un funcionamiento adecuado.

En consecuencia, un buen ingeniero de diseño debe estar familiarizado con los aspectos de diseño de sistemas y componentes. Basándonos en la experiencia industrial de más de tres décadas en el diseño de intercambiadores de calor compactos para automóviles y otras aplicaciones industriales y más de veinte años de docencia, nos hemos esforzado por demostrar las interrelaciones entre los aspectos de diseño de componentes y sistemas, así como entre las necesidades de los entornos industriales y de aprendizaje. Algunos de los detalles del diseño de componentes presentados también se basan en nuestra propia experiencia en diseño de sistemas. Teniendo en cuenta el hecho de que los intercambiadores de calor constituyen una industria multimillonaria solo en los Estados Unidos, y hay más de 300 empresas dedicadas a la fabricación de una amplia gama de intercambiadores de calor, es difícil seleccionar el material adecuado para un curso introductorio.

Hemos incluido más material del necesario para un curso de un semestre, poniendo el mismo énfasis en cuatro tipos básicos de intercambiadores de calor: carcasa y tubos, placas, superficie extendida y regenerador. La elección del material de enseñanza que se cubrirá en un semestre depende del instructor, dependiendo de su deseo de centrarse en tipos de intercambiadores específicos y temas específicos en cada capítulo. Los requisitos previos para este curso son los primeros cursos de pregrado en mecánica de fluidos, termodinámica y transferencia de calor.