Introducción a la Termodinamica.pdf - C.I.E.

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Contenidos iv Capítulo 5: SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA 197 5.1 Introducción 197 5.2 Ciclos de máquinas térmicas. Ciclo de Carnot 198 5.3 Distintos enunciados del Segundo Principio 200 5.3.1 Enunciado de Planck-Kelvin del Segundo Principio 201 5.3.2 Enunciado de Clausius del Segundo Principio 201 5.3.3 Enunciado de Carnot del Segundo Principio 202 5.4 Demostración del enunciado de Carnot del Segundo Principio 203 5.5 Equivalencia de los distintos enunciados del Segundo Principio 205 5.6 Escala termodinámica de temperaturas absolutas 207 5.7 Conclusiones de los distintos enunciados del Segundo Principio 209 5.8 Procesos reversibles e irreversibles 210 5.9 Entropía 211 5.9.1 Entropía en procesos reversibles 212 5.9.2 Entropía en procesos irreversibles 215 5.9.3 Entropía e irreversibilidad. Entropía de sistemas aislados 216 5.10 Pérdida de capacidad de realizar trabajo 219 5.10.1 Compresión de gases 220 5.10.2 Intercambio de calor 221 5.10.3 Mezcla irreversible de fluidos 221 5.10.4 Ciclos frigoríficos 222 5.10.5 Destilación 222 5.10.6 Fluidos contenidos en reservorios a presión 223 5.10.7 Motores térmicos 224 5.11 Ecuación unificada del Primero y Segundo Principios 224 5.12 Diagramas entrópicos 227 5.12.1 Diagrama temperatura-entropía 227 5.12.2 Diagrama entalpía-entropía o de Mollier 229 5.12.3 Diagrama logaritmo de la presión-entalpía 230 5.13 Generación de entropía. El balance de entropía en un sistema abierto 230 5.13.1 El balance de entropía en un sistema cerrado 231 5.13.2 El balance de entropía en un sistema abierto 232 5.14 Exergía 235 5.14.1 Exergía en sistemas abiertos 236 5.14.2 Significado físico de la exergía 237 5.14.3 Exergía en sistemas abiertos irreversibles 239 5.14.4 Exergía en sistemas cerrados 239 5.14.5 Rendimiento exergético, rendimiento térmico y rendimiento isentrópico 240 5.14.6 Balance exergético 242 5.14.7 Balance exergético en una turbina 244 5.14.8 Balance exergético en compresores y bombas 245 5.14.9 Balance exergético en intercambiadores de calor sin cambio de fase ni mezcla 246 5.14.10 Balance exergético en intercambiadores de calor sin cambio de fase con mezcla 246 Capítulo 6: ENERGÍA LIBRE 251 6.1 Introducción 251 6.2 Energía libre. Energía libre de Helmholtz 251 6.3 Energía libre de Gibbs 251 6.4 Ecuaciones de Maxwell 253 6.5 Condiciones de equilibrio físico-químico 254 6.6 Estimación de entalpía, entropía y otras funciones en gases reales 255 6.6.1 Fundamentos 255
Contenidos v 6.6.2 Estimación de entalpía en gases reales 257 6.6.3 Estimación de entropía en gases reales 264 6.6.4 Estimación de entalpía y entropía a partir de ecuaciones de estado cúbicas 272 6.6.4.1 Estimación de entalpía 272 6.6.4.2 Estimación de entropía 274 6.6.5 Estimación de calor específico a presión constante en gases reales 275 6.6.6 Diferencia de calores específicos (Cp – Cv) en gases reales 277 6.6.7 Estimación del exponente adiabático en gases reales 279 6.6.8 Estimación del coeficiente de Joule-Thomson en gases reales 282 6.6.9 Discrepancias y diferencias de capacidad calorífica en gases reales a partir de ecuaciones de estado cúbicas 283 6.6.9.1 Discrepancia de capacidad calorífica a volumen constante 283 6.6.9.2 Diferencia de capacidades caloríficas a presión y a volumen constante 284 6.6.9.3 Discrepancia de capacidad calorífica a presión constante 285 6.6.10 Estimación del exponente adiabático en gases reales a partir de ecuaciones de estado cúbicas 285 6.6.10.1 Estimación del exponente adiabático para cambio de volumen 286 6.6.10.2 Estimación del exponente adiabático para cambio de temperatura 286 6.7 Propiedades de gases reales a partir de datos experimentales 287 6.7.1 Diferencia de calores específicos 287 6.7.2 Exponente adiabático 288 Capítulo 7: SISTEMAS HETEROGÉNEOS 291 7.1 Introducción 291 7.2 Condiciones de equilibrio físico-químico 292 7.3 Fases y componentes. Potenciales químicos 293 7.3.1 Significado físico del potencial químico 294 7.3.2 Usos y aplicaciones del potencial químico 295 7.4 Regla de las fases de Gibbs 295 7.5 Introducción al estudio de sistemas de varios componentes 298 7.5.1 Propiedades molares parciales 298 7.5.2 Termodinámica de las soluciones 300 7.6 Fugacidad 302 7.7 Fugacidades molares parciales 309 7.8 Soluciones ideales. Regla de Lewis y Randall 311 7.9 Actividad y coeficientes de actividad 312 7.9.1 Variación del coeficiente de actividad 313 7.9.2 Discrepancia de energía libre y coeficientes de actividad en mezclas reales 315 7.10 Coeficientes de fugacidad en mezclas 318 7.11 Equilibrio de fases 319 7.11.1 Ecuación de Clapeyron 319 7.11.2 Cambio de fase líquido-vapor 320 7.11.3 Cambio de fase sólido-líquido 320 7.11.4 Cambio de fase sólido-vapor 320 7.11.5 Estados metaestables 321 7.11.6 Otras transiciones de fase 321 7.12 Equilibrio líquido-vapor en sistemas multicomponentes 322 7.12.1 Mezclas de hidrocarburos 323 7.12.2 Cálculos de equilibrio líquido-vapor en sistemas miscibles 326 7.13 Equilibrio líquido-vapor en sistemas no ideales 331 7.13.1 Uso de datos experimentales para calcular constantes 331 7.13.2 Coeficientes de actividad a partir del azeótropo 332
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• “Calor y Termodinámica” -
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P v′ R′ = T Sea × ( m = masa)
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Ejemplo 2.4 Cálculo del factor de
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Z 0 y Z 1 son ambos función de Pr
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a ⎞ ⎜ P ⎟ ′ ⎝ V ⎠ ( V
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PrV sr 1× Vsr Z c + b − a 2 Z c
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Propiedades P-V-T 76 En general est
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1.0467 0.5783 A = 0.31506 − − T
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⎛ ω ⎞ Z = Z() 0 + ⎜ ⎟( Z(
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La forma de la ecuación de Elliott
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Ejemplo 2.12 Cálculo de la densida
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Nótese que: ni Pi V PV xi = ni = y
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C ∑= i 1 C C C C m ′ i hi H = m
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c) N = n x N2 CO2 n = N N2 + = d) D
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Propiedades P-V-T 104 Las ecuacione
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P (ata) 13.609 27.218 40.827 54.436
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0. 08205 × 305. 4 a = 0. 42748 0.
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B1 12 0. 172 = 0. 139 − = 0.08118
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C C Tc m = ∑∑φi φ j Tcij Tcij
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Primer Principio de la Termodinámi
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Dividiendo por m& es: −∑ Pero m
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∑ ∑ 2 i m × Vi m = = ∑ 3l 3l
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Pero: Donde como antes n' es el nú
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∑ ∑ − = 2 ⎡ dV g ⎤ ⎢dh
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M 2 ( u + Ep + Ec) − M ( u + Ep +
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La ecuación (3-33’’’) se sim
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DIAGRAMA PRESION - ENTALPIA DEL OXI
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10 × 0. 0858 = = 1. 033 2 ( Kg / c
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W P2V 2 − P1V 1 = 1− γ La segu
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Pero de la ecuación de los gases i
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Consecuencias y Aplicaciones del Pr
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Por estar sobre la adiabática 0→
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Q RT 78. 3 × 520 pie 102000 Lb m&
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Segundo Principio de la Termodinám
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El esquema es similar al anterior.
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Trazamos una gran cantidad de adiab
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T T Q T Q T − T Q − Q Segundo P
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eleve, con lo que adquiere una ener
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Solución a) Hemos demostrado que p
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∆Q1 ∆Q2 ⇒ < T T 1 2 ⇒ ∆Q1
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1 0 Segundo Principio de la Termodi
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( masa del sistema) × ( intensidad
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= P0∫ 2 o 0 ( V2 − V1 ) Wo W dV
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⎛ ∂G ⎞ S −⎜ ⎟ ⎝ ∂T
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Considerando S en función de V y T
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h′ = R′ T P ⎛ ∂Z ⎞ ⎜
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B) A partir de ecuaciones de estado
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∆Cv′ R′ o 3a 1 = 4b R′ T 3
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C R T x d( ln f ) = 0 ⇒ i d( ln f
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f i ln f S puro L i puro F ∆H ti
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DIAGRAMA H-x DE LA MEZCLA R-23/R-13
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CAPITULO 11 CICLOS DE GAS Ciclos de
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Ciclos de Gas 474 La potencia y vel
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⎛ ⎞ En el ciclo Diesel además
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Ciclos de Gas 480 De tal modo los c
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η T T 2 1 ⎛ P ⎞ 2 = ⎜ ⎟
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Ciclos de Gas 484 regenerador viene
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e) T7 − T6 843 − 520 T7 ′ = T
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Ciclos de Gas 488 En cuanto al calo
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Ciclos de Gas 490 El aire entra en
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Ciclos de Gas 492 El generador de v
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Ciclos de Gas 494 11.9.2 Cogeneraci
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Ciclos de Gas 496 El análisis term
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Ciclos de Gas 498 Una variante de u
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Ciclos de Gas 500 11.10.2 Ciclo de
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• “Thermodynamics” - Lee y Se
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n = P v v H m = Pv + Pa = P ⇒ Pa
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Aire Húmedo 506 En general, para l
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Aire Húmedo 508 En la misma tabla
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Aire Húmedo 510 12.6 Diagrama enta
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Aire Húmedo 512 Componentes princi
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Aire Húmedo 514 El criterio a segu
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Aire Húmedo 516 frente a una salid
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Aire Húmedo 518 Se deben hacer alg
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Aire Húmedo 520 12.7.3 Bomba de ca
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Aire Húmedo 522 12.8 Torres de enf
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Aire Húmedo 524 12.8.2 Torres de t
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Aire Húmedo 526 • Para minimizar
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Aire Húmedo 528 El estanque de enf
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k g h c × H × PM v = C En consecu
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Aire Húmedo 532 L h2 − h1 = G T1
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Aire Húmedo 534 12.8.9 Operación
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Aire Húmedo 536 lula inferior. Si
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dP v v′ l dP v′ v Aire Húmedo
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Cp Cp 1 C m = m∑ i= 1 m − Cv m
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• “Termodinámica” - Holman.
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Flujo de fluidos 544 Si se estudia
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Flujo de fluidos 546 Hay tres magni
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⎛ a − b ⎞ 0 . 9 + 0. 6⎜ ⎟
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Flujo de fluidos 550 La gráfica de
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Flujo de fluidos 552 Sin embargo pr
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Flujo de fluidos 554 Ejemplo 13.3 C
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Flujo de fluidos 556 Por lo tanto i
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2 m seg [ v dP] = [ v][ dP] = = = 2
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Flujo de fluidos 560 Esta ecuación
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Flujo de fluidos 562 En el apartado
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2 2 2 V P ZRT ⎡ ⎛ P ⎞ ⎤ f V
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Flujo de fluidos 566 13.5.3 Flujo a
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2 γ −1 G v + γ 2 g 2 = P v 2 γ
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T P Flujo de fluidos 570 2 1 ∴V 2
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N P2 Y − Y P1 γ −1 2 ( Y −1)
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Flujo de fluidos 574 2 v dP = −
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∴ γ − 1 ⎛ Pg ⎞ = 1− ⎜
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Flujo de fluidos 578 Despreciando l
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BIBLIOGRAFIA • “Flujo de fluido
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Intercambio de Calor por Conducció
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t n h′′ t ∆x t ′′ + k t =
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t t 1 2 t = 0 t = 1 + t 2 1 + t 2 Y
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CAPITULO 15 Intercambio de Calor po
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Número de Péclet: Número de Stan
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Intercambio de Calor por Convecció
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En medidas inglesas: • Tubo horiz
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ke q& = ( t1 − t2 ) δ Esta ecuac
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N Num − 1 1 6 Intercambio de Calo
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Además: 2 ρ π D V m& = 4 ⇒ ⇒
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BIBLIOGRAFIA • “Elementos de Te
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vv vv v vdPv = vl dPl ⇒ dPl = dPv
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Intercambio de calor con cambio de
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q& ⎛ q& ⎞ ⎛ q& ⎞ = ⎜ ⎟
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N Pr Cl ∆t ≥ 1 y < 1 h fg Inter
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⎛ g ⎞ = ∆t π r⎜ ⎟ ⎝ ν
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Intercambio de Calor por Radiación
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2000 BTU hora Intercambio de Calor
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HORNOS RECTANGULARES Longitud - anc
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Pw 0. 25 0.375 + 0.165 = 0.54 y = =
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Intercambiadores de Calor 664 18.1.
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En forma muy general, podemos clasi
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Intercambiadores de Calor 668 En un
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Intercambiadores de Calor 672 Este
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7) De la curva inferior (2) de la F
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Intercambiadores de Calor 704 Enfri
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• “Intercambiadores de calor”
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Introducción a la Termodinamica.pdf - C.I.E.

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