Transferencia de Calor

En las figuras 11-17 a 11-22 se presentan gráficas de variación de la efectividad, ε, con respecto a NUT teniendo (Cmin/Cmax) como un parámetro para cambistas de calor de flujo paralelo, flujo encontrado y flujo cruzado.

Para discutir la efectividad de un cambista de calor de flujo cruzado, se requiere distinguir entre fluidos mezclados  y no meclados. Recordemos de la sección 8-4 que si un fluido que entra el cambista se divide en trayectorias separadas por tubos o canales, se llama fluido no mezclado. Si no existen dichos tubos o canales, se dice que el fluido es un fluido mezclado. Las expresiones para la efectividad de un cambista de calor para varias situaciones en flujo cruzado (referencia 6), que se dan en seguida, contienen términos R y NUT. Dichas cantidades se definen como

Reconociendo el miembro izquierdo como ε [ecuación (11-23a)] y sustituyendo β, obtenemos finalmente

Ahora substituimos la expresión para Tc,o, según se obtuvo en la deducción procedente de ε para flujo paralelo y se supone que el fluido caliente es aquel que tiene la mínima razón de capacidad calorífica. Así tenemos.

El enfoque para obtener una expresión para la efectividad, ε, para un cambista de calor de flujo encontrado es similar al que se utiliza para el cambista de calor de flujo paralelo. Igualando razones de flujo de calor según se dan en la formulación DTML y el balance de energía, se tiene.

También se puede obtener la expresión anterior para ε de manera más directa trabajando con las ecuaciones (11-17b) y (11-17c). Exactamente en la misma forma que antes, con R definido como (mccc/mhch), se obtiene el fluido cuando el frío resulta tener la misma razón de capacidad calorífica. Por lo tanto, la efectividad se expresa con frecuencia como

Observamos que el miembro izquierdo de la ecuación anterior, salvo por el término Tc,o, es similar a la expresión de la efectividad, ε, ecuación (11-23a), para el caso de que el fluido caliente es aquel con la mínima razón de capacidad calorífica. Según la ecuación (11-24a)

La ecuación anterior contiene todas las cuatro temperaturas terminales. Podemos eliminar la razón de diferencias de temperaturas que aparecen en el miembro derecho reescribiendo la ecuación (11-16), mcch(Th,i - Th,o) = mccc(Tc,o - Tc,i) como

Comenzamos igualando expresiones para la razón de transferencia de calor que se obtiene en base al balance de energía y la DTML [ecuaciones (11-16) y (11-18a)]

Observe que tan sólo aparecen tres temperaturas en las expresiones para la efectividad, las temperaturas de entrada de los fluidos y la temperatura de salida del fluido frío o bien del fluido caliente. Recuerde que todas las cuatro temperaturas terminales aparecen en al expresión de la diferencia de temperatura media logarítmica. Por lo tanto, encontramos útil el concepto de efectividad de cambista de calor, cuando no se prescriben todas las cuatro temperaturas. En seguida se buscarán algunas expresiones para la efectividad térmica del coeficiente de transferencia de calor total U, área de superficie, A, y la razones de capacidad calorífica, mhch y mccc.