Transferencia de Calor en Superficies Extendidas (Aletas)

 UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
 FRANCISCO DE MIRANDA
 AREA DE TECNOLOGÍA
 DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA
 UNIDAD CURRICULAR: TRANSFERENCIA DE CALOR
TRANSFERENCIA DE CALOR EN
SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)
Profesor: Ing. Isaac Hernández
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TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)
TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)
Al hablar de superficie extendida, se hace
referencia a un sólido que experimenta
transferencia de energía por conducción
dentro de sus límites, así como
transferencia de energía por convección e
(y/o radiación) entre sus límites y los
alrededores.
La aplicación más frecuente es aquella en
la que se usa una superficie extendida de
manera específica para aumentar la
rapidez de transferencia de calor entre un
sólido y un fluido contiguo,
Las aletas se usan cuando el coeficiente de
transferencia de calor por convección h es
pequeño.
TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)
TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)
Parámetros para el análisis de la aleta:
Diferencia de Temperaturas (θ):
Máxima Diferencia de Temperaturas (θb):
Factor geométrico (m):
Ecuación general de la aleta :
Q-punto cond,x = Q-punto cond,x+Dx + Q-punto conv
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Ecuación general de la aleta :
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Resolviendo la ecuación anterior se obtienen los siguientes casos que nos sirven para
obtener la transferencia de calor de una aleta, así como también su distribución de
temperaturas:
Caso A: Aleta con Convección en el extremo
Todas las aletas están expuestas a convección desde el extremo, excepto cuando el
mismo se encuentre aislado o su temperatura sea igual a la del fluido. Para este
caso se tiene:
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Caso B: Aleta con extremo Adiabático
Se considera aleta de este tipo cuando el área del extremo no intercambia calor con el
fluido adyacente.
Caso C: Aleta de extremo con Temperatura Establecida
Cuando se conoce la temperatura en el extremo de la aleta.
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Caso D: Aleta de Longitud Infinita
Corrección de Caso A a Caso B:
Sólo debe corregirse la longitud L de una aleta con convección en el extremo, por LC
y analizarla como una aleta con extremo adiabático más larga como se muestra en la
figura
Aleta de Perfil Rectangular: Lc = L + t/2
Aleta Cilíndrica: Lc = L + D/4
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DESEMPEÑO DE UNA ALETA
Se sabe que las aletas se utilizan para aumentar la transferencia de calor de una fuente
porque acrecientan el área efectiva de superficie, pero la aleta como tal representa una
resistencia a la conducción del calor, por eso no hay seguridad de que la aleta aumente
la transferencia de calor por ello se define la efectividad y eficiencia de una aleta como:
EFECTIVIDAD DE UNA ALETA ( εf):
La efectividad de una aleta se determina con
la ecuación:
Ab: Aréa de contacto entre la base y la aleta
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EFICIENCIA DE UNA ALETA (ηf ):
La eficiencia de una aleta es la relación que existe entre el calor (Qf) que se transfiere
de una aleta con condiciones determinadas, y la transferencia de calor máxima
(Qmax) que existiría si esa aleta estuviera a la máxima temperatura (la temperatura de
la base).
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ARREGLO DE ALETAS:
Cuando sobre una superficie se agregan dos o más aletas estamos en presencia de un
arreglo, para este tipo de caso puede definirse una eficiencia global que involucra la
disipación de calor desde las aletas y desde la superficie, en este tipo de sistema es
necesario definir una eficiencia global.
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Eficiencia Global
En contraste con la eficiencia (ηf ) de una aleta, que caracteriza el rendimiento solo de
una aleta, la eficiencia global (ηo) caracteriza a varias aletas similares y a la superficie
base a la que se unen, por ejemplo los que se muestran en la figura
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Circuitos Térmicos para Arreglos de Aletas:
Los circuitos térmicos para arreglos de aletas siguen el mismo principio que se trató
previamente, el cual consiste en plantear el conjunto de resistencias térmicas
presentes en un sistema de acuerdo a cada mecanismo o forma de transferencia de
calor, como se muestra a continuación:
Cuando las aletas son parte integral de la base: El circuito térmico del arreglo considerando
sólo la disipación de calor desde la base y las aletas queda así:
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Cuando las aletas son adheridas a la base: El circuito térmico del arreglo queda
como se muestra a continuación.