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UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
FRANCISCO DE MIRANDA
AREA DE TECNOLOGA
DEPARTAMENTO DE ENERGTICA
UNIDAD C URRICULAR: TRANSFERENCIA DE CALOR
Bachiller:
Hidalgo Jorge C.I: 19.927.412
Punto Fijo octubre 2015
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Introduccin
Hablar de superficie extendida, se hace referencia a un slido que experimenta
transferencia de energa por conduccin dentro de sus lmites, as como transferencia de
energa por conveccin e (y/o radiacin) entre sus lmites y los alrededores, las aletas se
usan para aumentar la transferencia de calor entre un objeto y sus alrededores, es muy
frecuente en ingeniera debido al alto porcentaje de la transferencia de calor y al poco costo
de su produccin , su uso industrialmente hablando es amplio.
Las superficies extendidas se aplican para mantener una temperatura constante o disminuir
la temperatura en una superficie a travs de conveccin o conduccin se aplican para que
esta transferencia de calor se haga con mayor eficiencia.
Existen casos como cuando se usa una sola aleta o un arreglo de ellas el cual contiene N
cantidad de aletas todo depende de la cantidad de calor que se vaya a disipar para
determinar la cantidad a colocar de estas.
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Superficies extendidas aletas
Las aletas de enfriamiento son las que aumentan la transferencia de calor.
A la vista de la Ley de Newton del Enfriamiento:
Q-punto conv = As * h * (Ts - Tf)
Que modela la velocidad de transferencia de calor por
conveccin entre una superficie y el fluido que la rodea, y
teniendo en cuenta que en la mayora de los casos tanto
Ts (temperatura de la superficie) como Tf (temperatura
del fluido) son condiciones de diseo prefijadas, las
posibilidades para incrementar la velocidad de
transferencia de calor desde una superficie al fluido que la
rodea son dos:
1) Aumentar el valor del coeficiente de pelcula (h). Esto
se puede hacer, por ejemplo, utilizando un ventilador para
forzar la conveccin. En muchas ocasiones esta solucin
no resulta econmicamente rentable o es demasiado
complicada.
2) Aumentar la superficie de intercambio (As) mediante
elementos adicionales llamados, en general, aletas.
Para que se usan las aletas
Se usan las aletas o superficies extendidas con el fin de
incrementar la razn de transferencia de calor de una
superficie, en efecto las aletas convexas a una superficie
aumenta el rea total disponible para la transferencia de
calor. En el anlisis y diseo de una superficie con aleta, la
cantidad de energa calorfica disipada por una sola aleta de
un tipo geomtrico dado, se determina auxilindonos del
gradiente de temperatura y el rea transversal disponible
para el flujo de calor en la base de la aleta. Entonces, el
numero total de aletas necesarias para disipar una cantidad
de calor dada se determinara en base a la acumulacin de
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transferencia de calor. La ecuacin diferencial que
describe la distribucin de temperatura en una
aleta resulta de un equilibrio de energa en una
seccin elemental de la aleta que es tanto
conductora, como apta para la conveccin, a la
vez. Puesto que un elemento de volumen
elemental cualquiera experimenta tanto
conduccin como conveccin el problema es en
realidad multidimensional
Materiales de las aletas
Las aletas estn hechas de materiales intensamente conductores como el aluminio, esto para intensificar la disipacin de calor y tener una mejor eficiencia en
muchos casos son construidas del mismo
material de la base para mantener una
transferencia uniforme, o en otros para mejorar
su eficiencia se construyen de un material
diferente ya sea un mejor conductor.
Tipos de aletas
Aleta de Perfil Rectangular
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Aleta Recta de Perfil Triangular
Aleta Recta de Perfil Parablico
Aleta Cilndrica
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Aleta de Aguja Cnica
Aleta de Aguja Parablica
Uso de las aletas
Para disipar el calor que genera el rodete
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Para disminuir la temperatura del fluido y mejorar la
eficiencia del condensador para la transferencia de calor
Mtodos de anlisis de una aleta
Parmetros para el anlisis de la aleta:
Diferencia de Temperaturas ():
Mxima Diferencia de Temperaturas (b):
Factor geomtrico (m):
Ecuacin general de la aleta :
Q-punto cond,x= Q-punto cond,x+Dx+ Q-punto conv
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Ecuacin general de la aleta :
Resolviendo la ecuacin anterior se obtienen los siguientes casos que nos sirven para
obtener la transferencia de calor de una aleta, as como tambin su distribucin de
temperaturas:
Caso A: Aleta con Conveccin en el extremo
Todas las aletas estn expuestas a conveccin 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 Adiabtico
Se considera aleta de este tipo cuando el rea 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.
Caso D: Aleta de Longitud Infinita
Correccin de Caso A a Caso B:
Slo debe corregirse la longitud L de una aleta con conveccin en el extremo, por LC y
analizarla como una aleta con extremo adiabtico ms larga como se muestra en la figura
Aleta de Perfil Rectangular:
Lc= L + t/2
Aleta Cilndrica: Lc= L + D/4
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DESEMPEO DE UNA ALETA
Se sabe que las aletas se utilizan para aumentar la transferencia de calor de una fuente
porque acrecientan el rea efectiva de superficie, pero la aleta como tal representa una
resistencia a la conduccin 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 ( f):
La efectividad de una aleta se determina con la ecuacin:
Ab: Ara de contacto entre la base y la aleta
EFICIENCIA DE UNA ALETA (f):
La eficiencia de una aleta es la relacin que existe entre el calor (Qf) que se
transfiere de una aleta con condiciones determinadas, y la transferencia de
calor mxima (Qmax) que existira si esa aleta estuviera a la mxima
temperatura (la temperatura de la base).
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ARREGLO DE ALETAS:
Cuando sobre una superficie se agregan dos o ms aletas estamos en presencia
de un arreglo, para este tipo de caso puede definirse una eficiencia global que
involucra la disipacin 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 (f )de una aleta, que caracteriza el rendimiento solo de una aleta, la eficiencia global (o) 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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Conclusin
Concluimos en nuestro trabajo que las aletas son superficies de uso comn en la
transferencia de calor y a menudo incrementan la velocidad de esa transferencia desde una
superficie con varios dobleces.
Modela la velocidad de transferencia de calor por conveccin entre una superficie y el
fluido que la rodea.
Dentro de sus usos comunes tenemos los radiadores (enfriadores de agua de enfriamiento
de los sistemas de combustin interna) la estructura externa de la cmara (cilindro) de los
motores de motocicletas, estas se pueden usar para muchas cosas y para mejorar la
eficiencia de transferencia de calor
Se puede colocar una o muchas esto depende de la cantidad de calor que se va a disipar y
del rea disponible para ello
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Bibliografas
INCROPERA, Frank. Fundamentos de transferencia de calor. 4ta. Edicin.
Editorial Pearson Prentice Hall.
YUNUS, engel. Transferencia de calor y masa. 3era Edicin. Editorial
McGraw Hill.
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