UNEFMCurso Intensivo Verano 2015TRANSFERENCIA DE CALORPROF; DIMAS AMAYAINFORMESUPERFICIES EXTENDIDAS O ALETAS DE TRANSFERENCIA DE CALORMENDEZ BELLO, JULIO ALFONSO

¿QUE SON LAS SUPERFICIES EXTENDIDAS?

El término de superficie extendida se usa normalmente con referencia a un sólido que experimenta

transferencia de calor por conducción dentro de sus límites, así como transferencia de calor por

conveccion y/o radiación entre sus límites y alrededores

APLICACIONESLa aplicación mas frecuente es el uso de las superficies extendidas de manera específica para aumentar

la rapidez de transferencia de calor entere un sólido y un fluido contiguo. Esta superficie extendida se

denomina aleta.

Dentro de sus usos comunes tenemos los radiadores (enfriadores de agua de enfriamiento de los

sistemas de combustión interna) la estructura externa de la cámara (cilindro) de los motores de

motocicletas, etc.

Considérese la pared plana de la figura si T es fija hay dos formas en la que es posible aumentar la

transferencia de calor. El coeficiente de conveccion h podría aumentarse incrementando la velocidad del

fluido y podría reducirse la temperatura del fluido TQ

Sin embargo se encuentra muchas situaciones, en las que h puede aumentar al valor máximo posible,

pero el factor económico que esta no lo hace viable.

Las Aletas se montan en un aparato térmico, tubería u otro sistema con la finalidad de aumentar el

producto del Coeficiente de Transferencia de Calor convectivo con el Área (hA) y así disminuir la

resistencia térmica (1/hA) . Sin embargo el Área adicional no es tan eficiente como la superficie original

ya que para conducir el calor es necesario un gradiente de temperatura a lo largo de la aleta. Así la

diferencia media de temperatura en el enfriamiento es menor en una superficie con aletas que en una sin

ellas. La resistencia adecuada de una aleta está dada por 1/(A*h*nf) , donde A es la superficie de la aleta

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y nf es su efectividad (0< nf < 1) . Para aletas cortas de alta conductividad térmica nf es grande , pero

disminuye al aumentar la longitud de la aleta.

Desde el punto de vista práctico solo se justifica el montaje de una aleta o superficie extendida cuando se

cumple la siguiente relación:

h≤ 0.25* (PK/A)

h = Coeficiente de película del fluido.

P = Perímetro de la sección de la aleta.

K = Conductividad térmica del material de la Aleta.

A = Superficie de la Aleta.

En caso contrario el aumento de transferencia de calor no es apreciable.

Para poder decidir sobre el tipo de aleta a poder usar se debe de tener en cuenta :

- Espacio disponible.

- Caída de presión.

- Facilidad de su manufactura.

- Costo del material y su construcción.

Para poder plantear una ecuación para estos casos se debe tener en cuenta las siguientes

consideraciones:

- Conducción unidimensional a lo largo de toda la aleta.

- Conducción de calor en estado permanente.

- El material usado se considera homogéneo , con un K= cte.

- La temperatura en la base de la aleta se considera uniforme y constante.

- La temperatura y el coeficiente pelicular convectivo del fluido que rodea la aleta es constante e

uniforme.

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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Aleta con extremo Adiabático: Se considera aleta de este tipo cuando el área del extremo no intercambia calor con el fluido adyacente.

Aleta de extremo con Temperatura Establecida: Cuando se conoce la temperatura en el extremo de la aleta.

Aleta de Longitud Infinita

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: Area 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).

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.

TIPOS DE ALETAS:Una aleta recta es cualquier superficie prolongada que se une a una pared plana. Puede ser de área

transversal uniforme (a) o no uniforme (b) una aleta anular es aquella que se une de forma

circunferencial a un cilindro y su sección transversal varia con el radio desde la línea central del cilindro

(c).

Una aleta de aguja o spine, es una superficie prolongada de sección transversal circular uniforme o no

uniforme. Pero es común en cualquier sección de una configuración de aletas depende del espacio,

peso, fabricación y costos, así como del punto al que las aletas reducen el coeficiente de convección de la

superficie y aumentan la caída de presión asociada con un flujo sobre las aletas.

Se puede realizar la siguiente clasificación:

Aletas de sección transversal constante:

- Aleta rectangular.

- Aleta spine.

- Aleta anular o circunferencial.

Aletas de sección transversal variable:

- Aleta triangular.

- Aleta circunferencial variable.

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- Aleta de aguja parabólica

- ANÁLISIS GENERAL DE CONDUCCIÓN:

La conducción alrededor de una aleta

generalmente bidimensional la rapidez a la que se

desarrolla la convección de energía hacia el fluido

desde cualquier punto de la superficie de la aleta

debe balancearse con la rapidez a la que la

energía alcanza ese punto debido a la conducción

en esta dirección transversal (y, z)

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Disipador de calor de la marca DeepCool FrostWin, un modelo con doble radiador y 4 heatpipes en forma

de U que viene equipado con 2 ventiladores con un original diseño circular. Sus heatpipes de cobre ofrecen

contacto directo con la superficie del procesador para una mejor transferencia del calor, mientras que sus

dos ventiladores con función PWM se encargaran de expulsar el calor trasladado al bloque repleto de

aletas de aluminio.

MOTOR DE MOTO

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