ALETAS

Operaciones de Transferencia de CalorElías Isaac Vallejo Segura

Intercambio de calor

Con el fin de aprovechar el espacio y reducir el costo, se utilizan ciertos tipos de superficies de intercambio de calor, llamadas superficies ampliadas, en las que el área exterior de los tubos se amplía por medio de aletas, clavos, discos y otros accesorios, de forma que el área exterior en contacto con el fluido sea mucho mayor que el área interior. La configuración de los fluidos en los tubos interior y exterior dependerá de la transferencia que se desee realizar.

Para el caso del enfriamiento de un fluido que circula por un tubo (o como parte de un intercambiador, tubo interior) provisto con aletas, la corriente del fluido que tiene el menor coeficiente se pone en contacto con la superficie ampliada y fluye por el exterior de los tubos, mientras que el otro fluido, que tiene coeficiente elevado, circula por el interior de los tubos.

En intercambiadores de calor de superficie extendida

Si el intercambio de calor se presenta entre dos fluidos en los que uno de ellos tiene una resistencia muy alta a la transferencia de calor en comparación con el otro, el fluido de mayor resistencia controla la velocidad de transferencia de calor.

A fin de compensar esta gran resistencia, es posible incrementar la superficie de transferencia de calor expuesta a estos fluidos, extendiendo la superficie, como por la inclusión de aletas en el exterior del tubo; éstas incrementan de manera sustancial el área de transferencia en una cantidad de espacio dada.

Los cálculos de diseño para intercambiadores de calor con aletas son complejos debido a las incertidumbres del conocimiento de la distribución de la fuerza impulsora de temperaturas entre las resistencias de los fluidos que intercambien calor.

Tipos de superficies ampliadas

Existen dos tipos: se utilizan aletas longitudinales cuando la dirección del flujo del fluido es paralela al eje del tubo; mientras que cuando la dirección del flujo del fluido es perpendicular al tubo se utilizan aletas transversales. También se emplean superficies ampliadas formadas por clavos, pernos o púas, entre otros; y los tubos pueden en este caso utilizarse con cualquier dirección de flujo.

Es muy importante en todos los casos que las aletas formen un sólido contacto con el tubo, tanto por razones de estructura mecánica como para asegurar un buen contacto térmico entre la base de la aleta y la pared.

Aletas longitudinales

La aleta más simple desde el punto de vista de su manufactura como de su tratamiento matemático, es la aleta longitudinal de espesor uniforme, una tira longitudinal de metal que se extiende a todo lo largo de un tubo. Para comprender el mecanismo, puede considerarse el flujo de calor estable a lo largo de una aleta fina que se extiende desde la pared del tubo.

Suposiciones y limitacionesde Murray y Gardner

1. El flujo de calor y la distribución de temperatura a través de la aleta es independiente del tiempo, esto es, el flujo de calor es continuo.

2. El material de la aleta es homogéneo e isotrópico.3. No hay fuentes de calor en la aleta en sí.4. El flujo de calor de la superficie de la aleta en

cualquier punto es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie en ese punto y la del fluido que la rodea.

Suposiciones y limitacionesde Murray y Gardner

5. La conductividad térmica de la aleta es constante.6. El coeficiente de transferencia térmico es el mismo

en toda la superficie de la aleta.7. La temperatura del fluido que rodea la aleta es

uniforme.8. La temperatura de la base de la aleta es uniforme.

Suposiciones y limitacionesde Murray y Gardner

9. El grueso de la aleta es tan pequeño comparado con su altura, que los gradientes de temperatura a través de su espesor pueden despreciarse.

10. El calor transferido a través de la arista exterior de la aleta es despreciable comparado con el que pasa a la aleta a través de sus lados.

11. La junta entre la aleta y el tubo se supone que no ofrece resistencia.

Bibliografía

∆ McCabe, W. L., Smith, J. C., Harriott, P. (2002). Operaciones unitarias en ingeniería química (6a. ed.). México: McGraw-Hill.

∆ Foust, A. S., Wenzel, L. A., Clump, C. W., Maus, L., Andersen, L. B. (1987). Principios de operaciones unitarias (2a. ed.). México: CECSA.

∆ Kern, D. Q. (1965). Procesos de transferencia de calor. México: CECSA.

∆ Geankoplis, C. J. (1986). Procesos de transporte y operaciones unitarias (3a. ed.). México: CECSA.