TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS) Cuando las aletas son parte integral de la

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    04-Jul-2020
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  • TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)

     UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL  FRANCISCO DE MIRANDA  AREA DE TECNOLOGÍA

     DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA  UNIDAD CURRICULAR: TRANSFERENCIA DE CALOR

    Profesor: Ing. Isaac Hernández

    Isaachernandez89@gmail.com

  • TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)

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    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.

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    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.