TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)€¦ · Cuando las aletas son parte...

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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 [email protected]

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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

[email protected]

TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)

TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS (ALETAS)

Al hablar de superficie extendida, se hacereferencia a un sólido que experimentatransferencia de energía por conduccióndentro de sus límites, así comotransferencia de energía por convección e(y/o radiación) entre sus límites y losalrededores.

La aplicación más frecuente es aquella enla que se usa una superficie extendida demanera específica para aumentar larapidez de transferencia de calor entre unsólido y un fluido contiguo,

Las aletas se usan cuando el coeficiente detransferencia de calor por convección h espequeño.

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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 paraobtener la transferencia de calor de una aleta, así como también su distribución detemperaturas:

Caso A: Aleta con Convección en el extremoTodas las aletas están expuestas a convección desde el extremo, excepto cuando elmismo se encuentre aislado o su temperatura sea igual a la del fluido. Para estecaso se tiene:

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Caso B: Aleta con extremo AdiabáticoSe considera aleta de este tipo cuando el área del extremo no intercambia calor con elfluido adyacente.

Caso C: Aleta de extremo con Temperatura EstablecidaCuando 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 transfierede una aleta con condiciones determinadas, y la transferencia de calor máxima(Qmax) que existiría si esa aleta estuviera a la máxima temperatura (la temperatura dela base).

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ARREGLO DE ALETAS:Cuando sobre una superficie se agregan dos o más aletas estamos en presencia de unarreglo, para este tipo de caso puede definirse una eficiencia global que involucra ladisipación de calor desde las aletas y desde la superficie, en este tipo de sistema esnecesario 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 tratópreviamente, el cual consiste en plantear el conjunto de resistencias térmicaspresentes en un sistema de acuerdo a cada mecanismo o forma de transferencia decalor, 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.