TECNOLOGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLOGICO DE PACHUCA
INGENIERÍA QUÍMICA
BALANCE DE MOMENTO
Vianey Luna Fuentes
TRANSFERENCIA DE CALOR EN ALETAS
Fecha de entrega:
24/Mayo/2021
Introducción
Las superficies extendidas se usan con referencia a un sólido que
experimenta transferencia de energía por conducción dentro de
su límite, así como su transferencia de energía por convección
(y/o radiación) entre sus límites y sus alrededores.
De manera que hay muchas situaciones que implican efectos
combinados de conducción y convección, 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. A esta superficie
extendida se denomina aletas.
Definición
En el diseño y construcción de equipos de transferencia de calor
se utilizan formas simples como cilindros, placas planas y barras,
las cuales son utilizadas para promover el flujo de calor entre una
fuente y el medio, por medio de la absorción o disipación de
calor, estas superficies son conocidas como superficies primarias
o principales.
Cuando a una superficie primaria se le agregan superficies
adicionales, estas son conocidas como superficies extendidas o
aletas.
Las aletas son sólidos que transfieren calor por conducción a lo
largo de su geometría y por convección a través de su entorno,
son sistemas con conducción convección.
Tipos de aletas
Las aletas se utilizan en todos los enfriadores de aire,
refrigeradores en seco, evaporadores y condensadores para
transferir energía desde un medio líquido al aire o desde el aire a
un medio líquido. Las aletas aumentan la transferencia de calor
de los enfriadores de aire.
Las aletas se utilizan en todos los enfriadores de aire,
refrigeradores en seco, evaporadores y condensadores para
transferir energía desde un medio líquido o refrigerante principal
al aire, aunque, en determinadas situaciones, el aire puede estar
tan sucio que exista un riesgo de bloqueo. Las aletas constan de
placas de metal delgadas, con un espesor de 0,12–0,5 mm, que
se encuentran fijadas a un enfriador de aire, refrigerador en seco,
evaporador o condensador. Normalmente, las aletas están
hechas de aluminio, material que tiene una buena
conductividad térmica.
La transferencia de calor entre el metal y el aire resulta menos
eficaz que desde el líquido al metal, por lo que se utilizan las
aletas para aumentar la superficie global y compensar así el
menor rendimiento metal-aire.
1. Flujo de aire
2. Fluido a través de las tuberías
3. Placas del intercambiador calorífico
Aletas longitudinales: Se utilizan en intercambiadores de tubos
concéntricos y de camisa y tubos (sin chicanas), cuando uno de
los fluidos es viscoso y escurre en régimen laminar
Aletas
transversales:
Usadas ampliamente para
el
calentamiento
o
enfriamiento de gases en
flujo cruzado.
Aletas de anillos de
acero
Aletas
helicoidales
Aleta
de
sección
transversal rectangular
Efectividad de una aleta:
La efectividad de una aleta se determina con la
ecuación:
Ab: Área de contacto entre la base y la aleta
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).
𝐴𝑓 = 𝐴𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎 𝑞𝑢𝑒 𝑠𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒 𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
Para que sirven
¿Para qué se utilizan las aletas? Las aletas se utilizan en todos los
enfriadores de aire, refrigeradores en seco, evaporadores y
condensadores para transferir energía desde un medio líquido o
refrigerante principal al aire, aunque, en determinadas
situaciones, el aire puede estar tan sucio que exista un riesgo de
bloqueo.
Uso de las aletas Se usan las aletas o superficies extendidas con
el fin de incrementar la razón de transferencia de calor de una
superficie, en efecto la aleta convexa a una superficie aumenta
el área total disponible para la transferencia de calor. En el
análisis y diseño de una superficie con aleta, la cantidad de
energía calorífica disipada por una sola aleta de un tipo
geométrico dado, se determina auxiliándonos del gradiente de
temperatura y el área transversal disponible para el flujo de
calor en la base de la aleta.
Entonces, el número total de aletas necesarias para disipar una
cantidad de calor dada se determinará en base a la
acumulación de transferencia de calor. La ecuación diferencial
que describe la distribución de temperatura en una aleta resulta
de un equilibrio de energía en una sección elemental de la
aleta que es tanto conductora, como apta para la convección,
a la vez. Puesto que un elemento de volumen elemental
cualquiera experimenta tanto conducción como convección el
problema es en realidad multidimensional.
En consecuencia, las aletas ofrecen una transmisión suave del
problema unidimensional que hemos estado estudiando.
Usualmente se usa una superficie con aletas cuando el fluido
convectivo participante es un gas, ya que los coeficientes
convectivos de transferencia de calor para un gas son
usualmente menores que los de un líquido. Como ejemplo de
una superficie con aletas se tienen los cilindros de la máquina
de una motocicleta, y los calentadores caseros.
Materiales usuales para su
construcción
Las superficies con aleta se fabrican al extrudir, soldar o envolver
una delgada lámina metálica sobre una superficie. Las aletas
están hechas de materiales altamente conductores, es decir
materiales que presentan una alta conductividad térmica.
La mayoría de las veces suelen ser fabricadas de aluminio, pero
también otros materiales como:
Aceros al carbono A366.
Aceros inoxidables Tipo 304, 310,321, 409 y 410.
Aleaciones de Alto Cromo, Inconel e Incoloy
Conclusión:
Las aletas desde hace mucho tiempo son utilizadas con el fin de
incrementar la razón de transferencia de calor de una
superficie. En el diseño de una superficie con aleta, la cantidad
de energía calorífica disipada se determina ayudado del
gradiente de temperatura y el área transversal.
Los tipos y las ecuaciones diferenciales que resumen la
distribución de temperatura en una aleta resulta de un equilibrio
de energía en una sección importante de la aleta que es tanto
conductora como apta para la transferencia de calor.
Bibliografía
https://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2012/01/clase-dealetas.pdf
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/leia/maru_j_ms/capitul
o1.pdf
https://es.slideshare.net/carlos_albert_pd/transferencia-de-calorsuperficies-extendidasaletas#:~:text=TRANSFERENCIA%20DE%20CALOR%20SUPERFICIES%20EXTENDI
DAS%20(ALETAS),1.&text=Al%20hablar%20de%20superficie%20extendida,sus%20l%C3%ADmit
es%20y%20los%20alrededores.