Aletas

Tema 3. Conducción en régimen permanente unidireccional: superficies adicionales

CAPÍTULO 2. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN
3. TEMA 3: CONDUCCIÓN EN RÉGIMEN PERMANENTE UNIDIRECCIONAL: SUPERFICIES ADICIONALES
3.1 INTRODUCCIÓN 3.2 CLASIFICACIÓN DE LAS ALETAS 3.3 ECUACIÓN GENERAL DE LAS SUPERFICIES ADICIONALES 3.4 ALETA RECTA DE ESPESOR UNIFORME Y AGUJA DE SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE3.4.1 Solución de la ecuación general 3.4.2 Caso A: flujo de calor en el extremo 3.4.3 Caso B: flujo de calor despreciable en el extremo 3.4.4 Caso C: aleta de gran longitud 3.5 ALETA ANULAR DE ESPESOR CONSTANTE 3.5.1 Solución de la ecuación general 3.5.2 Caso A: flujo de calor en el extremo 3.5.3 Caso B: flujo de calor despreciable en el extremo 3.5.4 Caso C: aleta de gran longitud 3.5.5 Método deresolución gráfico 3.6 OTROS TIPOS DE ALETAS 3.6.1 Aleta recta de perfil trapezoidal 3.6.2 Aleta recta de perfil triangular 3.7 EFECTIVIDAD DE LAS ALETAS 3.8 EFICIENCIA DE LAS ALETAS 3.9 CALOR TRANSMITIDO POR UNA SUPERFICIE ALETEADA

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36 37 37

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Capítulo 2. Transmisión de calor por conducción

3. TEMA 3: CONDUCCIÓN EN RÉGIMENUNIDIRECCIONAL: SUPERFICIES ADICIONALES
3.1 INTRODUCCIÓN

PERMANENTE

Cuando en ingeniería se desea aumentar la disipación de calor entre una superficie (superficie primaria) y un fluido ambiente circundante, se recurre a aumentar el área de intercambio de calor por medio de las llamadas superficies adicionales o aletas, que se unen a la superficie primaria (ver Figura 3.1). Éste es el casode los radiadores de calefacción en las viviendas, los radiadores e intercambiadores (intercooler) de los vehículos, las superficies de disipación de calor montadas en microprocesadores electrónicos, los motores de motocicleta refrigerados por aire, o los transformadores eléctricos.
superficie primaria

Ts

aletas

T h Ts

T h

Figura 3.1. Adición de aletas (superficies adicionales) auna superficie primaria.

La adición de dicha superficie aumenta, a veces hasta en órdenes de magnitud, el área por la que se intercambia calor entre el objeto y el medio. Así, la transferencia de calor por & convección aumenta, según dicta la ley de enfriamiento de Newton, Qconv = hAS (TS − T∞ ) . Sin embargo, la situación no es tan simple ya que la temperatura de la superficie adicional (aleta)es más reducida que la de la superficie primaria original, y por tanto también disminuye la diferencia entre la temperatura de la superficie y la del fluido. Sólo en el caso de aletas con conductividad térmica infinita dicha temperatura se mantiene constante, y es por ello que las aletas se construyen siempre con materiales que son buenos conductores del calor. Para mayor dificultad, la adición dealetas puede disminuir el coeficiente de película del ambiente, especialmente en el espacio situado entre aleta y aleta, debido al efecto de encerramiento del fluido, el cual dificulta la aparición de corrientes de convección. En consecuencia, teóricamente el calor intercambiado no es necesariamente superior al que se transfiere en la configuración sin aletas, ya que debe considerarse no solo elaumento de área, sino también la disminución de la temperatura y del coeficiente de película. De todo esto se deduce que el intercambio de calor con aletas depende de: • Coeficiente de película de la aleta con el medio. • Conductividad térmica (material) y geometría de la aleta. • Relación entre el área añadida y el área que sirve de soporte a la aleta.
Dichas superficies adicionales siempre seencuentran en contacto con fluidos de bajos coeficientes de película (es ahí donde el potencial de aumento de la transferencia de calor es mayor, como se discute más adelante), y se realizan con materiales de alta conductividad térmica. Por ello, en el caso de intercambiadores agua-aire (por ejemplo, los radiadores de

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