Aletas

Introducción

A la hora de aumentar la transferencia térmica por convección entre un cuerpo y el fluido que lo rodea, como en los casos de disipación térmica, la solución pasa por aumentar la superficie de contacto entre sólido y fluido o aumentar el coeficiente de convección. Así como primera opción se recurre a la adición de aletas para aumentar la superficie, y en caso de que esto no bastese opta por provocar la convección forzada.
Pero la adición de aletas no siempre supondrá un aumento de la transferencia térmica, dado que al efecto favorable producido por el aumento del área se suma el efecto negativo debido a la disminución de la temperatura media, que provoca la resistencia térmica de conducción que añade la propia aleta sobre la superficie original.
Para que la adición delas aletas resulte eficaz deben presentarse una conductividad elevada, situarse en las zonas mal conductoras, ya que supondrán el cuello de botella en la transferencia térmica, y ser muchas, muy delgadas y estar muy poco separadas, aunque sin impedir el flujo de calor.
Existen diferentes formas de aletas, normalmente de sección constante, siendo lo más comunes las rectas de sección rectangular deaguja.

Aletas
Desempeño de una Aleta
Recuerde que las aletas se utilizan para aumentar la transferencia de calor de una fuente porque acrecientan el área efectiva de superficie. Sin embargo, la aleta misma representa una resistencia de conducción para la transferencia de calor de la superficie original. Por esta razón, no hay seguridad de que la transferencia de calor aumente a través del usode aletas. Una apreciación de este asunto se obtiene evaluando la efectividad de la aleta Ef. Esta efectividad se define como la razón de la transferencia de calor de la aleta a la transferencia de calor que existiría sin la aleta. Por tanto
ℇf=qfhAc,bθb (3.81)
Donde Ac,b es el área de la sección transversal en la base de la aleta. En cualquier diseño racional, el valor de ℇf deber ser tangrande como sea posible y, en general, el uso de aletas raramente se justifica a menos que ℇf>2.
Sujeta a cualquiera de las cuatro condiciones de aletas que se consideran, la efectividad para una aleta de sección transversal uniforme se obtiene dividiendo la expresión apropiada para qf, en la tabla 3.4, entre hAc,bθb. Aunque la instalación de aletas altera el coeficiente de convección de lasuperficie, este efecto normalmente no se toma en cuenta. De aquí, suponiendo que el coeficiente de convección de la superficie con aletas es equivalente al de la base sin aletas, se sigue que, para la aproximación de aleta infinita, el resultado es
ℇf=(kphAc)1/2 (3.82)
Es posible inferir varias tendencias importantes de este resultado. Obviamente, la efectividad de la aleta aumenta por laelección de un material de alta conductividad térmica. Aleaciones de aluminio y cobre vienen a la mente. Sin embargo, aunque el cobre es superior desde el punto de vista de la conductividad térmica, las aleaciones de aluminio son la elección más común debido a sus beneficios adicionales relacionados con un costo y peso más bajos. La efectividad de la aleta también se intensifica al aumentar de la razóndel perímetro al área de la sección transversal. Por esta razón se prefiere el uso de aletas delgadas, pero poco espaciadas, con la salvedad de que el hueco de la aleta no se reduzca el coeficiente de convección.
La ecuación 3.82 también indica que el uso de aletas se justifica mejor bajo condiciones para las que el coeficiente de convección h es pequeño. Así la tabla 1.1 es evidente que lanecesidad de aletas es grande cuando el fluido es un gas en lugar de un líquido y, en particular, cuando la transferencia de calor de la superficie es por convección libre. Si se van a usar las aletas sobre una superficie que separa un gas y un líquido, por lo general se colocan en el lado del gas, que es el lado del coeficiente de convección más bajo. Un ejemplo común es la tubería en el radiador de...