Fenomenos de transporte 1

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE PACHUCA
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FENÓMENOS DE TRANSPORTE I
Trabajo de unidad VIII y IX
Presenta:
Ana Citlalli Anaya Vite.
Catedrático:
Ing. José Luis Pérez Hernández.

Unidad VIII.
Balance de calor en superficies extendidas.

ALETAS.
Se usan las aletas o superficies extendidas con el fin de incrementar la razón de transferencia de calor de una superficie, en efecto las aletasconvexas 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 dealetas necesarias para disipar una cantidad de calor dada se determinara 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 cualquieraexperimenta 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 quelos de un liquido. Como ejemplo de una superficie con aletas se tienen los cilindros de la máquina de una motocicleta, y los calentadores caseros. Cuando se debe disipar energía calorífica de un vehículo espacial, donde no existe convección, se usan superficies con aletas que radian energía calorífica. Las aletas pueden ser con secciones transversales rectangulares, como tiras que se anexan a lolargo de un tubo, se les llama aletas longitudinales; o bien discos anulares concéntricos alrededor de un tubo, se les llama aletas circunferenciales. El espesor de las aletas puede ser uniforme o variable.

SUPERFICIES EXTENDIDAS. (ALETAS)
Una superficie extendida (también conocida como aleta) es un sistema que combina la conducción y la convección. En una aleta se asume que la transferencia decalor es 1D. El calor también se transfiere por convección (y/o radiación) desde la superficie a los alrededores.

Las superficies extendidas pueden existir en muchos tipos de situaciones pero son normalmente utilizadas como aletas para mejorar la transferencia de calor al incrementar el área de convección (y/o radiación). Ellas son particularmente útiles cuando h es pequeño, o en convecciónnatural con gases.


DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA EN UNA ALETA DE SECCIÓN TRANSVERSAL VARIABLE

Balance de energía para un volumen de control diferencial

DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA EN UNA ALETA DE SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE

CONDICIONES DE FRONTERA

Solución de la ecuación diferencial resultante en una aleta de sección transversal constante.

DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA Y BALANCE DECALOR PARA ALETAS DE SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE

EFICIENCIA
La eficiencia de una aleta es la relación entre la potencia térmica ( Q-punto ) que se disipa en la misma y la potencia térmica que se disiparía si toda la aleta estuviese a una temperatura igual a la de la base ( la temperatura de la aleta será inferior a la de la base )

EFECTIVIDAD
La efectividad de una aleta es la relaciónentre la potencia térmica ( Q-punto ) que se disipa en la misma y la potencia térmica que se disipa sin aleta desde el área de la base que ocupa ésta en la superficie primaria

Donde:
k:conductividad térmica de la aleta;
p: perímetro de la sección transversal de la aleta ;
h: coeficiente de película ;
At: área de la sección transversal de la aleta.
* Si EFECTIVIDAD = 1 la aleta no...
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