Ingeniero Mecanico

IX.- SUPERFICIES AMPLIADAS
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IX.1.- INTRODUCCIÓN
Las superficies ampliadas tienen un extenso campo de aplicaciones en problemas de transmisión
de calor, desde radiadores de automóviles o equipos de aire acondicionado, hasta los elementos combustibles de reactores nucleares refrigerados por gases, o los elementos de absorción y disipación de
energía en vehículosespaciales, o los equipos de refrigeración y calentamiento en la industria química, etc.
Antes de entrar en la resolución de los problemas térmicos en superficies específicas, es conveniente hacer una interpretación intuitiva de la necesidad de las superficies ampliadas, que se conocen
como aletas, así como de sus secciones transversales, laterales y perfiles (sección recta), que se correspondencon figuras geométricas con posibilidades de fabricación en serie, tales como las rectangulares, triangulares, trapezoidales, parabólicas e hiperbólicas, con dimensiones en las que la relación
(longitud/espesor) es del orden de 5/1 ÷ 50/1, y espesores del orden de 0,5 ÷10 mm.
Las aletas se pueden disponer sobre superficies planas o curvas. Si la disposición es de tipo longitudinal, se puedeadmitir que la superficie de encastre donde se apoya la aleta es plana, siempre que
el radio del tubo sea elevado frente al espesor de la aleta.
Cuando las aletas son sólidos de revolución o paralelepípedos se denominan protuberancias y su
disposición puede admitirse sobre superficies planas cuando la superficie de la protuberancia en la
base sea pequeña frente a la superficie de esta última. Lasprotuberancias se tratan con distribución
de temperatura constante para cada sección recta paralela a la base, lo que equivale a admitir que la
relación entre la longitud L de la protuberancia y el diámetro o longitud equivalente en la base, es
elevada, pudiéndose considerar la transmisión de calor como unidireccional; cuando esta hipótesis no
se cumpla se estudia el fenómeno de la transmisiónde calor en tres dimensiones.
Las aletas y las protuberancias se disponen en la superficie base constituyendo un conjunto, siendo el más frecuente un tubo en el que el número de aletas o protuberancias es variable, con una separación del orden de 1 a 6 centímetros para las aletas, y una distribución de retícula cuadrada o triangular para las protuberancias. Para satisfacer las necesidadestérmicas, los elementos se acoplan en
serie o en paralelo constituyendo un intercambiador de calor.
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Cuando el fluido que circula por las aletas está confinado y se mueve mediante un sistema de bombeo, hay que t ener en cuenta la energía necesaria para mantener el coeficien te de convección hC a través de las aletas, procurando que la energía térmica extraída sea máxima frente a la energíautilizada
en mover el fluido.

a) Aletas longitudinales

b) Aletas transversales

c) Tubos aplastados con aletas continuas

Fig IX.1.- Diferentes tipos de aletas

Esta situación conduce a un estudio de métodos y costes de fabricación, mantenimiento y rendimiento de los elementos de las aletas, cuyos valores óptimos pueden no coincidir con los óptimos térmicos, por lo que un análisis deestos últimos es importante desde el punto de vista de la fabricación
de modelos normalizados, así como de la elección del modelo más adecuado para el usuario.
IX.2.- TRANSFERENCIA TÉRMICA EN ALETAS LONGITUDINALES DE SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE
Los perfiles rectangulares sobre superficies planas constituyen el caso más simple de superficies
ampliadas. Se pueden disponer en una pared plana, osobre la longitud axial de un tubo en dirección
longitudinal, con hélices de paso elevado o sobre superficies arbitrarias de gran radio de curvatura. El
conjunto constituido con aletas longitudinales rectangulares es de fácil fabricación por extrusión, fundición, colada continua, etc.
En casos especiales, las aletas longitudinales se mecanizan sobre el material de aleación de la base. Las...