Superficies Extendidas

Curso: Transferencia de Calor y Masa 2 – Instituto de Ingeniería Química – Fac. Ingeniería – UDELAR

SUPERFICIE

EXTENDIDA

1. Introducción
Cuando existen grandes diferencias entre los coeficientes peliculares de
transferencia de calor, se obtiene una mejora importante aumentando la
superficie de contacto con el fluido de menor coeficiente:

U1 =

1
1
A
+ 1
h1 h2 A2

Cuando h2> A1

2. Tipos de aletas
2.1. 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

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2.2. Aletas transversales
Usadas ampliamente para el calentamiento o enfriamiento de
gases en flujo cruzado.
2.2.1. Aletas de anillos de acero
2.2.2. Aletas helicoidales:

La tira de la aleta se encastra en un surco trabajado a máquina sobre el
tubo y es fijada a este con seguridad en lugar por expansión del material
del tubo. Esto se asegura de que se minimiza laresistencia térmica. La
temperatura de funcionamiento máximo para este tipo de la aleta es 450°C .
Materiales del tubo: Acero de carbón, acero de Cr.-Mo., acero inoxidable,
cobre, aleaciones de cobre, etc.

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Tubos bimetálicos

Un tubo bimetálico que consiste en un tubo externo del aluminio y un tubo
interno de casi cualquier material (soporta cualquier fluido de proceso). La
aleta se forma extrudando el material del tubo exterior, para dar una aleta
con muy buen contacto térmico con el tubo interior. La temperatura de
funcionamiento máximo para este tipo de la aleta es 290 -300°C .
Materiales de la aleta: Aluminio.
Materiales del tubo: sin limitaciones

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3. Eficiencia térmica de la aleta (Kern, Cap. 16)
Suposiciones:
Régimen estacionario de transferencia decalor
El material de la aleta es homogéneo e isotrópico
La conductividad térmica de la aleta es constante
El coeficiente de pelicular de transferencia de calor es constante
sobre toda la superficie de la aleta.
La temperatura en la base es uniforme
No hay gradientes de temperatura en el espesor de la aleta
La temperatura del fluido que rodea la aleta es constante
Se desprecia el calortransferido a través de los bordes de la aleta
La unión entre la aleta y el tubo no ofrece resistencia térmica
Nomenclatura:
Tc: temperatura constante del fluido en el exterior de la aleta
t(r) : temperatura del metal (función del radio)
θ (r) : Tc- t(r)
k: conductividad térmica del metal
a(x): área transversal de la aleta
dA: diferencial área lateral exterior de la aleta
Af: área lateral totalde la aleta
hf : coeficiente pelicular convectivo sobre el exterior de la aleta

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Supongamos a los efectos de la demostración que dentro del tubo fluye un
fluido frío y que el exterior de laaleta está en contacto con un fluido
caliente a temperatura constante Tc y con un coeficiente pelicular
convectivo hf .
El calor que entra por los dos lados de la aleta a través del área dA es:

dQ = h f .dA.(Tc − t ) = h f .dA.θ

[1]

El calor que entra a la aleta , es transportado por conducción dentro de la
aleta, para calentar el fluido frío. Aplicando la ley de Fourier :

dθ...