Este documento trata sobre superficies con aletas. Explica que las aletas se usan para aumentar el área de superficie y mejorar la transferencia de calor cuando el coeficiente de convección es bajo. Describe los tipos de aletas como rectangulares, triangulares y circulares, y analiza modelos matemáticos para calcular la transferencia de calor en diferentes configuraciones de aletas. También define la efectividad y eficiencia de las aletas.

1. TEMA:
SUPERFICIES CON ALETAS
FECHA: 01/DICIEMBRE/2014
OBJETIVO
Conocer que son las superficies con aletas, cuales son los tipos de aletas y sus
modelos matemáticos y como se aplican en los procesos.
INTRODUCCIÓN
Conforme a la Ley de Newton del enfriamiento, que modela la velocidad de
transferencia de calor por convección entre una superficie y un fluido que la rodea,
y teniendo en cuenta que en la mayoría de los casos tanto la temperatura de la

2. superficie como la temperatura de fluido son condiciones de diseño fijadas, por lo
que las posibilidades de incrementar la velocidad de transferencia de calor desde
una superficie que es rodeada por un fluido son dos:
a) Aumentar el valor de coeficiente de película, esto se puede hacer usando
un ventilador para forzar la convección.
b) Aumentar la superficie de intercambio mediante elementos adicionales
llamados aletas.
TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES
EXTENDIDAS (ALETAS)
Al hablar de superficie extendida, se hace referencia a un sólido que experimenta
transferencia de energía por conducción dentro de sus límites, así como
transferencia de energía por convección y/o radiación entre sus límites y los
alrededores. Aunque hay muchas situaciones diferentes que implican efectos
combinados de conducción y convección, la aplicación más frecuente es aquella
en la que se usa una superficie extendida de manera específica para aumentar la
rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo, esta
superficie extendida se denomina aleta. Las aletas se usan cuando el coeficiente
de transferencia de calor por convección h es pequeño.

4. ANÁLISIS DE UNA ALETA
Haciendo un balance de energía para la aleta que se muestra en la figura 11 se
tiene la siguiente ecuación diferencial:
Resolviéndola se obtienen los siguientes casos que nos sirven para obtener la
transferencia de calor de una aleta, así como también su distribución de
temperaturas:
A) Aleta con Convección en el extremo
Todas las aletas están expuestas a convección desde el extremo, excepto cuando
el mismo se encuentre aislado o su temperatura sea igual a la del fluido. Para este
caso se tiene:
B) Aleta con extremo Adiabático
Se considera aleta de este tipo cuando el área del extremo no intercambia calor
con el fluido adyacente.
C) Aleta con Temperatura Establecida
Cuando se conoce la temperatura en el extremo de la aleta.

5. D) Aleta de longitud infinita
Se considera aleta de este tipo cuando la longitud muy larga.
TIPOS DE ALETAS
Las aletas combinan el sistema de conducción y convección en un área, al añadir
una aleta a una pared, el calor no solo fluirá por la pared, sino también por la
superficie de la aleta lo cual provocara la aceleración del enfriamiento o
calentamiento, según sea el caso.Las aletas son utilizadas principalmente cuando
el coeficiente de transferencia de calor es bajo y esto es compensado con el área
añadida por la superficie extendida.
Hay diferentes tipos de aletas, las cuales incluyen:
A) Aletas rectangulares
B) Aletas rectangulares de perfil triangular
C) Aletas circulares o radiales
D) Aletas de espina
EFECTIVIDAD DE UNA ALETA
Es la relación entre la potencia térmica que se disipa en la aleta y la potencia
térmica que se disipa sin aleta desde el área de la base que ocupa está en la
superficie primaria.

6. Se sabe que las aletas se utilizan para aumentar la transferencia de calor de una
fuente porque acrecientan el área efectiva de superficie, pero la aleta como tal
representa una resistencia a la conducción del calor, por eso no hay seguridad de
que la aleta aumente la transferencia de calor por ello se define la efectividad y
eficiencia de una aleta como:
La cual compara la transferencia de calor de la aleta Qf con la transferencia de
calor que existiría si la aleta no estuviera (Q sin aleta)

7. EFICIENCIA DE UNA ALETA
La eficiencia de una aleta es la relación que existe entre el calor que se transfiere
de una aleta con condiciones determinadas, y la transferencia de calor máxima
(Qmax) que existiría si esa aleta estuviera a la máxima temperatura (la temperatura
de la base).

9. ARREGLO DE ALETAS
Cuando sobre una superficie se agregan dos o más aletas estamos en presencia
de un arreglo, para este tipo de caso puede definirse una eficiencia global que
involucra la disipación de calor desde las aletas y desde la superficie, en este tipo
de sistema es necesario definir una eficiencia global.
EFICIENCIA GLOBAL
En contraste con la eficiencia de una aleta, que caracteriza el rendimiento solo de
una aleta, la eficiencia global caracteriza a varias aletas similares y a la superficie
base a la que se unen, por ejemplo los que se muestran en la figura 14.

10. La máxima transferencia de calor Qmax es el caso ideal y resultará posible si toda
la aleta, así como la superficie base se mantuvieran a Tb, siendo esta la
temperatura de la base y la máxima temperatura en el sistema.
La transferencia de calor total Qt es lo que realmente ocurre cuando las aletas y la
parte de base que no posee aletas se exponen a convección, pudiéndose
determinar esta transferencia de calor como sigue:
PROBLEMA
Dos tubos de hierro fundido (K=52 W/mol °C) de 3m de largo, 0,4cm de espesor y
10cm de diámetro que conducen vapor de agua están conectados entre sí por
medio de dos bridas de 1cm de espesor cuyo diámetro exterior es de 20cm. El
vapor fluye en el interior de tubo a una temperatura promedio de 200º C con un
coeficiente de transferencia de calor de 180W/m2oC. La superficie exterior del
tubo está expuesta a un ambiente a 12 o C con un coeficiente de convección de
25 W/m2oC. a) Si se descartan las bridas determine la temperatura promedio de la
superficie exterior del tubo. B) Con esta temperatura para la base de la brida y si
se consideran a las bridas como aletas, determine la eficiencia de la aleta y la
razón de la transferencia de calor desde ellas.
Se tienen dos tubos de 3m de longitud cada uno, los cuales están unidos por
medio de dos bridas que en conjunto funcionan como una aleta. Inicialmente se
pide determinar la temperatura de la superficie exterior de los tubos, considerando
que las bridas no existen, es decir, suponer que se tiene un tubo completo de 6m
de largo. Para determinar la temperatura de la superficie exterior del tubo, es
necesario plantear un circuito térmico donde se representen las resistencias
presentes en el sistema, obteniendo:

11. En la parte interior existe una resistencia por convección Rconvi entre el vapor que
fluye y la superficie interna del tubo, luego a través del espesor del tubo existe una
resistencia a la conducción Rcond y seguidamente encontramos una resistencia a
la convección Rconve entre la superficie exterior del tubo y el aire ambiental.
Determinando cada una de las resistencias individualmente se tiene:
En condiciones de estado estable la transferencia de calor total puede
considerarse constante en todo el circuito térmico, por lo tanto relacionando una
temperatura conocida, en este caso con la temperatura desconocida y la
resistencia térmica representativa entre esas dos temperaturas se tiene:
Adicionalmente se pide determinar la eficiencia de las bridas suponiendo que
forman una aleta, en este caso de tipo anular de perfil rectangular.

12. CONCLUSION
Las aletas se utilizan para mejorar la transferencia de calor y se recomiendan
cuando la transferencia de calor justifique el costo y la complejidad asociada a
ellas.
BIBLIOGAFIA
PDF de internet
https://prezi.com/kdm7m4hjx67p/efectividad-de-la-aleta/
http://www.fing.edu.uy/if/cursos/fister/modulos/tcalor/clases/tc2.pdf
http://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2012/01/clase-de-aletas.pdf
http://termoaplicadaunefm.files.wordpress.com/2012/01/tema-2-conduccic3b3n-
estado-estable1.pdf
http://es.slideshare.net/JasminSeufert/superficies-extendidas-o-aletas
http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_B_aleta
s.htm
Libros
Transferencia molecular de calor, masa y/o cantidad de movimiento, Ramiro
Betancourt Grajales, Cap.1.7 Sistemas de conducción convección, primera
edición, Julio 2008.