Este documento presenta un informe de laboratorio sobre la transferencia de calor en superficies planas y superficies con aletas. El objetivo era determinar la pérdida de calor de un dispositivo con y sin aletas. Se realizó un experimento calentando agua y midiendo las temperaturas en ambos dispositivos. Los cálculos aplicaron las ecuaciones de transferencia de calor de Newton y de aletas para determinar la transferencia térmica en cada caso. Los resultados mostraron que la transferencia de calor es mayor en superficies con aletas

1. Instituto Tecnológico de Mexicali.
Carrera:
Ingeniería Química.
Materia:
Laboratorio Integral 1.
Profesor:
Norman Edilberto Rivera Pasos.
Trabajo:
Reporte de Practica de laboratorio.
“Superficies extendidas (aletas).”
Mesa No. 2
Samuel Lepe de Alba.
Jazmín Lizeth Jiménez Nava.
Lizeth Ramírez Salgado.
Rosa Isela Román Salido.
Diana Alejandra Ríos Marín.
Oscar Astorga Araujo.
Belén Guadalupe Domínguez Moreno.
Jesús Manuel Auyon González.
Mexicali B.C., 26 de noviembre de 2015

2. Objetivo:
Determinar la perdida de calor de un dispositivo con aletas y sin aletas.
Introducción:
El uso de superficies extendidas es de especial importancia en aplicaciones donde
se desea incrementar el flujo de calor y no se dispone del área suficiente, o porque
el coeficiente de transferencia de calor es relativamente bajo.
Fundamento teórico:
La razón de la transferencia de calor desde una superficie que está a una
temperatura Ts hacia el medio circundante que está a T∞ se expresa por la ley de
Newton del enfriamiento como:
𝑄̇ 𝑐𝑜𝑛𝑣 = ℎ𝐴(𝑇𝑠 − 𝑇∞)
Cuando las temperaturas Ts y T∞ se fijan por consideraciones de diseño, como con
frecuencia es el caso, existen dos maneras de incrementar la razón de la
transferencia de calor: aumentar el coeficiente de transferencia de calor por
convección, h, o aumentar el área superficial A.
El aumento de h puede requerir la instalación de una bomba o ventilador, o
reemplazar el existente con uno más grande, pero este procedimiento puede no ser
práctico o adecuado. La alternativa es aumentar el área superficial al agregar unas
superficies extendidas llamadas aletas, hechas de materiales intensamente
conductores como el aluminio. Las superficies con aletas se fabrican al extruir,
soldar o envolver una delgada lámina metálica sobre una superficie. Las aletas
mejoran la transferencia de calor desde una superficie al exponer un área más
grande a la convección y la radiación. Las superficies con aletas son de uso común
en la práctica para mejorar la transferencia de calor y a menudo incrementan la
razón de esa transferencia desde una superficie varias veces.
En el análisis de las aletas, se considera
operación estacionaria sin generación de calor
en la aleta y se supone que la conductividad
térmica k del material permanece constante.
También, por conveniencia en el análisis, se
supone que el coeficiente de transferencia de
calor por convección, h, es constante y
uniforme sobre toda la superficie de la aleta.

3. Las superficies extendidas tienen varias aplicaciones. Cabe mencionar su uso en
los radiadores de automóvil, en el enfriamiento de equipo eléctrico o electrónico, en
motores de combustión interna enfriados por aire, en intercambiadores de calor
líquido a gas, etcétera.
Reactivos:
 Agua.
Material y equipo:
 Dispositivo con aletas y sin aletas.
 Parrilla eléctrica.
 Termómetro.
 Termómetro infrarrojo.
 Vaso de precipitados de 500 ml.
Procedimiento:
1. Agregar en el vaso de precipitados agua hasta 400 ml.
2. Encender la parrilla y calentar el agua hasta alcanzar la temperatura deseada
y que sea antes del punto de ebullición.
3. Agregar el agua en el dispositivo y esperar unos segundos a que se llegue al
equilibrio.
4. Tomar las temperaturas y registrarlas.
5. Esperar un minuto y tomar otra vez la temperatura del dispositivo.
6. Hacer los cálculos pertinentes.
Cálculos y análisis:
Para calcular la transferencia de calor de la superficie sin aletas utilizaremos la Ley
de Enfriamiento de Newton que es:
𝑞 = ℎ𝐴(𝑇𝑠 − 𝑇∞)
Como la figura era un cilindro se tiene que:
𝐴 = 2𝜋𝑟ℎ
Se utilizara el coeficiente de película (h) el máximo y el mínimo:

4. Por lo tanto:
ℎ 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎: 𝑞 = (10 𝑊 𝑚2
𝐶) ∗ (2𝜋 ∗ .012𝑚 ∗ .057𝑚)(38 𝐶 − 22 𝐶) = .6876 𝑊⁄
ℎ 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎: 𝑞 = (100 𝑊 𝑚2
𝐶) ∗ (2𝜋 ∗ .012𝑚 ∗ .057𝑚)(38 𝐶 − 22 𝐶) = 6.876 𝑊⁄
Para calcular la transferencia de calor de la superficie con aletas utilizaremos la
ecuación de aletas que es:
𝑞 = √𝑘ℎ𝑃𝐴( 𝑇𝑠 − 𝑇∞)tanh 𝑚𝐿
Donde: 𝑚 = √
ℎ𝑃
𝑘𝐴
Como la figura que era nuestra aleta era un semicírculo y un rectángulo
calcularemos el área y perímetro de los dos y los sumaremos.
NOTA: se utilizaran h y k máxima y mínima.
Se utilizara la k del metal que era acero.
𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝑃𝑟𝑒𝑐𝑡 + 𝑃 𝑐𝑖𝑟𝑐
Prect.= .162 m
Pcirc.= .037 m
PTotal = .199 m
𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐴 𝑟𝑒𝑐𝑡 + 𝐴 𝑐𝑖𝑟𝑐

5. Arect. =.0013 m2.
Acirc. =.00022 m2.
Atotal = .00152 m2.
Quedando:
Mínima.
𝑚 = √
ℎ𝑃
𝐾𝐴
= √
(10 𝑊 𝑚2 𝐶)⁄ ∗ .199 𝑚
(47 𝑊 𝑚 𝐶)⁄ ∗ .00152 𝑚2
= 5.277
tanh(5.277 ∗ .057) = .292
Y sustituir valores en la ecuación de aletas quedando:
𝑞 = 1.761 𝑊 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎.
Para conocer la de 6 aletas solo se multiplicaría por 6 el valor obtenido quedando:
𝑞 = 10.566 𝑊
Máxima.
𝑚 = √
ℎ𝑃
𝐾𝐴
= √
(100 𝑊 𝑚2 𝐶)⁄ ∗ .199 𝑚
(58 𝑊 𝑚 𝐶)⁄ ∗ .00152 𝑚2
= 15.024
tanh(15.024 ∗ .057) = .694
𝑞 = 12.869 𝑊 𝑑𝑒 𝑢𝑛𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎.
Para conocer la de 6 aletas solo se multiplicaría por 6 el valor obtenido quedando:
𝑞 = 77.214 𝑊
Ahora se calculara la eficiencia de la aleta que sería con la fórmula:
ɳ =
tanh(𝑚𝐿)
𝑚𝐿
Dando como resultado:
Mínima
ɳ =
. 30
. 30
= .97

6. Máxima
ɳ =
. 694
. 856
= .81
Conclusiones:
Si se logró esa práctica ya que se calcularon las transferencias con aletas y sin
aletas y en teoría, la transferencia de calor en aletas es mayor que sin aletas y como
puede observarse en los resultados obtenidos si se obtuvo eso.
Bibliografía:
Transferencia de calor y masa. Yunus A. Cengel, 3 ed.