Este documento presenta el objetivo y marco teórico de un proyecto de investigación sobre fenómenos de transporte en una aleta recta de sección transversal tipo aguja sometida a conducción y convección. El proyecto analizará el comportamiento de la temperatura a lo largo de la aleta y calculará el flujo de calor transmitido y la eficiencia de la aleta mediante la recolección de datos experimentales.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
CATEDRÁTICO:
Dr. VILCA MORENO ORLANDO ALFREDO
CÁTEDRA:
FENÓMENOS DE TRANSPORTE
INTEGRANTES:
 ECHEVARRIA YARANGA MIGUEL
 GRANADOS CARHUAVILCA FRANK
 HUAMAN VILA CESAR
 ROJAS DE LA CRUZ ANGELA
 ROMERO CHAVEZ JHON CESAR
CÁTEDRA:
FENÓMENOS DE TRANSPORTE

2. RESUMEN
Una superficie extendida es un sólido que transporta energía por conducción; eliminando dicha
energía por convección (y/o radiación) hacia los alrededores. Una superficie extendida se utiliza
para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo. Esta
superficie extendida se denomina aleta.
Se usan las aletas o superficies extendidas con el fin de incrementar la razón de transferencia de
calor de una superficie, en efecto las aletas convexas 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.
Las aletas pueden ser con secciones transversales rectangulares, como tiras que se anexan a lo
largo 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.

3. “
OBJETIVO GENERAL
 Analizar el comportamiento de una aleta recta de sección
transversal tipo Aguja sometida a Conducción –
Convección.
OBJETIVOS
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Obtener el perfil de temperaturas
longitudinal en la aleta y compararlo con los
resultados teóricos
• Calcular el flujo de calor transmitido
• Calcular la eficiencia de la aleta

4. MARCOTEÓRICO
⋄ TRANSFERENCIA DE CALOR EN SUPERFICIES EXTENDIDAS
En el diseño y construcción de equipos de transferencia de calor se utilizan formas simples como
cilindros, placas planas y barras, las cuales son utilizadas para promover el flujo de calor entre una fuente
y el medio, por medio de la absorción o disipación de calor, estas superficies son conocidas como
superficies primarias o principales.
Las aletas son sólidos que transfieren calor por conducción a lo largo de su geometría y por convección a
través de su entorno, con sistemas con conducción convección.

5. TIPOS DE ALETAS
Las formas que adoptan las aletas son muy
variadas, y dependen en gran medida de la
morfología del sólido al que son adicionales y
de la aplicación concreta. La aleta se
denomina “aguja” cuando la superficie
extendida tiene forma cónica o cilíndrica.
La expresión “aleta longitudinal” se aplica a
las superficies adicionales unidas a paredes
planas o cilíndricas. Las “aletas radiales” van
una coaxialmente a superficies cilíndricas.
A B C D
E F G H I

6. TRANSFERENCIA DE CALOR EN ALETAS LONGITUDINALES
DE SECCIÓN TRANSVERSAL CONSTANTE
En casos especiales, las aletas longitudinales se mecanizan
sobre el material de aleación de la base. Las aletas unidas a la
base sin discontinuidades, mediante soldadura o presión, no
tienen resistencias térmicas de contacto y son adecuadas para
temperaturas elevadas dado que la base no se altera por
dilataciones térmicas diferenciales siempre que no sufran
efectos corrosivos o una excesiva deformación. En régimen
estacionario, el calor que se conduce a través de un sistema de
aletas se elimina al exterior mediante un proceso de
convección, siendo la energía disipada, en la unidad de
tiempo, proporcional a su área superficial.

7.  Balance de energía:
 Ecuación general:
 Ecuación general para una aleta de sección transversal constante:

8.  Si se aplica las siguientes condiciones límites:
 Reemplazando se obtiene la solución particular:
Distribución de temperatura.
Ecuación de flujo de calor disipado por la aleta.
 Solución general para una aleta de sección
transversal constante.

9.  Eficiencia de una aleta:
Donde:
Si se aplica las siguientes condiciones límites:
Resolviendo se obtiene la siguiente solución particular:
 Distribución de Temperatura

10. Ecuación de flujo de calor disipado por la aleta
Eficiencia de una aleta
Donde:

11. COEFICIENTE DE PELÍCULA CONVECTIVA
⋄ NÚMERO DE NUSSELT
⋄ NÚMERO DE RAYLEIGH
⋄ NÚMERO DE GRASHOF
⋄ NÚMERO DE GRASHOF LA TEMPERATURA
DE PELÍCULA

12. NÚMERO DE PRANDTL
Ecuación para determinar h:
Donde tenemos que:

13. PARTE EXPERIMENTAL
⋄ MATERIALES- EQUIPOS UTILIZADOS

14. PROCEDIMIENTO
 Conectar la cocinilla en la posición correcta para el
calentamiento
 Dejar trascurrir el tiempo necesario hasta que todas las
temperaturas sean estables, es decir hasta que alcance el
régimen permanente en la transmisión de calor
 Anotar las temperaturas en los distintos puntos de la aleta y la
temperatura ambiental con el termómetro.

15. DATOS
47. 5cm
47. 5cm

16. Calculamos todas las constantes que requerimos
Calculamos la temperatura de película

17. ⋄ De igual manera se calcula la
viscosidad del fluido con los
datos encontrados en tablas
• Para calcular la densidad del
fluido interpolamos con los
datos que se encontró en
tablas.

18. Calculamos el número de Grashof

19. ⋄ Calculamos el número de Prandtl
• Hallando Cp. (J/kg.k) • Hallando K: (w/mk)

20. Con el dato calculamos el número de Prandtl
El número de Rayleigt será:

21. ⋄ Ahora calculamos h:
⋄ De donde C y n son constantes que se encuentran en tablas para un valor
aproximado de Ra los cuales son:

22. Hallamos el valor de M:
Calculamos la eficiencia de la aleta:
• Calculamos el flujo de calor:

23. DISCUCIÓNDE RESULTADOS

24. Se determinaron los siguientes valores:
 Número de Grashof
 Hallando Cp (J/kg.k)
 Hallando K: (w/mk)
 Número de Prandtl:
 Número de Rayleigt:

25. Calculamos el coeficiente de conductividad:
Hallamos el valor de M
Calculamos la eficiencia de la aleta

26. RESULTADOS Y CÁLCULOS
Tabla 1. Temperatura del fluido (aire) y del
aluminio en diferentes puntos a lo largo de la
longitud, a dos intervalos de tiempo.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
T°K
x(cm)
T vs x
MOMENTO 1 MOMENTO 2

27. ⋄ El experimento de aleta tipo aguja en la que trabajamos fue sometida a un calor
por conducción.
⋄ Donde T ∞ es igual en el extremo de la aleta circular en consecuencia nuestra
aleta es infinitamente larga ya que la Tº en el extremo final de la aleta (x=L) es
igual al fluido que lo rodea (aire).
⋄ Para ello tomamos datos a distancias constantes de 10 cm. cada 3 minutos
obteniendo 6 puntos (tratándose del primer caso que empezaba de 6 cm).
⋄ La ecuación de perfil de La temperatura la utilizamos para hallar las temperaturas
a diferentes distancias.
CONCLUSIONES

28. RECOMENDACIONES
 Para el desarrollo de este trabajo experimental de superficies extendidas se
recomienda tener presente que la forma como se suministra el calor a la pared debe
de ser uniforme.
 Para hallar los cálculos y comparar con los ya establecidos teóricamente se tendrán
un margen de error, puesto que no se cuentan con tablas de las propiedades termo
físicas del aire a las condiciones de Huancayo.
 Se pone en conocimiento que en la realización del laboratorio se debe de controlar
la temperatura a un tiempo establecido para no tener errores en los cálculos.

29. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
 Bird. R.B,Stewart ,W .E y LigthFott,E.N “Fenómenos de Transporte”,Editorial
Reverte,3º Edición. Impreso en España 1982, Pags 10-18.
 Enzo Levi, Elementos de Mecanice del Medio Continuo. México: Editorial Limusa-
Wiley, 1968. Pág. 180.
 Bennett C.D. Myers. Transferencia de cantidad de movimiento Calor y Materia.
MadridÑMcGRAW HILL Interamericana de España S.A., 1996. Pág. 227, 368-381,
405-408.