Tubo de aletas helicoidales

TUBO DE ALETAS HELICOIDALES.

Tubo de aletas helicoidales, es un tubo para un cambiador de calor, consistente en un elemento tubular interior y un elemento helicoidal exterior, cuyo elemento helicoidal tiene espiras sólidas con generatrices perpendiculares al eje principal del elemento tubular, y con ondulaciones que se extienden hacia el interior desde la periferia exterior de las espiras y cuyas profundidades se reducen con la distancia radial desde las mismas; caracterizado porque el elemento helicoidal tiene secciones onduladas que alternan con secciones uniformes, teniendo las secciones onduladas un ángulo central con preferencia no superior a 90°'y porque ambos tipos de secciones coinciden entre si, respectivamente, en la dirección del eje principal del elemento tubular, siendo la separación de las secciones sustancialmente igual a un cuarto de la circunferencia del elemento tubular, de modo que las secciones onduladas del elemento helicoidal ocupan posiciones diametralmente opuestas sobre el elemento tubular.

*A la vista de la Ley de Newton del Enfriamiento: Q-punto conv = As * h * ( Ts - Tf ) que modela la velocidad de transferencia de calor por convección entre una superficie y el fluido que la rodea, y teniendo en cuenta que en la mayoría de los casos tanto Ts (temperatura de la superficie) como Tf ( temperatura del fluido ) son codiciones de diseño prefijadas, las posibilidades para incrementar la velocidad de transferencia de calor desde una superficie al fluido que la rodea son dos:

1 ) Aumentar el valor del coeficiente de película ( h ). Esto se puede hacer, por ejemplo, utilizando un ventilador para forzar la convección. En muchas ocasiones esta solución no resulta económicamente rentable o es demasiado complicada.

2 ) Aumentar la superficie de intercambio ( As ) mediante elementos adicionales llamados, en general, aletas.

Ecuación de la aleta.

El balance de energía en el elemento de volumen coloreado en la figura será: Q-punto cond,x = Q-punto cond,x+Dx + Q-punto conv , es decir;

(Velocidad de transferencia de calor por conducción en la sección correspondiente a x) = (Velocidad de transferencia de calor por conducción en la sección correspondiente a x+Dx) + (Velocidad de transferencia de calor por convección en la superficie lateral del elemento de volumen)

Por la Ley de Enfriamiento de Newton: Q-punto conv = h * ( p * Dx ) * ( Ts - Tf ), siendo p el perímetro de la sección transversal de la aleta. Sustituyendo en la ecuación del balance de energía y dividiendo porDx queda:

Tomando el límite cuando Dx ----> 0 queda:

Según la Ley de Fourier de la Conducción( transferencia unidireccional, régimen permanente ) : Q-punto,cond = - k At ( dT / dx ) , siendo At el área de la sección transversal de la aleta. Sustituyendo en la ecuacíón anterior se tiene:

Ecuación Ed1

Ecuación diferencial que habrá que resolver para cada tipo de aleta

Para el caso particular en que el área de la sección transversal de la aleta sea constante ( At = cte ) y conductividad térmica constante ( k = cte ) resulta la siguiente ecuación diferencial:

donde a2 = ( h p ) / ( k At ) ; J = Ts - Tf ; Ts es la temperatura de la aleta en cada sección transversal.

PARÁMETROS CARACTERÍSTICOS DE UNA ALETA. EFICIENCIA Y EFECTIVAD. LONGITUD APROPIADA.

EFICIENCIA de una aleta es la relación entre la potencia térmica ( Q-punto ) que se disipa en la misma y la potencia térmica que se disiparía si toda la aleta estuviese a una temperatura igual a la de la base (la temperatura de la aleta será inferior a la de la base)

EFECTIVIDAD de una aleta es la relación entre la potencia térmica (

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