O objetivo deste trabalho é demonstrar o importante papel que as superfícies estendidas representam no projeto dos sistemas térmicos e analisar através de cálculos, o desempenho para tais superfícies.

  • O objetivo deste trabalho é demonstrar o importante papel que as superfícies estendidas representam no projeto dos sistemas térmicos e analisar através de cálculos, o desempenho para tais superfícies.

O termo superfícies estendidas é normalmente utilizado para retratar um caso especial envolvendo transferência de calor por condução no interior de um sólido e transferência de calor por convecção (e/ou radiação) entre as fronteiras do sólido e a vizinhança. A direção da transferência de calor das fronteiras é perpendicular à direção da principal transferência de calor no sólido.

  • O termo superfícies estendidas é normalmente utilizado para retratar um caso especial envolvendo transferência de calor por condução no interior de um sólido e transferência de calor por convecção (e/ou radiação) entre as fronteiras do sólido e a vizinhança. A direção da transferência de calor das fronteiras é perpendicular à direção da principal transferência de calor no sólido.

Chamamos de Aletas toda superfície estendida utilizada especificamente para elevar a taxa de transferência de calor entre um sólido e o fluído em contato.

  • Chamamos de Aletas toda superfície estendida utilizada especificamente para elevar a taxa de transferência de calor entre um sólido e o fluído em contato.

Aumentando o coeficiente de convecção h;

  • Aumentando o coeficiente de convecção h;

  • Reduzindo a temperatura do fluído T∞;

  • Uma terceira opção seria aumentar a área da superfície através da qual ocorre a convecção.

  • Aleta Plana de superfície reta uniforme e variável (a,b);

  • Aleta Anular de seção reta retangular (c);

  • Aleta Pino ou Agulha de seção reta circular (d).

Como engenheiros nosso interesse é saber a dimensão na qual uma determinada superfície estendida ou arranjo de aletas podem melhorar sua transferência de calor a partir de uma superfície para o fluído em contato.

  • Como engenheiros nosso interesse é saber a dimensão na qual uma determinada superfície estendida ou arranjo de aletas podem melhorar sua transferência de calor a partir de uma superfície para o fluído em contato.

  • Para determinar a taxa de transferência de calor associada a uma aleta devemos obter a distribuição de temperatura ao longo da mesma.

Balanço de Energia para Superfície Estendida

  • Neste momento efetuaremos o balanço de energia em um volume de controle elementar, onde admitimos algumas considerações para o mesmo.

Condições unidimensionais na direção longitudinal (x);

  • Condições unidimensionais na direção longitudinal (x);

  • Regime estacionário;

  • k = cte

  • Radiação da superfície

  • desprezível;

  • h uniforme ao longo da

  • superfície;

Da conservação de Energia:

  • Da conservação de Energia:

  • qx = qx+dx + dqconv

  • Lei de Fourier:

          • (I)
          • (II)
  • (III)

Para resolvermos a equação devemos especificar a geometria. Cada aleta está fixada a uma base cuja temperatura é T(0)=Tb e se estende no interior de um fluído à temperatura T∞.

  • Para resolvermos a equação devemos especificar a geometria. Cada aleta está fixada a uma base cuja temperatura é T(0)=Tb e se estende no interior de um fluído à temperatura T∞.

Não existe qualquer garantia de que a taxa de transferência de calor aumente com o uso de aletas.

  • Não existe qualquer garantia de que a taxa de transferência de calor aumente com o uso de aletas.

  • Efetividade é a razão entre a taxa de transferência de calor da aleta e a taxa de transferência de calor caso não houvesse aletas.

Desempenho da Aleta

  • No momento do projeto, o valor da efetividade deve ser o maior possível; no entanto a utilização das aletas já se justificam para uma efetividade >2.

  • Escolha do material da aleta: alta condutividade térmica.

  • Aumento da razão entre o seu perímetro e sua área de seção reta.

Desempenho da Aleta

Desempenho da Aleta

  • O uso das aletas pode ser mais bem justificado em condições nas quais o coeficiente de convecção h é pequeno.

O desempenho da aleta também pode ser quantificado em termos da resistência térmica.

  • O desempenho da aleta também pode ser quantificado em termos da resistência térmica.

  • A efetividade pode ser a razão entre as resistências térmicas, e para aumentá-la basta reduzir a resistência condução/convecção da aleta.

Eficiência para uma aleta:

  • Eficiência para uma aleta:

  • Eficiência para um conjunto de aletas:

  • Resistência térmica de um conjunto de aletas:

Se as aletas forem usinadas na parede a partir da qual elas são estendidas, não existe resistência de contato na sua base.

  • Se as aletas forem usinadas na parede a partir da qual elas são estendidas, não existe resistência de contato na sua base.

  • Usualmente as aletas são fabricadas separadamente e depois fixadas à parede através de um processo metalúrgico ou de uma junta adesiva. Há portanto, uma resistência térmica de contato, que influencia negativamente o desempenho térmico total.

Problema envolvendo aletas

Ao final deste estudo podemos entender a importância do projeto e aplicação correta de aletas para a aumentar a transferência de calor através do aumento da área superficial efetiva, que pode ser observada em tubos de aparelhos de ar condicionado, motores de motocicletas, processadores de computadores, eixos de motores e outras diversas aplicações.

  • Ao final deste estudo podemos entender a importância do projeto e aplicação correta de aletas para a aumentar a transferência de calor através do aumento da área superficial efetiva, que pode ser observada em tubos de aparelhos de ar condicionado, motores de motocicletas, processadores de computadores, eixos de motores e outras diversas aplicações.

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