Aletas Superfcies Estendidas

Um mtodo que altera a forma da superfcie de um solido colocando algo em relevo que tambm tem contato com o escoamento do fluido. A superfcie do lado de fora desses relevos constituem as superfcies estendidas e esses relevos so chamados de aletas. Elas so utilizadas para dissipao de calor. Quando se quer resfriar ou aquecer um fluido, o modo mais frequente faz-lo trocar calor com outro fluido, separados ambos por uma parede slida de resistncia baixa (metal de pequena espessura). Sua funo, melhorar a troca de calor de um fluido com o outro aumentando a superfcie de contato da tubulao por onde ela passa. As aletas otimizam a transferncia de calor na superfcie. Se desejar aumentar a troca de calor a nica soluo aumentar a rea de transferncia de calor. As aletas so utilizadas para aumentar a transmisso de calor por conveco e possuem uma grande variedade de aplicaes de engenharia: transformadores, motores de combusto interna, compressores, motores eltricos, trocadores de calor, etc. O Objetivo do uso de aletas aumentar a taxa de transferncia de calor.Aleta um elemento slido que transfere energia por conduo dentro de suas fronteiras e por conveco (e/ou radiao) entre suas fronteiras e o ambiente. O aumento da taxa de transferncia de calor de uma superfcie a temperatura constante para um fluido externo pode ser feito atravs do aumento do coeficiente de conveco ou atravs da reduo da temperatura do fluido. Quanto maior for a diferena de temperatura entre a aleta e o meio, maior ser essa transferncia de calor. Geralmente elas so usadas com uma espessura muito pequena em um grande nmero para facilitar a perda de calor. O formato ideal da aleta encontrado atravs de uma anlise das caractersticas de transmisso de calor, custo, peso, perda de carga e espao disponvel. A utilizao das aletas leva ao crescimento da rea total de contato entre o slido e o fluido porque a soma da rea da superfcie original com a rea de todas as aletas maior do que a rea original. - Aletas de Seo Retangular (plana): qualquer superfcie estendida que se encontre fixada a uma parede plana, ela pode ter uma rea de seco transversal uniforme ou variando com a distncia x da parede. Uma aleta de seo retangular assentada longitudinalmente em uma superfcie plana.

- Aletas anular (curvas): aquela que se encontra fixada circunferencialmente a um cilindro e sua seo transversal varia com o raio da parede do cilindro. As aletas colocadas sobre superfcies curvas podem ter colocao radial ( transversal ) ou axial ( longitudinal ). O assentamento radial ou axial de aletas sobre superfcies cilndricas depende da direo do escoamento do fluido externo, pois a aletas devem prejudicar o mnimo possvel o coeficiente de pelcula, ou seja, no podem provocar estagnao do fluido.

- Aletas piniforme (pino): uma superfcie estendida de rea de seo transversal circular. As aletas piniforme podem tambm possuir seo transversal uniforme ou no. Em certas aplicaes aletas tipo pino so necessrias para no prejudicar demasiadamente o coeficiente de pelcula.

- Aletas de Seo No-Retangular: Neste caso, temos uma aleta de seo triangular mostrada na figura 6.4. Aletas de seo parablica, trapezoidal, etc, tambm so comuns.

As aletas podem ser aplicadas em diversos ramos da engenharia como por exemplo: cilindro veicular, transformadores, motores de combusto interna, compressores, motores eltricos, trocadores de calor, para resfriar motores a combusto (Radiadores), transformadores de potncia eltrica, motores eltricos, trocadores de calor com tubos aletados, etc.Aletas so usadas para melhorar a transferncia de calor e o uso de aletas na superfcie no podem ser recomendado a menos que a transferncia de calor justifique um custo adicional e a complexidade associada com as aletas. Algumas consideraes devem ser estabelecidas para analisar a transferncia de calor nas aletas como por exemplo: a rea da aleta; a diferena de temperatura ou gradiente de temperatura da aleta, do ar e do ambiente; a velocidade do ar que se choca contra essa aleta; a posio da aleta, se horizontal ou vertical, o que gera diferentes correntes de conveco do ar aquecido pela aleta; a exposio da aleta, se ela est sozinha ou se faz parte de um feixe de aletas, etc; a natureza do gs que est em contato com a aleta, se o ar, como acontece comumente, se a aleta refrigerada por fluxo gasoso de hidrognio, como acontece nos estatores dos alternadores de hidreltricas.O desempenho das aletas julgado considerando a melhora na transferncia de calor com relao situao sem o uso de aletas. A efetividade maior se material da aleta tem elevado valor de condutividade trmica (k do cobre, alumnio, e ferro so os mais comuns). O material mais usado o alumnio devido ao baixo custo, peso e resistncia corroso.Calor flui da superfcie para a aleta por conduo. Calor tambm flui da aleta para o meio por conveco com o coeficiente. A temperatura da aleta varia desde a temperatura na base e diminui gradualmente em direo extremidade. No caso limite de resistncia trmica zero ou condutividade trmica infinita, a temperatura da aleta ser uniforme. A transferncia de calor seria ideal se a aleta estivesse toda na temperatura da base. Aletas com perfil triangular ou parablico contm menos material e so mais eficientes que as de perfil retangular e so mais adequadas para aplicaes que exigem mnimo peso (aplicaes espaciais). A eficincia diminui com o aumento do comprimento da aleta devido ao decrscimo na temperatura da aleta com o comprimento. Comprimentos de aleta que causam uma diminuio na eficincia abaixo de 60% no podem ser justificados economicamente e devem ser evitados. A eficincia de muitas aletas na prtica fica em torno de 90%.

Bibliografia

ENGEL Y. A., GHAJAR A. J., Transferncia de Calor e Massa; 4a Ed, 2012.Bejan, Andrian. Transferncia de Calor. So Paulo: Edgard Blcher, 2004.HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; KRANE, Kenneth S. Fsica 2. 5 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2003.Anjos, Ivan Gonalves dos. Fsica Para o Ensino Mdio. So Paulo: IBEP, 2005.BOHN M., KREITH F.; Princpios da Transferncia de Calor; Ed. Thomson Pioneira, 2003. Dewitt, Bergman, Lavine. Fenmenos do transporte: Calor e massa 6 edio, 2007