Efeito da natureza matemática de geratrizes sobre a dissipação de calor em aletas / Effect of the mathematical nature of geratrizes on heat dissipation in fins

Abstract

Aletas são dispositivos térmicos baseados em superfícies estendidas que majoram a transferência de calor de uma superfície para um fluido. As aletas devem ser construídas a partir de bons condutores térmicos e pequenas espessuras, a fim de garantir, simultaneamente, estruturas leves para instalação e tratamento matemático unidimensional para previsão das distribuições térmicas e taxas de dissipação de calor. Aletas no formato cilíndrico são denominadas de aletas piniformes, cuja descrição físico-matemática é bem-posta na literatura por causa da área da seção reta à condução térmica ser constante ao longo de todo o comprimento do dispositivo. Isto posto, este estudo teve como objetivo avaliar o impacto técnico e econômico de aletas de seção reta variável ao longo do comprimento do dispositivo. De acordo com os principais resultados, a utilização de uma geratriz não linear crescente trigonométrica mostrou que, nas mesmas condições operacionais das aletas piniformes (área da base, comprimento e condições térmico-fluidodinâmicas), foi possível incrementar a dissipação térmica em até 109%. Por sua vez, a utilização de uma geratriz não linear decrescente linear ou trigonométrica impactou em uma redução de 31,4% na taxa de dissipação térmica. Além de a aleta de geratriz trigonométrica ter sido a mais dissipativa dentre todas, uma análise mais criteriosa mostrou que os custos com a aquisição de metais ou ligas para a construção dela podem ser incrementados em até 4 vezes.