Tubo alettato longitudinale in acciaio al carbonio ASTM SA210 Gr A1 per scambiatori di calore

Tubo alettato longitudinale ASTM SA210 Gr A1 con aletta in acciaio al carbonio
 
 
 

Il tubo alettato longitudinale è un tipo di elemento di trasferimento del calore ad alta efficienza, realizzato saldando strettamente o formando integralmente alette metalliche sottili lungo la direzione assiale sulla superficie esterna del tubo base metallico (come acciaio, rame, alluminio). Il suo valore fondamentale risiede nell'espandere l'area di trasferimento del calore all'esterno del tubo di diverse volte fino a decine di volte (il rapporto aletta può raggiungere 5~20 volte).

Questo progetto strutturale risolve specificamente il problema del collo di bottiglia dell'efficienza dello scambio termico tra gas (come aria, gas di scarico) e fluido nel tubo (acqua, vapore, refrigerante, ecc.). A causa del coefficiente di trasferimento del calore estremamente basso sul lato gas, spesso diventa il fattore dominante nella resistenza termica del sistema; l'aletta penetra in profondità nello strato limite del gas estendendo la superficie di trasferimento del calore e utilizza l'effetto di disturbo del bordo dell'aletta sul flusso d'aria per ridurre significativamente la resistenza termica sul lato gas, in modo che l'efficienza complessiva del trasferimento del calore possa essere aumentata di 2~10 volte rispetto al tubo nudo.

Una produzione affidabile è la chiave per raggiungere le sue prestazioni, che si basa principalmente su processi come la saldatura a resistenza ad alta frequenza, l'estrusione integrale (come il tubo di alluminio) o la brasatura. Questi processi assicurano che l'interfaccia di collegamento tra l'aletta e il tubo base abbia un'elevata conducibilità termica (riducendo la resistenza termica di contatto) e una sufficiente resistenza meccanica per resistere alle sollecitazioni termiche e alle vibrazioni in condizioni di lavoro.

Quando si progettano tubi alettati longitudinali, è necessario ottimizzare finemente i parametri delle alette (altezza, spessore, spaziatura) per trovare un equilibrio tra la massimizzazione delle prestazioni di trasferimento del calore e il controllo della resistenza al flusso del gas (caduta di pressione). Allo stesso tempo, è necessario tenere conto sia della selezione dei materiali che delle condizioni di lavoro speciali, come la selezione di materiali resistenti alla corrosione (come l'acciaio ND o il rivestimento) in ambienti soggetti a corrosione da punto di rugiada come i gas di scarico contenenti zolfo, considerando la resistenza all'incenerimento in gas polverosi (come l'utilizzo di una maggiore spaziatura delle alette) e garantendo l'affidabilità strutturale in condizioni di vibrazione.

Grazie all'eccellente miglioramento del trasferimento del calore lato gas e alla compattezza, i tubi alettati longitudinali sono ampiamente utilizzati in vari scenari dominati dallo scambio termico gas-liquido e con elevati requisiti di spazio o efficienza. Le applicazioni tipiche includono: apparecchiature di recupero del calore di scarto (economizzatore, preriscaldatore d'aria) nei sistemi di caldaie, refrigeratori/riscaldatori di gas di processo nell'industria petrolchimica, evaporatori/condensatori nei sistemi di refrigerazione e riscaldatori d'aria calda nelle apparecchiature di essiccazione industriale. È una tecnologia chiave per ottenere apparecchiature compatte e un efficiente utilizzo dell'energia.

Relazione tra direzione delle alette e flusso d'aria

Confronto delle prestazioni di trasferimento del calore e della resistenza

Applicazione
 
 

Energia e potenza

Economizzatore di caldaia, preriscaldatore d'aria, caldaia a recupero di calore a turbina a gas

Petrolchimico

Riscaldatore/refrigeratore di gas di processo, condensatore di prodotti di reazione, raffreddamento olio lubrificante

HVAC e refrigerazione

Condensatore evaporativo, serpentina di raffreddamento ad aria, unità esterna pompa di calore

Recupero del calore di scarto industriale

Apparecchiature di essiccazione, forno per ceramica, utilizzo del calore di scarto dei gas di scarico del forno di fusione del vetro

Macchinari per il trasporto

Intercooler motore diesel, radiatore olio idraulico