Cos'è un tubo ad aletta seghettata
Un tubo ad aletta seghettato, chiamato anche tubo ad aletta segmentato o dentellato, è un elemento di trasferimento di calore a superficie estesa prodotto avvolgendo elicoidalmente una striscia metallica dentellata su un tubo di base. Piccole tacche vengono tagliate ad intervalli lungo il bordo esterno della striscia, in modo che l'aletta finita venga divisa in segmenti corti invece di formare un'elica continua.
Il tubo di base trasporta il fluido di processo, come vapore, acqua calda, olio diatermico, refrigerante o fumi, mentre le alette moltiplicano la superficie esterna a contatto con il gas. La segmentazione interrompe lo strato limite termico e di velocità lungo l'aletta, motivo per cui le alette seghettate forniscono un coefficiente di trasferimento termico lato gas più elevato rispetto a un'aletta elicoidale solida della stessa altezza.
I metodi di fissaggio nella produzione commerciale sono la saldatura a resistenza ad alta frequenza della striscia di alette al tubo, l'avvolgimento a tensione per i progetti integrati e l'estrusione integrale per i tubi di base in alluminio. Le alette dentellate saldate sono la scelta abituale per i tubi di acciaio in servizio ad alta temperatura e alta pressione.
Costruzione e geometria tipica
| Parametro | Descrizione tipica |
|---|---|
| Diametro esterno del tubo base | Da 16 mm a 60,3 mm, misure più grandi previo accordo |
| Materiale del tubo di base | Acciaio al carbonio secondo ASTM A179, A192 o A210; acciaio inossidabile secondo ASTM A213 TP304 o TP316 |
| Materiale delle pinne | Acciaio al carbonio, acciaio inossidabile o alluminio, adattato al gas di scarico |
| Altezza della pinna | Comunemente da 6 mm a 16 mm |
| Spessore delle alette | Comunemente da 0,8 mm a 1,2 mm per le alette in acciaio |
| Passo della pinna | Selezionato per il caricamento delle polveri; le piazzole più piccole offrono più spazio ma sono più difficili da pulire |
| Forma del bordo della pinna | Bordo dentellato o segmentato, irruvidito su entrambi i lati |
| Modulo finale | Estremità lisce, estremità pronte per la saldatura o estremità di tubi predisposte per collettori |
Poiché la striscia dell'aletta è modellata e saldata plasticamente, il collegamento tra tubo e aletta è metallurgico in un design saldato, che mantiene bassa la resistenza al contatto termico anche dopo ripetuti cicli termici.
Prestazioni di trasferimento di calore
La caratteristica principale delle alette seghettate è un notevole aumento della superficie esterna combinato con un campo di flusso ottimizzato. Rispetto ai tubi lisci o ad alette basse, è possibile trasferire più calore in un fascio più corto. I test di condensazione a tubo singolo riportati mostrano coefficienti di trasferimento di calore nell'ordine di 10-20 volte quelli di un tubo liscio e circa 1,5-2 volte quelli di un tubo ad alette basse sotto la stessa differenza di temperatura, con il guadagno esatto che dipende dal refrigerante o dal gas, dalla geometria delle alette e dalla portata massica.
Coefficiente lato aria più elevato: la segmentazione rinnova lo strato limite lungo l'aletta, quindi la resistenza del film esterno diminuisce.
Fasci compatti: lo stesso compito può essere soddisfatto con una lunghezza del tubo inferiore o un involucro più piccolo.
Minore richiesta di metallo: meno tubi e una struttura della testata più leggera per lo stesso carico termico.
Applicazioni
Condensatori orizzontali a fascio tubiero e scambiatori di calore raffreddati ad aria in impianti di refrigerazione e petrolchimici.
Economizzatori, preriscaldatori d'aria e sezioni di generatori di vapore a recupero di calore.
Processi metallurgici, minerari, petroliferi, chimici, energetici e farmaceutici.
Riscaldamento degli ambienti e riscaldamento dell'aria in officine, serre ed edifici di processo.
Essiccazione, raffreddamento e ventilazione industriale dove l'aria è il mezzo secondario.
I tubi ad alette seghettate sono inoltre facili da installare e manutenere e la loro forma compatta si adatta a progetti di retrofit in cui lo spazio dell'involucro è limitato.
Comportamento antivegetativo e note sulla selezione
La geometria dentellata favorisce vortici e percorsi di flusso complessi, il che aiuta a prevenire il depositarsi di impurità sulla superficie dell'aletta, riduce l'accumulo di depositi e prolunga la durata dell'apparecchiatura. La stessa geometria, tuttavia, è meno tollerante alla polvere rispetto alle alette solide ampiamente distanziate, quindi il passo delle alette deve essere selezionato in base alle effettive condizioni dei gas di scarico.
Scegliere un passo più ampio per i gas di scarico carichi di polvere derivanti dalla combustione di carbone o biomassa.
Abbina il materiale delle alette al gas: le alette in alluminio sono economiche per flussi d'aria puliti a bassa temperatura ma non sono adatte per gas di scarico ad alta temperatura o aggressivi.
Verificare la coppia bimetallica quando le alette di alluminio vengono saldate o avvolte su tubi di acciaio e applicare i limiti di temperatura operativa.
Conferma l'accesso alla pulizia. I soffiatori di fuliggine e il lavaggio con acqua sono più efficaci su campi più ampi.
Specificare il carico termico, il flusso di gas, le temperature di ingresso e uscita e la caduta di pressione consentita in modo da poter ottimizzare l'altezza, il passo e lo spessore delle alette.
Domande frequenti
D: Cos'è un tubo ad aletta seghettata?
Si tratta di un tubo a superficie estesa realizzato avvolgendo una striscia metallica dentellata su un tubo base, per cui l'aletta è divisa in brevi segmenti che interrompono lo strato limite e aumentano il coefficiente di scambio termico lato gas.
D: Come viene prodotto un tubo ad aletta seghettata?
La striscia dentellata viene formata e avvolta elicoidalmente sul tubo di base e quindi fissata, solitamente mediante saldatura a resistenza ad alta frequenza per i tubi di acciaio; per altri progetti vengono utilizzati l'avvolgimento in tensione e l'estrusione integrale.
D: Perché le alette seghettate sono più efficienti delle alette piene?
La segmentazione rinnova lo strato limite termico lungo la superficie dell'aletta e aumenta l'area superficiale effettiva, fornendo un coefficiente lato gas più elevato, tipicamente da circa 1,5 a 2 volte quello di un tubo ad alette basse di altezza simile.
D: Quali tipi di tubi base vengono utilizzati per i tubi ad alette seghettate?
I tubi in acciaio al carbonio conformi a ASTM A179, A192 o A210 sono standard per caldaie e servizi di recupero del calore, mentre ASTM A213 TP304 e TP316 vengono utilizzati laddove è richiesta resistenza alla corrosione.
D: I tubi ad alette seghettate sono adatti per i gas di scarico polverosi?
Possono esserlo, purché venga aumentato il passo delle alette. Le alette dense offrono più area ma raccolgono la polvere, pertanto per ciascuna applicazione è necessario concordare il passo, il metodo di pulizia e la caduta di pressione consentita.
D: È possibile personalizzare i tubi ad alette seghettate?
SÌ. L'altezza, lo spessore, il passo, la forma dell'intaglio e il materiale del tubo delle alette possono essere regolati in base al carico termico, alle condizioni del gas e allo spazio di installazione disponibile.
