Cos'è un tubo alettato di tipo L-
Un tubo alettato di tipo L- è un elemento di scambio termico assemblato da un tubo a base piana e una striscia continua di materiale alettato avvolto attorno ad esso sotto tensione. La striscia viene pre-formata in una sezione a forma di L-prima dell'avvolgimento, quindi il piede corto della L poggia direttamente sulla superficie del tubo mentre la gamba più lunga si erge orgogliosa come la pinna. Poiché il piede protegge la superficie del tubo e amplia l'area di contatto, il design di tipo L- è uno dei modi più semplici ed economici per moltiplicare la superficie esterna di un tubo.
I tubi alettati vengono utilizzati laddove il coefficiente di trasferimento termico all'esterno di un tubo è molto inferiore rispetto all'interno, cosa tipica quando il mezzo esterno è un gas come aria o gas di scarico. Aggiungere un'area esterna in quella situazione è molto più economico che aggiungere più tubi, più collettori e più limiti di pressione.
Costruzione: Avvolgimento a tensione e Saldatura
L'avvolgimento a tensione è il passaggio decisivo. Il nastro di alluminio o rame viene alimentato attraverso rulli profilatori che gli conferiscono il profilo ad L, quindi il nastro viene avvolto sul tubo base mentre il tubo ruota e avanza, quindi l'aletta avanza elicoidalmente lungo la lunghezza. La tensione di avvolgimento deve essere mantenuta entro una fascia stretta: una tensione troppo scarsa lascia la pinna allentata e apre il percorso di contatto termico, mentre una tensione eccessiva deforma il piede e può segnare il tubo base.
L'aletta è trattenuta dalla tensione residua dell'avvolgimento e, in molti modelli, anche le estremità dell'aletta sono fissate mediante saldatura. La saldatura ad alta-frequenza viene utilizzata per realizzare il tubo di base stesso in alcuni progetti, ad esempio dove il tubo saldato longitudinalmente è la materia prima, e produce un forte legame continuo lungo la giuntura del tubo con un apporto di calore minimo e senza metallo d'apporto.
Materiali e parametri tipici
| Articolo | Scelta comune | Nota |
|---|---|---|
| Servizio di tubo base, caldaia e scambiatore di calore | Acciaio al carbonio secondo ASTM A179 o ASTM A192 | Tubo senza saldatura o saldato con chimica controllata |
| Tubo base, servizio corrosivo | Acciaio inossidabile secondo ASTM A213 o ASTM A312 | Per gas di combustione e flussi di processo contenenti condensa |
| Tubo base, uso marino | Titanio secondo ASTM B338 | Per servizi su cuscinetti di acqua di mare e cloruro- |
| Materiale delle pinne | Striscia di alluminio, rame per temperature più elevate | Avvolto sotto tensione sul tubo |
| Altezza della pinna | Tipicamente da 8 mm a 16 mm | Le alette più alte aumentano l'area ma indeboliscono la turbolenza laterale dell'aria- |
| Passo della pinna | Tipicamente da 2 mm a 6 mm | Il passo più fine fornisce più area per metro e una maggiore caduta di pressione |
| Spessore delle alette | Tipicamente da 0,3 mm a 0,5 mm | Le alette più spesse resistono all'erosione e ai danni dovuti alla pulizia |
| Diametro esterno del tubo base | Tipicamente da 16 mm a 51 mm | Selezionato con la disposizione dell'intestazione e del flusso d'aria |
Prestazioni di trasferimento di calore
Lo scopo dell'aletta è quello di aumentare la superficie disponibile lato aria senza aumentare il numero dei tubi. Un'aletta di tipo L-avvolta aumenta la superficie esterna di un tubo di un grande multiplo rispetto alla stessa lunghezza del tubo nudo e la velocità di trasferimento del calore per metro migliora in proporzione. Due ulteriori effetti contano: l'aletta elicoidale promuove la turbolenza nel flusso d'aria, che aumenta il coefficiente lato aria-, e il piede dell'aletta fornisce un percorso metallico continuo dall'aletta al tubo, che mantiene bassa la resistenza dell'interfaccia.
Le prestazioni sono limitate da tutto ciò che interrompe il percorso di contatto. La corrosione alla base delle alette, l'allentamento dell'avvolgimento e l'-accumulo di polvere o cenere tra le alette riducono la superficie effettiva e la velocità di trasferimento del calore, motivo per cui è la qualità dell'avvolgimento piuttosto che la superficie nominale a determinare il reale utilizzo di un tubo di tipo L-.
Trattamento superficiale e limiti di temperatura
Il tubo finito viene normalmente sottoposto ad un trattamento protettivo. La vernice anti-corrosione o il rivestimento in polvere metallica sul pacco alettato migliorano la resistenza alla corrosione atmosferica, prolungano la durata in ambienti aggressivi e conferiscono al pacco tubiero un aspetto uniforme. La faccia della piastra tubiera viene mantenuta pulita in modo che il tubo possa essere espanso o saldato nella testata.
Il limite di temperatura del gruppo è stabilito dal materiale dell'aletta e dal modo in cui l'aletta viene mantenuta in posizione. Poiché un'aletta di tipo L-si basa sul contatto meccanico piuttosto che su un legame completamente metallurgico, il limite superiore pratico per le alette in alluminio è inferiore a quello delle costruzioni con alette integrate o estruse. Laddove la temperatura del metallo è più elevata, viene invece specificato un tipo diverso di aletta o un'aletta in rame. Il funzionamento vicino al limite per periodi prolungati accelera il rilassamento della tensione dell'avvolgimento, pertanto il margine tra la temperatura di progetto e il limite dovrebbe essere considerato una decisione sulla durata di servizio.
Applicazioni
Scambiatori di calore e raffreddatori ad aria-raffreddati ad aria in raffinerie, impianti chimici e centrali elettriche
Economizzatori e preriscaldatori d'aria negli impianti caldaia, dove i fumi riscaldano l'aria comburente
Recuperatori di calore di scarto su forni di processo, forni e scarichi di motori
Aerotermi a vapore e batterie di essiccazione per il riscaldamento di processi industriali generali
Condensatori ed evaporatori in apparecchiature di refrigerazione e condizionamento dell'aria
Selezione, ispezione e difetti comuni
La selezione inizia con l'attività: il flusso di massa del gas, le temperature di ingresso e di uscita, la caduta di pressione ammissibile sul lato dell'aria-, la tendenza alla formazione di incrostazioni e il metodo di pulizia sono tutti fattori che vincolano il passo e l'altezza delle alette. Un lavoro polveroso o sporco richiede un passo più grossolano e un'aletta più bassa, perché un pacco di alette denso si blocca rapidamente e non può essere pulito in modo efficace. L'accesso per la pulizia dovrebbe essere previsto fin dall'inizio.
Controllare la tensione dell'avvolgimento e il contatto delle alette; una pinna allentata mostra uno spazio visibile sul piede e riduce immediatamente le prestazioni.
Esaminare il piede dell'aletta per eventuali danni o corrosione, che è il primo punto di cedimento in un servizio umido o acido.
Verificare l'uniformità del passo delle alette, l'altezza delle alette e il diametro esterno sulla sezione alettata rispetto all'ordine.
Verificare il raggio di curvatura e la lunghezza dell'estremità non piegata in modo che il tubo si adatti al collettore senza danni alle alette durante il montaggio.
Valutare il rischio di corrosione galvanica nel caso in cui le alette di alluminio siano avvolte su tubi di acciaio inossidabile o rame in servizio umido.
Domande frequenti
D: Qual è la differenza tra una pinna di tipo L- e una pinna incorporata?
Un'aletta di tipo L- viene avvolta sotto tensione all'esterno del tubo, in modo che l'aletta venga trattenuta tramite contatto meccanico e la parete del tubo non venga penetrata. Un'aletta incorporata viene pressata in una scanalatura rullata nella parete del tubo, che fornisce una chiave meccanica più forte e una resistenza alla temperatura più elevata, al costo di un processo di produzione più complesso.
D: Perché l'alluminio è il materiale abituale delle pinne?
L'alluminio ha un'elevata conduttività termica, una bassa densità e un basso costo, che insieme forniscono la massima area di trasferimento del calore per unità di peso e di spesa. Le alette in rame vengono selezionate dove la temperatura di esercizio è più alta o dove l'ambiente attacca l'alluminio, e costano notevolmente di più.
D: In che modo il passo delle alette influisce sulle prestazioni?
Un passo più fine, che significa più alette per metro, aumenta la superficie disponibile per l'aria e aumenta la velocità di trasferimento del calore, ma aumenta anche la caduta di pressione lato aria- e si blocca più rapidamente in caso di incrostazioni. La scelta del passo è quindi un equilibrio tra prestazioni termiche e potenza della ventola, accesso per la pulizia e durata.
D: I tubi alettati di tipo L- possono essere riparati?
Il danno localizzato alla pinna può essere corretto raddrizzandola o rimuovendo la sezione danneggiata della pinna e sostituendola, a condizione che il contatto del piede sulla lunghezza rimanente sia intatto. Un tubo la cui tensione di avvolgimento è andata perduta per un lungo tratto non può essere ripristinato e deve essere sostituito.
D: Cosa deve essere controllato alla consegna?
Altezza dell'aletta e uniformità del passo, diametro esterno della sezione alettata-, tenuta dell'avvolgimento alla base dell'aletta, raggio di curvatura e lunghezze delle estremità, condizione delle estremità scoperte del tubo e trattamento superficiale del pacco di alette, insieme al certificato di prova della fabbrica per il tubo base.
D: Dove vengono utilizzati maggiormente i tubi alettati di tipo L-?
Negli scambiatori di calore e raffreddatori d'aria raffreddati ad aria-, negli economizzatori di caldaie e nei preriscaldatori d'aria, nelle unità di recupero del calore di scarto, nei riscaldatori d'aria a vapore e nei condensatori di refrigerazione, ovvero in qualsiasi servizio in cui un flusso di gas deve essere riscaldato o raffreddato e il coefficiente lato aria-limita il trasferimento di calore complessivo.
