O que o tubo base tem que fazer
Em um tubo com aletas, o tubo base é a parte de pressão. Ele transporta o fluido de trabalho, contém sua pressão e temperatura e fornece a superfície cilíndrica à qual as aletas são fixadas. As aletas aumentam a área da superfície externa e, portanto, a taxa de transferência de calor, mas não suportam pressão. Essa divisão de funções é a razão pela qual a especificação do tubo base é decidida pelas condições de pressão, temperatura e corrosão, enquanto a especificação da aleta é decidida pela taxa de transferência de calor e pela limpeza do gás de combustão ou do fluxo de ar.
Os tubos de base são geralmente fornecidos sem costura de acordo com uma especificação de tubo de pressão, com tubos soldados permitidos em circunstâncias definidas. O padrão relevante para tubos aletados de aço carbono soldados é ASTM A498, enquanto tubos de base sem costura geralmente seguem as especificações de caldeira, trocador de calor e tubo mecânico para o serviço em questão.
Fabricação: como o tubo base é feito é importante
Um tubo soldado é produzido formando uma tira ou placa em um cilindro e unindo as bordas longitudinais, seja por soldagem por resistência elétrica seguida de normalização e dimensionamento da costura, ou por soldagem por arco submerso para paredes mais pesadas. O resultado é um tubo com costura longitudinal cuja microestrutura difere do metal original. Um tubo sem costura é produzido perfurando e laminando um tarugo sólido, de modo que sua parede seja homogênea e não contenha solda.
A fixação da aleta é geralmente feita por soldagem de alta frequência, que utiliza o efeito pelicular e o efeito de proximidade de uma corrente de alta frequência para aquecer a zona de contato entre o tubo e a tira da aleta até que o material atinja um estado plástico soldável. A aleta é então enrolada e pressionada no tubo enquanto a interface se consolida.
É nesse processo que a costura do tubo base é importante. A solda longitudinal de um tubo soldado possui propriedades elétricas e térmicas diferentes do metal base, de modo que a distribuição da corrente de alta frequência e o caminho de transferência de calor ao redor da circunferência do tubo não são uniformes. O resultado pode ser uma ligação irregular na costura, e a diferença na microestrutura pode criar uma expansão térmica diferencial durante o aquecimento e o resfriamento, concentrando a tensão exatamente onde a qualidade da junta é menos certa.
Comparação de desempenho
| Fator | Tubo base sem costura | Tubo de base soldado |
| Integridade da parede | Parede homogênea, sem defeitos de costura | A qualidade da costura depende da soldagem e do controle de inspeção |
| Capacidade de pressão | Adequado para serviços de alta pressão e alta temperatura | A costura pode limitar a pressão permitida, especialmente em regime de serviço cíclico |
| Comportamento de soldagem de aletas | Caminho de corrente uniforme e transferência de calor ao redor da circunferência | A costura pode perturbar a distribuição de corrente e o fluxo de calor |
| Uniformidade de transferência de calor | Caminho de fluido consistente, captação uniforme de calor | Defeitos de costura podem perturbar o fluxo e reduzir a transferência de calor local |
| Custo | Maior custo de material e processamento | Custo mais baixo para diâmetro e parede comparáveis |
| Serviço típico | Economizadores de caldeira, superaquecedores, trocadores de calor de alta pressão | Recuperação de calor de baixa pressão e baixa temperatura e aquecimento de ar |
Quando um tubo base soldado é aceitável
Em serviços de baixa pressão e baixa temperatura, onde o tubo não é exposto a ciclos térmicos e a tolerância à corrosão é generosa, um tubo com base soldada pode ser uma escolha econômica. Serpentinas de aquecimento de ar, unidades de recuperação de calor de baixa pressão e algumas aplicações de resfriadores de ar se enquadram neste grupo. As condições que o tornam aceitável são as mesmas que mantêm a tensão da costura baixa: pressão modesta, temperatura estável, sem ciclagem significativa e um fluido que não é agressivo à microestrutura da costura.
Na maioria das aplicações industriais, e especificamente em alta pressão, alta temperatura ou serviço corrosivo, são selecionados tubos de base sem costura. O serviço de vapor em usinas termelétricas é o exemplo mais claro: o tubo base deve suportar alta pressão e temperatura contínuas, e a operação de soldagem de aletas não deve reduzir seu desempenho estrutural.
Controle de qualidade e considerações de custos
Quando são utilizados tubos de base soldados, a qualidade da costura deve ser controlada e não assumida. Os controles que importam são a verificação da qualidade da solda no tubo base antes do aletamento, as verificações dimensionais e de retilinidade para que a aleta se envolva uniformemente e a inspeção pós-aleta da continuidade da ligação. Defeitos que interrompem o caminho do fluido ou a linha de ligação reduzem a capacidade de pressão e o desempenho da transferência de calor e tendem a aparecer primeiro na parte mais quente da unidade.
A comparação de custos não é simplesmente o preço base do tubo em relação ao preço base do tubo. Um tubo base soldado mais barato que falha no início do serviço custa mais em perda de produção, mão de obra de substituição e danos consequentes do que a alternativa sem costura teria custado no início. A decisão deve, portanto, ser tomada com base no custo total de propriedade durante toda a vida útil do projeto, na função especificada, com os modos de falha da costura do tubo de base explicitamente considerados.
Perguntas frequentes
P: O tubo base de um tubo com aletas pode ser um tubo soldado?
Em princípio sim, e é feito em serviço de baixa pressão e baixa temperatura. Na maioria das aplicações industriais, particularmente em alta pressão, alta temperatura ou em condições corrosivas, um tubo de base sem costura é preferido porque não possui costura longitudinal.
P: Por que a costura do tubo base é importante para a soldagem de aletas?
A soldagem de aletas de alta frequência depende dos efeitos da pele e da proximidade para aquecer a interface tubo-aleta. Uma costura longitudinal com diferentes propriedades elétricas e térmicas perturba a distribuição de corrente e o fluxo de calor, o que pode produzir uma ligação irregular.
P: Qual padrão cobre tubos com aletas de aço carbono soldados?
ASTM A498 cobre tubos com aletas de aço carbono soldados. Os tubos de base sem costura são geralmente encomendados de acordo com uma especificação de tubo de pressão ou trocador de calor, com a operação de aletas realizada posteriormente.
P: Qual tubo base é melhor para um economizador de caldeira?
Sem costura. O serviço do economizador e do superaquecedor envolve pressão e temperatura sustentadas, além de ciclos térmicos, e a parede homogênea de um tubo sem costura remove a costura longitudinal como um local potencial de falha.
P: O tubo base afeta o desempenho da transferência de calor?
Sim. As aletas aumentam a área de superfície, mas o tubo base controla o fluxo de fluido e a captação de calor. Um defeito na costura ou um cordão de solda interno pode perturbar o fluxo, criar pontos quentes locais e reduzir a uniformidade da transferência de calor ao longo do comprimento do tubo.
P: Que inspeção deve ser aplicada aos tubos de base soldados antes do aletamento?
Verifique a costura pelo método não destrutivo acordado para a especificação, confirme as dimensões, retilineidade e condição da superfície e confirme a espessura da parede do tubo. Pós-aletas, verifique a continuidade da ligação e a integridade da junta aleta-tubo.
