O que é um tubo com aletas tipo L-
Um tubo aletado tipo L-é um elemento de troca de calor montado a partir de um tubo de base simples e uma tira contínua de material aletado enrolado em torno dele sob tensão. A tira é pré-formada em uma seção em forma de L- antes do enrolamento, de modo que a base curta do L fique diretamente na superfície do tubo enquanto a perna mais longa fica orgulhosa como a barbatana. Como o pé protege a superfície do tubo e amplia a área de contato, o projeto do tipo L-é uma das maneiras mais simples e econômicas de multiplicar a superfície externa de um tubo.
Os tubos com aletas são usados sempre que o coeficiente de transferência de calor na parte externa de um tubo é muito menor do que no interior, o que é típico quando o meio externo é um gás, como ar ou gás de combustão. Adicionar área externa nessa situação é muito mais barato do que adicionar mais tubos, mais coletores e mais limites de pressão.
Construção: Enrolamento de Tensão e Soldagem
O enrolamento de tensão é a etapa definidora. A tira de alumínio ou cobre é alimentada através de rolos formadores que lhe conferem o perfil L, e a tira é então enrolada no tubo base enquanto o tubo gira e avança, de modo que a aleta avança helicoidalmente ao longo do comprimento. A tensão do enrolamento deve ser mantida dentro de uma faixa estreita: pouca tensão deixa a aleta solta e abre o caminho de contato térmico, enquanto muita tensão deforma o pé e pode marcar o tubo base.
A aleta é retida pela tensão residual do enrolamento e, em muitos projetos, as extremidades das aletas também são fixadas por soldagem. A soldagem de alta-frequência é usada para fazer o próprio tubo base em alguns projetos, por exemplo, onde o tubo soldado longitudinalmente é a matéria-prima, e produz uma ligação forte e contínua ao longo da costura do tubo com entrada mínima de calor e sem metal de adição.
Materiais e parâmetros típicos
| Item | Escolha comum | Observação |
|---|---|---|
| Serviço de tubo base, caldeira e trocador de calor | Aço carbono conforme ASTM A179 ou ASTM A192 | Tubo sem costura ou soldado com química controlada |
| Tubo base, serviço corrosivo | Aço inoxidável conforme ASTM A213 ou ASTM A312 | Para gases de combustão e fluxos de processo que transportam condensado |
| Tubo base, serviço marítimo | Titânio para ASTM B338 | Para serviços com água do mar e-com cloreto |
| Material da barbatana | Tira de alumínio, cobre para temperaturas mais altas | Ferida sob tensão no tubo |
| Altura da barbatana | Normalmente de 8 mm a 16 mm | Barbatanas mais altas aumentam área, mas enfraquecem a turbulência-do lado do ar |
| Passo da barbatana | Normalmente 2 mm a 6 mm | O passo mais fino proporciona mais área por metro e maior queda de pressão |
| Espessura da barbatana | Normalmente 0,3 mm a 0,5 mm | Aletas mais grossas resistem à erosão e danos de limpeza |
| Diâmetro externo do tubo base | Normalmente 16 mm a 51 mm | Selecionado com o cabeçalho e arranjo de fluxo de ar |
Desempenho de transferência de calor
O objetivo da aleta é aumentar a superfície disponível para o lado do ar sem aumentar o número de tubos. Uma aleta do tipo L- enrolada aumenta a área da superfície externa de um tubo em um grande múltiplo em comparação com o mesmo comprimento do tubo descoberto, e a taxa de transferência de calor por metro melhora proporcionalmente. Dois outros efeitos são importantes: a aleta helicoidal promove turbulência no fluxo de ar, o que aumenta o coeficiente lateral do ar, e a base da aleta fornece um caminho metálico contínuo da aleta ao tubo, o que mantém baixa a resistência da interface.
O desempenho é limitado por qualquer coisa que interrompa esse caminho de contato. A corrosão na base da aleta, o afrouxamento do enrolamento e o acúmulo-de poeira ou cinza entre as aletas reduzem a superfície efetiva e a taxa de transferência de calor, e é por isso que a qualidade do enrolamento, e não a área nominal da superfície, determina a função real de um tubo tipo L-.
Tratamento de superfície e limites de temperatura
O tubo acabado normalmente recebe um tratamento protetor. A tinta anti-corrosão ou um revestimento em pó metálico no conjunto de aletas melhoram a resistência à corrosão atmosférica, prolongam a vida útil em ambientes agressivos e conferem ao conjunto de tubos uma aparência uniforme. A face da folha do tubo é mantida limpa para que o tubo possa ser expandido ou soldado no coletor.
O limite de temperatura da montagem é definido pelo material da aleta e pela forma como a aleta é mantida no lugar. Como uma aleta do tipo L- depende de contato mecânico em vez de uma ligação totalmente metalúrgica, o limite superior prático para aletas de alumínio é inferior ao de construções de aletas embutidas ou extrudadas. Onde a temperatura do metal for mais alta, um tipo de aleta diferente ou uma aleta de cobre será especificada. Operar perto do limite por longos períodos acelera o relaxamento da tensão do enrolamento, portanto a margem entre a temperatura de projeto e o limite deve ser tratada como uma decisão de vida útil.
Aplicativos
Trocadores de calor-refrigerados a ar e resfriadores de ar em refinarias, fábricas de produtos químicos e usinas de energia
Economizadores e pré-aquecedores de ar em instalações de caldeiras, onde os gases de combustão aquecem o ar de combustão
Unidades de recuperação de calor residual em fornos de processo, fornos e escapamentos de motores
Aquecedores de ar a vapor e serpentinas de secagem para aquecimento de processos industriais em geral
Condensadores e evaporadores em equipamentos de refrigeração e ar condicionado
Seleção, Inspeção e Defeitos Comuns
A seleção começa com a tarefa: fluxo de massa de gás, temperaturas de entrada e saída, queda de pressão permitida no lado do ar, tendência de incrustação e método de limpeza, todos restringem o passo e a altura das aletas. Um serviço com poeira ou sujeira exige um passo mais grosso e uma aleta mais baixa, porque um conjunto de aletas denso bloqueia rapidamente e não pode ser limpo com eficácia. O acesso para limpeza deve ser planejado desde o início.
Verifique a tensão do enrolamento e o contato das aletas; uma barbatana solta mostra uma lacuna visível no pé e reduz o desempenho imediatamente.
Examine a base da aleta quanto a danos ou corrosão, que é o primeiro ponto de falha em serviço úmido ou ácido.
Verifique a uniformidade do passo das aletas, a altura das aletas e o diâmetro externo sobre a seção aleta em relação ao pedido.
Confirme o raio de curvatura e o comprimento da extremidade não dobrada para que o tubo se encaixe na plataforma sem danificar as aletas durante a montagem.
Avalie o risco de corrosão galvânica onde aletas de alumínio são enroladas em tubos de aço inoxidável ou cobre em serviço úmido.
Perguntas frequentes
P: Qual é a diferença entre uma aleta do tipo L-e uma aleta incorporada?
Uma aleta do tipo L-é enrolada sob tensão na parte externa do tubo, de modo que a aleta seja mantida por contato mecânico e a parede do tubo não seja penetrada. Uma aleta embutida é pressionada em uma ranhura enrolada na parede do tubo, o que proporciona uma chave mecânica mais forte e uma capacidade de temperatura mais alta, ao custo de um processo de produção mais complexo.
P: Por que o alumínio é o material de aleta usual?
O alumínio possui alta condutividade térmica, baixa densidade e baixo custo, que juntos proporcionam a maior área de transferência de calor por unidade de peso e despesa. As aletas de cobre são selecionadas onde a temperatura operacional é mais alta ou onde o ambiente ataca o alumínio, e custam consideravelmente mais.
P: Como o pitch das aletas afeta o desempenho?
Um passo mais fino, o que significa mais aletas por metro, aumenta a área de superfície disponível para o ar e aumenta a taxa de transferência de calor, mas também aumenta a queda de pressão do lado do ar e bloqueia mais rapidamente em condições de incrustação. A seleção do passo é, portanto, um equilíbrio entre desempenho térmico e potência do ventilador, acesso de limpeza e vida útil.
P: Os tubos com aletas do tipo L-podem ser reparados?
Danos localizados na quilha podem ser corrigidos endireitando ou removendo a seção danificada da quilha e substituindo-a, desde que o contato do pé ao longo do comprimento restante esteja intacto. Um tubo cuja tensão de enrolamento foi perdida durante um longo comprimento não pode ser restaurado e deve ser substituído.
P: O que deve ser inspecionado na entrega?
Altura da aleta e uniformidade do passo, diâmetro externo-da seção aletada, estanqueidade do enrolamento na base da aleta, raio de curvatura e comprimentos das extremidades, a condição das extremidades do tubo descoberto e o tratamento de superfície do pacote de aletas, juntamente com o certificado de teste de fresagem para o tubo base.
P: Onde os tubos com aletas do tipo L-são mais usados?
Em-trocadores de calor e resfriadores de ar resfriados a ar, economizadores de caldeiras e pré-aquecedores de ar, unidades de recuperação de calor residual, aquecedores de ar a vapor e condensadores de refrigeração, ou seja, em qualquer operação em que um fluxo de gás precise ser aquecido ou resfriado e o coeficiente do lado-do ar limite a transferência geral de calor.
