¿Por qué spec aTubo de acero aletado¿Sobre uno simple? Porque el aire es un medio de transferencia de calor terrible. Los tubos lisos no pueden compensar-los tubos con aletas pueden, multiplicando el área de superficie externa 5 a 15 veces. Es por eso que los encuentras en los condensadores enfriados por aire de las centrales eléctricas, enfriadores de aire de refinería, unidades de recuperación de calor residual y bobinas evaporadoras de HVAC. Un tubo de acero con aletas es un tubo de acero con aletas metálicas unidas a su superficie exterior. El tubo de base lleva fluido de proceso a presión-líquido o gas. Las aletas se extienden hacia afuera, aumentando el área de intercambio de calor y equilibrando el pobre coeficiente de transferencia de calor del aire. Materiales bajos del tubo: Acero de carbono (SA106 GR B, SA53-B), acero inoxidable (304, 316L), acero de aleación (P91, P22), o aleaciones de la especialidad. Materiales de aleta: aluminio (más común), cobre (mayor conductividad, más pesado), acero al carbono (alta temperatura) o acero inoxidable (resistencia a la corrosión).
Cómo funcionan los tubos de acero con aletas
El calor se mueve desde el fluido de proceso a la pared del tubo por convección. Conduce a través de la pared hacia las aletas, luego se transfiere al aire circundante sobre el área de superficie expandida. Las aletas compensan el pobre coeficiente de transferencia de calor del aire:
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Coeficiente del lado del agua: 1.000-3.000 W/m² · K
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Coeficiente del lado del aire: 10-100 W/m² · K
Sin aletas, domina la resistencia del lado del aire. Con las aletas, el área de superficie efectiva equilibra la ecuación: más calor transferido en menos espacio. La eficiencia de la fin también importa. El aluminio y el cobre conducen bien el calor a las puntas de las aletas. Las aletas de acero tienen una conductividad más baja, por lo que los diseños de acero suelen usar aletas más cortas o densidades más bajas que el aluminio.
Tipos de tubos de acero con aletas
Tubos aletados soldados de alta frecuencia (HFW)
La tira de acero se suelda continuamente sobre el tubo OD usando la soldadura de alta frecuencia de la resistencia eléctrica. El enlace metalúrgico ofrece una excelente transferencia de calor y resistencia mecánica.
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Límite de temperatura: ~ 450 °C
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Aplicaciones: Calderas, economizadores, enfriadores de aire, calentadores encendidos
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Ventaja: Vínculo fuerte para el servicio de alta temperatura
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Desventaja: El área de soldadura puede corroerse si el recubrimiento está dañado
Tubos con aletas extruidas
Un manguito de aluminio se extruye mecánicamente sobre el tubo de base. Las aletas se forman a partir de una capa de metal continua, sin una tira de aleta separada. El aluminio encierra completamente el tubo de base.
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Límite de temperatura: 250-300 °C
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Aplicaciones: Plataformas offshore, ambientes marinos, plantas químicas
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Ventaja: Protección contra la corrosión completa, ningunas grietas
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Desventaja: límite de temperatura inferior
Tubos con aletas incrustados (tipo G)
Se mecaniza una ranura helicoidal en el tubo OD. La tira de aleta está incrustada y bloqueada mecánicamente en su lugar.
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Límite de temperatura: hasta 450 °C
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Usos: Recuperación de calor da alta temperatura, secciones encendidas de la convección del calentador
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Ventaja: Pared del tubo no adelgazada por soldadura
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Desventaja: las aletas pueden aflojarse bajo ciclismo térmico
Tubos aletados de la herida espiral
La tira de metal se envuelve helicoidalmente alrededor del tubo y se asegura soldando en los extremos o solo por tensión. Opción de menor costo.
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Límite de temperatura: extremos soldados ~ 400 °C; tensión-sólo inferior
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Aplicaciones: Intercambiadores de calor refrigerados por aire, torres de enfriamiento en seco
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Ventaja: Bajo costo
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Desventaja: Las aletas de tensión herida se aflojan con el tiempo con el ciclo térmico
Aplicaciones
Tubos de acero con aletasSe especifican siempre que un lado tenga un coeficiente de transferencia de calor significativamente menor que el otro:
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Intercambiadores de calor refrigerados por aire (ACHEs): Refinería y refrigeración de procesos petroquímicos
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Calderas industriales: Secciones de economizador y sobrecalentador
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Unidades de recuperación de calor residual (WHRU): Captura de calor de escape de la turbina de gas
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Generación de energía: Condensadores refrigerados por aire, calentadores de agua de alimentación
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Sistemas de la HVAC: Bobinas de evaporador, serpentines del condensador, calentadores de la unidad
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Calentadores de proceso: Tubos de sección de convección en reformadores y galletas
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Torres de enfriamiento en seco: reemplazar los sistemas refrigerados por agua en las regiones con escasez de agua
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Procesamiento de petróleo y gas: posenfriadores de compresores, enfriadores de gas
Las densidades típicas de aletas varían de 4 a 16 aletas por pulgada. Una densidad más alta aumenta el área de superficie, pero también la caída de presión en el lado del aire. La selección debe equilibrar la transferencia de calor contra la caída de presión permisible.
Criterios de selección
La temperatura descarta los materiales. Por debajo de 250 °C: aletas de aluminio funcionan. 250-450 °C: aletas de acero soldadas. Por encima de 450 ° C: aletas incrustadas con tubos de aleación o rediseño. Especificar aluminio a 400 °C provoca pérdida de tensión de fluencia y aleta en cuestión de meses.
La corrosión decide el material del tubo. Los ambientes marinos se adaptan a las aletas de aluminio sacadas que protegen los tubos bajos del acero de carbono. Pero si el fluido de proceso contiene cloruros, el tubo base necesita 316L o acero inoxidable dúplex, independientemente del material de la aleta.
La vibración y el ciclo térmico importan. Las aletas incrustadas y soldadas manejan el ciclismo mejor que la herida por tensión. Las aletas soldadas resisten mejor la vibración que las incrustadas. La tensión-herida trabaja para el servicio de estado estacionario-no para la pulsación de la descarga del compresor.
La calidad de fabricación determina la vida útil. Especificar las pruebas de integridad de unión para aletas soldadas y extruidas. Requerir controles dimensionales: altura de la aleta, paso, tolerancia OD. Demanda de pruebas hidrostáticas en tubos base. Insista en certificados de material (MTC) para materiales de tubos y aletas. Utilice el PMI si se especifica el tubo de la aleación.
Preguntas frecuentes
Q1: ¿Cuánto aumenta el área de transferencia de calor de las aletas?
A: Típicamente 5 a 15 veces, dependiendo de la densidad de la aleta, altura y espesor.
Q2: ¿Cuál es la temperatura máxima para los tubos con aletas de aluminio?
A: 250-300 °C para aluminio extruido. Por encima de esto, el aluminio se arrastra y pierde agarre mecánico.
Q3: ¿cuánto tiempo duran los tubos de acero con aletas?
R: Cuando se especifica correctamente, 20 años. Las combinaciones de materiales incorrectas causan fallas en meses.
Q4: ¿Qué densidad de la aleta debo especificar?
A: 4-16 aletas por pulgada es estándar. Densidad del partido a su potencia del ventilador permitida y el presupuesto de caída de presión.
Resumen
Tubos de acero con aletasAumentar el área de transferencia de calor en 5-15 ×, permitiendo intercambiadores de calor más pequeños y eficientes. Los tubos soldados con autógena de HFW se adaptan servicio de alta temperatura de la caldera. Las aletas de aluminio extruido protegen contra la corrosión marina. Las aletas integradas manejan el ciclismo térmico. La herida en espiral es la opción de bajo costo para la refrigeración por aire de estado estacionario. La selección se reduce a la temperatura, la corrosión, el estrés mecánico y la calidad de fabricación, en ese orden. Consiga la combinación material incorrecta, y el fracaso de la aleta ocurre dentro de meses. Hágalo bien, y los tubos con aletas funcionan 20 años con una degradación mínima.
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