Per molto tempo si è pensato che il design con alette a spirale fosse l'unica opzione per l'uso in ambienti che richiedevano materiali pesanti, lunga durata e robustezza generale. Si pensava che le bobine con alette a piastre fossero troppo fragili per i rigori di molte applicazioni industriali. Ma negli ultimi decenni, è diventato più comune vedere scambiatori di calore a piastre alettati utilizzati per un gruppo in applicazioni industriali.
Questo non vuol dire che le bobine con alette a piastra abbiano sostituito le alette a spirale. Esistono ancora una miriade di applicazioni in cui le bobine con alette a spirale rappresentano l'opzione migliore, ma i nuovi processi che consentono cose come alette di calibro più pesante hanno fatto sì che le opzioni con alette a piastra siano diventate più popolari per applicazioni in cui in precedenza sarebbero state prese in considerazione solo le costruzioni con alette a spirale.
In questo post discuteremo di entrambi i tipi di scambiatori di calore: alcuni dettagli su come sono costruiti e i vantaggi di ciascuno.
Aletta della piastra
In uno scambiatore di calore con alette a piastre, i tubi vengono inseriti attraverso una serie di “alette” metalliche. Queste alette sono realizzate utilizzando un rotolo continuo di metallo (da 0,004” a 0,032”) – rame o alluminio, per esempio – che viene alimentato attraverso una pressa che perfora i fori per i tubi e taglia la lamiera a misura. A tale scopo, le presse utilizzano diversi tipi di stampi, che consentono configurazioni variabili di alette per pollice (FPI), spaziatura tubo-tubo e diametro del tubo.
Quindi, i tubi vengono inseriti attraverso le alette. Successivamente, i tubi vengono espansi per formare un legame sicuro all'interno del pacco alette per massimizzare il trasferimento di calore tra tubi e alette. Ciò può essere ottenuto tramite un processo meccanico o utilizzando acqua pressurizzata.
Vantaggi
1. Varietà di opzioni di materiali: nelle batterie con alette a piastre, le alette possono essere realizzate con qualsiasi numero di materiali. Alcuni esempi popolari sono il rame, l’alluminio, l’acciaio al carbonio e l’acciaio inossidabile, mentre materiali come il rame-nichel sono meno comuni ma non inauditi.
2. Varietà di possibilità di configurazione della superficie delle alette: le alette possono essere realizzate utilizzando una varietà di modelli e miglioramenti che, tra le altre funzioni, aumentano la turbolenza dell'aria o rendono la batteria più facile da pulire. Alcune superfici delle pinne popolari sono:
Pinna piatta
Aletta ondulata
Pinna ad onda sinusoidale
Pinna della lancia rialzata
Pinna a feritoia
3. Prestazioni di trasferimento del calore: le batterie con alette a piastra potrebbero fornire un migliore coefficiente di trasferimento del calore sul lato aria rispetto a quello fornito dalle alette avvolte a spirale a causa della maggiore superficie secondaria, il che significa che l'energia viene trasferita attraverso la batteria in modo più efficiente.
4. Variabilità della densità delle alette: il design degli scambiatori di calore a piastre con alette consente un'ampia gamma di densità delle alette, con un intervallo tipico compreso tra 1 e 25 FPI. Le bobine con alette avvolte a spirale standard tendono ad essere più limitate in quest'area, con un intervallo tipico compreso tra 4 e 13 FPI, ma alcune alette avvolte a spirale con altezze molto basse possono raggiungere un FPI molto maggiore.
Pinna a spirale
Chiamate anche design con pinna elicoidale, le pinne avvolte a spirale sono essenzialmente proprio questo: una pinna a forma di elica avvolta attorno a un tubo. A differenza dei modelli con alette a piastra, che prevedono che più tubi passino attraverso un'aletta comune, le alette avvolte a spirale prevedono che ciascun tubo sia circondato da alette a spirale per tutta la sua lunghezza.
Vantaggi
1. Potenziale per una facile sostituzione: a differenza dei design con alette a piastra, dove la rimozione e la sostituzione dei singoli componenti può essere meno economica rispetto alla sostituzione dell'intera bobina, alcuni design con avvolgimenti a spirale consentono di sostituire facilmente i tubi nel caso in cui uno venga danneggiato.
2. Ottimo contatto e adesione tra aletta e tubo (specialmente quando si utilizza il metodo con aletta incorporata): esistono diversi metodi utilizzati per realizzare un tubo alettato avvolto a spirale. Il metodo con aletta incorporata crea il miglior legame tra aletta e tubo e può essere utilizzato a temperature più elevate, mentre le opzioni con bordo avvolto e piede a L sono più adatte per applicazioni a temperature più basse.
• Bordo avvolto: una striscia di materiale ad aletta viene avvolta sul tubo con orientamento perpendicolare, creando un'aletta a spirale continua lungo la lunghezza del tubo. L'aletta e il tubo sono legati tramite tensione.
• Avvolgente o con piede a “L” – una striscia di materiale dell'aletta viene posizionata sul tubo in modo tale che parte della striscia dell'aletta piegata di 90° si adagia parallelamente al tubo, creando un “piede”. Questo piede aumenta l'area di contatto dell'aletta con il tubo, fornendo un ulteriore trasferimento di calore. Anche questo metodo si basa su un legame di tensione.
• Incorporato: con questo metodo, viene praticata una scanalatura sulla superficie del tubo e la striscia dell'aletta viene avvolta nella scanalatura. I bordi della scanalatura vengono spinti indietro oltre il bordo della pinna per bloccarla in posizione. Questo metodo fa sì che il materiale del tubo stesso si leghi all'aletta, un legame che viene mantenuto anche in applicazioni ad alta temperatura.
3. Più opzioni di materiali ad alte temperature: per applicazioni che coinvolgono temperature dell'aria comprese tra 400 e 700 ° F, sono possibili alette avvolte a spirale in alluminio e acciaio, mentre le batterie con alette a piastra devono essere realizzate utilizzando alette e tubi in acciaio quando si opera a tali temperature.
