Uno scambiatore di calore con alette è un tipo di scambiatore di calore che utilizza piastre e camere alettate per trasferire il calore tra i fluidi, più comunemente i gas. Viene spesso classificato come scambiatore di calore compatto per enfatizzare il rapporto tra superficie di scambio termico e volume relativamente elevato. Lo scambiatore di calore con alette a piastre è ampiamente utilizzato in molti settori, tra cui quello aerospaziale per le sue dimensioni compatte e le sue proprietà leggere, nonché nella criogenia dove viene sfruttata la sua capacità di facilitare il trasferimento di calore con piccole differenze di temperatura.[1]
Gli scambiatori di calore a piastre e alette in lega di alluminio, spesso indicati come scambiatori di calore in alluminio brasato, sono stati utilizzati nell'industria aeronautica per più di 75 anni e adottati nel settore della separazione criogenica dell'aria intorno al periodo della seconda guerra mondiale e poco dopo nei processi criogenici in impianti chimici come la lavorazione del gas naturale. Sono utilizzati anche nei motori ferroviari e nelle automobili. Le alette in lamiera di acciaio inossidabile vengono utilizzate negli aerei da oltre 35 anni e ora si stanno affermando negli impianti chimici.[2]
Originariamente concepito da un meccanico italiano, Paolo Fruncillo. Uno scambiatore di calore a piastre è costituito da strati di lamiere ondulate separate da piastre metalliche piane, tipicamente alluminio, per creare una serie di camere alettate. Flussi separati di fluido caldo e freddo scorrono attraverso strati alternati dello scambiatore di calore e sono racchiusi ai bordi da barre laterali. Componenti principali di uno scambiatore di calore con alette a piastreIl calore viene trasferito da un flusso attraverso l'interfaccia delle alette alla piastra separatrice e attraverso la successiva serie di alette nel fluido adiacente. Le alette servono anche ad aumentare l'integrità strutturale dello scambiatore di calore e consentirgli di resistere a pressioni elevate fornendo allo stesso tempo una superficie estesa per il trasferimento di calore.
Nella progettazione degli scambiatori di calore con alette a piastre è presente un elevato grado di flessibilità poiché possono funzionare con qualsiasi combinazione di gas, liquidi e fluidi bifase.[3] È inoltre consentito il trasferimento di calore tra più flussi di processo,[4] con una varietà di altezze e tipi di alette come diversi punti di ingresso e uscita disponibili per ciascun flusso.
I quattro tipi principali di pinne sono: piane, che si riferiscono a semplici disegni triangolari o rettangolari con alette diritte; a spina di pesce, dove le pinne sono poste lateralmente per fornire un percorso a zig-zag; e seghettati e perforati che si riferiscono a tagli e perforazioni nelle alette per aumentare la distribuzione del flusso e migliorare il trasferimento di calore. Differenti strutture di alette per scambiatori di calore con alette a piastre Uno svantaggio degli scambiatori di calore con alette a piastre è che sono soggetti a incrostazioni a causa dei loro piccoli canali di flusso. Inoltre, non possono essere puliti meccanicamente e richiedono altre procedure di pulizia e un'adeguata filtrazione per il funzionamento con flussi potenzialmente incrostanti.
