Tubo aleteado longitudinal ASTM SA210 Gr A1 con aleta de acero al carbono
El tubo aleteado longitudinal es un tipo de elemento de transferencia de calor de alta eficiencia, que se fabrica soldando estrechamente o formando integralmente aletas metálicas delgadas a lo largo de la dirección axial en la superficie exterior del tubo base metálico (como acero, cobre, aluminio). Su valor fundamental radica en expandir el área de transferencia de calor fuera del tubo por varias veces a docenas de veces (la relación de aletas puede alcanzar de 5 a 20 veces).
Este diseño estructural resuelve específicamente el problema del cuello de botella de la eficiencia del intercambio de calor entre el gas (como el aire, los gases de combustión) y el fluido en el tubo (agua, vapor, refrigerante, etc.). Debido al coeficiente de transferencia de calor extremadamente bajo en el lado del gas, a menudo se convierte en el factor dominante en la resistencia térmica del sistema; la aleta penetra profundamente en la capa límite del gas al extender la superficie de transferencia de calor, y utiliza el efecto de perturbación del borde de la aleta en el flujo de aire para reducir significativamente la resistencia térmica en el lado del gas, de modo que la eficiencia general de transferencia de calor se puede aumentar de 2 a 10 veces en comparación con el tubo desnudo.
La fabricación confiable es la clave para lograr su rendimiento, que se basa principalmente en procesos como la soldadura por resistencia de alta frecuencia, la extrusión integral (como el tubo de aluminio) o la soldadura fuerte. Estos procesos aseguran que la interfaz de conexión entre la aleta y el tubo base tenga una alta conductividad térmica (reduciendo la resistencia térmica de contacto) y suficiente resistencia mecánica para soportar el estrés térmico y la vibración en condiciones de trabajo.
Al diseñar tubos aleteados longitudinales, es necesario optimizar finamente los parámetros de las aletas (altura, grosor, espaciamiento) para lograr un equilibrio entre maximizar el rendimiento de transferencia de calor y controlar la resistencia al flujo de gas (caída de presión). Al mismo tiempo, es necesario tener en cuenta tanto la selección de materiales como las condiciones de trabajo especiales, como la selección de materiales resistentes a la corrosión (como el acero ND o el revestimiento) en entornos propensos a la corrosión por punto de rocío, como los gases de combustión que contienen azufre, considerando la resistencia anti-cenizas en gases polvorientos (como el uso de un mayor espaciamiento de las aletas) y asegurando la fiabilidad estructural en condiciones de vibración.
Basado en su excelente mejora de la transferencia de calor en el lado del gas y su compacidad, los tubos aleteados longitudinales se utilizan ampliamente en varios escenarios dominados por el intercambio de calor gas-líquido y con altos requisitos de espacio o eficiencia. Las aplicaciones típicas incluyen: equipos de recuperación de calor residual (economizador, precalentador de aire) en sistemas de calderas, enfriadores/calentadores de gas de proceso en la industria petroquímica, evaporadores/condensadores en sistemas de refrigeración y calentadores de aire caliente en equipos de secado industrial. Es una tecnología clave para lograr equipos compactos y una utilización eficiente de la energía.
Relación entre la dirección de la aleta y el flujo de aire
| TIPO |
Dirección de la aleta |
Dirección del flujo de aire |
Mecanismo de convección |
| Tubos de aleta longitudinales |
Las aletas son paralelas al eje del tubo |
El gas fluye paralelo a las aletas |
El flujo de aire fluye a lo largo de la longitud de las aletas, con una perturbación débil |
| Tubo de aleta horizontal |
Las aletas son perpendiculares al eje del tubo (espiral/anular) |
El gas fluye perpendicular a las aletas |
El flujo de aire se ve obligado a girar/perturbarse por las aletas, causando una fuerte perturbación |
Comparación del rendimiento de transferencia de calor y la resistencia
| Características |
Tubo de aleta longitudinal |
Tubo de aleta horizontal |
| Coeficiente de transferencia de calor |
Medio (perturbación débil del flujo de aire) |
Más alto (el remolino destruye la capa límite) |
| Área de transferencia de calor |
Relación de aletas de 5 a 20 veces |
Relación de aletas de 10 a 30 veces (puede ser mayor) |
| Resistencia al flujo de aire |
Más baja (canal de flujo recto) |
Significativamente más alta (consumo de energía del remolino) |
| Acumulación anti-polvo |
Excelente (el canal recto no es fácil de bloquear por el polvo) |
Pobre (la ranura en espiral es fácil de bloquear por el polvo) |
Aplicación
Energía y potencia
Economizador de calderas, precalentador de aire, caldera de calor residual de turbina de gas
Petroquímica
Calentador/enfriador de gas de proceso, condensador de producto de reacción, enfriamiento de aceite lubricante
HVAC y refrigeración
Condensador evaporativo, serpentín de enfriador de aire, unidad exterior de bomba de calor
Recuperación de calor residual industrial
Equipos de secado, horno de cerámica, utilización de calor residual de gases de combustión de hornos de fusión de vidrio
Maquinaria de transporte
Intercooler de motor diésel, radiador de aceite hidráulico
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