Por muito tempo se pensou que um design de aleta espiral era a única opção para uso em ambientes que exigiam materiais pesados, longa vida útil e robustez geral. As bobinas de aletas planas foram consideradas muito frágeis para os rigores de muitas aplicações industriais. Mas, nas últimas décadas, tornou-se mais comum ver trocadores de calor tipo aleta de placas usados em aplicações industriais.
Isso não quer dizer que as bobinas de aletas de placa substituíram as aletas em espiral. Ainda existem inúmeras aplicações onde as bobinas de aletas em espiral são a melhor opção, mas novos processos que permitem coisas como espessuras de aletas mais pesadas significaram que as opções de aletas em placa se tornaram mais populares para aplicações onde anteriormente apenas construções de aletas em espiral teriam sido consideradas.
Neste post, discutiremos os dois tipos de trocadores de calor – alguns detalhes de como eles são construídos e as vantagens de cada um.
Barbatana de placa
Em um trocador de calor de placas aletadas, os tubos são inseridos através de uma série de “aletas” metálicas. Essas aletas são feitas a partir de um rolo contínuo de metal (0,004” a 0,032”) – cobre ou alumínio, por exemplo – que é alimentado por uma prensa que faz furos para tubos e corta a folha no tamanho certo. Para conseguir isso, as prensas utilizam vários tipos diferentes de matrizes, que permitem configurações variáveis de aletas por polegada (FPI), espaçamento entre tubos e diâmetro do tubo.
Em seguida, os tubos são inseridos através das aletas. Em seguida, os tubos são expandidos para formar uma ligação segura dentro do conjunto de aletas para maximizar a transferência de calor entre os tubos e as aletas. Isto pode ser conseguido através de um processo mecânico ou usando água pressurizada.
Vantagens
1. Variedade de opções de materiais: Em bobinas de aletas de placa, as aletas podem ser feitas de qualquer número de materiais. Alguns exemplos populares são cobre, alumínio, aço carbono e aço inoxidável, sendo materiais como cobre-níquel menos comuns, mas não inéditos.
2. Variedade de possibilidades de configuração da superfície das aletas: As aletas podem ser feitas usando uma variedade de padrões e melhorias que fazem coisas como aumentar a turbulência do ar ou tornar a bobina mais fácil de limpar, entre outras funções. Algumas superfícies de aletas populares são:
Barbatana plana
Barbatana ondulada
Barbatana de onda senoidal
Barbatana de lança levantada
Barbatana veneziana
3. Desempenho de transferência de calor: As bobinas de aletas de placa podem fornecer um melhor coeficiente de transferência de calor no lado do ar do que aquele fornecido pelas aletas enroladas em espiral devido à maior área de superfície secundária, o que significa que a energia é transferida através da bobina de forma mais eficiente.
4. Variabilidade da densidade das aletas: O projeto dos trocadores de calor de aletas de placas permite uma ampla variedade de densidades de aletas, com uma faixa típica de 1 a 25 FPI. Bobinas com aletas enroladas em espiral padrão tendem a ser mais limitadas nesta área, com 4 a 13 FPI sendo uma faixa típica, mas algumas aletas enroladas em espiral com alturas de aleta muito baixas podem atingir um FPI muito maior.
Barbatana Espiral
Também chamadas de design de aleta helicoidal, as aletas enroladas em espiral são essencialmente apenas isso - uma aleta em forma de hélice enrolada em um tubo. Ao contrário dos designs de aletas de placa, que envolvem vários tubos passando por uma aleta comum, as aletas enroladas em espiral envolvem cada tubo sendo cercado por aletas em espiral em todo o seu comprimento.
Vantagens
1. Potencial para fácil substituição: Ao contrário dos designs de aletas de placa, onde remover e substituir componentes individuais pode ser menos econômico do que substituir a bobina inteira, certos designs enrolados em espiral permitem que os tubos sejam facilmente trocados caso algum seja danificado.
2. Muito bom contato e ligação entre aleta e tubo (especialmente ao usar o método de aleta embutida): Existem alguns métodos diferentes usados para fazer um tubo com aletas enrolado em espiral. O método de aleta incorporada cria a melhor ligação entre aleta e tubo e pode ser usado em temperaturas mais altas, enquanto as opções de borda enrolada e pé em L são mais adequadas para aplicações em temperaturas mais baixas.
• Borda enrolada – uma tira de material de aleta é enrolada no tubo em uma orientação perpendicular, criando uma aleta espiral contínua ao longo do comprimento do tubo. A aleta e o tubo estão ligados por tensão.
• Wrap-on ou base em “L” – uma tira de material de aleta é colocada no tubo de tal forma que parte da tira de aleta dobra 90° e fica paralela ao tubo, criando um “pé”. Este pé aumenta a área de contato da aleta com o tubo, proporcionando transferência adicional de calor. Este método também depende de uma ligação por tensão.
• Incorporado: Para este método, uma ranhura é aberta na superfície do tubo e a tira da aleta é enrolada na ranhura. As bordas da ranhura são empurradas para baixo sobre a borda da aleta para travá-la no lugar. Este método faz com que o próprio material do tubo se ligue à aleta, uma ligação que é mantida mesmo em aplicações de alta temperatura.
3. Mais opções de materiais em altas temperaturas: Para aplicações que envolvem temperaturas do ar entre 400 e 700° F, aletas enroladas em espiral feitas de alumínio e aço são viáveis, enquanto as bobinas de aletas de placa devem ser feitas usando aletas e tubos de aço quando operando em tais temperaturas.
