Durante mucho tiempo se pensó que un diseño de aleta en espiral era la única opción para su uso en entornos que exigían materiales pesados, una larga vida útil y robustez general. Se pensaba que las bobinas de aletas de placas eran demasiado frágiles para los rigores de muchas aplicaciones industriales. Pero en las últimas décadas, se ha vuelto más común ver intercambiadores de calor de placas y aletas utilizados en grupos en aplicaciones industriales.
Eso no quiere decir que las bobinas de aletas de placa hayan reemplazado a las aletas en espiral. Todavía hay innumerables aplicaciones en las que las bobinas de aletas en espiral son la mejor opción, pero los nuevos procesos que permiten cosas como calibres más pesados de aletas han significado que las opciones de aletas de placa se hayan vuelto más populares para aplicaciones donde anteriormente solo se habrían considerado construcciones de aletas en espiral.
En esta publicación, analizaremos ambos tipos de intercambiadores de calor: algunos detalles de cómo están construidos y las ventajas de cada uno.
Aleta de placa
En un intercambiador de calor de placas y aletas, los tubos se insertan a través de una serie de "aletas" metálicas. Estas aletas se fabrican utilizando un rollo continuo de metal (de 0,004” a 0,032”) (cobre o aluminio, por ejemplo) que se alimenta a través de una prensa que perfora agujeros para los tubos y corta la lámina al tamaño adecuado. Para lograr esto, las prensas utilizan varios tipos diferentes de troqueles, que permiten configuraciones variables de aletas por pulgada (FPI), espaciado entre tubos y diámetro del tubo.
Then, tubes are inserted through the fins. A continuación, los tubos se expanden para formar una unión segura dentro del paquete de aletas para maximizar la transferencia de calor entre los tubos y las aletas. Esto se puede lograr mediante un proceso mecánico o mediante el uso de agua a presión.
Ventajas
1. Variedad de opciones de materiales: en las bobinas de aletas de placa, las aletas se pueden fabricar con cualquier cantidad de materiales. Algunos ejemplos populares son el cobre, el aluminio, el acero al carbono y el acero inoxidable, mientras que materiales como el cobre-níquel son menos comunes pero no inauditos.
2. Variedad de posibilidades de configuración de la superficie de las aletas: Las aletas se pueden fabricar utilizando una variedad de patrones y mejoras que hacen cosas como aumentar la turbulencia del aire o hacer que el serpentín sea más fácil de limpiar, entre otras funciones. Algunas superficies de aletas populares son:
aleta plana
aleta corrugada
Aleta de onda sinusoidal
Aleta de lanza elevada
Aleta con persianas
3. Rendimiento de transferencia de calor: Los serpentines con aletas de placa podrían proporcionar un mejor coeficiente de transferencia de calor en el lado del aire que el proporcionado por las aletas envueltas en espiral debido a la mayor superficie secundaria, lo que significa que la energía se transfiere a través del serpentín de manera más eficiente.
4. Variabilidad de la densidad de las aletas: el diseño de los intercambiadores de calor de placas y aletas permite una amplia gama de densidades de aletas, con un rango típico de 1 a 25 FPI. Las bobinas con aletas envueltas en espiral estándar tienden a ser más limitadas en esta área, siendo un rango típico de 4 a 13 FPI, pero algunas aletas envueltas en espiral con alturas de aleta muy bajas pueden lograr un FPI mucho mayor.
Aleta espiral
También llamado diseño de aleta helicoidal, las aletas envueltas en espiral son esencialmente eso: una aleta en forma de hélice envuelta alrededor de un tubo. A diferencia de los diseños de aletas de placa, que implican múltiples tubos que pasan a través de una aleta común, las aletas envueltas en espiral implican que cada tubo esté rodeado por aletas en espiral en toda su longitud.
Ventajas
1. Posibilidad de reemplazo fácil: a diferencia de los diseños de aletas de placa, donde quitar y reemplazar componentes individuales puede ser menos económico que reemplazar toda la bobina, ciertos diseños envueltos en espiral permiten que los tubos se cambien fácilmente en caso de que alguno se dañe.
2. Muy buen contacto y unión entre la aleta y el tubo (especialmente cuando se utiliza el método de aleta integrada): Se utilizan algunos métodos diferentes para fabricar un tubo con aletas envuelto en espiral. El método de aleta integrada crea la mejor unión entre aleta y tubo y se puede utilizar a temperaturas más altas, mientras que las opciones de borde enrollado y pie en L son más adecuadas para aplicaciones de temperatura más baja.
• Enrollado de borde: se enrolla una tira de material de aleta sobre el tubo en una orientación perpendicular, creando una aleta espiral continua a lo largo del tubo. La aleta y el tubo están unidos por tensión.
• Pie envolvente o en “L”: se coloca una tira de un material de aleta sobre el tubo de tal manera que parte de la tira de aleta se dobla 90° y queda paralela al tubo, creando un “pie”. Este pie aumenta el área de contacto de la aleta con el tubo, proporcionando una transferencia de calor adicional. This method also relies on a tension bond.
• Incrustado: Para este método, se hace una ranura en la superficie del tubo y la tira de aletas se enrolla en la ranura. Los bordes de la ranura se empujan hacia abajo sobre el borde de la aleta para fijar la aleta en su lugar. Este método hace que el material del tubo se una a la aleta, una unión que se mantiene incluso en aplicaciones de alta temperatura.
3. Más opciones de materiales a altas temperaturas: para aplicaciones que involucran temperaturas del aire entre 400 y 700 °F, son factibles las aletas envueltas en espiral hechas de aluminio y acero, mientras que las bobinas de aletas de placa deben fabricarse usando aletas y tubos de acero cuando funcionan a dichas temperaturas.
