Base de conhecimento
Um trocador de calor de tubos aletados - uma serpentina aletada - é a parte de trabalho de todo radiador, dry cooler e condensador a ar. O líquido escoa por dentro dos tubos; o ar escoa através deles; e, como o ar transfere calor muito pior que a água, o exterior dos tubos é multiplicado por finas aletas até que os dois lados fiquem em equilíbrio. Uma boa serpentina coloca de quinze a vinte metros quadrados de superfície de aleta em cada metro quadrado de face, e a arte do projetista está em escolher o tubo, a aleta, o passo e as fileiras para a carga e o local.
Este guia explica as partes de uma serpentina aletada e o que cada escolha faz.
Tubos, aletas e como são unidos
A serpentina padrão para radiadores de motor e dry coolers é de tubo de cobre com aletas de alumínio. O cobre conduz bem o calor, é fácil de brasar e resiste à corrosão do lado da água; o alumínio é leve, barato e bom condutor para a aleta. As aletas são estampadas com colares, empilhadas sobre os tubos, e os tubos são expandidos mecanicamente para que os colares os envolvam com firmeza - a qualidade desse contato é a qualidade da serpentina. Tubos de aço são usados para altas pressões e em alguns serviços de processo; aço inoxidável, para fluidos agressivos.
A própria aleta pode ser lisa ou corrugada. Aletas corrugadas e com venezianas perturbam o ar e aumentam a transferência de calor por metro quadrado, ao custo de perda de carga e de uma tendência a reter sujeira; aletas lisas são a escolha para locais com poeira e para serpentinas que precisam ser limpas com frequência.
Passo das aletas, fileiras e circuitos
O passo das aletas é a distância entre as aletas, tipicamente de 2 a 4 mm. Um passo fechado concentra a maior superfície na serpentina e dá a unidade mais curta e mais barata para ar limpo; um passo largo dá menos superfície por metro, mas entope muito mais devagar, e por isso é escolhido onde o ar carrega areia, poeira de cimento, sementes ou fibras. As fileiras são a profundidade da serpentina na direção do ar: mais fileiras significam mais superfície e maior perda de carga do lado do ar, de modo que os ventiladores trabalham mais; de duas a seis fileiras cobrem a maioria das aplicações.
Circuitos são o número de caminhos paralelos que o líquido percorre pelos tubos. Eles definem a velocidade nos tubos - rápida o bastante para uma boa transferência de calor e para evitar escoamento laminar e incrustação, lenta o bastante para evitar a erosão do cobre - e, com o número de passes, definem a perda de carga do lado do líquido. Em um radiador de motor, o limite do fabricante do motor para a perda de carga externa decide o circuito antes de qualquer outra coisa: uma serpentina que o exceda priva o motor de vazão.
Materiais para litoral, deserto e indústria
Aletas de alumínio comum duram em uma atmosfera C3. O sal as ataca e o par galvânico entre o tubo de cobre e a aleta de alumínio consome a aleta a partir do colar para fora até que ela deixe de conduzir calor. Para locais litorâneos, offshore e industriais - C4, C5-M, CX segundo a ISO 12944 -, as aletas são feitas de AlMg2.5, uma liga resistente à água do mar, ou a serpentina inteira recebe revestimento epóxi após a fabricação, ou ambos. O revestimento acrescenta uma pequena resistência térmica, que o projeto leva em conta; ele é testado em névoa salina neutra segundo a ISO 9227.
A carcaça segue a mesma classe: aço galvanizado a quente para C3 e C4, galvanizado e pintado com sistema duplex ou aço inoxidável para C5. Fixadores, grades e prensa-cabos acompanham a carcaça, e a classe de corrosividade e o sistema de proteção são impressos na folha de dados.
Ar quente, ar rarefeito e a serpentina
Uma serpentina projetada para 35 °C ambiente fica pequena a 50 °C, porque a diferença de temperatura que impulsiona o calor através das aletas diminuiu em um terço. Na altitude, o ar é mais rarefeito - 10 % menos denso a cada 1.000 m -, de modo que os mesmos ventiladores movimentam menos massa e a serpentina precisa de mais vazão de ar ou de mais superfície. O ar úmido carrega vapor que também precisa ser aquecido. Nada disso altera a construção da serpentina; altera seu tamanho, e a folha de dados informa a temperatura ambiente, a altitude e a base de umidade a que a capacidade pertence.
A TECS fabrica suas serpentinas aletadas em sua própria fábrica em İzmir - tubos, aletas, expansão, brasagem e teste de pressão - e projeta cada serpentina para a carga e o local. Para uma serpentina ou um radiador completo, envie a carga térmica, as vazões, as temperaturas e as condições do local, ou envie a folha de dados do motor.
Em resumo
- As aletas multiplicam de quinze a vinte vezes a superfície do lado do ar
- Tubo de cobre e aleta de alumínio como padrão; AlMg2.5 e revestimento epóxi para locais agressivos
- Passo das aletas de 2 a 4 mm: fechado para ar limpo, largo para poeira
- As fileiras definem a superfície e a perda de carga do lado do ar; os circuitos definem a velocidade nos tubos e a perda de carga do lado do líquido
- O limite de perda de carga do fabricante do motor decide o circuito da serpentina de um radiador
- A TECS fabrica suas serpentinas em sua própria fábrica e projeta cada uma para a carga e o local
Para projetar uma serpentina
- Carga térmica, vazão do líquido e temperaturas de entrada e de saída
- Líquido: água, porcentagem de glicol, óleo ou outro
- Perda de carga admissível no lado do líquido
- Condições do ar: temperatura ambiente, altitude, poeira e sal
- Área de face e profundidade disponíveis, se a serpentina precisa caber em uma carcaça existente
- Tamanhos e posições das conexões
Perguntas frequentes
Por que as aletas são de alumínio e não de cobre?
O alumínio conduz calor bem o bastante para uma aleta fina, pesa um terço do cobre e custa muito menos. Aletas de cobre são usadas apenas em casos especiais; para a corrosão, a resposta é uma liga de alumínio e magnésio ou um revestimento, não o cobre.
Qual passo de aleta é o certo para o meu local?
Passos fechados para ar limpo e a unidade mais compacta; passos mais largos onde o ar carrega poeira, sementes ou fibras, porque a serpentina precisa manter sua vazão de ar entre as limpezas. A escolha é feita no projeto para o local, junto com o formato da aleta.
Mais fileiras sempre significam mais capacidade?
Mais superfície, sim, mas o ar se aquece ao passar por cada fileira, de modo que cada fileira adicional acrescenta menos que a anterior, e a perda de carga do lado do ar aumenta a cada fileira. Além de certa profundidade, uma serpentina mais comprida ou mais larga é a melhor forma de aumentar a capacidade.
Uma serpentina pode ser substituída em um radiador existente?
Normalmente sim: a serpentina é construída segundo as dimensões e as conexões da carcaça. É também o momento de mudar o material ou o passo das aletas, se o original não era adequado ao local.
Como uma serpentina é testada?
Toda serpentina da TECS é testada sob pressão na fábrica antes de sair; a pressão de teste e o resultado constam do registro de teste entregue com a unidade.
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