Nell'ingegneria termica, gli scambiatori di calore a tubi alettati sono molto apprezzati per la loro estesa superficie di trasferimento del calore. Tuttavia, gli ingegneri spesso si trovano ad affrontare una sfida critica durante il funzionamento a lungo termine: un grave calo dell’efficienza del trasferimento di calore. Il principale colpevole di questo degrado delle prestazioni è la resistenza termica dell'incrostazione (spesso definita fattore di incrostazione). Questa guida spiega perché i tubi alettati si sporcano e fornisce strategie tecniche attuabili per controllare efficacemente la resistenza termica.

A causa delle loro complesse caratteristiche strutturali, i tubi alettati diventano facilmente un "rifugio sicuro" per sporco, cenere e incrostazioni. L'accumulo di incrostazioni diventa un problema importante in condizioni operative specifiche:

• Elevato contenuto di ceneri nei gas di combustione: flussi di gas fortemente carichi di particolato portano alla rapida deposizione di polvere.
• Bassa velocità del gas: una velocità del flusso insufficiente non riesce a fornire la forza di taglio necessaria per soffiare via le particelle depositate.
• Corrosione del punto di rugiada: quando la temperatura scende al di sotto del punto di rugiada acido, la condensa crea una superficie appiccicosa che si lega alla cenere, formando uno strato di incrostazioni duro e ostinato.

1. Invalida i calcoli di progettazione dello scambiatore di calore

In fase di progettazione il fattore di incrostazione è generalmente un valore stimato o assunto, mentre le altre resistenze termiche vengono calcolate utilizzando precise correlazioni empiriche. Se la resistenza stimata alle incrostazioni rappresenta una percentuale eccessiva della resistenza termica complessiva, i calcoli precisi degli altri componenti perdono il loro significato ingegneristico.

1. Aumento dei costi operativi e di capitale

Per compensare la perdita di trasferimento di calore causata da un'eccessiva incrostazione, gli ingegneri devono aumentare l'area di trasferimento di calore dello scambiatore di calore a tubi alettati. Ciò comporta attrezzature più ingombranti e costi di investimento iniziale più elevati. Inoltre, se uno scambiatore di calore funziona eccezionalmente bene nelle prime fasi di funzionamento ma subisce un calo significativo delle prestazioni nel tempo, l’accumulo di polvere e incrostazioni è quasi certamente la causa principale.

Durante la fase di progettazione, si consiglia vivamente di impostare una soglia di tolleranza per la resistenza termica alle incrostazioni, in genere fissandola a circa il 20% della resistenza termica totale. Se l'incrostazione prevista supera questo limite, i progettisti dovrebbero implementare le seguenti contromisure:

• Aumenta la velocità del fluido: aumenta la portata del fluido per migliorare la capacità di autopulizia (auto-soffiaggio) del sistema, impedendo alla cenere di depositarsi sulle superfici del tubo.
• Ottimizza la geometria delle alette: regola il design strutturale aumentando il passo delle alette e la spaziatura dei tubi. In alternativa, utilizzare design specializzati di alette a bassa incrostazione, come tubi alettati di tipo H o tubi alettati con borchie, che sono intrinsecamente resistenti all'accumulo di cenere.
• Installare sistemi di soffiaggio della fuliggine: dotare lo scambiatore di calore di tecnologie di decalcificazione attive, come soffiatori di fuliggine acustici o a vapore, per rimuovere forzatamente i depositi durante il funzionamento.
• Seleziona profili di tubi antivegetativi: valuta in anticipo le caratteristiche dei gas di scarico e scegli un profilo di tubo alettato appositamente progettato per ridurre al minimo la ritenzione di polvere nel tuo specifico ambiente industriale.