Que sont les tubes à surface étendue ?

Les tubes à surface étendue, également appelés tubes à ailettes, sont des dispositifs de transfert de chaleur utilisés dans diverses applications telles que les échangeurs de chaleur, les refroidisseurs dair et les chaudières. Ils sont constitués dun tube avec des surfaces étendues ou des ailettes fixées à la surface extérieure.

Les ailettes augmentent la surface du tube, ce qui améliore le transfert de chaleur entre le tube et le fluide ou le gaz environnant. Cette surface accrue permet un transfert de chaleur plus efficace et peut réduire la taille et le poids global de léchangeur de chaleur.

Tubes à surface étendue généralement et régulièrement utilisés pour un refroidissement ou un chauffage efficace. Ces tubes à surface étendue sont utilisés dans les échangeurs de chaleur refroidis par air, les échangeurs de chaleur à calandre et à tubes, les évaporateurs, les condenseurs même utilisés dans les fours. Les tubes à surface étendue sont également appelés tubes à ailettes.

Les ailettes sont généralement externes ou insérées à lextérieur des tubes afin daugmenter la surface totale et daugmenter lefficacité thermique des équipements de transfert de chaleur compacts. La méthode de connexion des ailettes sur le tube est très importante, car le moindre espace dair entre le tube et les ailettes peut créer une résistance supplémentaire au flux de chaleur. Lorsque le coefficient de transfert de chaleur à lextérieur du tube est nettement inférieur au coefficient de transfert de chaleur à lintérieur du tube, il existe un avantage majeur à incorporer des ailettes sur la surface extérieure du tube pour profiter pleinement du taux de transfert de chaleur élevé à lintérieur du tube. 

Si lailette et le tube ont des coefficients de dilatation thermique différents, la liaison peut se desserrer en raison dun mouvement différentiel entre eux. Leffet de desserrage augmentera à mesure que la température de liaison augmente et il faudra tenir compte de la température de liaison qui sera atteinte en cas de défaillance du ventilateur. La liaison peut se desserrer en raison de leffet daffaiblissement des cycles thermiques et de pression et également en raison de la corrosion à la jonction ailette-tube de base. Les limites de température de fonctionnement des différents accessoires ailettes-tubes que notre société peut proposer sont indiquées dans chaque section.

Les tubes à surface étendue comprennent des tubes à ailettes extrudés, intégrés et bimétalliques

Les tubes extrudés à surface étendue sont formés dans un processus dextrusion par laminage à froid, où des ailettes hélicoïdales continues sont extrudées de manière radicale à partir dun manchon en aluminium épais sur un tube de revêtement. Lailette extrudée est formée à partir dun tube extérieur en aluminium avec une grande épaisseur de paroi (manchon), qui est aligné sur un tube de base intérieur. Les deux tubes sont poussés à travers trois mandrins avec des disques rotatifs qui pressent ou extrudent littéralement les ailettes en aluminium vers le haut et hors du matériau du manchon en forme de spirale en une seule opération. Le processus dextrusion durcit les ailettes et empêche les contacts métalliques dissemblables à la racine de lailette. Par rapport à dautres produits, les ailettes ne se cassent pas, ne se déroulent pas et ne se desserrent pas, ce qui affecte considérablement lefficacité thermique. Pendant le processus dailettes, une liaison mécanique étroite est établie entre le tube extérieur en aluminium à ailettes et le tube de base intérieur du métal requis, qui est généralement de lacier. La surface externe exposée est en aluminium et il ny a pas despaces minuscules entre les ailettes adjacentes où lhumidité peut pénétrer. Comme le tube extérieur et les ailettes sont solidaires lun de lautre sur la température, labsence de contact entre les tubes extérieur et intérieur peut se produire pour créer une résistance supplémentaire au transfert de chaleur. La température applicable est jusquà 540 degrés F (280 degrés C) 

Tubes extrudés à surface étendue Avantages :

Ailettes à haute efficacité pour applications à haute température offrant une protection complète et permanente contre la corrosion atmosphérique du tube de base.

Laileron allongé est suffisamment solide et résistant aux dommages mécaniques et supporte mieux les chocs de manipulation. Par rapport aux autres types de tubes à surface allongée, ils peuvent être nettoyés sans dommage à la vapeur ou à leau à haute pression. Le collage des tubes extérieur et intérieur élimine le risque de perte de contact avec laluminium en raison de contraintes thermiques.

Le coefficient de transfert reste stable, comme le manchon extérieur est continu, aucun couple électrolytique nest créé et aucune corrosion galvanique à la base des ailettes ne peut être obtenue, ce qui permet dobtenir des performances de transfert de chaleur plus élevées pendant toute la durée de vie de lunité. Pas besoin de fixer les ailettes aux extrémités.

Faiblesse des tubes à surface étendue extrudés :

Il sagit dune méthode de fabrication coûteuse car elle nécessite une quantité considérable de matériau dailettes. Le poids total des équipements qui utilisent ce type de tubes à surface étendue sera plus important.

Limites de température maximale de fonctionnement à 280°C.

Application des tubes extrudés à surface étendue :

1. Raffineries de pétrole et de gaz

2. Industries pétrolières, chimiques et pétrochimiques

3. Traitement du gaz naturel

4. Industrie sidérurgique

5. Centrales électriques

6. Climatisation

7. Refroidisseurs à compresseur

Tubes à surface étendue intégrés ou appelés tubes à ailettes de type G

Géométrie des tubes à surface étendue intégrés :

A helical groove 0.2-0.3 mm (0.008-0.012 in) is ploughed into the outside of the base-tube wall such that metal is only displaced, not removed. The aluminium fin is wound mechanically into the groove under tension, after which the displace metal is rolled back on each side of the fin to hold it in place. That is why this type is also called embedded extended surface tubes. The affective thickness of the base-tube wall is the thickness beneath the groove . This type provides excellent contact, both thermal and mechanical, between fin and groove. Although the base-tube metal is exposed to the atmosphere, tests under server conditions showed that corrosion over a long period is required before any bond weakness occurs.

The G-type extended surface tubes is applicable to high temperature up to 150 F degree (400 C degree)

Embedded extended surface tubes main Application:

1. Oil and gas refineries

2. Petroleum, chemical and petrochemical industries

3. Natural gas treatment

4. Steel making industry

5. Power plants

6. Air conditioning

7. Compressor coolers

Embedded extended surface tubes advantages:

The fin/tube wall contact is constant because of the setting and makes it possible to use a wall temperature of up to 400°C.

The fin is set throughout its length and consequently does not unwind even when partially uprooted.

This kind of extended surface tubes is one of optimum choices for having good effectiveness/cost ratio.

Embedded extended surface tubes weakness:

The fin is not so strong to resist mechanical damage when external forces applied on fin area

Handling shall be done with care to avoid any damage.

Extended surface tubes may be damaged while using either steam or high-pressure water for cleaning

As the fins are helically wrapped in grouves, un-finned area is not covered which can be exposed to corrosive media and galvanic corrosion at the base of the fins can be accrued

Tube shall be straight with smooth out side area to make a good extended surface tubes

It is hard to use core tube again when finning is failed.

Fins should be fixed at both ends avoiding un-wrapping

L-Footed shape extended surface tubes

L-Footed shape extended surface tubes geometry:

Les tubes à surface étendue en aluminium en forme de L sont des ailettes standard pour les applications à basse température où un certain degré de protection de la paroi du tube est requis. Lailette est enroulée mécaniquement sous tension sur le tube de base. La branche horizontale courte de chaque L est en contact avec la surface du tube de base pour la recouvrir complètement. Cette construction offre un contact ailette-tube considérablement amélioré sur le tube de base moleté. Des tests ont démontré quun contact ailette-tube considérablement supérieur est obtenu en moletant lextérieur du tube de base et le pied de lailette en forme de L. Dans les deux conceptions, lensemble de la surface externe exposée est en aluminium. La construction de tension du pied ou de lépaulement en L assure un espacement uniforme des ailettes, solidement imbriquées par le chevauchement du rayon de lailette sur le bord de lépaulement exposé. La température applicable est jusquà 270 degrés F (130 degrés C)

Avantages des tubes à surface étendue en forme de L :

Convient aux applications à basse température

Le type à ailettes est la méthode la plus rentable par rapport aux autres.

Les ailerons défectueux peuvent être facilement retirés pendant la production et le tube nu peut être réutilisé pour le finning.

Il n’est pas nécessaire de réaliser une rainure hélicoïdale sur le tube central.

Il est possible de placer les ailettes sur un tube à paroi très mince, ce qui est particulièrement souhaitable lors de lutilisation dalliages coûteux comme tube central.

Le tube peut supporter une température allant jusquà 130°C sans risque de corrosion atmosphérique ni de contrainte thermique.

Faiblesse des tubes à surface étendue en forme de pied en L :

Laileron nest pas assez solide pour résister aux dommages mécaniques lorsque des forces externes sont appliquées sur la zone de laileron

La manipulation doit être effectuée avec précaution afin déviter tout dommage.

Les tubes à surface étendue peuvent être endommagés lors de lutilisation de vapeur ou deau à haute pression pour le nettoyage

Comme les ailettes sont enroulées de manière hélicoïdale dans des rainures, la zone sans ailettes nest pas couverte, ce qui peut être exposé à des milieux corrosifs et une corrosion galvanique à la base des ailettes peut se produire.

Le tube doit être droit avec une surface extérieure lisse pour créer une bonne surface étendue.

Les ailerons doivent être fixés aux deux extrémités pour éviter de se dérouler

Application des tubes à surface étendue en forme de L :

1. Raffineries de pétrole et de gaz

2. Industries pétrolières, chimiques et pétrochimiques

3. Traitement du gaz naturel

4. Industrie sidérurgique

5. Centrales électriques

6. Climatisation

7. Refroidisseurs à compresseur

Tubes à surface étendue