Scambiatori di calore a tubi alettati: guida pratica e completa

Gli scambiatori di calore a tubi alettati (spesso chiamati finned-tube coils o semplicemente coil alettati) migliorano lo scambio termico grazie all’aggiunta di alette a tubi rotondi o piatti, aumentando così la superficie lato aria. Sono comunemente utilizzati in batterie HVAC, centrali elettriche, raffreddatori petrolchimici e impianti marini.

Per scegliere correttamente è fondamentale abbinare il tipo di aletta (L-fin, G-fin/incassata, estrusa, saldata) e i materiali (alluminio, rame, acciaio inox, acciaio al carbonio, Cu-Ni) alle condizioni operative: temperatura, corrosione, sporcamento, portata d’aria e budget. È altrettanto importante dimensionare correttamente il lato aria (densità delle alette, velocità frontale, perdita di carico) e pianificare l’accesso per la pulizia, così da mantenere le prestazioni nel tempo.

Uno scambiatore a tubi alettati è costituito da una batteria di tubi disposti all’interno di un pacco di sottili alette metalliche. Le alette aumentano in modo significativo la superficie esterna e quindi il trasferimento di calore lato aria, che nei sistemi gas-liquido rappresenta solitamente il lato limitante.

Un fluido (acqua, glicole, olio, refrigerante o fluidi di processo) scorre all’interno dei tubi, mentre l’aria attraversa le alette. Il risultato è un flusso termico elevato con dimensioni compatte e una perdita di carico gestibile.

Gli scambiatori di calore a tubi alettati sono diffusi in diversi settori:

• HVAC e refrigerazione: batterie evaporanti e condensanti, batterie di riscaldamento ad acqua calda o vapore, dry cooler.

• Energia e power generation: condensatori raffreddati ad aria (ACC), raffreddatori per generatori, recupero di calore dai fumi.

• Processi e petrolchimico: riscaldatori/raffreddatori di gas, raffreddatori per idrogeno/olio, essiccatori.

• Marino e offshore: raffreddatori aria di sovralimentazione motori, raffreddatori ad acqua di mare (con tubi in Cu-Ni o titanio).

L’aria ha un coefficiente di scambio molto più basso rispetto ai liquidi. Per questo motivo vengono aggiunte alette lato aria per incrementare il valore globale di scambio (U).

Fattori chiave:

• Superficie alettata: determinata da altezza e densità delle alette (fins per inch/mm).

• Efficienza dell’aletta (ηf): più alta con buon contatto tubo-aletta (es. G-fin incassata o estrusa) e spessore adeguato.

• Velocità frontale dell’aria: troppo bassa → scarso scambio; troppo alta → rumore e perdite di carico elevate.

• Geometria di flusso: controcorrente o incrociata per ottimizzare la temperatura di approccio e la profondità del coil.

La scelta del giusto tipo di tubo alettato è una decisione importante per il tipo di applicazione da realizzare. Ecco le tipologie più utilizzate:

Striscia sottile avvolta attorno al tubo con piede a “L” che copre la superficie.

• Pro: economica, discreta protezione del tubo, buona per temperature moderate.

• Contro: il contatto può allentarsi con cicli termici; non adatta ad alte temperature o forte corrosione.

• Ideale per: HVAC e servizi standard.

L’aletta viene inserita in una scanalatura del tubo e bloccata meccanicamente.

• Pro: eccellente contatto meccanico ed efficienza; resiste meglio ai cicli termici.

• Contro: costo superiore al L-fin.

• Ideale per: processi e power generation ad alto carico termico.

Un manicotto di alluminio viene estruso sul tubo base, con alette integrate.

• Pro: contatto robusto aletta-tubo, ottime prestazioni, resistenza alla corrosione.

• Contro: costo elevato; dipende dalla lega del manicotto.

• Ideale per: ambienti corrosivi, marini o costieri, raffreddatori aria a media/alta temperatura.

Alette metallurgicamente legate al tubo.

• Pro: massima integrità meccanica, adatte a temperature molto alte; permettono pareti tubiere sottili.

• Contro: costo premium.

• Ideale per: servizi ad alta temperatura e condizioni gravose (power e petrolchimico).

Regole generali:

• HVAC → L-fin

• Alta temperatura/processo → G-fin o saldata

• Ambienti marini/corrosivi → aletta estrusa in alluminio con tubo resistente alla corrosione

Per un’analisi dettagliata dei singoli design consulta la nostra guida completa ai tubi alettati.

Alette:

• Alluminio → eccellente conducibilità e leggerezza

• Rame → alta conducibilità, proprietà antibatteriche, più costoso

• Acciaio inox → resistenza meccanica e alla corrosione ad alte temperature

• Acciaio al carbonio → economico, richiede rivestimenti

Tubi: rame, acciaio al carbonio, inox 304/316, Cu-Ni per acqua di mare, titanio per cloruri aggressivi.

Linee guida:

• Per alto scambio e budget ridotto → alluminio su rame o acciaio al carbonio.

• Per fluidi acidi lato tubo → acciaio inox su tubo rame.

• Per alta corrosione aria+tubo → acciaio inox o Cu-Ni con alette compatibili.

Per confrontare le leghe tubiere in altri scambiatori (es. a fascio tubiero) leggi la nostra guida sui migliori materiali per scambiatori shell & tube.

Lato aria

• Densità alette (FPI): più alta = maggiore U, ma più fouling e perdite di carico.

• Altezza/spessore alette: aumentano superficie e rigidità; attenzione al rendimento reale.

• File/Profondità: più file = maggior efficienza, ma aumenta la difficoltà di pulizia.

• Velocità frontale: da bilanciare con rumore e perdita di carico.

Lato tubo

• Diametro esterno & spessore: tipici da 3/8″ a 1″.

• Circuitazione: parallelismi per gestire ΔP e salto termico.

• Proprietà fluido: viscosità, fattore di sporcamento e ΔP ammissibile guidano layout.

Range geometrici tipici 
Altezze alette 6–25 mm, densità 5–13 FPI, con altre configurazioni disponibili su richiesta.

• Ignorare la pulizia: alte FPI in aria polverosa = fouling rapido.

• Sottovalutare la corrosione: ambienti costieri/chimici richiedono leghe o rivestimenti adeguati (heresite, epossidici).

• Sovradimensionare le file invece che l’area frontale: meglio aumentare superficie che resistenza.

• Accoppiare metalli diversi senza isolamento: rischio corrosione galvanica.

• Trascurare la perdita di carico: raggiungere la capacità ma con consumi eccessivi dei ventilatori è un falso risultato.

1. Definire carico termico e ambiente (temperature, contaminanti, manutenzione).

2. Scegliere tipo di aletta in base alla severità (HVAC → L-fin; corrosione o cicli termici → G-fin/estrusa; welded/brazed → saldata).

3. Selezionare i materiali (alette + tubi) in base a fluidi, T, corrosione.

4. Impostare finestra di portata aria: velocità frontale e ΔP accettabili.

5. Ottimizzare geometria: densità alette, altezza, numero file, circuitazione.

6. Validare manutenzione: accessi, pannelli, lavaggio.

7. Calcolare costo ciclo di vita: CAPEX vs. consumi ventilatori e manutenzione.

• Controllo fouling: filtrazione e pulizia regolare.

• Integrità meccanica: fissaggio alette che resista a cicli termici.

• Protezione corrosione: rivestimenti o upgrade materiali.

• Ispezioni periodiche: controlli stagionali per danni aletta, perdite tubi, raddrizzamento alette.

Studi accademici e industriali mostrano che il degrado lato aria domina le prestazioni: i design che preservano il contatto aletta-tubo e facilitano la pulizia mantengono la capacità molto più a lungo.

• Carico termico (kW/BTU/h), temperature ingresso/uscita (aria e fluido), condizioni ambientali di progetto

• Qualità dell’aria (polvere, fibre, nebbia salina), ΔP ammissibile (aria e fluido), limiti di rumore

• Tipo di aletta (L, G/incassata, estrusa, saldata/brasata), altezza e densità (FPI)

• Materiale del tubo, diametro esterno (OD), spessore, numero di passaggi/circuitazione, collettori

• Rivestimenti o manicotti richiesti; isolamento galvanico se presenti metalli dissimili

• Piano di pulizia/manutenzione; accessibilità e spazi disponibili

• Normative e riferimenti (specifiche materiali ASTM/EN, test di fabbrica)

Gli scambiatori di calore a tubi alettati offrono scambio termico compatto ed efficiente quando si bilanciano correttamente tipo di aletta, materiali e design lato aria con le condizioni reali di corrosione, sporcamento e manutenzione.

Utilizza questa guida come schema di riferimento:

• definisci carico e ambiente operativo,

• scegli il tipo di aletta in base alla severità del servizio,

• ottimizza portata d’aria e geometria delle alette,

• specifica un piano di pulizia fin dall’inizio per preservare la capacità negli anni.

Hai bisogno di aiuto per selezionare il tipo di aletta e i materiali più adatti alle tue condizioni operative? Contatta i nostri esperti.