Tubi Alettati: Tipologie, Vantaggi e Guida alla Scelta

• I tubi alettati aumentano l’efficienza del trasferimento di calore grazie a una maggiore superficie esterna.

• Esistono 8 principali tipologie di tubi alettati: G-Fin, L-Fin, KL-Fin, LL-Fin, CrimpatI, Estrusi, Low-Fin integrali e Saldati.

• Ogni tipologia si distingue per metodo costruttivo, resistenza alla temperatura, resistenza alla corrosione e casi d’uso ideali.

I tubi alettati sono componenti fondamentali nei sistemi di scambio termico, progettati per massimizzare la superficie e migliorare l’efficienza termica. Questi tubi sono ampiamente utilizzati in settori che spaziano dalla generazione di energia e petrolchimica fino a marina, HVAC e industria chimica.

In questa guida esploriamo le diverse tipologie di tubi alettati, i loro vantaggi e come scegliere quello giusto per il tuo progetto.

I tubi alettati sono tubi metallici dotati di alette esterne che aumentano la superficie disponibile, migliorando così il trasferimento di calore. Sono un elemento chiave negli scambiatori di calore industriali, soprattutto nei sistemi gas-gas o gas-liquido.

Applicando alette (superfici estese) alla superficie esterna dei tubi di base, gli ingegneri aumentano drasticamente l’area esterna e migliorano le prestazioni di trasferimento termico. In uno scambiatore a tubi alettati, un fluido (spesso liquido) scorre all’interno del tubo, mentre aria o gas scorrono all’esterno; le alette aiutano a superare il basso coefficiente di scambio lato aria aumentando la superficie di contatto. Il risultato è un maggiore tasso di trasferimento termico, permettendo spesso a un solo tubo alettato di sostituire sei o più tubi lisci, riducendo così dimensioni e costi dell’apparecchiatura.

Esistono diverse tipologie di tubi alettati, ognuna con caratteristiche costruttive specifiche, adatte a differenti temperature, ambienti e applicazioni.

Come funzionano:
Una scanalatura viene incisa nel tubo di base, e l’aletta viene inserita e bloccata tramite riempimento del metallo per creare un legame meccanico sicuro. Poiché le alette sono saldamente fissate, i tubi con Alette G possono sopportare temperature di esercizio più elevate (comunemente fino a circa 400 °C o 750 °F) e cicli termici ripetuti senza che le alette si allentino. Il legame stretto riduce al minimo la resistenza di contatto, permettendo un trasferimento di calore efficiente anche in condizioni ad alta temperatura. La resistenza meccanica è elevata e la resistenza alle vibrazioni è superiore rispetto alle alette semplicemente avvolte.

Materiali:
Le alette incassate sono solitamente realizzate in metalli teneri come l’alluminio (serie ASTM B209 1100) o il rame, mentre il tubo di base può essere in acciaio al carbonio (es. ASME SA-179 / ASTM A179 senza saldatura), acciaio inossidabile (SA-213 gradi 304/316) o leghe rame-nichel. In alcuni casi, anche le alette in acciaio vengono incassate in tubi in acciaio per temperature estreme, sebbene ciò richieda attrezzature speciali per lavorare materiali più duri.

Vantaggi:
Alta efficienza nello scambio termico, eccellente tenuta delle alette e resistenza ai cicli termici.

Ideali per:
I tubi con Alette G sono ampiamente utilizzati in applicazioni ad alta temperatura e forte sollecitazione: ad esempio, scambiatori di calore raffreddati ad aria negli impianti petrolchimici, economizzatori nelle centrali elettriche e radiatori industriali spesso specificano l’uso di alette incassate per maggiore affidabilità.

Offrono un equilibrio tra fissaggio solido delle alette e buon trasferimento termico, rendendoli ideali per applicazioni impegnative come turbine a gas, riscaldatori a fiamma diretta o qualsiasi situazione in cui il distacco delle alette dovuto alla dilatazione termica deve essere evitato.

Come funzionano:
Un singolo piede a forma di “L” avvolge il tubo, mantenendo l’aletta strettamente aderente grazie alla tensione.

Il tubo con Alette L è una configurazione comune di aletta avvolta a spirale, in cui una striscia metallica viene avvolta intorno al tubo di base sotto tensione, con il piede della striscia piegato a forma di L in modo da aderire saldamente alla superficie del tubo. Durante la produzione, una sottile striscia di metallo (spesso alluminio o talvolta rame) viene modellata con un profilo a L e avvolta elicoidalmente sul tubo; il piede a L funge da base per l’aletta e copre parzialmente la superficie del tubo.

Questo metodo si basa sulla tensione e sulla geometria del piede a L per mantenere l’aletta in posizione (le estremità delle alette sono solitamente fissate con crimpatura o brasatura per evitarne lo svolgimento). Le prestazioni in termini di trasferimento di calore e il contatto aletta-tubo delle Alette L sono considerate di livello intermedio (adeguate per temperature da basse a medie), e il piede a L fornisce una certa protezione alla superficie del tubo contro l’esposizione diretta, migliorando la resistenza alla corrosione rispetto a un tubo nudo.

Materiali:
I tubi di base possono essere in acciaio al carbonio o in lega di rame (es. ottone ammiragliato), mentre il materiale delle alette è solitamente alluminio (per la sua eccellente conducibilità termica e facilità di formatura) o talvolta rame. Sebbene le Alette L non garantiscano il legame più saldo in assoluto, offrono un buon miglioramento termico in situazioni in cui il coefficiente di scambio termico lato aria (o gas) è limitante, e aiutano a proteggere il tubo da una lieve corrosione atmosferica coprendolo parzialmente.

Vantaggi:
I tubi con Alette L sono apprezzati per il loro rapporto costo-beneficio. Sono più semplici ed economici da produrre rispetto alle alette incassate o estruse, rendendoli una scelta diffusa quando le temperature operative sono relativamente basse (tipicamente fino a circa 175 °C) e il budget è un fattore importante.

Ideali per:
Applicazioni comuni includono scambiatori di calore in impianti HVAC, raffreddatori ad aria e radiatori dove le temperature del fluido di processo sono moderate.

Come funzionano:
Variante del tubo con Aletta L, in cui il piede dell’aletta viene zigrinato e inserito nella superficie del tubo per migliorare il legame meccanico.

Materiali:
I materiali comunemente utilizzati sono simili a quelli delle Alette L: alette in alluminio o rame su tubi in acciaio, acciaio inossidabile o leghe di rame. In sintesi, le Alette KL rappresentano una soluzione intermedia: più robuste e adatte a temperature più elevate rispetto alle Alette L o LL, ma con un costo inferiore rispetto alle alette estruse o saldate, il che le rende una delle tipologie di aletta avvolta più diffuse.

Vantaggi:
Grazie al solido legame tra aletta e tubo, i tubi con Alette KL possono operare in sicurezza a temperature più elevate – tipicamente fino a circa 250 °C (≈480 °F), con alcune fonti che riportano limiti anche di 260 °C o persino 320 °C per certi design.

Ideali per:
Applicazioni che richiedono maggiore resistenza meccanica e migliore tenuta delle alette. Sono ampiamente utilizzati in ambito industriale dove sono richieste affidabilità e buon trasferimento termico, ma dove l’uso di alette estruse o incassate potrebbe non essere giustificato economicamente. Ad esempio, un tubo con Aletta KL in un raffreddatore a ventilazione forzata (fin-fan) può sopportare cicli termici più intensi rispetto a un tubo con Aletta L semplice.

Come funzionano:
Due alette a L vengono sovrapposte per garantire una copertura del tubo quasi totale, migliorando la protezione e il contatto termico.

I tubi con Alette LL sono una variante migliorata del design con piede a L, caratterizzata dalla sovrapposizione dei piedi a L di ciascuna aletta successiva. In questa configurazione, il piede a forma di L di ogni striscia di aletta copre completamente il piede dell’avvolgimento precedente, creando così una “doppia L” a due strati che racchiude quasi interamente la superficie del tubo. Grazie a questa sovrapposizione, tutta la lunghezza alettata del tubo risulta protetta, con un’esposizione minima del metallo di base all’ambiente esterno.

Ciò garantisce una protezione dalla corrosione superiore rispetto alle alette L singole, poiché il metallo del tubo (spesso acciaio al carbonio) non è esposto direttamente tra un’aletta e l’altra. L’accoppiamento dei piedi a L incrementa leggermente anche l’area di contatto tra aletta e tubo, migliorando così il trasferimento termico. I tubi con Alette LL condividono limiti di temperatura e condizioni d’uso simili a quelli con Alette L standard, venendo generalmente utilizzati fino a circa 180 °C.

Materiali:
Le alette sono solitamente in alluminio o rame, mentre il tubo di base può essere in qualsiasi metallo compatibile con il servizio (acciaio al carbonio, inox, leghe di rame). Rivestendo completamente il tubo, le Alette LL combinano l’economicità delle alette avvolte con una maggiore durabilità in ambienti corrosivi.

Vantaggi:
Eccellente protezione contro la corrosione; ridotta azione galvanica tra metalli dissimili.

Ideali per:
Applicazioni come preriscaldatori d’aria a vapore, condensatori raffreddati ad aria e altri scambiatori lato aria dove è fondamentale proteggere un tubo in acciaio dalla corrosione atmosferica.

Come funzionano:
Le alette sono avvolte elicoidalmente e corrugate o deformate per aumentare la turbolenza e la superficie di contatto.

I tubi con Alette corrugate rappresentano un’altra variante dei tubi alettati avvolti a spirale, caratterizzati da una striscia di aletta preformata (corrugata o ondulata) che viene avvolta sul tubo con tensione. In questo design, la striscia di aletta (solitamente in alluminio o acciaio sottile) viene fatta passare attraverso rulli di corrugatura per creare una base ondulata, che viene poi avvolta elicoidalmente sul tubo di base.

Il processo di corrugatura allarga la base dell’aletta e ne aumenta la rigidità, migliorando l’area di contatto con il tubo e introducendo piccoli turbolatori che favoriscono il flusso d’aria sulle alette. Una volta avvolta, l’aletta viene solitamente fissata alle estremità mediante saldatura a punti o brasatura per mantenere la tensione. Il legame meccanico è di tipo medio (basato su attrito e pressione della corrugatura), ma la resistenza meccanica è piuttosto buona grazie alla forma ondulata che aiuta a impedire lo spostamento dell’aletta.

Le alette corrugate offrono una buona efficienza nello scambio termico grazie alla maggiore turbolenza e superficie generate dalla forma ondulata. Possono anche essere pulite in modo più aggressivo rispetto alle Alette L standard (essendo leggermente più robuste) e, in base alla combinazione di materiali tra aletta e tubo, offrono una resistenza alla corrosione da moderata a molto buona. Tuttavia, la loro tolleranza termica è generalmente più bassa, e sono consigliate per applicazioni fino a circa 120 °C.

Materiali:
I tubi di base possono essere in acciaio al carbonio, acciaio inox, rame, ecc., mentre le alette sono solitamente in alluminio o acciaio sottile.

Vantaggi:
La maggiore turbolenza migliora lo scambio termico; efficaci negli scambiatori gas-aria.

Ideali per:
Recupero di calore da gas combusti e scarichi di forni. In ambienti corrosivi, le alette corrugate in alluminio su tubi in rame o Cu-Ni sono talvolta utilizzate nei raffreddatori ad aria in ambito marino, combinando una buona resistenza alla corrosione con i vantaggi termici della forma corrugata.

Nel complesso, i tubi con Alette corrugate rappresentano una scelta versatile per applicazioni di media intensità, offrendo un buon equilibrio tra prestazioni e costi in un’ampia gamma di scambiatori di calore industriali.

Come funzionano:
Le alette sono formate a partire da un manicotto esterno in alluminio, meccanicamente estruso sul tubo di base.

I tubi con Alette estruse rappresentano una soluzione di fascia alta, in cui le alette vengono ottenute tramite estrusione a freddo di un manicotto esterno sul tubo di base, creando una struttura bimetallica integrale. In questo processo, un tubo liscio in alluminio (chiamato manicotto o sleeve) viene inserito sul tubo di base (che può essere in acciaio al carbonio, acciaio inox, rame-nichel, ecc.), e l’intero assieme viene poi forzato attraverso una matrice di laminazione o un estrusore.

Il manicotto in alluminio viene plasticamente deformato in alette alte, integrali con il manicotto stesso e strettamente aderenti al tubo interno. Questo processo genera un legame metallurgico praticamente perfetto, senza vuoti. La pressione di contatto generata dall’estrusione garantisce un’interfaccia termica ottimale tra aletta e tubo, con un’eccellente efficienza nello scambio termico.

Le alette risultano molto solide e dotate di elevata resistenza meccanica: possono sopportare pulizie frequenti ad alta pressione o getti d’aria senza subire danni, un grande vantaggio in ambienti sporchi o soggetti a incrostazioni. Poiché il manicotto in alluminio (o rame) ricopre completamente il tubo, i tubi con Alette estruse offrono una protezione eccezionale contro la corrosione del tubo di base. Solo le estremità del tubo restano esposte, e possono comunque essere trattate o lasciate libere per le saldature.

Materiali:
Di solito si tratta di alette in alluminio estruse su tubi in acciaio o a base rame, anche se è possibile estrudere alette in rame su nuclei più morbidi. I materiali sono conformi a standard come ASTM ed EN: ad esempio, ASTM A179 per acciaio al carbonio o B111 per leghe di rame per il tubo base, e ASTM B209 per l’alluminio delle alette, garantendo l’affidabilità di questi componenti bimetallici.

Vantaggi:
Eccellente resistenza alla corrosione, solido legame aletta-tubo, lunga durata operativa.

Ideali per:
Ambienti costieri e offshore, atmosfere aggressive o applicazioni che richiedono elevata durabilità nel lungo termine.

Come funzionano:
Le alette sono ricavate direttamente dal materiale del tubo di base tramite formatura a freddo.

I tubi con Alette integrali basse rappresentano un concetto diverso rispetto alle alette applicate: in questo caso, le alette sono formate direttamente dal materiale del tubo stesso. Talvolta chiamati anche tubi alettati integrali, sono realizzati partendo da un tubo a parete spessa, da cui si ricavano le alette mediante laminazione o estrusione a freddo della superficie esterna.

Le alette sono relativamente basse (da cui il nome “integrali basse”), generalmente alte pochi millimetri, ma possono essere molto fitte (alta densità di alette per pollice, ad esempio 19–26 FPI è comune). Poiché le alette fanno parte del tubo, non esiste alcuna interfaccia tra aletta e tubo – quindi nessun rischio di resistenza termica da contatto o problemi di adesione (il concetto di “fin bond” qui non si applica). Sebbene l’altezza delle alette sia limitata, l’elevata densità consente comunque un notevole aumento della superficie disponibile.

Questi tubi con Alette integrali basse sono ampiamente utilizzati negli scambiatori a fascio tubiero (non solo in quelli raffreddati ad aria) per migliorare lo scambio termico lato mantello. Ad esempio, sono molto utilizzati in condensatori ed evaporatori per refrigerazione, raffreddatori d’olio e scambiatori chimici a fascio tubiero, dove un fluido circola all’interno del tubo e l’altro all’esterno, sulla superficie alettata. Possono anche essere piegati in forma a U per scambiatori, poiché le alette sono poco profonde e completamente integrate.

Vantaggi:
Nessun metallo dissimile; elevata integrità strutturale; prestazioni eccellenti in scambiatori compatti.

Ideali per:
Impianti di refrigerazione, processi chimici e sistemi con layout compatti.

Come funzionano:
Le alette vengono saldate direttamente al tubo tramite saldatura ad alta frequenza o a resistenza elettrica.

I tubi con Alette saldate offrono il fissaggio dell’aletta più robusto disponibile, grazie a un legame metallurgico tra aletta e tubo ottenuto tramite saldatura. In uno dei metodi più comuni, una striscia continua (solitamente in acciaio al carbonio o acciaio inox) viene avvolta a spirale attorno al tubo e saldata alla base tramite saldatura a resistenza ad alta frequenza.

Questo processo genera una saldatura elicoidale continua lungo la base dell’aletta, fondendola al tubo senza alcuno spazio. Aletta e tubo diventano un’unica struttura monolitica nel punto di giunzione, assicurando un eccellente contatto termico e un’elevatissima resistenza meccanica. Le alette saldate possono anche essere più spesse e alte rispetto ad altri tipi di alette (es. spessore ≥1 mm, altezza fino a ~25 mm) e, di norma, presentano una densità di alette inferiore (meno alette per pollice), poiché sono destinate ad applicazioni con elevati carichi termici e potenziale di sporcamento elevato (il maggiore distanziamento aiuta a ridurre l’accumulo di depositi).

Materiali:
I materiali sono solitamente omogenei, ad esempio: alette in acciaio al carbonio su tubi in acciaio al carbonio (ASTM A192, A210, ecc.) o inox su inox, per consentire la saldatura.

Normative come l’ASME Sezione I (per caldaie) o Sezione VIII (per HRSG e scambiatori) regolano l’uso di questi tubi alettati, e lo standard API 661 considera le alette saldate o incassate come soluzioni adatte per applicazioni ad alta temperatura. Sebbene i tubi con alette saldate non offrano una copertura completa del tubo di base (il tubo tra un’aletta e l’altra resta esposto, e la resistenza alla corrosione è solo “moderata” a meno di impiegare acciai legati), vengono spesso rivestiti o realizzati con leghe resistenti alla corrosione, se necessario. L’obiettivo principale è garantire prestazioni elevate in condizioni termiche e meccaniche difficili.

Tra tutte le tipologie di alette, quelle saldate garantiscono la massima durabilità e consentono le temperature operative più elevate (spesso 400–500 °C o superiori), rappresentando un vero e proprio cavallo di battaglia per applicazioni industriali impegnative.

Vantaggi:
Massima resistenza e durata; eccellente contatto termico anche in condizioni estreme.

Ideali per:
Le applicazioni tipiche dei tubi con Alette saldate si trovano nella generazione di energia e nei settori industriali pesanti: tubi economizzatori in caldaie, unità di recupero calore, preriscaldatori d’aria, radiatori per motori diesel/gas e forni chimici con tubi alettati saldati.

Migliore scambio termico

I tubi alettati migliorano significativamente il trasferimento di calore, soprattutto quando il fluido secondario è aria o gas.

Ingombro ridotto dello scambiatore

Un’unità compatta con tubi alettati può offrire le stesse prestazioni di un sistema molto più grande con tubi lisci.

Riduzione dei costi energetici

Una maggiore efficienza consente temperature operative più basse e un minor consumo energetico.

Versatilità progettuale

La geometria, la densità e i materiali delle alette possono essere completamente personalizzati in base ai requisiti del processo.

Flessibilità nei materiali

Disponibili in acciaio inox, acciaio al carbonio, leghe di rame-nichel, alluminio, titanio e altri materiali.

• Qual è la sorgente di calore e qual è il mezzo da riscaldare o raffreddare?

• Il sistema sarà esposto ad alte temperature o gas corrosivi?

Utilizzare alette saldate o estruse per la massima durabilità; LL-fin o G-fin per un controllo termico più preciso.

• Considerare il carico termico richiesto, il passo delle alette, l’altezza delle alette e la superficie del tubo.

• Per unità compatte, scegliere design integrali low-fin o estrusi.

• Pressioni elevate? Optare per alette saldate o alette G.

• Per sistemi a carico medio, KL-fin offre una ritenzione migliorata rispetto al classico L-fin.

• Dare priorità alla resistenza alla corrosione con LL-fin, alette estruse o tubi in CuNi.

• Considerare rivestimenti protettivi o anodizzazione, se necessario.

• L-fin e crimped fin sono soluzioni più economiche.

• Per un miglior ritorno sull’investimento nel lungo termine, le alette estruse o saldate possono ridurre la manutenzione e le sostituzioni.

Con decenni di esperienza nei componenti per scambiatori di calore, Admiralty Industries è un fornitore globale di tubi alettati di precisione. Ecco cosa ci distingue:

• Gamma completa di prodotti: dalle alette L standard ai tubi alettati saldati ed estrusi ad alte prestazioni.

• Distribuzione globale: spediamo in Nord America, Sud America, Europa, Africa e Medio Oriente.

• Tracciabilità dei materiali: tutti i prodotti sono conformi agli standard ASME, ASTM e ISO.

• Soluzioni personalizzate: progettazione su misura, prototipazione rapida e supporto tecnico dall’inizio all’installazione.

Che si tratti di aggiornare un economizzatore per caldaie, progettare un raffreddatore ad aria o costruire un sistema di recupero di calore, il nostro team collaborerà con te per selezionare o progettare la soluzione di tubo alettato ideale.

Contatta Admiralty Industries per discutere le tue specifiche tecniche o richiedere un preventivo.