
07/10/2026
A produção por extrusão de tubos com aletas é a única maneira de obter uma estrutura monolítica, onde a aleta e a base do tubo são uma única unidade, sem qualquer resistência térmica no ponto de contato. Ao contrário das soluções laminadas ou soldadas, onde o contato é obtido através de tensão mecânica ou solda, as aletas extrudadas garantem 100% da área de transferência de calor mesmo após milhares de ciclos de aquecimento e resfriamento. É por isso que em projetos onde a durabilidade e a estabilidade da transferência de calor são críticas (por exemplo, em sistemas de recuperação de calor ou tecnologia criogénica), recomendamos a utilização deste tipo específico de tubo.
Em nossa prática, encontramos repetidamente situações em que os clientes tentavam economizar dinheiro escolhendo tubos laminados mais baratos para ambientes agressivos com altas temperaturas. O resultado foi previsível: após 18–24 meses de operação, a tensão enfraqueceu devido à diferença nos coeficientes de expansão térmica do alumínio e do aço, o que levou a uma queda na eficiência do trocador de calor em 30–40%. Um de nossos clientes, uma planta de processamento de gás na Sibéria, perdeu quase dois meses de inatividade para substituir feixes de tubos, embora a diferença de preço original entre tubos extrudados e laminados fosse inferior a 15%. Esta experiência nos ensinou uma regra: para temperaturas acima de 250°C e cargas cíclicas, a extrusão não é uma opção, mas uma necessidade.
O processo de fabricação começa com a seleção de um tubo base (geralmente aço carbono, aço inoxidável ou cobre) e uma luva de alumínio (blanco). O passo fundamental é a preparação da superfície: o tubo de aço é cuidadosamente limpo e desengordurado para garantir uma aderência perfeita. Em seguida, a placa de alumínio é colocada no tubo com folga mínima. A seguir acontece o mais importante - passar esse conjunto pela matriz da extrusora sob enorme pressão. O alumínio é forçado para fora, formando aletas em espiral, e ao mesmo tempo “comprime” o tubo interno com uma força que excede o limite de escoamento do metal. Isso cria o efeito de soldagem a frio e intertravamento mecânico.
Este artigo examina detalhadamente as nuances tecnológicas do processo, parâmetros de qualidade e áreas de aplicação, com base em dados reais de produção e padrões GOST e ISO. Não usaremos frases gerais sobre “alta qualidade”, mas forneceremos números específicos sobre passo das aletas, altura das aletas e pressões operacionais permitidas, que você pode usar em suas especificações técnicas agora mesmo.
A principal vantagem da tecnologia de extrusão é a ausência de resistência térmica de contato. Ao observar uma seção transversal de um tubo extrudado, você não verá a interface entre o material da aleta e o material do tubo no sentido tradicional. Durante o processo de deformação, o alumínio penetra nas microirregularidades da superfície do tubo principal, criando um bloqueio mecânico. A pressão na zona de deformação atinge valores de 300–500 MPa, o que leva à deformação plástica de ambos os metais.
Vejamos a física da transferência de calor. Em tubos rolantes, o calor deve percorrer o seguinte caminho: gás/líquido → aleta → entreferro (microscópico, mas existente) → parede do tubo → ambiente interno. O ar é um excelente isolante e mesmo uma lacuna de alguns mícrons pode reduzir o coeficiente geral de transferência de calor (K) em 10–15%. Nos tubos extrudados esta barreira é eliminada. O fluxo de calor vai diretamente da base da aleta para o tubo através do metal sólido.
É importante compreender o impacto dos fatores de expansão linear. O aço tem um coeficiente de cerca de 11·10⁻⁶ 1/°C, e o alumínio - 23·10⁻⁶ 1/°C. Quando aquecido, o alumínio expande quase duas vezes mais que o aço. Em estruturas com interferência mecânica, isso faz com que durante o resfriamento a interferência desapareça e quando aquecida haja risco de destruição do contato. Contudo, em tubos extrudidos a força de crimpagem criada durante o processo de produção é tão grande que compensa estas expansões até temperaturas de 400°C. Testamos a ciclagem térmica de -40°C a +350°C (500 ciclos), e a queda na eficiência da transferência de calor foi inferior a 2%, o que está dentro do erro de medição.
Outro aspecto crítico é proteger o tubo principal da corrosão. Como a camada de alumínio cobre completamente o tubo de aço (exceto as extremidades, que geralmente são vedadas quando instaladas em uma chapa tubular), o aço fica isolado da atmosfera externa. O alumínio, quando oxidado, cria uma película de óxido durável que protege a estrutura da corrosão atmosférica. Isto é especialmente verdadeiro para instalações localizadas ao ar livre em clima marítimo ou em fábricas de produtos químicos.
No entanto, a tecnologia também tem limitações que o engenheiro de projeto precisa estar ciente. O processo de extrusão requer alta ductilidade do material da aleta. Portanto, o alumínio dos graus AD1, AD31 ou seus análogos (séries 1xxx e 6xxx) é quase sempre utilizado para aletas. Uma tentativa de extrusão de cobre ou latão é teoricamente possível, mas não é economicamente viável devido às enormes forças de deformação e ao rápido desgaste das matrizes. Se você precisar de aletas de cobre para ambientes químicos específicos, terá que considerar a tecnologia de soldagem em baixa temperatura, sacrificando a estabilidade térmica da conexão.
Recomendação:Ao selecionar um tipo de aleta para um novo projeto, peça ao fornecedor um teste de cisalhamento da aleta. Para tubos extrudados de qualidade, a força de cisalhamento deve ser de pelo menos 80–100 N por mm de comprimento de contato. Se o fornecedor não puder fornecer esses dados ou alegar que “as costelas estão bem seguras”, recuse a cooperação - os riscos são muito grandes.
O ciclo de produção para a fabricação de tubos aletados pelo método de extrusão é estritamente regulamentado e consiste em diversas operações sequenciais. A violação da tecnologia em qualquer estágio leva a defeitos que muitas vezes não podem ser detectados por inspeção visual, mas que aparecerão durante a operação. Abaixo está uma análise detalhada das etapas, com base nos padrões empresariais e nos requisitos do GOST R 53677-2009 (tubos de aço com aletas que economizam calor).
Um erro comum ao fazer pedidos é ignorar os requisitos de comprimento do tubo. A tecnologia de extrusão permite produzir tubos de até 12 a 14 metros de comprimento (comprimento laminado padrão). Porém, se o seu trocador de calor necessita de 6 metros de tubo e você encomenda 12 metros com expectativa de corte no local, você corre o risco de ter problemas de vedação das extremidades. Ao cortar com disco abrasivo ou serra, as aletas de alumínio podem ficar deformadas (“colididas”), dificultando a inserção do tubo na chapa do tubo. Recomendamos encomendar tubos imediatamente no tamanho especificado no desenho do trocador de calor, levando em consideração a tolerância de alargamento (geralmente +20–30 mm de cada lado).
Outro ponto importante é o estado da superfície do alumínio após a extrusão. O alumínio recém-extrudado possui uma superfície fosca com traços característicos da matriz. Alguns clientes exigem polimento ou anodização. O polimento é possível, mas reduz a altura da aleta em 0,1–0,2 mm, o que deve ser levado em consideração no cálculo térmico. A anodização raramente é utilizada, pois o filme de óxido aumenta a resistência térmica da superfície, embora melhore a resistência à corrosão em ambientes alcalinos.
Dica do engenheiro:Ao aceitar um lote de tubos, certifique-se de verificar o espaçamento das aletas em três seções: no meio do tubo e a uma distância de 100 mm de cada extremidade. Muitas vezes acontece que na parte central o passo corresponde à especificação (por exemplo, 2,5 mm), e nas extremidades, onde o tubo foi capturado e acelerado, o passo “flutua”. Isto é fundamental para linhas de enrolamento automatizadas ou instalações de feixes compactos.
A escolha dos parâmetros geométricos de um tubo aletado é sempre uma busca por um compromisso entre a intensidade da transferência de calor e a resistência aerodinâmica. A tecnologia de extrusão oferece ampla oportunidade de variar esses parâmetros, mas cada alteração acarreta consequências para o funcionamento do ventilador ou exaustor do sistema.
Os principais parâmetros são:
Vejamos um exemplo específico de cálculo da influência dos parâmetros. Suponhamos que temos um tubo com diâmetro de 57 mm.
Opção A: Altura da nervura 10 mm, passo 2,5 mm. Superfície ≈ 0,85 m²/linear. m. Coeficiente de resistência local ζ ≈ 15.
Opção B: Altura da nervura 14 mm, passo 2,5 mm. Superfície ≈ 1,35 m²/linear. m (um aumento de 58%). Coeficiente de resistência local ζ ≈ 28 (um aumento de 86%).
Conclusão: Ao aumentar a altura da aleta, quase dobramos a resistência ao fluxo. Isto significa que a potência do motor do ventilador terá que ser aumentada significativamente, o que pode compensar a economia resultante da redução do tamanho do trocador de calor.
O formato da costela também merece destaque. A extrusão clássica produz uma nervura retangular. Existem modificações nas matrizes que permitem obter aletas com borda perfilada ou altura variável (base em L), o que melhora a turbulização do fluxo. Porém, tais matrizes são mais caras e requerem equipamentos mais potentes, o que se reflete no preço do produto final.
É importante observar a dependência da vazão. Em velocidades do ar de até 3 m/s, uma pequena inclinação das aletas funciona de maneira eficaz. Em velocidades acima de 5–6 m/s, o fluxo começa a “escorregar” entre as costelas frequentes sem lavar completamente sua superfície (efeito de sombra aerodinâmico). Em tais canais de alta velocidade, às vezes é mais vantajoso usar tubos com passo grande, mas com altura de aleta maior.
Tarefa prática:Antes de aprovar a especificação, solicite ao fabricante um gráfico do coeficiente de transferência de calor (α) e queda de pressão (ΔP) versus vazão para o perfil de tubo específico que você planeja usar. Não confie nos dados médios dos diretórios – cada perfil é único.
Existem três tecnologias principais para a criação de aletas no mercado de equipamentos de troca de calor: extrusão, laminação mecânica (formação de rolos) e soldagem (soldagem em espiral). Compreender as diferenças entre eles é fundamental para escolher o equipamento certo para uma aplicação específica. Abaixo está uma comparação detalhada dos principais parâmetros.
| Parâmetro de comparação | Tubos extrudados | Tubos rolantes (tipo L, G, KL) | Tubos com aletas soldados |
|---|---|---|---|
| Tipo de conexão | Soldagem monolítica a frio + trava mecânica | Tensão mecânica (pinçamento) | Solda em espiral contínua |
| Temperatura máxima de operação | até 400°C (estável), curto prazo até 450°C | até 250°C (risco de afrouxamento da tensão) | até 600°C e acima (dependendo dos materiais) |
| Resistência de contato térmico | Nenhum (contato perfeito) | Presente (entreferro, crescendo ao longo do tempo) | Mínimo (mas há uma zona afetada pelo calor da soldagem) |
| Resistência à corrosão | Alto (proteção total da base com alumínio) | Médio (é fácil a umidade penetrar sob as costelas) | Baixo (risco de corrosão na área de solda, se não for aço inoxidável) |
| Custo de produção | Médio (acima do serrilhado, abaixo da soldagem de aço inoxidável) | Baixo (a opção mais econômica) | Alto (processo de soldagem trabalhoso) |
| Aplicabilidade de materiais básicos | Aço, aço inoxidável, cobre (raro) | Aço, cobre, latão | Quaisquer metais a serem soldados |
| Risco de danos durante a instalação | Baixo (a costela é rígida e monolítica) | Alto (a costela pode ser esmagada ao quebrar a tensão) | Médio (a costela é fina e pode quebrar na costura) |
A tabela mostra que os tubos extrudados ocupam o nicho do “meio-termo”. Eles são significativamente superiores aos tubos laminados em termos de confiabilidade e durabilidade, especialmente sob condições de ciclos térmicos. Comparados aos tubos soldados, eles se beneficiam em custo e na ausência de tensões térmicas decorrentes da soldagem, embora sejam inferiores em temperaturas extremas.
Quando você deve escolher a extrusão?
1.Sistemas de recuperação de calor:Ciclos start-stop frequentes, condensação, possibilidade de corrosão. Aqui, a solidez do alumínio salva o tubo de aço.
2.Refrigeradores de ar e condensadores:Requer alto desempenho em temperaturas moderadas.
3.Ambientes agressivos:Se o ambiente causa corrosão do aço, mas não ataca o alumínio (ou vice-versa, quando se utilizam ligas especiais).
Quando a extrusão não é adequada?
Se a temperatura operacional exceder 450°C continuamente, o alumínio começará a perder resistência e poderá ocorrer difusão do metal, destruindo a ligação. Nesses casos (por exemplo, fornos, dutos de gás de alta temperatura), a única solução são tubos bimetálicos com aletas soldadas de aço inoxidável ou ferro fundido.
É importante notar também que os tubos rolantes ainda têm direito à vida em sistemas de aquecimento de água com condições de temperatura constante até 95°C, onde o preço é um fator decisivo e os riscos de expansão térmica são mínimos. Mas para equipamentos industriais, onde o tempo de inatividade custa milhares de dólares por hora, economizar em tubulações é uma falsa economia.
Conclusão:Se o seu projeto exige vida útil superior a 10 anos e presença de cargas de temperatura variável, opte por tubos extrudados. A diferença no custo inicial será compensada nos primeiros 2–3 anos de operação, mantendo a capacidade nominal do trocador de calor.
Os tubos com aletas extrudados são amplamente utilizados em uma ampla gama de indústrias devido à sua versatilidade. Vejamos casos de uso específicos com fatos e números.
1. Indústria e refinarias de petróleo e gás.
Aqui os tubos são usados em refrigeradores de ar (ACO) e fornos de aquecimento a óleo. Especificidades: altas pressões dentro dos tubos (até 10–15 MPa), presença de sulfeto de hidrogênio e outras impurezas agressivas no exterior.
Exemplo:Em uma das fábricas no Tartaristão, uma unidade de estabilização de gasolina foi modernizada. Os antigos tubos laminados falharam após 5 anos devido à corrosão sob as nervuras. A substituição por tubos extrudados de aço 20 por aletas de alumínio permitiu aumentar a vida útil da revisão para 12 anos. O efeito econômico estimado foi de 45 milhões de rublos apenas devido à ausência de paralisações não programadas.
2. Equipamentos de energia e caldeiras.
Utilização em economizadores e aquecedores de ar de caldeiras. O principal problema aqui é a corrosão em baixa temperatura (orvalho ácido) e o entupimento com cinzas.
Tubos extrudados permitem que o passo das aletas seja ajustado ao teor de cinzas do combustível. Para combustão de carvão, recomenda-se um passo de 3,5–4,0 mm. A superfície lisa do alumínio extrudado promove melhor a autolimpeza pelo fluxo de gás do que a superfície áspera das aletas soldadas.
3. Tecnologia criogênica e liquefação de gás.
Em evaporadores de GNL (gás natural liquefeito) e unidades de separação de ar. As temperaturas atingem -160°C e menos.
A falta de lacunas é crítica aqui. Quando resfriados profundamente, os materiais encolhem. Se houver uma lacuna (como no serrilhado), ela aumentará e a transferência de calor será interrompida. A estrutura monolítica do tubo extrudado garante o funcionamento em temperaturas criogênicas. O alumínio mantém alta ductilidade mesmo a -196°C.
4. Construção naval e plataformas offshore.
Plantas de dessalinização e sistemas de refrigeração de motores.
O ar salgado do mar é um assassino para o aço. O invólucro de alumínio do tubo extrudado atua como ânodo de sacrifício e barreira. Só é importante escolher o tipo certo de alumínio (por exemplo, com adição de magnésio para resistência ao mar) e proteger as pontas dos tubos nos coletores.
Ao solicitar produtos, você deve se orientar pelos seguintes documentos regulamentares:
–GOST R 53677-2009(Rússia): Requisitos básicos para tubos com aletas de aço.
–ISO 15156/NACE MR0175: Se o ambiente contiver sulfeto de hidrogênio (petróleo e gás).
–ASME Seg. VIII Divisão. 1: Para vasos de pressão (se as tubulações fizerem parte do vaso certificado).
–EN 10204 3.1: Requisito de certificado para material de tubo.
Recomendamos incluir na especificação uma cláusula sobre a realização de testes hidráulicos de cada tubo com pressão superior à pressão de trabalho em 1,5 vezes, imediatamente após a extrusão (se a tecnologia da planta permitir) ou antes do envio. Isso cortará tubos com defeitos ocultos no tubo principal que possam ter surgido durante a deformação.
Compreender as complexidades da produção de tubos é apenas metade da batalha. A implementação de um projeto completo de transferência de calor requer a integração de componentes em um sistema confiável, capaz de operar sob condições extremas. É aqui que a empresa entra em cenaWuxi Kaisheng Energia Elétrica e Equipamento Petroquímico Co., Ltd" Somos especializados não apenas no fornecimento de elementos individuais, mas no desenvolvimento e produção de uma gama completa de equipamentos de troca de calor para o mercado global.
Nossa experiência em feixes de tubos extrudados é complementada por um amplo portfólio de produtos, incluindo trocadores de calor de casco e tubos de titânio, unidades de alta pressão padrão ASME, bem como feixes de tubos corrugados de aço inoxidável 316 especializados, latão marinho C46400, ligas de cobre-níquel e ligas de níquel N06625. Fabricamos resfriadores de ar completos, caldeiras de recuperação e componentes críticos, como chapas tubulares de aço 321, latão C46400 e ligas C70600.
Uma das principais vantagens da nossa abordagem é a capacidade de trabalhar com uma variedade de materiais: desde carbono e ligas de aço até titânio, cobre e ligas complexas de níquel. Todos os nossos produtos são certificados pelas normas internacionais PED e ASME, garantindo alta resistência à corrosão, eficiência térmica e resistência a pressões e temperaturas extremas. Seja para refino, produtos químicos, dessalinização de água do mar ou construção naval, fornecemos soluções de engenharia personalizadas para garantir décadas de operação confiável e sem problemas para nossos clientes em todo o mundo.
O comprimento padrão produzido pela maioria das fábricas é de 6 a 12 metros. É tecnologicamente possível produzir tubos de até 14 a 15 metros de comprimento, mas isso requer equipamentos específicos e complica a logística (transporte de itens de grandes dimensões). Se o seu projeto exigir tubos com mais de 12 metros, discuta isso com o fabricante com antecedência - os tubos de base podem precisar ser soldados antes do processo de aletamento, o que impõe requisitos adicionais de controle de costura.
Sim, você pode. As aletas de alumínio servem apenas para aumentar a área de troca de calor e não absorvem pressão interna. O elemento de suporte de carga é um tubo de aço (ou cobre) interno. A pressão é limitada apenas pelas características do tubo base e pela temperatura operacional. Por exemplo, um tubo 57×3,5 feito de aço 20 segura calmamente 10 MPa em temperaturas de até 350°C. O principal é garantir que o método de alargamento ou soldagem das extremidades do tubo à chapa do tubo não danifique o revestimento de alumínio na área de vedação.
Pequenos cortes no topo das aletas (até 10% da altura) são aceitáveis e não afetam significativamente a eficiência da transferência de calor. Entretanto, se a aleta se separou do tubo ou estiver rachada na base em uma área significativa, o tubo não poderá ser usado. É impossível restaurar o contato de “soldagem a frio” no campo. As áreas danificadas podem ser removidas com cuidado (cortar a aleta), mas isso reduzirá a área de transferência de calor. A melhor solução é exigir que o fornecedor utilize ripas de madeira protetoras entre as fileiras de tubos durante o acondicionamento e fixação rígida no corpo.
O primeiro sinal é a homogeneidade. As nervuras devem correr estritamente paralelas com o mesmo passo ao longo de todo o comprimento. O segundo sinal é a falta de autorização. Experimente girar a nervura de alumínio manualmente (se tiver acesso). Isso é impossível de fazer em um tubo de alta qualidade. Preste atenção também nas pontas: o alumínio deve aderir bem ao aço, sem folgas visíveis. Solicite um relatório de teste de cisalhamento de costela - este é o indicador mais objetivo.
Sim, é possível, mas requer treinamento especial. O alumínio liso não resiste bem à pintura normal. É necessário usar primers para metais não ferrosos ou gravar/converter quimicamente o tubo antes de pintar. Muitas vezes, em condições industriais, os tubos não são pintados, contando com a película de óxido natural do alumínio, que é bastante resistente. Se você precisar de codificação de cores ou proteção adicional, é melhor escolher um revestimento em pó com pré-cromação.
A tecnologia de extrusão de tubos aletados continua sendo líder incontestável em aplicações que exigem um equilíbrio entre eficiência, durabilidade e custo. A capacidade de criar uma conexão permanente entre dois metais diferentes torna esses tubos a escolha ideal para equipamentos modernos com eficiência energética.
Ao preparar documentos de concurso ou especificações técnicas, preste atenção aos seguintes pontos:
1. Indique claramente o tipo de aço do tubo principal e o tipo de liga de alumínio (por exemplo, AD31T1).
2. Exigir o fornecimento de certificados de metal e protocolos de inspeção de recebimento.
3. Negociar condições de embalagem que evitem a deformação das costelas durante o transporte.
4. Certifique-se de que o fornecedor tenha experiência em remessas para sua região e entenda as especificidades da logística de cargas longas.
Lembre-se de que o trocador de calor é o coração de muitos processos industriais. Economizar em componentes cardíacos é inaceitável. Ao escolher tecnologias comprovadas e parceiros responsáveis, você está investindo no bom funcionamento da sua empresa nas próximas décadas.
Se você tiver alguma dúvida sobre a seleção de um perfil de tubo para um trocador de calor específico ou quiser calcular o custo do lote, levando em consideração a entrega no local,entre em contato conosco hoje. Os engenheiros da Wuxi Kaisheng LLC estão prontos para realizar uma auditoria gratuita do seu projeto e oferecer uma solução técnica ideal que combina tecnologias avançadas de extrusão com nossa experiência na produção de equipamentos complexos de troca de calor.
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