En la producción industrial moderna, la tecnología de intercambio de calor eficiente es crucial para optimizar la utilización de energía y mejorar el rendimiento de los equipos. Los tubos aleteados, como elementos de transferencia de calor ampliamente utilizados, mejoran significativamente la eficiencia del intercambio de calor al aumentar el área de superficie externa mediante la adición de aletas en la superficie del tubo de intercambio de calor. Sin embargo, el proceso de soldadura empleado para los tubos aleteados tiene un impacto no despreciable en su rendimiento final de transferencia de calor.

El principio fundamental de los tubos aleteados es mejorar la transferencia de calor entre los fluidos dentro y fuera del tubo utilizando el aumento del área de superficie proporcionada por las aletas. Cuando un fluido caliente fluye dentro del tubo o un fluido frío pasa sobre la superficie externa, el calor se transfiere a través de la pared del tubo a las aletas, que luego lo disipan en el entorno circundante. En las calderas de las centrales eléctricas, los tubos aleteados pueden recuperar el calor de los gases de combustión a alta temperatura para precalentar el aire o el agua, mejorando así la eficiencia de la combustión. En la industria química, se utilizan para el intercambio y la transferencia de calor en diversos procesos de reacción química. En los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, facilitan el intercambio de calor entre el refrigerante y el aire o el agua para regular la temperatura.

La soldadura de alta frecuencia se basa en el efecto piel y el efecto proximidad de la corriente eléctrica de alta frecuencia. Durante la soldadura, la corriente de alta frecuencia calienta rápidamente la tira de acero y la superficie exterior del tubo base hasta un estado plástico o fundido, completando la soldadura bajo la presión de la tira de acero enrollada. Este método produce soldaduras de alta calidad, con una relación de unión de la soldadura de la aleta que potencialmente alcanza el 95%. Debido a que el calor se concentra en la superficie durante la soldadura, la zona afectada por el calor es pequeña, lo que minimiza el impacto en las propiedades del material base. La soldadura HF es rápida, ofrece una alta eficiencia de producción y bajo consumo de energía, y es adecuada para la producción en masa de tubos aleteados utilizando materiales similares como tubo de acero con aletas de acero o tubo de cobre con aletas de cobre. Se utiliza ampliamente en radiadores industriales, calderas y otros campos.

La soldadura láser utiliza un haz láser de alta densidad de energía para unir las aletas al tubo base. La soldadura láser produce soldaduras de muy alta calidad con una resistencia térmica mínima en la junta, lo que permite que el calor se transfiera suavemente desde el tubo base a las aletas. Al controlar con precisión los parámetros del láser, permite el diseño y la fabricación precisos de la forma y disposición de las aletas, optimizando el flujo de fluido fuera del tubo y mejorando el coeficiente de transferencia de calor por convección. Los tubos aleteados soldados con láser sobresalen en el aumento del área de transferencia de calor y pueden mejorar la eficiencia de la transferencia de calor en un 10%-20% en comparación con los métodos de soldadura tradicionales. Su buena resistencia a la corrosión y su rendimiento a altas temperaturas los hacen adecuados para condiciones de funcionamiento complejas, como las de las calderas de las centrales eléctricas y la industria química.

La soldadura con protección de gas utiliza gases como argón o dióxido de carbono como medio protector para proteger el área de soldadura del aire atmosférico, evitando la oxidación y nitruración del metal de soldadura. Entre estos métodos, la soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG) ofrece una alta calidad de soldadura, una apariencia de soldadura estéticamente agradable y una pequeña zona afectada por el calor, lo que la hace adecuada para soldar materiales como acero inoxidable, aluminio y aleaciones de aluminio. Sin embargo, su velocidad de soldadura es relativamente lenta y los costos son más altos. La soldadura con gas inerte metálico (MIG) y la soldadura con gas activo metálico (MAG) ofrecen velocidades de soldadura más rápidas, alta eficiencia de producción y altas tasas de deposición, y se pueden utilizar para soldar diversos materiales metálicos. Sin embargo, requieren una mayor habilidad del operador y pueden ocurrir defectos como la porosidad si la protección con gas es ineficaz. La soldadura con protección de gas se utiliza ampliamente en aplicaciones que exigen alta calidad y producción en grandes lotes, como radiadores de automóviles e intercambiadores de calor de aire acondicionado.

La soldadura fuerte utiliza un metal de aportación con un punto de fusión inferior al de los materiales base. El conjunto y el metal de aportación se calientan a una temperatura superior al punto de fusión del metal de aportación pero inferior al punto de fusión de los materiales base, lo que permite que el metal de aportación líquido moje los materiales base, llene el espacio de la junta y se difunda para formar una conexión. La soldadura blanda utiliza metales de aportación con puntos de fusión inferiores a 450°C, implica bajas temperaturas de soldadura y tiene un impacto mínimo en las propiedades del material base, pero resulta en una menor resistencia de la junta. Es adecuada para aplicaciones con cargas bajas y temperaturas de funcionamiento moderadas. La soldadura fuerte dura (o soldadura fuerte con plata/soldadura fuerte) utiliza metales de aportación con puntos de fusión superiores a 450°C, produciendo juntas de mayor resistencia adecuadas para la soldadura de tubos aleteados sometidos a cargas y temperaturas más altas. La soldadura fuerte se utiliza comúnmente para tubos aleteados de aluminio y cobre y se aplica ampliamente en industrias como la refrigeración y el aire acondicionado.

El proceso de soldadura determina directamente la calidad de la conexión entre la aleta y el tubo base, influyendo así en la resistencia térmica de contacto. Métodos como la soldadura HF y la soldadura láser crean conexiones ajustadas con baja resistencia térmica de contacto, lo que permite que el calor se transfiera eficientemente desde el tubo base a la aleta, estableciendo una base sólida para el proceso de disipación de calor posterior. Por el contrario, la calidad de la soldadura por arco manual puede variar significativamente según el nivel de habilidad del soldador, lo que podría conducir a una mayor resistencia térmica de contacto e impedir la transferencia de calor.

Las soldaduras de alta calidad garantizan la integridad de la conexión entre la aleta y el tubo base, evitando huecos o defectos que podrían causar fugas de calor u obstrucción durante la transferencia. Por ejemplo, las soldaduras HF suelen estar prácticamente libres de huecos, lo que reduce significativamente los riesgos de fugas, garantizando un funcionamiento seguro y estable del equipo durante el intercambio de calor y contribuyendo a una mayor eficiencia de la transferencia de calor. Por el contrario, si la soldadura con protección de gas sufre una protección de gas inadecuada que conduce a defectos como la porosidad, la continuidad y la resistencia de la soldadura pueden verse comprometidas, lo que posteriormente reduce la eficiencia de la transferencia de calor.

El proceso de soldadura impacta significativamente en la integridad estructural de las aletas. La soldadura láser permite un control preciso sobre el proceso, preservando la forma y disposición previstas de las aletas, optimizando el flujo de fluido y mejorando el coeficiente de transferencia de calor por convección. Durante la soldadura fuerte, si la temperatura y el tiempo de espera no se controlan adecuadamente, pueden ocurrir problemas como la erosión del metal de aportación o el sobrecalentamiento del material base, lo que afecta la integridad estructural de las aletas y reduce la eficiencia de la transferencia de calor.

Los diferentes procesos de soldadura de tubos aleteados impactan significativamente en la eficiencia de la transferencia de calor a través de factores como la calidad de la soldadura, la resistencia térmica de contacto y la integridad estructural de la aleta. La soldadura de alta frecuencia demuestra un fuerte rendimiento de transferencia de calor en aplicaciones industriales debido a su alta relación de unión de soldadura, baja resistencia térmica de contacto y alta velocidad de producción. La soldadura láser sobresale en condiciones de funcionamiento complejas y aplicaciones que exigen una eficiencia de transferencia de calor extremadamente alta, aprovechando sus ventajas de alta precisión, baja resistencia térmica y flujo de fluido optimizado. La soldadura con protección de gas y la soldadura fuerte desempeñan papeles importantes en sus respectivos materiales y escenarios de aplicación adecuados. En aplicaciones prácticas, el proceso de soldadura adecuado debe seleccionarse de forma integral en función de factores como el entorno operativo del tubo aleteado, los requisitos de material y las consideraciones de costos. Esto garantiza que el tubo aleteado logre una eficiencia de transferencia de calor óptima, proporcionando un soporte robusto para el funcionamiento eficiente de los procesos industriales.