เนื้อหาวันที่ : 2007-03-26 10:28:32 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 5574 views

ลักษณะทางกายภาพของท่อที่มีผลต่อการถ่ายโอนความร้อนในงานอุตสาหกรรม

ในการผลิตอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในปัจจุบันนั้น บริษัทผู้ผลิตได้หันมาให้ความสนใจในการเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อสามารถแข่งขันและมีส่วนแบ่งการตลาด ตลอดจนทำกำไรให้ได้สูงสุด ในการผลิตอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนั้นท่อที่ใช้มีอย่างผลมากในกระบวนการถ่ายโอนความร้อน

ในการผลิตอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในปัจจุบันนั้น  บริษัทผู้ผลิตได้หันมาให้ความสนใจในการเพิ่มประสิทธิภาพการแลกเปลี่ยนความร้อนของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน เพื่อสามารถแข่งขันและมีส่วนแบ่งการตลาด ตลอดจนทำกำไรให้ได้สูงสุด ในการผลิตอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนั้นท่อที่ใช้มีอย่างผลมากในกระบวนการถ่ายโอนความร้อน จะเห็นได้จากผลของการศึกษาค้นคว้าด้านการถ่ายโอนความร้อนของนักวิจัยทั้งในและนอกประเทศ โดยเฉพาะในต่างประเทศได้มีการศึกษาค้นคว้ากันอย่างจริงจังทำให้เกิดบริษัทผู้ผลิตท่อที่ใช้ในงานด้านความร้อนมากมาย

.

ส่วนใหญ่ในท้องตลาดเรามักจะเห็นท่อที่มีลักษณะผิวเรียบๆ ตรงๆ แม้กระทั่งท่อทองแดงที่วางขายก็มีลักษณะเป็นท่อผิวเรียบ จึงไม่คุ้นเคยกับท่อที่มีลักษณะเป็นร่องหรือมีครีบ แต่สำหรับผู้ที่ปฏิบัติงานเกี่ยวกับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน บริษัทผู้ผลิตหรือตัวแทนจำหน่ายอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ท่อที่มีลักษณะผิวไม่เรียบ เป็นร่องหรือมีครีบก็ไม่ใช่เรื่องแปลกใหม่ แต่สำหรับช่างเทคนิค วิศวกร ตลอดจนผู้สนใจทั่วไปนั้น การทำความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับลักษณะทางกายภาพของท่อที่ใช้ในงานอุตสาหกรรมมีความสำคัญมาก เนื่องจากจะได้นำไปเป็นข้อมูลเบื้องต้นในการศึกษาหรือการทำงานต่อไปในอนาคต  ดังนั้นบทความนี้จึงจะได้กล่าวถึงลักษณะของท่อชนิดต่างๆ ที่พบบ่อย  ในการใช้งานกับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในงานอุตสาหกรรม  เรามาติดตามกันว่าท่อลักษณะผิวที่ต่างไปจากท่อที่มีผิวเรียบที่เราคุ้นเคยนั้นมีลักษณะอย่างไรบ้าง

.

การถ่ายโอนความร้อนในท่อที่ใช้ในงานอุตสาหกรรม

ส่วนใหญ่ท่อที่ใช้ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่ต้องการประสิทธิภาพสูง  บริษัทผู้ผลิตนิยมใช้ท่อที่มีการเพิ่มพื้นที่ผิว การเพิ่มพื้นที่ผิวของครีบนี้  มักนำมาใช้เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวประสิทธิผลสำหรับการถ่ายเทความร้อนด้วยการพาความร้อน  ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในเครื่องยนต์หรือเครื่องระบายความร้อนในโรงงานอุตสาหกรรม  ครีบจัดเป็นอุปกรณ์ที่มีบทบาทสำคัญมากอย่างหนึ่งในงานที่มีการแลกเปลี่ยนความร้อน  เพราะว่าครีบจะทำหน้าที่ในการเพิ่มพื้นที่ในการระบายความร้อนให้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน  ทำให้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนสามารถระบายความร้อนได้มากขึ้น    ทำให้มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นมากด้วยแต่ในการติดตั้งครีบในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเป็นเรื่องที่ค่อนข้างยุ่งยากพอสมควร  เพราะว่าจำนวนครีบที่ใช้นั้นจำนวนมากและครีบมีขนาดเล็ก จากปัญหาดังกล่าวจึงมีความเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะใช้ท่อที่มีการเพิ่มพื้นที่ผิวในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับความเหมาะสมของการใช้งานของอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนว่าเป็นงานชนิดใดและจะใช้ท่อลักษณะใด

.

จากการศึกษาเกี่ยวกับการถ่ายโอนความร้อนตลอดจนการเพิ่มความสามารถในการถ่ายโอนความร้อน  พบว่า สำหรับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนทีมีการแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไหลสวนทางกันของของไหลหรือสารทำงานนั้น  พื้นที่ผิวในการถ่ายโอนความร้อนในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนั้นไม่ว่าจะเป็นเป็น แบบแผ่นเรียบ(Plain heat transfer surface) หรือ แบบไม่เรียบ(Augmented heat transfer surface) ก็ตาม การถ่ายโอนความร้อนระหว่างสารทำงานกับผนังสามารถคำนวณ  ได้จากสมการดังนี้

.

จากสมการที่ (1) และ (2) จะเห็นได้ว่าอัตราการถ่ายเทความร้อน

จะขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อนระหว่างพื้นที่ผิวและสารทำงาน  แสดงให้เห็นว่าตัวแปรที่สำคัญอย่างหนึ่งในการถ่ายโอนความร้อน ก็คือ พื้นที่ผิวสัมผัสระหว่างสารทำงานหรือของไหลกับผนัง

ทำให้เกิดแนวคิดในการเพิ่มความสามารถในการถ่ายโอนความร้อน เช่น

ในกรณีการเพิ่มพื้นที่ผิวนี้นั้นจะมีผิวส่วนที่มีลักษณะเรียบกับส่วนที่ไม่เรียบหรือพื้นที่ของครีบนั้นเอง  สัดส่วนระหว่างของ Plain surface กับ Augmented surface เรียกว่า อัตราส่วนการเพิ่มสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนความร้อน  สามารถคำนวณได้ดังนี้

.

เมื่อพิจารณาการถ่ายโอนความร้อน  ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่สารทำงานไหลคนละช่องการไหล  อัตราการถ่ายโอนความร้อนรวม ระหว่างสารทำงานสามารถคำนวณได้ดังนี้

.

จากการศึกษาเกี่ยวกับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน  พบว่าการเพิ่มขีดความสามารถในการถ่ายโอนความร้อนให้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนั้นทำได้โดยการทำให้ ค่า สูงขึ้น นั้นก็ต้องคือต้องทำให้เกิดพื้นที่ในการถ่ายโอนความร้อนให้มากขึ้นนั้นเอง

.

เรามาดูกันต่อว่าท่อที่ใช้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนในงานอุตสาหกรรมนั้นมีพื้นที่ผิวและลักษณะรูปร่างอย่างไร

.

ชนิดและลักษณะของท่อที่มีผลต่อการถ่ายโอนความร้อน

1.ท่อแบบมีครีบด้านใน(Inner Groove Tube) ท่อชนิดนี้จะผิวด้านนอกเรียบเหมือนกับท่อทองแดงที่ใช้ในงานปรับอากาศทั่วไป  แต่จะแตกต่างตรงที่ด้านในของท่อจะมีครีบเล็กๆ เรียงชิดๆ กัน กล่าวคือมีส่วนที่ยื่นออกมาจากผิวด้านในของท่อ สามารถเห็นด้วยตาเปล่าได้ ดังแสดงในรูปที่ 1 และ 2

.

.

.

รูปที่ 1 แสดงลักษณะท่อทีมีครีบด้านใน

.

.

รูปที่ 2  รูปหน้าตัดของท่อแบบมีครีบด้านใน

.

2.ท่อที่ผิวร่องเกลียวหรือท่อที่ผิวเป็นลักษณะเป็นลูกฟูก (Corrugate Tube) ท่อชนิดนี้มีลักษณะที่ผิวด้านนอกเหมือนกับเกลียว ส่วนผิวด้านในมีส่วนที่ยื่นออกมาคล้ายกับท่อชนิดที่มีครีบภายใน(Inner groove Tube) แต่จะไม่ถี่เหมือนกับท่ออย่างแรก ทั้งนี้เนื่องจากนิยมนำไปใช้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังรูปที่ 3

.

.

รูปที่ 3 แสดงลักษณะและรูปหน้าตัดท่อที่มีร่องเกลียว

.

3.ท่อที่มีผิวเป็นเกลียว (Spiral Tube) ท่อชนิดนี้นั้นมีลักษณะผิวเป็นเกลียวอย่างชัดเจนทั้งภายในและภายนอกท่อ ลักษณะของเกลียวเหมือนกับสกรู ดังรูปที่ 4

.

รูปที่ 4  แสดงลักษณะและรูปหน้าตัดของท่อที่มีผิวเป็นเกลียว

.

4.ท่อที่ผิวเป็นร่องนูนตรงตลอดทั้งเส้น (Floral Tube)  ท่อชนิดนี้มีลักษณะของผิวที่แตกต่างไปจากท่อที่ร่องแบบอื่นๆ เนื่องจากว่าแทนที่จะมีร่องที่เอียงทำมุมกับเส้นผ่านศูนย์กลาง แต่กลับทำให้เกิดร่องนูนที่ผิวและเป็นร่องยาวไปตลอดแนวความยาวของท่อดังรูปที่ 5

.

.

รูปที่ 5 แสดงลักษณะและรูปหน้าตัดของท่อแบบมีผิวเป็นร่องตรง

.

5.ท่อที่มีผิวด้านในเป็นร่องเกลียวและมีผิวด้านนอกเป็นครีบสำหรับเครื่องควบแน่น (Turbo Fin for Evaporator) ท่อแบบที่ผิวด้านในเป็นร่องเกลียวและผิวด้านนอกนี้ส่วนมากใช้กับอุปกรณ์ควบแน่นในระบบทำความเย็น

.

.

รูปที่ 6 แสดงลักษณะและรูปหน้าตัดของท่อที่มีผิวด้านในเป็นร่องเกลียวและมีผิวด้านนอกเป็นครีบสำหรับอุปกรณ์ควบแน่น

.

6. ท่อที่มีผิวด้านในเป็นร่องเกลียวและมีผิวด้านนอกเป็นครีบสำหรับอุปกรณ์ระบายความร้อน (Turbo Fin for Condenser) เพียงท่อชนิดนี้ก็มีลักษณะเช่นเดียวกับท่อในรูปที่ 6 แตกต่างกันเพียงความถี่ของครีบด้านนอก ดังแสดงใน รูปที่ 7

.

รูปที่ 7 แสดงลักษณะและรูปหน้าตัดของท่อที่ผิวด้านในเป็นร่องเกลียวและผิวด้านนอกเป็นครีบสำหรับอุปกรณ์ระบายความร้อน

.

ท่อทั้ง6แบบที่กล่าวแล้วข้างต้นนั้นเป็นท่อที่มีการเพิ่มพื้นที่ในถ่ายโอนความร้อน การเพิ่มพื้นที่ผิวของท่อนี้  มักนำมาใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิผลสำหรับการถ่ายโอนความร้อน และเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพให้กับอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน

.

สรุป

การใช้ท่อทั้ง 6 แบบ ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนนั้น มีข้อดีคือ ทำให้การถ่ายโอนความร้อนเป็นไปอย่างรวดเร็ว เกิดการสูญเสียความร้อนน้อย ถึงแม้ว่าจะเกิดความดันตกคร่อมสูงกว่าท่อที่มีผิวเรียบก็ตาม แต่ก็มีความคุ้มค่าในการเลือกใช้งาน ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับว่าจะใช้กับงานประเภทใด

.

เอกสารอ้างอิง

1. Sadik K&Hongtan L. Heat Exchangers Selection Rating and Thermal Design.CRC Press; 1998.

2. James R.W & Charles E.W, Fundamentals of momentum/ Heat transfer andMass Transfer/3rd ed. New York.John Wiley & Sons, Inc.,

3. Wang L, Sun D, Liang P, Zhuang L&Tan Y. Heat Transfer Characteristics of Carbon Steel Spirally fluted tube for  high pressure Preheaters, Energy Convartion & Management 2000; 29: 993-1005  

4. Zimparov V. Extended Preformance evaluation Criteria for enhance heat transfer Surfaces: heat transfer through ducts with constant wall temperature, International Journal of Refrigeration 2003; 26:232-239
5. Yunying O, et al, Enhance heat transfer of drag reducing surfactant solution with fluted tube - in – tube  heat exchanger, International Journal of Heat And Mass Transfer2001; 44:1495-1505

6. http://www.daeryungco.com

7. http://www.furukawa.co.jp/copper/cat_e/fmgt_e.htm

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด