Pri navrhovaní výmenníkov tepla je výber správneho materiálu pre skúmavky rozhodujúci pre dosiahnutie účinnosti aj trvanlivosti. Medzi najbežnejšie používané materiály patria nehrdzavejúca oceľ, meď a hliník, z ktorých každý má vlastnú sadu výhod a nevýhod, pokiaľ ide o výkon prenosu tepla. Pochopenie toho, ako tieto materiály porovnávajú, môže poskytnúť kľúčové poznatky o navrhovaní výmenníkov tepla, ktoré maximalizujú prenos tepla a zároveň zabezpečujú dlhovekosť a minimalizujú náklady.
Trubice z nehrdzavejúcej ocele pre výmenníky tepla sú známe svojou výnimočnou silou, odolnosťou proti korózii a všestrannosti. Aj keď majú nižšiu tepelnú vodivosť v porovnaní s meďou alebo hliníkom, ponúkajú výhody, vďaka ktorým sú ideálne pre mnoho aplikácií výmenníka tepla. Nižšia tepelná vodivosť z nehrdzavejúcej ocele - približne 15 W/m · k - znamená, že neprenáša teplo tak efektívne ako meď, čo sa môže pochváliť vodivosťou asi 400 W/m · K alebo hliník, ktoré zvyčajne prichádza okolo 200 W/m · K. Rozdiel v účinnosti prenosu tepla však môže byť často kompenzovaný inými faktormi, ako je robustnosť materiálu a jeho schopnosť odolávať tvrdým prostredím. Nerezová oceľ je obzvlášť vhodná pre prostredia, v ktorých bude výmenník tepla vystavený agresívnym tekutom, vysokým tlakom alebo extrémnym teplotám, ktoré by mohli v priebehu času znižovať iné materiály.
Napríklad v odvetviach, ako je chemické spracovanie alebo morské aplikácie, kde je korózia zo solí alebo chemikálií neustálym záujmom, je vynikajúcou odolnosťou proti korózii z nehrdzavejúcej ocele z neho materiál podľa výberu. Na rozdiel od medi a hliníka, ktoré môžu pri vystavení určitým chemikáliám alebo morskej vode korodovať, ponúka pasivačná vrstva z nehrdzavejúcej ocele prirodzený odpor voči hrdze a predlžuje životnosť výmenníka tepla. Táto odolnosť znamená, že aj keď je účinnosť prenosu tepla o niečo nižšia, dlhovekosť a spoľahlivosť systému z neho robia v týchto prostrediach užitočnú voľbu.
Zatiaľ čo meď a hliník prekonávajú z nehrdzavejúcej ocele z hľadiska vodivosti tepla, nie sú bez obmedzení. Vynikajúce vlastnosti prenosu tepla meďnatého z neho robia zjavnú voľbu pre aplikácie, kde účinnosť výmeny tepla je absolútnou prioritou, napríklad v chladiacich systémoch alebo systémoch na regeneráciu tepla. Jej používanie však obmedzuje citlivosť meďnatého na koróziu, najmä v kyslých alebo vysokých prostrediach, obmedzuje. Na druhej strane je hliník ľahší a tiež ponúka dobrú vodivosť. Často sa používa v systémoch, v ktorých je hmotnosť kritickým faktorom, napríklad v automobilových alebo leteckých výmenníkoch tepla. Hliník je však náchylnejší na oxidáciu, čo môže viesť k zníženiu výkonnosti, ak sa nebude riadne ošetrovať.
Pri porovnaní týchto materiálov z hľadiska návrhu výmenníka tepla sa voľba často závisí od rovnováhy tepelnej vodivosti, mechanických vlastností a odolnosti proti životnému prostrediu. V návrhoch, ktoré uprednostňujú tepelnú účinnosť predovšetkým, sa môže meď alebo hliník javiť ako zjavné rozhodnutia. Schopnosť z nehrdzavejúcej ocele odolávať vysokým teplotám, agresívnym chemikáliám a fyzickým opotrebením znamená, že je často uprednostňovaná v priemyselných aplikáciách, kde sú náklady na trvanlivosť a údržbu kritickými obavami. Okrem toho môže byť mierne nižšia účinnosť prenosu tepla z nehrdzavejúcej ocele kompenzovaná optimalizáciou dizajnu výmenníka tepla - napríklad ako zvýšenie povrchovej plochy skúmaviek alebo využitie viacerých priechodov tekutiny - čo je za to, že výkon zostáva vysoký napriek nevýhodnej vodivosti materiálu.
Hrúbka trubice, povrchová úprava a konfigurácia tiež zohrávajú významnú úlohu pri účinnosti prenosu tepla. Napríklad rúrky z nehrdzavejúcej ocele s hladkým povrchom s hladkým povrchom môžu pomôcť zlepšiť rýchlosť prenosu tepla napriek nižšej tepelnej vodivosti materiálu. Konfigurácie viacerých trubíc alebo plutvových trubíc môžu navyše zvýšiť výmenu tepla zvýšením plochy povrchu, čo ďalej kompenzuje obmedzenia tepelnej vodivosti z nehrdzavejúcej ocele. Podobne, zatiaľ čo meď a hliník sa môžu spočiatku zdať efektívnejšie v dôsledku ich vyššej tepelnej vodivosti, ich relatívne vyššia náchylnosť na koróziu môže viesť k častejšej údržbe a výmene, čím sa zvýši celkové náklady na životný cyklus výmenníka tepla.
Zatiaľ čo trubice z nehrdzavejúcej ocele pre výmenníky tepla nie sú vodcami účinnosti prenosu tepla v porovnaní s meďou a hliníkom, ich trvanlivosť, odolnosť voči korózii a schopnosť odolávať extrémnym prevádzkovým podmienkam z nich robia vynikajúcu voľbu pre mnoho priemyselných výmenníkov tepla. Výber správneho materiálu závisí nielen od tepelnej účinnosti, ale aj od faktorov, ako je vystavenie životného prostredia, cykly údržby a dlhodobé náklady. Pre priemyselné odvetvia, ktoré si vyžadujú dlhovekosť a minimálny prestávok, výhody z nehrdzavejúcej ocele často prevažujú nad svojou nižšou vodivosťou tepla, čo vedie k spoľahlivému, efektívnemu a nákladovo efektívneho riešenia výmenníka tepla.
