W konstrukcji wymiennika ciepła z rurami żebrowanymi współczynnik przenikania ciepła pomiędzy płynem na zewnątrz rury a płynem wewnątrz rury często znacznie się różni. Współczynnik przenikania ciepła odnosi się do wydajności wymiany ciepła na jednostkę powierzchni i na jednostkę różnicy temperatur (między płynem a ścianą). Jest to podstawowa miara określająca skuteczność wymiany ciepła płynu ze stałą powierzchnią.

Aby to zrozumieć, spójrzmy na typowe współczynniki przenikania ciepła dla różnych warunków cieczy:

• Kondensacja wody na ścianie: 10 000 - 20 000 W/(m²·℃)
• Wrząca woda na ścianie: 5 000 - 10 000 W/(m²·℃)
• Woda przepływająca przez rurkę: 2000 - 10 000 W/(m²·℃)
• Powietrze lub spaliny przepływające przez ścianę: 20 - 80 W/(m²·℃)
• Powietrze w warunkach konwekcji naturalnej: 5 - 10 W/(m²·℃)

Jak pokazują dane, zdolność wymiany ciepła różni się drastycznie w zależności od płynu.

A teraz wyobraźmy sobie praktyczny scenariusz przemysłowego przenoszenia ciepła: wewnątrz gołej rury płynie woda z wysokim współczynnikiem przenikania ciepła wynoszącym 5000 W/(m²·℃). Na zewnątrz rury przepływają spaliny ze współczynnikiem zaledwie 50 W/(m²·℃). To 100-krotna różnica! Niezależnie od tego, czy ciepło przemieszcza się z wewnątrz na zewnątrz, czy odwrotnie, gdzie w tym procesie znajduje się „wąskie gardło” lub opór cieplny?

Odpowiedź brzmi: strona gazowa. Ponieważ gaz spalinowy ma tak niską zdolność przenoszenia ciepła, poważnie ogranicza to ogólny współczynnik wymiany ciepła.

Możemy to porównać do rezystancji elektrycznej w obwodzie szeregowym: jeśli jeden rezystor jest znacznie większy od pozostałych, staje się wąskim gardłem dla prądu. Jedynym sposobem na zwiększenie całkowitego prądu jest zmniejszenie tego specyficznego dominującego oporu. Proces wymiany ciepła przebiega dokładnie w ten sam sposób.

Jak pokonać to wąskie gardło i uzyskać lepszą wymianę ciepła? Najskuteczniejszą metodą jest wykorzystanie wydłużonych powierzchni po stronie gazu, innymi słowy, wykorzystanie rurek żeberkowych. Dodanie żeberek na zewnątrz rury podstawowej powoduje kilkukrotne zwiększenie rzeczywistej powierzchni wymiany ciepła w porównaniu do gołej rury. Chociaż naturalny współczynnik przenikania ciepła gazów spalinowych pozostaje niski, znacznie zwiększona powierzchnia kompensuje to. To radykalnie zwiększa ogólną wydajność wymiany ciepła, zmniejsza zużycie metalu przez sprzęt i poprawia opłacalność ekonomiczną całego systemu termicznego.