MX2010012906A - Tubo intercambiador de calor y metodos para producir un tubo intercambiador de calor. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un tubo intercambiador de calor con un eje del tubo, con una pared del tubo, con una parte externa del tubo y con una parte interna del tubo. Continuamente corre, axialmente paralelo o helicoidalmente rodea las nervaduras internas que se forman fuera de la pared del tubo en la parte interna del tubo, cada nervadura interna tiene dos flancos y una punta de nervadura. Una nervadura que se extiende continuamente se forma en cada caso entre las nervaduras internas adyacentes. La punta de la nervadura tiene en los intervalos regulares elevaciones recurrentes las cuales tienen una forma esencialmente frustopiramidal. En la solución de conformidad con la invención, los flancos de la nervadura de las nervaduras internas son elevadas en la dirección radial en la línea de contorno la cual es definida por el borde de transición de un flanco de la nervadura a la punta de la nervadura, en esas protuberancias que avanzan fuera del flanco de la nervadura que se forman en esta región. Además, la invención se refiere a un método para producir un tubo intercambiador de calor.

Description

TUBO INTERCAMBIADOR DE CALOR Y MÉTODOS PARA PRODUCIR UN TUBO INTERCAMBIADOR DE CALOR La invención se refiere aun tubo intercambiador de calor de acuerdo con la cláusula de pre-caracterización de la reivindicación 1 y a los métodos para producir un tubo intercambiador de calor de acuerdo con la cláusula de pre-caracterización de la reivindicación 8 y de la reivindicación 9.

La transmisión de calor ocurre en muchos sectores de la tecnología de aire acondicionado y de refrigeración y también en el proceso y en el poder de la ingeniería. Los intercambiadores de calor con tubos son con frecuencia utilizados para la transmisión de calor en estos campos. En muchas aplicaciones, en este caso, un medio líquido o gaseoso fluye en la parte interna del tubo y es enfriado o calentado como una función de la dirección del flujo de calor. El calor es dispersado a la parte media localizada en la parte externa del tubo o es extraída a partir de éste.

Con el fin de permitir el transporte de calor entre el medio dispersor de calor y el medio de absorción de calor, la temperatura del medio dispensador de calor debe ser mayor que la temperatura del medio absorbente de calor. Este contraste en la temperatura se designa como la diferencia de la conducción de temperatura. Cuanta más alta sea la diferencia de la conducción de temperatura, más calor podrá ser transmitido. Por otro lado, el propósito con frecuencia mantiene baja la diferencia de la conducción de temperatura ya que esto tiene beneficios para la eficiencia del proceso.

Se sabe que la transmisión de calor puede ser intensificado por medio de la estructura de la superficie transmisora de calor. Lo que podemos lograr así, es que cuanto más calor pueda transmitirse por unidad de la superficie transmisora de calor como en el caso de una superficie liza. Además, es posible reducir la diferencia de conducción de temperatura y consecuentemente hacer el proceso más eficiente. En los tubos intercambiadores de calor metálicos, la estructura de la superficie de transmisión de calor es con frecuencia obtenida por la formación de nervaduras o de elementos similares fuera del material en la pared del tubo. Estas nervaduras Integralmente formadas tienen una unión metálica firme con la pared del tubo y pueden por lo tanto transmitir el calor de manera óptima.

Una modalidad de los intercambiadores de calor los cuales con frecuencia son utilizados es un intercambiador de calor del conjunto de tubos. Estos accesorios con frecuencia son utilizados con tubos los cuales son estructurados tanto en la parte interior como en la parte exterior. Los tubos del intercambiador de calor estructurado para los intercambiadores de calor del conjunto de tubos generalmente poseen por lo menos una región estructurada y también piezas de extremos lisas y, si es apropiado, piezas intermedias lizas. Las piezas de extremos lizas o piezas intermedias delimitan las regiones estructuradas. Así que el tubo puede fácilmente ser construido en el ¡ntercambiador de calor del conjunto del tubo, el diámetro externo de las regiones estructuradas no deberá ser mayor que el diámetro externo de las piezas de extremo lizo y las piezas intermedias.

Las nervaduras axialmente paralelas o helicoidales son con frecuencia utilizadas en la parte interior de los tubos con el fin de mejorar las propiedades de transmisión de calor. Las nervaduras aumentan el tamaño de la superficie interna del tubo. Además, en el caso de las nervaduras dispuestas helicoidalmente, la turbulencia del medio que fluye en el tubo se incrementa, y por lo tanto la transmisión de calor se mejora. Se sabe que las propiedades de transmisión de calor de las nervaduras axialmente paralelas o helicoidales en la parte interna del tubo pueden ser mejoradas mediante la proporción de las nervaduras internas con muescas o ranuras. Ejemplos de estos se encuentran en las patentes EP 1312885 B1 , CN 101556124 A, CN 101556125 A, EUA 5,992,513, EUA 6,018,963 y EUA 6,412,549. La muesca de las nervaduras eleva la estructura con una altura de nervadura alterna y con proyecciones materiales laterales en el flanco de la nervadura. Esta estructura adicionalmente incrementa la turbulencia del flujo del medio en el tubo.

Particularmente en las aplicaciones de la tecnología de aire acondicionado y de refrigeración, la eficiencia de las plantas refrigerantes en una situación de carga parcial se asume un incremento de importancia. En una situación de carga parcial, la cantidad de aforo del medio de transferencia de calor es con frecuencia reducido, y por lo tanto la velocidad del medio que fluye en el tubo disminuye marcadamente. Ya que la fracción principal de la resistencia de transición de calor es entonces cambiada hacia la parte exterior del tubo, es necesario además mejorar las estructuras conocidas hasta ahora en la parte interna del tubo, particularmente con respecto a las bajas velocidades de flujo.

El objeto de donde se basa la invención es el de desarrollar un tubo de intercambio de calor en términos de las propiedades de transmisión de calor y también para especificar un método para producir un tubo intercambiador de calor de este tipo.

La invención es reproducida, con respecto al tubo intercambiador de calor, mediante las características de la reivindicación 1. Además, la invención es reproducida, con respecto a un método para producir el tubo intercambiador de calor, mediante las reivindicaciones 8 y 9. Las reivindicaciones posteriores refiriéndose nuevamente a los refinamientos ventajosos referentes a y desarrollos de la invención.

La invención incluye un tubo intercambiador de calor con un eje del tubo, con una pared del tubo, con la parte externa del tubo y con la parte interna del tubo. Continuamente corren, axialmente paralelas o helicoidalmente rodean las nervaduras internas que dan vuelta y que están formadas fuera de la pared del tubo en la parte interna del tubo, cada nervadura interna tiene dos flancos de nervaduras y una punta de nervadura. Una ranura que se extiende continuamente se forma en cada caso entre las nervaduras internas adyacentes. La punta de la nervadura tiene intervalos regulares que recurren elevaciones las cuales tienen una forma frustopiramidal principalmente. En la solución de acuerdo con la invención, los flancos de la nervadura de las nervaduras internas son elevadas en dirección radial en la línea del contorno la cual es definida por el borde de transición de un flanco de nervadura a la punta de la nervadura, en esas protuberancias avanzando fuera del flanco de la nervadura están formadas en esta región.

La invención está en este caso basada en consideración de que, con el fin de mejorar la transferencia de calor en la parte interna del tubo, la turbulencia del medio que fluye en el tubo es incrementada y la capa delimitante laminar formada en el medio en la región cercana a la pared se interrumpe. Este propósito se sirve mediante los elementos estructurales especialmente formados en la superficie interna del tubo, de modo tal que, por ejemplo, las nervaduras internas helicoidalmente circulares o axialmente paralelas las cuales son proporcionadas con características adicionales. Dicha característica es la elevación el la punta de la nervadura la cual tiene una forma esencialmente frustopiramidal. Las elevaciones frustopiramidales en la punta de la nervadura son también se entienden con el sentido de, por ejemplo, de que todas las formas alargadas en una dirección de espacio, por ejemplo en forma de barra. Las áreas de la superficie de un tronco de pirámide pueden en este caso también ser designado como un lado curvo y caras cubiertas. Las elevaciones se repiten a intervalos regulares en la dirección del curso de la nervadura. Las nervaduras internas tienen su altura de nervadura máxima H2 en la región de las elevaciones. La región de la punta de la nervadura entre dos elevaciones constituye una depresión relativa. Las nervaduras internas tienen su altura de nervadura mínima H3 ahí. La altura de nervadura está en cada caso medida a partir de la pared del tubo. La transición a partir de una elevación a la depresión adyacente tiene lugar por medio de un flanco inclinado de la elevación frustopiramidal. Las caras laterales de una elevación frustopiramidal la cual corre de manera paralela al flanco de la nervadura a partir de una transición continua con el flanco de la nervadura.

Con una disminución en la velocidad del flujo del medio, la capa delimitante laminar se vuelve más gruesa. Cuando el grosor de la capa delimitante laminar es aproximadamente tan grande como la altura máxima de la nervadura, la acción de incremento de turbulencia de la estructura interna es entonces marcadamente disminuida. Se mostró que este efecto indeseable puede ser evitado si las nervaduras internas se proporcionan con las protuberancias en la punta de la nervadura. Las protuberancias corren en el borde de transición de un flanco de nervadura a la punta de la nervadura, en esa región de transición que se eleva a una extensión mayor o menor en la dirección radial. La punta de la nervadura adquiere de este modo una estructura fina pronunciada que emana a partir del flanco de la nervadura. En otras palabras, en una apariencia típica de las protuberancias, muchas de las caras laterales de las elevaciones frustopiramidales a partir de las formas tipo oreja en la dirección radial la cual ligeramente distorsiona la forma geométrica convencional de un tronco de la pirámide. En una forma preferente, la protuberancia de acuerdo con la invención está especialmente pronunciada en los flancos inclinados de la pirámide de las elevaciones, mientras éstas están menos pronunciadas en la cara de la cubierta de las elevaciones y en las regiones entre las dos elevaciones.

Si, por contraste, las estructuras se producen de acuerdo con las instrucciones de la técnica anterior a partir de la publicación de los EUA 5, 992,513, ahí una nervadura interna inicialmente predeterminada se proporciona con muescas, entonces las proyecciones materiales laterales en los flancos de las nervaduras internas se obtienen en la región de las muescas. Dependiendo de la profundidad de las muescas, estas proyecciones de material se forman a diferentes alturas en el flanco de la nervadura. Sin embargo, su distancia a partir de la pared del tubo es siempre menor que la altura máxima de la nervadura. Estas proyecciones del material lateral causan turbulencias adicionales en el flujo siempre y cuando la capa delimitante laminar sea más delgada que su distancia a partir de la pared del tubo.

Esta ventaja especial de la solución de acuerdo con la invención es que la estructura fina de las protuberancias genera vórtices adicionales en la región de la punta de la nervadura y por lo tanto incrementa la turbulencia del medio que fluye en el tubo. El incremento en el desarrollo resulta de esto que sale a luz particularmente a bajas velocidades de flujo, ya que las protuberancias evitan que la capa delimitante laminar se forme. Consecuentemente, como resultado de las protuberancias, la transmisión de calor es intensificada a una extensión más grande que en las estructuras conocidas a partir de la técnica anterior la cual no tiene estas protuberancias en la dirección radial.

En un mejoramiento preferente de la invención, por lo menos uno de los flancos de una elevación frustopiramidal puede ser de un diseño cóncavo. Estas caras laterales entonces tienen una curvatura la cual es dirigida hacia el interior de la pirámide y como resultado de que las estructuras del borde las cuales se proyectan marcadamente en el área de la superficie del tronco de la pirámide o se forman más puntiagudas. Las estructuras con borde puntiagudo de este tipo contrarrestan la formación de un flujo laminar y son adicionalmente conductivas para la formación de los vórtices con el fin de incrementar las propiedades de transmisión de calor.

Ventajosamente, las elevaciones frustopiramidales pueden estar formadas asimétricamente. Así, la simetría puede ser apropiadamente adaptada a las condiciones de flujo dentro del tubo con el fin de optimizar las propiedades posteriores de transmisión de calor. Por ejemplo, los bordes piramidales los cuales contrarrestan el flujo laminar la mayoría pueden ser de forma de bordes puntiagudos correspondientemente.

En una modalidad ventajosa de la invención, las elevaciones frustopiramidales pueden proyectar sobre la depresión, que yace entre las dos elevaciones, de un 20% a un 100% de la altura de las nervaduras internas en la ubicación de la depresión.

Si las elevaciones se proyectan sobre las depresiones por menos del 20% de la altura de la nervadura interna mínima He, entonces las protuberancias radiales son pronunciadas a muy poco en una medida que les permita influenciar el flujo significativamente. Las elevaciones las cuales se proyectan sobre las depresiones por más del 100% de la altura H3 de la nervadura interna mínima son difíciles de producir. Estas podrían resultar en cargas no deseables en las herramientas, guiando así a un acortamiento adverso de la vida del servicio. En los tubos con un diámetro interno de entre 10mm y 25nm, la altura mínima H3 de las nervaduras internas es preferentemente de 0.20 mm a 0.45 mm, y la altura máxima H2 de las nervaduras internas es preferentemente más de 0.35 mm a 0.60 mm. Las elevaciones de la punta de la nervadura entonces típicamente se proyectan sobre las depresiones que yacen entre las dos elevaciones por 0.05 mm a 0.20 mm.

Preferentemente, el ángulo del flanco a de la cantidad de elevaciones a lo sumo a 120°. El flanco del ángulo a es el ángulo en donde los flancos inclinados de las elevaciones frustopiramidales se forman en la punta de la nervadura. Si el ángulo es mayor a los 120°, las elevaciones en la punta de la nervadura entonces forma una estructura tipo onda la cual no influye de manera suficiente el flujo del medio.

En un mejoramiento ventajoso, una estructura externa puede formarse en la parte externa del tubo. Así, el tubo intercambiador de calor de acuerdo con la invención posee en su parte externa una estructura la cual intensifica la transmisión de calor en la parte externa del tubo. Ventajosamente, la estructura externa puede estar designada en forma de nervaduras externas que giran espiralmente, de manera integral. Esos tipos de nervaduras están diseñados como integrales los cuales son trabajados fuera de la pared del tubo por medio de un proceso de formación. La cara externa del tubo es alargada considerablemente por las nervaduras externas, y la transmisión de calor es por intensificada de este modo.

Un aspecto posterior de la invención incluye un primer método para producir un tubo intercambiador de calor de conformidad con la invención, en donde los siguientes pasos del método son llevados a cabo: a. la pared de un tubo liso es deformada radialmente en una primera región de formación mediante una primera herramienta giratoria que rodea la parte externa del tubo liso, b. la pared del tubo es soportada en la primer región de formación mediante un primer mandril rotatorio el cual yace en el tubo y el cual es montado rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de una profundidad T1 en su cara externa del mandril, una estructura interna es formada en ese material de la pared del tubo que es presionado hacia las ranuras del primer mandril rotatorio, c. la pared del tubo liso es deformada radialmente en una segunda región de formación mediante una segunda herramienta rotatoria que rodea la parte externa del tubo liso, d. la pared del tubo es soportada en la segunda región de formación mediante un segundo mandril rotatorio el cual yace en el tubo y el cual es del mismo modo montado de manera rotatoria y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de una profundidad T2 en su cara externa del mandril, axialmente parálela o helicoidal, que continuamente corre hacia las nuevas nervaduras internas que se forman, en ese material de la pared del tubo y el material de la estructura interna formada en esa primera región de formación son presionados hacia las ranuras del segundo mandril de rotación, las nervaduras internas formadas en la primera región de formación, y las elevaciones en la punta de estas nervaduras internas son formadas a partir del material el cual fue presionado hacia las ranuras del primer mandril rotatorio en la primera región de formación, y el transporte axial del tubo a través del las regiones de formación se asegura mediante un dibujo del dispositivo.

En el primer método, la invención procede a partir de la consideración de que, con el fin de producir un tubo intercambiador de calor de acuerdo con la invención, un dispositivo es utilizado el cual consiste de por lo menos dos herramientas giratorias las cuales son espaciadas aparte desde uno a otro y son dispuestos en la parte externa del tubo. Las herramientas giratorias constan de una pluralidad de esferas o rodillos que son acomodadas en un dispositivo fijo y puede ser rotado a hacia el tubo, mientras las esferas o los rodillos pueden deformar la pared del tubo en la dirección radial.

Además, está presente un dibujo del dispositivo separado, por medio del cual el tubo puede ser tensado a través de las herramientas rotatorias en la dirección axial.

Con el fin de tornear el tubo, las herramientas rotatorias son rotadas sobre el tubo y el tubo es tensado en la dirección axial mediante el dibujo del dispositivo. La pared del tubo es soportada en el rango de operación de las herramientas de rotación mediante los mandriles rotatorios perfilados.

Un aspecto posterior de la invención incluye un segundo método para producir un tubo intercambiador de calor de acuerdo con la invención, en donde los siguientes pasos del método se llevan a cabo: a. las nervaduras externas que corren helicoidalmente se forman en la parte externa del tubo liso en una primera región de formación, en donde el material de la nervadura es obtenido como resultado del desplazamiento de material fuera de la pared del tubo por medio de un primer paso rotatorio, y el tubo acanalado obtenido es ajustado en rotación mediante las fuerzas de rotación y empujado hacia delante de manera correspondiente a las nervaduras externas helicoidales obtenidas, las nervaduras externas son conformadas con la altura elevada fuera del tubo liso no deformado de este modo. b. la pared del tubo es soportada en la primer región de formación mediante un primer mandril rotatorio el cual yace en el tubo y donde es montado rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de profundidad T1 en su cara externa del mandril, una estructura interna es formada en ese material de la pared del tubo que es presionado hacia las ranuras del primer mandril rotatorio, c. en un segundo paso rotatorio, las nervaduras externas se forman con una altura elevada-posterior en una segunda región de formación espaciada aparte a partir de la primera región de formación, d. la pared del tubo es soportada en la segunda región de formación mediante un segundo mandril rotatorio el cual yace en el tubo y el cual es montado de la misma manera rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas con una profundidad T2 en su cara externa del mandril, axialmente paralela o helicoidal, que continuamente corre hacia las nuevas nervaduras internas que se forman, en ese material de la pared del tubo y en el material de la estructura interna formada en el primer paso rotatorio son presionadas hacia las ranuras del segundo mandril rotatorio, las nervaduras internas formadas en la segunda región de formación son marcadamente más pronunciadas que la estructura interna la cual fue formada en la primera región de formación, y las elevaciones en la punta de estas nervaduras internas están formadas a partir de inmaterial el cual fue presionado hacia las ranuras del primer mandril de rotación en la primera región de formación.

En el segundo método, la invención procede a partir de la consideración de que, con el fin de producir un tubo intercambiador de calor de acuerdo con la invención, un dispositivo es utilizado el cual consta de n = 3 o 4 portaherramientas, en donde en cada caso por lo menos dos herramientas rotatorias espaciadas entre sí son integradas. El eje de cada portaherramientas corre oblicuamente con respecto al eje del tubo. Los portaherramientas están en cada caso dispuestos, compensado a 360°/n, en la circunferencia del tubo. Los portaherramientas son radialmente anticipados. Son dispuestos, a su vez, en una repisa de rodillo fija. Las herramientas de rodillo constan de una pluralidad de discos de rodillos las cuales están dispuestas entre sí y el diámetro el cual incrementa en la dirección del grado progresivo para formar las nervaduras externas.

Con el fin de tornear el tubo, las herramientas de rodillo rotatorias dispuestas en la circunferencia son avanzadas radialmente al tubo liso y en acoplamiento con el tubo liso. El tubo liso es ajustado de este modo en rotación sobres su eje. Ya que los ejes de las herramientas rotatorias son ajustados oblicuamente con respecto al eje del tubo, las herramientas rotatorias a partir de las nervaduras externas que rodean helicoidalmente fuera del material de la pared del tubo liso y simultáneamente empuja el tubo acanalado obtenido más adelante que corresponde a la inclinación helicoidal que rodean las nervaduras externas. Las primeras herramientas rotatorias en cada portaherramientas comienzan a formar las nervaduras externas, y las herramientas rotatorias posteriores en cada portaherramientas continúan más adelante formando las nervaduras externas. El espacio entre las dos herramientas rotatorias debe adaptarse de modo tal que los discos rotatorios de la siguiente herramienta de rotación se acoplan con las ranuras las cuales están entre las nervaduras externas formadas por la herramienta rotatoria anterior.

El espacio, medido longitudinalmente con respecto al eje del tubo de los centros de las dos nervaduras externas adyacentes es designado como la división de la nervadura p. La división de la nervadura usualmente suma entre 0.4 y 2.2 mm. Las nervaduras externas rodean preferentemente en la manera de una rosca con recorrido múltiple. La pared del tubo es soportada en el rango de operación para las herramientas rotatorias mediante los mandriles rotatorios perfilados.

Los aspectos del método que pertenecen conjuntamente con el primer y segundo método son explicados con más detalle más adelante. Así, los dos mandriles rotatorios perfilados de manera diferente son del mismo modo una parte integral de ambos dispositivos. Estos mandriles rotatorios son fijados uno detrás de otros y coaxialmente a una varilla y son montados de manera rotatoria en el último. El eje común de los mandriles rotatorios es idéntico al eje de la varilla y coincide con el eje del tubo.

En el primer método, la varilla es fijada mediante un dispositivo de retención adecuado de modo tal que los mandriles rotatorios son colocados en el rango de operación de las herramientas de rotación. En el segundo método, la varilla es sujetada a su otro extremo del mismo rollo de soporte. En el segundo método, la varilla es sujetada a su otro extremo al rollo de soporte mismo. Los mandriles rotatorios son colocados en el rango de operación de las herramientas rotatorias por medio del rodillo. En este caso, el mandril rotatorio el cual está primero en la dirección del grado progresivo de formación es colocado en el rango de operación de la herramienta giratoria o de la herramienta rotatoria la cual está primero en la dirección del grado progresivo de formación, mientras el mandril rotatorio el cual es el segundo en la dirección del grado progresivo de formación es colocado en el rango de operación de las herramientas giratorias o las herramientas rotatorias las cuales siguen en la dirección del grado progresivo de formación. El diámetro externo del segundo mandril rotatorio es algo más pequeño que aquél del primer mandril rotatorio.

El perfil de los mandriles rotatorios usualmente consta de una pluralidad de ranuras esencialmente trapezoidales los cuales son dispuestos de manera paralela a otros en la cara externa del mandril rotatorio. El ángulo del flanco de las ranuras del primer mandril rotatorio es designado por ß1. Las ranuras del primer mandril rotatorio corren a un ángulo de torsión de 0° a 60° con respecto al eje del mandril rotatorio y tiene una profundidad T1. El ángulo del flanco de las ranuras del segundo mandril rotatorio es diseñado por ß2. Las ranuras del segundo mandril rotatorio corren a un ángulo de torción de 0o a 45°, preferentemente de 25° a 45°, con respecto al eje del mandril rotatorio y tiene una profundidad T2. La profundidad T2 de las ranuras del segundo mandril rotatorio es marcadamente mayor que la profundidad T1 de las ranuras del primer mandril rotatorio. Los ángulos de torción de los mandriles rotatorios son seleccionados de modo tal que se elevan a un ángulo intermedio de por lo menos 40°. Ventajosamente, el ángulo intermedio yace entre los 70° y los 100°. Preferentemente, las ranuras del primer mandril rotatorio son torcidas contra-direccionalmente a las ranuras del segundo mandril rotatorio con el fin de implementar el ángulo intermedio deseado.

En la primera región de formación, el material de la pared del tubo es presionada en las ranuras del primer mandril rotatorio mediante las fuerzas radiales de la primera herramienta giratoria o de la primera herramienta rotatoria. Una estructura interna es por lo tanto formada en forma de nervaduras internas helicoidales o axialmente paralelas en la superficie interna del tubo. El ángulo de torción, medido con respecto al eje del tubo, de las nervaduras internas es idéntico al ángulo de torción de las ranuras del primer mandril rotatorio. La altura H1 , medida a partir de la pared del tubo, de las nervaduras internas formadas en este primer paso de formación preferentemente se suma de entre 0.05 mm y 0.20 mm. La estructura interna es así pronunciada a una extensión relativamente baja. La altura H1 de las nervaduras internas formadas en el primer paso de formación es aproximadamente tan grande como, pero no mayor a, la profundidad T1 de las ranuras del primer mandril rotatorio. Puede ser conveniente llenar los surcos del primer mandril rotatorio con material completamente. En este caso, la altura H1 de las nervaduras internas formadas en el primer paso de formación es tan grande como la profundidad T1 del rasurado del primer mandril rotatorio.

El diámetro externo del segundo mandril rotatorio debe ser más pequeño que el diámetro interior limpio del tubo después de la formación de las primeras nervaduras internas es aproximadamente idéntico al diámetro externo del primer mandril rotatorio, menos el doble de la altura H1 de la estructura interna formada en el primer paso rotatorio.

En la segunda región de formación, el material de la pared del tubo y de las nervaduras internas formadas en la primera región de formación es presionado hacia el rasurado del segundo mandril de rotación mediante las fuerzas radiales de las herramientas giratorias posteriores o las herramientas rotatorias. Axialmente paralelas o helicoidales, continuamente corren las nervaduras internas que se forman recientemente de este modo en la superficie interna del tubo. El ángulo de torción, medido con respecto al eje del tubo, de estas nervaduras internas formadas recientemente es idéntico al ángulo de torción de las ranuras del segundo mandril rotatorio. Ya que los ángulos de torción de los mandriles de rotación son seleccionados de modo tal que forman un ángulo de por lo menos 40°, el material de las nervaduras internas formadas en el primer paso de formación es deformado nuevamente a intervalos regulares predeterminados por el perfil del segundo mandril rotatorio. Parte de este material deformado forma las protuberancias de acuerdo con la invención en la dirección radial en la punta de las nervaduras internas formadas en el segundo paso de formación. Las regiones, no deformadas en el segundo paso de formación, de las nervaduras internas formadas en el primer paso rotatorio constituyen elevaciones frustopiramidales en la punta de las nervaduras internas formadas en el segundo paso rotatorio. Este método de producción tiene el efecto de que las protuberancias de acuerdo con la invención en la dirección radial son especialmente pronunciadas en los flancos inclinados de las elevaciones frustopiramidales, mientras que son menos pronunciadas en la punta de las elevaciones y en las regiones entre las dos elevaciones.

Con el fin de hacer posible llevar a cabo la formación, deseada en el segundo paso de formación, de las nuevas nervaduras internas fuera del material de la pared del tubo, la profundidad T2 de las ranuras del segundo mandnl rotatorio debe ser marcadamente mayor que la altura H1 de las nervaduras internas formadas en el primer paso de formación. Esto hace posible permitir que las nervaduras internas formadas en el segundo paso de formación sea más pronunciado que la estructura interna del primer paso de formación. La profundidad T2 de las ranuras del segundo mandril rotatorio debe ser por lo menos tan grande como la altura máxima deseada H2 de las nuevas nervaduras internas. Dependiendo del número o altura de nervaduras internas, la superficie interna del tubo terminado puede exceder la superficie interna del tubo liso no deformado hasta en un 100%.

En un refinamiento de la Invención, por medio de la estructura interna formada en la primera región de formación, la superficie interna del tubo que tiene esta estructura interna puede ser incrementado por lo menos un 4% y mayormente en un 30% con respecto a la superficie interna del tubo liso no deformado. Esta estructura interna es por lo tanto pronunciada a una extensión relativamente baja.

En un refinamiento además preferente de la invención, la profundidad T2 de las ranuras del segundo mandril rotatorio puede ser de por lo menos 2.5 veces tan grande como la profundidad T1de las ranuras del primer mandril rotatorio. Esto hace posible permitir que las nervaduras internas formadas en el segundo paso de rotación alcancen una altura H2 de nervadura máxima grandemente marcada que la altura H1 de la estructura interna del primer paso rotatorio.

En un refinamiento preferente de la invención, el ángulo del flanco (ángulo abierto) de las ranuras del primer mandril rotatorio puede sumar a lo sumo a 120°. Una configuración preferente de las elevaciones frustopiramidales para las puntas de la nervadura pueden lograrse de este modo.

Las modalidades ejemplares de la invención son explicadas en más detalles por medio de los dibujos esquemáticos en donde: la fig. 1 muestra una vista oblicua, enfatizada por sombreados, de la estructura interna del tubo con nervaduras y con elevaciones frustopiramidales, la fig. 2 muestra una vista oblicua esquemática de la estructura interna del tubo de conformidad con la fig. 1 , la fig. 3 muestra una vista, en forma de detalle, de una elevación frustopiramidal en la punta de la nervadura, la fig. 4 muestra una vista oblicua, enfatizada por sombreados, de la estructura interna del tubo con nervaduras y con elevaciones frustopiramidales asimétricas, la fig. 5 muestra una vista oblicua esquemática de la estructura Interna del tubo asimétrico de acuerdo con la fig. 4, la fig. 6 muestra una vista, en forma de un detalle, de una elevación asimétrica frustopiramidal en la punta de la nervadura, la fig. 7 muestra esquemáticamente una vista del dispositivo para producir un tubo intercambiador de calor externamente acanalado con los mandriles internos, la fig. 8 muestra esquemáticamente una vista oblicua del dispositivo para producir un tubo intercambiador de calor externamente acanalado con una herramienta rotatoria externa y con mandriles internos, y la fig. 9 muestra una gráfica de la mejora de la transición de calor interna como resultado de la solución de acuerdo con la invención.

Las partes correspondientes entre sí proporcionan los mismos símbolos de referencia en todas las figuras.

La fig. 1 muestra una vista oblicua, enfatizada mediante un sombreado gris, de la estructura del interior del tubo 22 de un tubo intercambiador de calor 1 con nervaduras internas 3 y con elevaciones frustopiramidales 34. La fig. 2 muestra una vista oblicua esquemática de la estructura interna del tubo de conformidad con la fig. 1.

Las nervaduras 3 internas helicoidalmente rodeadas, que corren continuamente, están formadas en la parte interna del tubo 22, cada nervadura interna 3 tiene dos flancos de nervadura 31 y una punta de nervadura 32. Una ranura 33 que se extiende continuamente se forma en cada caso entre las ranuras 3 internas adyacentes. La punta de la nervadura 32 tiene intervalos regulares elevaciones recurrentes 34 las cuales tienen una forma frustopiramidal esencialmente. Los flancos 31 de la nervadura de las nervaduras 3 internas están elevadas en la línea de contorno definida por el borde de transición de un flanco 31 de nervadura a la punta de la nervadura 32. La figura 3 muestra una vista, en forma de detalle, de una elevación 34 frustopiramidal en la punta de la nervadura 32, con protuberancias 37 en la dirección radial la cual es formada fuera del flanco 31 de la nervadura en la línea del contorno en esta región.

En la figura 3, los dos flancos 36 de la elevación frustopiramidal 34 ¡lustrada son de forma cóncava. Estos flancos 36 son también parte de la punta 32 de la nervadura y tiene una curvatura la cual es dirigida hacia el interior de la pirámide y por medio de la cual los borde estructurales proyectan marcadamente el área de la superficie del tronco de la pirámide o al ser más detallada se forma en forma de protuberancias 37 en la dirección radial. La punta 32 de la nervadura se configura en forma de una depresión 35 entre las elevaciones 34. Las estructuras con borde detallado tienen un efecto benéfico en la formación de vórtices con el fin de incrementar las propiedades de transmisión de calor.

Las figuras 4 a 6 muestran, nuevamente, una vista oblicua, enfatizada por sombreados grises, de la estructura de la parte interna del tubo 22 de un tubo intercambiador de calor 1 con las nervaduras internas 3 y con elevaciones frustopiramidales 34. La fig. 5 muestra una vista oblicua esquemática de la estructura interna del tubo de acuerdo con la figura 4. En las figuras 4 a 6, las elevaciones frustopiramidales 34 están formadas asimétricamente.

En la figura 6, una vez más, dos flancos 36 de elevación frustopiramidal 34 ilustrados son de forma cóncava. Estos flancos 36 son también parte de la punta 32 de la nervadura y tiene una curvatura la cual es dirigida hacia la pirámide interior y por la cual las estructuras del borde se proyectan marcadamente en el área de la superficie del tronco de la pirámide o siendo más detallada se forma con el perfil de protuberancias 37 en dirección radial. Como resultado de la asimetría, las estructuras con borde detallado apropiadamente adaptadas a las condiciones de flujo dentro del tubo y propicias a la formación de vórtices se forman mediante las protuberancias 37 en la dirección radial.

La figura 7 muestra una vista de un dispositivo para producir un tubo 1 intercambiador de calor externamente acanalado con dos mandriles rotatorios 100 y 200. La figura 8 muestra una vista oblicua del dispositivo para producir un tubo intercambiador de calor externamente acanalado con una herramienta rotatoria externa y con mandriles internos, que corresponden a la fig. 7. En el método para producir un tubo 1 intercambiador de calor de acuerdo con la invención, corre helicoidalmente fuera de las nervaduras 4 que están formadas en la parte externa de un tubo liso 10 en una primera región de formación, ahí el material de la nervadura es obtenido a través del desplazamiento del material fuera de la pared del tubo 2 mediante la herramienta rotatoria 300, construida a partir de los discos rotatorios 301 , en un primer paso de rotación. El tubo acanalado obtenido se fija en rotación mediante las fuerzas de rotación y es empujado hacia delante correspondientemente a las nervaduras externas obtenidas helicoidales 4. La pared del tubo 2 es soportada en la primera región de formación mediante un primer mandril de rotación 100 la cual yace en el tubo y la cual es montada rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de profundidad T1 en su cara 101 externa del mandril, se forma una estructura interna pronunciada relativamente baja mediante un material de la pared del tubo 2 la cual es presionada hacia las ranuras del primer mandril rotatorio 100.

En un segundo paso rotatorio, las nervaduras externas 4 se forman con una altura además-elevada en la parte externa del tubo 21 en una segunda región de formación espaciada aparte a partir de la primera región de formación, y la pared del tubo 2 es soportada en la segunda región de formación mediante un segundo mandril de rotación 200 el cual yace en el tubo y el cual es del mismo modo montado de manera rotatoria y tiene ranuras helicoidales de profundidad T2 en su cara 201 externa del mandril, helicoidal, que continuamente corre hacia las nervaduras 3 internas formadas recientemente en la parte interna del tubo 22, en ese material de la pared del tubo 2 y el material de la estructura interna formada en el primer paso rotatorio que es presionado hacia las ranuras del segundo mandril rotatorio 200. Las nervaduras internas formadas en la segunda región de formación son marcadamente más pronunciadas que la estructura interna la cual fue formada en la primera región de formación. Las elevaciones 34 en la punta de estas nervaduras internas 3 están formadas a partir del material el cual fue presionado hacia las ranuras del primer mandril rotatorio 100 en la primera región de formación.

La figura 9 muestra una gráfica la cual documenta la ventaja de la estructura interna de acuerdo con la invención en términos del rendimiento. Al utilizar el ejemplo de los tubos con un diámetro interno de 16 mm, la mejora en la transferencia de calor interna se ilustra en relación con un tubo liso como una función de la velocidad del flujo del agua en el tubo. La temperatura media del agua en este caso suma a 9°C. La gráfica ilustra tanto el rendimiento del comportamiento de un tubo de acuerdo con la técnica anterior y el rendimiento del comportamiento de un tubo que tiene una estructura interna de acuerdo con la invención. Las estructuras de acuerdo con las instrucciones de la técnica anterior de la publicación EUA 5,992,513 son implementadas en el tubo de referencia. Puede observarse que la estructura interna de acuerdo con la invención tiene incrementos importantes en cuanto a rendimiento, comparadas con el tubo de acuerdo con la técnica anterior, para velocidades de agua más bajas a los 2 m/s. La ventaja equivale a aproximadamente el 40% en el caso de la velocidad del agua menor a 1 m/s.

Lista de Referencia de Símbolos Tubo intercambiador de calor 2 Pared del tubo 21 Parte externa del tubo 22 Parte interna del tubo 3 Nervaduras internas 31 Flancos de la Nervadura 32 Punta de la Nervadura 33 Acanaladuras 34 Elevaciones 35 Depresiones 36 Flancos de una elevación 37 Protuberancias 4 Nervaduras externas 10 Tubo liso 100 Primer mandril rotatorio 101 Cara externa del mandril del primer mandril rotatorio 200 Segundo mandril rotatorio 201 Cara externa del Mandril del segundo mandril rotatorio 300 Herramienta rotatoria 301 Discos rotatorios a Angulo del flanco de las elevaciones ß1 Angulo del flanco de las ranuras del primer mandril rotatorio ß2 Angulo del flanco de los ranurados del segundo mandril rotatorio T1 Profundidad de la acanaladura en el primer mandril rotatorio T2 Profundidad de la acanaladura en el segundo mandril rotatorio A Eje del tubo

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. El tubo ¡ntercambiador de calor (1 ) con un eje del tubo (A), con una pared del tubo (2), con una parte externa del tubo (21 ) y con una parte interna del tubo (22), - de funcionamiento continuo, axialmente paralelo o helicoidalmente rodea las nervaduras internas (3) que se forman fuera de la pared del tubo (2) en la parte interna del tubo (22), - cada nervadura interna (3) tiene dos flancos de la nervadura (31 ) y una punta de la nervadura (32), - una ranura (33) que se extiende continuamente la cual se forma en cada caso entre las nervaduras internas adyacentes (3), - la punta de la nervadura (32) tiene elevaciones recurrentes (34) a intervalos regulares, y - las elevaciones (34) tiene una forma esencialmente frustopiramidal, Caracterizadas en que los flancos (31 ) de la nervadura de las nervaduras internas (3) se eleven en la dirección radial en la línea de contorno la cual se define mediante el borde de transición de un flanco (31) de la nervadura a la punta de la nervadura (32), en esas protuberancias (37) que avanzan fuera del flanco (31 ) de la nervadura y que se forman en esta región.

2. El tubo ¡ntercambiador de calor (1 ) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque por lo menos uno de los flancos (36) de una elevación frustopiramidal (34) es de forma cóncava.

3. El tubo intercambiador de calor (1 ) de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado además porque esas elevaciones frustopiramidales (34) están formadas asimétricamente.

4. El tubo intercambiador de calor (1 ) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado además porque las elevaciones frustopiramidales (34) proyectan arriba la depresión (35), que yace entre dos elevaciones (34), de un 20% a un 100% de la altura de las nervaduras internas (3) en la ubicación de la depresión (35).

5. El tubo intercambiador de calor (1 ) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado además porque el ángulo del flanco a de las cantidades de elevaciones (34) a más de 120°.

6. El tubo intercambiador de calor (1 ) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado además porque una estructura externa (4) se forma en la parte externa del tubo (21).

7. El tubo intercambiador de calor (1 ) de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado además porque la estructura (4) externa se designa en forma de nervaduras externas que rodean espiralmente, de forma integral.

8. El método para producir un tubo intercambiador de calor (1 ) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde los siguientes pasos del método se llevan a cabo: a. la pared de un tubo liso (10 es deformada radialmente en una primera región de formación por medio de una primera herramienta giratoria que rodea la parte externa del tubo liso, b. la pared del tubo es soportada en la primer región formadora mediante un primer mandril rotatorio (100) que yace en el tubo y el cual es montado de manera rotatoria y que tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de la profundidad T1 en su cara (101 ) externa del mandril, una estructura interna es formada por el material de la pared del tubo que es presionado en las ranuras del primer mandril rotatorio (100), c. la pared del tubo liso es deformada radialmente en una segunda región de formación mediante una segunda herramienta giratoria que rodea a la parte externa del tubo liso, d. la pared del tubo es soportada en la segunda región de formación mediante un segundo mandril rotatorio (200) el cual yace en el tubo y el cual es del mismo modo montado rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de profundidad T2 en su cara externa del mandril (201 ), axialmente paralelas o helicoidales, nervaduras internas que corren continuamente que se forman recientemente, en ese material de la pared del tubo y en el material de la estructura interna formada en la primera región de formación son presionados en las ranuras del segundo mandril rotatorio (200), las nervaduras internas formadas en la segunda región de formación son marcadamente más pronunciadas que la estructura interna la cual fue formada en la primera región de formación, y las elevaciones (34) en la punta de estas nervaduras internas se forman a partir de ese material el cual fue presionado hacia las ranuras del primer mandril rotatorio (100) en la primera región de formación, y e. el transporte axial del tubo a través de las regiones de formación se asegura por medio de un dibujo del dispositivo.

9. El método para producir un tubo intercambiador de calor (1) de conformidad con la reivindicación 6 o 7, en donde los siguientes pasos del método se llevan a cabo: a. las nervaduras (4) externas que corren helicoidalmente se formaron en la parte externa de un tubo liso (10) en una primera región de formación, en donde el material de la nervadura se obtiene como resultado del desplazamiento del material fuera de la pared del tubo por medio de un primer paso rotatorio, y el tubo acanalado obtenido es ajustado en rotación mediante las fuerzas rotatorias y empujado hacia delante correspondientemente con las nervaduras externas helicoidales (4) obtenidas, las nervaduras externas 84) son conformadas con una altura elevada fuera del tubo (10) liso de otro modo no deformado, b. la pared del tubo es soportada en la primera región de formación mediante un primer mandril rotatorio (100) el cual yace en el tubo y el cual es montado rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de profundidad T1 en su cara externa del mandril, una estructura interna se forma en ese material de la pared del tubo es presionada en las ranuras del primer mandril rotatorio (100), c. en un segundo paso rotatorio, las nervaduras externas (4) se forman con una altura elevada posterior en una segunda región de formación espaciada aparte a partir de la primera región de formación, d. la pared del tubo (2) es soportada en la segunda región de formación mediante un segundo mandril rotatorio (200) la cual yace en el tubo y el cual es del mismo modo montado rotatoriamente y tiene ranuras helicoidales o axialmente paralelas de profundidad T2 en su cara externa del mandril (201 ), axialmente paralelas o helicoidales, continuamente corren a la parte interna de las nervaduras que se formaron recientemente, en ese material de la pared del tubo (2) y el material de la estructura interna formada en el primer paso rotatorio que son presionados en las ranuras del segundo mandril rotatorio (200), las nervaduras internas formadas en la segunda región de formación son marcadamente más pronunciadas que la estructura interna la cual se formó en la primera región de formación, y las elevaciones 834) en la punta de estas nervaduras internas (3) que son formadas a partir del material el cual fue presionado hacia las ranuras del primer mandril rotatorio (100) en la primera región de formación.

¦ 10. El método de conformidad con las reivindicaciones 8 o 9, caracterizado además porque, por medio de la estructura interna formada en la primer región de formación, la superficie interna del tubo tiene esta estructura interna que se incrementa mediante por lo menos el 4% y mediante a lo sumo el 30% con respecto a la superficie interna del tubo liso no deformado (10).

11. El método de conformidad con la reivindicación 8 o 9, caracterizado además porque ahí la profundidad T2 de las ranuras del segundo mandril rotatorio (200) es de por lo menos 2.5 veces mayor que la profundidad T1 de las ranuras del primer mandril rotatorio (100).

12. El método de conformidad con la reivindicación 8 o 9, caracterizado además porque el ángulo del flanco del primer mandril rotatorio (100) suman por lo menos 120°.