ES2211242A1 - Detector de defectos de estanqueidad, procedimientos, utilizacion e eintercambiadores de calor correspondientes. - Google Patents

Abstract

Detector de defectos de estanqueidad,.procedimientos, utilización e intercambiadores de calor correspondientes. En detector detecta defectos de estanqueidad en el flujo interno de un fluido en el circuito interno de un intercambiador de calor, y consta de una primera fuente (27) de un primer gas,.una segunda fuente (29) de un segundo gas, unos conductos de entrada (31) que conectan las dos fuentes con la entrada (7), un detector de gas (33) que detecta el segundo gas y genera una señal de detección, unos conductos de salida (35) que unen la salida (13) con el detector de gas (33), y un analizador (37) de la señal de detección. El procedimiento de detección incluye un purgado, la emisión de un pulso del segundo gas y la detección y análisis del mismo y permite establecer un procedimiento de fabricación y suministro de intercambiadores de calor, preferentemente seriada, con un certificado de control de defectos de estanqueidad al 100% de la producción.

Description

Detector de defectos de estanqueidad, procedimientos, Utilización e intercambiadores de calor correspondientes.

La invención se refiere a un detector de defectos de estanqueidad apto para detectar defectos de estanqueidad en el flujo interno de un fluido en un intercambiador de calor donde el intercambiador de calor tiene por lo menos un circuito interno, y donde el circuito interno tiene por lo menos una entrada y una salida. La invención se refiere asimismo a unos procedimientos de detección de defectos, de fabricación de intercambiadores de calor, y de suministro de intercambiadores de calor. La invención se refiere también a intercambiadores de calor de acuerdo con la invención.

Son ampliamente conocidos los intercambiadores de calor. Básicamente un intercambiador de calor es un dispositivo que permite que dos fluidos estén en contacto térmico entre ellos. Por ejemplo, cada uno de los fluidos recorre un circuito, donde ambos circuitos están térmicamente unidos, de manera que puede establecerse un buen flujo de calor entre ambos circuitos y, por consiguiente, entre ambos fluidos. Frecuentemente solamente uno de los fluidos es de interés para la aplicación correspondiente mientras que el otro fluido es ``el ambiente'' (por ejemplo aire atmosférico o agua). En estos casos es frecuente que el intercambiador de calor tenga un único circuito interno por el que pasa el fluido de interés, mientras que el aire atmosférico (o el agua) pasa alrededor de dicho circuito interno, pero sin estar propiamente canalizado a través de otro circuito interno. Como máximo se añaden algunas pantallas deflectoras que colaboren a que la cantidad de aire (o agua) que pasa a través del intercambiador de calor sea máximo.

En los intercambiadores de calor pueden circular toda clase de fluidos, sean líquidos o gases, y pueden ser ambos del mismo tipo (líquido-líquido, gas-gas) o mixto (líquido-gas). Asimismo es posible que alguno de ellos experimente un cambio de fase (condensadores, evaporadores). Ello colabora a que las geometrías existentes sean muy variadas.

Para que la eficiencia de intercambiador de calor sea elevada y, al mismo tiempo, el tamaño del mismo sea reducido, el circuito interno suele presentar unas geometrías en las que el camino que sigue el fluido tiene una forma de zig-zag, y todo el conjunto tiene una forma bastante compacta. Por ello es frecuente que el circuito interno presente unos tramos en los que un tabique esté en contacto por ambas caras con el fluido, pero donde cada una de las caras pertenece realmente a tramos del circuito interno diferentes. Estos tabiques deben ser estancos, ya que en caso contrario se formaría un ``puente'' en el circuito interno correspondiente y al menos parte del fluido no recorrería el circuito interno en su totalidad, lo que significa un funcionamiento inadecuado del intercambiador de calor con, por ejemplo, una pérdida de rendimiento.

Es, por tanto, conveniente disponer de un detector que permita detectar los defectos de estanqueidad en el flujo interno del fluido, a lo largo del circuito interno.

El empleo de intercambiadores de calor está muy extendido, y en múltiples aplicaciones las cantidades que se emplean son muy elevadas, ya que van destinadas a productos de gran consumo, como vehículos automóviles, calefactores equipos de aire acondicionado, etc. En estas aplicaciones se suelen fabricar grandes series, y los costes de fabricación son un parámetro muy importante. Por ello es necesario disponer de un detector que permita procedimiento de detección rápido y económico, y que pueda ser empleado como parte de un procedimiento industrial.

Debe tenerse en cuenta que el defecto de estanqueidad en el flujo interno es un defecto que no es fácil de detectar, ya que no es apreciable desde el exterior. Un defecto de estanqueidad entre el circuito interno y el exterior es más fácil de detectar y, en el peor de los casos, es fácilmente detectable una vez puesto en servicio. Sin embargo un defecto de estanqueidad en el circuito interno no se aprecia desde el exterior, pero se traduce en una reducción de las prestaciones del intercambiador de calor, que puede tener consecuencias negativas a medio y largo plazo sobre la máquina y/o instalación que está haciendo servir el intercambiador de calor defectuoso.

Existe un método de detección de defectos en el flujo interno del fluido que se basa en hacer fotografías térmicas del intercambiador de calor. Consiste básicamente en hacer pasar un líquido frío por el interior del intercambiador y, en un momento determinado, se introduce un líquido a gran temperatura y se realiza una termografía. Las temperaturas se identifican por diferencia de color, y de esta manera se pueden detectar defectos en el flujo interno del fluido a lo largo del intercambiador, es decir, defectos de estanqueidad en el circuito interno. Sin embargo, este método es un método experimental, y no es viable desde un punto de vista industrial, ya que es muy lento, por lo que no se podría intercalar de una forma razonable dentro de una producción seriada, es muy caro ya que requiere una gran cantidad de manipulaciones, materiales auxiliares etc., y, además, se deben introducir líquidos en el intercambiador lo que en muchos casos requeriría posteriores limpiezas exhaustivas del interior del intercambiador.

Existe otro método consistente en la medida de la pérdida de carga en el circuito interno. Sin embargo este método es muy impreciso y no permite distinguir el tipo de problema de mal distribución que se produce en el circuito: obturación de tubos, cortocircuitos, zonas de estancamiento o zonas muertas, fugas externas etc., y no es capaz tampoco de cuantificar estos defectos.

La invención tiene por objeto superar estos inconvenientes.

El detector de defectos de acuerdo con la invención es un detector de defectos del tipo indicado al principio caracterizado porque comprende una primera fuente de un primer gas, una segunda fuente de un segundo gas, unos conductos de entrada que conectan fluidicamente la primera fuente y la segunda fuente con la entrada, un detector de gas apto para detectar el segundo gas que genera una señal de detección, unos conductos de salida que unen fluidicamente la salida con el detector de gas, y un analizador apto para evaluar la señal de detección.

El procedimiento de detección de defectos de estanqueidad en el flujo interno de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención comprende una etapa de purga del circuito interno mediante el primer gas y de generación de un flujo interno mediante el primer gas, una etapa de inyección de una determinada cantidad del segundo gas (un pulso del segundo gas) en el flujo interno, una etapa de propagación del pulso a través del circuito interno, una etapa de detección del pulso en el flujo interno generándose una señal de detección, y una etapa de análisis de la señal de detección.

El primer gas es preferentemente un gas inerte, preferentemente nitrógeno. Tal como ya se ha indicado, su función es, por un lado, purgar el interior del conducto interno para evacuar el aire que contiene y así eliminar cualquier traza de otros gases, preferentemente trazas del segundo gas que ventajosamente es dióxido de carbono (CO_{2}). Por otro lado la función del primer gas es generar un flujo interno que sea una corriente estable y de velocidad conocida. El empleo de estos gases tiene una serie de ventajas. Al ser gases se evita el ensuciar el interior del intercambiador de calor con líquidos. Los gases propuestos son, además, económicos, de fácil manipulación y no tóxicos, en las proporciones empleadas, por lo que no se requieren instalaciones particularmente sofisticadas.

El detector de gas es preferentemente un detector óptico. La señal de detección es una señal variable en función de la concentración del segundo gas en el primer gas. Esta señal es tratada en un analizador (que puede ser un ordenador convencional con la correspondiente entrada de datos). El tratamiento de los datos puede ser más o menos elaborado, pero es deseable que el detector sea apto para cuantificar la importancia de dicho defecto de estanqueidad. De esta manera se puede establecer un valor a partir del cual se deba emprender alguna acción pero por debajo del cual el defecto de estanqueidad no represente un inconveniente apreciable. Asimismo es deseable, en el caso que el intercambiador presente por lo menos dos tabiques, que el detector sea capaz de determinar cual de dichos tabiques presenta el defecto de estanqueidad. De esta manera se pueden analizar las causas y emprender las mediadas correctoras de una forma mucho más rápida y eficaz.

El detector debe ser apto para poder ser incluido como una etapa más dentro del proceso productivo del intercambiador de calor. En este sentido es ventajoso que el detector sea apto para detectar los defectos de estanqueidad en el flujo interno en menos de 60 segundos, preferentemente en menos de 30 segundos. Estos tiempos lo permitirían ser incluido en la mayoría de los procesos productivos de intercambiadores de calor, por ejemplo en los procesos de fabricación de intercambiadores de calor para vehículos automóviles.

Por todo lo expuesto anteriormente se aprecia que es posible definir un nuevo procedimiento de fabricación de intercambiadores de calor caracterizado porque comprende el control de defectos de estanqueidad en el flujo interno mediante un detector de acuerdo con la invención. Preferentemente este procedimiento se realiza mediante un dispositivo de acuerdo con la invención y, por tanto, incluyendo las etapas del procedimiento de detección de defectos de estanqueidad en el flujo interno de un intercambiador de calor de acuerdo con la invención.

La invención tiene asimismo por objeto un procedimiento de suministro de intercambiadores de calor caracterizado porque comprende la realización y entrega de un certificado de control al 100% de defectos de estanqueidad en el flujo interno de dichos intercambiadores de calor. Efectivamente, este procedimiento es, a día de hoy, inviable, ya que no es posible la producción industrial de intercambiadores de calor con un control de este tipo. Este hecho es de particular importancia en la producción de grandes series. En la producción de grandes series, como por ejemplo para la industria del automóvil, es usual que el suministro de intercambiadores se haga bajo unas condiciones pactadas de antemano, por ejemplo al firmar el contrato de suministro. Debe tenerse en cuenta que los fabricantes de automóviles suelen producir cientos e incluso miles de unidades diarias de un modelo determinado de vehículo, y que suelen exigir el suministro de pequeñas cantidades con gran frecuencia, a fin de evitar problemas derivados de acumulación de stocks de entrada. Incluso en determinadas circunstancias se exige el suministro de piezas ``just in time'', es decir, se debe suministrar las piezas casi con la misma cadencia con la que el fabricante de automóviles monta la pieza en el vehículo. Por tanto es infrecuente el suministro de lotes, cada uno de ellos con sus certificados de calidad, etc., sino que las condiciones de suministro se pactan a priori, y el proveedor se compromete a la realización de un plan de control preestablecido. En este tipo de suministros no suele haber un control de calidad de entrada por parte del cliente, salvo en casos especiales, y la tendencia es a eliminar también un control de salida por parte del proveedor. Mas bien la tendencia es a hacer unos procedimientos de fabricación en los que determinados parámetros críticos se controlan al 100% durante la propia producción.

Por ello, cuando en esta memoria se hace referencia a un certificado de control al 100%, se debe entender que incluye tanto el caso en el que se suministra los intercambiadores de calor en unos lotes determinados, cada lote con su correspondiente documentación en la que se incluya un certificado de este tipo, como cualquier otra variante de compromiso por parte del fabricante de intercambiadores de calor por el que asegura al cliente que realiza este control al 100%. Hasta el día de hoy no ha sido posible incluir un control al 100% de la producción en producciones en serie de los defectos de estanqueidad en el flujo interno de intercambiadores de calor, por no disponerse de un detector y de un procedimiento que permitiesen hacerlo en condiciones competitivas.

La invención tiene también por objeto la utilización de un detector de acuerdo con la invención para un suministro de una pluralidad de intercambiadores de calor, donde el suministro comprende el suministro de un certificado de control de defectos de estanqueidad en el flujo interno en el 100% de los intercambiadores de calor. En este caso también debe entenderse, que el certificado debe interpretarse en un sentido amplio, tal como se ha explicado anteriormente.

La invención tiene asimismo por objeto un intercambiador de calor que forma parte de un conjunto de intercambiadores de calor, caracterizado porque ha sido sometido a un control de defectos de estanqueidad en su flujo interno y porque dispone de un certificado de control de defectos de estanqueidad en el flujo interno, donde el certificado incluye a todos los intercambiadores de calor del conjunto. Preferentemente el control se ha realizado mediante un detector de acuerdo con la invención.

Otro objeto adicional de la invención es un conjunto de intercambiadores de calor caracterizado porque dispone de un certificado de control de defectos de estanqueidad en el flujo interno realizado a todos los intercambiadores de calor que componen dicho conjunto.

Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relata un modo preferente de realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:

Fig. 1, una vista esquemática de una sección transversal de un intercambiador de calor.

Fig. 2, un gráfico de concentraciones de dióxido de carbono.

Fig. 3, un esquema de un detector de defectos de estanqueidad en el flujo interno de un intercambiador de acuerdo con la invención.

En la Fig. 1 se muestra una vista esquemática de una sección transversal de un intercambiador de calor, específicamente de un condensador. La estructura básica comprende una serie de tubos 1 paralelos y de igual longitud, que tienen todos un extremo introducido en una primera caja 3, y el extremo opuesto introducido en una segunda caja 5. La primera caja 3 presenta una entrada 7, dos tabiques, que denominaremos primer tabique 9 y tercer tabique 11, y una salida 13. Los dos tabiques 9 y 11 dividen la primera caja 3 en tres compartimentos, que denominaremos primer 15, tercer 17 y quinto compartimento 19. La entrada 7 está en el primer compartimento 15 y la salida 13 está en el tercer compartimento 17. La segunda caja 5 tiene un tabique, el segundo tabique 21, que divide a la segunda caja 5 en dos compartimentos, el segundo 23 y el cuarto compartimento 25. La distribución de los compartimentos y de los tabiques está hecha de manera que se cumplen los siguientes requisitos:

- todos los tubos 1 que entran en el primer compartimento 15 tienen su extremo opuesto en el segundo compartimento 23.

- el segundo compartimento 23 tiene tubos 1 que van al primer compartemento 15 y al tercer compartimento 17.

- el tercer compartimento 17 tiene tubos 1 que van al segundo compartimento 23 y al cuarto compartimento 25.

- el cuarto compartimento 25 tiene tubos 1 que van al tercer compartimento 17 y al quinto compartimento 19.

- todos los tubos 1 del quinto compartimento 19 van al cuarto compartimento 25.

De esta manera se puede establecer un circuito interno en forma de zig-zag entre la entrada 7 y la salida 13, tal como el mostrado mediante las flechas en la Fig. 1. En el ejemplo concreto mostrado en la Fig. 1 se trata de un condensador Por ello, al haber una condensación, el volumen de cada tramo del zig-zag disminuye conforme está más próximo a la salida 13.

Esta geometría es muy frecuente, con las correspondientes adaptaciones a cada aplicación particular (diferente cantidad de compartimentos, entrada y salida en lugares diferentes, diferentes proporción de tubos entre los compartimentos etc.).

En la Fig. 3 se muestra un esquema del detector de defectos. Una botella de nitrógeno 27 y una botella de dióxido de carbono 29 están unidas a la entrada 7 del intercambiador de calor que se pretende revisar mediante unos conductos de entrada 31. Los conductos de entrada 31 disponen de los accesorios y la valvulería adecuados para poder regular todo el proceso automáticamente. La salida 13 del intercambiador de calor está unida a un detector de gas 33 mediante unos conductos de salida 35. El detector de gas 33, a su vez, está conectado con un ordenador 37, al que le transmite sus resultados.

Una vez conectados los conductos de entrada 31 y de salida 35 a las respectivas entrada 7 y salida 13 del intercambiador de calor, se abre la válvula de paso del nitrógeno que purga el aire contenido en el circuito interno. De esta manera se eliminan todas las trazas de dióxido de carbono del interior del intercambiador de calor y se genera un flujo interno que recorre todo el circuito interno.

En un tramo del conducto de entrada 31, específicamente de la rama que se extiende hacia la botella de dióxido de carbono, hay dos válvulas en serie (no representadas en la Fig. 3). La válvula más próxima a la botella de dióxido de carbono 29 permanece abierta mientras que la válvula más próxima a la entrada 7 permanece cerrada. A continuación se cierra la válvula más próxima a la botella de dióxido de carbono 29 y así se dispone de una cierta cantidad de dióxido de carbono acumulado entre ambas válvulas. A continuación se abre la válvula más próxima a la entrada 7 y, de esta manera se inyecta una determinada cantidad de dióxido de carbono en el conducto de entrada 31, formando un pulso de dióxido de carbono. A continuación este pulso se propaga por todo el circuito interno, arrastrado por el flujo interno de nitrógeno.

El detector de gas 33, que es un detector óptico de infrarrojos, detecta las variaciones de concentración del dióxido de carbono en el flujo interno de nitrógeno. En el caso de intercambiadores de calor no defectuosos, el detector de gas 33 detecta el pulso de dióxido de carbono como un pulso único, y lo detecta transcurrido un tiempo que se corresponde con el tiempo necesario para que el flujo interno recorra todo el circuito interno. Lógicamente, si se repite el ensayo y/o si se realiza el ensayo sobre otro intercambiador de calor igual al primero, se obtienen unas curvas muy similares a la primera curva. Estas curvas están referenciadas con el n° 39 en la Fig. 2.

Sin embargo, si uno de los tabiques 9, 11 y/o 21 presenta un defecto de estanqueidad, el flujo interno no recorre en su totalidad el circuito interno, sino que parte del mismo pasa a través del tabique 9, 11 y/o 21 que presenta el defecto. Este paso a través del tabique 9, 11 y/o 21 tiene como consecuencia un acortamiento del recorrido y, por tanto, una llegada anticipada a la salida 13 y al detector de gas 33. Por lo tanto, cuando se inyecte el pulso de dióxido de carbono, el detector de gas 33 detectará dos pulsos: el pulso ``normal'' 39 y un pulso que se anticipa en el tiempo. De esta manera es posible detectar un defecto de estanqueidad en el flujo interno. Ejemplos de estos pulsos anticipados son los referenciados con los números 41, 43 y 45 en la Fig. 2.

Adicionalmente, la relación de alturas entre ambos pulsos dará la importancia del defecto. Efectivamente, un defecto de estanqueidad más importante hará que la concentración del pulso ``normal'' 39 sea menor, ya que una mayor cantidad de dióxido de carbono se ha desviado por el defecto de estanqueidad. Por la misma razón el pulso ``anticipado'' 41, 43 y/o 45 será de mayor concentración.

El dispositivo de detección permite también determinar en qué tabique 9, 11 y/o 21 se halla el defecto de estanqueidad. Efectivamente, si el defecto de estanqueidad está en el tercer tabique 11, el pulso está más próximo al pulso normal 39 y es más estrecho y elevado, ya que la difusión del dióxido de carbono en el nitrógeno ha sido menor (véase el pulso 45). En cambio, si el defecto de estanqueidad está en el primer tabique 9, el pulso está más separado del pulso normal 39 y suele ser más bajo y ancho, ya que se ha difundido más en el nitrógeno (véase el pulso 41). Finalmente, el pulso 43 corresponde a un defecto de estanqueidad en el segundo tabique 21.

De una manera análoga sería posible, en determinados casos, detectar la existencia simultánea de defectos en dos o más tabiques.

De esta manera se pueden establecer una serie de patrones para cada tipo y tamaño de defecto, y para cada tipo de intercambiador de calor, y se pueden introducir en el ordenador 37. También se pueden introducir los valores límite que separan lo que es aceptable de lo que no. De esta manera el ordenador 37 será capaz de controlar la producción indicando los intercambiadores de calor defectuosos, con indicación del tipo de defecto y la importancia del mismo.

El detector de la invención requiere unos 30 segundos para cada ciclo de control.

Claims (14)

1. Detector de defectos de estanqueidad apto para detectar defectos de estanqueidad en el flujo interno de un fluido en un intercambiador de calor, dicho intercambiador de calor con por lo menos un circuito interno, dicho circuito interno teniendo por lo menos una entrada (7) y una salida (13), caracterizado porque comprende una primera fuente (27) de un primer gas, una segunda fuente (29) de un segundo gas, unos conductos de entrada (31) que conectan fluidicamente dichas primera fuente (27) y segunda fuente (29) con dicha entrada (7), un detector de gas (33) apto para detectar dicho segundo gas que genera una señal de detección, unos conductos de salida (35) que unen fluidicamente dicha salida (13) con dicho detector de gas (33), y un analizador (37) apto para evaluar dicha señal de detección.

2. Detector según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho primer gas es un gas inerte, preferentemente nitrógeno.

3. Detector según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque, dicho segundo gas es dióxido de carbono (CO_{2}).

4. Detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dicho detector de gas (33) es un detector óptico.

5. Detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque es apto para cuantificar la importancia de dicho defecto de estanqueidad.

6. Detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 5, donde dicho intercambiador presenta por lo menos dos tabiques (9, 11 y/o 21), caracterizado porque es apto para determinar cual de dichos tabiques (9, 11 y/o 21) presenta dicho defecto de estanqueidad.

7. Detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque es apto para detectar dichos defectos de estanqueidad en el flujo interno en menos de 60 segundos, preferentemente en menos de 30 segundos.

8. Procedimiento de detección de defectos de estanqueidad en el flujo interno de un intercambiador de calor con por lo menos un circuito interno, caracterizado porque comprende una etapa de purga de dicho circuito interno mediante un primer gas y de generación de dicho flujo interno mediante dicho primer gas, una etapa de inyección de una determinada cantidad de un segundo gas en dicho flujo interno, una etapa de propagación de dicha determinada cantidad a través de dicho circuito interno, una etapa de detección de dicha determinada cantidad en dicho flujo interno generándose una señal de detección, y una etapa de análisis de dicha señal de detección.

9. Procedimiento de fabricación de intercambiadores de calor caracterizado porque comprende el control de defectos de estanqueidad en el flujo interno mediante un detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Procedimiento de suministro de intercambiadores de calor caracterizado porque comprende la realización y entrega de un certificado de control al 100% de defectos de estanqueidad en el flujo interno de dichos intercambiadores de calor.

11. Utilización de un detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 7, para un suministro de una pluralidad de intercambiadores de calor, dicho suministro comprendiendo el suministro de un certificado de control de defectos de estanqueidad en el flujo interno en el 100% de dichos intercambiadores de calor.

12. Intercambiador de calor que forma parte de un conjunto de intercambiadores de calor, caracterizado porque ha sido sometido a un control de defectos de estanqueidad en el flujo interno de dicho intercambiador de calor y porque dispone de un certificado de control de defectos de estanqueidad en el flujo interno, donde dicho certificado incluye a todos los intercambiadores de calor de dicho conjunto.

13. Intercambiador de calor según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho control se ha realizado mediante un detector según por lo menos una de las reivindicaciones 1 a 7.

14. Conjunto de intercambiadores de calor caracterizado porque dispone de un certificado de control de defectos de estanqueidad en el flujo interno realizado a todos los intercambiadores de calor que componen dicho conjunto.