ES2329100B1 - Tobera para la conexion de conducciones a un colector. - Google Patents
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Abstract
Tobera para la conexión de conducciones a un
colector para fluidos a elevada temperatura. Dicha tobera
está
constituida por una pieza tubular de sección circular que presenta al menos dos tramos de secciones diferentes (2, 3), de dimensiones decrecientes desde su conexión al colector a su conexión al conducto, entre cuyos tramos se determina un escalón de aristas (4) y ángulos (5) redondeados. La tobera (1) se fija a los conductos a través del borde (8), mientras que a través del reborde (6) se fija al contorno del orificio del colector, en caso de que la tobera (1) sea independiente del colector. La tobera (1) puede ser obtenida por mecanizado, por repulsado a partir de chapa, o por embutición a partir de la pared del colector.
constituida por una pieza tubular de sección circular que presenta al menos dos tramos de secciones diferentes (2, 3), de dimensiones decrecientes desde su conexión al colector a su conexión al conducto, entre cuyos tramos se determina un escalón de aristas (4) y ángulos (5) redondeados. La tobera (1) se fija a los conductos a través del borde (8), mientras que a través del reborde (6) se fija al contorno del orificio del colector, en caso de que la tobera (1) sea independiente del colector. La tobera (1) puede ser obtenida por mecanizado, por repulsado a partir de chapa, o por embutición a partir de la pared del colector.
Description
Tobera para la conexión de conducciones a un
colector.
La presente invención se refiere a una tobera
para la conexión de conducciones a un colector, especialmente para
la conexión de conducciones a colectores a través de los que
circula un fluido a elevada temperatura.
La tobera de la invención es especialmente
aplicable, aunque no exclusivamente, en paneles de absorción solar,
para la conexión de los conductos de absorción sobre el colector, a
través de los que circula un fluido térmico a base de sales
fundidas, aunque puede utilizar otros tipos de fluidos transmisores
de altas temperaturas.
En los paneles de absorción solar la conexión de
los conductos de absorción solar, generalmente de fino espesor, al
colector, generalmente de mayor espesor para soportar las cargas
mecánicas de servicio, se realiza mediante toberas configuradas a
modo de casquillos cilíndricos o toberas mecanizadas, compuestos
por un tramo tubular de sección circular constante, aproximadamente
igual a la de los conductos. Estos casquillos se unen por un lado
al conducto y por el opuesto a orificios del colector, generalmente
mediante soldadura a tope. En ocasiones las toberas han sido
extruídas directamente desde el colector. Estas materializaciones
pueden observarse en la patente US 6,736,134 B2 o en su versión PCT
WO 03/021159 A2.
Algunas de las construcciones de este tipo
someten a las zonas de unión del cuerpo del colector con los
conductos de absorción solar a esfuerzos térmicos elevados,
especialmente en las zonas laterales del colector, de bajo flujo de
sales y con ello de menor eficacia de intercambio térmico. Estos
esfuerzos térmicos son causados por cambios rápidos de temperatura
en las sales fundidas que fluyen a través del colector debidos al
paso de nubes sobre el campo de helióstatos de la planta solar.
Estos esfuerzos debidos a cambios bruscos de temperatura se pueden
atenuar utilizando toberas diferentes para las conexiones de los
conductos y otras zonas de dicho colector, o colocando camisas u
otras protecciones térmicas en las toberas de unión de los
conductos de absorción solar al colector. Sin embargo, estas
protecciones son de geometrías complejas de fabricar y difíciles de
montar, lo que aumenta la dificultad de fabricación e
inspección
y encarece estos procesos. Sin estas protecciones, la vida útil de la instalación resulta extremadamente corta.
y encarece estos procesos. Sin estas protecciones, la vida útil de la instalación resulta extremadamente corta.
La presente invención tiene por objeto eliminar
los problemas expuestos, mediante una tobera que puede ser
utilizada en la conexión de todas las conducciones al colector, sin
necesidad de tener que aplicar protecciones térmicas
especiales.
En un panel solar con colectores y tubos según
se ha descrito, la zona de unión de los tubos al colector,
mediante la tobera correspondiente, es una zona de trabajo crítica,
que trabaja a fatiga termo-mecánica. La tobera de la
invención presenta una geometría que reporta una considerable
mejora de comportamiento termo-estructural y, por
tanto, asegurará una mayor vida y todo ello en base a los
siguientes conceptos:
a) La tobera de la invención permitirá
desacoplar los efectos de cambio de espesor y de cambio de eficacia
convectiva del fluido por el cambio de velocidad al pasar el
fluido de una cavidad grande, de mayor espesor, a un tubo, de
espesor más fino. La geometría del colector de la invención
consigue por ello una ventaja significativa en los gradientes y
tensiones térmicas derivadas bajo transitorios térmicos.
b) También la tobera de la invención está
diseñada de modo que flexibilice estructuralmente la unión que con
tobera "normal" es una unión básicamente a 90º entre dos
componentes y que bajo cargas térmicas genera unas tensiones
elevadas. Con la nueva geometría las tensiones se reducen de una
manera considerable.
c) Por último, la tobera de la invención va a
permitir el desacoplamiento térmico estructural: la unión superior
al colector es la parte crítica desde el punto de vista térmico,
mientras que la carga mecánica por cargas de interface impuestas
por el sistema de tuberías se concentra más en la zona de unión al
tubo.
Todas las ventajas expuestas se consiguen con la
tobera de la invención, constituida por un tramo tubular de
sección circular, cuyo tramo presenta al menos dos secciones
diferentes, de dimensiones decrecientes desde su conexión al
colector a su conexión al tubo. Entre estas dos secciones se
determina un escalón de ángulos redondeados.
Con la configuración descrita se genera una
especie de cámara intermedia, que "remansa" el fluido y que
reparte las cargas entre al menos dos zonas de transición, en vez
de en una que tendría una conexión estándar
tubo-colector. El tramo tubular que configura la
tobera de la invención puede presentar más de dos secciones
diferentes consecutivas, de modo que tendría más de dos zonas de
transición.
La tobera de la invención puede ser
independiente del colector y conducciones, pudiendo obtenerse por
mecanizado, por ejemplo a partir de barra.
También la tobera con la configuración descrita
puede estar obtenida por repulsado, a partir de una chapa cuyo
espesor es al menos igual al espesor de la pared del colector al
que se une.
Por último, la tobera puede formar parte del
colector y estar obtenida por embutición, a partir de la pared de
dicho colector.
En cualquiera de estos dos últimos procesos se
realizará preferentemente un tratamiento térmico posterior de
recocido para la eliminación de tensiones residuales derivadas del
repulsado o de la embutición.
En cualquier caso, la pared del colector puede
presentar una pared de espesor decreciente, en el mismo sentido que
decrece la dimensión de las secciones diferentes de la tobera.
Como puede comprenderse, la tobera de la
invención puede ser aplicada a la conexión de conductos a
colectores para fines diferentes a los anteriormente señalados.
De los posibles materiales que se pueden emplear
en la fabricación de la tobera se ha de seleccionar uno que tenga
unas buenas propiedades a altas temperaturas, por encima de 600ºC,
esto es, una alta resistencia. mecánica, una buena resistencia a
fatiga de origen térmico, una buena resistencia a fluencia, una
buena resistencia a la corrosión bajo tensión a alta temperatura,
ante sales de nitrato o ante el fluido transmisor utilizado, un
bajo coeficiente de expansión térmica, de manera que se reduzcan
las cargas debidas a deformaciones térmicas, que se pueda soldar,
que se pueda conformar y que sea de uso común. En este sentido son
buenos candidatos las superaleaciones de base níquel como puede ser
por ejemplo el Inconel 625 o similares.
Seguidamente se hará una descripción mas
detallada de la tobera de la invención, con ayuda de los dibujos
adjuntos, en los que se muestra un ejemplo de realización no
limitativo.
La figura 1 es un alzado lateral de una tobera
constituida de acuerdo con la invención, seccionada a 90º.
La figura 2 muestra en sección diametral una
tobera constituida de acuerdo con la invención, obtenida a partir
de la pared del colector, del que entra a formar parte.
En la figura 1 se muestra una tobera que se
referencia en general con el número 1 y que está constituida por
una pieza tubular de sección circular la cual, de acuerdo con la
invención, presenta al menos dos tramos consecutivos, referenciados
con los números 2 y 3, de diferente sección, decreciente desde su
conexión al colector a su conexión al conducto. Estos dos tramos
conforman un escalón de aristas 4 y ángulos 5 redondeados. El tramo
2 de mayor sección queda rematado en un reborde o ala 6 diseñada
para conformarse y acoplarse al contorno de los orificios del
colector.
La tobera 1, según se muestra en la figura 2,
puede estar obtenida de la propia pared 7 del colector, por ejemplo
por embutición, presentando los mismos tramos 2 y 3 de diferente
sección, decreciente en igual sentido y también con ángulos y
vértices redondeados.
En el caso de la figura 1 la tobera 1 se fijará
a los conductos a través del borde 8, mientras que a través del
reborde 6 se fijará al contorno del orificio del colector,
fijaciones que se realizarán generalmente mediante soldadura a
tope, de modo que el espesor de pared del borde 8 coincidirá con el
del conducto al que se conecta, y el espesor del reborde 6 con el
del colector al que se une.
El ala o reborde 6 y el borde 8 tendrán una
longitud mínima suficiente para permitir sus uniones por soldadura
a tope, y para que estas uniones por soldadura estén fuera de las
zonas de máximas tensiones de trabajo de la tobera 1.
En el caso de la figura 2, al borde libre 8 de
la tobera se fijarán los conductos, fijaciones que se realizarán
generalmente mediante soldadura a tope.
Según se aprecia en las figuras 1 y 2, la pared
de la tobera va disminuyendo de espesor en el mismo sentido que
tiene lugar la disminución de sección de los tramos 2 y 3.
Como ya se ha indicado, la tobera con la
configuración descrita presentará un mejor comportamiento
termo-estructural, respecto de las toberas
tradicionales, de sección constante.
El tramo 2 de mayor sección conforma una especie
de cámara intermedia, entre el colector y el conducto unido a la
tobera, que "remansa" el fluido y reparte las cargas entre dos
zonas de transición, en vez de una sola que tendrían las toberas
tradicionales de sección constante.
Aunque en los ejemplos representados en los
dibujos la tobera incluye solamente dos tramos 2 y 3 de diferente
sección, podría incluir un mayor número de tramos, con los
correspondientes escalones intermedios de aristas y vértices
redondeados.
Claims (4)
1. Tobera para la conexión de conducciones a un
colector para fluidos a elevada temperatura, constituida por una
pieza tubular de sección circular, caracterizada porque la
pieza citada presenta al menos dos tramos de secciones diferentes
(2,3), de dimensiones decrecientes desde su conexión al colector a
su conexión al conducto, entre cuyos tramos se determina un escalón
de aristas (4) y ángulos (5) redondeados.
2. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha tobera (1) es independiente del
colector y conducciones y está obtenida por mecanizado.
3. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha tobera (1) es independiente del
colector y conducciones y esta obtenido por repulsado, a partir de
una chapa cuyo espesor es al menos igual al espesor de la pared
del colector al que se une.
4. Tobera según la reivindicación 1,
caracterizada porque dicha tobera (1) forma parte del
colector y está obtenida por embutición, a partir de la pared de
dicho colector.
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| ES200601037A ES2329100B1 (es) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Tobera para la conexion de conducciones a un colector. |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200601037A ES2329100B1 (es) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Tobera para la conexion de conducciones a un colector. |
Publications (2)
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|---|---|
| ES2329100A1 ES2329100A1 (es) | 2009-11-20 |
| ES2329100B1 true ES2329100B1 (es) | 2010-09-06 |
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ID=38372300
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| ES200601037A Active ES2329100B1 (es) | 2006-04-24 | 2006-04-24 | Tobera para la conexion de conducciones a un colector. |
Country Status (2)
| Country | Link |
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| ES (1) | ES2329100B1 (es) |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20091120 Kind code of ref document: A1 |
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Ref document number: 2329100B1 Country of ref document: ES |