INTERCAMBIADOR DE CALOR DE TUBOS REMOVIBLES Y PLACA DE CABEZAL
CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a un intercambiador de calor de tubo removible y placa de cabezal, y más particularmente a una placa de cabezal mejorada para intercambiador de calor para intercambiadores de calor de tubo removible.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los intercambiadores de calor están típicamente formados por una pluralidad de unidades de aletas y de tubos, cuyos extremos se extienden a través de las aberturas en las placas de cabezal opuestas. Un fluido de calor o de enfriamiento, por ejemplo, aceite, aire, etc. fluye a través de los tubos. Las unidades de aletas y de tubos deben contar con la capacidad de resistir las presiones del sistema de operación sin provocar derrames. En algunas ocasiones, los sellos elastoméricos se utilizan dentro de las aberturas en las placas de cabezal para sellar al tubo dentro de la placa de cabezal y así formar un tubo hasta la unión de la placa de cabezal. Algunos diseños de intercambiadores de calor permiten que las unidades de aletas y de tubos se retiren, de tal forma que un tubo dañado se pueda reemplazar sin desmantelar un intercambiador de calor completo. Conforme a los intercambiadores de calor de la técnica previa, los tubos se retiran al levantar un primer extremo de un tubo dentro de la primera de dos placas de cabezal mediante una primera abertura que tiene un sello cil indrico a lo largo de la longitud completa de la abertura de la placa de cabezal, hasta que el segundo extremo del tubo libera la segunda de las dos placas de cabezal. El segundo extremo del tubo oscila hacia afuera para liberar el borde de la segunda placa de cabezal y el tubo, el cual se encuentra ahora en ángulo con relación a la primera placa de cabezal, se jala desde la primera placa de cabezal, liberándolo del intercambiador de calor. Los diseños de sellos y aberturas de la técnica previa permiten que un sello elastomérico se asiente dentro de la primera placa de cabezal con el fin de sellar el tubo durante la operación intercambiadora de calor, y también permiten el movimiento angular de un tubo para el retiro e instalación de las placas de cabezal. Consultar la Patente de Estados Unidos No. 3, 391 ,732, la Patente de Estados Unidos No. 4, 344,478, la Patente de Estados Unidos No. 4, 216,824, la Patente de Estados Unidos No. 4,930,568, y la Patente de Estados Unidos No. 5,433,268 mismas que se incorporan dentro de la presente en su totalidad como referencia. Sin embargo, los diseños de sellos y aberturas de la técnica previa no optimizan la capacidad que tienen los intercambiadores de calor para resistir presiones de operación elevadas y a su vez, permitir el fácil retiro e instalación de tubos intercambiadores de calor individuales. De conformidad con esto, un objetivo de la presente invención es proporcionar una configuración de sello y abertura para mejorar la capacidad de un intercambiador de calor para resistir altas presiones de operación mientras que permiten a su vez, el fácil retiro e instalación de los tubos individuales intercambiadores de calor. Un objetivo adicional de la presente invención, es proporcionar una placa de cabezal de intercambiador de calor que reduce o supera en su totalidad algunas dificultades inherentes a los intercambiadores de calor de la técnica previa que tienen tubos removibles intercambiadores de calor, así como capacidades de presión , integración de sellos y la total expectativa de vida del intercambiador de calor. Los objetivos y ventajas particulares de la invención, serán evidentes para las personas experimentadas en la técnica, esto es, quienes tienen el conocimiento o la experiencia en este campo de la tecnología, en vista de la siguiente exposición de la invención y la descripción detallada de ciertas modalidades preferidas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la presente invención pueden utilizarse para proporcionar ventajosamente un intercambiador de calor que tenga capacidades ventajosas de presión , mientras que facilita el retiro e instalación de los tubos individuales intercambiadores de calor, sin desensamblar el armazón del intercambiador de calor. Los intercambiadores de calor de la presente invención incluyen , por lo menos, un tanque superior que tiene una placa de cabezal superior, un tanque inferior que tiene una placa de cabezal inferior, un armazón que conecta a los tanques superior e inferior, aberturas en las placas de cabezal superior e inferior, sellos y tubos de flujo configurados para resistir la presión del sistema de operación. De conformidad con un aspecto de la presente invención , que se describe con más detalle con referencia a las Figuras, la placa de cabezal superior incluye una pluralidad de aberturas, cada abertura tiene un diámetro no uniforme en la pared de abertura interior, por ejemplo, como se determina en, por lo menos, dos, tres o cuatro ubicaciones desde un extremo de la abertura hacia el otro. Los diámetros de la abertura, y de este modo la pared de la abertura en sí, están configurados para permitir que un tubo de flujo se inserte adentro o se retire de un armazón intercambiador de calor a través de la abertura en un ángulo de inserción. El ángulo de inserción se define como el ángulo en el que el tubo de flujo se inserta adentro o se retira de la abertura, y se determina en parte por la longitud del tubo de flujo, por la distancia entre las placas de cabezal superior e inferior, y la dirección de la inserción del tubo de flujo dentro de la abertura. El ángulo de inserción debe ser suficiente para permitir la inserción del tubo de flujo dentro de la placa superior de cabezal, mientras que evade el contacto con la placa inferior de cabezal. De esta manera, el tubo de flujo se puede insertar arriba dentro de la abertura en la placa superior de cabezal y después descender dentro de la abertura correspondiente en la placa inferior de cabezal. Por lo tanto, la abertura tiene una tolerancia para el movimiento angular de un tubo de flujo con relación a su posición normal cuando se instala entre las placas de cabezal , es decir, la configuración de la pared de la abertura permite el movimiento angular del tubo de flujo durante su retiro o su instalación. De conformidad con una modalidad, un sello se proporciona en forma fija en un punto dentro de la abertura, de modo que el sello queda retenido dentro de una ranura dentro de la pared de la abertura. Conforme a otra modalidad, los diferentes diámetros de la pared de la abertura proporcionan hombros que soportan al sello y retienen el sello dentro de la abertura en la instalación y el retiro del tubo de flujo, y también proporcionan soporte para el sello durante la operación de alta o baja presión del intercambiador de calor. De acuerdo con otra modalidad, la abertura tiene una ranura dentro de la pared interior de la abertura que retiene en forma fija al sello con el diámetro de la abertura en cualquier lado del sello que sea capaz de permitir la inserción angular y el retiro del tubo de flujo. El tubo de flujo sobresale, por lo menos dentro de la placa de cabezal y acopla al sello que se asienta entre el tubo de flujo y la placa de cabezal. En cierta modalidad, el tubo de flujo también puede sobresalir más allá de la placa de cabezal. Como se estableció anteriormente, la abertura tiene el diámetro u otra configuración suficiente para proporcionar una tolerancia para el movimiento angular del tubo de flujo a través de la abertura. De esta forma, la abertura puede tener uno o más diámetros mayores que el diámetro del tubo de flujo a lo largo de un eje determinado. El sello también tiene un diámetro, configuración o dimensión suficiente para acoplar al tubo de flujo en una manera que permita la operación de presión elevada del intercambiador de calor cuando el tubo de flujo está aproximadamente perpendicular a la placa de cabezal y aún así permita movimiento angular del tubo de flujo a través de la abertura, es decir, el sello también tiene dimensiones suficientes para permitirle comprimirse a una cierta compresión de diseño cuando el tubo se inserta por completo dentro de la abertura y se pone perpendicular a las placas de cabezal. De conformidad con otro aspecto de la presente invención , una placa de cabezal para un intercambiador de calor tiene una o más aberturas circulares a través de la placa , en donde cada abertura tiene, por lo menos, dos diámetros diferentes dentro de la placa de cabezal. De manera alternativa, la abertura puede tener hasta tres o cuatro diámetros representados por secciones o porciones adyacentes con el diámetro de cada sección o porción igual o diferente a la otra sección o porción. Las palabras "sección" y "porción" se utilizan en forma indistinta dentro de la misma. De conformidad con un ejemplo no limitante, la placa de cabezal tiene una abertura con una primera porción que tiene un primer diámetro.. La primera porción está diseñada para que su diámetro sea lo suficientemente grande para permitir la inserción de un tubo de flujo en un ángulo hacia la línea central de la abertura como un conjunto, sin la interferencia perjudicial para la condición del tubo de flujo o de la placa de cabezal. La primera porción también proporciona soporte para una cara del sello. Una segunda porción de la abertura que tiene un segundo diámetro, es adyacente a la primera porción, el segundo diámetro mayor al primer diámetro. La segunda porción retiene al sello y permite que el sello se comprima a una compresión definida cuando el tubo se inserta por completo y se lleva a la perpendicular más cercana. Una tercera porción de la abertura tiene un tercer diámetro que es adyacente a la segunda porción, el tercer diámetro es menor al segundo diámetro. La tercera porción proporciona soporte para la segunda cara del sello y también es lo suficientemente grande en diámetro para permitir la inserción del tubo de flujo en un ángulo hacia la línea central de la abertura como un conjunto sin interferencia. Una cuarta porción tiene un cuarto diámetro que es adyacente a la tercera porción, el cuarto diámetro es lo suficientemente grande en diámetro para permitir la inserción del tu bo de flujo en un ángulo hacia la línea central de la abertura como un conjunto sin interferencia. Alternativamente, la cuarta porción puede ser de un diseño cónico con un diámetro que aumenta gradualmente hacia el lado del tanque de la placa de cabezal. De acuerdo con una modalidad de la presente invención, los diámetros de la primera, tercera, y cuarta porciones de la abertura aumentan progresivamente en diámetro para permitir la inserción del tubo de flujo en un ángulo hacia la línea central de la abertura como un conjunto. A partir de la exposición anterior, será evidente para las personas experimentadas en la técnica, esto es, para quienes tienen conocimiento o experiencia en esta área de tecnolog ía, que la presente invención proporciona un avance tecnológico importante. Las modalidades preferidas de la placa de cabezal de intercambiador de calor de la presente invención pueden proporcionar un sellado mejorado y presiones de operación más elevadas, mientras que permiten que los tubos intercambiadores de calor montados en la misma, se retiren de manera individual, por ejemplo, sin desmantelar el intercambiador de calor. Estas y otras características y ventajas adicionales de la invención expuesta aquí, se comprenderán mejor a partir de la exposición detallada de ciertas modalidades preferidas.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Ciertas modalidades preferidas se describen con detalle a continuación con referencia a los dibujos anexos, en donde: la Figura 1 es una vista en perspectiva esquemática, mostrada en corte parcial, del tubo y unidades de aleta de un intercambiador de calor de la presente invención montado en las placas de cabezal opuestas; la Figura 2 es una vista en elevación esquemática, mostrada en corte parcial en sección, de un tubo y unidad de aleta que se retiran del intercambiador de calor de la Figura 1 ; la Figura 3 es una vista en sección esquemática de una abertura en la placa de cabezal de la Figura 1 ; la Figura 4 es una vista en sección esquemática de un tubo y unidad de aleta retirados de la placa de cabezal de la Figura 1 ; la Figura 5 es una vista en sección esquemática de una modalidad alternativa de un tubo y unidad de aleta de la Figura 1 , mostrados montados en la placa de cabezal con un sello contra polvo y un lavador de copa; y la Figura 6 es una vista transversal de diseños de sellos alternativos útiles en la presente invención. Las Figuras referidas anteriormente, no están dibujadas necesariamente a escala y deben de entenderse para presentar una representación de la invención, ilustrativa de los principios que incluye. Algunas características de la placa de cabezal de intercambiador de calor ilustrada en los dibujos, han sido amplificadas o distorsionadas con relación a otras, para facilitar su explicación y su comprensión. Se utilizan los mismos números de referencia en los dibujos para componentes y características similares o idénticas que se muestran en varias modalidades alternativas. Las placas de cabeza l de intercam biador de calor como se exponen aquí, tendrán configuraciones y componentes que se determinan, en parte, por la aplicación que se les destina y por el ambiente en el que se utilizan.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE ALGUNAS MODALIDADES
PREFERIDAS Con referencia a la Figura 1 , un intercambíador de calor de conformidad con la presente invención se muestra en corte parcial como se utilizaría para enfriar el aceite caliente generado con el uso de maquinaria industrial, por ejemplo, una transmisión hidráulica (no mostrada), y se referirá, en general, con el número de referencia 2. En una aplicación típica, el aceite caliente fluiría a través del interior de los tubos de flujo, mientras que un fluido de enfriamiento, como el aire, u otro fluido de enfriamiento adecuado, hará contacto con la sección de aleta exterior del tubo de flujo. Sin embargo, se debe entender, que el ¡ntercambiador de calor no se limita únicamente a utilizarse para el enfriamiento de aceite caliente en la maquinaria industrial, puede utilizarse fácilmente con otros fluidos o gases de otros campos. Por ejemplo, las modalidades de la presente invención encuentran aplicación para los intercambiadores de calor, como los radiadores que se utilizan para enfriamiento de un motor, en donde el enfriador, como el agua o el anticongelante, fluye a través de los tubos de flujo, y el fluido, como el aire o cualquier líquido adecuado puede utilizarse para fluir alrededor del exterior de los tubos de flujo. Para conveniencia, los términos "superior" e "inferior", se utilizan aquí para diferenciar entre los extremos superiores e inferiores del intercam biador de calor y otros elementos particulares. Se debe apreciar que "superior" e "inferior" se utilizan solamente para facilitar la descripción y comprensión, y no se destinan para limitar las posibles orientaciones espaciales del intercambiador de calor y de sus componentes durante su ensamble o utilización. El intercambiador 2 de calor comprende una pluralidad de tubos 4 de flujo que tienen una pluralidad de aletas 6 o elementos de aleta asegurados a una superficie exterior de los mismos. Los tubos 4 están montados por un primer extremo 8 o extremo superior en una primera placa 1 0 de cabezal o superior, y por un segundo extremo 1 2 o extremo inferior a una segunda placa 14 de cabezal o inferior. Las placas 1 0, 14 de cabezal superior e inferior se fijan con recíprocamente, por medio de un armazón del intercambiador 2 de calor (no mostrado). Los ejemplos de los diseños de tubos y elementos de aleta útiles dentro de la presente invención se muestran en las Patentes de Estados Unidos Nos. 4,570, 704; 4,344,478; 4, 21 6, 824; 3, 391 , 732; 5,433,268; y 5,236,045, mismas que se incorporan en la presente por referencia en su totalidad para todos los propósitos. Los intercambiadores de calor dentro del alcance de la presente invención incluyen aquéllos que tienen una pluralidad de tubos intercambiadores de calor arreglados en columnas e hileras, e interconectados para recibir y pasar un fluido de calor/enfriamiento (dependiendo de la aplicación) . Las hileras se extienden longitudinalmente a través del intercambiador de calor, esencialmente perpendiculares a la dirección del aire o de cualquier otro flujo fluido externo, y las columnas están esencialmente perpendiculares a las hileras. Las columnas, por ejemplo, pueden estar "en-línea" o en "desplazadas" como se muestra abajo (vista en planta de las unidades de aleta y tubo): ** *CUADRO DE H I LERAS Y COLUMNAS***
Se debe entender que los diseños desplazados alternativos están dentro del alcance de la presente invención , así como están alineadas las unidades de aleta y tubo de cada cuarta hilera. En una modalidad preferida, varias hileras de tubos 4 se extienden entre las placas 1 0, 14 superior e inferior de cabezal y forman columnas. Un extremo 8 superior de cada tubo 4 se extiende dentro de una abertura 16 de la placa 1 0 superior de cabezal, y un extremo 1 2 inferior se extiende dentro de una abertura 18 en la placa 14 inferior de cabezal. El líquido fluye desde un primer tanque 17 o tanque superior (visto en la Figura 2) arriba de la placa 10 superior de cabezal a través de los tubos 4 hacia adentro de un segundo tanque 1 9 o tanque inferior (visto en la Figura 2) debajo de la placa 14 inferior de cabezal, en donde fluye de regreso hacia la maquinaria que genera el aceite caliente. Como se muestra en la Figura 1 y de conformidad con una modalidad de la presente invención, un tubo 20 de retención se monta sobre un primer extremo 8 de cada tubo 4 cercano a la placa 1 0 superior de cabezal. Se debe entender que el tubo 20 de retención no se req uiere para todas las aplicaciones de la presente invención , especialmente aq uellas aplicaciones en donde el tubo de retención no es necesario o deseado, y de acuerdo con esto, ciertas modalidades de la presente invención no incluyen un tubo de retención. Hasta el punto en que se desee contar con un tubo de retención, una modalidad del tubo de retención es como se muestra en el número 20, como un cuerpo esencialmente arqueado en forma de C y una pluralidad de porciones 21 sobresalientes rectangulares planas que se extienden radialmente desde la periferia del cuerpo arqueado. El tubo 20 de retención sirve para sostener al tubo 4 firmemente en su lugar dentro la placa 1 0 superior de cabezal, y también sirve para desviar el aire hacia las aletas 6. En la Patente de Estados Unidos No. 4, 344, 478, se encuentra otra descripción de esta modalidad del tubo 20 de retención, cuyo contenido se incorpora en la presente como referencia. Se debe entender que serán evidentes las diferentes modalidades del tubo de retención útiles en la presente invención, para las personas experimentadas en la técnica, con base a la presente exposición. Los ejemplos de los tubos tirantes o mecanismos de alineamiento deseados en la práctica de la presente invención , se exponen en la Patente de Estados Unidos No. 4,21 6,824, la Patente de Estados Unidos No. 4,570,704 y la solicitud co-pendiente No. de Serie 60/1 17,81 7 incorporadas en la presente en su totalidad como referencia. Como se puede observar en la Figura 1 , una primera tapa 22 del lavador se ubica entre y está a tope con la placa 1 0 superior de cabezal y al tubo 20 de retención. Una segunda tapa 24 del lavador se ubica entre y está a tope con el tubo 20 de retención y con la aleta 6 superior más elevada o con un hombro del tubo 4 (no mostrado). Una tercera tapa 26 del lavador se ubica entre y está a tope con la placa 14 inferior de cabezal y con la aleta 6 más baja o a con hombro del tubo 4 (no mostrado) . Así como se describe anteriormente con respecto al tubo de retención, se debe entender que las tapas del lavador, mostradas en la Figura 1 , no son requeridas para todas las aplicaciones de la presente invención, especialmente aquellas aplicaciones en donde no se requiere o desea una tapa del lavador y de conformidad con esto, ciertas modalidades de la presente invención no incluyen tapas del lavador. Además la utilización de tapas del lavador es solamente a manera de ejemplo, otras configuraciones de lavadores o componentes que efectúan la función de lavadoras serán evidentes para los que son hábiles en la técnica, con base en la presente exposición. Algunos intercambiadores de calor se diseñan para permitir el retiro de los tubos 4 sin necesidad de desensamblar el armazón del intercambiador 2 de calor. Esto permite el reemplazo rápido de los tubos gastados o dañados y al mismo tiempo, reduce al m ínimo los costos asociados. Para retirar un tubo 4 de un intercambiador 2 de calor, como se observa en la modalidad ilustrada en la Figura 2, el tubo 20 de retención se retira del tubo 4. El extremo 8 superior del tubo 4 después se empuja hacia arriba a través de la abertura 16 de la placa 10 superior de cabezal hasta que el extremo 12 inferior está arriba de la placa 14 inferior de cabezal. El extremo 1 2 inferior después se balancea hacia afuera en un ángulo de a en la dirección de la flecha K, o cualquier otra dirección adecuada hasta que esté libre de la placa 14 inferior de cabezal y del intercambiador 2 de calor. Después, el tubo 4 se retira del intercambiador 2 de calor al jalarse hacia abajo sobre el tubo 4 hasta que el extremo 8 superior queda libre de la placa 1 0 superior. Un tubo 4 nuevo puede insertarse después al invertir los pasos mencionados anteriormente. Los extremos 8, 12 superior e inferior del tubo 4 se exponen al sistema de fluido al operar una presión en los tanques 17, 19 superior e inferior, que se forman en parte por las placas de cabezal superior e inferior respectivamente, y, por lo tanto, el lado de la presión elevada del intercambiador de calor es el área que está sobre la placa 1 0 superior de cabezal, y debajo de la placa 14 inferior de cabezal. De manera correspondiente, la porción del tubo y la unidad 2 de aleta entre las placas de cabezal expuesta al aire, se considera como el lado de presión baja. Como se utiliza dentro de la presente, el término "lado del tubo" se refiere al lado de presión baja de las de las placas 10, 14 de cabezal superior e inferior respectivamente, esto es, el área de las placas de cabezal superior e inferior típicamente expuesta al aire y no expuesta directamente al fluido de presión elevada en los tanques 1 7, 1 9 superior e inferior. De conformidad con esto, el término "lado del tanque" se refiere al lado de presión alta de las placas 1 0, 14 de cabezal superior e inferior respectivamente, esto es, el área de las placas 10, 14 de cabezal superior e inferior expuesta al fluido de presión elevada en los tanques 17, 19 superior e inferior. La construcción de la abertura 16 se muestra con más detalle en la Figura 3. La abertura tiene un eje longitudinal L. El diámetro de la abertura 16 no es uniforme a lo largo del eje longitudinal L, esto es, no es uniforme a través de toda la placa 10 superior de cabezal. En su lugar, como se muestra en la Figura 3, la abertura 16 q ue tiene por lo menos dos porciones diferentes y de preferencia, tiene cuatro porciones diferentes a lo largo de su longitud, cada una de ellas tiene un diámetro que puede ser igual o diferente al de una porción adyacente. El lado del tubo, o primera porción 30 tiene un primer diámetro A. En ciertas modalidades, como las que se muestran en la Figura 3, el borde 31 del lado del tubo de la primera porción 30 está biselado o de manera alternativa está redondeado en ángulo. Se debe entender que el biselado de ciertas porciones de la pared de abertura, como las porciones mostradas en la Figura 3, no se requiere para todas las aplicaciones de la presente invención , especialmente aquellas aplicaciones en donde el biselado no es necesario o deseado, y de conformidad con esto, ciertas modalidades de la presente invención no incluyen el biselado en esta ubicación mostrada en la Figura 3. De acuerdo con aquellas ciertas modalidades, las ubicaciones en donde se indica el biselado en la Figura 3, serán en su lugar bordes cuadrados. La siguiente porción adyacente a la primera porción 30 es la segunda porción 32 y tiene un segundo diámetro B mayor al diámetro A. Un hombro 34 está formado entre la primera y segunda porciones 30, 32. La tercera porción 36 es adyacente a la segunda porción 32 y tiene un diámetro C que es menor al diámetro B y típicamente mayor al diámetro A. Un hombro 38 está formado entre la segunda y tercera porciones 32, 36. La cuarta porción 40 que está inmediata al lado del tanque es adyacente a la tercera porción 36 y tiene un diámetro D mayor al diámetro C. Como se muestra en la Fig ura 3, el borde 42 de la cuarta porción 40 está biselado, o, de manera alternativa se redondea así como el borde 44 de la cuarta porción 40.
Refiriéndonos ahora a la Figura 4, la interacción del tubo 4 con la abertura 1 6 durante el retiro e instalación del tubo 4 puede ser vista de manera más clara. Un sello 50 rodea al tubo 4 y está contenido dentro de la segunda porción 32. Los sellos de conformidad con la presente invención incluyen aquéllos que tienen diferentes formas y tamaños. Por ejemplo, los sellos que tienen una sección transversal circular son útiles dentro del alcance de la presente invención, así como los sellos que se conocen comúnmente como "junta tórica". Otros sellos útiles incluyen a los que tienen una sección transversal rectangular o cuadrada o una sección transversal semejante a una "X", como se muestra en la Figura 6. Otras formas de sello adecuadas serán evidentes para quienes son hábiles en la técnica con base en la exposición aquí presente; y la configuración de la abertura particular, el tubo de flujo y la cámara dentro de la cual se asienta el sello. Los sellos pueden diseñarse de cualquier material elastomérico adecuado, capaz de resistir las presiones de operación y las temperaturas de un intercambiador de calor determinado. Los sellos útiles también son resistentes a la degradación provocada por fluidos utilizados en los intercambiadores de calor determinados. Los sellos de conformidad con la presente invención pueden instalarse dentro de la abertura en forma manual o por medio de cualquier instrumento adecuado con el fin de asentar al sello dentro de una ubicación determinada en la abertura. Durante su uso, el sello 50 se comprime una cantidad predeterminada para proporcionar un sello idóneo entre el tubo 4 y la abertura de la placa de cabezal. El sello 50 se sostiene en su lugar por medio de los hombros 34, 38, con el hom bro 34 que proporciona soporte al sello 50 para resistir la presión generada en el lado de presión elevada de la placa 1 0 superior de cabezal, y con el hombro 38 que proporciona soporte al sello 50 durante la instalación angular del tubo 4. La abertura 16 se diseña, de preferencia, para sostener al sello 50, cautivo dentro de la placa 10 superior de cabezal, durante la instalación y el retiro del tubo 4. Esto es, el sello 50 está completamente contenido dentro de la abertura 1 6 y no se extiende sobre del lado del tanque de la placa 1 0 de cabezal, dentro del tanque 17 superior, o debajo del lado del tubo de la placa 10 de cabezal. La abertura 1 6 debe ser capaz de acomodar al tubo 4 a ser colocado en ángulo a con respecto al eje longitudinal L, que es necesario para que el extremo 12 inferior libere la placa 14 inferior de cabezal , o libere el armazón intercambiador de calor durante su instalación y retiro, sin desmantelar el armazón del intercambiador de calor. Las dimensiones reales de los diámetros A, B, C, y D, así como la profundidad de cada porción, esto es, la longitud dimensional a lo largo del eje longitudinal L, se determinará por medio de la aplicación específica del intercambiador de calor determinado y por el ángulo a de inserción deseado, requerido para la inserción o el retiro de un tubo intercambiador de calor. Ciertos factores que afectan al ángulo a deseado de inserción, incluyen a los factores tales como el diámetro del tubo de flujo, la longitud del tubo de flujo, las dimensiones de los elementos de aleta del tubo de flujo, la presión de operación del intercambiador de calor, el tipo de sello que se utiliza y si se desea, el biselado de las porciones de la abertura . El diámetro A debe de ser lo suficientemente grande para permitir que el tubo 4 se inserte en el ángulo a de inserción hacia el eje L sin unir el tubo dentro de la porción 30 de la placa de cabezal, y evitar así su propia inserción dentro de la placa de cabezal, y tiene que ser lo suficientemente pequeño para proporcionar el soporte idóneo para retener al sello bajo la presión del sistema de operación. En el ángulo a de tubo limitante de un intercambiador de calor determinado como se muestra en la Figura 4, el lado izquierdo del tubo 4 hace contacto, y su intervalo de movimiento está limitado por el extremo 31 del lado del tubo de la primera porción 30. El lado derecho del tubo 4, como se muestra en la Figura 4, hace contacto, y su intervalo de movimiento está limitado por el borde del lado del tanque de la primera porción 30 en el hombro 34. El diámetro B debe ser más grande que el diámetro A con el fin de proporcionar un sello 50 y un hombro 34 entre la primera y segunda porciones 30, 32. El diámetro B y sus correspondientes hombros retienen en forma fija al sello 50 y tienen las dimensiones apropiadas para permitir al sello 50 comprimirse a un nivel de compresión definido cuando el tubo 4 está en su orientación normal aproximadamente vertical, visto desde el tubo más a la izquierda en la Figura 2. El diámetro C debe de ser menor al diámetro B, con el fin de proporcionar un hombro 38 entre la segunda y tercera porciones 32, 36. El diámetro C tiene las dimensiones apropiadas para proporcionar la liberación del tubo 4 cuando éste último está orientado en el ángulo a, así como para proporcionar el soporte idóneo al sello 50 durante la instalación y el retiro del tubo en la operación de presión baja. La operación de presión baja se refiere a una condición en la que se invierten los lados de presión de la placa 1 0 superior de cabezal. Esto es , la presión dentro del tanque 17 superior es más baja que la de la porción del intercambiador de calor entre las placas 10, 14 de cabezal superior e inferior que están típicamente expuestas al aire. En tal condición de presión invertida, el hombro 38 proporcionará soporte contra la fuente de presión elevada. El diámetro C puede ser, en ciertas modalidades preferidas, aproximadamente igual al diámetro A. En ciertas modalidades no limitantes, el diámetro D es más grande que el diámetro C. El diámetro D se mide para proporcionar la liberación del tubo 4, cuando el tubo 4 está en el ángulo a de inserción, con respecto al eje longitudinal L, para evitar unir el tubo 4. En otras modalidades, el diámetro D es aproximadamente igual al diámetro C o la cuarta porción 40 puede incrementarse gradualmente en forma biselada hacia la superficie del lado del tanque de la placa intercambiadora de calor. Las profundidades de cada porción también pueden variar con base en las condiciones de operación del intercambiador de calor. Específicamente, por ejemplo, las profundidades de la primera porción 30 y la tercera porción 36 deben tener las dimensiones adecuadas para proporcionar el grosor suficiente del hombro 34 y del hombro 38, y así poder resistir las presiones que causa el sello 50. En las modalidades ilustradas, la abertura 1 8 tiene la misma construcción que la abertura 16. Debe apreciarse que en otras modalidades, la abertura 1 8 puede tener un diámetro constante o de manera alternativa, tener un sólo canal que contenga una ranura que incorpore un sello para proporcionar un sello entre el tubo 4 y la abertura En otra modalidad preferida, mostrada en la Figura 5, un lavador 60 de copa está provisto en el tubo 4 entre la placa 10 superior de cabezal y la aleta 6 superior más elevada. El lavador 60 de copa tiene una sección transversal esencialmente en forma de C, la cual forma una superficie 62 cóncava confrontada hacia placa 10 superior de cabezal. Un sello 64 contra la contaminación está ubicado entre la placa 1 0 superior de cabezal y la superficie 62 cóncava. Un sello 64 contra la contaminación se forma de una primera porción 66 que tiene una sección transversal esencialmente rectangular y una segunda porción 68. La segunda porción 68 se extiende hacia arriba y radialmente hacia afuera desde un borde radialmente interno superior de la primera porción 66, y termina en un reborde 70 que se extiende radialmente hacia afuera. En otras modalidades preferidas, el sello 64 contra la contaminación puede tener otras construcciones, por ejemplo, una sección transversal esencialmente rectangular. El sello 64 contra la contaminación actúa para proteger al sello 50 del polvo y de otros contaminantes que pueden encontrarse en algunas aplicaciones. El lavador 60 en forma de taza protege al sello 64 contra la contaminación, y/o a las aberturas 16, 1 8 de objetos grandes, de lavadores de agua de presión elevada, y de otros objetos grandes pueden dañar al sello 64 contra la contaminación, y/o a las aberturas 16, 18, o, que de otra forma, alteran la funcionalidad del intercambiador 2 de calor. Se debe apreciar que el sello 64 de contaminación , en ciertas modalidades preferidas, puede utilizarse sin el lavador 60 de copa. Un lavador 60 de copa similar y un sello 64 de contaminación pueden colocarse en el extremo 1 2 inferior del tubo 14 adyacente a la placa 1 4 inferior de cabezal.
En vista de la exposición anterior de la invención y de la descripción de las modalidades preferidas, las personas experimentadas en esta área de tecnología podrán entender fácilmente que se pueden llevar a cabo varias modificaciones y adaptaciones, sin alejarse del verdadero alcance y espíritu de la invención. Todas las modificaciones y adaptaciones tienen el propósito de estar cubiertas por las siguientes Reivindicaciones.