Tubo Múltiple para un Intercambiador de Calor
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona a un producto de aluminio que se unirá por medio de soldadura fuerte o soldadura a otro producto de aluminio. El producto es generalmente conocido en el documento WO-A-98/51983 y toda la información técnica descrita en la solicitud de patente se incorpora por referencia en esta descripción. En la práctica es común unir los componentes de aluminio disponiendo de una aleación de soldadura fuerte de aluminio entre o adyacente a las superficies de los componentes a unirse, y calentando la aleación de soldadura fuerte y las superficies de unión de una manera de montaje apropiada a una temperatura
(temperatura para soldadura fuerte) en donde la aleación de soldadura fuerte se funde mientras los componentes continúan sin fundirse. Al enfriamiento subsecuente, la aleación de soldadura fuerte forma un chaflán o juntura que une las superficies de unión de los componentes. Para una fusión selectiva segura de únicamente la aleación de soldadura fuerte en la etapa de calentamiento, es normalmente preferido que el punto de fusión de la aleación de soldadura fuerte sea por lo
REF: 131805 menos de 30° a 40°C menor que el del metal de los componentes. Un ejemplo de una aleación de soldadura fuerte de aluminio común es una composición eutéctica de aluminio-silicio, que empieza a fundirse a aproximadamente 577°C. Es bien conocido el uso de una hoja revestida de soldadura fuerte de aluminio compuesta para unir componentes de aleación de aluminio, ver por ejemplo el documento US-A-5, 622 , 220. La hoja de soldadura fuerte se utiliza para elaborar los componentes de intercambio de calor tal como tubos, aletas de tubos fundidos, tubos colectores, tanques, divisores de flujo, etc. Sin embargo una limitación importante es que es difícil de elaborar los perfiles complicados utilizando únicamente la hoja enrollada. Para los perfiles complicados como por ejemplo los tubos múltiples o microtubos, el proceso de extrusión puede ofrecer una solución eficiente de alta calidad y de mayor costo. Una desventaja de utilizar los perfiles extruidos ha sido el equipo de extrusiones con un revestimiento de aleación de soldadura fuerte. El proceso de CD es uno de los métodos que se ha desarrollado para producir un perfil extruido "revestido" de soldadura fuerte. En este proceso el perfil es revestido con partículas de AISi cubiertas con fundente de Nocolok. La adhesión del revestimiento se logra a través del uso de un aglutinante (polimero) . La adición de las partículas de AISi proporciona el metal de relleno para las uniones de soldadura fuerte durante el proceso de soldar fuerte. En el proceso de "Revestimiento con soldadura fuerte" el perfil es revestido con una mezcla de aleación de partículas de AISi y Nocolok. La adhesión del revestimiento se logra a través del uso de un aglutinante (polimero) . Las partículas de AISi se fusionan y fluyen durante el proceso de soldar fuerte. El proceso de flujo Sil es un método donde el perfil es revestido con una mezcla de Nocolok y partículas de silicio finas. La adhesión del revestimiento se logra a través del uso de un aglutinante (polimero) . Durante el proceso de soldar fuerte, el Si se difunde en la superficie y forma una aleación eutéctica de AISi por lo cual se crea un metal de relleno para las junturas de soldadura fuerte "in situ". Una desventaja con todos los procesos anteriores es el uso de un aglutinante. El aglutinante tiende a "envenenar" la atmósfera del horno y también presenta un problema medioambiental. Para superar estos problemas se han requerido hacer modificaciones al horno altamente costosas. También en el proceso de flujo de Sil la corrosión de Silicio tiende a ser más pronunciada debido a la presencia de las partículas de Silicio. El revestimiento por rociado de flama de arco es otro método donde el perfil es revestido con una aleación de AISi . Durante este proceso se introducen muchos óxidos lo que es indeseable en la operación de soldar fuerte/soldar. Con todos los esfuerzos anteriores para producir un producto extruido con un metal de relleno precolocado, esto continúa siendo un problema en la industria . Es por lo tanto un objeto de la invención proporcionar un producto de aluminio en donde se eviten los problemas anteriormente mencionados. Este objeto se logra porque la posición de la superficie externa del primer producto de aluminio que se conectará al segundo producto de aluminio, se proporciona con por lo menos una cavidad en donde se fija una cantidad de material de soldadura fuerte. Por medio de este montaje "mecánico" es posible proporcionar un producto de aluminio de una manera integrada con la cantidad de material de soldadura fuerte sin la necesidad de utilizar composiciones especiales para adherir el material de soldadura fuerte al producto de aluminio. También es posible utilizar los materiales comercialmente disponibles, que después de fijarse en la cavidad permitirán el manejo del producto de aluminio de una forma normal, tal que el material de soldadura fuerte permanezca en el lugar durante el manejo u operaciones de fabricación subsiguientes como son el envió, maquinado, perfilado, troquelado, corte, lavado o desengrasado. En una modalidad preferida de la invención cada cavidad tiene la forma de una ranura y la cantidad de material de soldadura fuerte tiene la forma un alambre. De esta manera es posible utilizar el alma de alambre fundente disponible comercialmente, por lo tanto se elimina la necesidad por un fundente adicional del producto de aluminio. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Otras ventajas y características de esta invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción, haciendo referencia a los dibujos anexos, en donde: La Figura 1 es una sección transversal de un tubo múltiple como un producto de aluminio de acuerdo a la invención, La Figura 2 es una sección transversal de un tubo múltiple como un producto de aluminio de acuerdo a la invención que muestra las diferentes formas de ranuras , Las Figuras 3A-3C son secciones transversales esquemáticas de una modalidad modificada de un tubo múltiple de acuerdo a la invención, Las Figuras 4A-4C son secciones transversales esquemáticas de otra modalidad modificada de un tubo múltiple de acuerdo a la invención, y La Figura 5 es una sección transversal de una tercer modalidad modificada de un tubo múltiple de acuerdo a la invención. En la Figura 1, se muestra por medio de ejemplo un tubo múltiple 1, sin , embargo la invención no se restringe a este tipo de productos, pero puede usarse en cualquier producto de aluminio que deba soldarse fuerte después de formarse. El tubo múltiple 1 se constituye de tubos de aluminio con orificios (no mostrados) para ajustar los extremos de los tubos de transferencia de calor. Como se muestra en la Figura 1 el tubo múltiple consiste de varios tubos paralelos 3, con porciones de pared común 6, y formadas como un producto liso que tiene dos paredes más grandes 4 y 5. Se proporcionan en la pared 4 y paralela a los canales de flujo para los tubos 3, varias ranuras 8, que se localizan sobre cada sección de pared intermedia 6 del tubo múltiple. En la modalidad mostrada, estas ranuras tienen más de una sección de corte semicircular. El tubo múltiple mostrado en la Figura 1 puede hacerse convenientemente por medio de un proceso de extrusión. Como se muestra en la porción de extremo izquierda de la Figura 1, un alambre de soldadura fuerte puede insertarse en la ranura 8 para fijarse de una forma asegurada en la ranura. Después, durante la elaboración del intercambiador de calor cuando se ha conectado el tubo múltiple 1 con las porciones de extremo de los tubos de intercambio de calor, el material de los alambres 9 puede fundirse y usarse como material de soldadura fuerte. En la porción del extremo derecho de la Figura
2 se muestra un tipo diferente de ranura 8B que tiene una sección transversal en forma de un trapezoide. Es posible tener un alambre de soldadura fuerte de corte circular fijo en la ranura, pero también pueden fijarse alambres de soldadura fuerte con otros tipos de corte como cuadrado, triangular u oval. Las ranuras 8, 8B pueden diseñarse de tal manera que el alambre de soldadura fuerte pueda posicionarse en la superficie de la ranura y por consecuencia insertarse y fijarse mecánicamente en la ranura, por ejemplo aplicando una presión. Esto puede hacerse inmediatamente después de la extrusión del tubo múltiple, pero también después durante la elaboración del tubo múltiple o incluso sólo antes de la producción de los intercambiado es de calor. Las diferentes etapas en el proceso de preparar este tubo múltiple puede ser cortar el perfil extruido en piezas de una longitud definida; - fabricar orificios en el perfil por ejemplo, pr troquelado, molienda, aserrado, etc.; - insertar los divisores de flujo en las piezas de perfil ; - lavar un desengrasante de las piezas de perfil; - insertar los alambres de soldadura fuerte; - insertar los extremos del tubo intercambiador de calor en los orificios hechos en las piezas de perfil; soldar fuerte los extremos de tubo al tubo múltiple o piezas de perfil. Durante el proceso de soldar fuerte/soldar, el alambre de soldadura fuerte se funde y a través de la acción capilar y si se presenta ayudado por un fundente, el alambre fundido es extraído en el tubo múltiple/juntura tubular. Durante el enfriamiento, el metal liquido se solidifica para crear una juntura sólida entre el tubo múltiple y los tubos y otros componentes que se unen al tubo múltiple de tal modo que está en contacto o cerca del alambre de soldadura fuerte . Los perfiles como los tubos múltiples para los intercambiadores de calor son generalmente hechos como extrusiones o de una hoja revestida de soldadura fuerte compuesta. Es común producir tubos múltiples a partir de una variedad de aleaciones de aluminio, por ejemplo de AA 1000 ó 3000, y más particularmente de AA 1100, AA 1197, AA 3003 y AA 3102. También es común que el metal de relleno utilizado para unir el tubo múltiple a los tubos y otros componentes son aleaciones de aluminio en series de AA 4000 y más particularmente AA 4343, AA 4045, AA 4047, AA 4343 + 1% de Cinc, y AA 4045+1% de Cinc. AA es la aleación común designada por la Aluminium Association (AA) . Los expertos en la técnica reconocerán que no se limitan las enseñanzas de esta invención en particular a las aleaciones de aluminio usadas por ejemplo en la siguiente descripción, pero generalmente pueden considerarse por abarcar una amplia variedad de aleaciones basadas en aluminio. La forma de la ranura es importante porque debe diseñarse de tal manera que a. el alambre de relleno se "fija" en el lugar, b. se protege el alambre de relleno de rasgarse o por otro lado de dañarse durante el manejo del producto. c. el área en sección transversal es suficientemente grande para que la ranura lleve suficiente metal de relleno para soldar fuerte o soldar exitosamente. En las Figuras 3A-3C se muestra otra modalidad de un tubo múltiple de acuerdo a la invención. Como se muestra en la Figura 3A se proporciona el tubo múltiple 10 con una ranura 11 en forma de trapezoide, que está diseñada tal que cuando se aplica presión a un alambre metálico de relleno 12 que está colocado en la ranura
(Figura 3B), éste alambre 12 se presiona en la ranura y mecánicamente se fija en el lugar. Si es necesario este alambre 12 puede presionarse en el lugar pasando el tubo múltiple 10 a través del punto de unión de trasferencia de un grupo de rodillos de presión, por lo cual se obtiene una forma final como se muestra en la Figura 3C. La modalidad de la Figura 4A - 4C es la forma un poco diferente de una mostrada en las Figuras 3A-3C en donde se proporciona el tubo múltiple 15 con una ranura 16 con una dimensión transversal superior que es más grande que el diámetro del alambre metálico de relleno 17 colocado en la ranura (Figura 4B) . De esta manera el alambre 17 puede posicionarse fácilmente en la ranura 16 después de lo cual el tubo múltiple 15 puede pasarse a través del punto de unión de trasferencia de un grupo de rodillos de presión, asi obteniéndose el producto como se muestra en la Figura 4C. En la Figura 5 se muestra un tubo múltiple 20 que se modifica con respecto a los tubos múltiples mostrados en los dibujos anteriores en donde se utiliza un tubo redondo como tubo múltiple, que se proporciona con dos extensiones 21 y 26 que proporcionan los canales 23 y 24, que se localizan en los extremos de las aberturas 25 hechas en los tubos múltiples para aceptar los tubos de intercambio de calor. En cada caso el tubo extruido tiene los canales 23, 24 colocados de tal manera que permiten al compuesto de soldadura fuerte o alambre de relleno 27 casi hacer contacto con el tubo el cual es eventualmente ajustado en la abertura o hendidura 25. Cuando el compuesto de soldadura fuerte alcanza su punto de fusión el metal liquido puede ser más fácil de extraer a la juntura por acción capilar. Cuando el diámetro del tubo es relativamente pequeño, por ejemplo 10 - 40 mm, el radio de curvatura es tal que la fuerza mayor que mueve el metal de relleno fundido a la juntura es capilar. La orientación común de un intercambiador de calor en un horno de soldadura fuerte es con el eje de longitud del tubo múltiple en dirección horizontal. Las junturas extraerán el metal desde los canales superior e inferior . Cuando el diámetro llega a ser mayor el efecto de gravedad llega a ser más importante, en este caso puede modificarse el diseño de los tubos múltiples de tal manera que las aberturas o hendiduras 15 sean hechas en una superficie de curvatura mínima para impedir al metal de relleno de suavizarse y caer fuera del canal cuando se funde. La presente invención también difiere de un método que controla estrechamente la cantidad de metal de relleno. Los expertos en la técnica conocerán que el metal de relleno demasiado escaso resultará en chaflanes pequeños o no a prueba de fugas, y que en exceso resultará en la corrosión del tubo que en el peor de los casos también finalizará en fugas. La cantidad requerida de metal de relleno para un soldado fuerte o soldado exitoso dependeré del vacio o cavidad real a llenarse. En el caso de un tubo múltiple para la juntura/unión tubular en un intercambiador de calor, el volumen de este vacio variará con las dimensiones externas del tubo, con las dimensiones internas de la hendidura del tubo múltiple (donde el tubo se inserta) y con el espesor de pared del tubo múltiple. Cuando se conoce el número total de tubo múltiple para la juntura tubular por tubo múltiple, podrá calcularse la cantidad total requerida de metal de relleno. Basado en el resultado de este cálculo puede dosificarse fácilmente el metal de relleno requerido en las ranuras.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el convencional para la manufactura de los objetos o productos a que la misma se refiere.