INTERCAMBIADOR DE CALOR Y MÉTODO PARA SU FABRICACIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a intercambiadores de calor, y más especificamente, a piezas laterales mejoradas para intercambiadores de calor; asi como a métodos para fabricar un intercambiador de calor. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Muchos intercambiadores de calor utilizados hoy en dia, como por ejemplo, radiadores para vehículos, enfriadores de aceite, y enfriadores de aire de carga se basan en una construcción que incluye dos cabezales espaciados,
> generalmente paralelos, interconectados por varios tubos aplanados, paralelos, espaciados. Entre los tubos se encuentran aletas sinuosas delgadas. Habitualmente, los tubos más hacia los lados están ubicados justo hacia dentro con relación a las placas laterales en el intercambiador de calor y las aletas sinuosas están ubicadas entre estos tubos laterales extremos y la placa lateral adyacente. Las placas .laterales están conectadas, típicamente pero no siempre, a los cabezales para proporcionar integridad estructural. Desempeñan también una función importante durante el proceso de fabricación, particularmente cuando el intercambiador de calor es de aluminio y se soldán componentes o bien cuando el intercambiador de calor es de otros materiales y algún tipo de proceso a alta temperatura está involucrado en el proceso de ensamblaje. Más particularmente, técnicas convencionales de ensamblaje involucran el uso de un dispositivo que sujeta una construcción de tipo emparedado que consiste de la alternancia de tubos y aletas sinuosas. La parte externa del emparedado, es decir, las capas externas que se vuelven eventualmente los lados del núcleo del intercambiador de calor se proporciona típicamente con las piezas laterales cuyos extremos están típicamente conectados mecánicamente a los cabezales. Se aplica presión contra las piezas laterales para asegurar el buen contacto entre las aletas sinuosas y los tubos durante un proceso de unión como por ejemplo soldadura para asegurar que las aletas se encuentran firmemente unidas a los tubos con el objeto de optimizar la transferencia de calor en sus puntos de contacto. Si esto no se lleva a cabo, espacios de aire pueden ser localizados entre algunas de las crestas de las aletas y el tubo adyacente lo que afecta negativamente la velocidad de transferencia de calor y ,1a durabilidad, así como la capacidad de resistir a la fatiga inducida por la presión y resistir a presiones elevadas. Al mismo tiempo, cuando se utiliza el intercambiador de calor, aun cuando las placas laterales puedan ser del mismo material que los tubos, puesto que el fluido de intercambiador de calor no está fluyendo a través de las placas laterales sino que está fluyendo a través de los tubos, los tubos se encontrarán típicamente a una temperatura más elevada que las placas laterales, por lo menos inicialmente durante el arranque de una operación de intercambio de calor. Esto resulta a su vez en tensiones térmicas altas en los tubos y en los cabezales. La expansión de los tubos provocado por temperaturas relativamente elevadas tiende a separar los cabezales que tiende a juntar las placas laterales, a una temperatura más baja, en los lados del núcleo. Con demasiada frecuencia esta tensión térmica severa en el ensamble de inte-rcambiador de calor resulta en una fractura o bien en la formación de aberturas de fuga cerca de las uniones entre tubo y cabezal lo que requiere o bien reparación o bien la reposición del intercambiador de calor. Para evitar este problema se ha propuesto, después de la terminación del ensamblaje del intercambiador de calor, cortar a través de las placas laterales en alguna ubicación intermedia entre los extremos de las mismas de tal manera que la expansión térmica de los tubos pueda ser permitida por las placas laterales, ahora en secciones múltiples, que pueden desplazarse con relación entre ellas en el corte. Sin embargo, esta solución agrega una operación adicional al proceso de fabricación y por consiguiente no es económicamente deseable.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN El objeto principal de la presente invención es ofrecer un intercambiador de calor novedoso y mejorado, y un método para fabricarlo, que elimina los problemas de fallas del intercambiador de calor provocados por tensiones inducidas térmicamente que resultan de una diferencia de expansión térmica entre la expansión de los tubos del intercambiador de calor y larexpansión de las piezas laterales del mismo. Es también un objeto de la presente invención ofrecer un método para fabricar dicho intercambiador de calor. Según un aspecto de la invención, se proporciona un intercambiador de calor que incluye un par de cabezales espaciados, generalmente paralelos, varios tubos espaciados, generalmente paralelos que se extienden entre los cabezales y que se encuentran en comunicación fluida con la parte interna de los cabezales, un par de placas laterales alargadas, una en cada lado del intercambiador de calor, y que se extienden entre los cabezales y que están conectadas con los cabezales y espaciadas del tubo adyacente en el lado correspondiente del intercambiador de calor. Aletas sinuosas se colocan entre tubos adyacentes así como entre las placas laterales y los tubos adyacentes. La invención contempla la mejora a través de la cual cada placa lateral incluye por lo menos una abertura entre sus bordes que tiene una periferia con una parte de la periferia cerca de por lo menos uno de los bordes junto con una línea de incisiones en cada placa lateral que se extiende desde la parte de la periferia hacia el borde. Por consiguiente, una tensión inducida térmicamente provocará que la pieza lateral se separe en el lugar de la abertura y la línea de incisiones y por consiguiente se alivia la tensión en las uniones entre tubo y cabezales o similares de manera permanente. De conformidad con una modalidad de la invención, la abertura es alargada y a un ángulo agudo con relación a la dirección de elongación de la placa lateral correspondiente. Una modalidad preferida contempla que la placa lateral sea formada como un canal que tiene una base con por lo menos una pata extendiéndose a partir de ahí terminando en un borde. La abertura es formada en la base y en la pata y la línea de incisiones se encuentra en la pata. En una modalidad muy preferida, se proporciona un intercambiador de calor generalmente de conformidad con lo mencionado previamente con la invención contemplando la mejora a través de la cual cada placa lateral tiene forma de un canal que tiene una base y dos patas salientes espaciadas que se extienden a partir de la base y terminan en bordes opuestos. La primera abertura alargada y la segunda abertura alargada están colocadas en cada una de las placas laterales en una relación de lado a lado y tienen líneas de centro respectivas que se cortan en un ángulo agudo. Cada una de las aberturas tiene una periferia que incluye una primera parte en cercanía estrecha de una correspondiente de los bordes y una segunda parte en cercanía estrecha de la otra de las aberturas. La primera y la segunda partes están espaciadas en la dirección de elongación de la pieza lateral y una primera línea de debilidad se localiza en cada una de las primeras partes y se extiende entre una abertura correspondiente y la abertura adyacente a los bordes. Una segunda línea de debilitamiento se extiende entre las aberturas en la segunda parte. Como consecuencia de esta construcción, las placas laterales pueden cortarse en las líneas de debilitamiento para aliviar tensiones como antes. Además, la formación de la placa lateral en forma de un canal y el escalonamiento efectivo de la primera línea y segunda línea de debilitamiento no reducen materialmente la resistencia a la torsión o resistencia al doblado de la placa lateral de tal manera que se mantiene un alto grado de integridad estructural antes del ensamblaje de las placas laterales sobre el núcleo. Esto logra dos propósitos: permite el manejo de piezas laterales antes del ensamblaje con el núcleo sin requerir de gran cuidado por parte de las personas que deben manejar las piezas laterales; y distribuye la tensión de expansión que estaría enfocada de otra forma en la ubicación de la ruptura. En una modalidad preferida, el ángulo agudo es del orden de 90°. De preferencia, la primera línea de debilitamiento y la segunda línea de debilitamiento están definidas por muescas en forma de V en las patas y en la base del canal, respectivamente. En una modalidad altamente preferida, las líneas de debilitamiento tienen una longitud de aproximadamente .6 mm o menos. La invención contempla también el suministro de un método para fabricar un intercambiador de calor de aluminio que incluye los pasos de: (a) ensamblar los componentes de un núcleo de .intercambiador de calor en un dispositivo que tiene cabezales espaciados, tubos espaciados que se extienden entre los cabezales, placas laterales que se extienden entre los cabezales en los lados del núcleo y aletas sinuosas que se encuentran entre los tubos adyacentes así como entre las placas laterales y el tubo adyacente en cada lado del núcleo; (b) fijar mecánicamente cada extremo de una placa lateral sobre el cabezal adyacente; (c) antes de los pasos ( A) y (b) , debilitar la placa lateral hasta un punto intermedio con relación a sus extremos para reducir su capacidad de resistir a la tensión sin afectar materialmente su capacidad de resistir al doblado; y (d) someter el ensamble resultante del paso (b) a temperaturas de soldadura para (i) soldar los componentes juntos y (ii) permitir la separación de cada pieza lateral en dicho punto como resultado de una tensión inducida térmicamente. Si los servicios ocurrieran de hecho dependerá generalmente de la velocidad con la cual los componentes soldados se enfrían después de la soldadura. Otros objetos y ventajas serán aparentes a partir de la siguiente especificación tomada en conexión con los dibujos anexos . .-DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una elevación lateral, relativamente esquemática, de un intercambiador de calor fabricado de conformidad con la invención; la figura 2 es una vista> en planta, fragmentaria, de una placa lateral parcialmente fabricada, elaborada de conformidad con la presente invención; la figura 3 es una vista en planta de una placa lateral totalmente fabricada; la figura A es una vista en perspectiva de una placa lateral totalmente fabricada; la figura 5 es una vista en corte transversal ampliada tomada aproximadamente a lo largo de la línea 5-5 en la figura 3; y la figura 6 es una vista fragmentaria ampliada de una parte de la placa lateral. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La presente invención se describirá a continuación como un radiador de un vehículo, por ejemplo, un radiador para un camión de gran tamaño. Sin embargo, se entenderá que la presente invención puede aplicarse a radiadores utilizados en otros contextos, por ejemplo, un radiador para cualquier vehículo o bien para aplicación estacionaria como por ejemplo en el caso de un generador activado por un motor de combustión interna. La invención es también útil en cualesquiera de muchos tipos de intercambiadores de calor que utilizan placas laterales para sujetar aletas sinuosas contra tubos paralelos que se extienden entre cabezales espaciados, por ejemplo, enfriadores de aceite así como enfriadores de aire de carga. Por consiguiente, no se contempla ninguna limitación en cuanto a un uso particular excepto en la medida en que se expresa en las reivindicaciones anexas. Con referencia a la figura 1, un intercambiador de calor típico del tipo en cuestión incluye placas de cabezal espaciadas, paralelas, 10, 12 entre las cuales se extienden varios tubos aplanados 14. Los tubos 14 están espaciados entre ellos y sus extremos están soldados y se extienden a través de ranuras, no se ilustra, en los cabezales 10 y 12 de tal manera que estén en comunicación fluida con la parte interna de un tanque 16 montado en cada uno de los cabezales 10, 12. En cuanto a este aspecto, se observará que como sé emplea aquí, el término "cabezales" se refiere colectivamente a las placas de cabezal 10, 12 a los cabezales 10, 12 con los tanques 16 montados ahí, o bien a construcciones integrales de cabezal y tanque que se conocen en la técnica, por ejemplo, fabricados por tubos o varios procedimientos de laminación. Las piezas laterales 18, 20 flanquean los lados respectivos de la construcción de intercambiador de calor y se extienden entre los cabezales 10, 12 y están típicamente mecánicamente conectados ahí así, como metalúrgicamente unidos ahí . Entre los tubos espaciados 14 y entre el tubo más extremo 14 y un tubo adyacente de las placas laterales 18, 20 se encuentran aletas sinuosas convencionales 22. Como se sabe, las aletas 22 pueden estar formadas de varios materiales. Ejemplos típicos son aluminio, cobre, y bronce. Sin embargo, otros materiales pueden emplearse según la resistencia deseada y los requerimientos de eficiencia de intercambio de calor deseados de una aplicación particular. En una modalidad muy preferida de la invención, todos los componentes que acabamos de describir, con la posible excepción de los tanques 16 que pueden ser de plástico, se fabrican de aluminio o aleación de aluminio y están aplicados con soldadura en las ubicaciones apropiadas de tal manera que un ensamblaje entero según lo ilustrado en la figura 1 pueda estar colocado en un horno de soldadura y los componentes puedan ser soldados juntos. En el caso habitual, antes de la soldadura, se emplea un dispositivo apropiado para formar un emparedado que consiste de los tubos 14 alternando con las aletas sinuosas 22 y tapados en cada extremo por las placas laterales 18 y 20. Los cabezales 10, 12 están montados sobre los extremos de los tubos 14 y habitualmente las placas laterales 18 y 20 pueden ser acopladas mecánicamente con los cabezales 10, 12 típicamente mediante el doblado de lengüeta en las placas laterales 18 sobre los extremos correspondientes de los cabezales 10, 12. La figura 2 ilustra una forma previa parcialmente fabricada para constituir las placas laterales 18, 20. De conformidad con lo ilustrado, es alargada y tiene extremos de conexión de cabezales 24, 26. Líneas de doblado no existentes mostradas solamente con el propósito de ilustrar la posición de un doblado a formar en las placas laterales se ilustran en 28 y 30. Finalmente, las tiras mostradas en la figura 2 serán dobladas a lo largo de las líneas 28 y 30 para formar un canal que tiene una base 32 flanqueada por las patas erguidas 34, 36 espaciadas entre ellas y que terminan en los bordes respectivos opuestos 38, 40. Mientras se prefiere una sección transversal de canal, en algunos casos, las placas laterales 18, 20 pueden permanecer generalmente plana. La tira es debilitada en un lugar intermedio entre sus extremos proporcionando por lo menos una abertura 42 y una o varias ubicaciones entre los extremos 24, 26 de la tira. En una modalidad preferida, una abertura 42 se encuentra apareada con una abertura 44. Las aberturas 42, 44 están generalmente en forma de un ovalado, cada una teniendo una línea de centro 46 que coincide con el eje mayor de la abertura asociada 44, 44. Las líneas de centro de las aberturas 42, 44 se cortan entre ellas a un ángulo agudo para formar una forma de V. En una modalidad muy preferida, el ángulo de intersección es de 90°, y cada línea de centro se encuentra a 45° con relación al eje longitudinal de la placa lateral. La abertura 42 tiene una periferia 48 que incluye una parte 50 muy cerca del borde 38. Como se puede observar en la figura 5, el espaciado entre la parte 50 de la periferia 48 y el borde 38, en una modalidad altamente preferida, es de 1.6 mm. Sin embargo, otros valores pueden ser utilizados como será aparente a los expertos en la materia a continuación. La abertura 44 tiene también una periferia 52 con una parte 54 muy cerca del borde 40. Otra vez, el espaciado entre la parte 54 será de 1.6 mm en una modalidad muy preferida. Las periferias 48 y 52 de las aberturas 42 y 44 tienen también partes 56 muy cercanas a la parte correspondiente de la otra de las aberturas 42, 46. Como se muestra en la figura 6, las partes 56 de las aberturas 42 y 44 están espaciadas entre ellas por una distancia de 3.2 mm aun cuando otros valores pueden emplearse. En general, la dimensión será de 4.6 mm o menos . En la modalidad ilustrada, existen dos juegos de aberturas 42, 44 en ubicaciones diferentes entre los extremos 24, 26 de la pieza lateral. La pieza lateral puede presentar, en sus extremos 24, 26, muescas 60, 62 que definen después lengüetas 64 que pueden ser dobladas alrededor de los extremos de los cabezales 10, 12 o bien recibidas en hendiduras ahí para sujetar mecánicamente las placas laterales 18, 20 sobre el ensamblaje antes de la soldadura. Una característica significativa de la invención es el suministro de líneas de debilitamiento en cada placa lateral. Así, en la parte 50 de la periferia 48 de la abertura 42, una línea de debilitamiento 70 se extiende hacia el borde adyacente 38 de las placas laterales. Una línea de debilitamiento 72 similar se localiza en la parte 54 de la periferia 52 de la abertura 44 y se extiende hacia el borde 40 de la placa lateral. Además, una línea de debilitamiento 74 se extiende entre las aberturas 42, 44 en las partes 56 de sus periferias 48, 52 que se encuentran muy cerca. Se observará que las líneas de debilitamiento 70, 72, 74 están espaciadas entre ellas a lo largo de la longitud de las placas laterales 18, 20. En una modalidad preferida, las líneas de debilitamiento se forman como muescas en forma de V como se muestra a través de la línea de debilitamiento 74 en la figura 5. Los lados de las muescas en forma de V que formar, las líneas de debilitamiento están espaciados angularmente aproximadamente a 90° y la profundidad de cada muesca será aproximadamente de la mitad del espesor de la pieza lateral. En la modalidad ilustrada, la profundidad de cada una de las muescas que forma una línea de debilitamiento 70, 72, 74 es de 0.8 mm.
Evidentemente, la profundidad de cada muesca puede variar según el espesor de material así como la distancia entre las partes 56, o las partes 50, 54 en los bordes respectivos 3:8 y 40. Las líneas de debilitamiento de hecho son líneas cuadradas logradas a través del proceso de aplicación de punzón. Sin embargo, se contempla que las líneas de perforación puedan emplearse en algunos casos. Además, se puede emplear cualquier forma de debilitamiento de metal a lo largo de una línea, si se desea. El intercambiador de calor fabricado de conformidad con la presente invención se elabora por un método de la presente invención que incluye, en un primer paso, el paso de ensamblar los componentes del intercambiador de calor, es decir, los cabezales 10, 12, los tubos 14, las piezas laterales 18, 20 y las aletas sinuosas 22 en un dispositivo de tal manera que los encabezados estén espaciados con los tubos espaciados y extendiéndose entre los cabezales en hendiduras ahí y las placas laterales extendiéndose entre los cabezales en los lados del núcleo junto con aletas sinuosas localizadas entre tubos adyacentes y entre las placas laterales y el tubo adyacente en cada uno de los lados del núcleo. Las placas laterales son fijadas típicamente mecánicamente, pero no siempre en cada extremo del cabezal adyacente. Antes de efectuar los pasos anteriores, sin embargo, se entenderá que las placas laterales se fabrican de tal manera que tengan un debilitamiento en un punto intermedio entre los extremos 24, 26. De preferencia, la modalidad divulgada será empleada, pero como será evidente a los expertos en la materia, se pueden emplear también otras modalidades. El punto de debilitamiento de la placa lateral es para reducir su capacidad de oponerse a la tensión sin afectar materialmente su capacidad de resistir al doblado; y esto es particularmente facilitado cuando las líneas de incisiones 70, 72, 74 están desplazadas entre ellas, como se ilustra. El ensamblaje resultante es después sometido a temperaturas de soldadura de tal manera que los componentes sean soldados juntos y para permitir que las tensiones térmicas involucradas en el proceso de soldadura separen cada pieza lateral en el punto de debilitamiento como resultado de la tensión inducida térmicamente . El hecho que ocurra la separación dependerá de la velocidad de enfriamiento del ensamblaje después de la soldadura. En algunos casos, la separación puede no ocurrir totalmente durante el proceso de soldadura pero cuando el intercambiador de calor es utilizado, está suficientemente debilitado en las placas laterales en las líneas de debilitamiento que, después de algunos ciclos térmicos de operación, las placas laterales se rompen en el uso pero mucho antes de daños a las juntas entre tubos y cabezales o en otra parte en el intercambiador de calor.