MXPA04010218A - Tubos de transferencia termica, incluyendo metodos de fabricacion y su uso. - Google Patents

Abstract

La presente invencion describe un tubo de transferencia termica mejorado, un metodo de formacion mejorado y un uso mejorado de este tubo de transferencia termica. La presente invencion describe un tubo de ebullicion (10) para un evaporador de refrigerante que proporciona cuando menos un sitio de ebullicion nucleada con cavidad dual (55). La presente invencion ademas describe un evaporador de refrigerante mejorado que incluye cuando menos uno de estos tubos de ebullicion, y el metodo de producir este tubo de ebullicion.

Description

For two-letter codes and other abbreviations, refer to the "Guid-ance Notes on Codes and Abbreviations " appearing at the begin-ning of each regular issue of ¡he PCT Gazette. t TUBOS DE TRANSFERENCIA TÉRMICA, INCLUYENDO MÉTODOS DE FABRICACIÓN Y SU USO Solicitudes Relacionadas Esta solicitud reclama el beneficio de la solicitud 5 provisional de patente de los E.U.A. No. de Serie 60/374171 presentada en abril 19 del 2002. Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a tubos de transferencia térmica, a su método de formación y uso. 10 Más particularmente, la presente invención se refiere a un tubo de ebullición mejorada, un método de fabricación y uso de ese tubo en un enfriador o evaporador de refrigerante mej orado . Antecedentes de la Invención 15 Un dispositivo componente de sistemas de acondicionamiento y refrigeración industrial de aire, es un enfriador o evaporador de refrigerante. En términos simples, los enfriadores retiran calor de un medio de enfriamiento que entra a la unidad, y suministra medio de enfriamiento 20 refrescado al sistema de acondicionamiento o refrigeración de aire, para efectuar enfriamiento de una estructura, dispositivo o área determinada. Los evaporadores refrigerantes en los enfriadores utilizan un refrigerante líquido u otro fluido de trabajo para lograr esta tarea. Los 25 evaporadores ref igerantes en los enfriadores reducen la temperatura de un medio de enfriamiento, tal como agua (o algún otro fluido) por debajo de la cual puede obtenerse en condiciones ambiente para uso por el sistema de acondicionamiento o refrigeración de aire. Un tipo es un enfriador inundado. En aplicaciones de enfriador inundado, una pluralidad de tubos de transferencia térmica se sumergen completamente en una alberca de un refrigerante con punto de ebullición de dos fases . El refrigerante a menudo es un hidrocarburo fluorado-clorado (es decir "freón") que tiene una temperatura de ebullición especificada. Un medio de enfriamiento, a menudo agua, se procesa por el enfriador. El medio de enfriamiento entra al evaporador y se suministra a la pluralidad de tubos, que se sumergen en un refrigerante líquido en ebullición. Como resultado, estos tubos se conocen comúnmente como "tubos de ebullición" . El medio de enfriamiento que pasa a través de la pluralidad de tubos se enfría conforme cede su calor al refrigerante de ebullición. El vapor de refrigerante de ebullición se suministra a un compresor que comprende el vapor a superior presión y temperatura. El vapor de alta presión y temperatura luego se dirige a un condensador en donde se condensa para retorno eventual a través de un dispositivo de expansión al evaporador para reducir la presión y temperatura. Aquellos con destreza ordinaria en la especialidad apreciarán que lo anterior ocurre siguiendo con el ciclo de refrigeración bien conocido. Se conoce que el desempeño de transferencia térmica de un tubo de ebullición sumergido en un refrigerante, puede mejorarse al formar aletas en la superficie exterior del tubo. También se conoce el mejorar la capacidad de transferencia térmica de un tubo de ebullición al modificar la superficie del tubo inferior que contacta el medio de enfriamiento. Por ejemplo esta modificación a la superficie de tubo interior se ilustra en la patente de los E.U.A. No. 3,847,212, otorgada a Wither, Jr., y colaboradores, que ilustran formar resaltos en la superficie interior de un tubo . Además se conoce que pueden modificarse las aletas para mejorar adicionalmente la capacidad de transferencia térmica. Por ejemplo, algunos tubos de ebullición han llegado a ser referidos como tubos de ebullición nucleada. La superficie exterior de los tubos de ebullición nucleada se forman al producir múltiples cavidades o poros (a menudo referidos como sitios de nucleación o ebullición) que proporcionan aberturas en las cuales permiten que se formen ahí pequeñas burbujas de vapor refrigerante. Las burbujas de vapor tienden a formarse en la base o la raíz del sitio de nucleación y crecer en tamaño hasta que se rompen de la superficie de tubo exterior. Al romperse, refrigerante líquido adicional toma el espacio evacuado y el proceso se repite para formar otras burbujas de vapor. De esta manera, el refrigerante líquido se hierve o evapora en una pluralidad de sitios de ebullición nucleada, que se proporcionan en la superficie exterior de los tubos metálicos. La patente de los E.U.A. No. 4,660,630 otorgada a Cunningham y colaboradores, muestra cavidades o poros de ebullición nucleada formadas al muescar o ranurar aletas en una superficie exterior del tubo. Las muescas se forman en una dirección generalmente perpendicular al plano de las aletas. La superficie del tubo interior incluye resaltos helicoidales. Esta patente también describe una operación de ranurado transversal que deforma las puntas de aleta, de manera tal que se forman las cavidades (o canales) de ebullición nucleada que tienen un ancho mayor que las aberturas de superficie. Esta construcción permite que las burbujas de vapor viajen hacia fuera a través de la cavidad, a y a través de las aberturas de superficie más estrechas, que mejoran adicionalmente la capacidad de transferencia térmica. Diversos tubos producidos de acuerdo con la patente de Cunningham y colaboradores se han distribuido en el MR. mercado por Wolverine Tube, Inc. bajo la marca TURBO-B . En otro tubo de ebullición nucleada, distribuido en el Mercado bajo la marca TURBO-BIl" , las muescas se forman a un ángulo agudo central plano de las aletas. i En algunos tubos de transferencia térmica, las aletas se enrollan y/o aplastan después de haber sido formadas, para producir espacios estrechos que superponen las cavidades o canales más grandes definidos por las raíces de las aletas y los lados de los pares adyacentes de aletas. Ejemplos incluyen los tubos de las siguientes patentes de los E.U.A.: Cunningham y colaboradores, Patente de los E.U.A. No. 4,660,630; Zohler, Patente de los E.U.A. No. 4,765,058; Zohler, Patente de los E.U.A. No. 5,054,548; Nishizawa y colaboradores, Patente de los E.U.A. No. 5,186,252; Chiang y colaboradores. Patente de los E.U.A. No. 5,333,682. Se ha reconocido en la técnica el controlar la densidad y tamaño de poros de ebullición nucleada. Aún más, la interrelación entre tamaño de poros y tipo de refrigerante también se ha reconocido en la técnica previa. Por ejemplo, la patente de Patente de los E.U.A. No. 5,146,979 otorgada a Bohler, pretende incrementar el desempeño utilizando refrigerantes de presión superior al emplear tubos que tienen poros de ebullición nucleada en el rango de tamaño desde .14194 a .28387 ram2 (0.000220 a 0.000440 pulgadas cuadradas) (el área total de las albercas es de 14 y 28% del área superficial exterior total) . En otro ejemplo, la patente de los E.U.A. No. 5,697,430 otorgada a Thors y colaboradores, también describe un tubo de transferencia térmica que tiene una pluralidad de aletas helicoidales que se extienden t radialmente hacia afuera. La superficie interior del tubo tiene una pluralidad de resaltos helicoidales. Las aletas de la superficie exterior se muescan para proporcionar sitios de ebullición nucleada que tienen poros. Las aletas y muescas están espaciadas para proporcionar poros que tienen un área promedio menor a .058 mm2 (0.00009 pulgadas cuadradas) y una densidad de poros de al menos 2000 por 645.16 mm2 (pulgada cuadrada) de la superficie exterior del tubo. Los resaltos helicoidales en la superficie interior tienen una altura y paso de resalto predeterminados y se- ubican a un ángulo de hélice predeterminado. Tubos hechos de acuerdo con las invenciones de esa patente, se han ofrecido y vendido bajo la marca TURBO Bill™. La industria continúa explorando nuevos y mejorados diseños por los cuales se mejora transferencia térmica y desempeño enfriador. Por ejemplo, la Patente de los E.U.A. No. 5,333,682 describe un tubo de transferencia térmica que tiene una superficie externa configurada para proporcionar tanto un área incrementada de la superficie externa del tubo como proporcionar cavidades re-estantes como sitios de nucleación para promover ebullición nucleada. Similarmente, la Patente de los E.U.A. No. 6,167,950 describe un tubo de transferencia térmica para utilizar en un condensador con superficies muescadas y con aletas, configuradas para promover la descarga del refrigerante de la aleta. Como se ilustra por estos desarrollos en la técnica, queda como una meta el incrementar el desempeño de transferencia térmica de tubos de ebullición nucleada, mientras que se mantienen a niveles mínimos los costos de fabricación y costos de operación del sistema refrigeración. Estas metas incluyen el diseño de tubos y enfriadores más eficientes y métodos para fabricar estos tubos. Consistente con estas metas, la presente invención se dirige a mejorar el desempeño de tubos de termointercambio en general y en particular al desempeño de tubos de termointercambio empleados en enfriadores inundados o en aplicaciones de película descendente. Compendio De La Invención La presente invención mejora frente a los tubos de termointercambio y evaporadores refrigerantes previos al formar y proporcionar cavidades de ebullición nucleada para incrementar la capacidad de termointercambio del tubo y como resultado, el desempeño de un enfriador incluyendo uno o más de estos tubos. Deberá entenderse que una modalidad preferida de la presente invención comprende o incluye un tubo que tiene al menos un poro o cavidad de ebullición con cavidad dual . Mientras que los tubos descritos aquí son especialmente efectivos al utilizar en aplicaciones de ebullición empleando refrigerantes con alta presión, pueden emplearse con refrigerantes de baja presión por igual.

La presente invención comprende un tubo de transferencia térmica mejorado. El tubo de transferencia térmica mejorado de la presente invención es adecuado para aplicaciones de ebullición o evaporación de película descendente en donde la superficie exterior del tubo contacta a un refrigerante líquido de ebullición. En una modalidad preferida, una pluralidad de aletas helicoidales que se extienden radialmente hacia afuera se forman en la superficie exterior del tubo. Las aletas se muescan en las puntas que se doblan para formar cavidades de ebullición nucleada. Las raíces de las aletas pueden ser muescadas para incrementar el volumen o tamaño de las cavidades de ebullición nucleadas. Las superficies superiores de las aletas se doblan y enrollan para formar una segunda cavidad de poro. La configuración resultante define canales o poros de cavidad dual para producción mejorada de burbujas de evaporación. La superficie interna del tubo también puede ser mejorada, tal como al proporcionar resaltos helicoidales sobre la superficie interna, para facilitar adicionalmente la transferencia térmica entre el medio de enfriamiento que circula a través del tubo y el refrigerante en donde el tubo puede ser sumergido. Por supuesto, la presente invención no se limita por ninguna mejora de superficie interna particular.

La presente invención además comprende un método para formar un tubo de transferencia térmica mejorado. Una modalidad preferida del método de la invención incluye las etapas de formar una pluralidad de aletas que se extienden radialmente hacia afuera en la superficie exterior del tubo y doblar las aletas en la superficie interior del tubo, muescar y doblar el material restante (que queda entre muescas) para formar sitios de ebullición nucleada de cavidad dual, que mejoran la transferencia térmica entre el medio de enfriamiento que fluye a través del tubo y el refrigerante en ebullición, en donde el tubo puede estar sumergido. La presente invención además comprende un evaporador de refrigerante mejorado. El evaporador mejorado o enfriador incluye al menos un tubo elaborado de acuerdo con la presente invención, que es adecuado para aplicaciones de ebullición o evaporación de película descendente. En una modalidad preferida, el exterior del tubo incluye una pluralidad de aletas que se extienden radialmente hacia afuera. Las aletas son muescadas. Las aletas se doblan para incrementar las áreas superficiales disponibles en las cuales puede ocurrir transferencia térmica y para formar sitios de ebullición de cavidad dual empleados, de esta manera mejorando el desempeño de transferencia térmica. Un objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de transferencia térmica mejorado.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de transferencia térmica mejorado, que es adecuado tanto para aplicaciones en evaporador de película descendente como inundado. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de transferencia térmica mejorado que define menos un sitio de ebullición nucleada con cavidad dual . Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para fabricar un tubo de transferencia térmica para aplicaciones de ebullición y película descendente, en donde al menos un sitio de ebullición nucleada con cavidad dual, se ubica en la superficie de tubo exterior para mejorar la capacidad de transferencia térmica del tubo. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de ebullición nucleada mejorado para aplicaciones en donde aletas formadas en la superficie exterior del tubo se han doblado para proporcionar área superficial adicional para evaporación convectiva, para de esta manera mejorar la capacidad de transferencia térmica del tubo. Aún otro objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de transferencia térmica que incluye mejoras en superficie a la superficie de tubo exterior, que pueden producirse en un solo paso por equipo para formación de aletas. Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un tubo de transferencia térmica que incluye mejoras en superficie a la superficie de tubo interior, que facilitan tubo de liquido dentro del tubo, incrementan el área superficial interna y facilitan contacto entre el líquido y área superficial interna para mejorar adicionalmente la capacidad de transferencia térmica del tubo. Aún otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para producir un tubo de transferencia térmica mejorado que define al menos un sitio de ebullición nucleada con cavidad dual como mínimo. Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un evaporador de refrigerante mejorado. Aún otro objetivo de la presente invención es proporcionar un evaporador de refrigerante mejorado que tiene al menos un tubo de transferencia térmica que tiene al menos un sitio de ebullición nucleada con cavidad dual. Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un evaporador de refrigerante mejorado, que tiene una pluralidad de tubos de transferencia térmica, en donde cada uno de estos tubos define una pluralidad de sitios de ebullición nucleada con cavidad dual.

Todavía otro objetivo de la presente invención es proporcionar un evaporador de refrigerante mejorado que tiene al menos un tubo de transferencia térmica, que se proporciona con sitios de ebullición nucleada con cavidad dual. Aún otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método para formar un tubo de transferencia térmica al doblar las aletas para definir sitios de ebullición nucleada de múltiples cavidades. Estas y otras características y ventajas de la presente invención, se mostrarán y comprenderán al leer la presente especificación incluyendo los dibujos anexos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración de un evaporador de refrigerante elaborado de acuerdo con la presente invención. La Figura 2 es una vista en sección transversal axial parcialmente despiezada, ampliada de un tubo de transferencia térmica, elaborado de acuerdo con la presente invención. La Figura 3 es una ilustración en sección transversal axial parcialmente despiezada, empleada de una modalidad preferida de un tubo de transferencia térmica, elaborado de acuerdo con la presente invención. La Figura 4 es una microfotografía de la superficie exterior del tubo de la Figura 2 subsecuente a doblado de aleta.

La Figura 5 es una sección transversal que se toma sobre la línea 3-3 en la Figura 4. La Figura 6 es una sección transversal que se toma sobre la línea 4-4 en la Figura 4. La Figura 7 es una microfotografía de una superficie exterior del tubo de transferencia térmica elaborado de acuerdo con la presente invención, subsecuente a muescado de raíz y aleta pero antes de doblado de aleta. La Figura 8 es una ilustración esquemática de la superficie exterior del tubo de la Figura 3. La Figura 9 es una gráfica que compara un índice de eficiencia para el tubo de la presente invención y un tubo de termointercambio elaborado de acuerdo con las invenciones descritas en la Patente de los E.U.A. No. 5,697, 430. La Figura 10 es una gráfica que compara el desempeño de transferencia térmica interior del tubo de la presente invención y un tubo de termointercambio elaborado de acuerdo con las invenciones descritas en la Patente de los E.U.A. No. 5,697,430. La Figura 11 es una gráfica que compara la caída de presión del tubo de la presente invención y un tubo de termointercambio elaborado de acuerdo con las invenciones descritas en la Patente de los E.U.A. No. 5,697,430.

La Figura 12 es una gráfica que compara el coeficiente de transferencia térmica total U0 en refrigerante HFC-134a a flujos térmicos variantes, Q/A0. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Ahora con referencia en detalle a los dibujos, en donde números semejantes indican partes semejantes, la Figura 1 muestra una pluralidad de tubos de transferencia térmica elaborados de acuerdo con la presente invención en general indicada en 10. Los tubos 10 están contenidos dentro de un evaporador de refrigerante 14. Tubos individuales 10a, 10b y 10c son representativos como aquellos con destreza ordinaria apreciarán, de los potencialmente cientos de tubos 10 contenidos comúnmente en el evaporador 14 de un enfriador. Los tubos 10 pueden sujetarse en cualquier forma conveniente para lograr las invenciones, como aquí se describe. El evaporador 14 contiene un refrigerante de ebullición 15. El refrigerante 15 se suministra al evaporador 14 desde un condensador en una coraza 18 mediante una abertura 20. El refrigerante de ebullición 15 en la coraza 18 está en dos fases, líquido y vapor. Vapor refrigerante escapa de la coraza del evaporador 18 a través de una salida de vapor 21. Aquellos con destreza ordinaria apreciarán que el vapor refrigerante se suministra a un compresor en donde se comprime a vapor de temperatura y presión superiores, para utilizar siguiendo el ciclo de refrigeración conocido.

Una pluralidad de tubos de transferencia térmica lOa-c, que se describen con mayor detalle aquí, se colocan y suspenden dentro de la coraza 18 en cualquier forma conveniente. Por ejemplo, los tubos lOa-c, pueden soportarse por deflectores y semejantes. Esta construcción de un evaporador de refrigerante se conoce en la técnica. Un medio de enfriamiento, a menudo agua, entra al evaporador 14 a través de una entrada 21 y a un depósito de entrada 24. El medio de enfriamiento, que entra al evaporador 14 en un estado relativamente caliente, se suministra del depósito 24 a la pluralidad de tubos de termointercambio lOa-c, y en donde el medio de enfriamiento cede su calor al refrigerante de ebullición 15. El medio de enfriamiento enfriado pasa a través de los tubos lOa-c, y sale de los tubos en un depósito de salida 27. El medio de enfriamiento refrescado sale del evaporador 14 a través de una salida 28. Aquellos con destreza ordinaria apreciarán que el evaporador inundado ejemplar 14 no es más que un ejemplo de un evaporador de refrigerante. Varios diferentes tipos de evaporadores se conocen y utilizan en el campo, incluyendo el evaporador en enfriadores de absorción y aquellos que emplean aplicaciones de película descendente. Además se apreciará por aquellos con destreza ordinaria en la especialidad, que la presente invención se aplica a enfriadores y evaporadores en general y que la presente invención no se limita a marca o tipo.

La Figura 2 es una vista en planta despiezada, ampliada de un tubo representativo 10. La Figura 3 que es una vista en sección transversal agrandada de un tubo preferido 16, se considera fácilmente en tándem con la Figura 2. De nuevo con referencia a la Figura 2, el tubo 10 define una superficie exterior generalmente en 30 y una superficie interior generalmente en 35. La superficie interior de preferencia se proporciona con una pluralidad de resaltos 38. Aquellos con destreza ordinaria en la especialidad apreciarán que la superficie de tubo interior puede ser lisa o puede tener resaltos y ranuras o puede mejorarse de otra forma. De esta manera habrá de entenderse que la modalidad actualmente descrita, mientras que muestra una pluralidad de resaltos, no limita la invención. Pasando a la modalidad ejemplar, los resaltos 38 en la superficie de tubo interior 35 tienen un paso "P", un ancho "B" y una altura "E" cada uno determinados como se ilustra en la Figura 3. Un paso "P" define la distancia entre los resaltos 38. La altura "E" define la distancia entre un cielo raso 39 y un resalto 38 y la porción más interna del resalto 38. El ancho "B" se mide en los bordes externos más superiores del resalto 38 en donde se hace contacto con el cielo raso 39. Un ángulo de hélice "Z" se mide desde el eje del tubo, como también se indica en la Figura 3. De esta manera, habrá de entenderse que la superficie interior 35 del tubo 10 (de la modalidad ejemplar) se proporciona con resaltos helicoidales 38 y que estos resaltos tienen altura y paso de resaltos predeterminados y están alineados a un ángulo de hélice predeterminado. Estas mediciones predeterminadas pueden ser variadas según se desee, dependiendo de una aplicación particular. Por ejemplo, la patente de los E.U.A. No 3,847,212 otorgada a Withers, Jr., mostró un número de resaltos relativamente bajo a un paso relativamente grande (.846 cm/.333") y un ángulo de hélice relativamente grande (51°) . Estos parámetros de referencia se eligen para mejorar el desempeño de transferencia térmica del tubo. La formación de estas mejoras en superficie interior es bien conocida por aquellos con destreza ordinaria en la técnica y no requiere ser descrita con mayor detalle aparte de lo aquí descrito. Habrá de reconocerse por ejemplo que la patente de los E.U.A. No. 3,847,212 otorgada a Wither, Jr. y colaboradores, describe un método de formación y formación de mejoras de superficie interior . La superficie exterior 30 de los tubos 10 típicamente es inicialmente lisa. De esta manera, se entenderá que la superficie exterior 30 posteriormente se deforma o mejora para proporcionar una pluralidad de aletas 50 que a su vez proporcionan como se describe en detalle aquí, múltiples sitios de ebullición nucleada de cavidad dual 55. Mientras que la presente invención se describe en detalle respecto a poros de nucleación de cavidad dual, habrá de entenderse que la presente invención incluye tubos de transferencia térmica 10 que tienen sitios de ebullición nucleada 55 hechos con más de dos cavidades. Estos sitios 55 que típicamente se refieren como cavidades o poros, incluyen aberturas 56 que se proporcionan en la estructura de tubo 10, generalmente en o bajo la superficie exterior 30 del tubo. Las aberturas 56 funcionan como pequeños sistemas de circulación que dirigen refrigerante líquido en un bucle o canal, de esta manera permitiendo contacto del refrigerante con un sitio de nucleación. Aberturas de este tipo, usualmente se elaboran al formar aletas en el tubo, constituyendo muescas o ranuras generalmente longitudinales en las puntas de las aletas y luego deformando la superficie exterior para producir áreas aplastadas en la superficie del tubo que tienen canales en las áreas en la raíz de aleta. Pasando con mayor detalle a las Figuras 2 y 3, la superficie exterior 30 del tubo 10 se forma para que tenga una pluralidad de aletas 50 ahí proporcionadas. Las aletas 50 pueden formarse utilizando una máquina de formación de aletas convencional en una forma comprendida con referencia a la Patente de los E.U.A. No. 4,729,155 otorgada a Cunningham y colaboradores. El número de ejes utilizados depende de factores de fabricación tales como tamaño de tubo, velocidad de rendimiento, etc. Los ejes se montan a incrementos graduales apropiados alrededor del tubo y cada uno de preferencia se monta a un ángulo respecto al eje del tubo. Descrito aún con mayor detalle, y con el enfoque de las Figuras 7 y 8, los discos de formación de aleta empujan o deforma el metal en la superficie exterior 30 del tubo, para formar las aletas 50 y canales o ranuras relativamente profundos 52. Como se ilustra, los canales 52 se forman entre las aletas 50 y ambos son en general circunferenciales al tubo 10. Como se ilustra en la Figura 3, las aletas 50 tienen una altura, que pueden medirse desde la posición más interna 57 de un canal 52 (o una ranura) y la superficie más externa 56 de una aleta. Aún más, el número de aletas 50 puede variar dependiendo de la aplicación. Mientras que no se limita, un rango preferido del rango de altura de aleta está entre .3841 a 1.524 mm (.015 a .060") y un conteo de aletas por 25.4 mm (1") está entre 40 y 70. Luego habrá de entenderse que la operación de formación de aleta produce una pluralidad de primeros canales 52 como se ilustra en las Figuras 7 y 8. Después de formación de aletas, la superficie exterior 57 de cada aleta 50 se muesca para proporcionar una pluralidad de segundos canales 52. Este muescado puede realizarse utilizando un disco de muescado (ver referencia en la Patente de los E.U.A. No. 4,729,155 otorgada a Cunningham y colaboradores, por ejemplo) . Los segundos canales 62 que se ubican a un ángulo respecto a los primeros canales 20 interconectan con ellos como se ilustra en las Figuras 7 y 8. La operación de muescado descrita en la patente de los E.U.A. No. 5,697,430 es un método apropiado para realizar esta operación de muescado, para definir los segundos canales 72 y formar una pluralidad de muescas 64. Después de muescar, la superficie exterior 57 a las aletas 50 se aplasta o dobla mediante un disco de compresión (ver referencia en la Patente de los E.U.A. No. 4,729,155 otorgada a Cunningham, por ejemplo) . Esta etapa se aplasta o dobla a la parte superior o cabeza de cada aleta, para crear una apariencia como se ilustra por ejemplo en las Figuras 7 y 8. Habrá de entenderse que las operaciones anteriores crean una pluralidad de poros 70 en la intersección de los canales 52 y 62. Estos poros 70 definen sitios de ebullición nucleada y cada uno se define por un tamaño de poro. Más particularmente, con referencia en detalle a la Figura 3, esta primera operación de aplastamiento o doblado forma la cavidad de ebullición nucleada primaria 72. Después de aplastar, las aletas 50 se enrollan o doblan de nuevo por una herramienta de enrollado. La operación de enrollado ejerce una fuerza a través y sobre las cabezas de aletas aplastada 58. Las aletas 50 se doblan o enrollan por una herramienta de cuando menos para cubrir parcialmente las muescas de aleta 74 y de esta manera formar cavidades de ebullición secundarias 64 entre las aletas dobladas 50 y las muescas de aleta 64. Las cavidades secundarias 64 proporcionan área extra de aletas sobre las cavidades primarias 30 para promover ebullición más convectiva y de nucleación. De esta manera se forman poros 70 en la intersección de los canales 52 y 62. Cada poro 70 tiene una abertura de poros que es del tamaño de la abertura del sitio de ebullición o nucleación del cual escapa el vapor. La modalidad preferida de la presente invención define dos cavidades, una cavidad primaria 72 y una cavidad secundaria 74 que mejoran el desempeño del tubo. El tubo 10 de preferencia es muescado en los primeros canales 52 entre las aletas ("área de raíz de aleta") para de esta manera formar muescas de raíz en la superficie de raíz. El muescado se logra utilizando un disco de muescado de raíz. Mientras que muescas de raíz de una variedad de formas y tamaños pueden hacerse en el área de raíz de aleta, la formación de muescas de raíz que tienen una forma generalmente trapezoidal es preferible. Mientras que cualquier cantidad de muescas de raíz puede formarse alrededor de una circunferencia, de cada ranura 20, al menos 20 a 100, de preferencia 47 (cuarenta y siete), muescas de raíz con circunferencias se recomiendan. Aún más, muescas de raíz 26 de preferencia tienen una profundidad de muesca de raíz de entre .0127 y .127 mm (0.0005 pulgadas a 0.005 pulgadas) y más preferible .071 mm (0028 pulgadas) . Mejoras tanto a la superficie interior 35 como la superficie exterior 30 del tubo 10 incrementan la eficiencia total del tubo al aumentar tanto los coeficientes de transferencia térmica exterior (h0) como interior (hj.) y de esta manera el coeficiente de transferencia térmica total (U0) , así como reducir resistencia total a transferir calor de un lado a otro lado del tubo (RT) . Los parámetros de la superficie interior 35 del tubo 10 mejoran el coeficiente de transferencia térmica interior (hi) , al proporcionar área superficial incrementada contra la cual el fluido puede contactar y también permiten que el fluido dentro del tubo 10 forme torbellino conforme recorre la longitud de tubo 10. El flujo de torbellino tiende a mantener el fluido en buen contacto de transferencia térmica con la superficie interior 14 pero evita excesiva turbulencia que podría proporcionar un incremento indeseable en caída de presión. Aún más, el muescado de raíz de la superficie exterior 30 del tubo y el doblado (en oposición al aplastado tradicional) de las aletas 50, facilitan transferencia térmica en el exterior del tubo y de esta manera incrementa el coeficiente de transferencia térmica exterior (h0) . Las muescas de raíz incrementan el tamaño y área superficial de las cavidades de ebullición nucleada y el número de sitios de ebullición y ayudan a mantener la superficie humectada como resultado de fuerzas de tensión superficial que ayudan a promover más ebullición de película delgada en donde se requiere . El doblado de aleta resulta en formación de cavidades adicionales (tales como una cavidad secundaria 74) ubicada sobre cada cavidad primaria 50 que pueden servir para transferir calor adicional al refrigerante y a través de la interfase líquido-vapor de una burbuja de vapor ascendente que escapa de la cavidad secundaria 60 mediante convección y/o ebullición nucleada dependiendo del flujo térmico y el movimiento de líquido/vapor sobre la superficie exterior del tubo. Como apreciará una persona con destreza en la especialidad, el coeficiente de ebullición exterior es una función tanto de un término de ebullición nucleada como un componente convectivo. Mientras que el término de ebullición nucleada usualmente contribuye en su mayoría a la transferencia térmica, el término convectivo también es importante y puede volverse substancial en enfriadores de refrigerante inundados . El tubo 10 de la presente invención en aspectos supera al tubo descrito en la patente de los E.U.A. No. 5,697,430 (designado como "Tubo T-BIII10*" en las tablas y gráficas descritas subsecuentemente) , que actualmente se considera como el líder en desempeño de evaporación entre tubos comercializados ampliamente. A fin de permitir una comparación del tubo mejorado 10 de la presente invención (designado como "Nuevo Tubo" en la tablas y gráficas subsecuentemente descritas) con el tubo T-BIIIMR. La Tabla 1 se proporciona para describir características dimensionales del nuevo tubo y el tubo T-BIIIMR: TABLA 1 CARACTERÍSTICAS DIMENSIONALES DE TUBOS DE COBRE QUE TIENEN RESALTOS INTERNOS DE INICIO-MULTIPLE DESIGNACIÓN DE TUBO Tubo T-BIIl" Nuevo tubo NOMBRE DE PRODUCTO Turbo-Bill"1* Turbo-EDE"* FPI = aletas por 2.54 cm 60 48 (pulgadas) (fpi) Postura de aletas laminado laminado FH = Altura de aleta .0546/.0215 .0533/.021 (cm/pulgadas) Ao = Área externa real Desconocido Desconocido (metros2/metro (ft2/ft)) di = Diámetro interior 1.638/.645 1.656/.652 (cm/pulgadas) e = Altura de resalto .0406/.016 .0356/.014 (cm/pulgadas) p = Paso axial de resalto .131/.0516 .116/.0457 (cm/pulgadas) NRS = Número de inicios de 34 44 resalto I = recorrido (cm/pulgadas) 4.47/1.76 5.11/2.01 Theta = Ángulo principal de 49 45 resalto del eje (grados) b = Ancho de resalto sobre el .0673/.0265 .0467/ .0184 eje (cm/pulgadas) La Tabla 2 compara el desempeño interior del Nuevo tubo y el tubo T-BIII. Ambos tubos se comparan a un gasto de flujo de agua en el lado de tubo constante de 18.93 1/min (5 GPM) y temperatura de agua constante promedio de 10 grados C (50 grados F) . Comparaciones en la Tabla 2 se basan en tubos de diámetro exterior nominal de 1.905 cm (3/4 de pulgada). TABLA 2 CARACTERÍSTICAS DE DESEMPEÑO EN EL LADO DEL TUBO, PARA TUBOS DE COBRE EXPERIMENTALES QUE TIENEN RESALTOS INTERNOS DE MÚLTIPLE-INICIO Tubo T-BIII Nuevo Tubo por .3048 metro (pie) Ste/Sts = Proporción de número 2.52 2.59 Stanton (Mejorado/Liso) deltape/deltaps = Proporción de 3.34 3.16 caída de presión (Mejorada/Liso) eta = (Ste/Sts) / (deltaPe/deltaPs) 0.78 0.82 índice de eficiencia Los datos ilustran la reducción en caída de presión e incrementos en eficiencia de transferencia térmica logrados con el nuevo tubo. Como puede verse en la Tabla 2 e ilustran gráficamente en la Figura 11, la proporción de caída de presión (deltaPe/deltaPs) respecto a un tubo de perforación lisa a un gasto de flujo constante de 18.93 1/min (5 GPM) , el nuevo tubo es aproximadamente 5% menos que para el tubo T-BIII. También de la Tabla 2 y gráficamente ilustrado en la Figura 10, se puede ver que la proporción del número de Stanton (Ste/Sts) del nuevo tubo es aproximadamente 2% superior que para el tubo T-BIIl" . Las proporciones de caída de presión y número Stanton pueden combinarse en una proporción total de transferencia térmica a caída de presión y se define como el "índice de la eficiencia" (eta) , que es una medida total de transferencia térmica a caída de presión en comparación con tubo de perforación lisa. A 18.93 1/min (5 GPM) , el índice de eficiencia eta para el nuevo tubo es .82 y el para el tubo T-BIIIMR es .78, resultando en una mejora aproximada de 5% con el Nuevo tubo, como se ilustra gráficamente en la Figura 9, a este gasto volumétrico. A 26.5 1/min (7 GPM) (condición de operación usual), se obtendrá una mejora porcentual superior. ** La Tabla 3 compara los desempeños externos del nuevo tubo y el tubo T-BIIIMR. Los tubos tienen una longitud de 2.44 m (8 pies) y cada uno está suspendido separadamente en una alberca de refrigerante a temperatura de 14.6 grados C (58.3 grados Fahrenheit) . El gasto de flujo de agua mantiene constante a 161.5 cm/s (5.3 ft/s) y la temperatura de entrada de agua es tal que el flujo térmico promedio para todos los tubos se mantiene a .53 cal/seg cm2 (7000 Btu/hr ft2) que es constante. Los tubos se elaboran de material de cobre, tienen un diámetro exterior nominal de 1.905 cm (3/4 de pulgada) y tienen el mismo espesor de pared. Todas las pruebas se realizan sin aceite presente en el refrigerante. TABLA 3 CARACTERÍSTICAS DE DESEMPEÑO EXTERIOR Y TOTAL DE TUBOS DE COBRE EXPERIMENTALES QUE TIENEN RESALTOS INTERNOS DE MULTIPLE-INICIO Tubo T-BIII Nuevo tubo Tubo T-BIII Nuevo tubo ho = Coeficiente de ebullición 12,400 16,120 Promedio con base en área (10, 000) (13,000) exterior nominal Refrigerante HFC-134a cal/hr cm2 grado C (Btu/hr ft2 F) U0 = Coericiente de transferencia .148 .17 térmica total con base en área (1,960) (2,250) superficial nominal en Refrigerante HFC-1343, cal/hr cm2 grado C (Btu/hr ft2 F) La Figura 11 es una gráfica que compara el coeficiente de transferencia térmica total U0 en refrigerante HFC-134a a flujos térmicos variantes, Q/AQ, para el nuevo tubo y el tubo T-BIII10*. A un flujo térmico de .53 cal/seg cm2 (7, 000 Btu/hr ft2) la mejora del nuevo tubo frente al tubo T-BIIIMR es 15% a un gasto de flujo de agua de 18.93 1/hr (5 GPM) (también mostrado en la Tabla 3) . Lo anterior se proporciona con el propósito de ilustrar, explicar y describir elementos de la presente invención. Adicionales modificaciones y adaptaciones a estas modalidades, serán aparentes para aquellos con destreza en la especialidad y pueden realizarse sin apartarse del espíritu de la invención o el alcance de las siguientes reivindicaciones. Aún más, la persona con destreza ordinaria en la especialidad apreciará que la presente invención proporciona una aleta que tiene un perfil único que crea sitios de ebullición nucleada, que tiene múltiples cavidades, tales como una cavidad dual . La presente invención proporciona este perfil único sin recortar un metal para crear el poro, y luego proporciona un método de fabricación mejorado para formar un tubo de transferencia térmica mejorado. Aún más, el uso de uno o más de estos tubos en un enfriador inundado resulta en desempeño mejorado del enfriador en términos de transferencia térmica. De esta manera, la explicación y descripción anteriores de las modalidades preferidas es ejemplar y la invención se establece en las reivindicaciones anexas.

Claims (1)

1. 30 REIVINDICACIONES 1. Un tubo de transferencia térmica adecuado para utilizar en un evaporador de refrigerante, caracterizado porque comprende: una superficie exterior, la superficie exterior comprende una pluralidad de aletas helicoidales que se extienden radialmente hacia afuera con canales que se extienden entre aletas adyacentes, la aletas están ranuradas para definir muescas; cuando menos un poro de ebullición nucleada se forma en la intersección de muesca y canal; las aletas se muescan y doblan de manera tal que las aletas adyacentes forman un canal que se extiende entre poros de ebullición nucleada vecinos, los poros de esta manera definen una cavidad de ebullición nucleada primaria; y las aletas además se doblan para definir una cavidad de ebullición nucleada secundari . 2. Método para fabricar un tubo de transferencia térmica para contactar un refrigerante y una superficie interior para contactar un medio de enfriamiento que se va a refrescar, el método se caracteriza porque comprende: (a) formar una pluralidad de resaltos helicoidales en el lado interior del tubo; (b) formar una pluralidad de aletas que se extienden radialmente hacia afuera en la superficie exterior del tubo; (c) muescar las aletas para proporcionar una cavidad de ebullición nucleada primaria, al formar una pluralidad de primeras muescas en una primer dirección y al 31 formar una pluralidad de segundas muescas en una segunda dirección; y (d) doblar las aletas para proporcionar una segunda cavidad de ebullición nucleada primaria, en comunicación con la cavidad de ebullición nucleada primaria, en donde el proceso define un poro de ebullición nucleada en la intersección de las muescas, el poro tiene una cavidad primaria y una cavidad secundaria. 3. Un evaporador de refrigerante mejorado, caracterizado porque comprende: una coraza; un refrigerante contenido dentro de la coraza; y cuando menos un tubo de transferencia térmica contenido con la coraza y sumergido en el refrigerante, el tubo de transferencia térmica incluye cuando menos un poro de ebullición nucleada, que define una cavidad primaria y una cavidad secundaria.