MÉTODO Y HERRAMIENTA PARA FABRICAR SUPERFICIES DE TRANSFERENCIA DE CALOR MEJORADA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención es concerniente en general con superficies de. transferencia de calor mejorada y con un método de y herramienta para formar superficies de transferencia de calor mejoradas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La invención es concerniente con superficies de transferencia de calor mejorada que facilitan la transferencia de calor de un lado de la superficie al otro. La superficie de transferencia de calor son usadas comúnmente en equipo tal como evaporadores inundados, evaporadores de película que cae, evaporadores de atomización, enfriadores de absorción, condensadores, enfriadores de expansión directa y enfriadores y calentadores de una sola fase usados en las industrias de refrigeración, química, petroquímica y procesamiento de alimentos. üna variedad de medios de transferencia de calor pueden ser usados en estas aplicaciones en los que se incluyen, pero no limitados a, agua pura, una mezcla de agua-glicol, cualquier tipo de refrigerante (tales como R-22, R134a, R-123, etc.), amoníaco, fluidos petroquímicos y otras mezclas.
Algunos tipos de superficie de transferencia de calor trabajan al utilizar el cambio de fase de un liquido para absorber calor. Asi, las superficies de transferencia de calor frecuentemente incorporan una superficie para mejorar la ebullición o evaporación. Es en general conocido que el desempeño de transferencia de calor de una superficie puede ser mejorado al incrementar los sitios de nucleación sobre la superficie de ebullición, al inducir agitación cerca de una superficie de transferencia de calor de una sola fase o al incrementar el área y efecto de tensión superficial sobre las superficies de condensación. ün método para mejorar la ebullición o evaporación es hacer rugosa o áspera la superficie de transferencia de calor mediante métodos de sinterización, radiación-fusión o de rebordeo para formar una capa porosa sobre la misma. Se sabe que una superficie de transferencia de calor que tiene tal capa porosa exhibe mejores características de transferencia de calor que aquella de una superficie lisa. Sin embargo, los huecos o celdas formadas por los métodos mencionados anteriormente son pequeños y las impurezas contenidas en el líquido de ebullición pueden obturarlas de tal manera que se deteriora el desempeño de transferencia de calor de la superficie. Adicionalmente, puesto que los huecos o celdas formados no son uniformes en tamaño o dimensión, el desempeño de transferencia de calor puede variar a lo largo de la superficie. Además, los tubos de transferencia de calor conocidos que incorporan superficies de ebullición o evaporación frecuentemente requieren etapas múltiples o pasos múltiples con herramientas para crear la superficie final. Los fabricantes de tubos han avanzado a mayores gastos para experimentar con diseños alternativos que incluyen aquellos revelados en la patente estadounidense No. 4,561,497 expedida a Nakajima et al., Patente estadounidense No. 4,602,681 expedida a Daikoku et al., Patente estadounidense No. 4,606,405 expedida a Nakayama et al., Patente estadounidense No. 4,653,163 expedida a uwahara et al., Patente estadounidense No. 4,678,029 expedida a Sasaki et al., Patente estadounidense No. 4,794,984 expedida a Lin y Patente estadounidense No. 5,351,397 expedida a Angelí. En tanto que todos estos diseños de superficie tienen como objetivo mejorar el desempeño de transferencia de calor de la superficie, todavía hay necesidad en la industria de continuar mejorando en los diseños de tubo al modificar los diseños existentes y crear nuevos diseños que mejoren el desempeño de transferencia de calor. Adicionalmente, también existe la necesidad de crear diseños y patrones que puedan ser transferidos sobre la superficie del tubo más rápidamente y de manera efectiva en el costo. Como se describe a continuación, las geometrías de las superficies de transferencia de calor de la invención, también como herramientas para formar aquellas geometrías, tienen desempeño de transferencia de calor mejorado significativamente .
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Las modalidades de la invención proporcionan una superficie de transferencia de calor mejorada, tal como puede ser formada sobre un tubo y un método de formación de la misma que puede ser usado para mejorar el desempeño de transferencia de calor de los tubos usados en por lo menos todas las aplicaciones a las que se hace referencia anteriormente (esto es, evaporadores inundados), evaporadores de película que cae, evaporadores de atomización, enfriadores de absorción, condensadores, enfriadores de expansión directa y enfriadores y calentadores de una sola fase, utilizados en las industrias de refrigeración, química, petroquímica y de procesamiento de alimentos) . La superficie es mejorada con una pluralidad de cavidades que disminuye significativamente el tiempo de transición para moverse de una fase a la siguiente, por ejemplo para moverse de la ebullición a la evaporación. Las cavidades crean rutas adicionales para el flujo de fluido dentro del tubo y mejora mediante esto la turbulencia de los medios de transferencia de calor que fluyen dentro del tubo. Las protuberancias que crean cavidades también proporcionan área superficial extra para un intercambio de calor adicional. Las pruebas demuestran que el desempeño de los tubos de acuerdo con modalidades de la invención son mejorados significativamente. Ciertas modalidades de la invención incluyen un método para utilizar una herramienta la cual puede ser agregada fácilmente al equipo de manufactura existente, que tiene una imagen en el espejo de un patrón de hendiduras deseadas para formar sobre la superficie del tubo. Ciertas modalidades de la invención también incluyen utilizar una herramienta, la cual puede también ser agregada fácilmente al equipo de manufactura existente, que tiene un borde cortante para cortar a través de la superficie del tubo y un borde de levantamiento para levantar la superficie del tubo para formar protuberancias. De esta manera, las protuberancias son formadas sin remoción de metal de la superficie interna del tubo, eliminando mediante esto los desechos que pueden dañar el equipo en el cual los tubos son usados. Finalmente, ciertas modalidades de la invención incluyen usar una herramienta, la cual puede también ser agregada fácilmente al equipo de manufactura existente, para aplanar o doblar las puntas de las protuberancias, tales como un mandril. Las hendiduras, protuberancias y puntas aplanadas sobre la superficie del tubo pueden ser formadas en la misma operación o una operación diferente. En ciertas modalidades de la invención, las tres herramientas son aseguradas sobre un solo árbol y la superficie del tubo son formadas en una operación. Las superficies de transferencia de calor formadas de acuerdo con modalidades de la invención pueden ser formadas sobre la superficie interna o externa de un tubo de transferencia de calor o pueden ser usadas sobre superficies de transferencia de calor planas, tales como son usadas para enfriar componentes microelectrónicas. Tales superficies pueden ser aplicadas en cualquier número de aplicaciones, en las que se incluyen, por ejemplo aplicaciones para uso en HVAC, industrias de refrigeración, química, petroquímica y de procesamiento de alimentos. Las geometrías físicas de las protuberancias pueden ser cambiadas para adaptar el tubo a una aplicación y medio de fluido particulares.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 es una vista en perspectiva de una superficie de ebullición formada parcialmente sobre el diámetro interno de un tubo de transferencia de calor de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 2A es una vista en perspectiva de la superficie de ebullición formada parcialmente de la modalidad de la Figura 1. La Figura 2B es una fotomicrografía de una vista en perspectiva de la superficie de ebullición formada parcialmente de la Figura 2?. la Figura 2C es una vista en sección transversal de la superficie de ebullición parcialmente formada de la Figura 2A. La Figura 3? es una vista en perspectiva de una superficie de ebullición sobre el diámetro interno de un tubo de transferencia de calor de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La Figura 3B es una vista seccional del tubo mostrado en la Figura 3A. La Figura 3C es una fotomicrografía de una vista en planta superior de la superficie de ebullición de la Figura 3A. La Figura 3D es una fotomicrografía de una sección transversal de la superficie de ebullición de la Figura 3A. La Figura 4A es una vista en perspectiva de una superficie de ebullición sobre el diámetro interno de un tubo de transferencia de calor de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La Figura 4B es una vista en sección transversal del tubo mostrado en la Figura 4A. La Figura 5A es una vista en perspectiva de una superficie de ebullición sobre el diámetro interno de un tubo de transferencia de calor de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La Figura 5B es una fotomicrografía de una sección transversal de la superficie de ebullición de la Figura 5A. La Figura 5C es una vista en sección transversal de la superficie de ebullición de la Figura 5A. La Figura 6 es una vista en perspectiva de una herramienta de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 7A es una vista en perspectiva de una herramienta de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La Figura 7B es una vista en elevación lateral de la herramienta mostrada en la Figura 7?. La Figura 7C es una vista en planta inferior de la herramienta de la Figura 7?. La Figura 7D es una vista en planta superior de la herramienta de la Figura 7A. La Figura 8A es una vista en perspectiva de una herramienta de acuerdo con otra modalidad de la invención. La Figura 8B es una vista en elevación lateral de la herramienta mostrada en Figura 8A.
La Figura 8C es una vista en planta inferior de la herramienta de la Figura 8A. La Figura 8D es una vista en planta superior de la herramienta de la Figura 8A. La Figura 9A es una vista en perspectiva de una herramienta de acuerdo con otra modalidad de la invención. La Figura 9B es una vista en perspectiva de una superficie de ebullición formada por la herramienta de la Figura 9. La Figura 9C es una fotomicrografía de la superficie de ebullición de la Figura 9. La Figura 10 es una vista en perspectiva de una modalidad del equipo de manufactura que puede ser usado para producir los tubos de transferencia de calor de acuerdo con esta invención. La Figura 11 es una vista en perspectiva de una herramienta de acuerdo con otra modalidad de la invención. La Figura 12A es una vista en perspectiva de una superficie de ebullición sobre el diámetro interno de un tubo de transferencia de calor de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La Figura 12B es una fotomicrografía de la sección transversal de la superficie de ebullición de la Figura 12B. La Figura 13A es una vista en sección transversal de una superficie de ebullición a medida que es formada con una punta de acuerdo con una modalidad de la invención. La Figura 13B es una vista seccional de una superficie de ebullición a medida que es formada con una punta cortante/de levantamiento de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La Figura 13C es una vista seccional de una punta cortante/de levantamiento de acuerdo con una modalidad de la invención que puede ser usada para formar las superficies de ebullición de las Figuras 13? y 13B. La Figura 13D es una vista en perspectiva de una punta cortante/de levantamiento de acuerdo con una modalidad de la invención que puede ser usada para formar la superficie de ebullición de las Figuras 13A y 13B. La Figura 14 es una gráfica que muestra el efecto de la proporción de aspecto sobre el flujo de calor. La Figura 15 es una gráfica que muestra el efecto de protuberancia (aletas) /2.54 centímetros (pulgada) sobre el flujo de calor. La Figura 16 es una gráfica que compara el flujo de calor de diferentes tipos de superficies de transferencia de calor de cobre de micro-aletas.
DESCRIPCIÓN DETALLADA Se debe comprender que un tubo de acuerdo con esta invención es en general útil en, pero no limitado a, cualquier aplicación en donde el calor necesita ser transferido desde un lado del tubo al otro lado del tubo, tales como evaporadores multifase (tanto líquidos puros o gases o mezclas liquido/gas) y condensadores. En tanto que la siguiente discusión proporciona dimensiones deseables para un tubo de esta invención, los tubos de esta invención no pretenden de ninguna manera estar limitados a aquellas dimensiones. Más bien, las geometrías deseables del tubo dependerán de muchos factores, no el menos importante del cual son las propiedades del fluido que fluye a través del tubo. Aquel de habilidad en la técnica comprenderá como alterar la geometría de la superficie del tubo para maximizar la transferencia de calor utilizada en varias aplicaciones y con varios fluidos. Además, aunque los dibujos muestran la superficie como sería encontrada sobre la superficie interna de un tubo, se debe comprender que la superficie es apropiada para uso sobre la superficie externa de un tubo o sobre una superficie plana, tal como es usada en microelectrónícos . Como se muestra en la Figura 1, ciertas modalidades de la invención incluyen superficies de transferencia de calor con hendiduras primarias 108 sobre la superficie interna 104 del tubo 100. Como el experimentado en la técnica comprenderá, el número de hendiduras primarias 108 puede variar dependiendo de la aplicación en la cual la superficie de transferencia de calor va a ser usada y dependiendo del medio de fluido utilizado. Las hendiduras primarias 108 pueden ser formadas mediante cualquier método en los que se incluyen, pero no limitados a, corte, deformación, escariado o extrusión. Las hendiduras primarias 108 son formadas sobre la superficie interna 104 a un ángulo de hélice (no mostrado) al eje s del tubo 100. El ángulo de hélice a. puede ser cualquier ángulo entre 0 y 90°, pero preferiblemente no excede de 70°. El experimentado en la técnica comprenderá fácilmente que el ángulo de hélice preferido frecuentemente dependerá, por lo menos en parte, del medio de fluido utilizado. La profundidad de las hendiduras primarias 108 debe ser en general mayor mientras más viscoso es el fluido que fluye a través del tubo 100. Por ejemplo, una profundidad mayor que cero, pero menor que el espesor de la pared del tubo 102 será en general deseable. Por propósitos de esta solicitud, el espesor de la pared del tubo 102 es medido desde la superficie interna 104 a la superficie externa 106. El paso axial de las hendiduras primarias 108 depende de muchos factores, en los que se incluyen el ángulo de hélice a, el número de hendiduras primarias 108 formadas sobre la superficie interna 104 del tubo 100, y el diámetro interno del tubo 100. Por propósitos de esta solicitud, el diámetro interno es medido desde la superficie interna 104 del tubo 100. Un paso axial de 0.5-5.0 mm es en general deseable, con 1.5 rom. Ciertas modalidades de la invención también incluyen protuberancias o aletas 110. Las protuberancias 110 pueden ser cortadas y levantadas de la superficie interna 104, como se muestra en las Figuras 2A-C. Las protuberancias 110 están preferiblemente a un ángulo T al eje s al tubo 100. La altura ep de las protuberancias 110 es dependiente de la profundidad de corte t y el ángulo T al cual la superficie interna 104 es cortada. La altura ep de las protuberancias 110 es preferiblemente un valor por lo menos tan grande como la profundidad cortante t, hasta tres veces la profundidad cortante t. Preferiblemente, la profundidad de la herramienta cortante/de levantamiento 300 es mayor que la profundidad de las hendiduras primarias 108. El paso axial Pa,p de las protuberancias 110 puede ser cualquier valor mayor de cero y en general dependerá, entre otros factores, de las revoluciones relativas por minuto entre la herramienta cortante/de levantamiento 300 y el tubo 100 durante la manufactura, la velocidad de alimentación axial relativa entre la herramienta cortante/de levantamiento 300 y el tubo 100 durante la manufactura el número de puntas 302 provistas sobre la herramienta cortante/de levantamiento 300 usada para formar las protuberancias 110 durante la manufactura. Preferiblemente, las protuberancias 110 tienen un paso axial Pa,P de entre 0.05-5.0 mm. El paso axial Pa,P y la altura dependerán en general del número de protuberancias, tal altura ep disminuye a medida que el número de protuberancias se incrementa. La forma de las protuberancias 110 es dependiente de la forma de la superficie interna 104 y la orientación de la superficie interna 104 después que las hendiduras primarias 108 han sido cortadas en relación con la dirección de movimiento de la herramienta cortante/de levantamiento 300. En la modalidad de las Figuras 2?-?, las protuberancias 110 tienen cuatro superficies laterales 120, una superficie superior inclinada 122 (que ayuda a disminuir la resistencia a la transferencia de calor) , y una punta sustancialmente puntiaguda 124. Las puntas 124 y protuberancias 110 opcionalmente puede ser aplanadas para crear cavidades de ebullición 114, como se muestra en las Figuras 3A-D. Alternativamente, las puntas 124 de las protuberancias 110 pueden ser dobladas para crear cavidades de ebullición 114, como se muestra en las Figuras 4A-B. En otras modalidades, las puntas 124 de las protuberancias 110 pueden ser espesadas para crear cavidades de ebullición 114. En todavía otras modalidades, las protuberancias 110 pueden ser angulares entre sí, tal como se muestra en la Figura 5?-? para crear cavidades de ebullición 114. El experimentado en la técnica entenderá que las puntas 124 de las protuberancias 110 pueden permaneces sustancialmente rectas (no dobladas o aplanadas) y sustancialmente perpendiculares a la superficie interna 104 del tubo 100 si se desea una superficie de condensación. Sin embargo, si se desea una superficie de ebullición o evaporación, la creación de cavidades de ebullición 114 puede incrementar sustancialmente la eficacia de la superficie de ebullición, la creación de cavidades de ebullición 114 .crea una trayectoria para el flujo del fluido e incrementa la transición de líquido a ebullición o ebullición a vapor. Las protuberancias 110 de esta invención no pretenden de ninguna manera estar limitadas a la modalidad ilustrada, sin embargo, mas bien pueden ser formadas de cualquier forma. Además, las protuberancias 110 en el tubo 100 no necesitan ser de la misma forma o tener la misma geometría . Como se muestra en la Figura 2A, las hendiduras secundarias 112 pueden estar situadas entre protuberancias adyacentes 110. Las hendiduras secundarias 112 están orientadas a un ángulo t (no mostrado) al eje s del tubo 100. El ángulo t puede ser cualquier ángulo entre aproximadamente 80° y 100°. Preferiblemente, el ángulo t es de aproximadamente 90°. La profundidad de las hendiduras secundarias 112 está entre la profundidad de las hendiduras primarias 108 y la profundidad de altura de las protuberancias 110. Preferiblemente, la profundidad de las hendiduras secundarias 112 es mayor que la profundidad de las hendiduras primarias 108. Ciertas modalidades de la invención también incluyen métodos y herramientas para fabricar superficies de ebullición sobre un tubo. Una herramienta de acanaladura 200, tal como aquella mostrada en la Figura 6, es particularmente útil para formar hendiduras primarias 108. La herramienta de acanaladura 200 tiene un diámetro externo mayor que el diámetro interno del tubo 100, de tal manera que cuando es jalada o empujada a través del tubo 100, se forman las hendiduras primarias 108. La herramienta para acanalar 200 también incluye una abertura 202 para anexar a un árbol 130 (mostrado en la Figura 10) . La herramienta cortante/de levantamiento 300, mostrada en las Figuras 7A-D y Figuras 8A-D, puede ser usada para formar protuberancias 110 y hendiduras secundarias 112. La herramienta cortante/de levantamiento 300 puede ser fabricada a partir de cualquier material que tenga la integridad estructural para soportar el corte de metal (por ejemplo acero, carburo, cerámica, etc.), pero es fabricada preferiblemente de carburo. Las modalidades de la herramienta cortante/de levantamiento 300 mostrada en las Figuras 7A-D y 8A-D tienen en general un eje de herramienta q, dos paredes base 312 y una o más paredes laterales 314. La abertura 308 está localizada a través de la herramienta cortante/de levantamiento 300. Las puntas 302 son formadas sobre paredes laterales 314 de la herramienta cortante/de levantamiento 300. Sin embargo, nótese que las puntas 302 pueden ser montadas o formadas sobre cualquier estructura que puede soportar puntas 302 en la orientación deseada en relación con el tubo 100 y tal estructura no está limitada a aquella revelada en las Figuras 7A-D y 8A-D. Además, las puntas 302 pueden ser retractables dentro de su estructura de soporte, de tal manera que el número de puntas 302 usadas en el proceso de corte se puede hacer variar fácilmente. Las Figuras 7A-D ilustran una modalidad de la herramienta cortante/de levantamiento 300 que tiene una sola punta 302. Las Figuras 8A-D ilustran una modalidad alternativa de herramienta cortante/de levantamiento 300 que tiene cuatro puntas 302. El experimentado en la técnica comprenderá que la herramienta cortante/de levantamiento 300 puede ser puede ser equipada con cualquier número de puntas 302 dependiendo del paso deseado de la protuberancia 110. Además, la geometría de cada punta 302 no necesita ser la misma para las puntas 302 en una sola herramienta cortante/de levantamiento 300. Más bien, puntas 302 que tienen geometrías diferentes para formar protuberancias 110 que tienen diferentes formas, orientaciones y otras geometrías pueden ser provistas sobre la herramienta cortante/de levantamiento 300. Cada punta 302 es formado mediante la intersección de los planos A, B y C. La intersección de los planos A y B forma el borde cortante 304 que corta a través de la superficie interna 104 para formar capas como una primera etapa para formar protuberancias 110. El plano B está orientado a un ángulo f en relación con el plano perpendicular al eje de la herramienta q (véase Figura 7B) . El ángulo f es definido como 90° - T. Así, f es de preferencia entre aproximadamente 40°-70° para permitir que el borde cortante 304 corte a través de la superficie interna 104 a un ángulo deseable T entre aproximadamente 20°-50°. La intersección de los planos ? y C forma el borde de levantamiento 306 que levanta la superficie interna 104 hacia arriba para formar protuberancias 110. El ángulo f es definido por el plano C y un plan perpendicular al eje de la herramienta q. El ángulo ci determina el ángulo de inclinación co (el ángulo entre un plano perpendicular al eje longitudinal s del tubo y el plano del eje longitudinal de las protuberancias 110) al cual las protuberancias 110 son levantadas por el borde de levantamiento 306. El ángulo < i = ángulo co, y si el ángulo < i en la herramienta cortante/de levantamiento 300 puede ser ajustado para impactar directamente el ángulo de inclinación co de las protuberancias 110. El ángulo de inclinación co (y ángulo cpi) es preferiblemente el valor absoluto de cualquier ángulo entre aproximadamente -45° a 45° en relación al plano perpendicular al eje longitudinal s del tubo. De esta manera, las protuberancias 110 pueden ser alineadas con el plano perpendicular con el eje longitudinal s del tubo o inclinarse a la izquierda y derecha en relación con el plano perpendicular al eje longitudinal s del tubo 100. Además, las puntas 302 pueden ser formadas para tener diferentes geometrías (esto es el ángulo opi puede ser diferente sobre las diferentes puntas 302), y asi las protuberancias 110 dentro del tubo 100 se pueden inclinar a diferentes ángulos (o no) y en direcciones diferentes en relación al plano perpendicular al eje longitudinal s del tubo 100. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 13, una herramienta cortante/de levantamiento 300 puede incorporar puntas cortantes a dos ángulos diferentes. En una herramienta cortante/de levantamiento 300 con cuatro puntas cortantes, dos pares de puntas cortantes 318, 320 pueden ser usadas para crear una superficie de ebullición con protuberancias inclinadas 110, tal como se muestra en las Figuras 5A-C. Para crear tal superficie, las puntas vecinas 318, 320 pueden tener ángulos diferentes f?- Es posible cambiar el ángulo de inclinación de las protuberancias 120 para obtener un espacio particular g entre las protuberancias 120 en la abertura 116 de la cavidad de ebullición 114, lo que afecta el flujo del fluido curvo s a lo largo de la superficie 104. Asi, el espacio g obtenido puede ser calculado como sigue :
g = p (1-sen {<fl r - p.sen(<p).(l- sen(q>)) sen<p
En donde : P es el paso axial de las protuberancias 110; f es el ángulo entre el plano B y un plano perpendicular al eje de la herramienta q; F? es el ángulo de la herramienta 300 entre el plano C y un plano perpendicular al eje de la herramienta q;
y t es la profundidad de corte. En tanto que se han identificados intervalos preferidos de valores para las dimensiones físicas de las protuberancias 110, el experimentado en la técnica reconocerá que las dimensiones físicas de la herramienta cortante/de levantamiento 300 pueden ser modificadas para impactar las dimensiones físicas de las protuberancias resultantes 110. Por ejemplo, la profundidad t que el borde cortante 304 corta a la superficie interna 104 y el ángulo f afectan la altura ep de las protuberancias 110. Por consiguiente, la altura ep de las protuberancias 110 puede ser ajustada ajusfando la expresión : ep = t/sen (90-f) o dado que f = 90 - T , ep = t/sen ( T ) En donde : t es la profundidad cortante; f es el ángulo entre el plano B y un plano perpendicular al eje de la herramienta q; y T es el ángulo al cual las capas son cortadas en relación con el eje longitudinal s del tubo 100. El espesor Sp de las protuberancias 110, depende del paso Pa,p de las protuberancias 110 y el ángulo f. Por consiguiente, el espesor Sp puede ser ajustado utilizando la expresión : SP = Pa,p · sin (90 - f') o dado que f = 90 - T, Sp = Pa,p · sin(G) En donde : Pa,p es el paso axial de la protuberancia 110; f es el ángulo enti~e el plano B y un plano perpendicular al eje de la herramienta q; y © es el ángulo al cual la superficie interna 104 es cortada en relación con el eje longitudinal del eje s del tubo 100. En cierta modalidades de la invención, las puntas 124 de las protuberancias 110 pueden ser aplanadas o dobladas utilizando la herramienta de aplanado 400, mostrada en la Figura 10. La herramienta de aplanado 400 tiene preferiblemente un diámetro mayor que el diámetro de las protuberancias 110 sobre la superficie interna 104. Asi, cuando la herramienta de aplanado 400 es empujada o jalada a través del tubo 100, las puntas 124 de las protuberancias 110 son dobladas o aplanadas. La herramienta para aplanar 400 incluye una abertura 402 para anexar al árbol 130. En otras modalidades, las puntas 124 de las protuberancias 110 pueden obtener una forma similar a las puntas aplanadas o dobladas 124 mostradas en las Figuras 3A-B sin el uso de una herramienta para aplanar 400. Por ejemplo, la herramienta cortante/de levantamiento 300 puede incorporar puntas 302 capaces de crear protuberancias 110 con una forma similar a las puntas de la protuberancia 124 que han sido aplanadas, tal como se muestra en las Figuras 4A-B. En otras modalidades, la herramienta cortante/de levantamiento 300 puede incorporar una punta 316 para aplanar las puntas 124 de las protuberancias 110, como se muestra en la Figura 9B. Una herramienta cortante/de levantamiento 300 como se muestra en la Figura 9? puede ser usada para crear una superficie de ebullición tal como aquella mostrada en las Figuras 9B-C. Las superficies de ebullición para uso en superficies de transferencia de calor pueden también ser obtenidas al crear protuberancias 110 con puntas gruesas 124. Como se muestra en las Figuras 12A-B, las superficies de transferencia de calor con puntas gruesas 124 pueden ser usadas para crear cavidades de ebullición 114. Las protuberancias 110 con puntas gruesas 124 pueden ser obtenidas utilizando las siguientes fórmulas, con referencia a las Figuras 13A-B:
En donde : f2 es el ángulo entre la proyección del primer lado de un borde cortante y dirección de la alimentación de herramienta; F3 es el ángulo entre la proyección del segundo sitio de un borde cortante y dirección de la alimentación de herramienta; t es la plena profundidad de corte; y ti es la profundidad de corte para el primer sitio del borde cortante, luego las puntas de protuberancia 124 será como se muestra en la Figura 13B y el espacio g puede ser calculado como sigue:
g = p 1-sen f2))- — sen( 2)
Si lo siguiente es cierto
sen(¾ — q>2)sen f3 cos¾¾
entonces las puntas de protuberancia 124 serán como se muestra en la Figura 13B y el espacio g puede ser calculado como sigue: g = p-cos (f3-f2) - (1-sen (f2) -eos (cp2) - (tg (93-92) ) - Las Figuras 13C-D ilustran una modalidad de una herramienta cortante/de levantamiento 300 que puede ser usada para crear protuberancias 110 con puntas gruesas 124. La Figura 10 ilustra un montaje de manufactura posible para mejorar las superficies del tubo 100. Estas figuras no pretenden de ninguna manera limitar el proceso mediante el cual los tubos 100 de acuerdo con esta invención son fabricados, sino más bien cualquier proceso de manufactura de tubos utilizando cualquier equipo o configuración apropiada de equipo puede ser usado. Los tubos 100 de esta invención pueden ser fabricados a partir de una variedad de materiales que poseen propiedades físicas apropiadas en las que se incluyen integridad estructural, maleabilidad y plastificidad, tales como por ejemplo cobre y aleaciones de cobre, aluminio y aleaciones de aluminio, latón, titanio, acero y acero inoxidable. En un ejemplo de una manera para mejorar la superficie interna 104 del tubo 100, un árbol 130, sobre el cual la herramienta de aplanado 400 es montada giratoriamente a través de la abertura 402, se extiende al tubo 100. La herramienta cortante/de levantamiento 300 es montada sobre el árbol 130 a través de la abertura 308. La herramienta para acanalar 200 es montada sobre el árbol 130 a través de la abertura 202. El perno 132 asegura todas las tres herramientas 200, 300, 400 en su lugar. Las herramientas 200, 300, 400 son de preferencia bloqueadas en rotación con el árbol 130 mediante cualesquier medios apropiados. Las Figuras 7D y 8D ilustran una hendidura de llave 310 que puede ser provista sobre la herramienta cortante /de levantamiento 300 para entrelazarse con una protuberancia sobre el árbol (no mostrada) para fijar la herramienta cortante/de levantámiento 300 en su lugar en relación con el árbol 130. Aunque no se muestra, cuando el método y/o herramienta de la invención se utiliza para crear una superficie interna de un tubo, el montaje de manufactura puede incluir árboles que pueden ser usados para mejorar la superficie externa del tubo. Cada árbol incluye en general un montaje de herramienta que tiene discos de aletas que se extruyen radialmente desde una a múltiples aletas externas de inicio que tiene un paso axial Pa,o- El montaje de herramienta puede incluir discos adicionales, tales como discos formadores de muescas o discos de aplanado, para mejorar adicionalmente la superficie externa del tubo. Nótese, sin embargo, que dependiendo de la aplicación del tubo, se necesitan proporcionar mejoras sobre la superficie externa del tubo. En operación, la pared del tubo se mueve entre el mandril y los árboles, que ejercen presión sobre la pared del tubo. La imagen reflejada de un patrón de superficie interno deseado es provista sobre la herramienta para acanalar 200, de tal manera que la herramienta para acanalar 200 formará la superficie interna 104 del tubo 100 con el patrón deseado a medida que el tubo 100 se acopla con la herramienta para acanalar 200. Una superficie interna deseable 104 incluye hendiduras primarias 108, como se muestra en la Figura 1. Después de la formación de las hendiduras primarias 108 sobre la superficie 104 del tubo 100, el tubo se encuentra con la herramienta/de levantamiento 300 colocada adyacente y corriente abajo de la herramienta para acanalar 200. El (los) borde (s) cortante 304 de la herramienta cortante/de levantamiento 300 corta a través de la superficie interna 104. El (los) borde (s) de levantamiento 306 de la herramienta cortante/de levantamiento 300 levanta entonces la superficie interna 104 para formar protuberancias 110. Cuando las protuberancias 110 son formadas simultáneamente con la herramienta de aletas externa y la herramienta cortante/de levantamiento 300 es fija (esto es, no giratoria o movible axialmente ) , el tubo 100 gira automáticamente y tiene movimiento axial. En esta instancia, el paso axial de las protuberancias Pa,p es gobernado por la siguiente fórmula:
en donde : Pa,0 es el paso axial de las paletas externas ; Z0 es el número de los inicios de aleta sobre el diámetro externo del tubo; y Zi es el número de puntas 302 sobre la herramienta cortante/de levantamiento 300. Para obtener un paso axial de protuberancia especifico Pa,p, la herramienta cortante/de levantamiento 300 puede también hacerse girar. Tanto el tubo 100 como la herramienta cortante/de levantamiento 300 pueden girar en la misma dirección o alternativamente, tanto el tubo 100 como la herramienta cortante/de levantamiento 300 pueden girar, pero en direcciones opuestas. Para obtener un paso de protuberancia axial predeterminado Pa,P, la rotación necesaria (en revoluciones por minuto (RPM) ) de la herramienta cortante/de levantamiento 300 puede ser calculada utilizando la siguiente fórmula:
En donde : RMPtubo es la frecuencia de rotación del tubo 100; Pa,0 es el paso axial de las paletas externas; Z0 es el número de inicios de aleta sobre el diámetro externo de tubo; Pa,p es el paso axial deseable de las protuberancias
110; y Zi es el número de puntas 302 sobre la herramienta cortante/de levantamiento 300. Si el resultado de este cálculo es negativo, entonces la herramienta cortante/de levantamiento 300 debe girar en la misma dirección del tubo 100 para obtener el paso deseado Pa,P. Alternativamente, si el resultado de este cálculo es positivo, entonces la herramienta cortante/de levantamiento 300 se debe hacer girar en la dirección opuesta del tubo 100 para obtener el paso deseado Pa,p. Nótese que, en tanto que la formación de las protuberancias 110 se muestra en la misma operación como la formación de las hendiduras primarias 108, las protuberancias 110 pueden ser producidas en una operación separada de las hendiduras primarias 108 al utilizar un tubo 100 con hendiduras primarias preformadas 108. Esto requeriría en general un conjunto para hacer girar la herramienta cortante/de levantamiento 300 o el tubo 100 y hacer mover la herramienta cortante/de levantamiento 300 o el tubo 100 a lo largo del eje del tubo. Además, un soporte (no mostrado) es provisto preferiblemente para centrar la herramienta cortante/de levantamiento 300 en relación con la superficie interna del tubo 14. En este caso, el paso axial Pa/P de las protuberancias 110 es gobernado por la siguiente fórmula: Pa,p = Xa/(RP · Z±)
En donde : Xa es la velocidad axial relativa entre el tubo 100 y la herramienta cortante/de levantamiento 300 (distancia/tiempo) ; RMP es la es la frecuencia de rotación relativa entre la herramienta cortante/de levantamiento 300 y el tubo 100; Pa, es el paso axial deseable de las protuberancias 110; y i es el número de puntas 302 sobre la herramienta cortante/de levantamiento 300. Esta fórmula es apropiada cuando (1) el tubo 100 se mueve solo axialmente (esto es, no gira) y la herramienta cortante/de levantamiento 300 solamente gira (esto es, no se mueve axial) ; (2) el tubo 100 solamente gira y la herramienta cortante/de levantamiento 300 se mueve solo axialmente; (3) la herramienta cortante/de levantamiento 300 gira y se mueve axialmente pero el tubo 100 es fijo tanto rotacional como axialmente; (4) el tubo 100 gira y se mueve axialmente pero el tubo 100 está fijo tanto rotacional como axialmente; y (5) cualquier combinaciones de los anteriores. Con la superficie de tubo interna 104 de esta invención, se crean trayectorias adicionales para el flujo del fluido (entre las protuberancias 110 a través de las hendiduras secundarias 112) para obtener la transferencia de calor y caída de presión. La Figura 5C ilustra estas trayectorias adicionales para el viaje del fluido a través del tubo 100. Estas trayectorias están además de las trayectorias del flujo de fluido creadas entre las hendiduras primarias 108. Estas trayectorias adicionales tienen un ángulo de hélice a? en relación con el tubo s. El ángulo OÍI es el ángulo entre las protuberancias 110 formada de las hendiduras primarias adyacentes 108. El ángulo de hélice alr y asi la orientación de las trayectorias 128 a través del tubo 100, pueden ser ajustada al ajustar el paso Pa,p de las protuberancias 110 utilizando la siguiente expresión.
= ??^·?'£?{a)-p?? ß,? p?? -(tan(a)+ tan(<2j))±?ß/.·tan(a ) · tan^ ) · Zf
En donde : Pa,r es el paso axial de las hendiduras primarias
108; a es el ángulo de las hendiduras primarias 108 al eje del tubo s; o¡i es el ángulo de hélice deseable entre las protuberancias 110; Z¿ es número de puntas 302 sobre la herramienta cortante/de levantamiento 300; y D¿ es el diámetro interno del tubo 100 medido desde la superficie interna 104 del tubo 100. Los tubos 100 fabricados de acuerdo con esta invención superan a los tubos existentes. Las Figuras 14-16 ilustran gráficamente el desempeño mejorado de las superficies de transferencia de calor de acuerdo con modalidades de la invención. La Figura 14 muestra el efecto de la proporción de aspecto sobre el flujo térmico. La Figura 15 muestra el efecto de las protuberancias (aletas) por pulgada sobre el flujo de calor. La Figura 16 compara el flujo térmico de diferentes tipos de superficies de transferencia de calor de cobre con microaletas. El eje X muestra el flujo térmico (W/cm2) y el eje Y muestra el cambio en temperatura menos la temperatura de la pared menos la temperatura global (?? ( °C) -Tpared-Tgiobai) · La linea uniforme indica pruebas de alambre de platino con HFE-7100. Los circuios sólidos representan un tubo fabricado de cobre áspero con soldadura de plata. Los cuadrados abiertos representan superficie de nicromo sobre un tubo. Las X claras indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con una modalidad de la invención. Las cruces indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. Las X oscuras indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. Las estrellas indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con una modalidad de alternativa de la invención. Los circuios cerrados oscuros indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. Los diamantes cerrados indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con una modalidad alternativa de la invención. La linea sólida con marcas cruzadas a la mitad indican una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con todavía otra modalidad alternativa de la invención. La línea sólida con marcas rayadas indica una muestra de un tubo fabricado de acuerdo con todavía otra modalidad alternativa de la invención. La superficie de transferencia de calor curvada fue una superficie de cobre plana con aproximadamente 185 protuberancias/2.5 cm (1 pulgada). Las protuberancias eran de aproximadamente 0.6096 mm (0.024 pulgada) de altura y 0.0688 mm (0.0027 pulgada) de espesor. La superficie de transferencia de calor de la invención es aproximadamente 8 veces más efectiva que una placa de cobre áspera y aproximadamente el doble de efectividad de las espumas de cobre . La descripción anterior es provista para describir varias modalidades y estructuras concernientes con la invención. Varias modificaciones, adiciones y cancelaciones se pueden efectuar a estas modalidades y/o estructuras sin desviarse del alcance y espíritu de la invención.