PT1030121E - Permutador de calor e método para o seu fabrico - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO EPÍGRAFE: "PERMUTADOR DE CALOR E MÉTODO PARA 0 SEU FABRICO" 0 invento refere-se a um permutador térmico, de acordo com o termo genérico da reivindicação N°.l da patente, com circulação de um agente portador de calor. Para além disso, o invento refere-se ainda a um processo de acordo com o termo genérico da reivindicação da patente 43 10.

Através da DE 195 31 548 AI é conhecido um dispositivo de distribuição para tubos de aquecimento, ou semelhantes, com um corpo de distribuição passível de ser fixado numa caixa de distribuição com secção transversal rectangular para a conexão de uma série de condutos de alimentação, sendo a caixa de distribuição disposta de canto quando montada, o corpo de distribuição longitudinalmente, e passível de ser fixado verticalmente na caixa de distribuição, e apresentando a caixa de distribuição uma série de saídas, instaladas para a fixação dos condutos de alimentação no caminho de uma ligação de pressão através de uma manga de pressão. Através da EP 682 215 Al é conhecida uma união de tubo, na qual está liqada, de forma mecânica, uma manga de conexão a uma extremidade do tubo. A US 5,617,992 A apresenta um permutador térmico para o aquecimento/arrefecimento de divisões com um colector de alimentação, um colector de refluxo e tubos de aquecimento que se estendem entre estes colectores, existindo junto dos colectores manqas de entrada, que nas suas extremidades 1 afastadas do colector apresentam uma flange de suporte integralmente formada, que circunda o tubo soldado na respectiva manga de entrada, e cujo diâmetro interno é maior que o diâmetro interno da manga de entrada.

De acordo com esta US-A está, contudo, previsto, que seja introduzido material de soldadura separado na fenda entre a flange de suporte e o tubo e, com o mesmo, soldado de forma estanque o tubo na flange de suporte. Não está ai previsto que a soldadura seja feita com o próprio material do tubo.

Em permutadores térmicos deste tipo existe o problema que os tubos que formam o registo de tubos, os quais são recebidos pelas mangas de entrada, nomeadamente soldados nestas, estão, no caso de carga mecânica, especialmente esforço de cisalhamento, sujeitos a quebrar na proximidade imediata da manga de entrada. A fim de impedir este tipo de danos dos tubos de aquecimento, é caracterizado um permutador térmico do tipo inicialmente descrito, de acordo com o presente invento, através das caracteristicas apresentadas na reivindicação 1 da patente.

Um processo, de acordo com o presente invento para o fabrico de um permutador térmico, com os quais se evitem estas desvantagens, é caracterizado através das caracteristicas apresentadas na reivindicação 13 da patente.

Verificou-se que no âmbito da criação de uma junta soldada entre a manga de entrada e a região final do tubo a soldar na manga de entrada na região final do tubo, com a qual este é introduzido numa instalação de aquecimento, especialmente uma manga de aquecimento, sendo uma camada da superfície deste tubo amolecida, nomeadamente parcialmente aberta por fusão, perdendo-se a tensão da superfície, nomeadamente a resistência mecânica, formada na extrusão do tubo. Mesmo quando esta região é apenas moderadamente sujeita a carga, pode ocorrer 2 uma desmontagem nomeadamente uma abertura do tubo. No fabrico de permutadores térmicos tradicionais a região final do tubo amolecida, nomeadamente levemente fundida, é introduzida com uma punção de aquecimento na manga de entrada amolecida, nomeadamente levemente fundida, até que a região já não aquecida do tubo fique exactamente fora da manga de entrada. Na região de transição entre a região não aquecida do tubo, em que a resistência mecânica do tubo existe ainda de forma inalterada, e a região final aquecida com resistência mecânica reduzida, que se encontra no final da manga de entrada, a qual é recebida pela manga de entrada, o tubo não é passível de ser sujeito a carga completa. Caso se assentem, por exemplo permutadores térmicos tradicionais no chão, a fim de criar um aquecimento do chão, e caso se pise sobre o registo de tubos, ocorrerá eventualmente uma quebra dos tubos imediatamente antes das mangas de entrada.

Através do modo de procedimento, nomeadamente formação da flange de suporte, de acordo com o presente invento, cada um dos tubos é protegido na região de transição entre as duas regiões que apresentam resistências mecânicas diferentes, e minimizado um movimento relativo com perigo de ruptura entre a região final introduzida na manga de entrada e a região exterior do tubo. A flange de suporte circunda o tubo mediante formação de um interstício, nomeadamente numa pequena distância. É vantajoso, se na introdução do tubo para o aquecimento, nomeadamente para o amolecimento, nomeadamente união por fusão, na instalação de aquecimento, for removida uma determinada camada de superfície do tubo e retirada da extremidade do tubo. Este material removido junta-se sob a forma de um reforço do perímetro em torno do fim da região final aquecida e é inserido na flange de suporte ao ser introduzido o tubo na manga de entrada, tapando-se aí através 3 da superfície interna da flange de suporte e preenchendo o interstício até ao tubo, resultando assim um suporte melhorado do tubo na flange de suporte. A região final do tubo, em que os valores de resistência mecânica se reduzem, está soldada com a manga de entrada de tal forma, que não é, nomeadamente quase não é, possível verificar uma transição entre o tubo e a manga de entrada. Na região da flange de suporte pode ver-se, que entre o tubo e a flange de suporte, os quais permaneceram ambos inalterados, existe material plástico tapado, que provém da região final do tubo, que foi aquecido na instalação de aquecimento.

As reivindicações 2 até 6 referem-se a dimensionamentos vantajosos do diâmetro dos tubos da flange de suporte e das mangas de entrada no que se refere a que das extremidades do tubo aquecidas a introduzir nas mangas de entrada deve ser removido material e depositado entre as flanges de suporte e a região do tubo, que não foi aquecida e que com base neste não aquecimento se manteve inalterada no que se refere às suas características de resistência mecânica. Verificou-se, que num aquecimento da extremidade do tubo efectuado com os dispositivos de aquecimento comuns era possível encher completamente um interstício, no dimensionamento indicado quanto à espessura e á altura, com o material removido, mantendo-se assim um suporte optimizado da extremidade do tubo introduzida na manga de entrada. Independentemente dos diâmetros do tubo seleccionados, nomeadamente diâmetros da flange de suporte e das mangas de entrada, verificou-se, que as dimensões dadas permitiam atingir o efeito de suporte pretendido.

Caso a espessura do interstício entre a extremidade do tubo e a manga de suporte seja seleccionada demasiadamente grande, o material brota para fora da flange de suporte. Para além disso havia que ter em consideração, que a extremidade 4 aquecida do tubo não pode ser submetida a uma deformação, nomeadamente remoção de material, demasiadamente grande ao ser introduzida na manga de entrada, a fim de evitar, assim, a deformação provocada por essa razão. Para além disso verificou-se, que a altura prevista da flange de suporte é suficiente, para dar o suporte suficiente ao tubo, independentemente do seu dimensionamento.

Para poder fabricar de forma simples a flange de suporte e a manga de entrada com as respectivas ferramentas de moldar, são úteis as caracteristicas da reivindicação 7. Também as caracteristicas 8 e 9 contribuem para um fabrico simples dos permutadores térmicos, na medida em que estas peças são fáceis de formar e de deformar, sem que o efeito de suporte da flange de suporte sofra com isso. 0 pretendido suporte fixo de um tubo resulta do facto de através do suporte de uma parte do tubo, em que a sua tensão da superfície, nomeadamente resistência mecânica do tubo, criada por extrusão, ainda existe, nomeadamente está presente, e de através da flange de suporte se evitar, com uma certeza tão grande quanto possível, uma quebra. As caracteristicas da reivindicação 10 contribuem para o melhor suporte possível da região do tubo através da flange de suporte com uma simultaneamente boa ligação da extremidade aquecida do tubo com a manga de entrada. É vantajoso para a remoção de material da extremidade do tubo, prevista de acordo com o presente invento, se estiverem preenchidas as caracteristicas da reivindicação 11.

Da descrição seguinte, dos desenhos e das reivindicações da patente resultam formas de execução preferenciais do invento. A Fig. 1 mostra, de forma esquemática, um permutador térmico. A Fig. 2 mostra, de forma esquemática, uma região final aquecida de um tubo. A Fig. 3 mostra a introdução de uma 5 região final aquecida de um tubo numa manga de entrada equipada com uma flange de suporte. A Fig. 4 mostra um detalhe de um permutador térmico de acordo com o presente invento.

Na Fig. 1 é apresentado de forma esquemática um permutador térmico, que apresenta um colector de alimentação 1 bem como um colector de refluxo 2 opostos, ligados entre si através de um registo de tubos 3. Os colectores 1, 2 possuem mangas de entrada 4, nas quais são introduzidos os tubos e soldados com as superfícies internas das mangas de entrada 4. Para a soldadura, os tubos 3 são introduzidos numa instalação de aquecimento (não representada), especialmente uma manga de aquecimento, e aquecidos, nomeadamente unidos por fusão, na superfície. Nas aberturas de entrada das mangas de entrada 4 é introduzida uma punção de aquecimento e a superfície das mangas de entrada é aquecida, nomeadamente unida por fusão. Ao introduzir as regiões finais 8 aquecidas dos tubos 3 nas mangas de entrada 4 aquecidas, ocorre uma perfeita junta soldada entre estes dois componentes. Isto encontra-se representado na Fig. 1 no tubo situado à esquerda de acordo com a seta A. Na região 11 deposita-se material da superfície junto do tubo 3, nomeadamente junto da superfície exterior da manga de entrada 4, que é para ali levada, nomeadamente empurrada, na sequência da introdução do tubo 3 na instalação de aquecimento e/ou na manga de entrada 4. Estes tubos 3 apresentam na região 10 um ponto fraco, no qual o tubo tende a quebrar, nomeadamente a abrir.

Em B é ilustrado na Fig. 1 o método de acordo com o presente invento. Sobre a manga de entrada 4 está assente uma flange de suporte 5 de forma anelar, nomeadamente integralmente formada com a manga de entrada 4. Esta flange de suporte 5 evita uma quebra, nomeadamente abertura, do tubo 3 na região 10, como a seguir se explicará mais pormenorizadamente. 6

Na Fig. 2 é apresentado de forma esquemática um tubo 3 com uma região final 8, tal como se conclui de uma instalação de aquecimento em forma de manga. A região final 8 do tubo 3 é aquecida, nomeadamente possui uma superfície levemente amolecida. 0 material do tubo é removido da região final 8 e empurrado no sentido do final, e forma um reforço de material 6 representado exageradamente grande, que se estende mais ou menos uniformemente em torno do tubo 3. Para criar, da respectiva forma, um reforço de material 6 deste tipo, o diâmetro do tubo e o diâmetro da instalação de aquecimento são ajustados em função um do outro, de forma a que se remova do tubo 3 exclusivamente uma determinada pequena camada de superfície, existindo como reforço de material 6. Na região final 8 o tubo já não possui, com base no seu aquecimento e também depois do arrefecimento seguinte, os valores da tensão da superfície, nomeadamente resistência mecânica da superfície, nomeadamente resistência à flambagem e esforços de cisalhamento, que possui após a extrusão.

Na Fig. 3 é representada a introdução de um tubo 3, tal como apresentado na Fig. 2, numa manga de entrada 4. A região final aquecida 8 está já parcialmente enfiada na manga de entrada 4. 0 reforço de material 6 está já em contacto com a flange de suporte 5. A superfície interna da flange de suporte 5 está disposta com distância do tubo 3, nomeadamente da flange de suporte 5 e apresenta um diâmetro interno, que é maior que o diâmetro externo do tubo 3, nomeadamente o diâmetro interno da manga de entrada 4. 0 interstício 7 entre a superfície interna da flange de suporte 5 e a superfície exterior do tubo 3 é preenchido, nomeadamente colado, com o material do reforço 6, tal como pode ser depreendido da Fig. 4. Verifica-se, que o insignificantemente menor diâmetro externo da região final 8 do tubo 3 devido à remoção de material para a formação do reforço 6 não está representado, 7 nomeadamente não foi tido em consideração, no desenho, uma vez que se trata de uma alteração da secção transversal relativamente pequena. Nas Fig. 2, 3 e 4 a dimensão do reforço de material 6, nomeadamente o tamanho do interstício 7, nomeadamente a diferença de diâmetros entre a superfície interna da flange de suporte 5 e a manga externa 4 foi representada de forma exagerada para ilustração da correlação. A Fig. 4 mostra um tubo 3 soldado na manga de entrada 4 com a sua região final 8, sendo a região final 8 aquecida recebida na totalidade pela manga de entrada 4, e estando o interstício 7 entre a flange de suporte 5 e o tubo 3 preenchido com material plástico 6'. Fica assim excluído o perigo de uma ruptura na região 10, i.e. da passagem da região final 8 para a região do tubo 9, na medida em que a flange de suporte 5 suporta suficientemente a região do tubo 9, que apresenta já, em contraposição com a região final , nomeadamente com a região 10 até agora sem apoio, uma suficiente tensão da superfície nomeadamente resistência mecânica contra danos. A transição entre a superfície interna da manga de entrada 4 e da flange de suporte pode ser desenvolvida de forma arredondada, nomeadamente de forma corrente. A altura da flange de suporte 5 está de tal forma ajustada em função do diâmetro do tubo, que se verifica um suporte suficiente, de forma a que movimentos relativos indesejáveis do tubo 3 exterior não sejam transferidos para a região 10.

Lisboa, 5 de Dezembro de 2006 8

Claims (11)

1. Reivindicações 1- Permutador térmico adaptado de forma a possuir circulação de um agente portador de calor, preferencialmente com a capacidade de poder ser instalado no chão e/ou nas paredes para aquecer ou arrefecer divisões, englobando um colector de alimentação (1), um colector de refluxo (2) e tubos (3) que se estendem entre estes colectores (1, 2) e que estão ligados a estes formando um registo de tubos, estando formadas nos colectores (1, 2) mangas de entrada (4), nas quais estão introduzidos e soldados os tubos (3) que formam o registo de tubos, sendo os tubos (3) e os colectores (1,2) fabricados em material plástico passível de poder ser soldado, especialmente polipropileno, apresentando as mangas de entrada (4), nas suas extremidades afastadas dos colectores, uma flange de suporte (5) integralmente formada, de forma anelar, especialmente de forma cilíndrica, que circunda o tubo (3) soldado na respectiva manga de entrada (4), sendo o diâmetro interno da flange de suporte (5) maior que o diâmetro interno da manga de entrada (4) e o diâmetro externo do tubo (3), caracterizado por a região final (8) do tubo (3), na qual a tensão da superfície está enfraquecida através do aquecimento para a soldadura, ser recebida pela manga de entrada (4) e circundar na flange de suporte (5) uma região (9) do tubo (3), na qual a tensão da superfície, nomeadamente a resistência mecânica, do tubo, obtida no fabrico dos tubos (3) através de extrusão, está ainda presente, nomeadamente se mantém, e o interstício (7), entre a superfície interna da flange de suporte (5) e a superfície exterior do tubo (3) inserido na manga de entrada (4), ser, pelo menos parcialmente, cheio, especialmente colado, com o material do tubo (6')r o qual é removido da superfície exterior da região final (8) ao introduzir uma região final (8) do tubo (3) numa instalação de 1 aquecimento, especialmente manga de aquecimento, e depositado, nomeadamente comprimido, a uma distância da extremidade do tubo formando um reforço de material (6), ou removido da superfície exterior da região final (8) ao proceder à introdução da região final (8) aquecida do tubo (3) na flange de suporte (nomeadamente na manga de entrada (4).
2. 2- Permutador térmico, de acordo com a reivindicação N° .1, caracterizado por o diâmetro interno da flange de suporte (5) ultrapassar o diâmetro externo do tubo (3) e/ou o diâmetro interno da manga de entrada (4) em 5 a 15%, preferencialmente 8 a 12%.
3. 3- Permutador térmico, de acordo com a reivindicação N°.1 caracterizado por o diâmetro interno da flange de suportes (5) ultrapassar o diâmetro externo do tubo (3) e/ou o diâmetro interno da manga de entrada (4) em 0,5 a 1,5 mm, preferencialmente em 0,8 a 1,2 mm.
4. 4- Permutador térmico, de acordo com uma das reivindicações N°.l a N°.3, caracterizado por a altura da flange de suporte (5) importar em 15 a 35%, preferencialmente 20 a 30%, do diâmetro externo do tubo (3).
5. 5- Permutador térmico, de acordo com uma das reivindicações N°.1 a N°.4, caracterizado por a altura da flange de suporte (5) importar, no mínimo, em 3 mm, preferencialmente em 3 a 10 mm.
6. 6-Permutador térmico, de acordo com uma das reivindicações N°.l a N°.5 caracterizado por a altura da flange de suporte (5) importar em 20 a 30%, preferencialmente 23 a 27% da profundidade da soldadura, nomeadamente da região final (8) do tubo aquecido e introduzido na manga de entrada (4) .
7. 7- Permutador térmico, de acordo com uma das reivindicações N°.l a N°.6, caracterizado por a manga de entrada (4) e a flange de suporte (5), de forma anelar, 2 estarem dispostas de forma centrada em relação a um e ao mesmo eixo, especialmente ao eixo central da manga de entrada (4).
8. 8- Permutador térmico, de acordo com uma das reivindicações N°.l a N°.7, caracterizado por a superfície exterior do corpo formado pela manga de entrada (4) e pela flange de suporte (5) formar um corpo de cilindro ou corpo de cone.
9. 9- Permutador térmico, de acordo com uma das reivindicações N°.l a N°.8, caracterizado por a manga de entrada (4) se converter na flange de suporte (5) formando um ressalto na flange de suporte (5),
10. 10- Processo para o fabrico de um permutador térmico adaptado de forma a possuir circulação de um agente portador de calor para o aquecimento ou arrefecimento de divisões, com um colector de alimentação (1), um colector de refluxo (2) e tubos (3) que se estendem entre estes colectores (1, 2) e que estão ligados a estes formando um registo de tubos, sendo formadas nos colectores (1, 2) mangas de entrada (4), nas quais, após um aquecimento das suas regiões finais (8) numa instalação de aquecimento, especialmente manga de aquecimento, são introduzidos e soldados os tubos (3) que formam o registo de tubos, reduzindo-se, nomeadamente diminuindo-se, a tensão da superfície, nomeadamente a resistência mecânica, formada na extrusão dos tubos (3) no âmbito do seu fabrico, aquando do aquecimento da região final (8), e sendo aquando do fabrico dos colectores (1, 2) formada integralmente uma flange de suporte (5) de forma anelar na extremidade afastada dos colectores das mangas de entrada, cujo diâmetro interno é maior que o diâmetro interno da manga de entrada (4) e o diâmetro externo do tubo (3) e através do qual se estende o tubo (3) a soldar na respectiva manga de entrada (4), caracterizado por, na região final (8) do tubo (3), ser removida uma camada de superfície exterior do material do tubo 3 ao proceder ao enfiamento, nomeadamente à introdução, do tubo (3) na instalação de aquecimento, nomeadamente deformada num reforço de material (6) que circunda o tubo e depositado a uma distância da extremidade do tubo (3), e/ou por o material do tubo, que ao introduzir a região final (8) aquecida através da flange de suporte (5) é removido, nomeadamente retido, e de o reforço de material (6) de material de tubo aquecido e/ou retido pela flange de suporte (5) ser inserido e distribuído no interstício (7) entre a região do tubo (9) não aquecida contígua à região final (8) aquecida do tubo (3) e a flange de suporte (5) não aquecida, e de o interstício (7) ser pelo menos parcialmente cheio, nomeadamente colado com este material do tubo (6').
11. 11- Processo, de acordo com a reivindicação N°.10, caracterizado pelo facto de a região final (8) aquecida do tubo (3), tendo valores reduzidos no que se refere à tensão da superfície, nomeadamente à resistência mecânica, ser introduzida na manga de entrada (4) e ser soldada com esta, sendo a transição da região final (8), que possui uma tensão da superfície reduzida devido ao aquecimento, para a região do tubo (9), que se mantém não aquecida, possuir valores de tensão da superfície de acordo com o ser fabrico, colocada na região da transição (10), nomeadamente do ressalto, da manga de entrada (4) para a flange de suporte (5). Lisboa, 5 de Dezembro de 2006 4