PT941444E

PT941444E - Tubo de permutador de calor e processo para o seu fabrico

Info

Publication number: PT941444E
Application number: PT97947987T
Authority: PT
Inventors: Franciscus Roffelsen
Original assignee: Spiro Research Bv
Priority date: 1996-11-22
Filing date: 1997-11-24
Publication date: 2002-02-28
Also published as: CA2272421C; ATE205590T1; EP0941444A1; ES2163200T3; WO1998022769A1; DK0941444T3; JP2000507694A; DE69706702T2; AU5414898A; CA2272421A1; DE69706702D1; NL1004592C2; JP3314087B2; EP0941444B1; US6192583B1

Description

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DESCRIÇÃO

"TUBO DE PERMUTADOR DE CALOR E PROCESSO PARA O SEU FABRICO" A invenção diz respeito a um tubo de permutador de calor para transferência de calor de um meio fluido para outro meio fluido, sendo o tubo composto por um tubo metálico exterior e um tubo metálico interior, cujas superfícies que estão frente a frente são equipadas com um número substancial de perfis complementares e estão rigidamente encostadas, formando pelo menos um canal longitudinal para detecção de fugas, que se estende entre o tubo exterior e o tubo interior. A invenção também diz respeito a um processo para fabricar tal tubo de permutador de calor.

Um destes tubos de permutador de calor é descrito no documento GB-A-2 109 913. Os tubos exteriores e interiores que em conjunto constituem o tubo de permutador de calor, são fornecidos como tubos lisos a um equipamento de enformação que inicialmente reduz os diâmetros tubos, dando origem à formação de barbelas sobre o tubo exterior. No final do processo de enformação, as zonas do tubo exterior localizadas entre as barbelas, em conjunto com as correspondentes zonas do tubo interior, são comprimidas para dentro, de forma que é criado um tubo enrugado de parede dupla, ficando um canal de detecção de fiigas entre cada duas zonas enrugadas, apertadas interiormente, do tubo de parede dupla.

Porém, este tubo de permutador de calor não garante que - em caso de significativas flutuações e diferenças de temperatura entre os meios fluidos, de -2-

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J cada um dos lados do tubo de permutador de calor de parede dupla, ou em apenas um desses meios fluidos - seja mantido, na forma desejada, o contacto superficial entre os tubos interior e exterior, o qual deverá proporcionar a requerida e adequada transferência de calor. Foi provado, através de testes, que como consequência dos movimentos de dilatação e/ou encolhimento quer do tubo interior quer do exterior, vai-se dando uma lenta e progressiva separação entre os dois tubos, a qual gradualmente reduz a capacidade de transferência de calor a um valor mínimo. O objectivo da invenção é proporcionar um tubo de permutador de calor do tipo descrito no parágrafo de abertura, no qual deixem de acontecer os problemas atrás citados.

Com essa finalidade, o tubo de permutador de calor de acordo com a invenção é caracterizado por os perfis se encontrarem em encaixe escavado de uma maneira tal que, quando o tubo interior se encolhe relativamente ao tubo exterior e/ou o tubo exterior se dilata relativamente ao tubo interior, as zonas que se encontram em encaixe escavado são mais firmemente puxadas uma de encontro à outra.

Em virtude das características da invenção, obtém-se um tubo de permutador de calor que pode ser fabricado de uma maneira relativamente simples e barata e que, devido ao contacto superficial que é ainda mais intensificado no decurso das deformações de temperatura, continua a manter um óptimo funcionamento durante a ocorrência de flutuações e alternâncias de temperatura relativamente significativas.

Nesta perspectiva, ao produzir sulcos sobre ou no interior dos perfis, pode ser constituído um canal longitudinal. No entanto, e de acordo com -3- Ι/ΐΜή 7

uma determinada configuração da invenção, podem ser constituídos canais longitudinais para detecção de fugas de uma maneira particularmente fácil, desde que pelo menos o perfil do tubo interior ou do tubo exterior tenha a zona da sua aresta livre, arredondada ou chanfrada. Desta forma, um determinado número de canais longitudinais, distribuídos circularmente, podem ser prontamente constituídos, os quais podem ser ligados de uma forma já conhecida a sensores ou a detectores de fugas.

Se, de acordo com uma configuração adicional da invenção, os perfis dos tubos exteriores e interiores, em secção de corte transversal, tiverem uma forma que se alarga continuamente em direcção à aresta livre, as superfícies entreligadas dos tubos interior e exterior podem ser agarradas uma à outra num contacto firme e apertado, contacto esse que é ainda mais intensificado durante as flutuações de temperatura, em virtude da acção de aperto ser do tipo cunha. Esta construção pode ser realizada de uma maneira relativamente simples quando os perfis dos tubos exterior e/ou interior, tiverem uma secção de corte transversal com a forma de um trapézio isósceles, de modo que, enquanto o tubo interior se encolhe e/ou o tubo exterior se dilata, os perfis são puxados para um contacto mais firme devido às suas formas de interligação em cauda de andorinha, daí resultando um encosto óptimo, e consequentemente uma adequada transferência de calor, é permanentemente assegurada.

Uma determinada configuração é obtida quando os perfis dos tubos exterior e interior são fornecidos na forma de roscas de parafuso, sendo a montagem tal que os perfis dos tubos interior e exterior possam ser encaixados entre si, em rosca de parafuso. Numa outra configuração particularmente vantajosa, os perfis dos tubos exterior e interior são concebidos como nervuras que se estendem longitudinalmente, sendo a montagem tal que os perfis dos tubos interior e exterior possam ser encaixados entre si como dentes longitudinais -4-

1 A invenção também proporciona um processo de fabrico para tal

tubo de permutador de calor, em que os tubos interior e exterior são fornecidos com os perfis desejados, sendo o tubo interior inserido dentro do tubo exterior e os tubos assim montados sofrem, numa operação de laminagem através de deformação a frio, uma alteração de diâmetro tal que a parede recortada externa do tubo interior fica lateralmente fixada de um modo completo, sem folga, de encontro à parede recortada interna do tubo exterior. Em virtude deste processo, a fabricação dos tubos interiores e exteriores pode ser feita com tolerâncias relativamente largas, para que os tubos sejam fáceis de montar, enquanto que, depois da deformação, os tubos interior e exterior actuam como um único tubo que é resistente a fortes flutuações e alternâncias de temperatura e que garante sempre uma transferência de calor óptima. Através de, por exemplo, uma matriz de laminagem, o diâmetro interno do tubo exterior pode ser reduzido e/ou o diâmetro externo do tubo interior pode ser aumentado durante o operação de laminagem, até se atingir um conjunto que funciona como um todo.

Nesta perspectiva, os tubos interior e exterior podem ser montados

de uma maneira particularmente fácil, se esses tubos forem concebidos por forma a que o tubo interior possa ser inserido dentro do tubo exterior por enroscamento ou deslizamento.

De agora em diante, a invenção será especificada com base em duas configurações exemplificativas de um tubo de permutador de calor em conformidade com a invenção, tomando como referência o desenho anexo. Neste desenho: A Fig. 1 mostra uma primeira configuração numa secção de corte longitudinal ; e A Fig. 2 mostra uma segunda configuração numa secção de corte transversal. A Fig. 1 mostra, em secção de corte longitudinal, um permutador de calor 1, constituído por um tubo de permutador de calor 4 consistindo em dois tubos 2, 3 e um elemento instalado à sua volta, por exemplo um terceiro tubo 5. O tubo de permutador de calor 4 mantém um espaço 6, para um primeiro meio fluido, separado de um espaço 7, para um segundo meio fluido. O tubo exterior 2 e o tubo interior 3 do tubo de permutador de calor 4 têm, nas suas superfícies em frente uma da outra, um perfil em forma de rosca de parafuso respectivamente designados por 8 e 9, perfis esses que encaixam.

Numa secção transversal, os perfis em forma de rosca de parafuso 8 e 9, têm a forma de um trapézio isósceles invertido, a qual é preferível em particular quando são significativas as diferenças de temperatura entre um meio fluido no espaço 6 e o outro meio fluido no espaço 7, ou dentro de um mesmo meio fluido. A interligação do tipo cauda de andorinha dos perfis em forma de rosca de parafuso 8 e 9, impede o chamado “afastamento por separação” entre os dois tubos 2 e 3, que constituem o tubo de permutador de calor 4, tendo a dilatação do tubo exterior 2 e/ou o encolhimento do tubo interior 3 como resultado, que os flancos dos perfis 8 e 9 se apertem um de encontro ao outro mais firmemente.

As zonas da aresta livre dos perfis em forma de rosca de parafuso 8 e 9 possuem chanfros para proporcionar quatro canais em forma de espiral 10,11 e 12, 13 respectivamente, que se prolongam na direcção longitudinal do tubo de permutador de calor 4, e podem ser utilizados de uma forma já conhecida para detecção de fugas. Porém, é também possível chanfrar as zonas da aresta de apenas um perfil 8 ou 9, o que vai produzir dois canais longitudinais 10, 11 ou -6- [Μη u 12, 13. A Fig. 2 mostra, em secção transversal, um tubo de permutador de calor 4' consistindo em um tubo exterior 2' tendo um perfil interno 8' e um tubo interior 3' tendo um perfil externo 9'. Os perfis 8', 9' são constituídos por duas nervuras que se estendem longitudinalmente e que encaixam como dentes longitudinais. Também nesta configuração exemplificativa, as arestas livres dos perfis 8' e 9' possuem chanfros e formam, por cada dente interior ou exterior, quatro canais 10', 1Γ, 12', 13', que se estendem linearmente, na direcção longitudinal do tubo de permutador de calor 4'. O perfil 8' do tubo exterior 2' tem uma secção transversal rectangular, enquanto que o perfil 9' do tubo interior 3' tem uma secção transversal com a forma de um trapézio isósceles invertido.

Um tubo de permutador de calor de acordo com a Fig. 1 ou 2 pode ser fabricado começando por instalar os perfis 8, 9 ou 8', 9' sobre os tubos interior e exterior 2, 3 ou 2', 3', ao que se segue o enroscamento ou deslizamento do tubo interior 3 ou 3' no interior do tubo exterior 2 ou 2'. Depois disto, os tubos montados conjuntamente são deformados numa operação de laminagem, através de deformação a frio, de forma que as paredes de tubo individuais dos tubos exterior e interior 2, 3 ou 2', 3 ' ficam como se tivessem sido comprimidas numa única parede de tubo. Devido a que, durante a operação de laminagem, o diâmetro externo do tubo exterior 2 ou 2' é reduzido e/ou o diâmetro interno do tubo interior 3 ou 3' é aumentado, por exemplo por meio de uma matriz de laminagem, o conjunto é deformado para se tomar num tubo de permutador de calor comportando-se como uma conduta de uma peça única. É facilmente compreensível que os perfis podem também ter diversas formas, tais como, por exemplo, uma secção em T estendendo-se longitudinalmente. Podem ainda ser produzidos sulcos nas zonas laterais dos perfis, ou nas superfícies frente a frente dos tubos interior e exterior, ficando -7- esses sulcos a constituir os canais longitudinais para uma detecçâo de fugas.

Lisboa, 21 de Novembro de 2001 (Λμ|

LUIS SILVA CARVALHO Agente Oficia! da Propriedade Industrial RUA VICTOR CORDON, 14 1200 LISBOA

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Um tubo de permutador de calor (4; 4') para transferência de calor de um meio fluido para outro meio fluido, sendo este tubo composto por um tubo metálico exterior (2; 2') e um tubo metálico interior (3; 3'), cujas superfícies que estão frente a frente são equipadas com um número substancial de perfis complementares (8, 9; 8', 9') e estão rigidamente encostadas, formando pelo menos um canal longitudinal (10, 11; 10', 11') para detecção de fugas, que se estende entre o tubo exterior e o tubo interior; caracterizado por os perfis (8, 9; 8', 9') se encontrarem em encaixe escavado de uma maneira tal que, quando o tubo interior (3; 3’) se encolhe relativamente ao tubo exterior (2; 2') e/ou o tubo exterior se dilata relativamente ao tubo interior, as zonas que se encontram em encaixe escavado são mais firmemente puxadas uma de encontro à outra.
2. Um tubo de permutador de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os perfis (8, 9; 8', 9') do tubo exterior ou do tubo interior (2, 3; 2', 3') terem zonas de aresta livre que são arredondadas ou chanfradas.
3. Um tubo de permutador de calor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por, em secção de corte transversal, os perfis (8, 9; 9') do tubo exterior e/ou interior (2, 3; 3') terem uma forma que se alarga continuamente em direcção à aresta livre.
4. Um tubo de permutador de calor de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por, em secção de corte transversal, os perfis (8, 9; 9') do tubo exterior e/ou interior (2, 3; 3') terem a forma de um trapézio isósceles invertido. 2- 7n/^u·
5. Um tubo de permutador de calor de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por os perfis (8, 9) dos tubos exterior e interior (2, 3) serem fornecidos na forma de roscas de parafuso, sendo a montagem tal que os perfis dos tubos interior e exterior possam ser encaixados entre si como roscas de parafuso.
6. Um tubo de permutador de calor de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por os perfis (8', 9’) dos tubos exterior e interior (2', 3') serem concebidos como nervuras que se estendem longitudinalmente, sendo a montagem tal que os perfis dos tubos interior e exterior possam ser encaixados entre si como dentes longitudinais.
7. Um processo de fabrico para um tubo de permutador de calor, de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 6, em que o tubo interior (3; 3') e o tubo exterior (2; 2') são fornecidos com os perfis desejados (8, 9; 8', 9'), sendo o tubo interior inserido dentro do tubo exterior, e em que os tubos assim montados sofrem, num operação de laminagem através de deformação a frio, uma alteração de diâmetro tal que a parede recortada externa do tubo interior é lateralmente fixada de um modo completo, sem folga, de encontro à recortada parede interna do tubo exterior.
8. Um processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por durante o operação de laminagem, o diâmetro interno do tubo exterior (3; 3') ser reduzido e/ou o diâmetro externo do tubo interior (2; 2') ser aumentado.
9. Um processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por o tubo interior (3) e o tubo exterior (2) estarem equipados com correspondentes perfis em forma de rosca de parafuso (8, 9) e serem -3- conjuntamente montados enroscando um dentro do outro.
10. Um processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, caracterizado por o tubo interior (3') e o tubo exterior (2') estarem equipados com correspondentes perfis que se estendem longitudinalmente (8'; 9') e serem conjuntamente montados fazendo deslizar um dentro do outro. Lisboa, 21 de Novembro de 2001

Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VíCTOR CORDON, 14 1200 LISBOA