PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.

Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor con los siguientes pasos:

a) mejorado por inmersión en baño de fusión de una chapa de acero para formar una capa (3) de protección contra la corrosión, conteniendo la capa (3) de protección contra la corrosión zinc y entre 0,5 % y 60 % de aluminio; b) eliminación de la capa (3) de protección contra la corrosión de un lado de la chapa de acero; c) fabricación de un tubo intercambiador de calor (2) de esta chapa de acero, estando la capa (3) de protección contra la corrosión dispuesta en el lado exterior; d) preparación de aletas (6) de aluminio o de una aleación de aluminio; e) preparación de un fundente; f) preparación de un material de soldadura (8) que contiene aluminio y silicio en la zona de unión entre las aletas (6) y el lado exterior del tubo intercambiador de calor (2); g) unión del tubo intercambiador de calor (2) con las aletas (6) en un proceso de soldadura fuerte

El invento se refiere a un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor con las características de la reivindicación 1.

En particular en la técnica de las centrales eléctricas se emplean desde hace muchos años intercambiadores de calor refrigerados por aire para la refrigeración de retorno de vapor de agua. En el caso de estos intercambiadores de calor se trata de series de haces de intercambiadores de calor dispuestos en forma de A, en los cuales el vapor de agua se condensa dentro de tubos. Mediante aletas unidas con los tubos se mejora la transmisión de calor al aire ambiente. Es esencial en tales intercambiadores de calor refrigerados por aire la resistencia a corrosión, para garantizar una capacidad de funcionamiento de las más posibles decenas de años. Se han emprendido por eso una serie de trabajos para configurar resistentes a la corrosión los tubos intercambiadores de calor de un intercambiador de calor semejante. Es conocido por ejemplo por el documento US-PS 5, 042,574 unir tubos planos chapados con aluminio con pistas de aletas de aluminio onduladas dobladas empleando aleación de soldadura de aluminio-silicio en un horno con regulación de temperatura. Este tipo de unión tiene el inconveniente de que sólo puede realizarse una soldadura pasando por tubos planos chapados con aluminio o por medio de aletas de aluminio chapadas. Junto al coste comparativamente alto debido a la preparación de diversos materiales existe además el inconveniente de que los tubos planos cerrados en el lado de la circunferencia mediante al menos una costura de soldadura longitudinal no pueden estar chapados con aluminio en la zona de soldadura, puesto que en otro caso no puede garantizarse una soldadura exenta de problemas. En la soldadura fuerte de tubos planos de acero con bandas de aletas de aluminio dobladas es problemático el que la soldadura tiene que realizarse a temperaturas comparativamente altas en un orden de magnitud de unos 600 ºC, es decir, cerca de la temperatura de ablandamiento del aluminio. La aleación de soldadura necesaria se compone por regla general de una eutéctica de aluminio-silicio que se funde un poco por debajo del punto de ablandamiento del aluminio. Es difícil la elección del fundente que antes de la fusión de la aleación de soldadura debe eliminar las capas de óxido de las superficies de unión, pero asimismo se licua cerca de la temperatura de ablandamiento. La correcta conducción de la temperatura al soldar debe por eso con frecuencia determinarse sólo empíricamente.

A causa de los diferentes coeficientes de dilatación con la temperatura del aluminio y del acero, debido a las altas temperaturas de soldadura y debido al subsiguiente enfriamiento a temperatura ambiente se producen fuertes tensiones en el material, de manera que las piezas unidas unas con otras pueden deformarse, pudiendo incluso romperse la unión de soldadura, si el chapado de aluminio no fue aplicado libre de problemas o porque entre el tubo de acero y el chapado de aluminio se ha formado una capa intermedia hierro-aluminio, motivada por la fusión de la capa de aluminio durante la soldadura fuerte.

Se propuso por eso en el documento EP 1 260 208 B1, mediante el empleo de aleaciones de zinc-aluminio y mediante el empleo de fundentes especiales en forma de tetrafluoruro de cesio-aluminio, reducir la temperatura de soldadura desde los hasta ahora aproximadamente 600 ºC a un intervalo entre 370 ºC y 470 ºC. Debido a las menores temperaturas también son menores las tensiones en el material, pero debido a la proporción de metales pesados la manipulación del fundente exige medidas de protección especiales, para evitar ensuciamientos del medio ambiente. En este procedimiento para la unión de tubos de acero con aletas de aluminio se aplica en primer lugar sobre la superficie de los tubos de acero o de las aletas de aluminio una capa de una aleación de zinc-aluminio con una proporción de aluminio de 0,5 % a 20 %. A continuación, antes del o durante el contacto mecánico de las aletas de aluminio con los tubos de acero, entre los tubos de acero y las aletas de aluminio se coloca a temperatura ambiente el fundente en forma de tetrafluoruro de cesio-aluminio, después de lo cual los tubos de acero provistos de las aletas de aluminio se calientan al citado intervalo de temperatura de 370 ºC hasta 470 ºC y finalmente se exponen al enfriamiento de la temperatura ambiente. Si la temperatura de líquidus de la aleación de soldadura está situada por debajo de 450 ºC se habla de soldadura blanda. A pesar de la posibilidad de reducir los tiempos de soldadura en un 30 % hasta un 40 %, la manipulación del fundente con contenido en metales pesados no está libre de problemas.

Partiendo de esto, sirve de base al invento el problema de presentar un procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor, en el cual aletas de aluminio o de una aleación de aluminio sean fijadas sobre un tubo intercambiador de calor de chapa de acero con capa exterior de protección contra la corrosión apta para soldadura, en el cual pueda prescindirse del empleo de fundentes con contenido en metales pesados, pero en el cual a la vez esté garantizado que no se forma ninguna unión intermetálica perturbadora hierro-aluminio o fases intermedias de esta unión entre la capa de protección contra la corrosión y el tubo de acero, para incluso a altas temperaturas de soldadura garantizar un compuesto estable entre las aletas y el tubo intercambiador de calor.

Este problema es solucionado con el procedimiento con las características de la reivindicación 1.

Perfeccionamientos ventajosos de la idea del invento son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

En el procedimiento según el invento está previsto que la chapa de acero empleada para la fabricación de los tubos intercambiadores de calor sea mejorada por inmersión en baño de fusión. El proceso del mejorado por inmersión en baño de fusión lleva a que sobre los productos mejorados se deposite una capa de protección contra la corrosión, para proteger el substrato frente a ataques corrosivos.

Típicamente el material plano empleado en el mejorado por inmersión en baño de fusión es limpiado, recristalizado o calentado en un horno continuo y enfriado a la temperatura de la masa fundida metálica, antes de que se efectúe la propia mejora por inmersión en baño de fusión en un baño de metal en fusión. En el paso por el baño ambos lados del substrato son recubiertos con la capa de protección contra la corrosión.

La protección contra la corrosión en los tubos intercambiadores de calor sin embargo sólo es necesaria en el lado exterior. Sin duda es conocido sumergir el tubo intercambiador de calor en conjunto incluidas las aletas en una masa fundida metálica cerrando los extremos del tubo, para proveer al tubo intercambiador de calor en conjunto incluidas las aletas de una capa de protección contra la corrosión. Puesto que sin embargo la superficie de las aletas es mucho mayor que la superficie del tubo intercambiador de calor, se necesitan cantidades muy grandes de masa fundida metálica, lo que hace subir los costes dado el dimensionado de los intercambiadores de calor para la condensación de vapor de agua en centrales eléctricas. Típicamente las longitudes de los tubos intercambiadores de calor están situadas entre 6 y 12 metros, lo que además hace necesario dispositivos de inmersión en baño de fusión correspondientemente grandes. Además por las altas temperaturas en una subsiguiente inmersión en baño de fusión se producirían tensiones en la pieza de construcción, de manera que ésta se deformaría.

En el procedimiento según el invento está previsto por el contrario que la capa de protección contra la corrosión se aplique con anticipación en el procedimiento de inmersión en baño de fusión y se elimine en particular mecánicamente de un lado de la chapa de acero. El lado liberado de este modo de la capa de protección contra la corrosión forma más tarde el lado interior del tubo intercambiador de calor, que está fabricado de esta chapa de acero. La capa de protección contra la corrosión se encuentra por lo tanto sólo sobre el lado exterior del tubo intercambiador de calor. Este procedimiento de fabricación de un tubo intercambiador de calor recubierto en el lado exterior, aun teniendo en cuenta el hecho de que deben estar previstas instalaciones mecánicas para eliminar la capa de protección contra la corrosión, es de coste favorable y por eso manifiestamente económico.

El procedimiento según el invento es apropiado especialmente para la fabricación de intercambiadores de calor... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fabricación de un intercambiador de calor con los siguientes pasos:

a) mejorado por inmersión en baño de fusión de una chapa de acero para formar una capa (3) de protección contra la corrosión, conteniendo la capa (3) de protección contra la corrosión zinc y entre 0,5 % y 60 % de aluminio;

b) eliminación de la capa (3) de protección contra la corrosión de un lado de la chapa de acero;

c) fabricación de un tubo intercambiador de calor (2) de esta chapa de acero, estando la capa (3) de protección contra la corrosión dispuesta en el lado exterior;

d) preparación de aletas (6) de aluminio o de una aleación de aluminio;

e) preparación de un fundente;

f) preparación de un material de soldadura (8) que contiene aluminio y silicio en la zona de unión entre las aletas (6) y el lado exterior del tubo intercambiador de calor (2);

g) unión del tubo intercambiador de calor (2) con las aletas (6) en un proceso de soldadura fuerte.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las aletas (6) son chapadas al menos por zonas con el material de soldadura (8).

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las aletas (6) sin chapar se sueldan con el tubo intercambiador de calor (2) introduciendo el material de soldadura (8) en la ranura de soldadura entre las aletas (6) y el tubo intercambiador de calor (2).

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el material de soldadura está formado por la capa anticorrosión, que además de zinc y aluminio contiene silicio.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la capa (3) de protección contra la corrosión está formada por mejorado por inmersión en baño de fusión en un baño con 55 % de aluminio, 43,4 % de zinc y 1,6 % de silicio.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la capa (3) de protección contra la corrosión está formada por mejorado por inmersión en baño de fusión en un baño de zinc con 5 % de aluminio, silicio y trazas de tierras raras.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el fundente es un compuesto de tetrafluoruro de potasio-aluminio.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las capas (3) de protección contra la corrosión son aplicadas en diferentes espesores sobre la chapa de acero, siendo eliminada la más delgada de las capas de protección contra la corrosión.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la eliminación de la capa (3) de protección contra la corrosión se efectúa mecánicamente.