Codo de tubo de flujo optimizado.

Codo de tubo (1) para canales de fluido, que comprende una primera pared (2) de curvatura variable,

una segunda pared (3) de curvatura variable opuesta a la de la primera pared (2) y una superficie de sección transversal variable, en donde la curvatura de la primera pared (2) y la curvatura de la segunda pared (3) están diseñadas para producir una pérdida mínima de presión para un fluido circulante por el codo de tubo entre una entrada (4) y una salida (5) de dicho codo de tubo, caracterizado porque la primera pared curvada (2) y la segunda pared curvada (3) prefijan en la dirección de flujo, mediante su recorrido relativo entre ellas, primero una reducción de la superficie de la sección transversal del codo de tubo, luego un agradamiento de la superficie de la sección transversal del codo de tubo y, por último, una reducción adicional de la superficie de la sección transversal del codo de tubo, invirtiéndose al menos una vez la dirección de curvatura tanto de la primera pared (2) como de la segunda pared (3) .

Codo de tubo de flujo optimizado.

La invención concierne a un codo de tubo para canales de fluido, que comprende una primera pared de curvatura variable, una segunda pared de curvatura variable y una superficie de sección transversal variable, en donde la curvatura de la primera pared y la curvatura de la segunda pared están diseñadas para producir una pérdida de presión mínima para un fluido circulante por el codo de tubo entre una entrada del codo de tubo y una salida del mismo, es decir que éstas son tales y se han elegido sustancialmente sin simetría fija entre ellas de modo que resulte en funcionamiento la pérdida de presión mínima deseada entre una entrada del codo de tubo y una salida del mismo.

Los codos de tubo conocidos por el estado de la técnica presentan en general una pared de tubo dispuesta paralela

o simétricamente alrededor de un eje. Tales elementos de codo de tubo curvados tienen generalmente el inconveniente de que se perturba fuertemente la corriente de aire por efecto de las bruscas variaciones de dirección y esta corriente se desprende así, por ejemplo, de la pared del tubo, lo que fundamenta a continuación una transición de flujo laminar a turbulento o al menos parcialmente turbulento. Los remolinos, el flujo transversal y el rozamiento con la pared fomentan la producción de pérdidas en el codo de tubo. Aparte de la disipación de energía no despreciable resultante de esto, la brusca variación de la dirección de la corriente en el elemento de codo de tubo debido a los remolinos y flujos transversales producidos va acompañada también siempre de una elevada producción de ruido, lo que, según la aplicación, se puede percibir como molesto.

Los estudios realizados han demostrado que en los codos de tubo convencionales con pequeñas secciones transversales, especialmente en zonas situadas en la dirección de flujo inmediatamente detrás del codo de tubo, se producen regiones de reflujo no despreciables o bien espacios muertos directamente adyacentes a regiones con velocidades de flujo superelevadas. Este fuerte gradiante de velocidad de flujo a través de la sección transversal del codo de tubo no es deseable en atención a los remolinos y flujos transversales resultantes del mismo, así como a causa del elevado rozamiento en la pared y la alta pérdida de presión resultante de éste entre la entrada del codo de tubo y la salida del mismo.

El documento US-A-2 590 797 revela un codo de tubo de 90º para canales de fluido que, para minimizar la pérdida de presión entre una entrada y una salida, prevé el empleo de una chapa de guía que está asociada en el interior del codo de tubo a la pared interior de este codo. Puede estar previsto también que el codo de tubo sea provisto de una chapa de guía en el lado interior de la pared exterior de dicho codo. El radio de curvatura de la chapa de guía que está asociada a la pared interior del codo de tubo guarda aquí una proporción prefijada con una dimensión del codo de tubo, está preferiblemente curvado en forma circular y cubre un intervalo angular de 180º, debiendo corresponder el diámetro resultante de la chapa de guía justamente a una dimensión del codo de tubo. No se deberán emplear chapas de guía que se desvíen de la geometría anteriormente descrita.

El documento DE 195 42 175 A1 revela una pieza de unión curvada y un procedimiento para su fabricación, en donde la pieza de unión posee una superficie de sección transversal sustancialmente constante en toda su longitud y en donde la pieza de unión presenta una curvatura que está descrita entre los extremos por una función que tiene al menos un máximo en un punto o en un tramo e imprime a las paredes exteriores de la pieza de unión dispuesta siempre paralelas un recorrido con radio variable respecto de un punto de referencia dado.

Se ha comprobado que en la configuración de codos de tubo la limitación a superficies de sección transversal sustancialmente constantes ofrece tan solo posibilidades fuertemente limitadas para materializar codos de tubo de flujo optimizados que presenten una disipación de energía mínima, es decir, una caída de presión mínima a lo largo de la longitud del codo de tubo.

Por tanto, la invención se basa en el problema de proporcionar un codo de tubo que esté optimizado frente a los codos de tubo conocidos según el estado de la técnica, especialmente respecto de la pérdida de presión que se produce forzosamente entre la entrada del codo de tubo y la salida del mismo.

Este problema se resuelve por medio de un codo de tubo según la reivindicación 1. Ejecuciones ventajosas son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

En combinación con el preámbulo de la reivindicación 1, la solución según la invención consiste en que una primera pared curvada y una segunda pared curvada de un codo de tubo prefijan por su recorrido relativo entre ellas, en la dirección de flujo, primero una reducción de la superficie de la sección transversal del codo de tubo, luego un agrandamiento de la superficie de la sección transversal del codo de tubo y por último una reducción adicional de la superficie de la sección transversal del codo de tubo, invirtiéndose al menos una vez la dirección de curvatura tanto de la primera pared como de la segunda pared.

Por tanto, los codos de tubo según la invención presentan respecto del perfil de velocidad de fluido que cabe esperar en el interior del codo de tubo la característica de que la corriente de fluido introducida en la entrada del codo de

tubo es expuesta a un gradiente de presión reducido por el agrandamiento primeramente proporcionado de la sección transversal del codo de tubo, con lo que se reduce su velocidad. Por tanto, es ahora posible desviar continuamente el caudal volumétrica decelerado prefijando las paredes del codo de tubo con curvaturas de radio agrandado para iniciar la reducción de la sección transversal del codo de tubo con aproximación a la dirección de flujo objetivo, por ejemplo hasta que la sección transversal de entrada del codo de tubo y la sección transversal de salida del mismo coincidan.

En el codo de tubo según la invención se ha antepuesto también una reducción adicional de la sección transversal del codo de tubo en la dirección de flujo para optimizar el comportamiento de flujo del primer agrandamiento de la sección transversal del codo de tubo detrás de la entrada de dicho codo. Esta reducción adicional de la sección transversal del codo de tubo puede conseguirse, por ejemplo, curvando tan solo en grado poco importante una pared del codo de tubo y haciendo que la otra presenta una curvatura más acusada en dirección a la pared curvada tan solo en grado poco importante. Esto se puede materializar, por ejemplo, invirtiendo otra vez más, es decir, en total al menos dos veces, la dirección de curvatura de al menos una de entre la primera y la segunda paredes.

En comparación con muchos codos de tubo no ventajosos conocidos según el estado de la técnica, con radios de curvatura desde muy pequeños hasta inexistentes de una primera pared del codo de tubo, un codo de tubo según la invención presenta siempre radios de la pared del codo de tubo diferentes de cero.

Para materializar los codos de tubo según la invención con un comportamiento de flujo optimizado puede ser conveniente, además, que unos tramos al menos parcialmente opuestos de la primera pared y la segunda pared presenten una curvatura de dirección contraria. Por tanto, según la forma de realización de la presente invención, puede materializarse que unos tramos opuestos de la primera y la segunda paredes generen un agrandamiento de la sección transversal del codo de tubo debido a que éstos presentan una curvatura contraria, o bien haciendo que unos tramos opuestos de la primera y la segunda paredes presenten ciertamente la misma dirección de curvatura, pero éstos se hayan elegido tan diferentes que se agrande efectivamente la sección transversal del codo de tubo.

Como es natural, se pueden realizar también consideraciones análogas con respecto a una reducción de la sección transversal del codo de tubo.

Cabe hacer notar que la determinación del grado de pronunciamiento exacto de las características anteriormente mencionadas de un codo de tubo según la invención presupone, según la aplicación y en función del caudal volumétrico materializado, el medio transportado y el sistema de tuberías a adaptar, una adaptación de las características según... [Seguir leyendo]

1. Codo de tubo (1) para canales de fluido, que comprende una primera pared (2) de curvatura variable, una segunda pared (3) de curvatura variable opuesta a la de la primera pared (2) y una superficie de sección transversal variable, en donde la curvatura de la primera pared (2) y la curvatura de la segunda pared (3) están diseñadas para producir una pérdida mínima de presión para un fluido circulante por el codo de tubo entre una entrada (4) y una salida (5) de dicho codo de tubo, caracterizado porque la primera pared curvada (2) y la segunda pared curvada (3) prefijan en la dirección de flujo, mediante su recorrido relativo entre ellas, primero una reducción de la superficie de la sección transversal del codo de tubo, luego un agradamiento de la superficie de la sección transversal del codo de tubo y, por último, una reducción adicional de la superficie de la sección transversal del codo de tubo, invirtiéndose al menos una vez la dirección de curvatura tanto de la primera pared (2) como de la segunda pared (3) .

2. Codo de tubo (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque unos tramos al menos parcialmente opuestos de la primera pared (2) y la segunda pared (3) presentan una curvatura de dirección contraria.

3. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las superficies de la sección transversal del codo de tubo definidas por la entrada (4) y la salida (5) de dicho codo de tubo están dispuestas perpendicularmente una a otra.

4. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque éste presenta además, al menos en el entorno inmediato de al menos una de entre la entrada (4) y la salida (5) del codo de tubo, un tramo no curvado de las paredes primera y segunda.

5. Codo de tubo (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque la reducción adicional de la sección transversal del codo de tubo se consigue haciendo que un tramo de pared del codo de tubo esté menos fuertemente curvado en comparación con el tramo de pared opuesto del codo de tubo y haciendo que el tramo de codo de tubo más fuertemente curvado esté curvado en dirección al tramo de pared del codo de tubo menos fuertemente curvado.

6. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una de entre la primera y la segunda paredes (2, 3) invierte al menos dos veces la dirección de curvatura entre la entrada

(4) y la salida (5) del codo de tubo.

7. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque éste presenta además, en el interior, al menos un elemento de guía de fluido rígido, estando dispuesto el al menos un elemento de guía de fluido en posición paralela a al menos una de entre la primera pared (2) y la segunda pared (3) .

8. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la variación de la superficie de la sección transversal del codo de tubo se consigue manteniendo constante una dimensión de dicha superficie de la sección transversal del codo de tubo.

9. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el codo de tubo (1) presenta un recorrido en forma de cuello de cisne, estando situado un punto culminante (7) de la segunda pared (3) del codo de tubo, con respecto a un eje, por encima de la posición de dicha segunda pared (3) del codo de tubo en la salida (5) de éste.

10. Codo de tubo (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el codo de tubo (1) presenta un manguito (6) para recibir un tubo en al menos una de entre la entrada (4) y la salida (5) del codo de tubo.