Intercambiador de calor que comprende tubos con aletas ranuradas.

Intercambiador de calor (1) de tubos (2) que comprende unos tubos con aletas,

en el cual los tubos discurrensegún una determinada dirección axial (A) y están dotados de aletas de intercambio de calor (4), presentandocada aleta, rodeando un tubo, una superficie de intercambio de calor la cual discurre según una determinadadirección radial (E) con relación al tubo y la cual está estructurada en relieve para determinar unas ranuras (5a,5b, 5c; 6a, 6b, 6c) espaciadas entre sí según la dirección radial, caracterizado porque las ranuras de una aletaposeen unas dimensiones diferentes las cuales disminuyen a medida que se alejan del tubo según la direcciónradial, de tal manera que se realiza un guiado para un fluido alrededor del tubo.

Intercambiador de calor que comprende tubos con aletas ranuradas.

La invención se refiere a un intercambiador de calor de tubos que comprende tubos con aletas, en el cual los tubos discurren según una determinada dirección axial y están dotados de aletas de intercambio de calor, teniendo cada aleta, rodeando un tubo, una superficie de intercambio de calor la cual discurre según una determinada dirección radial con relación al tubo y la cual está estructurada en relieve para constituir unas ranuras espaciadas entre sí según la dirección radial. Por la patente US2008/0023180A1 es conocido un intercambiador de este tipo, ver especialmente las figuras 5 y 6. Un intercambiador de este tipo se corresponde con el preámbulo de la reivindicación 1.

La invención es de aplicación más en particular a un intercambiador de calor de tubos el cual utiliza el aire como fluido de intercambio secundario, tal como un equipo de tipo aerorrefrigerador, aerocondensador, aerocalentador o aeroevaporador, respectivamente utilizados para el enfriamiento, la condensación, el calentamiento y la evaporación de un fluido, en particular en los procedimientos de refinado, en las estaciones de tratamiento y de compresión del gas, en las unidades de licuefacción de gases, en las unidades de síntesis del carbón y del gas, en las instalaciones de producción de electricidad, en las unidades de regasificación o en cualquier otra instalación de tratamiento de fluido.

De manera general, un equipo de este tipo comprende un intercambiador de calor principal dotado de un haz de tubos con aletas externas por los cuales circula el fluido que ha de enfriarse, condensarse, calentarse o evaporarse, así como unos colectores de distribución y de reparto del fluido entre los tubos. En particular, el enfriamiento del fluido se efectúa en los tubos con aletas externas por intercambio de calor con un segundo fluido que circula alrededor de los tubos y de las aletas externas, en particular aire ambiente. Para ello, unos ventiladores posicionados bien sea por debajo (lo cual se denomina un tiro forzado) , o bien por encima (lo cual se denomina un tiro inducido) de los tubos del intercambiador se encargan de una circulación o ventilación forzada de aire ambiente.

En general, el aire ambiente es impulsado a través del haz de tubos con aletas a una velocidad frontal relativamente pequeña comprendida entre 1, 5 y 4 metros por segundo (m/s) . A tales velocidades y para las configuraciones geométricas consideradas (en particular secciones de paso del aire, de espacio entre dos aletas o dos tubos consecutivos) , el régimen de flujo del aire ambiente es laminar en su conjunto con algunas turbulencias locales, lo cual se caracteriza por intercambios térmicos relativamente débiles con las aletas externas. Las zonas del intercambiador donde son mayores los intercambios térmicos son los bordes de ataque de las aletas y de los tubos en el sentido del flujo del aire. Así, debido a la estructura del flujo y del intercambiador, las zonas de los tubos situadas en la parte posterior de los tubos en el sentido del flujo del aire quedan prácticamente desaprovechadas para el intercambio térmico. Estas zonas, llamadas de recirculación del intercambiador, se caracterizan por una recirculación del aire la cual origina unas pérdidas de carga y no permiten un debido enfriamiento de la aleta.

Por el documento de patente US-2008023180 es conocida una aleta para tubo de aerorrefrigerador la cual presenta en la superficie un relieve con unos alvéolos o unas ranuras conformadas por deformación mecánica de las aletas. Tales alvéolos o ranuras permiten aumentar el intercambio térmico entre el aire y la aleta gracias a la creación de turbulencias, al propio tiempo que se aumentan las pérdidas de presión. En concreto, sobre cada aleta se conforman unas ranuras 42 concéntricas, de sección semicilíndrica.

También es conocida, por el documento de patente WO2007/147754, una aleta para tubo de intercambiador de calor equipado con deflectores de flujos de aire en forma de superficies salientes las cuales modifican la estructura del flujo de aire con el fin de mejorar los intercambios de calor entre el aire y la aleta. Estas superficies se presentan en forma de escotaduras rectangulares o triangulares en la aleta. Sin embargo, al estar los intercambiadores de calor la mayoría de las veces al exterior y al no ser filtrado el aire ambiente, las escotaduras realizadas en la aleta pueden ser origen de incrustación debido a partículas de polvo, insectos, etc., los cuales llegan a obstruir las escotaduras.

Es el propósito de la invención proponer una estructura de aleta con ranuras para tubo de intercambiador de calor la cual permite obtener un aumento de los intercambios térmicos entre el aire y el fluido circulante por el tubo, sin degradación de la pérdida de carga.

A tal efecto, la invención tiene por objeto un intercambiador de calor de tubos el cual comprende unos tubos con aletas, en el cual los tubos discurren según una determinada dirección axial y están dotados de aletas de intercambio de calor, presentando cada aleta, rodeando un tubo, una superficie de intercambio de calor la cual discurre según una determinada dirección radial con relación al tubo y la cual está estructurada en relieve para conformar unas ranuras espaciadas entre sí según la dirección radial, y en el cual las ranuras de una aleta tienen dimensiones diferentes que disminuyen a medida que nos alejamos del tubo según la dirección radial, de manera tal que se realiza un guiado para un fluido alrededor del tubo.

La ventaja principal de tal conformación escalonada del relieve de las aletas está en que permite guiar mejor el flujo de aire en la parte posterior de los tubos según la dirección radial de los tubos (según la dirección del flujo que llega sobre los tubos) . Al utilizar tubos con aletas externas según la invención, se puede disminuir así en gran manera una zona de recirculación del aire en la parte posterior de los tubos en el sentido de la corriente del aire, normalmente importante cuando se utilizan los tubos con aletas sin relieve (de perfil plano) . Así, la superficie en relieve escalonado que guía el aire en la parte posterior de los tubos permite reducir las zonas de recirculación donde hay un mal intercambio térmico y, por tanto, obtener un mayor provecho de la superficie de las aletas. De esta manera, con una aleta según la invención, la ganancia obtenida en cuanto a rendimiento térmico puede ser muy importante.

Según ciertas peculiaridades del intercambiador según la invención, las ranuras de una aleta pueden presentar unas diferentes profundidades y anchuras las cuales disminuyen a medida que nos alejamos del tubo según dicha dirección radial. Cada aleta puede presentar un espesor que disminuye a medida que nos alejamos del tubo según dicha dirección radial. Las ranuras de una aleta pueden estar espaciadas entre sí según un esquema de forma concéntrica o incluso según un esquema de forma elíptica. Las ranuras de una aleta pueden hallarse muy cercanas entre sí, es decir, unidas. Las ranuras pueden estar dispuestas en las dos caras de la aleta. Cada aleta puede estar arrollada de modo helicoidal alrededor del tubo o incluso las aletas pueden tener la forma de disco.

Se comprenderá mejor la presente invención y se irán poniendo de manifiesto otras ventajas con la lectura de la descripción detallada de unos modos de realización tomados a título de ejemplos sin carácter limitativo alguno e ilustrados mediante los dibujos que se acompañan, en los cuales:

la figura 1 muestra esquemáticamente en sección un intercambiador de calor;

la figura 2 es una vista en planta de una aleta según la invención;

la figura 3 es una vista en sección parcial radial según el eje lll-lll de la figura 2 de un tubo con dos aletas según la invención;

la figura 4 es una vista en sección parcial radial según el eje lll-lll de la figura 2 de un tubo con dos aletas según la invención en otro modo de realización;

la figura 5 es una vista en planta de una aleta según la invención en un modo de realización más;

la figura 6 es una vista en sección radial según el eje IIl-lll de la figura 2 de un tubo dotado de varias aletas según la invención;

la figura 7 es una vista en sección radial de un conjunto de tubos con aletas de perfil plano que muestra líneas de corriente en un plano entre dos aletas obtenidas por simulación digital;

la figura 8 es una vista en sección radial de un conjunto de tubos con aletas según la invención que muestra líneas de corriente obtenidas por simulación digital;

la figura 9 representa esquemáticamente un gráfico representativo... [Seguir leyendo]

1. Intercambiador de calor (1) de tubos (2) que comprende unos tubos con aletas, en el cual los tubos discurren según una determinada dirección axial (A) y están dotados de aletas de intercambio de calor (4) , presentando cada aleta, rodeando un tubo, una superficie de intercambio de calor la cual discurre según una determinada dirección radial (E) con relación al tubo y la cual está estructurada en relieve para determinar unas ranuras (5a, 5b, 5c; 6a, 6b, 6c) espaciadas entre sí según la dirección radial, caracterizado porque las ranuras de una aleta poseen unas dimensiones diferentes las cuales disminuyen a medida que se alejan del tubo según la dirección radial, de tal manera que se realiza un guiado para un fluido alrededor del tubo.

2. Intercambiador de calor según la reivindicación 1, en el cual las ranuras de una aleta poseen diferentes profundidades y anchuras las cuales disminuyen a medida que se alejan del tubo según dicha dirección radial.

3. Intercambiador de calor según la reivindicación 1 ó 2, en el cual cada aleta presenta un espesor el cual disminuye a medida que se aleja del tubo según dicha dirección radial.

4. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual las ranuras de una aleta están espaciadas entre sí según un esquema de forma concéntrica.

5. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el cual las ranuras de una aleta están espaciadas entre sí según un esquema de forma elíptica.

6. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual las ranuras de una aleta están espaciadas entre sí de manera unida.

7. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual cada aleta posee dos caras opuestas (4c, 4d) que sirven de superficie de intercambio de calor, estando dispuestas dichas ranuras sobre las dos caras de la aleta.

8. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual los tubos están dotados cada uno de ellos de una aleta de intercambio de calor arrollada de modo helicoidal alrededor del tubo.

9. Intercambiador de calor según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el cual los tubos están dotados cada uno de ellos de aletas en forma de disco.

DOCUMENTOS INDICADOS EN LA DESCRIPCIÓN

En la lista de documentos indicados por el solicitante se ha recogido exclusivamente para información del lector, y no es parte constituyente del documento de patente europeo. Ha sido recopilada con el mayor cuidado; sin embargo, la EPA no asume ninguna responsabilidad por posibles errores u omisiones.

Documentos de patente indicados en la descripción .US 20080023180 A1 [0001] .WO 2007147754 A [0006] .US 2008023180 A [0005]