PT2339283T - Tubo de transmissão de calor e procedimento para a produção de um tubo de transmissão de calor - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "TUBO DE TRANSMISSÃO DE CALOR E PROCEDIMENTO PARA A PRODUÇÃO DE UM TUBO DE TRANSMISSÃO DE CALOR" A invenção refere-se a um tubo de transmissão de calor de acordo com o conceito genérico da reivindicação 1 e procedimento para a produção de um tubo de transmissão de calor de acordo com o conceito genérico da reivindicação 8 ou reivindicação 9. Um tal tubo e procedimento são divulgados no documento EP-B-1312885. A transmissão de calor ocorre em muitas áreas da técnica de climatização e ar condicionado assim como na técnica de processo e energia. Para a transmissão de calor nestas áreas são aplicados frequentemente permutadores de calor com tubos. Nisto, escoa em muitas aplicações no lado interior do tubo um meio liquido ou gasoso que, consoante a direção do fluxo de calor, é arrefecido ou aquecido. 0 calor é entregue ao meio que se encontra no lado exterior do tubo ou é retirado do mesmo.

Por forma a possibilitar o transporte de calor entre o meio que entrega calor e o meio que recebe o calor, a temperatura do meio que entrega o calor tem de ser superior à temperatura do meio que recebe o calor. Esta diferença de temperatura é designada de diferença de temperatura motriz. Quanto mais alta a diferença de temperatura motriz, mais calor pode ser transmitido. Por outro lado tende-se com frequência a manter a diferença de temperatura motriz baixa, por isto trazer vantagens para a eficiência do processo. É conhecido que, através da estruturação da superfície de transmissão de calor, a transmissão de calor pode ser intensificada. Desta forma pode-se alcançar que possa ser transmitido mais calor por unidade da superfície de transmissão de calor do que numa superfície lisa. Além disso é possível reduzir a diferença de temperatura motriz e, desta forma, conceber o processo de forma mais eficiente. Em tubos metálicos de permutadores de calor a estruturação da superfície de transmissão de calor sucede frequentemente através da formação de nervuras ou elementos semelhantes do material da parede de tubo. Estas nervuras formadas de forma integral têm uma ligação metálica fixa à parede de tubo e podem como tal transmitir calor de forma ideal.

Um modo de realização de permutadores de calor frequentemente utilizado são os permutadores de calor de feixes tubulares. Nestes aparelhos são frequentemente introduzidos tubos, que tanto estão estruturados no seu lado interior como também no seu lado exterior. Tubos de permutadores de calor estruturados para permutadores de calor de feixes tubulares possuem habitualmente pelo menos uma zona estruturada assim como extremidades lisas e, eventualmente, partes intermédias lisas. As extremidades ou partes intermédias lisas delimitam as zonas estruturadas. Para que o tubo possa ser montado sem problemas no permutador de calor de feixes tubulares, o diâmetro exterior das zonas estruturadas não pode ser maior do que o diâmetro exterior das extremidades ou partes intermédias lisas.

No lado interior de tubos são aplicadas frequentemente nervuras paralelas ao eixo ou de forma helicoidal para a melhoria das características da transmissão de calor. Através da aplicação de nervuras, é aumentada a superfície interior do tubo. No caso de nervuras dispostas de forma helicoidal é além disso aumentada a turbulência do meio que escoa no tubo e, como tal, melhorada a transmissão de calor. É conhecido que as características da transmissão de calor de nervuras aplicadas em paralelo ao eixo ou de forma helicoidal no lado interior do tubo podem ser melhoradas, dotando as nervuras interiores de sulcos ou ranhuras. Exemplos para tal encontram-se nos documentos EP 1312885 Bl, CN 101556124 A, CN 101556125 A, US 5992513, US 6018963 e US 6412549. Através do ranhuramento das nervuras surge uma estrutura de alternada altura das nervuras e projeções laterais de material no flanco das nervuras. Esta estrutura aumenta adicionalmente a turbulência do meio que escoa no tubo.

Especificamente em aplicações da técnica de climatização e ar condicionado, a eficiência dos sistemas de refrigeração ganha crescentemente significado. No caso de carga parcial o caudal do meio de transporte de calor é frequentemente reduzido, pelo que a velocidade do meio que escoa no tubo diminui significativamente. Como depois a parcela maior da resistência à transmissão de calor se transfere para o lado interior do tubo, é necessário continuar a melhorar as atualmente conhecidas estruturas no lado interior do tubo, especificamente para baixas velocidades de escoamento. A invenção tem como objetivo subjacente o de aperfeiçoar um tubo de transmissão de calor relativamente às características da transmissão de calor assim como o de providenciar um procedimento para a produção de um tal tubo de transmissão de calor.

Relativamente a um tubo de transmissão de calor, a invenção é reproduzida através das características da reivindicação 1.

Ademais, relativamente a um procedimento para a produção do tubo de transmissão de calor, a invenção é reproduzida através das reivindicações 8 e 9. As outras reivindicações dependentes referem-se a conceções e aperfeiçoamentos vantajosos da invenção.

Nisto a invenção parte do principio que, para a melhoria da transição de calor no lado interior do tubo, a turbulência do meio que escoa no tubo aumenta e a camada fronteiriça laminar que se forma no meio, na zona perto da parede, é perturbada. Para isto servem elementos estruturais com um formato especial na superfície interior do tubo, como, por exemplo, nervuras interiores que se desenvolvem paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, que são dotadas de características adicionais. Uma tal característica são protuberâncias na ponta da nervura, que apresentam essencialmente uma forma de pirâmide romba. Por protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba na ponta da nervura entende-se também, por exemplo, todas as formas alongadas numa direção de um espaço, por exemplo, uma forma de uma barra. Nisto as superfícies de um coto de pirâmide podem também ser concebidas como superfícies laterais e superiores tortas. As protuberâncias repetem-se na direção do desenvolvimento das nervuras em intervalos regulares. As nervuras interiores têm na zona das protuberâncias a sua altura H2 máxima das nervuras. A zona da ponta da nervura entre duas protuberâncias constitui uma cavidade relativa. As nervuras interiores têm ali a sua altura H3 mínima das nervuras. A altura das nervuras é medida respetivamente a partir da parede de tubo. A transição de uma protuberância para a cavidade vizinha sucede através do flanco inclinado da protuberância com a forma de uma pirâmide romba. As superfícies laterais de uma protuberância com a forma de uma pirâmide romba que se desenvolvem em paralelo ao flanco das nervuras formam com o flanco das nervuras uma transição sem junta.

Com uma decrescente velocidade de escoamento do meio, a espessura da camada fronteiriça laminar aumenta. Quando a espessura da camada fronteiriça laminar é aproximadamente igual à altura máxima das nervuras, o efeito de aumento de turbulência da estrutura interior diminui significativamente. Mostrou-se que este efeito não desejado pode ser prevenido quando as nervuras interiores são dotadas de projeções na ponta da nervura. As projeções desenvolvem-se na aresta de transição de um flanco das nervuras para a ponta da nervura, elevando ali a zona de transição mais ou menos em direção radial. Desta forma a ponta da nervura é gravada com uma estrutura fina que parte do flanco das nervuras. Por outras palavras, uma aparência típica das projeções é algumas superfícies laterais das protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba formarem formas com o formato de orelhas em direção radial, as quais alteram de forma diminuta a forma geométrica clássica de um coto de pirâmide. De um modo preferido, as projeções de acordo com a invenção são especialmente proeminentes nos flancos inclinados da pirâmide das protuberâncias, enquanto na superfície superior das protuberâncias e nas zonas entre duas protuberâncias são menos proeminentes.

Quando por outro lado se gera estruturas de acordo com as especificações do estado da técnica do documento US 5992513, dotando de ranhuras uma inicialmente definida nervura interior, então surgem na zona das ranhuras projeções laterais de material nos flancos das nervuras interiores. Consoante a profundidade das ranhuras, estas projeções de material ficam aplicadas com diferentes alturas no flanco das nervuras. A sua distância à parede de tubo é no entanto sempre inferior à altura máxima da nervura. Estas projeções laterais de material causam turbulências adicionais no escoamento, enquanto a camada fronteiriça laminar for inferior à sua distância da parede de tubo. Com uma velocidade de escoamento decrescente e viscosidade do meio crescente, a espessura da camada fronteiriça laminar aumenta e o efeito das projeções laterais de material diminui significativamente. Entre as projeções de material e a parede de tubo podem nestes casos até formar-se zonas, nas quais o escoamento e, desta forma, a transmissão de calor ficam praticamente estáticos. A vantagem especial da solução de acordo com a invenção consiste no facto de a estrutura fina das projeções na zona da ponta da nervura gerar turbilhões adicionais e, desta forma, aumentar a turbulência do meio que escoa no tubo. 0 aumento de potência que resulta deste facto surge especialmente em velocidades de escoamento baixas, por as projeções impedirem a formação da camada fronteiriça laminar. Através das projeções a transmissão de calor é consequentemente mais intensificada do que nas estruturas conhecidas do estado da técnica, que não apresentam estas projeções em direção radial.

Numa conceção preferida da invenção pode pelo menos um dos flancos de uma protuberância com a forma de uma pirâmide romba ser concebido de forma côncava. Estas superfícies laterais apresentam então uma curvatura direcionada para o interior da pirâmide, através da qual ficam concebidas sobre a superfície do coto de pirâmide estruturas de arestas que sobressaem ou que são mais afiadas de forma marcante. Estruturas deste tipo com arestas afiadas têm o efeito de contrariar a formação de um escoamento laminar e favorecem adicionalmente a formação de turbilhões para o aumento das características da transmissão de calor.

De um modo vantajoso as protuberâncias podem ser formadas assimetricamente, com a forma de uma pirâmide romba. Assim a assimetria pode ser adaptada correspondentemente à obtenção do escoamento no interior do tubo, por forma a otimizar mais as caracteristicas da transmissão de calor. As arestas da pirâmide, que mais contrariam o escoamento laminar, podem, por exemplo, ser concebidas correspondentemente com arestas afiadas.

Num modo de realização vantajoso da invenção as protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba podem ultrapassar a cavidade que se encontra entre duas protuberâncias em 20% a 100% da altura das nervuras interiores no local da cavidade. Quando as protuberâncias ultrapassam as cavidades em menos de 20% da altura H3 mínima das nervuras interiores, as projeções radiais são demasiado pouco proeminentes, para que possam influenciar o escoamento significativamente. Protuberâncias que ultrapassam as cavidades em mais de 100% da altura H3 mínima das nervuras interiores são difíceis de produzir. A consequência seria cargas não desejadas das ferramentas, o que levaria a um encurtamento desvantajoso do tempo de vida útil. Em tubos de diâmetro interior entre 10 mm e 25 mm, a altura H3 mínima das nervuras interiores é de um modo preferido de 0,20 mm a 0,45 mm, a altura H2 máxima das nervuras interiores é, de um modo preferido, superior a 0,35 mm a 0,60 mm. As protuberâncias da ponta da nervura ultrapassam tipicamente as cavidades que se encontram entre duas protuberâncias em 0,05 mm a 0,20 mm.

De um modo preferido, o ângulo oí dos flancos das protuberâncias é no máximo de 120°. O ângulo cx dos flancos é o ângulo formado pelos flancos inclinados das protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba na ponta da nervura. Se o ângulo for superior a 120°, as protuberâncias da ponta da nervura formam uma estrutura ondulada gue não influencia suficientemente o escoamento do meio.

Numa conceção vantajosa pode estar concebida uma estrutura exterior no lado exterior do tubo. Assim o tubo de transmissão de calor de acordo com a invenção possui no seu lado exterior uma estruturação, a qual intensifica a transmissão de calor no lado exterior do tubo. De um modo vantajoso a estrutura exterior pode ser concebida sob forma de nervuras exteriores integrais, que se desenvolvem de forma helicoidal. Como integral são designados os tipos de nervura, que são trabalhados através de um processo de transformação a partir da parede de tubo. Através das nervuras exteriores é aumentada consideravelmente a superfície do tubo e, deste modo, intensificada a transmissão de calor.

No primeiro procedimento de acordo com a reivindicação 8, a invenção parte do princípio que, para a produção de um tubo de transmissão de calor de acordo com a invenção, é utilizado um dispositivo composto por pelo menos duas ferramentas de compressão distanciadas uma da outra, que estão dispostas no lado exterior do tubo. As ferramentas de compressão são compostas por várias esferas ou cilindros, que estão posicionados de forma anelar numa retenção e suportados com liberdade para rodar. As retenções com as esferas ou cilindros estão alojadas num dispositivo fixo e podem ser rodadas em torno do tubo, sendo que as esferas ou cilindros podem deformar em direção radial a parede de tubo. Além disso está disponível um dispositivo de tração em separado, através do qual o tubo pode ser puxado em direção axial através das ferramentas de compressão.

Para trabalhar o tubo, as ferramentas de compressão são rodadas em torno do tubo e o tubo é puxado através do dispositivo de tração em direção axial. Na zona de trabalho das ferramentas de compressão, a parede de tubo é suportada pelos mandris de laminagem perfilados.

Um outro aspeto da invenção inclui um segundo procedimento para a produção de um tubo de transmissão de calor de acordo com a invenção de acordo com a reivindicação 9.

No segundo procedimento a invenção parte do princípio que, para a produção de um tubo de troca de calor de acordo com a invenção é utilizado um dispositivo, que é composto por n = 3 ou 4 suportes de ferramenta, nos quais estão respetivamente integradas pelo menos duas ferramentas de laminagem distanciadas entre si. 0 eixo de cada suporte de ferramenta desenvolve-se oblíquo ao eixo do tubo. Os suportes de ferramenta estão respetivamente dispostos ao longo de 360°/n no perímetro do tubo. Os suportes de ferramenta são ajustáveis radialmente. Eles próprios estão dispostos numa estrutura de laminagem fixa. As ferramentas de laminagem são compostas por vários discos de laminagem dispostos ao lado uns dos outros, cujo diâmetro aumenta na direção do grau de transformação crescente das nervuras exteriores.

Para trabalhar o tubo, as ferramentas de laminagem rotativas dispostas no perímetro, são distribuídas radialmente sobre o tubo liso e engatadas no tubo liso. Deste modo o tubo liso é colocado em rotação. Como os eixos das ferramentas de laminagem estão oblíquos ao eixo do tubo, as ferramentas de laminagem formam nervuras exteriores que se desenvolvem de forma helicoidal do material da parede do tubo liso e simultaneamente empurram o tubo nervurado que surge consoante o passo das nervuras exteriores de forma helicoidal. As primeiras ferramentas de laminagem em cada suporte de ferramenta iniciam com a formação das nervuras exteriores, as seguintes ferramentas de laminagem sobre cada suporte de ferramenta dão seguimento à seguinte formação das nervuras exteriores. A distância entre duas ferramentas de cilindros tem ser adaptada de tal forma que os discos de laminagem da seguinte ferramenta de laminagem engatem nas ranhuras, que se encontram entre as nervuras exteriores formadas pela ferramenta de laminagem precedente. A distância entre centros de duas nervuras exteriores vizinhas medida longitudinalmente ao eixo do tubo é designada por separação de nervuras p. A separação de nervuras é, habitualmente, de 0,4 a 2,2 mm. As nervuras exteriores desenvolvem-se de um modo preferido como uma rosca de vários passos. Na zona de trabalho das ferramentas de laminagem a parede de tubo é suportada pelos mandris de laminagem perfilados.

No que se segue são explicados em maior detalhe aspetos do procedimento, que pertencem ao primeiro e segundo procedimento. Assim fazem igualmente parte de ambos os dispositivos dois mandris de laminagem de perfil diferente. Estes estão aplicados consecutivamente e coaxialmente num varão e suportados neste com liberdade para rodar. O eixo comum dos mandris de laminagem é idêntico ao eixo do varão e coincide com o eixo do tubo.

No primeiro procedimento o varão está fixado através de um dispositivo de fixação adequado de tal forma que os mandris de laminagem sejam posicionados na zona de trabalho das ferramentas de compressão. No segundo procedimento o varão está fixado, na sua outra extremidade, à própria estrutura de laminagem. Através do varão são posicionados os mandris de laminagem na zona de trabalho das ferramentas de laminagem. Nisto o primeiro mandril de laminagem em direção do grau de transformação crescente é posicionado na zona de trabalho da primeira ferramenta de compressão ou ferramenta de laminagem na direção do grau de transformação crescente, enquanto o segundo mandril de laminagem em direção do grau de transformação crescente é posicionado na zona de trabalho das seguintes ferramentas de compressão ou ferramentas de laminagem na direção do grau de transformação crescente. 0 diâmetro exterior do segundo mandril de laminagem é algo inferior do que o do primeiro mandril de laminagem. 0 perfil dos mandris de laminagem é habitualmente composto por várias ranhuras essencialmente com o formato de um trapézio que estão dispostas paralelamente entre si sobre a superfície do mandril de laminagem. 0 ângulo dos flancos das ranhuras do primeiro mandril de laminagem é designado por βΐ. As ranhuras do primeiro mandril de laminagem desenvolvem-se sob um ângulo de hélice de 0o a 60° em relação ao eixo do mandril de laminagem e apresentam uma profundidade Tl. O ângulo dos flancos das ranhuras do segundo mandril de laminagem é designado por β2. As ranhuras do segundo mandril de laminagem desenvolvem-se sob um ângulo de hélice de 0o a 45°, de um modo preferido de 25° a 45°, em relação ao eixo do mandril de laminagem e apresentam uma profundidade T2. A profundidade T2 das ranhuras do segundo mandril de laminagem é significativamente superior à profundidade Tl das ranhuras do primeiro mandril de laminagem. Os ângulos de hélice dos mandris de laminagem são escolhidos de tal forma que resulte um ângulo intermédio de pelo menos 40°. De um modo vantajoso o ângulo intermédio encontra-se entre 70° e 100°. De um modo preferido as ranhuras do primeiro mandril de laminagem têm a direção da rosca invertida em relação às ranhuras do segundo mandril de laminagem, por forma a realizar o ângulo intermédio desejado.

Na primeira zona de deformação o material da parede de tubo é pressionado nas ranhuras do primeiro mandril de laminagem através das forças radiais da primeira ferramenta de compressão ou da primeira ferramenta de laminagem. Deste modo é formada uma estrutura interior sob forma de nervuras interiores paralelas ao eixo ou de forma helicoidal sobre a superfície interior do tubo. O ângulo de hélice das nervuras interiores, medido em relação ao eixo do tubo, é igual ao ângulo de hélice das ranhuras do primeiro mandril de laminagem. A altura Hl das nervuras interiores, formadas neste primeiro passo de deformação, medida a partir da parede de tubo encontra-se, de um modo preferido, entre 0,05 mm e 0,20 mm. Deste modo esta estrutura interior é relativamente pouco proeminente. A altura Hl das nervuras interiores formadas no primeiro passo de deformação é aproximadamente igual à profundidade TI das ranhuras do primeiro mandril de laminagem, mas não maior do que esta. Pode ser conveniente encher as ranhuras do primeiro mandril de laminagem na totalidade com material. Neste caso a altura Hl das nervuras interiores formadas no primeiro passo de deformação é igual à profundidade TI das ranhuras do primeiro mandril de laminagem. O diâmetro exterior do segundo mandril de laminagem tem de ser inferior ao diâmetro interior do tubo após a formação das primeiras nervuras interiores. O diâmetro interior do tubo após a formação das primeiras nervuras interiores é aproximadamente igual ao diâmetro exterior do primeiro mandril de laminagem subtraindo o dobro da altura Hl da estrutura interior formada no primeiro passo de laminagem.

Na segunda zona de deformação o material da parede de tubo e das nervuras interiores formadas na primeira zona de deformação é pressionado através das forças radiais das seguintes ferramentas de compressão ou ferramentas de laminagem nas ranhuras do segundo mandril de laminagem. Deste modo são formadas de novo nervuras interiores sobre a superfície interior do tubo, paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, que se desenvolvem de forma contínua. 0 ângulo de hélice medido em relação ao eixo do tubo destas nervuras interiores formadas de novo é igual ao ângulo de hélice das ranhuras do segundo mandril de laminagem. Como os ângulos de hélice dos mandris de laminagem são escolhidos de tal forma que formem um ângulo de pelo menos 40°, o material das nervuras interiores formadas no primeiro passo de deformação é deformado novamente em intervalos regulares definidos pela perfilagem do segundo mandril de laminagem. Uma parte deste material deformado forma na ponta das nervuras interiores, formadas no segundo passo de deformação, as projeções em direção radial de acordo com a invenção. As zonas não deformadas no segundo passo de deformação das nervuras interiores formadas no primeiro passo de laminagem formam protuberâncias com o formato de um coto de pirâmide na ponta das nervuras interiores formadas no segundo passo de laminagem. Este procedimento de produção faz com que as projeções em direção radial de acordo com a invenção sejam especialmente proeminentes nos flancos inclinados das protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba, enquanto na ponta das protuberâncias e nas zonas entre duas protuberâncias são menos proeminentes.

Por forma a possibilitar a formação das novas nervuras interiores, desejada no segundo passo de deformação, do material da parede de tubo, a profundidade T2 das ranhuras do segundo mandril de laminagem tem de ser significativamente maior do que a altura Hl das nervuras interiores formadas no primeiro passo de deformação. Isto possibilita que as nervuras interiores formadas no segundo passo de deformação possam ser mais proeminentes do que a estrutura interior do primeiro passo de deformação. A profundidade T2 das ranhuras do segundo mandril de laminagem tem de ser pelo menos tão grande como a altura H2 máxima pretendida das novas nervuras interiores. Consoante a quantidade e altura das nervuras interiores, pode a superfície interior do tubo pronto superar a superfície interior do tubo liso não deformado em até 100%.

Numa conceção da invenção preferida pode, através da estrutura interior formada na primeira zona de deformação, a superfície interior do tubo com esta estrutura interior ser aumentada em pelo menos 4% e no máximo em 30% em relação à superfície interior do tubo liso não deformado. Deste modo a estrutura interior é relativamente pouco proeminente.

Numa outra conceção da invenção preferida pode a profundidade T2 das ranhuras do segundo mandril de laminagem ser pelo menos 2,5 vezes maior do que a profundidade TI das ranhuras do primeiro mandril de laminagem. Isto possibilita que as nervuras interiores formadas no segundo passo de laminagem possam atingir uma altura H2 das nervuras significativamente superior do que a altura Hl da estrutura interior do primeiro passo de laminagem.

Numa conceção da invenção preferida o ângulo dos flancos (ângulo de abertura) das ranhuras do primeiro mandril de laminagem pode ser no máximo de 120°. Deste modo pode ser alcançada uma conceção preferida das protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba das pontas das nervuras.

Exemplos de realização da invenção são descritos em maior detalhe com base dos desenhos esquemáticos.

Nestes mostram:

Fig. 1 uma vista obliqua da estrutura interior do tubo com nervuras e protuberâncias com a forma de uma pirâmide romba realçada através de sombreado,

Fig. 2 uma vista obliqua esquemática da estrutura interior do tubo de acordo com a fig. 1,

Fig. 3 uma vista em detalhe de uma protuberância com a forma de uma pirâmide romba na ponta da nervura,

Fig. 4 uma vista oblíqua da estrutura interior do tubo com nervuras e protuberâncias assimétricas com a forma de uma pirâmide romba realçada através de sombreado,

Fig. 5 uma vista oblíqua esquemática da estrutura interior do tubo assimétrica de acordo com a fig. 4,

Fig. 6 uma vista em detalhe de uma protuberância assimétrica com a forma de uma pirâmide romba na ponta da nervura,

Fig. 7 esquematicamente uma vista do dispositivo para a produção de um tubo de transmissão de calor com mandris interiores,

Fig. 8 esquematicamente uma vista obliqua do dispositivo para a produção de um tubo de transmissão de calor nervurado no exterior com ferramenta de laminagem exterior e mandris interiores, e

Fig. 9 diagrama para a melhoria da transição de calor interior através da solução da invenção.

Partes correspondentes estão dotadas das mesmas referências em todas as figuras. A fig. 1 mostra uma vista obliqua realçada através de sombreados cinzentos da estrutura do lado 22 interior do tubo de um tubo 1 de transmissão de calor com nervuras 3 interiores e protuberâncias 34 com a forma de uma pirâmide romba. A fig. 2 mostra uma vista oblíqua esquemática da estrutura interior do tubo de acordo com a fig. 1.

No lado 22 interior do tubo estão formadas nervuras 3 interiores que se desenvolvem de forma contínua, que o percorrem de forma helicoidal, em que cada nervura 3 interior tem dois flancos 31 das nervuras e uma ponta 32 da nervura. Entre nervuras 3 interiores respetivamente vizinhas está formada uma ranhura 33 que se estende de forma contínua. A ponta 32 da nervura apresenta protuberâncias 34, que se repetem em intervalos regulares, que têm essencialmente uma forma de pirâmide romba. Os flancos 31 das nervuras das nervuras 3 interiores estão elevados na linha de contorno, a qual é definida pela aresta de transição de um flanco 31 das nervuras para a ponta 32 da nervura. A fig. 3 mostra uma vista em detalhe de uma protuberância 34 com a forma de uma pirâmide romba na ponta 32 da nervura com projeções 37 em direção radial formadas nesta zona, na linha de contorno, a partir do flanco 31 das nervuras.

Na fig. 3 estão concebidos de forma côncava dois flancos 36 da protuberância 34 com a forma de uma pirâmide romba representada. Estes flancos 36 são também parte da ponta 32 da nervura e apresentam uma curvatura direcionada para o interior da pirâmide, através da qual são concebidas na superfície do coto de pirâmide, estruturas de arestas que sobressaem ou que são mais afiadas de forma marcante sob forma de projeções 37 em direção radial. Entre protuberâncias 34 está concebida a ponta 32 da nervura sob forma de uma cavidade 35. As estruturas de aresta afiada influenciam de forma favorável a formação de turbilhões para o aumento das características da transmissão de calor.

As fig. 4 a 6 mostram por sua vez uma vista oblíqua, realçada através de sombreados cinzentos, da estrutura do lado 22 interior do tubo de um tubo 1 de transmissão de calor com nervuras 3 interiores e protuberâncias 34 com a forma de uma pirâmide romba. A fig. 5 mostra uma vista oblíqua esquemática da estrutura interior do tubo de acordo com a fig. 4. Nas fig. 4 a 6 as protuberâncias 34 com a forma de uma pirâmide romba estão formadas de forma assimétrica.

Na fig. 6 estão por sua vez concebidos de forma côncava dois flancos 36 da protuberância 34 representada com a forma de uma pirâmide romba. Estes flancos 36 são também parte da ponta 32 da nervura e apresentam uma curvatura direcionada para o interior da pirâmide, através da qual estão concebidas na superfície do coto de pirâmide, estruturas de arestas que sobressaem ou que são mais afiadas de forma marcante sob forma de projeções 37 em direção radial. Através da assimetria formam-se em direção radial, através das projeções 37, estruturas de aresta afiada adaptadas correspondentemente às relações de escoamento no interior do tubo, que favorecem a formação de turbilhões. A fig. 7 mostra uma vista de um dispositivo para a produção de um tubo 1 de transmissão de calor nervurado no exterior com dois mandris 100 e 200 de laminagem. A fig. 8 mostra uma vista oblíqua do dispositivo para a produção de um tubo de transmissão de calor nervurado no exterior com ferramenta de laminagem exterior e mandris interiores conforme a fig. 7. No procedimento de produção de um tubo 1 de transmissão de calor de acordo com a invenção são formadas no lado exterior de um tubo 10 liso numa primeira zona de deformação nervuras 4 exteriores que se desenvolvem de forma helicoidal, obtendo-se num primeiro passo de laminagem o material das nervuras, através de deslocação de material da parede 2 de tubo, através de uma ferramenta 300 de laminagem composta por discos 301 de laminagem. O tubo nervurado que surge é colocado em rotação através das forças de laminagem e empurrado para a frente conforme as nervuras 4 exteriores de forma helicoidal que surgem. A parede 2 de tubo é suportada na primeira zona de deformação por um primeiro mandril 100 de laminagem que se encontra dentro do tubo, o qual está suportado com liberdade para rodar e apresenta na sua superfície 101 exterior do mandril ranhuras com a profundidade TI paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, em que é formada uma estrutura interior relativamente pouco proeminente, pressionando material da parede 2 de tubo nas ranhuras do primeiro mandril 100 de laminagem.

Num segundo passo de laminagem as nervuras 4 exteriores são concebidas no lado 21 exterior do tubo numa segunda zona de deformação com altura continuamente crescente, distanciada da primeira zona de deformação, a parede 2 de tubo é suportada na segunda zona de deformação por um segundo mandril 200 de laminagem que se encontra dentro do tubo, o qual é igualmente suportado com liberdade para rodar e apresenta na sua superfície 201 exterior do mandril ranhuras de forma helicoidal com a profundidade T2, em que nervuras 3 interiores de forma helicoidal, que se desenvolvem de forma contínua, são de novo formadas no lado 22 interior do tubo, pressionando material da parede 2 de tubo e material da estrutura interior, formada no primeiro passo de laminagem, nas ranhuras do segundo mandril 200 de laminagem. As nervuras interiores formadas na segunda zona de deformação são significativamente mais proeminentes do que a estrutura interior, que foi formada na primeira zona de deformação. As protuberâncias 34 na ponta destas nervuras 3 interiores são formadas a partir de material que foi pressionado na primeira zona de deformação nas ranhuras do primeiro mandril 100 de laminagem. A fig. 9 mostra um diagrama, que documenta a vantagem de potência da estrutura interior de acordo com a invenção. No exemplo de tubos de diâmetro interior de 16 mm, está representada a melhoria da transição de calor interior relativamente a um tubo liso em função da velocidade da água que escoa no tubo. A temperatura média da água é aqui de 9 °C. No diagrama tanto está representado o comportamento da potência de um tubo de acordo com o estado da técnica como também o comportamento da potência de um tubo com estrutura interior de acordo com a invenção. No tubo de comparação estão realizadas estruturas de acordo com os dados do estado da técnica do documento US 5992513. Reconhece-se que a estrutura interior de acordo com a invenção, para velocidades de água inferiores a 2 m/s, apresenta aumentos significativos em relação ao tubo de acordo com o estado da técnica. Em velocidades de água inferiores a 1 m/s, a vantagem é de cerca de 40%.

Lista de referências 1 Tubo de transmissão de calor 2 Parede de tubo 21 Lado exterior do tubo 22 Lado interior do tubo 3 Nervuras interiores 31 Flancos das nervuras 32 Ponta da nervura 33 Ranhura 34 Protuberâncias 35 Cavidade 36 Flancos de uma protuberância 37 Projeções 4 Nervuras exteriores 10 Tubo liso 100 Primeiro mandril de laminagem 101 Superfície exterior do mandril do primeiro mandril de laminagem 200 Segundo mandril de laminagem 201 Superfície exterior do mandril do segundo mandril de laminagem 300 Ferramenta de laminagem 301 Discos de laminagem α Ângulo dos flancos das protuberâncias βΐ Ângulo dos flancos das ranhuras do primeiro mandril de laminagem β2 Ângulo dos flancos das ranhuras do segundo mandril de laminagem TI Profundidade da ranhura no primeiro mandril de laminagem T2 Profundidade da ranhura no segundo mandril de laminagem A Eixo do tubo

Claims (12)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Tubo (1) de transmissão de calor com um eixo (A) do tubo, uma parede (2) de tubo, um lado (21) exterior do tubo e um lado (22) interior do tubo, em que - no lado (22) interior do tubo da parede (2) de tubo estão formadas nervuras (3) interiores que se desenvolvem de forma continua, paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, cada nervura (3) interior tem dois flancos (31) das nervuras e uma ponta (32) da nervura, - entre nervuras (3) interiores respetivamente vizinhas está formada uma ranhura (33) que se estende de forma continua, - a ponta (32) da nervura apresenta protuberâncias (34) que se repetem em intervalos regulares, e - as protuberâncias (34) têm essencialmente uma forma de pirâmide romba, caracterizado, por os flancos (31) das nervuras das nervuras (3) interiores na linha de contorno, a qual é definida através da aresta de transição de um flanco (31) das nervuras para a ponta (32) da nervura, estarem elevados em direção radial, na medida em que na zona da aresta de transição estão concebidas projeções (37) que se prolongam do flanco (31) das nervuras, por as projeções (37) estarem proeminentes nos flancos (36) inclinados das protuberâncias (34), na direção do desenvolvimento das nervuras (3) interiores e - por as superfícies laterais de uma protuberância (34) com a forma de uma pirâmide romba, que se desenvolvem em paralelo ao flanco (31) das nervuras, formarem com o flanco (31) das nervuras uma transição sem junta.
2. 2. Tubo (1) de transmissão de calor de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos um dos flancos (36) de uma protuberância (34) com a forma de uma pirâmide romba ser concebido de forma côncava.
3. 3. Tubo (1) de transmissão de calor de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as protuberâncias (34) com a forma de uma pirâmide romba serem formadas de forma assimétrica.
4. 4. Tubo (1) de transmissão de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por as protuberâncias (34) com a forma de uma pirâmide romba ultrapassarem a cavidade (35) que se encontra entre duas protuberâncias (34) em 20% a 100% da altura das nervuras (3) interiores na localização da cavidade (35).
5. 5. Tubo (1) de transmissão de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por o ângulo a dos flancos das protuberâncias (34) ser no máximo de 120°.
6. 6. Tubo (1) de transmissão de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por no lado (21) exterior do tubo estar concebida uma estrutura (4) exterior.
7. 7. Tubo (1) de transmissão de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a estrutura (4) exterior estar concebida sob forma de nervuras exteriores integrais que se desenvolvem de forma helicoidal.
8. 8. Procedimento para a produção de um tubo (1) de transmissão de calor de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, no qual são levados a cabo os seguintes passos de procedimento: a. a parede de um tubo (10) liso é deformada radialmente numa primeira zona de deformação através de uma primeira ferramenta de compressão, que percorre o lado exterior do tubo liso, b. na primeira zona de deformação a parede de tubo é apoiada por um primeiro mandril (100) de laminagem que se encontra dentro do tubo e que está montado com liberdade para rodar e que apresenta na sua superfície (101) exterior do mandril ranhuras com a profundidade Tl paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, em que é formada uma estrutura interior, pressionando material da parede de tubo nas ranhuras do primeiro mandril (100) de laminagem, c. a parede do tubo liso é deformada radialmente numa segunda zona de deformação através de uma segunda ferramenta de compressão que percorre o lado exterior do tubo liso, d. na segunda zona de deformação a parede de tubo é suportada por um segundo mandril (200) de laminagem que se encontra dentro do tubo, o qual está igualmente suportado com liberdade para rodar e apresenta na sua superfície (201) exterior do mandril ranhuras com a profundidade T2 paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, em que são formadas novas nervuras interiores paralelas ao eixo ou helicoidais, que se desenvolvem de forma contínua, pressionando material da parede de tubo e material da estrutura interior formada na primeira zona de deformação nas ranhuras do segundo mandril (200) de laminagem, em que as nervuras interiores formadas na segunda zona de deformação são significativamente mais proeminentes do que a estrutura interior, que foi formada na primeira zona de deformação, em que as protuberâncias (34) são formadas na ponta destas nervuras interiores a partir de material, que, na primeira zona de deformação, foi pressionado nas ranhuras do primeiro mandril (100) de laminagem, e em que uma parte do material deformado na segunda zona de deformação da estrutura interior formada na primeira zona de deformação, forma na ponta das nervuras (3) interiores, formadas no segundo passo de deformação, as projeções (37) que se prolongam do flanco (31) das nervuras, e e. o transporte axial do tubo através das zonas de deformação é garantido através de um dispositivo de tração.
9. 9. Procedimento para a produção de um tubo (1) de transmissão de calor de acordo com a reivindicação 6 ou 7, no qual são levados a cabo os seguintes passos de procedimento: a. no lado exterior de um tubo (10) liso são formadas numa primeira zona de deformação nervuras (4) exteriores que se desenvolvem de forma helicoidal, obtendo-se o material das nervuras através de deslocação de material da parede de tubo por meio de um primeiro passo de laminagem e colocando a rodar através das forças de laminagem o tubo nervurado que surge e avançando correspondentemente as nervuras (4) exteriores de forma helicoidal, em que as nervuras (4) exteriores são formadas com altura crescente do tubo (10) liso de resto não deformado, b. a parede de tubo é suportada na primeira zona de deformação através de um primeiro mandril (100) de laminagem que se encontra dentro do tubo, que está suportado com liberdade para rodar e apresenta na sua superfície exterior do mandril ranhuras com profundidade TI paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, em que é formada uma estrutura interior, pressionando material da parede de tubo para as ranhuras do primeiro mandril (100) de laminagem, c. num segundo passo de laminagem as nervuras (4) exteriores são concebidas numa segunda zona de deformação distanciada da primeira zona de deformação com altura continuamente crescente, d. a parede (2) de tubo é suportada na segunda zona de deformação através de um segundo mandril (200) de laminagem que se encontra dentro do tubo, o qual é igualmente suportado com liberdade para rodar e apresenta na sua superfície (201) exterior do mandril ranhuras com a profundidade T2 paralelas ao eixo ou de forma helicoidal, em que são formadas de novo nervuras interiores paralelas ao eixo ou de forma helicoidal que se desenvolvem de forma contínua, pressionando material da parede (2) de tubo e material da estrutura interior formada no primeiro passo de laminagem nas ranhuras do segundo mandril (200) de laminagem, em que as nervuras interiores formadas na segunda zona de deformação são significativamente mais proeminentes do que a estrutura interior, que foi formada na primeira zona de deformação, em que as protuberâncias (34) na ponta destas nervuras (3) interiores são formadas a partir de material, que foi pressionado nas ranhuras do primeiro mandril (100) de laminagem na primeira zona de deformação e em que uma parte do material deformado na segunda zona de deformação da estrutura interior formada na primeira zona de deformação, forma na ponta das nervuras (3) interiores, formadas no segundo passo de deformação, as projeções (37) que se prolongam do flanco (31) das nervuras.
10. 10. Procedimento de acordo com a reivindicação 8 ou 9 caracterizado por através da estrutura interior formada na primeira zona de deformação a superfície interior do tubo ser aumentada com esta estrutura interior em pelo menos 4% e no máximo 30% relativamente à superfície interior do tubo (10) liso não deformado.
11. 11. Procedimento de acordo com a reivindicação 8 ou 9 caracterizado por a profundidade T2 das ranhuras do segundo mandril (200) de laminagem ser pelo menos 2,5 vezes maior do que a profundidade TI das ranhuras do primeiro mandril (100) de laminagem.
12. 12. Procedimento de acordo com a reivindicação 8 ou 9 caracterizado por o ângulo dos flancos das ranhuras do primeiro mandril (100) de laminagem ser no máximo de 120°.