ES2287630T3 - Procedimiento de fabricacion para un tubo de multiples capas para la conduccion de un fluido transmisor de calor y tubo de multiples capas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de fabricación para un tubo (10) de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor, en el que un primer tubo (24) se coloca en un segundo tubo (18) con una holgura radial y se genera una unión de tubos entre el primer tubo (24) y el segundo tubo (18) por deformación plástica del primer tubo (24) y / o del segundo tubo (18), caracterizado porque el segundo tubo (18) se coloca en un tercer tubo (16) con una holgura radial y se genera una unión de tubos entre el segundo tubo (18) y el tercer tubo (16) por deformación plástica del segundo tubo (18) y / o del tercer tubo (16), formándose mediante el primer tubo (24) una capa (22) de protección frente a la corrosión, formándose mediante el segundo tubo (18) una capa (14) de compensación térmica y formándose mediante el tercer tubo (16) una capa (12) de estructura hecha de un material con alta estabilidad estructural a las temperaturas correspondientes.

Description

Procedimiento de fabricación para un tubo de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor y tubo de múltiples capas.

La invención se refiere a un procedimiento de fabricación para un tubo de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor, en el que un primer tubo se coloca en un segundo tubo con una holgura radial y se genera una unión de tubos entre el primer tubo y el segundo tubo mediante deformación plástica del primer tubo y / o del segundo tubo.

Además, la invención se refiere a un tubo de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor, que comprende una capa de compensación térmica hecha de un material de alta conductividad térmica, y una capa de estructura hecha de un metal que es estable estructuralmente a las temperaturas que se presentan.

Este tipo de tubos de múltiples capas pueden utilizarse, por ejemplo, en caso de receptores solares o en transmisores de calor. Especialmente en relación con receptores solares existe el problema de que los tubos para la conducción del fluido transmisor de calor estén solicitados localmente con diferentes intensidades. En un receptor solar se solicitan con radiación solar tubos correspondientes, por ejemplo, por un lado de éstos. Con esto se presentan temperaturas locales que ocasionan tensiones térmicas. Estas tensiones térmicas pueden superponerse con las tensiones mecánicas existentes debido a la fabricación y las tensiones que se ocasionan debido al funcionamiento (tal como, por ejemplo, debido a la presión interna en el tubo). Esto conduce a condiciones secundarias en el diseño de este tipo de tubos o puede limitar fundamentalmente la vida útil de un tubo.

Por el artículo "Compound Wall Receiver for DSG In Parabolic Throughs" de R. Almaza et al. en el 10º simposio internacional SolarPACES sobre tecnologías de concentración térmica solar "Solar Termal 200", 8 a 10 de marzo de 2000, Sydney; Australia, pp. 131 a 135 se conoce un receptor que se ha construido mediante un tubo de acero exterior con diámetro 3,81 cm y un tubo de cobre interior con un diámetro de 3,5 cm. El tubo de acero se ha embutido en caliente en el tubo de cobre.

Por el documento US 4.217.886, que forma la base para el preámbulo de la reivindicación 1, se conoce un elemento de intercambio térmico de energía solar que comprende la combinación de un elemento metálico exterior con un orificio central y una superficie de intercambio térmico y una parte de metal interna, estando fabricada la parte de metal interna de un material metálico distinto del de la pieza metálica exterior.

La invención se basa en el objetivo de facilitar un procedimiento de fabricación sencillo para un tubo de varias capas, optimizándose el tubo de varias capas para el aporte de calor a altas temperaturas.

Este objetivo se alcanza según la invención en un procedimiento de fabricación para un tubo de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor porque el segundo tubo se coloca en un tercer tubo con holgura radial y se forma una unión de tubos entre el segundo tubo y el tercer tubo mediante la deformación plástica del segundo tubo y / o del tercer tubo, formándose mediante el primer tubo una capa de protección frente a la corrosión, formándose mediante el segundo tubo una capa de compensación térmica y formándose mediante el tercer tubo una capa de estructura hecha de un material con alta estabilidad estructural a las temperaturas correspondientes.

En la solución según la invención, la unión de tubos se genera por deformación plástica y no por embutición en caliente. Con esto se evitan procesos de enfriamiento y calentamiento que requieren mucho tiempo. Los tubos de partida pueden unirse con grandes tolerancias para formar la unión de tubos. Pueden fabricarse largos tubos de múltiples capas de forma sencilla gracias al procedimiento según la invención.

La deformación plástica para la fabricación de la unión de tubos puede realizarse manteniendo la forma de los tubos, de modo que se garantiza que la simetría antes y después de la transformación es fundamentalmente la misma. Esto contribuye a su vez a que, con la elección de la forma adecuada, se minimicen las tensiones en el funcionamiento.

La deformación plástica puede realizarse de forma sencilla; por ejemplo, puede realizarse un ensanchamiento del tubo que se dispone más adentro mediante una transformación basada en un medio activo, tal como moldeo hidráulico, o mediante un cuerpo de moldeo mecánico.

Es posible que el segundo tubo se coloque en un tercer tubo con holgura radial y se genere una unión de tubos entre el segundo tubo y el tercer tubo por deformación plástica del segundo tubo y / o del tercer tubo. También es posible que se generen otras uniones de tubos adicionales con otros tubos.

Mediante el segundo tubo se genera una capa de un material de mayor conductividad térmica. En caso de tubos de varias capas con carga térmica por un lado, gracias a una capa de este tipo puede conseguirse que puedan compensarse mejor las temperaturas locales en exceso; con esto pueden reducirse tensiones térmicas vinculadas con éstas. Gracias a la distribución del calor en una superficie mayor, se mejora también la transferencia térmica.

Mediante el tercer tubo se genera una capa de un material con alta estabilidad estructural a las temperaturas relevantes. Materiales con alta conductividad térmica como el cobre, la plata o el aluminio son relativamente blandos a altas temperaturas, de modo que ya no se garantiza la estabilidad estructural de un tubo correspondiente. Gracias a la previsión de una capa independiente para facilitar una mayor estabilidad estructural, puede optimizarse el tubo de múltiples capas correspondiente; puede realizarse una optimización independiente en relación con la estabilidad estructural y en relación con la compensación térmica.

Mediante el primer tubo se configura una capa como capa de protección frente a la corrosión. Es posible que la capa de protección frente a la corrosión también proporcione estabilidad estructural. Gracias a la capa de protección frente a la corrosión se proporciona una protección frente a la corrosión, incluida protección frente a la oxidación, especialmente para una capa de compensación térmica con el material de alta conductividad térmica. En este caso es básicamente posible que un tubo forme en sí mismo una capa de protección frente a la corrosión o, de forma alternativa o en combinación, que, por ejemplo, se aplique mediante un procedimiento de recubrimiento una capa de protección frente a la corrosión en un tubo.

En especial, se ejerce una fuerza de deformación sobre el tubo que se dispone más adentro y / o sobre el tubo que se dispone más afuera. La fuerza de deformación que ocasiona la deformación plástica puede regularse de forma definida.

De forma conveniente, al menos en la zona en la que debe fabricarse una unión de tubos, el tubo que se dispone fuera respecto al tubo contiguo rodea al tubo contiguo. Con esto puede generarse una unión de tubos y, especialmente, una unión de capas mediante deformación plástica en la zona citada.

En especial, los tubos entre los que debe fabricarse una unión de tubos presentan la misma simetría respecto a un eje longitudinal. Si los tubos se colocan entonces de forma colineal respecto al eje longitudinal y tiene lugar una deformación plástica simétrica, tal como, por ejemplo, el ensanchamiento simétrico, entonces el resultado de la fabricación tiene la misma simetría que los tubos de partida. Con esto se genera una buena unión entre las capas, minimizándose especialmente las zonas libres de material (intersticios) entre capas contiguas o estando unidas las capas completamente. Con esto se posibilita a su vez una buena transferencia térmica entre las capas.

De forma conveniente, los tubos entre los que debe generarse una unión de tubos presentan una sección transversal circular. Con esto puede conseguirse un buen contacto entre los tubos deformados plásticamente para generar así una buena unión de capas.

Es posible que antes de la deformación plástica los tubos que deben unirse entre sí se coloquen unos junto a otros. A continuación, se ejerce una fuerza de deformación para la deformación plástica. Al aplicar correctamente la fuerza de deformación, por ejemplo, mediante un medio activo, puede conseguirse una unión simétrica con contacto homogéneo de los dos tubos, deformándose plásticamente al menos uno de los tubos que están unidos entre sí.

También es posible colocar los tubos entre sí de modo que se forme un intersticio anular entre tubos contiguos. El intersticio anular es preferiblemente simétrico en el giro, de modo que mediante un ensanchamiento radial por deformación plástica puede cerrarse este intersticio anular y generarse con esto una buena unión de capas.

Puede estar previsto que el tubo que se dispone más afuera se coloque en un molde. El molde determina entonces las dimensiones exteriores de la unión de tubos.

Es conveniente que el tubo que se dispone más adentro se solicite para la deformación plástica con una fuerza homogénea por su contorno interior. Con esto puede ensancharse este tubo para cerrar el intersticio o los intersticios respecto al tubo contiguo y, con esto, generar una unión de tubos. También puede conseguirse que el tubo contiguo se ensanche y se presione contra el tubo que se dispone más afuera para cerrar el intersticio anular allí si está prevista una estructura de más de dos capas.

En especial, se ensancha el tubo que se encuentra más adentro. Gracias a un ensanchamiento de este tipo puede cerrarse un intersticio.

Es especialmente ventajoso que el tubo que se dispone más adentro se ensanche hasta que se forme una unión entre tubos contiguos. La unión se forma en este caso entre el tubo que se dispone más adentro y el tubo contiguo. Con una solicitación de fuerza correspondiente, se deforma también el tubo contiguo. Si se dispone en un molde, entonces el molde determina el contorno exterior. Si existe un tubo que se dispone más afuera, entonces el tubo contiguo que se dispone en medio también se deforma plásticamente para cerrar un intersticio anular respecto al tubo que se dispone fuera. Dado el caso, el tubo que se dispone fuera también puede deformarse plásticamente, predeterminándose, sin embargo, su contorno exterior por un molde.

De forma alternativa o adicional, puede estar previsto que se coloque un molde en el tubo que se dispone más adentro. Con esto puede configurarse un contorno interior definido para el tubo que se dispone más adentro; durante la deformación plástica, el tubo que se dispone más adentro se presiona contra este molde interior.

Resulta especialmente favorable en relación con esto que en el tubo que se dispone más afuera se ejerza una fuerza de deformación homogénea por su contorno exterior para ocasionar así una deformación plástica por compresión. El intersticio entre los tubos se cierra entonces porque se comprime el tubo que lo rodea.

Puede estar previsto que la deformación se realice mediante un medio activo y, por ejemplo, se realice una deformación hidráulica. Mediante el medio activo que está bajo presión puede ejercerse una fuerza y, especialmente, ejercerse en un tubo interior para deformarlo de forma plástica. Un ejemplo de un procedimiento de este tipo es el moldeo hidráulico.

También es posible que la deformación se realice mediante un cuerpo de moldeo tal como, por ejemplo, mediante un mandril o una esfera. Un mandril de este tipo puede introducirse en un tubo interior y conducirse a través de este tubo interior, por ejemplo, mediante desplazamiento a través, empuje a través o arrastre a través y, con esto, puede generarse un ensanchamiento del tubo interior.

Resulta conveniente que la unión de capas se trate posteriormente para mejorar la unión. Mediante el tratamiento posterior pueden conseguirse especialmente cambios en la estructura que mejoran la unión.

Por ejemplo, la unión de capas puede someterse a un proceso de recocido de homogeneización para mejorar la unión.

También es posible que al menos un tubo se dote de un recubrimiento al menos por un lado; de forma ventajosa, el recubrimiento repercute de forma favorable sobre la unión.

Por ejemplo, la unión de capas se somete a un proceso de soldadura para mejorar la unión. Entonces, resulta especialmente favorable que los tubos que van a unirse se doten al menos por un lado con soldadura o un componente de soldadura. En especial, durante el tratamiento a temperatura tiene lugar entonces una soldadura entre las capas que van a unirse, de modo que se mejora la unión mediante un cambio correspondiente en la estructura.

Resulta favorable que se prevea una protección frente a la corrosión para el tubo que se dispone más adentro y / o el tubo que se dispone más afuera, pudiendo representar la propia capa que se forma por el tubo una protección frente a la corrosión o pudiendo estar dispuesta una capa de protección frente a la corrosión en el tubo.

En especial, la capa que se dispone más adentro y / o la capa que se dispone más afuera está configurada como capa de protección frente a la corrosión, pudiendo tratarse a su vez estas capas de capas que están formadas mediante tubos o pueden tratarse de capas que se fabrican mediante procedimientos independientes tal como, en especial, el procedimiento de recubrimiento. La capa que se dispone más adentro está configurada como capa de protección frente a la corrosión. Con esto se garantiza que el fluido transmisor de calor no entra en contacto con una capa de compensación térmica.

Resulta favorable que se dote un tubo de una estructura, al menos en un lado, antes de introducirlos unos en otros. En especial, una estructura de este tipo está prevista para la capa de compensación térmica o para una capa contigua a la capa de compensación térmica. Con esto se consigue ejercer influencia en la superficie límite de modo que sea posible una transferencia de calor óptima y, por tanto, una compensación térmica óptima. También puede ejercerse influencia en la transferencia de calor por convección entre el tubo y el fluido transmisor de calor, de modo que sea posible una mejor transferencia de calor y, en concreto, especialmente si la estructura está formada en el tubo que conduce el fluido transmisor de calor o la estructura está unida con éste.

Por ejemplo, entre tubos contiguos se dispone una pieza intercalada antes de la deformación. La pieza intercalada puede ser un alambre que se enrolla alrededor de un tubo correspondiente. Entonces, durante la deformación plástica la estructura de esta pieza intercalada se proyecta en una o en las dos capas contiguas.

También es posible que en un tubo exterior y / o en un tubo interior se genere durante la deformación una estructura. Con esto se consigue fabricar durante la fabricación de la unión de tubos, mediante deformación plástica, al mismo tiempo una estructura. La estructura puede ser, por ejemplo, una estructura ondulada en un extremo de tubo para la compensación longitudinal o una estructura de difusor o confusor. También es posible generar una estructura que mejore la transferencia de calor por convección entre el tubo que conduce el fluido transmisor de calor y el fluido transmisor de calor.

Es posible que la estructura se genere mediante un molde, formándose la estructura que va a generarse, en especial, como imagen en negativo del molde.

De forma alternativa o en combinación, también es posible generar la estructura mediante una pieza intercalada. Esta pieza intercalada se introduce en el molde y se proyecta entones sobre el tubo correspondiente.

También resulta favorable que en la capa de los tubos que conducen el fluido transmisor de calor se genere una estructura que ejerce influencia en la corriente. En este caso puede tratarse especialmente de una estructura de remolinos que simplemente se ocupe de un arremolinado del fluido transmisor de calor y, con ello, de una absorción de calor mejorada. Por ejemplo, pueden preverse nervaduras, estructuras que generan torsiones o similares en un espacio interior de un tubo interior.

Entonces, resulta especialmente ventajoso que la estructura que ejerce influencia en la corriente se genere durante la deformación del tubo correspondiente para la fabricación de la unión de tubos, es decir, se genere en cierta medida de forma integrada. Entonces, un molde interior correspondiente puede estar configurado de modo correspondiente de manera que la estructura se proyecte en el tubo interior. La estructura puede fabricarse entonces sin un tratamiento del material con eliminación de virutas.

Además, la invención se basa en el objetivo de facilitar un tubo de múltiples capas del tipo citado al principio que esté optimizado en relación con el aporte de calor a altas temperaturas.

Este objetivo se alcanza según la invención en el caso del tubo de múltiples capas citado al principio porque la capa de compensación térmica es una capa central y la capa de estructura es una capa que se encuentra fuera, y la capa de compensación térmica y la capa de estructura están unidas por deformación plástica a al menos una de las dos capas, y una capa de protección frente a la corrosión que se encuentra dentro por la que se conduce el fluido transmisor de calor, estando unidas la capa de compensación térmica y la capa de protección frente a la corrosión por deformación plástica de al menos una de las dos capas.

Mediante la unión por deformación plástica puede fabricarse el tubo de múltiples capas de forma sencilla.

Gracias a la al menos una capa de protección frente a la corrosión puede protegerse la capa de compensación térmica frente a la corrosión, incluida la oxidación. La capa de protección frente a la corrosión también resulta ventajosa si la capa de compensación térmica y la capa de estructura no están unidas entre sí por deformación plástica. Los materiales convencionales para la capa de compensación térmica, tales como el aluminio, la plata o el cobre, son muy propensos a averías debidas a la corrosión a altas temperaturas. Gracias a la capa de protección frente a la corrosión se protege precisamente la capa de compensación térmica. La capa de protección frente a la corrosión también puede estar configurada de modo que contribuya a la estabilidad estructural del tubo de múltiples capas.

El fluido transmisor de calor se conduce junto a la capa de protección frente a la corrosión. La capa de protección frente a la corrosión cubre la capa de compensación térmica de modo que la capa de compensación térmica no entra en contacto con el fluido transmisor de calor.

Una capa que se dispone fuera es la capa de estructura. Con esto se garantiza la estabilidad estructural también a altas temperaturas.

Una capa central es la capa de compensación térmica. La capa de compensación térmica puede colocarse con esto en cierta medida de forma hidrostática entre dos capas. La capa de compensación térmica no debe contribuir entonces a la estabilidad estructural del tubo de múltiples capas y puede cumplir de forma óptima su función respecto a la compensación térmica.

Otras ventajas del tubo de múltiples capas según la invención, así como configuraciones ventajosas se describen en relación con el procedimiento de fabricación según la invención.

En especial, la capa que se dispone más adentro y la capa que se dispone más afuera son capas de protección frente a la corrosión. Puede estar previsto que la capa de protección frente a la corrosión se forme mediante un tubo y que en un tubo correspondiente se disponga una capa de protección frente a la corrosión que se ha aplicado mediante un procedimiento independiente, tal como, por ejemplo, mediante deposición galvánica. Por ejemplo, una capa de protección frente a la corrosión aplicada de forma independiente se aplica según el procedimiento de la unión de tubos.

Por los mismos motivos resulta conveniente que la capa de compensación térmica esté rodeada por una capa de protección frente a la corrosión; con esto se protege la capa de compensación térmica también hacia fuera.

Resulta favorable que el tubo de múltiples capas esté configurado con simetría de rotación respecto a un eje longitudinal. Con esto puede generarse mediante una fuerza de deformación simétrica radialmente y, especialmente, mediante el ensanchamiento simétrico radialmente, una unión de tubos que también tiene simetría de rotación en el resultado final. Las tensiones mecánicas debidas al proceso de moldeo pueden minimizarse dado que se minimizan las diferencias locales.

Puede estar prevista una estructura que favorezca la compensación térmica. Con esto puede optimizarse la superficie límite, que es relevante para la transferencia de calor.

También resulta favorable que se prevea una estructura que influya en la corriente. Mediante ésta puede conseguirse, por ejemplo, un arremolinado del fluido transmisor del calor para posibilitar a su vez una transferencia de calor óptima al fluido transmisor de calor.

La siguiente descripción de formas de realización preferidas sirve en relación con el dibujo para la siguiente explicación de la invención. Muestran:

la figura 1, una vista en corte de un ejemplo de realización de un tubo de múltiples capas según la invención;

la figura 2, un paso intermedio de la fabricación del tubo de múltiples capas según la figura 1, y

la figura 3, otro paso intermedio de la fabricación.

Un ejemplo de realización de un tubo de múltiples capas según la invención, que se muestra en sección transversal en la figura 1 y que está designado allí en su conjunto con 10, comprende una capa 12 de estructura y una capa 14 de compensación térmica. La capa 12 de estructura y la capa 14 de compensación térmica están dispuestas en una unión de tubos y entran en contacto entre sí y están unidas entre sí.

La capa 12 de estructura está hecha de un material que, en relación con las temperaturas que se presentan, es resistente al calor y presenta una resistencia correspondiente. Por ejemplo, la capa 12 de estructura puede estar hecha de acero o una aleación basada en níquel, tal como Inconel. La capa 14 de compensación térmica está hecha de un material de alta conductividad térmica tal como, por ejemplo, el cobre, el aluminio o la plata.

En el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, la capa 12 de estructura se dispone fuera y está formada mediante un tubo 16 exterior. La capa 14 de compensación térmica está formada mediante un tubo 18 central, habiéndose conseguido la unión entre el tubo 16 exterior y el tubo 18 central mediante deformación plástica.

La capa 14 de compensación térmica se cubre mediante una capa 22 de protección frente a la corrosión para formar un espacio 20 interior del tubo 10 de múltiples capas en el que se conduce un fluido transmisor de calor. La capa de protección frente a la corrosión está hecha de un material que proporciona precisamente una protección frente a la corrosión para la capa 14 de compensación térmica. Por ejemplo, puede utilizarse acero o una aleación basada en níquel, tal como Inconel.

La capa 22 de protección frente a la corrosión está formada mediante un tubo 24 interior, consiguiéndose la unión de tubos con la capa 14 de compensación térmica por deformación plástica.

La unión de tubos entre el tubo 16 exterior, el tubo 18 central y el tubo 24 interior se consigue, tal como se describe más abajo de forma detallada, mediante deformación plástica, de modo que en especial no se requiere embutición en caliente de un tubo exterior en un tubo interior.

El tubo 10 de múltiples capas está configurado preferiblemente con simetría de rotación respecto a un eje 26 longitudinal. De forma correspondiente están configuradas entonces la capa 12 de estructura, la capa 14 de compensación térmica y la capa 22 de protección frente a la corrosión de forma simétrica en el giro respecto a este eje 26 longitudinal.

Puede estar previsto que el tubo 10 de múltiples capas presente en al menos un extremo longitudinal un ensanchamiento en forma de embudo, de modo que en esta zona el diámetro interior es mayor que fuera de esta zona. De esta manera puede configurarse un difusor o confusor que sirve para reducir las pérdidas de presión de la corriente.

También es posible que la capa 22 de protección frente a la corrosión esté dotada en su superficie dirigida al espacio 20 interior de una estructura que ejerce influencia en la corriente y, especialmente, de una estructura de remolinos para el fluido transmisor de calor. Para esto pueden estar previstas nervaduras correspondientes que se ocupan de un arremolinado del fluido transmisor de calor. Mediante el arremolinado del fluido transmisor de calor se mejora la transferencia térmica al fluido transmisor de calor, que fluye al espacio 20 interior del tubo 10 de múltiples capas.

También es posible que la capa 14 de compensación térmica esté estructurada para mejorar así la transferencia de calor. Por ejemplo, puede estar prevista una estructura en espiral (no mostrada en el dibujo).

También es posible que se le aplique al tubo 10 de múltiples capas una curvatura que sirve para compensar las dilataciones térmicas. También pueden preverse estructuras y, en especial, en un extremo de tubo, tales como estructuras onduladas que sirven para compensar las dilataciones térmicas.

La unión entre las capas puede mejorarse adicionalmente mediante un proceso de soldadura o recocido de homogeneización (soldadura por difusión), tal como se describe más abajo de forma detallada.

El tubo 10 de múltiples capas se usa para la conducción de corriente de un fluido transmisor de calor. Este tipo de elementos de conducción de corriente se emplea especialmente en transmisores térmicos o en receptores solares como tubos absorbedores. Se presenta el problema de que la carga térmica puede ser por un solo lado; en una aplicación como tubo absorbedor, la carga de radiación tiene lugar especialmente desde una dirección, de modo que la radiación se presenta en un lado delantero y, especialmente, en la mitad delantera del tubo 10, mientras que la mitad trasera no recibe radiación. Por esta carga térmica externa diferente se ocasionan tensiones térmicas, especialmente en el intervalo de altas temperaturas superiores a 200ºC, debido a las temperaturas locales excesivas. Además, surgen también tensiones debidas a las condiciones operativas, tales como, por ejemplo, la presión interna en el espacio 20 interior cuando fluye un fluido transmisor de calor a través del tubo 10 de múltiples capas.

Gracias a la estructura según la invención, tiene lugar una optimización en relación con los requisitos individuales. La capa 12 de estructura se ocupa de la estabilidad estructural del tubo 10 de múltiples capas. La capa 14 de compensación térmica hecha de material de alta conductividad térmica se ocupa de una compensación térmica, de manera que se forman temperaturas locales excesivas. Si, por ejemplo, se utiliza cobre como material para la capa 14 de compensación térmica, entonces se presenta el problema de que a altas temperaturas el cobre se hace muy blando y, además, el cobre también es propenso a averías por corrosión, incluida la oxidación. La capa 22 de protección frente a la corrosión hecha de un material resistente correspondiente con alta rigidez protege entonces a su vez la capa 14 de compensación térmica.

La capa 14 de compensación térmica está colocada entre la capa 12 de estructura y la capa 22 de protección frente a la corrosión en cierta medida de forma hidrostática, de modo que ésta pueda cumplir de forma óptima su objetivo, es decir, la compensación térmica mediante el tubo 10 de múltiples capas, estando protegida la capa 14 de compensación térmica frente a la corrosión mediante la capa 12 de estructura, dado el caso, en colaboración con la capa 22 de protección frente a la corrosión. Además, mediante la capa 12 de estructura (dado el caso, en combinación con la capa 22 de protección frente a la corrosión) se garantiza la resistencia mecánica del tubo 10 de múltiples capas también a altas temperaturas.

Debido a la unión de las capas 12, 14 y 22 mediante deformación plástica se garantiza una buena unión y, especialmente, un contacto de las capas 12, 14 y 22 individuales una con otra, de modo que se minimizan las zonas de intersticio entre capas contiguas y, en el caso ideal, no existen.

En los cálculos de modelos se han determinado perfiles de temperaturas y desarrollos de tensión para un tubo 10 de múltiples capas según la figura 1 con la capa 12 de estructura hecha de Inconel, la capa 14 de compensación térmica hecha de cobre y la capa 22 de protección frente a la corrosión hecha de Inconel. Como carga se ha partido de una radiación solar por medio lado. En el espacio 20 interior se ha partido de una transferencia de calor por convección al aire bajo una presión de 1,4 MPa a una temperatura del fluido de 500ºC. Se ha mostrado que el gradiente de temperatura en el sentido periférico es de 65 K, mientras que en el caso de un tubo de una capa de iguales dimensiones de Inconel es de 220 K. Esto muestra que, gracias a la configuración según la invención, se descomponen las temperaturas locales excesivas y se reduce el gradiente de temperatura.

Además, se ha mostrado que las tensiones térmicas máximas que están condicionadas por dilataciones térmicas localmente diferentes (debidas a temperaturas diferentes localmente) pueden reducirse a aproximadamente 8,5 MPa (de aproximadamente 32 MPa en el caso de una construcción de una capa).

La unión entre los tubos 16, 18 y 24 que forman la capa 12 de estructura, la capa 14 de compensación térmica y la capa 22 de protección frente a la corrosión se genera mediante deformación plástica. Con esto pueden mantenerse reducidas tensiones mecánicas que se ocasionan en las capas 12, 14, 22 producidas por la fabricación, de modo que nuevamente, en especial teniendo en cuenta la carga térmica, se optimiza la estabilidad mecánica y la estanqueidad del tubo 10 de múltiples capas.

El tubo 10 de múltiples capas puede fabricarse de la siguiente manera:

El tubo 24 interior, que presenta un diámetro exterior que es menor que el diámetro interior del tubo 18 central, se coloca en el tubo central con holgura radial (figuras 2 y 3). Con esto se forma un intersticio 28 entre el tubo 24 interior y el tubo 18 central. La colocación tiene lugar, por ejemplo, de forma colineal respecto a los ejes longitudinales correspondientes de los tubos 24 y 18, de modo que, en la configuración simétrica en el giro, el intersticio 28 es un intersticio anular. El tubo 24 interior también puede estar colocado en el tubo 18 central.

Además, el tubo 18 central está colocado en el tubo 16 exterior, siendo el diámetro exterior del tubo 18 central (antes de la deformación plástica) menor que el diámetro interior del tubo 16 exterior. Con esto se forma un intersticio 30 entre el tubo 18 central y el tubo 16 exterior. La colocación del tubo 18 central tiene lugar, por ejemplo, de forma colineal respecto al tubo 16 exterior, de modo que el intersticio 30 es un intersticio anular. El tubo 18 central puede colocarse también en el tubo 16 exterior.

En esta disposición, el tubo 16 exterior rodea al tubo 18 central y el tubo central rodea al tubo 24 interior. No importa el orden de colocación de los tubos individuales al desplazarlos unos dentro de otros.

En un ejemplo de realización, el tubo 16 exterior se coloca en un molde 32, que, por ejemplo, presenta dos mitades 34 y 36 de molde. El molde 32 presenta un alojamiento 38 para el tubo 36 exterior. Este alojamiento 38, que presenta especialmente una sección transversal circular, determina la forma exterior del tubo 10 de múltiples capas y, con esto, también las dimensiones exteriores del tubo 10 de múltiples capas.

El tubo 10 de múltiples capas se genera por deformación plástica. En este caso tiene lugar una transformación del tubo 24 interior, del tubo 18 central y, dado el caso, del tubo 16 exterior. Para esto, por un espacio 40 interior del tubo 24 interior se ejerce una fuerza de deformación de forma homogénea por su espacio interior que ensancha el tubo 24 interior en dirección al tubo 18 central y ensancha el tubo 18 central en dirección al tubo 16 exterior y, dado el caso, ensancha el tubo 16 exterior o, si éste se asienta de forma precisa en el alojamiento 38, ocasiona una deformación plástica del tubo 16 exterior. Con esto se genera a su vez una unión de tubos con una unión de capas, de modo que la capa 12 de estructura, formada por deformación plástica del tubo 16 exterior, la capa de compensación térmica, formada por deformación plástica del tubo 18 central, y la capa 22 de protección frente a la corrosión, formada por deformación plástica del tubo 24 interior, están en contacto con la capa contigua en cada caso y así se forma una unión.

La fuerza de deformación para el ensanchamiento del tubo 24 interior puede ejercerse, por ejemplo, mediante un cuerpo 42 de molde, tal como, por ejemplo, un mandril o una esfera, introduciéndose este cuerpo 42 de molde en el espacio 40 interior y conduciéndose a través de éste.

También es posible realizar la transformación mediante un medio activo y especialmente de forma hidráulica. Un ejemplo de un procedimiento de este tipo es el moldeo hidráulico. En este caso, se comprime bajo presión un fluido activo a través del espacio 40 interior, o se comprime a través de una conducción con paredes elásticas a través del espacio 40 interior. Esto se ilustra de forma esquemática en la figura 3 mediante flechas 44 para la conducción de la corriente del medio activo a través del espacio 40 interior.

En el ejemplo de realización mostrado, el molde 32 rodea el tubo 16 exterior, que, al ensancharse el tubo 24 interior (determinado por el ensanchamiento del tubo 18 central), se presiona contra el molde 32. La fuerza de deformación actúa con esto de dentro hacia fuera, es decir, desde el eje 26 longitudinal de los tubos 16, 18, 24 correspondientes hacia fuera.

Básicamente también es posible que, de forma alternativa o en combinación, la solicitación de fuerza tenga lugar de fuera hacia dentro, es decir, en el eje 26 longitudinal. Por ejemplo, está previsto que en el espacio 40 interior esté colocado un molde que define precisamente el diámetro interior (y, con esto, el espacio 20 interior) del tubo 10 de múltiples capas. El tubo 24 interior se coloca junto a este molde. El molde puede expandirse preferiblemente de modo que su diámetro pueda reducirse tras la deformación plástica de los tubos, y, entonces, pueda extraerse del espacio 40 interior. Por ejemplo, el molde es un molde solicitado con un fluido, ajustándose mediante una presión de fluido determinada un determinado diseño.

Entonces, en este ejemplo de realización la fuerza para la deformación plástica de los tubos 16, 18 y 24 se ejerce desde fuera. La fuerza actúa directamente sobre el tubo 16 exterior, el cual mediante una contracción simétrica ocasiona entonces la deformación plástica del tubo 18 central; el tubo 18 central actúa en este caso a su vez sobre el tubo 24 interior.

Para mejorar la unión puede estar previsto un tratamiento posterior de la unión de capas entre la capa 12 de estructura, la capa 14 de compensación térmica y la capa 22 de protección frente a la corrosión. Por ejemplo, en la unión de tubos fabricada (es decir, con el tubo 10 de múltiples capas transformado) puede realizarse un recocido de homogeneización (soldadura por difusión). El recocido de homogeneización puede realizarse en condiciones atmosféricas, en vacío o bajo gas de protección. Puede estar previsto que para el proceso de recocido de homogeneización se aplique en el espacio 20 interior una presión interior o que el proceso de recocido de homogeneización tenga lugar sin una aplicación adicional.

También es posible de forma alternativa o adicional que al menos una capa, tal como, por ejemplo, la capa 22 de protección frente a la corrosión, en su lado dirigido a la capa 14 de compensación térmica, y la capa de compensación térmica en el lado dirigido a la capa 12 de estructura, esté dotada de un recubrimiento y, especialmente, esté dotada de un recubrimiento de soldadura o del recubrimiento de un componente de soldadura. Tras la deformación plástica tiene lugar entonces una soldadura, por ejemplo, bajo condiciones atmosféricas, en vacío o bajo gas de protección con o sin aplicación adicional de una presión interna en el espacio 20 interior. Por ejemplo, el tubo 18 central se dota en el interior y exterior, cuando está hecho de cobre, de una capa de plata. La plata representa un componente de soldadura que entonces, durante el proceso de soldadura con el cobre, forma la verdadera soldadura; a altas temperaturas se encarga con esto de una unión adicional de la capa 14 de compensación térmica con la capa 12 de estructura y la capa 22 de protección frente a la corrosión.

En un ejemplo de realización concreto se ha utilizado un tubo 16 exterior con un diámetro exterior de 33,4 m y un diámetro interior de 27, 86 mm de Inconel 600. Como tubo 18 central se ha utilizado un tubo de cobre con un diámetro exterior de 27 mm y un diámetro interior de 22 mm. Como tubo 24 interior se ha empleado un tubo de Inconel con un diámetro exterior de 21,3 mm y un diámetro interior de 19 mm.

Mediante la transformación del tubo interior se ha fabricado entonces, tal como se ha descrito anteriormente, la unión de tubos para el tubo 10 de múltiples capas correspondiente. La presión de transformación en un proceso de moldeo hidráulico correspondiente era de 300 MPa.

A continuación, se ha realizado un recocido de homogenización a una temperatura de recocido de 900ºC y un tiempo de recocido de 10 a 15 horas.

También es posible configurar, simultáneamente al proceso de deformación para el tubo 24 interior, una estructura que influye en la corriente en el tubo 24 interior dirigida al espacio 20 interior. Por ejemplo, se introduce una pieza intercalada en el espacio 20 interior antes de la solicitación de fuerza o se introduce un molde estructurado de forma correspondiente. Con esto pueden configurarse, por ejemplo, nervaduras en la capa 22 de protección frente a la corrosión en el lado dirigido al espacio 20 interior, las cuales representan una estructura de remolinos.

También es posible generar básicamente una estructura en la capa 14 de compensación térmica, directamente en ésta o en el lado dirigido a ésta de la capa 22 de protección frente a la corrosión. Por ejemplo, se introduce una pieza intercalada entre los tubos 24 y 18. La pieza intercalada puede ser un alambre enrollado al tubo 24 interior. Durante el ensanchamiento del tubo 24 interior por solicitación de fuerza, esta pieza intercalada se proyecta en el tubo 18 central, el cual forma la capa 14 de compensación térmica. La estructura se elige de modo que se favorezca la transferencia de calor y, con esto, la compensación térmica; se ejerce influencia en la capa límite entre la capa 14 de compensación térmica y la capa 12 de estructura o la capa 22 de protección frente a la corrosión para obtener una transferencia de calor óptima.

Mediante el ejemplo de una estructura de tres capas se ha descrito el tubo 10 de múltiples capas y un ejemplo de realización del procedimiento según la invención. El procedimiento según la invención puede emplearse también en una estructura de dos capas o de más de tres capas. También es posible un tubo de múltiples capas formado por dos capas, en el que la unión de tubos se genera por deformación plástica.

Gracias a la fabricación de la unión de tubos por deformación plástica en lugar de embutición en caliente, pueden evitarse procesos de calentamiento y enfriamiento que requieren mucho tiempo. Las tolerancias relativas a los tubos de partida son mayores. Mediante el procedimiento según la invención pueden fabricarse uniones de tubos de mayor longitud.

Claims (35)

1. Procedimiento de fabricación para un tubo (10) de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor, en el que un primer tubo (24) se coloca en un segundo tubo (18) con una holgura radial y se genera una unión de tubos entre el primer tubo (24) y el segundo tubo (18) por deformación plástica del primer tubo (24) y / o del segundo tubo (18), caracterizado porque el segundo tubo (18) se coloca en un tercer tubo (16) con una holgura radial y se genera una unión de tubos entre el segundo tubo (18) y el tercer tubo (16) por deformación plástica del segundo tubo (18) y / o del tercer tubo (16), formándose mediante el primer tubo (24) una capa (22) de protección frente a la corrosión, formándose mediante el segundo tubo (18) una capa (14) de compensación térmica y formándose mediante el tercer tubo (16) una capa (12) de estructura hecha de un material con alta estabilidad estructural a las temperaturas correspondientes.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se ejerce una fuerza de deformación sobre el tubo (24) que se dispone más adentro y / o el tubo (16) que se dispone más afuera.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, al menos en la zona en la que debe generarse una unión de tubos, el tubo que se dispone fuera respecto a un tubo contiguo rodea al tubo contiguo.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los tubos, entre los cuales debe fabricarse una unión de tubos, presentan la misma simetría respecto a un eje longitudinal.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los tubos, entre los cuales debe fabricarse una unión de tubos, presentan una sección transversal circular.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los tubos se colocan unos junto a otros.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los tubos se colocan unos respecto a otros de modo que se forma un intersticio anular entre tubos contiguos.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tubo (16) que se dispone más afuera se coloca en un molde.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tubo (24) que se dispone más adentro se solicita para la deformación plástica con una fuerza homogénea por su contorno interior.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el tubo (24) que se dispone más adentro se ensancha.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque el tubo (24) que se dispone más adentro se ensancha hasta que se forma una unión entre los tubos contiguos.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se coloca un molde en el tubo (24) que se dispone más adentro.

13. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en el tubo (16) que se dispone más afuera se ejerce una fuerza de deformación homogénea por su contorno.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la deformación se realiza mediante un medio activo.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque se deforma hidráulicamente.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la deformación se realiza mediante un cuerpo de moldeo.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la unión de capas se trata posteriormente para mejorar la unión.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la unión de capas se somete a un procedimiento de recocido de homogenización.

19. Procedimiento según la reivindicación 17 o 18, caracterizado porque al menos un tubo se dota al menos por un lado con un recubrimiento.

20. Procedimiento según una de las reivindicaciones 17 a 19, caracterizado porque la unión de capas se somete a un proceso de soldadura.

21. Procedimiento según la reivindicación 20, caracterizado porque los tubos que van a unirse se dotan al menos por un lado con una soldadura o un componente de soldadura.

22. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se prevé una protección frente a la corrosión para el tubo (24) que se dispone más adentro y el tubo (16) que se dispone más afuera.

23. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la capa que se dispone más adentro y la capa que se dispone más afuera están configuradas como capas de protección frente a la corrosión.

24. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un tubo se dota de un estructura en al menos un lado antes de introducirlos unos en otros.

25. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre tubos contiguos se dispone una pieza intercalada antes de la deformación.

26. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en un tubo exterior y / o un tubo interior se genera durante la deformación una estructura.

27. Procedimiento según la reivindicación 26, caracterizado porque la estructura se genera mediante un molde.

28. Procedimiento según la reivindicación 26 o 27, caracterizado porque la estructura se genera mediante una pieza intercalada.

29. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la capa que conduce el fluido transmisor de calor se genera una estructura que influye en la corriente.

30. Tubo de múltiples capas para la conducción de un fluido transmisor de calor, que comprende una capa (14) central de compensación térmica hecha de un material de alta conductividad térmica, una capa (12) de estructura que se encuentra fuera, hecha de un material que es estable estructuralmente a las temperaturas que se presentan, estando unidas la capa (14) de compensación térmica y la capa (12) de estructura por deformación plástica a al menos una de las dos capas (12, 14), y una capa (22) de protección frente a la corrosión que se encuentra dentro, en la que se conduce el fluido transmisor de calor, estando unidas la capa (14) de compensación térmica y la capa (22) de protección frente a la corrosión por deformación plástica de al menos una de las dos capas (14, 22).

31. Tubo de múltiples capas según la reivindicación 30, caracterizado porque una capa (22) que se encuentra más adentro y una capa (12) que se encuentra más afuera son capas (22) de protección frente a la corrosión.

32. Tubo de múltiples capas según la reivindicación 30 o 31, caracterizado porque la capa (14) de compensación térmica está rodeada por capas (12, 22) de protección frente a la corrosión.

33. Tubo de múltiples capas según una de las reivindicaciones 30 a 32, caracterizado por un diseño con simetría de rotación respecto a un eje (26) longitudinal.

34. Tubo de múltiples capas según una de las reivindicaciones 30 a 33, caracterizado porque está prevista una estructura que favorece la compensación térmica, la cual influye en la capa límite entre la capa (14) de compensación térmica y la capa (12) de estructura o la capa (22) de protección frente a la corrosión.

35. Tubo de múltiples capas según una de las reivindicaciones 30 a 34, caracterizado porque está prevista una estructura que influye en la corriente.