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Revista Minería Chilena Nº407

mayo de 2015

Innovaciones en la fabricación de intercambiadores de calor

En los últimos años se han incorporado una serie de mejoras tecnológicas en este proceso que han permitido optimizar sustancialmente el rendimiento de los equipos, elevar su vida útil y la velocidad de producción de estos.

Artículo elaborado por Inppa

 

Los intercambiadores de calor (ICs) están presentes en la mayoría de los sistemas térmicos complejos de las industrias y representan el vehículo más ampliamente usado para la transferencia de calor en las aplicaciones de los procesos industriales. Ellos son seleccionados para servicios tales como:

–       Enfriamiento de líquido.

–       Enfriamiento de gas.

–       Procesos donde se condensen vapores de refrigerantes.

–       Procesos donde se produce condensación de vapor de agua.

–       Procesos de evaporación de refrigerantes agua u otros líquidos.

–       Procesos de extracción de calor y calentamiento regenerativo del agua de alimentación de calderas.

–       Recuperación del calor en efluentes gaseosos y líquidos residuales calientes.

–       Enfriamiento de aire.

–       Enfriamiento de aceite de lubricación en compresores, turbinas y motores, mediante camisas de enfriamiento y muchas otras aplicaciones industriales.

Los ICs tienen la habilidad de transferir grandes cantidades de calor a un costo relativamente bajo, pudiendo tener amplias áreas de superficie de transferencia en pequeños espacios, volúmenes de líquido y peso. La Figura 1 muestra un esquema simplificado de un intercambiador de calor (IC), en particular, de tubo y carcasa.

En la actualidad, los ingenieros que operan en la industria moderna a menudo se encuentran en una posición en la que tienen que seleccionar los ICs para realizar ciertas tareas de transferencia de calor. En general, el objetivo es calentar o enfriar cierto fluido con una masa determinada y una temperatura conocidos, para llevarlo hasta una temperatura deseada.

Por tanto, antes de iniciar un proceso de selección de un IC, los usuarios deben clarificar algunos factores que resultan preponderantes en el posterior proceso de definición y diseño. De estos, los siguientes son, a nuestro juicio, los más importantes:

–       Costo (limitaciones en presupuesto).

–       Tamaño y peso.

–       Tipo, materiales.

–       Bajo costo de mantenimiento.

–       Seguridad.

–       Contaminación acústica, etc.

Con respecto al diseño mecánico de los ICs, la mayoría de los fabricantes se basa en:

–       Norma TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association).

–       El Código de la American Society of Mechanical Engineering (ASME), Sección VIII.

Configuración de intercambiadores TEMA

TEMA ha conformado una serie de normas mecánicas para la fabricación de los ICs:

–       Clase R son los usados en condiciones de operación severas, en procesos petroleros y afines.

–       Clase C designa a los intercambiadores empleados en aplicaciones comerciales y procesos generales bajo condiciones moderadas.

–       Clase B se refiere a los intercambiadores de calor de carcasa y tubos usados en procesos químicos. Generalmente, en estos últimos los materiales constructivos son no-ferrosos, mientras que en los de clase C y R se usan materiales ferrosos.

Elección de materiales

En la confección de ICs se utilizan diferentes tipos de materiales y sus combinaciones. Algunos de estos son:

  • Tubo de titanio, cupro-níquel, SB-111 C706, acero al carbono, SA-500 (estructural), tubos y cañerías de cobre, SB-75 y SB-88, latón almirantazgo, SB-111 C443, acero al carbono, SA-179 (sin costura), acero inoxidable, SA-249 (con y sin costura).
  • Plancha cupro-níquel laminada C706, acero al carbono,SA-36,acero inoxidable, SA-240 TP 316 y 304, latón naval laminado C464.
  • Cañería de acero inoxidable, SA-312 (con y sin costura), acero al carbono, SA-53 (con costura), acero al carbono, SA-106 (sin costura).

Consideraciones del tipo de aplicación

  • Petróleo: no utilizar cobre o aleaciones de cobre; falla por piting.
  • Amoníaco: no usar cobre o aleaciones de cobre; falla por corrosión.
  • Aceite térmico: no emplear cobre; degrada el aceite.
  • Salmuera: no utilizar acero inoxidable; falla por piting.
  • Ácido sulfúrico diluido: no usar acero inoxidable, se corroe.

Innovaciones en ICs

En los últimos años se han incorporado una serie de mejoras tecnológicas en diversos procedimientos del proceso de fabricación y diseño de intercambiadores de calor. Dichas tecnologías han permitido optimizar sustancialmente el rendimiento de los equipos, elevar su vida útil y la velocidad de producción de estos. Dentro de las principales innovaciones están las siguientes:

  • Sistemas de detección de fugas por gas Helio

La detección de fugas por gas helio se constituye como el procedimiento más efectivo, sensible, rápido, limpio y seguro para localizarlas. El sistema H/VISION 065 permite que el gas helio fluya por cualquier micro-fisura que tenga un componente, evitando la interferencia en las lecturas de medición. Por otra parte, este gas no reacciona con substancias, lo cual permite trabajar con líneas productivas en operación, con productos o reactores químicos. Además, no es tóxico, por lo que el operador puede realizar pruebas con seguridad.

Las principales fugas detectables están en: intercambiadores de calor, condensadores de vapor, hornos de vacío, tanques sujetos a presión o vacío, líneas de conducción de gases de proceso, generadores de vapor, generadores eléctricos, transformadores, tuberías, válvulas, sistemas de aire acondicionado, tuberías y tanques subterráneos, reactores químicos, elementos o componentes sellados.

  • Sistemas robotizados para soldaduras de alta presición

El equipo de soldadura robotizada WP5000 permite automatizar procesos de alta precisión en soldaduras de partes y piezas para la industria en general, de tubos para intercambiadores de calor, carcazas y estructuras en general, agilizando procesos de mantención y construcción de equipos.

La línea de soldadura MIG robotizada posibilita abordar proyectos donde la unión por soldadura reviste un factor crítico, uniendo distintos tipos de metales, ferrosos y no ferrosos, con un estándar alto de seguridad y precisión. Esto, gracias a la exactitud de un brazo robotizado con un elevado radio de acción y cabezales pivotantes que absorben toda clase de irregularidades y geometrías complejas.

  • Expandidores de tubo de torque controlado

El dispositivo EX_T_7500 P permite asegurar la unión entre tubos y placas espejo. El sistema controla el adelgazamiento excesivo de la pared del tubo en el proceso de expansión, asegurando un sello mecánico optimo entre cada componente. El resultado de esta unión es un escenario óptimo para que el proceso de aleación del tubo a la placa espejo se realice con una posición de soldadura H24, asegurando un sello de altísima confiabilidad.

Artículo elaborado por Inppa.