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Para una aplicación marítima o industrial que requiera una solución de gestión térmica, una de las decisiones más importantes que debe tomar un ingeniero es elegir entre intercambiadores de calor de placas con juntas y con soldadura capilar. Ambas tecnologías funcionan según los mismos principios de transferencia de calor: una serie de placas metálicas corrugadas entre las cuales circulan dos fluidos en contracorriente, lo que permite la transferencia de calor entre ellos. Sin embargo, su construcción, su filosofía de diseño y sus límites operativos son distintos. En SME, con más de 500 proyectos anuales y brindando soporte a más de 1 000 embarcaciones mediante repuestos y servicios, hemos tratado las consecuencias derivadas de una especificación incorrecta del tipo de PHE. Esta guía ayudará a simplificar las opciones para que la tecnología se adapte a la realidad de su embarcación.
Construcción e integridad física
Intercambiadores de calor de placas con juntas: Estos consisten en un bastidor (placas extremas fijas y móviles) donde se comprime una pila de placas corrugadas mediante pernos de compresión. Cada placa lleva una junta elastomérica que separa los canales de flujo, dirigiendo los fluidos a través de pasajes alternados. Las placas se pueden agregar o retirar fácilmente. Las placas y las juntas se aseguran y someten a esfuerzo mediante altos pares de apriete.
Intercambiadores de calor de placas soldadas al vacío: Estos no incluyen bastidor, ni pernos, ni juntas extraíbles. En su lugar, una serie de placas se ensambla y se solda al vacío mediante metal de aportación, utilizando cobre o níquel como material de aportación, que se solidifica en los puntos de contacto entre las placas. El resultado final es un bloque sólido sin juntas elastoméricas, sellado herméticamente desde el exterior y, por tanto, con menor espacio y peso para una misma capacidad nominal comparado con un diseño de tipo con juntas.
Límites de operación: presión y temperatura
Las unidades soldadas a brasa suelen soportar presiones mucho mayores, de 30 a 45 bar, y temperaturas de 200 °C o superiores; los modelos soldados a brasa con níquel no emplean juntas elastoméricas, por lo que no se produce extrusión ni rotura en sistemas como circuitos de refrigerante, aceite hidráulico de alta presión y recuperación de calor del motor en nuevas embarcaciones.
Las limitaciones de las unidades con juntas dependen del material de la junta: nuestro equipo de ingenieros especialistas suele suministrar juntas de NBR, EPDM y FKM, cuyo rango operativo de temperatura va de -15 °C a más de 150 °C, y cuya presión máxima admisible para equipos marinos con juntas es de aproximadamente 25 bar o superior. Esta clasificación es adecuada para cualquier servicio estándar de refrigeración con agua de mar y, en la mayoría de los casos, también resulta suficiente para generadores estándar de agua dulce y sistemas de aceite lubricante en la mayor parte de los buques; sin embargo, no se debe superar la presión indicada en bar para productos marinos con juntas.
Mantenimiento, limpieza y capacidad de servicio
Aquí es donde los dos enfoques divergen tan marcadamente entre sí, y con frecuencia el punto predominante para el armador.
Los intercambiadores de calor con juntas son, por diseño, mantenibles. Siempre que se produzca incrustación (y en el ámbito marino, esto ocurre cuando el agua de mar, las sales o los residuos de aceite pesado se acumulan en las superficies; no es una cuestión de si, sino de cuándo), la unidad se desmonta desatornillando, las placas se separan y se retiran las juntas. Las placas individuales pueden limpiarse mediante métodos mecánicos o químicos, y las juntas se sustituyen. Por eso SME dispone de un taller y de un equipo especializado in situ, lo que permite realizar sustituciones de juntas, limpieza de placas y reconstrucciones completas para restablecer la capacidad de diseño original de una unidad con juntas hasta un 95 % o más. Además, puede cambiar el tipo de junta si varían sus condiciones operativas o el medio de trabajo.
Los intercambiadores de calor soldados a brida son desechables. No se pueden desmontar para limpiar los pasajes entre las placas. Las unidades de EIP soldadas a brida no se pueden desmontar, y aunque se puede intentar una limpieza interna mediante productos químicos circulantes, es posible que no eliminen adecuadamente las incrustaciones o los depósitos de carbono. Sin embargo, la desventaja principal de las unidades de EIP soldadas a brida es que, si se obstruyen por incrustaciones o residuos, o si un canal resulta dañado debido a ciclos de expansión térmica o corrosión con el tiempo, la única solución es adquirir una unidad nueva. Esto puede resultar muy costoso, especialmente con una unidad soldada a brida grande o debido a los plazos de entrega de nuevos equipos si un recipiente no se puede poner en servicio rápidamente.
Riesgos de fugas y contaminación cruzada
Para una eIP con juntas tóricas, cualquier fuga temprana típicamente será una pequeña pérdida al exterior: se observa líquido goteando desde el marco, antes de que dos corrientes de fluido se mezclen desastrosamente. El diseño con doble junta es otra opción para aplicaciones críticas en las que los dos medios deben permanecer verdaderamente separados (aceite, agua de mar). Hay que reconocer que, para que esa 'segunda' junta funcione realmente, probablemente no se debería esperar a que la junta se rompa por completo. Si una junta falla, se puede reemplazar in situ.
En una pHE soldado una fuga interna desde el interior de un canal hacia otro (una corrosión por piquete o una grieta) contaminará una corriente de proceso con la otra sin que el operador note una fuga en la cara externa del equipo. En una aplicación con aceite o agua, una o ambas corrientes pueden contaminarse casi de inmediato al ponerse el equipo en funcionamiento; en refrigeración, tal vez no se detecte hasta que el rendimiento disminuya drásticamente. El equipo debe retirarse del servicio y reemplazarse.
Idoneidad para la aplicación y costo total del ciclo de vida
Seleccionar PHE soldados para circuitos cerrados de fluidos limpios, como refrigerantes, aceite hidráulico y agua desionizada. También son adecuados para aplicaciones con limitaciones de espacio, como salas de máquinas en embarcaciones más pequeñas, donde el acceso para instalación y mantenimiento puede ser restringido. Tenga en cuenta que su vida útil total será menor, pero su costo inicial es más bajo.
Por qué debería seleccionar Intercambiadores de calor de placas con juntas? Para aplicaciones de agua de mar en circuito abierto, fluidos sucios, aceites pesados combustibles u otros medios de proceso similares, donde la durabilidad y el mantenimiento son absolutamente fundamentales, utilice intercambiadores de calor de placas con juntas. El costo inicial es mayor; sin embargo, el costo de reemplazar juntas y placas en estos equipos resultará mucho más bajo durante una vida útil de 15 a 20 años.
En nuestras numerosas miles de visitas de buques a SME, se convirtió en nuestra práctica que la elección de nuestro cliente de un intercambiador de calor con juntas convencionales siempre prevaleciera debido a su transparencia y facilidad de mantenimiento en el servicio diario en el mercado estándar principal. Nuestra garantía de servicio de 12 meses en estos proyectos, junto con nuestros procedimientos certificados según las normas ISO 9001, 14001 y 45001, sitúa al equipo técnico de SME —compuesto por más de 100 profesionales— justo donde puede ayudar a astilleros de todo el mundo a tomar esas decisiones cruciales relacionadas con cualquier aspecto del refrigerante. Ya necesite un reemplazo de juntas en China o una evaluación técnica completa, podemos, con la ayuda del amplio equipo de SME, llevar a los intercambiadores de calor más allá de resolver únicamente las preocupaciones actuales, para asegurar que el que instalamos hoy siga cumpliendo esa misma función mañana.