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Una ecuación dará la bienvenida a todos los ingenieros navales y gerentes de flota en los equipos que especifiquen, y aquí está: al seleccionar intercambiadores de calor refrigerados con agua de mar, el factor principal que debe considerarse es el material. La realidad es que el agua de mar es agresiva: es altamente corrosiva, contiene altos niveles de cloruros y oxígeno disuelto, y está llena de organismos que se alimentan vorazmente de cualquier material inadecuadamente especificado. SME realiza más de 500 renovaciones y reparaciones anuales, y se ha comprobado constantemente que la selección del material afecta directamente la vida útil y el costo final. A continuación, nos centraremos en tres materiales comúnmente utilizados: titanio, acero inoxidable 316L y acero inoxidable súper austenítico SMO 254, analizándolos desde los puntos de vista de resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas, valor y aptitud para el servicio.
Resistencia a la corrosión en entornos marinos
La corrosión localizada, en forma de picaduras y corrosión por grietas, es la causa principal de fallo de las placas de intercambiadores de calor en aplicaciones con agua de mar.
El modelo predeterminado es Acero inoxidable 316L. El nivel de resistencia al ataque por cloruros del material es moderado debido a su contenido de molibdeno (aproximadamente del 2 al 3 %). Sin embargo, en aplicaciones con agua de mar de flujo reducido o estancada, el riesgo radica en la corrosión por picaduras bajo depósitos biológicos y bajo la junta. Con frecuencia sustituimos las placas de acero inoxidable 316L en embarcaciones que operan en zonas tropicales y en aguas salinas o salobres, y observamos que dichas placas sufren ataques por picaduras tras aproximadamente 12 a 18 meses.
SMO 254 es un acero austenítico súperaleado que además contiene una mayor proporción de níquel. Su número equivalente de resistencia a la picadura (PREN) supera 40, lo que lo hace notablemente más resistente a la picadura por cloruros que el acero inoxidable 316L convencional. Funciona bien en agua salada templada y resiste breves tratamientos de cloración o entornos ligeramente estancados. La durabilidad de SMO 254 sin corrosiones importantes varía; hasta la fecha se ha observado en proyectos de PYME para construcción naval en zonas costeras un funcionamiento satisfactorio entre 3 y 5 años.
Titanio (grado 1 o 2) tiene una fiabilidad prácticamente ilimitada cuando se utiliza en agua de mar. La película pasiva de óxido es muy estable incluso a alta temperatura (hasta 120 ℃) y en flujo de alta velocidad. A diferencia de los aceros inoxidables, el titanio resiste problemas como la corrosión por fisuras, la corrosión por erosión y la fractura por corrosión bajo tensión. Cuando el precio no es un factor y el tiempo de inactividad es inaceptable, el titanio es la opción preferida.
Propiedades mecánicas y conductividad térmica
Además de la corrosión, las placas del intercambiador de calor deben resistir diferencias de presión, vibraciones y ciclos térmicos.
La resistencia a la fluencia del 316L es aproximadamente de 170 a 220 MPa. Es maleable y fácil de conformar, pero es menos resistente, lo que implica placas más gruesas en sistemas de alta presión y, por ende, menor eficiencia térmica.
Una resistencia a la fluencia máxima del orden de 300 – 350 MPa es posible con SMO 254, lo que permite placas más delgadas y eficientes que las anteriormente posibles, sin comprometer la integridad estructural. Su alta relación resistencia-peso suele superar su baja conductividad térmica, convirtiéndola en un diseño ideal para estructuras pequeñas.
El titanio grado 2 presenta una resistencia a la fluencia entre 250 y 400 MPa y también es un material excelente por su tenacidad y resistencia a la fatiga. Por contraste, su conductividad térmica es inferior al 50 % de la de los aceros inoxidables equivalentes, por lo que se requieren espesores reducidos y flujos efectivos para lograr cantidades equivalentes de transferencia de calor. Provoca una caída considerable de temperatura en las placas; el personal técnico recomienda una corrugación óptima para compensar este efecto durante nuestras actualizaciones.
Consideraciones sobre soldabilidad y reparación
En la práctica, las placas sufren daños mecánicos, fallos de juntas y erosión. La sustitución o reparación in situ debe ser sencilla de ejecutar.
El 316L se puede soldar fácilmente con un sistema TIG y es sencillo de reparar. Hay numerosos ejemplos de 316L en la mayoría de los talleres de astilleros, y se pueden adquirir placas de repuesto de 316L. Sin embargo, la soldadura provoca una disminución de la resistencia a la corrosión en la zona afectada por el calor (HAZ), lo que a veces requiere decapado posterior a la soldadura.
Es fundamental desarrollar una gran destreza al soldar con varillas de aporte de alto contenido en níquel para aplicar SMO 254, y tener especial cuidado con la entrada de calor durante el proceso de soldadura. Si la soldadura se realiza de forma inadecuada, puede producirse la precipitación de fases intermetálicas, lo que podría anular la ventaja frente a la corrosión. Los técnicos certificados de SME están capacitados en los procedimientos de soldadura superausteníticos; no obstante, muchos astilleros de reparación generales carecen de esta capacidad.
La prevención de la fragilización exige una protección completa durante la soldadura del titanio, ya sea con argón o con helio. No es una tarea para personas no calificadas. Sin embargo, como el titanio es muy resistente a la erosión, se requieren menos reparaciones en total. SME afirma que lo mejor es sustituir las placas mediante una soldadura de fábrica cuando ha ocurrido un daño, y no realizar parches in situ.
Coste y valor del ciclo de vida
El coste económico inicial suele ser el factor determinante al adquirir un producto, pero en el análisis del ciclo de vida no es así.
El más barato inicialmente es el acero inoxidable 316L. Pero, debido a su corta vida útil en agua salada (típicamente de 2 a 3 años), las sustituciones, los reemplazos de juntas y las interrupciones pueden triplicar el coste total durante la década de operación del buque.
El acero inoxidable SMO 254 cuesta dos o tres veces más que el 316L, pero ofrece una vida útil de 4 o 5 años en condiciones típicas de agua de mar. Normalmente, su punto de equilibrio se alcanza en aproximadamente un año y medio, lo que lo convierte en una opción rentable para necesidades medias de rendimiento.
El primer coste es el coste más elevado; las placas de titanio originales tienen el primer coste, que puede ser de 5 a 8 veces superior al del acero inoxidable 316L. Dado que las placas deben funcionar durante 15 o 20 años, su sustitución debe ser muy infrecuente; si el buque requiere una larga vida útil o una misión crítica, este tipo de placas presenta el coste total del ciclo de vida más bajo para ese tipo de buque. Hasta la fecha, ya hemos suministrado titanio a más de 1000 buques, y ninguno ha experimentado fallos en los últimos 10+ años.
Conclusión: Deje que las PYME le guíen en su decisión
¡Estamos comprometidos con lograr resultados! En SME no existe una única solución. Aquí no trabajamos así. Nuestro equipo, compuesto por más de cien ingenieros y técnicos especializados, lleva a cabo, en promedio, más de quinientos proyectos finalizados cada año. Cada año, para cada astillero de China y para los proveedores de servicios del mundo entero, todos sus proyectos incluyen una garantía de doce meses. Y si no es así: «lo importante es involucrarse desde el inicio, incluso si eso implica suministrarle el material adecuado para que su proyecto avance». Para una habilitación rentable y orientada al tiempo con acero 316L, para un rendimiento fiable con SMO 254 y para una entrega asegurada de su titanio, le prometemos asistencia técnica inmediata, servicios globales de instalación in situ y, por supuesto, cortes y fabricaciones exactamente adaptados a sus necesidades en nuestra planta de 5000 metros cuadrados en Nantong. Esto requiere una evaluación exhaustiva de la operación de servicio y del ciclo de vida del buque, además del presupuesto del cliente, para elaborar una propuesta con una garantía que evite fallos y minimice costos, logrando así la solución óptima.