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El agua de mar de alta salinidad constituye uno de los entornos más exigentes para el funcionamiento de un intercambiador de calor marino. En zonas como el golfo Arábigo, el mar Rojo y ciertas zonas del Mediterráneo, la salinidad del agua puede superar los 40 ppt, además de presentar altas temperaturas, elevados niveles de oxígeno disuelto y una intensa actividad biológica; todos estos factores se combinan para acelerar la corrosión, incrementar la formación de costras y provocar niveles significativos de incrustación en el intercambiador de calor de placas (PHE). Los operadores de embarcaciones que navegan por estas aguas extremas no pueden confiar en diseños tradicionales. SME Group, con más de veinte años de experiencia en ingeniería marina, ofrece soluciones adaptadas a esta necesidad mediante una combinación de sus productos, que abarcan desde sistemas de protección catódica por corriente impresa (ICCP), sistemas de protección galvánica por metal sacrificable (MGPS), sistemas de eliminación de sedimentos (SED) e intercambiadores de calor de placas (PHE), hasta diseños específicos de PHE optimizados para aguas de alta salinidad.
1. Selección avanzada de materiales para salinidad extrema
La selección de materiales es la base de cualquier intercambiador de calor de placas (PHE) construido para servicio de alta salinidad. El acero inoxidable 316L puede ser adecuado en condiciones típicas de agua de mar, pero se corroerá fácilmente por picaduras y corrosión por grietas en condiciones de alta salinidad. SME recomienda el titanio como la opción ideal de material para las placas del PHE en aplicaciones de alta salinidad. De hecho, la película pasiva de óxido sobre el titanio es tan excepcionalmente estable incluso en cloruros a alta temperatura, que disfruta de una vida útil teóricamente infinita en agua de mar, así como de la garantía de que no puede ocurrir una perforación catastrófica del tubo.
Donde el titanio resultaría demasiado costoso para ciertas aplicaciones, proponemos el uso de aceros inoxidables súper austeníticos como el 254 SMO o aleaciones a base de níquel como la aleación C-276. Aunque esto ofrecerá una resistencia mejorada frente a la corrosión localizada inducida por cloruros, es necesario tener especial cuidado tanto con la temperatura como con la velocidad de operación. Nuestros ingenieros colaboran con cada uno de nuestros clientes, analizando caso por caso cada recipiente, para evaluar su perfil de salinidad, rangos de temperatura y velocidades de operación, con el fin de seleccionar la solución más rentable. En nuestra planta de fabricación de 5.000 m² en Nantong, certificada según la norma ISO 9001, cumplimos las especificaciones más rigurosas en cuanto a materiales para la construcción del PHE, garantizando su idoneidad para las condiciones más severas a las que se enfrentan los buques que operan en los entornos más exigentes del mundo.
2. Prevención de incrustaciones y gestión térmica
Más sal en el fluido significa una mayor proporción de carbonato de calcio disuelto, hidróxido de magnesio y otros agentes formadores de incrustaciones. Al calentarse el agua de mar en cualquiera de los dos lados del intercambiador de calor de placas (PHE), estas sustancias se depositan sobre las placas, formando una capa de incrustaciones que reduce la transferencia de calor y provoca una mayor pérdida de presión. Si se permite que las incrustaciones se acumulen sin control, esta capa acabará provocando una obstrucción.
SME aborda el problema de las incrustaciones mediante varios enfoques de diseño. Los patrones de corrugación de las placas están diseñados para generar una alta turbulencia del fluido, lo que aumenta el esfuerzo cortante sobre la superficie de transferencia de calor y minimiza la probabilidad de adherencia de incrustaciones. Asimismo, las placas cuentan con canales de flujo de mayor tamaño en las zonas más calientes del paquete de placas, reduciendo el sobrecalentamiento localizado para evitar la precipitación. SME también proporcionará directrices sobre las temperaturas de entrada del agua de refrigeración, basadas en la temperatura de saturación de precipitación de carbonato de calcio según la zona comercial.
En entornos con condiciones de agua de mar particularmente agresivas, SME puede especificar intercambiadores de calor de placas autolimpiantes (PHE) o proponer procedimientos de limpieza química adecuados y seguros para nuestros materiales de placas. Junto con un sistema MGPS (Marine Growth Prevention System) para controlar el crecimiento biológico —que puede intensificar los fenómenos de incrustación—, el operador dispone del método más eficiente para mantener el rendimiento térmico en entornos marinos severos.
3. Reducción de la velocidad de flujo y control de la erosión
Estas altas velocidades de flujo reducirán parcialmente la formación de incrustaciones, pero, por otro lado, aumentarán la velocidad de erosión-corrosión. En aguas de alta salinidad, donde los cloruros atacan con intensidad, esto puede resultar especialmente problemático. SME diseña este sistema para lograr un equilibrio óptimo entre obtener una buena tasa de transferencia de calor y no forzarla tanto como para desgastar excesivamente las placas. Los parámetros que se pueden ajustar entre alta velocidad y erosión-corrosión son considerablemente más favorables para las placas de titanio que para los aceros inoxidables.
Utilizamos la modelización CFD de los patrones de flujo a través del paquete de placas para determinar si alguna zona del paquete podría experimentar velocidades de flujo elevadas en puntos específicos. A continuación, los expertos en la materia (SME) aplican su experiencia en geometría de placas, dimensionamiento de orificios y configuración de juntas para optimizar la distribución del flujo, reduciendo así la erosión sin comprometer una velocidad suficiente para controlar la bioincrustación. Esto reduce el número de placas en embarcaciones que operan en regiones de alta salinidad, donde la incrustación puede constituir un problema.
4. Protección integrada contra la corrosión para una fiabilidad general del sistema
Incluso los materiales de placas de grado superior pueden verse comprometidos por un ataque iniciado en otra parte del buque debido a la electroquímica provocada por el agua de alta salinidad en contacto con las tuberías, accesorios y conexiones. Corrientes parásitas originadas en sistemas de protección catódica, fallos eléctricos o incluso potenciales generados por los ejes de transmisión pueden ingresar a las tuberías que contienen agua de mar y causar un ataque corrosivo acelerado en las piezas del intercambiador de calor, independientemente del material de las placas.
Riesgos que se abordan mediante el enfoque integrado de protección de las PYME. La protección precisa del casco se logra mediante el sistema ICCP (Protección catódica por corriente impresa), garantizando que ninguna corriente parásita del casco pueda alcanzar los PHE e influir en ellos. La acumulación de carga estática en el sistema de ejes debido a la rotación puede provocar niveles de voltaje que causen corrosión en el circuito de refrigeración con agua de mar. El dispositivo de conexión a tierra del eje (SED) neutraliza la electricidad estática del eje y, por ende, evita que estas corrientes corrosivas potenciales fluyan hacia el agua de mar a través del eje, el generador de eje y, finalmente, hacia el agua de mar a través de la carcasa externa del generador de eje. En combinación con un sistema MGPS (que previene el ensuciamiento biológico en las superficies, lo cual podría generar celdas de aeración diferencial en las superficies metálicas), este sistema combinado contrarresta eficazmente la amenaza tanto de agentes corrosivos como biológicos en condiciones de alta salinidad.
El equipo de soporte técnico de SME trabaja con usted para analizar toda su embarcación, incluidos los materiales de las tuberías, la conexión equipotencial y la protección existente, diseñando una solución integral para maximizar la vida útil de sus intercambiadores de calor de placas (PHE). Con más de 500 proyectos nuevos y existentes al año y más de 100 ingenieros eléctricos y mecánicos, en SME Group estamos perfectamente posicionados para desarrollar su solución personalizada de PHE, incluso para los entornos salinos más extremos y para brindarle la tranquilidad que necesita. Con nosotros, su solución va más allá de sus preocupaciones.