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Per un’applicazione marittima o industriale che richieda una soluzione per la gestione termica, una delle decisioni più importanti che un ingegnere deve prendere è quella tra scambiatori di calore a piastre con guarnizione e scambiatori di calore a piastre brasati. Entrambe le tecnologie funzionano secondo gli stessi principi di trasferimento del calore: una serie di piastre metalliche ondulate tra le quali due fluidi circolano in controcorrente, consentendo il trasferimento di calore tra di essi. Tuttavia, la loro costruzione, la filosofia progettuale e i limiti operativi sono diversi. Presso SME, con oltre 500 commesse all’anno e con un supporto a più di 1.000 unità mediante ricambi e servizi, abbiamo affrontato le conseguenze derivanti da una specifica errata del tipo di PHE. Questa guida aiuterà a semplificare le opzioni, in modo che la tecnologia scelta corrisponda alla realtà della vostra unità.
Costruzione e integrità fisica
Scambiatori di calore a piastre con guarnizione: Questi sono costituiti da un telaio (piastre terminali fisse e mobili) in cui una pila di piastre corrugate è compressa mediante bulloni di compressione. Ogni piastra è dotata di una guarnizione elastomerica che separa i canali di flusso, indirizzando i fluidi attraverso passaggi alternati. Le piastre possono essere facilmente aggiunte o rimosse. Le piastre e le guarnizioni sono fissate e sottoposte a elevati momenti di serraggio.
Scambiatori di calore a piastre brasati: Questi non dispongono di telaio, né di bulloni, né di guarnizioni estraibili. Invece, una serie di piastre viene assemblata e brasata in vuoto mediante materiale di apporto, con rame o nichel come materiale di riempimento, che solidifica lungo i contatti tra le piastre. Il risultato finale è un blocco solido privo di guarnizioni elastomeriche, sigillato ermeticamente anche verso l’atmosfera esterna e quindi più compatto e leggero rispetto a un design con guarnizioni, per una stessa classe di prestazioni.
Limiti operativi: pressione e temperatura
Le unità brasate possono generalmente sopportare pressioni molto più elevate, comprese tra 30 e 45 bar, e temperature di 200 °C e superiori; nei modelli brasati al nichel non sono presenti guarnizioni elastomeriche soggette a estrusione o rottura, il che li rende adatti a sistemi quali circuiti refrigeranti, oli idraulici ad alta pressione e recupero del calore del motore su nuove imbarcazioni.
I limiti delle unità con guarnizione dipendono dal materiale della guarnizione: il nostro team di ingegneri esperti fornisce spesso guarnizioni in NBR, EPDM e FKM, le quali operano in un intervallo di temperatura compreso tra -15 °C e oltre 150 °C, con una pressione massima ammissibile per equipaggiamenti marini con guarnizione pari a circa 25 bar o superiore. Questa classe di pressione è adeguata per qualsiasi normale servizio di raffreddamento con acqua di mare e, nella maggior parte dei casi, risulta sufficiente per generatori standard di acqua dolce e sistemi di lubrificazione su quasi tutte le navi; tuttavia, la pressione espressa in bar non può essere superata con un prodotto marino con guarnizione.
Manutenzione, pulizia e manutenibilità
È qui che i due approcci divergono in modo così netto l’uno dall’altro, spesso rendendo per il proprietario della nave il punto predominante.
Gli scambiatori di calore con guarnizione sono progettati per essere manutenibili. Ogni volta che si verifica l’incrostazione (e nel settore marittimo l’incrostazione avviene quando acqua di mare, calcare o residui di olio pesante si accumulano sulle superfici: non è una questione di se, ma di quando), l’unità viene smontata, le piastre vengono distanziate e la guarnizione rimossa. Le singole piastre possono essere pulite meccanicamente o chimicamente e la guarnizione sostituita. Questo è il motivo per cui SME dispone di un laboratorio e di un team operativo in loco, in modo da poter eseguire sostituzioni di guarnizioni, pulizia delle piastre e retrofit completo per riportare uno scambiatore con guarnizione a oltre il 95% della sua portata progettuale originale. Inoltre, è possibile modificare il tipo di guarnizione qualora cambino le condizioni operative o il fluido impiegato.
Gli scambiatori di calore brasati sono monouso. Non possono essere smontati per pulire i passaggi tra le piastre. Le unità PHE brasate non possono essere smontate e, sebbene si possa tentare una pulizia interna mediante prodotti chimici circolanti all’interno dell’unità, ciò potrebbe non rimuovere in modo adeguato incrostazioni o depositi di carbonio. Lo svantaggio principale delle unità PHE brasate è tuttavia che, qualora l’unità si otturi a causa di incrostazioni o detriti, oppure un canale venga danneggiato a seguito di cicli di espansione termica o di corrosione nel tempo, l’unica soluzione è acquistarne una nuova. Ciò può risultare particolarmente costoso nel caso di un’unità brasata di grandi dimensioni o a causa dei tempi di consegna prolungati per l’equipaggiamento nuovo, qualora una vasca non possa essere messa in servizio rapidamente.
Rischi di perdite e contaminazione incrociata
Per un pHE con guarnizioni, qualsiasi perdita precoce sarà tipicamente una piccola fuoriuscita all’esterno: si vedrà del liquido che gocciola dal telaio, prima che i due flussi di fluido si mescolino in modo disastroso. La progettazione con doppia guarnizione è un’altra opzione per applicazioni critiche in cui i due mezzi devono rimanere effettivamente separati (olio, acqua di mare). Bisogna ammettere che, affinché la «seconda» guarnizione funzioni effettivamente, probabilmente non si dovrebbe attendere che la guarnizione si rompa completamente. Se una guarnizione si guasta, è possibile sostituirla in loco.
In una pHE brasato una perdita interna da un canale all’altro (ad esempio una corrosione a foro di spillo o una fessura) contaminerà un flusso di processo nell’altro senza che l’operatore noti alcuna perdita sull’interfaccia esterna dell’unità. In un’applicazione con olio o acqua, uno o entrambi i flussi possono essere contaminati quasi immediatamente dopo l’avvio dell’unità; in un’applicazione frigorifera, il problema potrebbe non essere rilevato fino a quando le prestazioni non peggiorino drasticamente. L’unità deve essere messa fuori servizio e sostituita.
Idoneità all’applicazione e costo totale di ciclo di vita
Selezionare PHE brasati per circuiti chiusi di fluidi puliti, come refrigeranti, olio idraulico e acqua deionizzata. Sono inoltre adatti per applicazioni con spazio limitato, ad esempio locali motori su imbarcazioni più piccole, dove l’installazione e l’accesso per la manutenzione possono essere ridotti. Tengano presente che la durata complessiva è inferiore, ma il costo iniziale è più basso.
Perché scegliere Scambiatori a piastre con guarnizioni? Per applicazioni in circuito aperto con acqua di mare, fluidi contaminati, oli combustibili pesanti o altri mezzi di processo simili, dove longevità e manutenzione sono assolutamente fondamentali, utilizzare scambiatori a piastre con guarnizioni. Il costo iniziale è maggiore, tuttavia il costo della sostituzione di guarnizioni e piastre si rivelerà molto più contenuto nel corso di una vita utile di 15–20 anni.
Nei nostri numerosissimi approdi di navi presso SME, è diventata prassi consolidata che la scelta del cliente di un tradizionale scambiatore di calore con guarnizione risulti sempre vincente, grazie alla sua trasparenza e facilità di manutenzione nella gestione quotidiana nel mercato standard. La nostra garanzia di servizio di 12 mesi su questi progetti, unitamente alle nostre procedure certificate ISO 9001, 14001 e 45001, posiziona il team tecnico di SME, composto da oltre 100 persone, esattamente dove può supportare i cantieri navali in tutto il mondo nelle decisioni fondamentali riguardo qualsiasi aspetto legato al fluido refrigerante. Che si tratti di sostituire una guarnizione in Cina o di effettuare una valutazione tecnica completa, possiamo, con l’ausilio dell’intero team SME, aiutare a spingere gli scambiatori di calore oltre la semplice risoluzione dei problemi odierni, garantendo che quello installato oggi continui a svolgere lo stesso compito anche domani.