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Uma equação saudará todos os engenheiros marítimos e gestores de frotas nos equipamentos que especificarem, e aqui está ela: ao selecionar trocadores de calor refrigerados a água do mar, o principal fator a considerar tem de ser o material. A verdade é que a água do mar é agressiva. É altamente corrosiva, contém elevados teores de cloretos e oxigênio dissolvido e abriga organismos que simplesmente não resistem à tentação de se alimentar de quaisquer materiais inadequadamente especificados. A SME realiza mais de 500 retrofits e reparos anualmente, e constata-se consistentemente que a seleção do material afeta diretamente a vida útil e o custo final. Aqui, concentrar-nos-emos em três dos materiais mais comumente utilizados — titânio, aço inoxidável 316L e aço inoxidável super austenítico SMO 254 — analisando-os sob os aspectos de resistência à corrosão, propriedades mecânicas, valor e adequação para uso.
Resistência à Corrosão em Ambientes Marinhos
A corrosão localizada, na forma de corrosão por pites e corrosão por frestas, é a principal causa de falhas nas placas de trocadores de calor utilizados em água do mar.
O modelo padrão é Aço inoxidável 316L. O nível de resistência ao ataque por cloretos do material está na faixa moderada devido à quantidade de molibdênio nele presente (cerca de 2–3%). Contudo, em aplicações com água do mar de baixo fluxo ou estagnada, o risco é de corrosão por fenda sob depósitos biológicos e sob a junta. Na maioria das vezes, substituímos a chapa de 316L em embarcações que operam em regiões tropicais e em águas salinas ou salobras, constatando que a chapa sofreu ataques por pitting após aproximadamente 12–18 meses.
SMO 254 É um aço austenítico superligado e contém uma quantidade significativamente maior de níquel. Possui um PREN (Número Equivalente de Resistência ao Pitting) superior a 40, tornando-o consideravelmente mais imune ao pitting causado por cloretos, comparado ao 316L convencional. Funciona bem em água salgada morna e resiste a cloração breve ou a ambientes levemente estagnados. A durabilidade do SMO 254 sem corrosões significativas pode variar, tendo sido observada, até o momento, entre 3 e 5 anos em diversos projetos de PME para construção naval em ambientes costeiros.
Titânio (Grau 1 ou 2) tem, essencialmente, confiabilidade ilimitada quando utilizado em água do mar. A película passiva de óxido é muito estável mesmo a altas temperaturas (até 120 ℃) e em fluxo de alta velocidade. Ao contrário dos aços inoxidáveis, o titânio resiste a problemas como corrosão por frestas, corrosão por erosão e fratura por corrosão sob tensão. Quando o preço não é um fator determinante e o tempo de inatividade é inegociável, o titânio é a escolha dominante.
Propriedades Mecânicas e Condutividade Térmica
Além da corrosão, as placas do trocador de calor devem resistir a diferenças de pressão, vibrações e ciclos térmicos.
A resistência ao escoamento do 316L é aproximadamente 170 – 220 MPa. É maleável e fácil de conformar, mas é menos resistente e, portanto, resultará em placas mais espessas para sistemas de alta pressão, o que reduz a eficiência térmica.
Uma resistência ao escoamento máxima na ordem de 300 – 350 MPa é possível com o SMO 254, o que resulta em placas mais finas e mais eficientes do que anteriormente possível, sem comprometer a integridade estrutural. A alta relação resistência/peso frequentemente supera a baixa condutividade térmica, tornando-o um projeto ideal para estruturas pequenas.
O titânio grau 2 apresenta uma tensão de escoamento entre 250 e 400 MPa e também é um excelente material resistente à fadiga. Em contraste, a condutividade térmica desse material é inferior a 50 % da dos seus equivalentes em aço inoxidável, sendo necessárias espessuras finas / fluxos eficazes para atingir quantidades iguais de transferência de calor. Ele provoca uma queda considerável de temperatura nas placas; a equipe técnica recomenda a corrugação ideal para compensar esse efeito durante nossas reformas.
Considerações sobre soldabilidade e reparo
Na prática, as placas sofrem danos causados por impactos mecânicos, falhas de juntas e erosão. A substituição ou o reparo no local devem ser simples de executar.
O aço inoxidável 316L pode ser facilmente soldado com um sistema TIG e é fácil de reparar. Há muitos exemplos de 316L na maioria dos estaleiros e placas sobresselentes de 316L podem ser adquiridas em estoque. Contudo, a soldagem resulta numa diminuição da resistência à corrosão na zona afetada pelo calor (HAZ), o que, por vezes, exige decapagem pós-soldagem.
É importante desenvolver uma grande habilidade na soldagem com varetas de enchimento de alto teor de níquel para aplicar o SMO 254 e ter cuidado com a entrada de calor durante o trabalho de soldagem. O benefício anticorrosivo pode ser perdido se uma soldagem inadequada permitir a precipitação de fases intermetálicas. Os técnicos certificados da SME são treinados nos procedimentos de soldagem superausteníticos; contudo, muitos estaleiros gerais de reparação não possuem essa capacidade.
A prevenção da fragilização exige blindagem completa durante a soldagem de titânio, seja com argônio ou com hélio. Não é uma tarefa para pessoas não qualificadas. Contudo, como o titânio é muito resistente à erosão, são necessários menos reparos no total. A SME afirma que é melhor substituir as chapas com uma solda feita na fábrica quando ocorrer danos, em vez de realizar reparos no campo.
Custo e Valor ao Longo do Ciclo de Vida
O custo econômico inicial pode frequentemente ser o fator determinante na aquisição de um produto, mas, no que diz respeito à análise do ciclo de vida, esse não é o caso.
O material mais barato na fase inicial é o 316L. Contudo, com sua vida útil curta em água salgada (normalmente 2–3 anos), as substituições, a troca de juntas e as interrupções podem elevar o custo total até três vezes ao longo da década de operação do navio.
O SMO 254 custa duas ou três vezes mais que o 316L, mas oferece quatro ou cinco anos de uso em condições típicas de água do mar. Normalmente, seu retorno sobre o investimento ocorre em cerca de um ano e meio, tornando-o uma escolha economicamente eficaz para necessidades médias de desempenho.
O primeiro custo é o custo mais elevado; as placas de titânio originais têm o primeiro custo, que pode ser 5 a 8 vezes superior ao do aço inoxidável 316L. Como as placas devem operar por 15/20 anos, as substituições devem ser muito raras; se o navio exigir uma longa vida útil ou uma missão crítica, esse tipo de solução apresenta o menor custo total ao longo do ciclo de vida para esses navios. Já fornecemos titânio para mais de 1000 navios, e nenhum deles apresentou falhas nos últimos 10+ anos.
Conclusão: Deixe as PME orientarem sua decisão
Comprometemo-nos a alcançar resultados! Na SME não existe uma única solução. Não fazemos esse tipo de coisa aqui. A nossa equipa, composta por mais de cem engenheiros e técnicos profissionais, conclui, em média, mais de quinhentos projetos por ano. Todos os anos, para cada estaleiro na China e para os prestadores de serviços em todo o mundo, cada um dos seus projetos inclui uma garantia de doze meses. E, caso contrário: «o importante é envolvermo-nos, mesmo que isso signifique fornecer o material adequado para o pôr a funcionar.» Para essa capacitação economicamente eficiente e orientada para o tempo com aço inoxidável 316L, para um desempenho fiável com SMO 254 e para uma entrega garantida com o seu titânio, prometemos-lhe assistência técnica imediata, serviços globais de instalação no local e, naturalmente, cortes e fabricações precisamente adaptados às suas necessidades, na nossa fábrica de 5000 metros quadrados em Nantong. É necessário uma avaliação aprofundada da operação de serviço e do ciclo de vida do navio, além do orçamento do cliente, para elaborar uma proposta com uma garantia que previna falhas e minimize custos, assegurando assim o ótimo desempenho.