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Os sistemas de refrigeração de motores marítimos são o coração e a alma dos sistemas de propulsão e geração de energia a bordo de uma embarcação. Em uma era de densidades de potência cada vez maiores e de uma agenda de emissões mais rigorosa, a importância e os desafios associados à gestão térmica do motor se ampliaram. A disseminação dos trocadores de calor de placas (PHE) como a opção ideal para refrigeração de motores – devido à sua eficiência na troca térmica e ao seu tamanho compacto, aliada à necessidade de acoplar com precisão todas as propriedades hidráulicas, materiais e operacionais do sistema – para maior durabilidade tornou-se prática-padrão.
Por que Trocadores de Calor de Placas para Motores Marítimos?
Em comparação com um trocador de calor tradicional do tipo casco e tubos, um trocador de calor de placas transfere até cinco vezes o coeficiente de transferência de calor, graças à turbulência induzida pelas placas corrugadas. A eficiência do PHE resulta diretamente em dimensões e peso muito menores — uma consideração crítica para motores marítimos com restrições de espaço. Graças ao seu design modular, placas adicionais podem ser facilmente instaladas caso seja necessário maior transferência de calor, devido às cargas variáveis no motor ou à demanda no sistema de refrigeração. A pequena diferença de temperatura entre os fluidos nos PHEs permite um resfriamento mais eficaz da água de camisa e do óleo lubrificante, otimizando o desempenho e a durabilidade do sistema de combustão do motor.
Pontos-Chave de Integração no Circuito de Refrigeração
Os motores marítimos possuem um sistema de refrigeração em duas partes, composto por um circuito de água fresca de alta temperatura que refrigera o bloco do motor e por um circuito de água do mar de baixa temperatura para remover o calor transferido da água fresca em um refrigerador central. Os permutadores de calor de placas podem desempenhar duas funções nesse sistema: como refrigerador principal da água da camisa do motor ou como refrigerador do óleo lubrificante. Como refrigerador principal da água da camisa do motor, o PHE transfere calor do circuito de água fresca para a água do mar e mantém a água da camisa na faixa operacional de 75 °C a 85 °C.
O PHE, como refrigerador do óleo lubrificante, controla a temperatura do óleo lubrificante em ou abaixo de uma temperatura especificada para manter a viscosidade correta.
Além de resfriar a água da camisa e o óleo lubrificante, os trocadores de calor de placas (PHEs) também são utilizados para resfriar o ar de admissão do turbocompressor em um circuito semelhante, a fim de aumentar a densidade do ar que entra no motor e, assim, melhorar a eficiência da combustão. Cada uma dessas aplicações apresenta pressões, temperaturas e características de incrustação distintas, o que determina o dimensionamento do sistema.
Considerações sobre Materiais e Projeto para Serviço Marítimo
Devido ao ambiente corrosivo da água do mar em aplicações marinhas, a seleção cuidadosa dos materiais corretos para as placas é fundamental. O titânio pode oferecer a melhor proteção contra a corrosão por pites, corrosão por fissuração e corrosão galvânica induzida por cloretos, normalmente encontradas em correntes de água do mar quente e clorada. O aço inoxidável 316L pode frequentemente ser especificado no lado da água doce do PHE a um custo muito menor, ao mesmo tempo que fornece boa resistência à corrosão. Para correntes de água doce mais corrosivas ou óleo lubrificante, podem ser especificados a liga 254 ou o aço duplex, para maior resistência mecânica e resistência à corrosão. A seleção do material da junta também precisa levar em conta fatores combinados, como ciclos de temperatura, composição química do fluido e o efeito da deformação permanente por compressão.
Os materiais mais comumente selecionados para trocadores de calor de placas (PHE) são nitrila, EPDM e FKM (Viton), cada um com diferentes faixas de temperatura de operação e resistências a químicas específicas de fluidos. Deve-se observar que a queda de pressão através de um PHE deve ser limitada a aproximadamente 1–2 bar em ambos os circuitos, para evitar sobrecarga da bomba ou condições de baixo fluxo.
Hidráulica do Sistema e Melhores Práticas de Instalação
O uso correto do conjunto de placas de um PHE vai além da simples montagem. A hidráulica e o projeto do sistema têm implicações significativas para o funcionamento adequado do trocador de calor. Ele deve ser projetado para reduzir a quantidade de tubulação e permitir fácil acesso ao conjunto de placas para manutenção. A orientação e posição ideais do PHE devem minimizar o comprimento dos trechos de tubulação e facilitar o acesso para limpeza do conjunto de placas, pois um PHE precisa ser esvaziado para permitir a retirada do conjunto.
A prática-padrão exige a posição vertical do PHE para permitir a drenagem adequada de qualquer circuito e a ventilação do ar aprisionado. Devem ser instalados filtros em ambos os fluxos de fluido, imediatamente antes da entrada do PHE, para proteger as placas e o sistema de juntas contra contaminantes e danos. As temperaturas e pressões devem ser monitoradas em ambos os circuitos por meio de manômetros e termômetros adequadamente posicionados, e a expansão térmica de ambos os circuitos de fluido deve ser compensada com alças de expansão ou conexões flexíveis de tubulação, a fim de evitar tensões excessivas nos parafusos de fixação do PHE. Em embarcações com múltiplos motores e seus respectivos PHEs, devem estar presentes válvulas que permitam a isolamento e manutenção de um único PHE sem interromper a operação da embarcação.
Monitoramento de Desempenho e Integração de Manutenção
A integração do sistema de um PHE não é uma operação do tipo "instalar e esquecer", mas exige monitoramento contínuo dos parâmetros operacionais do PHE para garantir que ele funcione com a eficiência projetada. Indicadores de preocupação incluem desvios significativos em relação aos pontos de ajuste desejados na temperatura do fluido na saída, aumento da queda de pressão em qualquer dos circuitos e monitoramento da taxa de entrada de água do mar no circuito de água doce. Caso seja observada uma deterioração no desempenho, uma limpeza química do PHE restaurará sua eficiência original de transferência de calor no caso de incrustações orgânicas; já lavagens com alta pressão e alta temperatura podem ser utilizadas para remover incrustações minerais. Ao incluir uma programação de manutenção periódica — executada simultaneamente aos períodos de manutenção do motor — é possível reduzir a quantidade de paradas não programadas e aumentar a vida útil efetiva dos materiais das placas e das juntas.
Conclusão
Escolher integrar trocadores de calor de placas em seus motores marítimos proporciona condições ideais, garantindo o mais alto grau de transferência de calor nos menores espaços possíveis, ao mesmo tempo que permite níveis incríveis de flexibilidade em termos de capacidade. O Grupo SME atua ativamente na engenharia marítima há mais de vinte anos e dispõe da certificação ISO para sistemas completos de refrigeração, o que garante uma gestão minuciosa, inclusive em projetos de retrofit. Além disso, uma instalação de 5.000 m² com cem engenheiros e técnicos permite que a SME execute todos os seus projetos marítimos sob o lema "Beyond Concern", apoiando-o e prestando serviço a aproximadamente mil embarcações por ano com sistemas e peças de reposição originais. O Grupo SME é o colaborador ideal para otimizar tanto o desempenho quanto a vida útil dos sistemas de refrigeração de seus motores marítimos; não hesite em entrar em contato conosco para discutir os detalhes de seus próximos projetos, permitindo-nos fornecer-lhe uma cotação para Sistema de Refrigeração Marítima.