Los intercambiadores de placas son componentes esenciales en sistemas industriales y comerciales que requieren un control eficiente de la temperatura.
Como cualquier equipo mecánico, estos dispositivos están sujetos a desgaste y fallas con el tiempo. Para garantizar su óptimo rendimiento, confiabilidad y seguridad, es preciso implementar estrategias de mantenimiento efectivas.
En este artículo, abordaremos algunas prácticas para el mantenimiento preventivo y predictivo de estos intercambiadores, además de distinguir sus características y las fallas comunes que pueden presentar.
Intercambiadores de placas
Los intercambiadores de placas (ICP) son dispositivos que permiten transferir la energía térmica entre dos o más fluidos.
Su diseño consta de una serie de placas metálicas corrugadas, apiladas entre sí de forma paralela y comprimidas por un marco o bastidor metálico, formado por una placa fija y otra móvil que empaquetan las placas gracias a tornillos de apriete.
Asimismo, las placas poseen orificios de paso y están selladas por juntas, que garantizan que la estanqueidad se mantenga en las diferentes zonas del intercambiador. En conjunto, forman una serie de cámaras intercomunicadas y estrechas que facilitan la circulación del fluido.
El marco cuenta con barras de carga (superior) y guía (inferior), que actúan como rieles para desmontar y montar las placas fácilmente y mantener alineados los espaciamientos entre ellas.
En cuanto al tamaño y cantidad de placas, viene determinado por el caudal y las propiedades físicas de los fluidos.
Comúnmente, las conexiones están localizadas en el bastidor, permitiendo la apertura del intercambiador sin necesidad de desconectar ninguna tubería; si es un equipo con más de un paso, también tendrá conexiones en la placa móvil.
¿Cómo funcionan los intercambiadores de placas?
Los intercambiadores de placas operan bajo el principio de transferencia de calor por convección.
Al respecto, dos fluidos (uno caliente y otro frío), fluyen en contracorriente (en direcciones opuestas) por los canales estrechos e intercomunicados que se forman entre las placas onduladas del intercambiador.
En tal sentido, un lado del canal es atravesado por el fluido una primera vez, cruzando nuevamente el canal en un recorrido paralelo al inicial, pero desde el otro extremo, pasando la superficie de intercambio con el fluido secundario.
Así, se consigue aumentar la velocidad y la turbulencia de los fluidos (incluso cuando la velocidad a la que este fluye es baja) y se crea un gradiente de temperatura máximo entre ellos.
Finalmente, el fluido caliente cede calor al fluido frío a través de la pared de la placa, provocando un cambio de temperatura en ambos fluidos y el intercambio de calor de forma completa (y casi simultánea) en cada canal de circulación.
En este video encontrarás una explicación animada del proceso:
Durante su funcionamiento, los ICP pueden experimentar diversas fallas con el tiempo, relacionadas con factores como suciedad, corrosión, erosión, etc.
Veamos a detalle las fallas comunes:
Fallas comunes en intercambiadores de placas
Estas son algunas de las fallas más frecuentes que se presentan en los intercambiadores de placas en su uso cotidiano:
1. Fugas
Las fugas de fluido son la falla más común en los ICP y pueden ocurrir por diversas razones:
- Pérdida por juntas, debido a instalaciones incorrectas, el desgaste o fractura de la pieza a causa de la corrosión, el calentamiento excesivo y las vibraciones.
- Deformación de las placas, producto de choques térmicos, presiones excesivas o vibraciones (provocando incluso su ruptura).
- Erosión, originada por el flujo turbulento o la presencia de partículas abrasivas en los fluidos, causando el adelgazamiento de las placas.
2. Pérdida de eficiencia térmica
La pérdida de eficiencia térmica en un ICP se manifiesta como una disminución en la capacidad del equipo para transferir calor entre los fluidos.
Las causas principales de esta falla son:
Fouling
El término fouling se refiere a la acumulación de residuos y sedimentos sobre la superficie de intercambio de calor del equipo y conlleva a la disminución de la transferencia de calor, la obstrucción del flujo y un incremento de la caída de presión.
En relación con el tipo de fouling, se habla de fouling por sedimentación y por reacciones químicas.
El fouling por sedimentación abarca la concentración de sedimentos orgánicos (algas y microorganismos) e inorgánicos (escorias, lodo, limo, arena, etc.), relacionados con el recipiente externo del intercambiador y la calidad del agua suministrada.
Por otro lado, el fouling por reacciones químicas incluye la precipitación de sales minerales (en su mayor parte sulfato de calcio) y las fases sólidas de algún componente del fluido por degradación térmica.
Con el tiempo, el fouling favorece la corrosión.
Un tip: En algunos casos, es necesario colocar un purificador o químico ácido para filtrar los sedimentos a la salida del intercambiador. Todo dependerá del equipo al que esté acoplado.
Desequilibrio en el flujo de los fluidos
La inestabilidad en el flujo de los fluidos entre los canales puede afectar la transferencia de calor y la eficiencia del ICP.
3. Corrosión
La corrosión se relaciona con la reacción del material del intercambiador con el medio ambiente y se manifiesta generalmente con el deterioro continuo a través de su superficie, alterando sus propiedades mecánicas y químicas.
Se han identificado tres tipos de corrosión: por pitting o agujereamiento, en las placas y en el borde de las placas del intercambiador.
La corrosión por pitting se caracteriza por la formación de agujeros pequeños y profundos en la superficie del material, debilitando la estructura de forma imperceptible.
Por otro lado, la corrosión en las placas y sus bordes, se vincula con defectos superficiales, variaciones en la composición del material, la presencia de iones agresivos (cloruro, bromuro, etc.) o bien, condiciones ambientales que acrecientan la velocidad de desgaste.
Un tip: Si se detecta corrosión por pitting en una placa, es importante tomar medidas inmediatas para repararla (anodizado, pintura, etc.) o reemplazarla.
4. Desgaste mecánico
El uso continuo y la vibración pueden provocar desgaste en los componentes móviles del ICP (juntas, pernos, abrazaderas, etc.), lo que lleva a fugas y pérdida de eficiencia.
Asimismo, las vibraciones excesivas pueden generar ruido molesto y afectar el entorno de trabajo.
5. Caída de presión
La caída de presión en los intercambiadores de placas es un fenómeno común que puede afectar su rendimiento y eficiencia.
Esta falla puede deberse a diversos factores, como la obstrucción de las placas debido a la acumulación de suciedad o la corrosión, el diseño inadecuado del sistema de tuberías o una velocidad del fluido inadecuada.
Cuando se produce una caída de presión excesiva, se reduce el flujo de los fluidos a través del intercambiador, lo que disminuye la transferencia de calor y aumenta el consumo energético.
Además, una caída de presión elevada puede provocar daños en las placas del intercambiador y en otros componentes del sistema.
6. Temperaturas extremas
La temperatura extremadamente baja o alta alrededor de la instalación del equipo puede resultar en mayores tasas de desgaste, corrosión, depósitos minerales o pérdidas adicionales para las que el sistema no ha sido diseñado.
Para prevenir y mitigar las fallas señaladas, es imprescindible ejecutar un mantenimiento regular:
Mantenimiento de intercambiadores de placas
La prolongación de la vida útil y la confiabilidad operacional de los intercambiadores de placas dependen de un mantenimiento preventivo y predictivo eficaz:
1. Mantenimiento preventivo
El mantenimiento preventivo está enfocado en la prevención de fallas en los intercambiadores, controlando de forma eficaz las actividades para que el funcionamiento sea más fiable y eficiente, previendo los errores antes de que se produzcan.
Este tipo de mantenimiento es muy útil en la gestión de proyectos, al evitar posibles contingencias futuras que puedan generar costos elevados a la empresa.
Un programa de mantenimiento preventivo debe incluir:
- Inspección regular: Realizar inspecciones visuales periódicas para detectar signos de desgaste, corrosión, fugas o acumulación de suciedad en las placas del intercambiador o demás componentes.
- Limpieza programada: Establecer un programa regular de limpieza para eliminar depósitos minerales, sedimentos u otros contaminantes que puedan afectar la eficiencia del intercambiador.
- Reemplazo de juntas: Verificar el estado de las juntas y reemplazarlas según las recomendaciones del fabricante para evitar fugas y pérdida de eficiencia térmica.
- Monitoreo: Monitorear parámetros como la presión, la temperatura y el flujo de los fluidos para detectar posibles problemas operativos.
- Análisis de laboratorio: Realizar análisis periódicos de los fluidos para detectar indicios de corrosión o contaminación.
- Revisión de documentación técnica: Examinar las instrucciones de mantenimiento dictadas por el propio fabricante del equipo, el historial de incidencias y paradas, entre otros.
- Capacitación del personal: El personal que opera y mantiene los ICP debe estar capacitado adecuadamente para identificar señales de falla, realizar procedimientos de mantenimiento y seguir los protocolos de seguridad.
2. Mantenimiento predictivo
El mantenimiento predictivo está basado en pronósticos de fallas probables en los intercambiadores, de manera que los reemplazos de los componentes se hacen basados en estudios de fallas verificadas.
Así, con este mantenimiento es posible adelantarse a la falla o al momento en que el equipo deja de trabajar en sus condiciones óptimas.
Para conseguir esto, se usan herramientas y técnicas que miden parámetros físicos, tales como:
- Monitoreo de temperatura y presión: Utilizar sensores para monitorear continuamente la temperatura y presión del fluido en ambos lados del intercambiador e indicar posibles problemas operativos.
- Análisis termográfico: Emplear cámaras infrarrojas para detectar puntos calientes o zonas con flujo irregular de fluidos, lo que podría mostrar una distribución desigual del flujo o problemas en el diseño térmico.
- Análisis vibracional: Emplear análisis vibracionales para descubrir posibles desalineaciones, desgaste prematuro o daños estructurales en el intercambiador.
Un tip: El mantenimiento de los ICP debe ser realizado por personal técnico capacitado y con experiencia en este tipo de equipos.
Al efectuar ambos mantenimientos de forma proactiva, se pueden obtener diversos beneficios:
Beneficios del mantenimiento preventivo y predictivo
- Reducción de costos, al evitar paradas no planificadas, minimizar reparaciones costosas y prolongar la vida útil del equipo.
- Mejora en la eficiencia energética, pues un mantenimiento adecuado garantiza un rendimiento óptimo del intercambiador, lo que se traduce en ahorros energéticos significativos.
- Seguridad operativa, ya que se previenen accidentes laborales debido a fallas inesperadas en el equipo.
En Sandora, reconocemos el valor del mantenimiento preventivo y predictivo y brindamos soluciones rentables que permiten prolongar la vida útil del equipo:
Servicios de mantenimiento SANDORA
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