Mejores materiales para tubos de intercambiadores de calor de carcasa y tubos

Los mejores materiales para tubos en intercambiadores de calor de carcasa y tubos dependen de la química del fluido, la temperatura, la velocidad y el riesgo de incrustaciones. Cu-Ni 90/10 y 70/30 ofrecen un excelente desempeño en agua de mar natural; el latón al aluminio (C68700) funciona bien en aguas limpias con cloruros; el titanio (Grado 2) brinda máxima resistencia a la corrosión y la erosión, aunque con un costo más alto; los aceros inoxidables 316L/dúplex son aptos para muchos servicios petroquímicos; y el latón amirantado (C44300) es ideal para aguas con bajo contenido de cloruros y sin sulfuros.

Seguir las guías de TEMA y AMPP garantiza un rendimiento óptimo. Admiralty Industries fabrica todas estas aleaciones bajo normas internacionales y ayuda a ingenieros a elegir el material adecuado para cada aplicación marina o petroquímica.

La falla en los tubos es una de las causas más comunes de paradas en un intercambiador de calor. Elegir la aleación incorrecta puede provocar erosión por impacto, picado (pitting), corrosión bajo tensión o bioincrustaciones, especialmente en entornos marinos y petroquímicos donde abundan cloruros, sulfuros o amoníaco.

Organismos como TEMA proveen estándares de diseño, mientras que AMPP (antes NACE) y la Copper Development Association (CDA)ofrecen datos de corrosión y pautas de uso de materiales.

1. Definir el servicio – enfriamiento vs. condensación, agua de mar vs. agua de proceso, limpia vs. con incrustaciones.

2. Verificar la química – cloruros, sulfuros/H₂S, amoníaco, arena/limo, biocidas (cloración).

3. Considerar la velocidad – mantenerse dentro de la velocidad de diseño de cada aleación para evitar erosión.

4. Ajustar a la temperatura y presión – especialmente para inoxidables y titanio.

5. Balancear el costo del ciclo de vida – inversión inicial vs. margen de corrosión, frecuencia de limpieza, tiempos de parada.

Ideal para: Enfriamiento con agua de mar natural, calentadores/condensadores de salmuera en desalinizadoras, HVAC marino, riesgo moderado de erosión.

Por qué funciona: El Cu-Ni forma películas protectoras en agua de mar aireada y resiste mejor que los latones la erosión por impacto; el 70/30 ofrece mayor resistencia y tolerancia a la velocidad que el 90/10.

Atención: La contaminación por sulfuros (aguas portuarias, zonas estancadas) y el amoníaco pueden degradar la película protectora; es esencial filtración y control de la cloración.

Cuándo usarlo: Rendimiento probado y costo competitivo en agua de mar, sin necesidad de pasar a titanio, especialmente en desalinizadoras MSF/MED y sistemas navales.

Ideal para: Aguas limpias con bajo contenido de cloruros y baja contaminación por sulfuros/amoníaco; condensadores de centrales eléctricas y algunos enfriadores industriales.

Por qué funciona: El latón al aluminio mejora la resistencia al impacto y a los cloruros respecto al latón amirantado; ambos se usan ampliamente en aguas no contaminadas y con velocidades controladas.

Atención: El amoníaco o los sulfuros pueden causar ataques rápidos; no se recomiendan para agua de mar contaminada.

Cuándo usarlo: Calidad del agua conocida y controlada (tomas fluviales/lagos, sistemas cerrados) y ventajas económicas frente a aleaciones más costosas.

Ideal para: Muchos servicios petroquímicos, algunas aguas salobres y aplicaciones de alta temperatura donde las aleaciones base cobre no son adecuadas.

Por qué funciona: El 316L puede trabajar en agua de mar aireada para ciertos componentes; los dúplex/súper dúplex ofrecen mayor resistencia a cloruros y más resistencia mecánica.

Atención: Riesgo de corrosión bajo tensión por cloruros a temperaturas elevadas; se requiere cuidado con las uniones y soldaduras.

Ideal para: Servicios con cloruros altamente agresivos, agua de mar caliente, altas velocidades y plantas que priorizan la máxima disponibilidad operativa.

Por qué funciona: Resistencia excepcional al picado, corrosión en grietas, erosión y bioincrustaciones; muchas veces es la opción más rentable en el ciclo de vida en condiciones marinas severas.

Atención: Costo inicial alto y riesgo de gripado; evitar pares galvánicos desfavorables.

En ciertos casos, materiales no metálicos (gomas, polímeros, plásticos reforzados con fibra) se usan como componentes o revestimientos para aislar el tubo de fluidos corrosivos, especialmente cuando incrustaciones o químicas agresivas afectan a los metales.

• Opciones iniciales: Cu-Ni 90/10 o 70/30; pasar a titanio para altas temperaturas/velocidades o aguas contaminadas.

• Notas de diseño: Respetar límites de velocidad para evitar erosión; controlar cloración y filtrado.

• Opciones típicas: Cu-Ni 90/10 en secciones con salmuera desaereada; 316L o aleaciones superiores en secciones con agua de mar aireada; titanio cuando el costo de ciclo de vida lo justifique.

• Opciones típicas: 316L/dúplex para muchos servicios con hidrocarburos; Cu-Ni o titanio en el lado de agua de mar de los condensadores; latón al aluminio en aguas limpias con bajo riesgo de contaminantes.

• Velocidad del fluido y sólidos – La erosión-corrosión se acelera por encima de los límites de la aleación.

• Oxígeno y biocidas – Las aleaciones de cobre dependen de películas de óxido estables; la cloración debe ser controlada.

• Contaminantes (sulfuros, amoníaco) – Incluso trazas pueden atacar las aleaciones de cobre; en caso de riesgo, optar por titanio o inox/dúplex.

• Estrategia de limpieza – Métodos compatibles con la aleación para no dañar las películas protectoras o provocar abrasión.

La elección del mejor material para los tubos de un intercambiador de carcasa y tubos no es solo una decisión de diseño, sino un compromiso operativo de largo plazo. El material correcto equilibra resistencia a la corrosión, rendimiento térmico, costo y facilidad de mantenimiento, garantizando un funcionamiento confiable durante décadas.

Ya sea Cu-Ni para resistencia comprobada en agua de mar, latón al aluminio para economía en aguas limpias, inox/dúplex para versatilidad petroquímica o titanio para máxima protección, la clave es adecuar el material al entorno de servicio. Trabajar con un proveedor experimentado que entienda tanto la ingeniería como la aplicación ayuda a reducir paradas no planificadas, bajar costos del ciclo de vida y mantener la operación a máxima eficiencia.

Admiralty Industries provee tubos de aleación fabricados bajo normas internacionales, con certificación completa de planta y dimensiones personalizadas para adaptarse a su diseño. Nuestros expertos pueden ayudarle a seleccionar la aleación adecuada para su aplicación marina, petroquímica o de enfriamiento industrial, asegurando el cumplimiento de las especificaciones TEMA y ASTM.

Contacte a nuestro equipo técnico para conversar sobre los requisitos de su proyecto o solicitar una cotización detallada.

Copper Development Association. Seawater System Design: Heat Exchangers and Piping. Copper Development Association Inc., 2017, https://www.copper.org/applications/marine/cuni/applications/seawater_system_design/heat_exchangers_piping/.

Tubular Exchanger Manufacturers Association. TEMA Standards. TEMA, https://tema.org/.

Association for Materials Protection and Performance (AMPP). Multiple Effect Distillation (MED). In Corrosion Management and Control in Desalination, AMPP, Chapter 7, https://content.ampp.org/books/book/19/chapter/2214600/.