Puntos clave
Las fallas en los tubos de intercambiadores de calor se deben con mayor frecuencia a la corrosión, la erosión y una selección incorrecta del material. Comprender modos de falla como la dezincificación, la corrosión galvánica y el adelgazamiento de pared ayuda a ingenieros y compradores a elegir el material de tubo adecuado y a prevenir fugas, paradas no programadas y reemplazos costosos.
Los tubos de los intercambiadores de calor operan en la intersección de presión, temperatura, química del fluido y velocidad. Cuando ocurren fallas, rara vez son el resultado de un solo factor. Por lo general, son consecuencia de una incompatibilidad entre material y entorno, combinada con condiciones operativas que aceleran la degradación con el tiempo.
Entender cómo y por qué fallan los tubos de los intercambiadores de calor es esencial para ingenieros, equipos de mantenimiento y profesionales de compras que buscan reducir el tiempo fuera de servicio, extender la vida útil del equipo y evitar reemplazos prematuros.
Este artículo examina los modos de falla más comunes en tubos de intercambiadores de calor y explica cómo una correcta selección de materiales cumple un rol central en su prevención.
Por qué fallan los tubos de intercambiadores de calor en sistemas industriales
Las fallas de tubos no son eventos aleatorios. Son resultados previsibles de decisiones de diseño y especificación tomadas en etapas tempranas de un proyecto.
Los factores contribuyentes más comunes incluyen:
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química del fluido agresiva o mal controlada
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alta velocidad de flujo y turbulencia
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temperaturas elevadas y ciclos térmicos
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metalurgia mixta entre tubos y placas tubulares
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requisitos insuficientes de inspección o ensayo
Cuando las propiedades del material del tubo no se alinean con estas condiciones, los mecanismos de degradación comienzan a actuar mucho antes de que aparezcan fugas visibles.
Los modos de falla más comunes en tubos de intercambiadores de calor
Corrosión de los tubos de intercambiadores de calor
La corrosión es la causa dominante de fallas de tubos en sistemas de generación de energía, marinos, de refinería y de desalinización.
Ocurre cuando el material del tubo reacciona química o electroquímicamente con el fluido circundante o con depósitos en la superficie del tubo. Con el tiempo, esto conduce al adelgazamiento de la pared, a la pérdida de resistencia mecánica y, finalmente, a fugas.
Las distintas aleaciones resisten la corrosión de maneras diferentes, por lo que una selección genérica de materiales suele derivar en un desempeño deficiente a largo plazo.
Erosión-corrosión en fluidos de alta velocidad
La erosión-corrosión es un mecanismo de falla combinado, de naturaleza mecánica y química.
La alta velocidad del fluido, especialmente cuando transporta sólidos en suspensión o burbujas de aire, elimina las capas protectoras de óxido de la superficie del tubo. Una vez expuesto, el metal base se corroe rápidamente.
Este modo de falla es común en:
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sistemas de agua de enfriamiento
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condensadores
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intercambiadores de calor de alto caudal
Los materiales con resistencia insuficiente a la erosión presentan adelgazamiento localizado, generalmente en las entradas de los tubos o en zonas de perturbación del flujo.
Dezincificación en tubos de latón
La dezincificación es un mecanismo de corrosión selectiva que afecta a ciertas aleaciones de latón.
En condiciones de agua agresiva o estancada, el zinc se disuelve preferentemente de la aleación, dejando una estructura debilitada y porosa, rica en cobre. Aunque los tubos puedan parecer intactos externamente, su resistencia mecánica se ve severamente reducida.
Este fenómeno es particularmente relevante cuando:
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se utiliza latón estándar en lugar de aleaciones inhibidas
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la química del agua está mal controlada
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el servicio involucra agua caliente o ligeramente ácida
La correcta selección de la aleación es fundamental para prevenir este modo de falla silencioso pero destructivo.
Corrosión galvánica entre metales disímiles
La corrosión galvánica ocurre cuando dos metales disímiles están conectados eléctricamente en presencia de un electrolito.
En los intercambiadores de calor, esto suele suceder entre:
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tubos y placas tubulares
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tubos y soportes de tubos
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reparaciones realizadas con materiales incompatibles
El metal menos noble se corroe de manera preferencial, provocando un ataque acelerado en los puntos de contacto. Incluso aleaciones con buena resistencia a la corrosión de forma independiente pueden fallar rápidamente si se combinan de manera incorrecta.
Fugas de tubos y adelgazamiento de pared
Las fugas en los tubos suelen ser el síntoma final, no la causa raíz.
Se originan por una pérdida progresiva de espesor causada por corrosión, erosión o ataques localizados bajo depósitos. Para cuando se detectan las fugas, ya se ha producido una degradación significativa del material.
El adelgazamiento de pared en etapas tempranas a menudo pasa desapercibido sin métodos de inspección adecuados, lo que hace que la selección del material y los requisitos de ensayo sean aún más importantes.
Cómo la selección de materiales previene la falla de tubos
Elegir el material de tubo correcto es la forma más eficaz de mitigar el riesgo de falla.
La selección de materiales debe basarse en:
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composición del fluido
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temperatura de operación
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velocidad y turbulencia
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vida útil esperada
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compatibilidad con los componentes adyacentes
A continuación se describen estrategias de materiales típicas utilizadas para prevenir los modos de falla más comunes.
Cuándo el latón almirantazgo ofrece el mejor desempeño
Las aleaciones de latón almirantazgo se utilizan ampliamente en aplicaciones de agua de enfriamiento y condensadores debido a su combinación equilibrada de resistencia, conductividad térmica y resistencia a la corrosión.
Cuando se especifica correctamente, el latón almirantazgo inhibido ofrece buena resistencia a la corrosión general y a la dezincificación en condiciones de agua controladas.
Latón al aluminio en agua de enfriamiento agresiva
El latón al aluminio proporciona una resistencia mejorada a la erosión-corrosión y al biofouling en comparación con los latones estándar.
Su película protectora de óxido de aluminio mejora el desempeño en sistemas de mayor velocidad y en aguas moderadamente agresivas, lo que lo convierte en una elección frecuente para centrales eléctricas y grandes condensadores.
Tubos de cobre-níquel para sistemas marinos y de agua de mar
Las aleaciones de cobre-níquel están específicamente diseñadas para el servicio en agua de mar.
Su excelente resistencia al biofouling, a la corrosión inducida por cloruros y a la erosión las convierte en la solución preferida en entornos marinos y de desalinización, donde otras aleaciones experimentan una degradación rápida.
Aquí, la elección del material determina directamente la vida útil.
Por qué una selección incorrecta de materiales conduce a fallas prematuras
Muchas fallas de tubos se originan en decisiones impulsadas por el costo inicial en lugar de la realidad operativa.
El uso de una aleación de menor costo en un entorno agresivo puede reducir el gasto inicial, pero a menudo resulta en:
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vida útil reducida
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mantenimiento frecuente
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paradas no programadas
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mayor costo del ciclo de vida
La selección de materiales debe tratarse, por lo tanto, como una decisión de gestión de riesgos, no como una compra de commodity.
Prevención de fallas en tubos de intercambiadores de calor: pautas prácticas
Para reducir el riesgo de fallas, ingenieros y compradores deberían seguir estos principios:
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adaptar la aleación del tubo a la química del fluido y la temperatura
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controlar la velocidad de flujo para evitar la erosión
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evitar metalurgias mixtas sin el aislamiento adecuado
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especificar métodos de inspección como ensayos por corrientes inducidas
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exigir trazabilidad y certificación para servicios críticos
Estos pasos extienden significativamente la vida útil de los tubos y mejoran la confiabilidad del sistema.
Reducir el riesgo mediante una selección informada de materiales
Las fallas en tubos de intercambiadores de calor rara vez son inevitables. En la mayoría de los casos, resultan de interacciones previsibles entre las propiedades del material y las condiciones operativas.
Al comprender los modos de falla más comunes y seleccionar los materiales de los tubos en consecuencia, los equipos de ingeniería y compras pueden prevenir la corrosión, minimizar fugas y evitar costosos tiempos fuera de servicio.
Si está evaluando materiales de tubos para una aplicación crítica de intercambiador de calor, trabajar con un proveedor que comprenda tanto los materiales como los entornos operativos es esencial. Contacte a Admiralty Industries para analizar estrategias de selección de materiales adaptadas a los requisitos de su sistema.