INTERCAMBIADORES DE CALOR GESTIÓN DE MANTENIMIENTO Brian Farid Morales Hernández Iván Ricardo Caballero Pérez

LEYES TERMODINAMICAS PRIMERA LEY Principio de conservación de energía, si se realiza un trabajo o se transfiere calor a un sistema la energía interna de este cambia

SEGUNDA LEY La energía además de tener cantidad tiene calidad, por lo cual es imposible cambiar la dirección de transmisión de calor si no se aplica trabajo en el sistema

TERCERA LEY Es imposible llegar al cero absoluto por medio de números finitos de procesos físicos, en otras palabras un sistema tiene una energía limite que puede ser útil (exergia).

Transferencia de calor

INTERCAMBIADORES DE CALOR Son aparatos que facilitan el intercambio de calor entre dos fluidos que se encuentra a temperaturas diferentes y al mismo tiempo evita que se mezclen entre si

TIPOS DE INTERCAMBIADORES CORASA Y TUBO Los flujos son separados por medio de tubos

Tipo placa

Diferencias Los intercambiadores por placas tienen problemas en los sellos por lo cual si aplicaciones es donde no se necesite operar a altas presiones, pero posee mayor área de transferencia. Los intercambiadores de coraza y tubo son mas robustos pero son mas pesados que lo de placas.

Según su operación

Coeficiente de transferencia total Es la sumatoria de resistencia existentes en un intercambiador, expresado en termino de U. esto con el fin de facilitar el analisis de intercambiadores de calor

Analisis para intercambiadores METODO DE DIFERENCIA LOGARITMICAS LMTD. Método usado para seleccionar el delta de temperatura deseado METODO DE LA EFECTIVIDAD NTU Para determinar la temperatura de salida del intercambiador del fluido caliente o frio.

Mantenimiento La mantenibilidad tiene un rol importante en el diseño de la planta. Una optima planificación de mantenimiento es el factor clave en los intercambiadores de calor modernos. El mantenimiento cubre las actividades destinadas a mantener el funcionamiento de los intercambiadores de calor ( o restaurarlos a las condiciones de operación cuando una falla ocurre).

Normas Carcasas y tubos para los intercambiadores de calor para los servicios generales de la refinería (API 660/661). Inspección de calidad según ASME sección VIII, División 1. Norma PED 97/23/EC para equipamiento reglamentario para instalaciones y mantenimiento. Normas TEMA (o equivalente BS 3274). NTC 3853 Equipo, accesorios, manejo y transporte de G.L.P NTC 5245 Prácticas de limpieza y desinfección para plantas y equipos utilizados en la industria láctea. ISO 9000:2005: Quality Management Systems—Fundamentals and vocabulary ISO 9001:2008: Quality Management Systems—Requirements ISO 9004:2000: Quality Management Systems—Guidelines for performance improvements

Mal funcionamiento de los IC Ensuciamiento e incrustamiento. Contaminación de fluidos. Distribución irregular de flujos. Condiciones de operación alteradas. Desgaste de partes, provocado por corrosión. Fatiga térmica.

Métodos de inspección no destructiva Inspección visual. Liquido penetrante. Partículas magnéticas. Ultrasonido. Radiográficas. Corrientes parasitas. AE (Energía acústica).

Mantenimiento predictivo Para establecer el mantenimiento predictivo, es necesario contar con la siguiente información: Hoja de especificaciones del intercambiador de calor, donde aparezcan datos de placa del fabricante, funcionamiento y construcción. Historial operacional. Historia de mantenimiento. Dibujos de detalles constructivos y especificaciones de materiales.

Censo de intercambiadores de calor instalados en la planta industrial, levantado y registrado en forma tabulada y específica para materiales, herramienta, equipo y accesorios para los diversos trabajos de mantenimiento de cada unidad. Forma para materiales Identificación del equipo o clave. Servicio que presta. Especificación de materiales de los componentes totales.

Forma para herramienta, equipos y accesorios para trabajos diversos. Identificación del equipo, o clave. Servicio que presta. Herramienta, equipo y accesorios para armar y desarmar. Herramienta, equipo y accesorios para limpieza mecánica. Herramienta, equipo y accesorios para expansionado o rolado de tubos. Herramienta, equipo y accesorios para pruebas hidrostáticas.

Datos o lecturas que deben regir a cada intercambiador de calor para prevenir su falla, que pueden obtenerse por medio de inspecciones en la forma siguiente: Inspección general para cualquier defecto exterior visible. Inspección de fugas en conexiones de tuberías, cuerpo, cabezales, tapas, etc. Inspección de condiciones de los soportes y estructura. Inspección de condiciones de aislamiento y protección del mismo. Inspección de condiciones operacionales. Inspección calibración de espesores.

Frecuencia que debe establecerse para tomar lecturas: Para temperaturas, deben hacerse cada 15 días o conforme a las condiciones de operación. Para caídas de presión, de forma similar a las temperaturas. Para espesores desde el exterior, estando la unidad en operación, se deben tomar cada 90 días. Los espesores de todas las partes componentes, se tomaran cuando el equipo se encuentre fuera de operación y desarmado. Interpretación.

“El mantenimiento que puede proporcionarse a un intercambiador es relativo, debido a que no permite reparaciones correctivas. Sin embargo, inspecciones oportunas, así como mantener las condiciones optimas de operación, es el resultado de una inspección y mantenimiento preventivo programados.”

Confiabilidad La confiabilidad es la probabilidad de que los intercambiadores de calor funcionen satisfactoriamente durante por lo menos un periodo de tiempo dado, bajo determinadas condiciones de operación.

Disponibilidad La disponibilidad en los intercambiadores de calor representa la capacidad de gestionar los flujos de calor y potencia de forma habitual y regular. Son varias las causas de falla, incluyendo fallas mecánicas, corrosión, incrustaciones y problemas de estanqueidad.

Mantenibilidad La mantenibilidad es una medida de la dificultad y velocidad con la que un sistema se puede restaurar a un estado operativo después de presentarse una falla, es decir la probabilidad de realizar una acción exitosa de reparación en un tiempo determinado.

Análisis de fallas El análisis de fallas es un modo importante de determinar problemas de disponibilidad y confiabilidad del sistema, incluyendo fallas de componentes, fallas de servicio, fallas mecánicas, fallas del sistema de control (mal funcionamiento), fallas que evidencian daños, fallas por cambios, falta de mano de obra, errores de operación, y fallas en la instrumentación. MTBF (Tiempo medio entre fallas) MTBMA (Tiempo medio antes de acciones de mantenimiento) MTBR (Tiempo medio entre reparaciones) MTTF (Tiempo medio para fallar)

Fallas por incrustaciones en los Intercambiadores de calor Dos tipos de efectos inducidos por la formación de incrustaciones en los intercambiadores de calor deben ser identificados: Cambios en la temperatura de salida del flujo del proceso, causado por la resistencia térmica de las incrustaciones en un intercambiador. Cambios en la temperatura de entrada del flujo del proceso, causado por la resistencia térmica de las incrustaciones en otros intercambiadores (procesos previos).

Mantenimiento centrado en confiabilidad La confiabilidad en los intercambiadores de calor, se soporta en las especificaciones del alcance del análisis de confiabilidad, que debe contener: El número total de fallas. El tiempo medio entre fallas MTBF. Velocidad del fluido. Tiempo en años de servicio. La edad actual de los intercambiadores de calor.

Se recomiendan algunos requisitos adicionales: Tipos de operación. Fecha de instalación. Fecha del último remplazo. Factor de edad de la tubería. Factor de vida remanente. Factor critico de producción. Condiciones de servicio. Costos de remplazo. Otras consideraciones (Ejemplo. Mecanismos de corrosión).

Datos requeridos Los datos requeridos para efectuar los cálculos de confiabilidad y mantenibilidad, se pueden distribuir en tres grandes grupos: Características generales. Cálculos de disponibilidad y confiabilidad. Acciones de mantenimiento.

Características generales Descripción general de la planta Uso de los intercambiadores de calor Periodo de operación continuo de los intercambiadores de calor Estructura del sistema Arreglo de los intercambiadores de calor

Cálculos de disponibilidad y confiabilidad Historial de fallas. Duración de fallas. Paradas. Las paradas dependen del tipo de intercambiador (Clase A, B, C)

Acciones de mantenimiento Dependen del sistema a ser analizado Variables operacionales (variables de entrada y salida, flujo promedio, temperatura del fluido, temperatura de la pared de los tubos, etc.) Variables de mantenimiento (máxima eficiencia). Variables de planificación. Variables de las propiedades del fluido de operación.

Ejemplo de aplicación Mejora de plan de mantenimiento de la fábrica Aceites Especiales del Mediterráneo S.A, “Aemedsa”.

Resultados Equipos con acumulado inferior o igual al 80%, sobre los que se realizara un estudio a mayor profundidad. 22-E-02 26-E-01 12-E-05 10-E-03

Resultados Equipos con acumulado inferior o igual al 80%, sobre los que se realizara un estudio a mayor profundidad. 22-E-02 129-E-06 12-E-05 10-E-04 10-E-03 20-E-01 22-E-01 20-E-02 130-E-03

Comparativa Comparando los resultados obtenidos con el análisis de los diagramas de Pareto, se escogen los equipos que requieren un análisis más detallado, ya sea por su elevado costo o tiempo de mantenimiento. 22-E-02 22-E-01 26-E-01 12-E-05 10-E-03

Análisis de intercambiador 22-e-02 Se trata de un enfriador de gases situado en la Planta Paris en la unidad 22. Esta unidad es importante para la producción de ácido sulfúrico en dicha planta. Los gases de SO2 que salen de una caldera a unos 550ºC se enfrían en el intercambiador 22-E- 02 con los gases que vienen de otro intercambiador de carcasa y tubos colocado en la misma unidad pero que actúa posteriormente (22-E-01).

Inspección visual del equipo Análisis de vibraciones (ya que puede suceder que el atasco produzca vibraciones en ciertos puntos del equipo). Comprobar que las varillas del mecanismo pendular están en condición óptima para desempeñar el papel para el que han sido diseñadas. Comprobar el apriete de la tornillería y demás elementos.

Conclusiones y recomendaciones Las paradas totales depende del tipo de intercambiador, su disposición y el proceso en el cual opera. Un factor determinante en la planeación de mantenimiento de los intercambiadores de calor son las fallas producidas por concentración de contaminantes. Se producente implementar mantenimientos correctivos, a no ser que sea por una parada total planificada del cambio del haz de tubos.

¿Preguntas?

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