Diagnóstico y corrección de ruidos inusuales en intercambiadores de calor de PTFE

La semana pasada el intercambiador de calor de PTFE empezó a vibrar. Al principio era débil, pero ahora se puede oír por todo el lugar. Algo está mal e ignorarlo puede provocar el fallo del haz de tubos.
Los oídos del operador son una herramienta de diagnóstico: sepa cómo suena lo normal. Los tubos de los intercambiadores de calor de PTFE son deliberadamente delgados y flexibles para adaptarse a la expansión térmica, pero esta flexibilidad también hace que el haz sea muy susceptible a las vibraciones. Si la velocidad del flujo excede el límite de diseño, generalmente superior a 2 m/s en los tubos, establecido por el fabricante, el desprendimiento de vórtices genera fuerzas periódicas que excitan los tubos a su frecuencia natural. Luego, los tubos golpean contra los deflectores u otros tubos creando el característico traqueteo o zumbido. Los microimpactos repetidos a lo largo del tiempo inducen un desgaste por fricción que corroe la superficie de PTFE y crea fugas por orificios. El golpe de ariete es una onda de presión aguda causada por cierres rápidos de válvulas o disparos de bombas. Puede causar un solo golpe fuerte o martillazos repetidos. Las piezas internas sueltas (deflectores que se han aflojado, pernos que se han aflojado o soportes que se han movido) provocan ruidos metálicos o golpes erráticos no relacionados con el flujo. Cualquier ruido nuevo debe ser atendido inmediatamente ya que los tubos de PTFE no soportan vibraciones a largo plazo.
Inicie el diagnóstico monitoreando la velocidad del flujo tanto en el lado del tubo como en el lado de la carcasa. Compare el caudal y la densidad del fluido con la hoja de datos de diseño original. Si la velocidad está sólo un poco por encima del límite, es prácticamente seguro que el ruido será una vibración inducida por el flujo-. Luego escuche atentamente el ritmo mientras la máquina está en funcionamiento. Si escucha un zumbido constante y continuo, o una frecuencia tonal clara, eso es desprendimiento de vórtice y resonancia de tubo. Las piezas sueltas frecuentemente causarán traqueteos irregulares e intermitentes o ruidos metálicos. El golpe de ariete tradicionalmente se indica por un golpe repentino y agudo o una sucesión de golpes consistentes con el funcionamiento de la válvula o el arranque/parada de la bomba.
El flujo se reduce estrangulando una válvula aguas abajo o reduciendo la velocidad de la bomba durante un breve período de prueba. Si el ruido cesa o disminuye rápidamente, entonces la causa principal es la velocidad del flujo. Si el ruido es constante, entonces se trata de una holgura mecánica, no de una dinámica de fluidos. Con la unidad aún aislada, verifique que todos los soportes externos, los pernos de sujeción-y las conexiones de las boquillas estén flojos. Revise la carcasa para detectar cualquier movimiento observable o vibración transferida a los cimientos. En caso de golpe de ariete, controle cuánto tiempo tardan en cerrarse las válvulas grandes. Cualquier velocidad superior a cinco segundos en líneas de más de 150 mm puede crear ondas de presión devastadoras.
Los pasos correctivos se determinan a partir de la causa verificada. La forma más sencilla de corregir la vibración inducida por el flujo-es reducir permanentemente la velocidad insertando una placa de orificio o un limitador de flujo en el lado afectado o cambiando la velocidad de la bomba con un variador de frecuencia-. Si los requisitos del proceso no permiten un flujo reducido, el haz puede requerir soportes de tubo adicionales o deflectores rediseñados con espacios libres más estrechos para disminuir la vibración. En circunstancias extremas se deberá sustituir todo el haz de tubos por uno diseñado expresamente con elementos antivibraciones como tiras metálicas extendidas o soportes adicionales a mitad de vano.
Para evitar el golpe de ariete, conecte un supresor de sobretensiones (acumulador de vejiga) adyacente a la entrada del intercambiador o instale actuadores de cierre lento en las válvulas. Cambiar el tiempo de cierre de la válvula de segundos a diez segundos o más generalmente detendrá los golpes por completo. Las piezas internas sueltas requieren un apagado controlado. Vuelva a apretar todos los pernos disponibles según las especificaciones del fabricante, reemplace los deflectores dañados y asegúrese de que los soportes de los tubos estén colocados correctamente. Vuelva a ensamblar y ejecutar la prueba de reducción de flujo-para verificar que se haya reducido el ruido.
Si el ruido persiste después de estas acciones o si reaparece a los pocos días, es probable que el paquete haya sufrido daños irreversibles por fricción. En esta etapa, el intercambiador debe ponerse fuera de servicio y el haz de tubos debe enviarse para una inspección profesional y una posible reubicación. La operación aún amenaza con una rápida escalada hacia fugas y contaminación de procesos.
El golpe de ariete es una onda de presión y un supresor de sobretensiones es su amortiguador. Cada nuevo traqueteo o zumbido es una advertencia de diagnóstico de emergencia, no un ruido de fondo de la planta. Los operadores detectan los problemas mientras todavía resulta barato rectificarlos. La detección temprana de vibraciones causadas por el flujo, golpes de ariete o piezas sueltas minimiza el desgaste por fricción, el colapso de los tubos y el costoso reemplazo del haz. Un intercambiador eficaz y duradero es un intercambiador silencioso. Los intercambiadores de calor de PTFE están diseñados para años de operación segura y confiable con atención constante al sonido, la velocidad y la integridad del soporte.