Para una fundición de cobre en Polonia, diseñamos y fabricamos un intercambiador de calor especial de carcasa y tubos, destinado a una instalación de producción de sulfato de níquel(II). El equipo calienta un medio de proceso que contiene ácido sulfúrico y compuestos metálicos, utilizando vapor de agua como medio calefactor. El intercambiador de calor fue desarrollado para sustituir el equipo de grafito utilizado anteriormente.

Una nueva solución para un proceso químico exigente

Las instalaciones utilizadas en las industrias metalúrgica y química suelen operar con medios químicamente agresivos, temperaturas elevadas y condiciones de proceso variables. En este tipo de aplicaciones, un intercambiador de calor debe garantizar no solo el rendimiento térmico requerido, sino también la estabilidad del proceso, la estanqueidad de la construcción y la seguridad de funcionamiento.

En la instalación descrita, el equipo se utiliza para calentar un medio de proceso que contiene ácido sulfúrico y compuestos metálicos. La energía térmica se suministra mediante vapor de agua.

El proyecto abarcó todo el proceso de ejecución: desde el desarrollo del concepto técnico y la selección de materiales, pasando por los cálculos y la fabricación, hasta las pruebas, la entrega y la confirmación del rendimiento del equipo en condiciones reales de funcionamiento.

Desafío tecnológico

El intercambiador de calor debía instalarse en una planta existente destinada a la producción de sulfato de níquel(II). El equipo debía adaptarse tanto a los parámetros térmicos requeridos como al espacio disponible y a la disposición existente de las conexiones.

Los principales requisitos del proyecto incluían:

funcionamiento con un medio de proceso ácido que contiene compuestos metálicos;
calentamiento estable del medio de proceso mediante vapor de agua;
mantenimiento de la temperatura de proceso requerida;
posibilidad de funcionamiento del lado de la carcasa en condiciones de vacío total;
adaptación del intercambiador de calor a la infraestructura existente;
garantía de estanqueidad y seguridad de funcionamiento;
entrega del equipo dentro de un plazo que permitiera su instalación durante la parada de mantenimiento programada de la planta.

Otro elemento importante del proyecto fue la confirmación del rendimiento térmico real del intercambiador de calor después de su puesta en marcha.

Intercambiador de calor de carcasa y tubos diseñado a medida

Hexonic diseñó un intercambiador de calor vertical de carcasa y tubos, fabricado en acero inoxidable de calidad 1.4571 tanto en el lado de los tubos como en el lado de la carcasa. El material se seleccionó de acuerdo con los parámetros y las condiciones de funcionamiento de esta instalación de proceso específica.

El diseño del equipo se adaptó a:

las propiedades del medio de proceso;
la carga térmica requerida;
el espacio disponible para la instalación;
las conexiones de proceso existentes;
el funcionamiento al vacío en el lado de la carcasa;
los requisitos de transporte y montaje.

El alcance del suministro de Hexonic incluyó el diseño técnico, los cálculos térmicos e hidráulicos, los cálculos de resistencia mecánica, la selección de materiales, la preparación de la documentación de fabricación, la producción, el control de calidad, las pruebas requeridas y la entrega del equipo completo.

Parámetros técnicos del intercambiador de calor

Tipo de equipo: intercambiador de calor vertical de carcasa y tubos
Superficie de intercambio térmico: 76,5 m²
Material de los tubos: 1.4571
Material de la carcasa: 1.4571
Temperatura máxima admisible: 180 °C
Presión máxima admisible: 10 bar
Condiciones de vacío en el lado de la carcasa: vacío total hasta –1 bar(g)
Medio de proceso: medio que contiene ácido sulfúrico y compuestos metálicos
Medio calefactor: vapor de agua
Peso en vacío: 5.360 kg
Peso operativo con el equipo lleno: 9.078 kg
Año de ejecución: 2026

Puesta en marcha controlada de la instalación

La puesta en marcha comenzó con el llenado del sistema con el medio de proceso y el calentamiento gradual de los equipos. A continuación, se introdujo vapor de agua en el intercambiador de calor.

Durante la fase inicial, el caudal másico de vapor se incrementó hasta aproximadamente 3 Mg/h. Una vez alcanzadas unas condiciones de funcionamiento estables, el caudal se aumentó gradualmente hasta aproximadamente 6 Mg/h. Durante este periodo, la temperatura del medio de proceso aumentó de aproximadamente 90 °C a 120 °C.

Los resultados confirmaron que el intercambiador de calor respondía correctamente al aumento de la carga térmica y que era capaz de alcanzar la temperatura de proceso requerida.

Prueba de los parámetros de rendimiento garantizados

La prueba de los parámetros de rendimiento garantizados se realizó de forma continua durante 24 horas. Durante la prueba, el caudal másico de vapor se mantuvo en aproximadamente 6 Mg/h.

La temperatura del medio de proceso a la salida del intercambiador de calor permaneció estable entre 118 °C y 119,8 °C. El rango de temperatura de proceso requerido era de 116 °C a 124 °C.

Resultados de la prueba

Tiempo de funcionamiento continuo: 24 horas
Caudal másico de vapor: aproximadamente 6 Mg/h
Temperatura de salida del medio de proceso: 118–119,8 °C
Rango de temperatura requerido: 116–124 °C
Resultado de la prueba: positivo

Resultado del proyecto

La prueba confirmó que el intercambiador de calor:

cumple los requisitos de rendimiento térmico;
garantiza una temperatura de proceso estable;
puede funcionar de manera continua con el caudal de vapor requerido;
dispone de una reserva adecuada de potencia térmica;
funciona correctamente con la instalación de proceso existente;
cumple los parámetros de proceso especificados por el cliente.

El resultado positivo de la prueba confirmó que el intercambiador de calor de carcasa y tubos diseñado a medida puede sustituir eficazmente la solución utilizada anteriormente en esta instalación.

Intercambiadores de calor para medios de proceso agresivos

La selección de un intercambiador de calor para un medio que contiene ácido sulfúrico requiere siempre un análisis individual de la composición química, la concentración, la temperatura, la presión, el caudal y la presencia de otros compuestos o sólidos en suspensión.

Hexonic diseña intercambiadores de calor industriales adaptados a las condiciones específicas de funcionamiento de cada instalación. El proceso de ejecución puede incluir el análisis de la aplicación, los cálculos térmicos y de resistencia mecánica, la selección de materiales, la preparación de la documentación técnica, la fabricación, las pruebas y la confirmación de los parámetros de rendimiento durante la puesta en marcha.

¿Qué tipo de intercambiador de calor puede utilizarse con un fluido que contiene ácido sulfúrico?

El tipo de intercambiador de calor y el material de construcción deben seleccionarse en función de la concentración del ácido, la temperatura, la presión, el caudal y la presencia de otras sustancias químicas. En la instalación descrita se utilizó un intercambiador de calor de carcasa y tubos, diseñado a medida y fabricado en acero inoxidable de calidad 1.4571.

¿Qué medio calefactor se utilizó en el intercambiador de calor?

Se utilizó vapor de agua como medio calefactor. Durante la prueba de los parámetros de rendimiento garantizados, el caudal másico de vapor fue de aproximadamente 6 Mg/h.

¿Puede funcionar el intercambiador de calor en condiciones de vacío?

Sí. El lado de la carcasa del intercambiador de calor fue diseñado para funcionar en condiciones de vacío total, hasta –1 bar(g).

¿Cómo se confirmó el rendimiento térmico del equipo?

El rendimiento térmico se confirmó mediante una prueba continua de 24 horas realizada en condiciones reales de funcionamiento. Durante toda la prueba, la temperatura del medio de proceso a la salida del intercambiador de calor se mantuvo dentro del rango operativo requerido.

¿Puede sustituirse un intercambiador de calor de grafito por uno de carcasa y tubos?

En la aplicación descrita, el intercambiador de calor de carcasa y tubos fue diseñado para sustituir al intercambiador de grafito utilizado anteriormente. No obstante, cualquier modernización de este tipo requiere un análisis individual de las condiciones del proceso y de la compatibilidad de los materiales.

¿Necesita un intercambiador de calor para un proceso exigente?

Envíenos información sobre el medio, las temperaturas, los caudales, la presión y las condiciones de instalación. A partir de estos datos, desarrollaremos una solución adaptada a los requisitos tecnológicos y a la instalación existente.