Desarrollo de un nuevo procedimiento para expansión mecánica de tubos en intercambiadores de calor: un enfoque aplicado en la industria

Abstract

Los intercambiadores de calor (IC) son equipos fundamentales en la industria. Su construcción, especialmente en los de tubo y carcasa, implica un alto nivel de complejidad. En estos, la unión crítica entre tubos y placa tubular garantiza la integridad del sistema al evitar filtraciones y pérdidas de presión. Aunque diversas instituciones estudian los métodos de unión, como la soldadura o la expansión mecánica, suelen centrarse en los resultados sin detallar su correcta ejecución. Ante esta falta de información técnica, el objetivo de este estudio es diseñar un procedimiento para que Antumec estandarice la expansión de tubos en IC de tubo y carcasa, garantizando la calidad y repetitividad del sellado. Su desarrollo considera normativas, cálculos y mediciones en un equipo real, permitiendo comprender el proceso. La validación se basa en la prueba hidrostática, cuyo éxito se mide por la minimización de filtraciones. Además, se establecen criterios claros para la calibración y control del proceso mediante simulaciones y observaciones en terreno. Para lograrlo, se realizó un análisis exhaustivo basado en normativas internacionales y en datos obtenidos de mediciones realizadas en un equipo real, con casi 5000 registros de diámetros de tubos, perforaciones en la placa tubular y diámetros post-expansión. A partir de estos datos, se analizaron las principales variables que influyen en la calidad del sellado, destacándose el impacto del diámetro interior y el espesor del tubo en el porcentaje de reducción de espesor (PRE) obtenido. Simulaciones determinaron que la cantidad óptima de tubos para calibración es de 15 tubos o el 4% del total, complementada con un grupo de control, lo que garantiza un proceso confiable. Además, se empleó la prueba de presión hidrostática para validar la efectividad del proceso dado que permite detectar fugas; sin embargo, al no observarse ninguna, no se puede concluir que este método sea el más adecuado para identificar puntos de re-expansión. Finalmente, se concluye que la implementación de un procedimiento integral, acompañado de instructivos, registros de datos y fichas de cálculo, facilita su aplicación a todos los niveles operativos. El estudio de caso permitió diseñar un procedimiento sólido y bien fundamentado, basado en observaciones, mediciones y simulaciones, lo que mejoró significativamente la eficiencia y calidad en la fabricación de IC.