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Intercambiadores de calor tubulares para fundir y reprocesar margarina

Antecedentes

 

Una empresa líder a nivel mundial en la industria química y alimentaria contactó con SACOME para resolver un problema de corrosión en uno de sus intercambiadores de calor, destinado a la fusión de margarina para su posterior reprocesamiento. En esta aplicación concurren una serie de dificultades a la hora de rediseñar el intercambiador de calor: por un lado, la elección del material más adecuado y, por otro lado, una interpretación adecuada del proceso térmico que sufre la margarina, ya que se trata de un producto semi-sólido que cambia a estado líquido al ser reprocesado.

Es común utilizar para esta aplicación intercambiadores de calor de superficie rascada. Sin embargo, el elevado coste inicial que supone su instalación, unido a los altos costes de operación y a los habituales problemas en su cierre mecánico, convierten al intercambiador de calor tubular en una alternativa eficaz a tener en cuenta.

La solución

 

Desde SACOME siempre tenemos muy presente que una correcta elección del material, evitará posibles problemas de corrosión en el sistema de proceso. Por este motivo, y  en base al análisis de materiales efectuado por la UPCT (Universidad Politécnica de Cartagena),desde nuestro Departamento Técnico propusimos al cliente la utilización de Acero Dúplex (siendo el material idóneo en este proyecto, por el tipo de aplicación), así como un diseño térmico optimizado para garantizar un funcionamiento adecuado del intercambiador de calor tubular.

Gracias a las más 40 referencias con margarina que poseemos en SACOME, nuestros ingenieros pudieron proponer la configuración técnica más adecuada de intercambiador de calor de tubo corrugado para fundir y reprocesar margarina.

Proceso

 

La margarina es una emulsión de agua en aceite en la que la fase acuosa se difunde finamente en forma de gotas en la fase continua de grasa animal o vegetal. Este producto se produce tras diferentes etapas, como son la preparación de la fase acuosa y la fase grasa, preparación de la emulsión, pasteurización, refrigeración y cristalización, y envasado o llenado.

Tratamiento de margarina con Intercambiadores de Calor Tubulares

 

En el caso de que la margarina animal o vegetal no alcance la consistencia y/o la textura deseadas, el producto debe ser dirigido a un tanque pulmón para su posterior reprocesamiento. Para permitir que sea bombeada y re-procesada la margarina, que tiene una consistencia semi-sólida, debe fundirse con el fin de obtener una fase líquida que facilite su bombeo y su transformación de manera sencilla.

Especificaciones de material

 

El intercambiador de calor, fabricado en Acero Inoxidable Austenítico 316, sufría un proceso de corrosión. Para ello se solicitó al cliente una muestra para analizar y recomendar un material adecuado. En estrecha colaboración con la UPCT (Universidad Politécnica de Cartagena), SACOME pudo sacar conclusiones sobre el origen de esta corrosión para evitar su aparición en futuros diseños.

Los expertos de la UPCT realizaron diferentes análisis sobre la muestra con signos de corrosión: análisis químico por espectrografía, análisis macrográfico y micrografía.

 Corrosión localizada por pitting

Se concluyó que la muestra presentaba corrosión localizada por pitting (picaduras) debido al efecto combinado de un alto contenido en cloruros (con un porcentaje de sales contenidas superior al 1%) y altas temperaturas de proceso. De esta manera,  los técnicos de la UPCT analizaron la respuesta de diferentes aceros inoxidables (austeníticos y ferrítico austeníticos), no sólo frente a la corrosión por picaduras, sino también contra corrosión galvánica, intersticial, por agrietamiento bajo tensiones y corrosión intergranular.

 Corrosión galvánica

Además, el estudio de los diferentes materiales tuvo en cuenta el pH y el contenido de Cl- del producto. En base a esta comparativa, y teniendo en cuenta los aceros inoxidables comerciales disponibles en la industria, los ingenieros de SACOME seleccionaron un Acero Dúplex como el idóneo para esta aplicación.

 

Una correcta elección del material evitará problemas de corrosión.

Especificaciones de producto

 

La grasa de la margarina se compone de una mezcla de aceites, emulsionantes, lecitina, aromas y otros ingredientes menores disueltos en la mezcla, como colorantes o anti-oxidantes, mientras que la fase acuosa puede tener un contenido en sal variable. Esta compleja composición, junto con el cambio de fase que ocurre durante su calentamiento, hace necesario un análisis reológico del producto, con el fin de lograr un diseño térmico fiable del intercambiador.Por ello se obtuvieron las propiedades térmicas del producto, en los laboratorios de la UPCT, a partir de una muestra del mismo.

 

La correcta modelización del proceso de fusión y cristalización, del calor latente y del calor específico son esenciales para el diseño térmico del intercambiador de calor.

Diseño de los intercambiadores de calor tubulares

Para este proyecto hemos suministrado nuestro intercambiador de calor tubular S-TFM-I, cuyas características principales son las siguientes:

Geometría multitubular

La geometría multitubular consiste en un haz de tubos donde el aceite crudo se procesa en el lado tubos y el aceite refinado se procesa en el lado carcasa.

 

Intercambiador de Calor multitubo de haz tubular no extraíble.

Intercambiador de carcasa y tubos

Placa tubular bridada

El diseño de placa tubular bridada permite desmontar las reducciones en el lado de la margarina, posibilitando la inspección y limpieza dentro de los tubos interiores.

 

Intercambiador de calor con Placa Tubular Bridada

Bridas estériles
Se propuso un diseño específico de bridas estériles, con especial cuidado en el tipo y alojamiento de las juntas.
Diseño libre de intersticios.

Se desarrolló una geometría con ausencia total de zonas muertas, permitiendo un diseño completamente higiénico, así como previniendo la aparición de corrosión intersticial, punto clave para un producto con un alto contenido en cloruros.

El proyecto en cifras

Caudal de Proceso (Kg/h)

Temperatura inicial (°C)

Temperatura de final (°C)

Potencia Térmica (Kcal/h)

Pérdida de Carga (bar)

Espacio ocupado en planta (mm)

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Nuestro Departamento Técnico le brindará el soporte necesario

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