El agua y las soluciones de agua/glicol son los fluidos de transferencia de calor estándar en los circuitos de refrigeración líquida industriales, pero su actividad electroquímica también los hace corrosivos para los metales con los que entran en contacto. Este artículo abarca los tres mecanismos principales de corrosión: corrosión química, corrosión galvánica y corrosión por erosión, junto con las decisiones de diseño, la química del refrigerante y las prácticas de mantenimiento que controlan cada uno. La guía es más relevante para placas de frío líquido y intercambiadores de calor de placas y aletas Se utiliza en la gestión térmica de baterías de vehículos eléctricos y en la refrigeración de sistemas de almacenamiento de energía. Los rangos de pH, los límites de cloruro y los tipos de inhibidores citados son puntos de referencia. Los valores reales deben validarse con las especificaciones del proveedor del refrigerante, las aleaciones y los materiales de unión presentes, y las condiciones de funcionamiento.
¿Por qué los circuitos de refrigeración líquida son inherentemente propensos a la corrosión?
El riesgo de corrosión en los circuitos de refrigeración líquida es inherente a la composición química de los refrigerantes a base de agua y los metales con los que entran en contacto. El oxígeno disuelto es el principal acelerador. En los sistemas de circuito cerrado, se consume durante las primeras semanas de funcionamiento, tras las cuales la tasa de corrosión disminuye considerablemente. Los sistemas de circuito abierto reponen el oxígeno continuamente mediante la exposición al aire, lo que provoca tasas de corrosión más elevadas durante toda su vida útil.
El pH del refrigerante, la conductividad, la concentración del inhibidor, la temperatura, la velocidad de flujo y la combinación específica de materiales en contacto interactúan para determinar qué mecanismo de corrosión predomina. Ningún parámetro por sí solo rige el comportamiento de la corrosión.
La corrosión se clasifica en general o localizada. La corrosión general produce una pérdida uniforme de metal en toda la superficie, predecible y generalmente detectable antes de que se produzca una falla estructural. La corrosión localizada, principalmente por picaduras, penetra rápidamente a través de componentes de paredes delgadas, como los canales de las placas de refrigeración, y a menudo provoca fugas antes de que se observe algún daño en la superficie.
Corrosión galvánica: metales diferentes y riesgo electroquímico
La corrosión galvánica se produce cuando dos metales con potenciales electroquímicos diferentes se conectan eléctricamente dentro de un refrigerante conductor. El refrigerante actúa como electrolito, y el metal menos noble se corroe preferentemente. La velocidad de corrosión depende de la diferencia de potencial, la conductividad del refrigerante, el pH, la composición química del inhibidor, la relación de áreas ánodo-cátodo, la temperatura y la existencia de un camino eléctrico ininterrumpido entre los componentes.
El aluminio y el cobre forman una combinación de alto riesgo en refrigerantes conductores a base de agua. Sin una química inhibidora adecuada o aislamiento galvánico, una placa fría de aluminio conectada a componentes de cobre o latón en el mismo circuito puede sufrir una corrosión acelerada. Sin embargo, la velocidad real depende de todas las variables mencionadas. Los circuitos que combinan aluminio con cobre o latón deben evaluarse según la formulación específica del refrigerante, en lugar de considerarse universalmente prohibidos. Algunos paquetes de inhibidores están homologados para circuitos de metales mixtos. Cuando no se pueden evitar los metales diferentes, las uniones dieléctricas pueden interrumpir la trayectoria eléctrica en las transiciones de materiales.
El riesgo galvánico se extiende a todos los componentes en contacto con el fluido: racores, conectores, válvulas y abrazaderas contribuyen electroquímicamente. Es necesario evaluar la compatibilidad de los materiales para todo el recorrido del fluido.
Erosión-Corrosión: Geometría del flujo, partículas y límites de caudal de los componentes
La corrosión por erosión se produce cuando la velocidad del refrigerante es suficiente para eliminar mecánicamente la capa protectora de óxido de las superficies metálicas. Esto expone el metal base al ataque químico antes de que el óxido pueda reformarse, y el proceso se retroalimenta a medida que el flujo continúa eliminando cada nueva capa que se forma. El riesgo se concentra donde la dirección o la velocidad del flujo cambian bruscamente: codos de canal, colectores de entrada, transiciones abruptas de diámetro y áreas aguas abajo de geometrías que generan turbulencia.
No existe un umbral de velocidad seguro universal para todas las placas de refrigeración. El caudal máximo debe obtenerse de la hoja de datos del proveedor del componente y validarse en función de la geometría del canal, la composición química del refrigerante, la calidad de la filtración y los límites de caída de presión para la instalación específica.
El refrigerante que contiene partículas en suspensión —provenientes de productos de corrosión previos, incrustaciones o una filtración inadecuada— intensifica el mecanismo de erosión incluso a bajas velocidades de flujo. Por lo tanto, los filtros de partículas son un componente para el control de la corrosión, no solo una medida de limpieza.
Las medidas de control incluyen codos de mayor radio, cambios graduales de diámetro en las entradas del colector, acabados internos lisos en los canales, reducción del oxígeno disuelto y filtración adecuada a la geometría del canal. No se deben exceder los caudales máximos especificados para cada componente durante la puesta en marcha o el lavado de mantenimiento.
Química del refrigerante: pH, inhibidores y monitorización
Eficaz selección de refrigerante Para las placas frías de aluminio, se deben considerar tres controles interdependientes: la estabilidad del pH, la química del inhibidor adaptada a los metales presentes y el mantenimiento del estado del glicol durante su vida útil.
pH: Para circuitos de placas frías con predominio de aluminio, muchos proveedores de refrigerantes especifican un rango de pH casi neutro a ligeramente alcalino, generalmente entre 7,0 y 8,5. Esto protege la capa de óxido de aluminio tanto de la corrosión ácida como de la disolución alcalina. Los circuitos de metales mixtos y los fluidos a base de glicol pueden utilizar rangos diferentes, como de 8,0 a 10,5, según el paquete de inhibidores y los materiales presentes. La especificación del proveedor de refrigerantes es el requisito determinante; los rangos mencionados anteriormente son solo referencias iniciales.
Selección de inhibidores por metal:
- Fosfatos: eficaz en hierro, acero y la mayoría de los aluminios.
- Toliltriazol (TT) / benzotriazol (BT): Eficaz sobre cobre y latón; estándar en paquetes de inhibidores de circuitos de metales mixtos.
- Silicatos: Amplio espectro a bajas concentraciones; riesgo de depósitos a concentraciones más altas o temperaturas elevadas.
- Nitritos: Eficaz sobre metales ferrosos; no apto para altas concentraciones donde haya soldadura de estaño-plomo.
- Molibdatos: Eficaz sobre metales ferrosos; ampliamente utilizado como sustituto de los inhibidores tradicionales basados en cromato.
Los inhibidores se agotan por consumo químico y degradación térmica. La concentración debe verificarse a intervalos programados; el tiempo transcurrido por sí solo no es un indicador fiable.
Escucha: Un refractómetro solo mide la concentración de glicol. La concentración de inhibidor requiere una verificación aparte: el kit de prueba del proveedor del refrigerante, un método colorimétrico o de titulación, o un análisis de laboratorio como ICP o cromatografía iónica, donde se necesita un control más exhaustivo. Los niveles de pH e inhibidor deben verificarse nuevamente entre 24 y 48 horas después de cualquier purga o recarga, una vez que el sistema alcance la temperatura de funcionamiento.
Normas y métodos de ensayo para el control de la corrosión
La especificación del control de la corrosión debe hacer referencia a métodos de prueba y directrices establecidos, en lugar de basarse en parámetros genéricos:
| Norma / Directriz | Aplicación |
|---|---|
| ASTM D8040 | Pruebas de corrosión de fluidos de transferencia de calor; adecuadas para la evaluación inicial de refrigerantes. |
| ASTM D1384 | Prueba de corrosión de cristalería para refrigerantes de motor; ampliamente utilizada en la cualificación de fluidos refrigerantes. |
| ASTM D4340 | Corrosión de aleaciones de aluminio fundido en condiciones de rechazo de calor; relevante para la calificación de placas frías. |
| ASTM G1 / G31 / G102 | Preparación de muestras, pruebas de inmersión y cálculo de la tasa de corrosión. |
| Directrices de OCP para sistemas de refrigeración líquida a base de agua/propilenglicol | Parámetros del refrigerante, compatibilidad de materiales y monitorización de circuitos de placas frías. |
| ASHRAE TC 9.9 | Contexto del diseño de refrigeración de centros de datos |
| Referencias AMPP / NACE | Terminología de corrosión y datos de compatibilidad de materiales |
Para aplicaciones en vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, la cualificación del refrigerante también debe tener en cuenta el estrés por ciclos térmicos en las juntas en contacto con el fluido, la exposición a vibraciones y el rendimiento de protección contra la congelación, además de la resistencia a la corrosión.
Consideraciones de diseño sobre aleaciones de aluminio y soldadura fuerte
La resistencia a la corrosión en placas frías de aluminio depende de diseño de placas de frío Las decisiones —la selección de la aleación, el diseño de la soldadura, el estado de la superficie y la compatibilidad del refrigerante— no se basan únicamente en la química del refrigerante.
- Selección de aleación: Las aleaciones de la serie 3xxx (a base de manganeso) se utilizan ampliamente en intercambiadores de calor y aplicaciones de soldadura fuerte debido a su resistencia a la corrosión en diversos entornos de refrigeración. Las aleaciones de la serie 6xxx (magnesio-silicio) ofrecen mayor resistencia estructural y son comunes en cuerpos de placas frías mecanizadas o extruidas. Su comportamiento frente a la corrosión debe validarse en función del nivel de cloruros, el pH, el tratamiento superficial y el proceso de unión utilizado.
- Revestimiento de soldadura fuerte: En algunos diseños de chapas soldadas, la capa de revestimiento se formula para ser ligeramente más anódica que la aleación del núcleo. Esto proporciona cierto grado de protección sacrificial para el material estructural, similar en principio a los ánodos de zinc en la protección contra la corrosión marina. No se debe asumir esto para todas las chapas frías soldadas. La aleación de revestimiento, la aleación de relleno, la composición de la aleación del núcleo y el estado de la superficie posterior a la soldadura deben especificarse y validarse para la aplicación prevista.
- Acabado superficial: La rugosidad de la superficie interna de los canales genera turbulencias localizadas que aceleran la corrosión por erosión a velocidades de flujo operativas. Los acabados internos lisos y las transiciones graduales de los puertos reducen este riesgo sin sacrificar el rendimiento térmico.
Nuestras placas de refrigeración por agua están fabricadas con aleaciones de aluminio seleccionadas para entornos de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, con una geometría de canales y especificaciones de superficie desarrolladas para una resistencia a la corrosión a largo plazo.
Programa de mantenimiento para el control de la corrosión a largo plazo
El siguiente cronograma lo respalda Vida útil del ESS Detectando los problemas químicos del refrigerante antes de que causen daños en los componentes.
| Fase | Comprobaciones recomendadas |
|---|---|
| Puesta en marcha | pH, conductividad, cloruro, dureza, SST/SST, concentración de glicol, nivel de inhibidor, iones metálicos de referencia (Al, Cu, Fe, Zn) |
| Primer mes | pH semanal, conductividad, inspección visual, presión diferencial del filtro |
| Primer trimestre | Química mensual + concentración de inhibidores |
| Funcionamiento estable | Pruebas trimestrales in situ; cromatografía iónica/ICP de laboratorio semestral o anual. |
| Después de enjuagar o rellenar | Vuelva a medir el pH, la conductividad, el inhibidor y los iones metálicos en un plazo de 24 a 48 horas a temperatura de funcionamiento. |
Un pH fuera del rango especificado por el proveedor del refrigerante debe provocar un lavado y rellenado inmediatos. Intentar corregir el pH in situ mientras se continúa operando acelera el daño por corrosión, que posteriormente será irreversible.
Conclusión
El control de la corrosión en los circuitos de refrigeración líquida de aluminio requiere adaptar la composición química del refrigerante, la selección de materiales y las prácticas de mantenimiento a las condiciones específicas de cada sistema. Los modos de fallo que con mayor frecuencia provocan interrupciones en el servicio en aplicaciones de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía (VE y ESS) —picaduras por contaminación con haluros, corrosión galvánica en uniones de metales mixtos y erosión en geometrías de canales de alta velocidad— cuentan con controles de ingeniería definidos. Estos resultan más eficaces cuando se abordan en la fase de diseño.
En las placas de refrigeración que diseñamos para la gestión térmica de baterías de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía, tres variables determinan de forma consistente la resistencia a la corrosión a largo plazo: la especificación de la aleación y el revestimiento de soldadura, la calidad del agua de entrada en la puesta en marcha y la composición química del inhibidor mantenida durante todo el servicio. Los sistemas que entran en servicio dentro del rango de pH e inhibidor especificado por el proveedor del refrigerante —y se mantienen dentro de este rango mediante un monitoreo programado— alcanzan habitualmente su vida útil de diseño sin fallos relacionados con la corrosión.
Los ingenieros que evalúan opciones de placas frías para aplicaciones de vehículos eléctricos o sistemas de almacenamiento de energía sensibles a la corrosión pueden contactarnos con la arquitectura de su circuito, la química del refrigerante, la lista de materiales y las condiciones de funcionamiento para una revisión de compatibilidad. Placas de refrigeración por agua Disponemos de soporte de ingeniería de aplicaciones que abarca la selección de aleaciones, las pruebas de presión y la compatibilidad con refrigerantes.
PREGUNTAS FRECUENTES
¿Qué refrigerante se recomienda para las placas frías de aluminio en los sistemas de vehículos eléctricos y sistemas de almacenamiento de energía?
Las mezclas estándar de etilenglicol o propilenglicol con agua e inhibidores incluyen un paquete de inhibidores compatible con aluminio. La especificación del proveedor del refrigerante —que abarca el rango de pH, la concentración del inhibidor, el límite de cloruro, la conductividad y la proporción de glicol— determina la compatibilidad de los materiales para el circuito específico. Las especificaciones genéricas del refrigerante no sustituyen la validación a nivel de aplicación.
¿Se pueden utilizar aluminio y cobre en el mismo circuito de refrigeración líquida?
El aluminio y el cobre presentan un alto riesgo galvánico en refrigerantes conductores a base de agua. La idoneidad de un circuito específico depende de la conductividad del refrigerante, la composición química del inhibidor, la relación de área ánodo-cátodo, la temperatura y la continuidad eléctrica entre los componentes. Algunos paquetes de inhibidores están homologados para circuitos de aluminio-cobre. Se recomienda confirmar la compatibilidad con el proveedor del refrigerante antes de optar por un diseño con metales mixtos.
¿Qué nivel de cloruro es seguro para las placas de refrigeración por agua de aluminio?
No existe un nivel de cloruro seguro para todas las placas de refrigeración de aluminio. El límite aceptable depende de la aleación, el material de soldadura, los grados de acero inoxidable, la temperatura de funcionamiento, el pH y la composición química del inhibidor. El proveedor del refrigerante debe definir el límite de cloruro para el circuito en cuestión. Las aplicaciones de placas de refrigeración para baterías de vehículos eléctricos suelen requerir un control estricto del cloruro, con niveles bajos en ppm.
¿Cómo puedo comprobar si el refrigerante contiene inhibidores de corrosión?
Un refractómetro mide únicamente la concentración de glicol, no los niveles de inhibidor. Para determinar la concentración de inhibidor, utilice el kit de prueba del proveedor del refrigerante o un método colorimétrico/de titulación. El análisis ICP o la cromatografía iónica permiten cuantificar componentes específicos del inhibidor y las tendencias de iones metálicos, lo cual resulta útil para establecer valores de referencia y detectar la corrosión de forma temprana.
¿Qué normas se aplican a las pruebas de corrosión del refrigerante para placas frías?
Las normas ASTM D8040 y D1384 abarcan la evaluación de la corrosión del refrigerante. La norma ASTM D4340 trata la corrosión del aluminio en condiciones de rechazo de calor. La norma ASTM G31 cubre las pruebas de inmersión. Las guías OCP para refrigerantes a base de agua y PG proporcionan parámetros objetivo y protocolos de monitoreo específicos para circuitos de placas frías. Estas guías deben consultarse durante la calificación del refrigerante, en lugar de basarse únicamente en los valores de la hoja de datos.
