Para Preservar y Proteger

Aug 31, 2023

A menudo pensamos en los metales como materiales para siempre, pero esa noción no siempre es cierta. Se deben tomar medidas para proteger la superficie metálica de la corrosión. El costo directo del daño por corrosión en los Estados Unidos supera los $280 mil millones por año (según ASM International). Desde el momento en que una superficie metálica queda brillante y desnuda en el proceso de mecanizado, los factores termodinámicos y cinéticos trabajarán persistentemente para destruirla. El agua y el oxígeno, aunque son esenciales para la vida humana, no son sus amigos cuando se trata de la corrosión del metal. Los ácidos, los cáusticos y los sólidos en suspensión también se unirán y bailarán en la vigilia de la muerte.

Los procedimientos de conservación y almacenamiento de cualquier tipo de equipo son necesarios para proteger la inversión. La política corporativa, la disciplina y la cultura requeridas para integrar los procedimientos y almacenar los artículos adecuadamente es primordial. En mi columna de noviembre de 2016, describí los pasos de conservación adecuados para las bombas y las piezas de repuesto almacenadas. Para obtener información más detallada, consulte la columna de referencia de 2016 y/o los fabricantes de bombas y sellos.

Primero tenga en cuenta la distinción de que el óxido es un tipo de corrosión, pero no toda la corrosión es óxido. Hay al menos 10 tipos básicos de corrosión y al menos siete tipos de corrosión por picaduras que atacarán las superficies metálicas de la bomba. En general, la corrosión se divide en dos tipos distintos: generalizada y localizada. Los problemas generales de corrosión suelen ser fáciles de descubrir y corregir, pero los localizados pueden resultar más difíciles de diagnosticar y corregir.

La medida más sencilla que puede tomar para la protección de la bomba externa es asegurarse de que se pintó/recubrió correctamente. La pintura u otros sistemas de revestimiento técnico son un sistema de protección relativamente económico pero eficiente. Las superficies pintadas que se dañen durante el envío, la instalación o el mantenimiento deben retocarse antes de poner la bomba en servicio. Las imperfecciones en el sistema de pintura nunca mejorarán por sí solas e inevitablemente provocarán daños por corrosión. Hay pinturas especiales para aplicaciones de alta temperatura, así como para entornos marinos y químicos peligrosos. Hay muchas empresas que no pintan superficies metálicas en equipos fabricados con aceros aleados.

Tenga en cuenta que el elemento atacante puede entrar en contacto con la superficie de la bomba de muchas maneras, incluyendo neblina/niebla/rocío/vapores, goteos y rocío. Comprenda que el agua no tiene que estar presente en forma visible o de gotas; la humedad puede suministrar toda el agua necesaria para que se produzca la corrosión.

Una decisión inicial y crítica es determinar qué material es mejor para la aplicación. Esto incluye tanto las partes húmedas (impulsor, prensaestopas y carcasa) como los componentes restantes. Tenga en cuenta que incluso las piezas no mojadas estarán sujetas a un entorno hostil.

Hay pocos cursos de instrucción sobre el tema de la selección adecuada de materiales para la industria, pero hay varios libros de referencia de materiales. Lamento que esta columna no sea el foro adecuado para ampliar el tema debido a los detalles específicos y únicos requeridos para cada uno en la amplia matriz de posibles aplicaciones, sin mencionar la responsabilidad. Ofrezco referencias al final de la columna. Otras fuentes de información relevante incluirían el fabricante de la bomba y las redes formales de otros usuarios de bombas con aplicaciones similares y exitosas, como el Instituto Hidráulico o el Simposio anual de bombas y turbomaquinaria de Texas A&M. El libro de datos hidráulicos de Cameron incluye información básica sobre el material. El Pump Handbook tiene un capítulo completo dedicado al tema.

Incluso el mejor libro de texto no puede tomar la decisión final por usted. Una bomba de elección de material "X" funcionará bien bombeando agua de mar fría en servicio continuo, pero fallará rápidamente bombeando agua de mar caliente en servicio intermitente. Otro material de bomba "Y" funcionará satisfactoriamente en servicio con ácido durante muchos años, pero cuando la velocidad del líquido aumenta o el porcentaje de solución cambia aunque sea ligeramente, la bomba fallará en poco tiempo. Algunos aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 funcionan bien hasta que los cloruros y la tensión del material están presentes. Otros materiales funcionan muy bien hasta que se exponen a la radiación de neutrones, lo que hace que se vuelvan quebradizos. En los mercados del petróleo y el gas, el acero inoxidable resistirá en la mayoría de las aplicaciones hasta que el nivel de H2S (el sulfuro de hidrógeno es un gas de hidruro de calcógeno incoloro que huele a huevos podridos) alcance cierto porcentaje.

Más allá de los problemas de la aplicación, existen razones operativas para la falla del material, como operar la bomba en cualquiera de los extremos de la curva o con una cabeza de succión positiva neta insuficiente. Finalmente, está la reología de las clasificaciones/aplicaciones de lodos y las propiedades newtonianas que requerirían un volumen de libros y muchos años de experiencia para explicar y predecir el desgaste del material.

Las empresas experimentadas que adoptan las mejores prácticas de la industria tendrán un proceso formal de revisión de materiales donde las condiciones esperadas están bien definidas y se considera y evalúa la elección del material.

La mayoría de los fabricantes de bombas proporcionan un margen de corrosión en el espesor de la carcasa. Para las bombas del American National Standards Institute (ANSI), el estándar mínimo es de tres milímetros (0,118 pulgadas).

La corrosión generalmente se mide en micropulgadas o micrómetros por año o en pérdida de peso con unidades de gramos por metro cuadrado. Por ejemplo, la tasa de corrosión del acero al carbono suele ser de alrededor de 20 micrómetros por año en un entorno rural al aire libre lejos de la ciudad y la contaminación industrial, pero la tasa aumenta a más de 100 micrómetros por año cerca del océano debido a la atmósfera salada.

Lo que sigue es una lista de materiales comunes usados ​​en la construcción de bombas metálicas. Elegí quedarme con las opciones más ubicuas. Por lo tanto, omitiremos Monel, titanio y níquel aluminio bronce. No se analizan en esta columna las bombas fabricadas con materiales no metálicos/compuestos.

El hierro fundido comenzará a oxidarse en el momento en que se exponga al aire (oxígeno) y al agua, donde el proceso químico forma óxido de hierro. La mala noticia es que la capa de óxido de hierro producida forma una estructura similar a escamas sueltas y no posee la capacidad de generar una capa protectora de óxido o adherirse como lo hace el acero inoxidable o el aluminio. Sin embargo, el hierro fundido se puede usar en muchas aplicaciones generales y funcionará bien. El hierro fundido es con frecuencia una selección de material de bajo costo basada en el pleno conocimiento de que será sacrificado en el proceso.

Las carcasas y los impulsores de bronce eran los "acero inoxidable" de hace mucho tiempo, pero aún hoy siguen siendo viables en muchas aplicaciones que incluyen agua, bajas concentraciones de ácidos (menos del 5 %) a temperaturas inferiores a 68 F (20 C), algunos solventes, la mayoría de los combustibles e hidrocarburos.

El acero al carbono a menudo puede ser el siguiente paso del hierro fundido, especialmente cuando se busca mayor resistencia, pero también tiene una resistencia limitada a la corrosión. Normalmente, la pregunta no es si el acero se corroerá, sino con qué rapidez. La velocidad de corrosión es función de muchos factores, pero los principales son la temperatura y la presencia de agua y oxígeno. Es la falta de cromo en el acero al carbono lo que impide que la capa de oxidación formada en el proceso de corrosión sea completamente funcional.

Una única excepción es el "acero resistente a la intemperie", donde la adición de cobre, cromo, níquel y otros elementos en pequeñas cantidades producirá reducciones significativas en la tasa de corrosión. Por ejemplo, si no está familiarizado con el acero Cor-Ten de US Steel, debería tomarse unos minutos y leer sobre el producto. Si vive en el oeste de Pensilvania, probablemente ya conozca este material. El edificio de US Steel en Pittsburgh está revestido de acero Cor-Ten. Los lugareños le han dado al edificio el apodo cariñoso de Rusty Nail.

Los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 (304, 316 y 317 son los más comunes) ofrecen un gran nivel general de protección contra la corrosión en una multitud de aplicaciones. El acero inoxidable, por definición, debe contener cromo en cantidades superiores al 10,5 %. El cromo reacciona con el oxígeno para formar una capa protectora delgada pero fuerte. La combinación de cromo y níquel que se encuentra en el acero inoxidable 304 y 316 proporciona una gran resistencia al calor, la abrasión y la corrosión. A diferencia de las capas de óxido de hierro, la capa de óxido de cromo no se descascarilla y se adhiere uniformemente al acero. La capa protectora puede fallar si la velocidad del líquido es demasiado alta o si hay presentes sustancias atacantes selectivas. Como un ejemplo, los cloruros en ciertos niveles y en algunas aplicaciones atacarán la capa de pasivación de acero inoxidable. Además, se produce una corrosión uniforme en el acero inoxidable cuando se expone a ácidos fuertes. Los ácidos inorgánicos suelen ser más agresivos que los ácidos orgánicos. Los ambientes alcalinos calientes también atacarán los aceros inoxidables.

Los aceros dúplex y súper dúplex son aceros híbridos que combinan las características de resistencia a la corrosión del acero inoxidable de la serie 300 con la resistencia de los aceros de la serie 400 (austeníticos con martensíticos). Si necesita tanto resistencia a la corrosión como tenacidad (p. ej., sólidos en suspensión), un acero dúplex como el CD4MCu suele ser una buena elección.

La aleación 20, también conocida como Carpenter 20 e Incoloy 20, es una aleación de acero inoxidable austenítico que tiene una alta resistencia a la corrosión por ácido sulfúrico y otros líquidos agresivos que son demasiado destructivos para los grados austeníticos típicos. La aleación 20 contiene níquel, cromo, cobre y molibdeno similar a los aceros de la serie 300, pero un factor clave es la presencia de niobio que impide o mitiga la corrosión intergranular.

Hastelloy viene en varios grados y ofrece una extrema resistencia a la corrosión. Los grados seleccionados de esta aleación ofrecen una excelente resistencia al HCl (ácido clorhídrico) en la mayoría de los rangos de concentraciones (porcentaje) y temperaturas. Hastelloy también resiste bien a los ácidos sulfúrico, cloruro, hidrógeno, acético y fosfórico. Varios grados de Hastelloy, si se recocen en solución, pueden funcionar de manera eficiente en entornos de sulfuro de hidrógeno de alto nivel. En el proceso de selección, debe hacer coincidir el mejor grado de material con el producto que está bombeando.

Sus bombas están constantemente sujetas a la corrosión tanto interna como externamente, ya sea que estén funcionando o no. Proteja su inversión a través de sabias elecciones de materiales desde el principio y reciba años e incluso décadas de servicio confiable.

Un paso inteligente y práctico es utilizar acero inoxidable o materiales de aleaciones superiores cuando corresponda. Esta decisión generará un importante retorno de la inversión.

Jim Elsey es ingeniero mecánico con más de 50 años de experiencia en equipos rotativos para aplicaciones industriales y marinas en todo el mundo. Es asesor de ingeniería de Summit Pump, Inc., miembro activo de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión y la Liga Naval de Submarinos. Elsey también es directora de MaDDog Pump Consulting LLC. Puede comunicarse con él en [email protected].