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7/15/2019 Diseo de Equipos e Instalaciones- Luis Bilurbina Alter & Jose Ignacio Iribarren Laco
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Bilurbina Alter, LuisIribarren Laco, Jose Ignacio
Diseo de equipos
e instalaciones
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Primera edicin: febrero de 2002
Los autores, 2002 Edicions UPC, 2002
Edicions de la Universitat Politcnica de Catalunya, SLJordi Girona Salgado 31, 08034 BarcelonaTel.: 934 016 883 Fax: 934 015 885Edicions Virtuals: www.edicionsupc.ese-mail: edupc@sg.upc.es
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Depsito legal: B-6087-2002ISBN: 84-8301-584-6
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ndice 5
ndice
1. Introduccin ................................................ ........................................................ ................................... 71.1. Criterios de seleccin de materiales para las plantas qumicas........... ...................................... 71.2. Identificacin de materiales en planta.............................................................. ......................... 9
2. Aceros inoxidables .................................................. ........................................................ ..................... 152.1. Fundamentos de la resistencia a la corrosin de los aceros inoxidables................................. 152.2. Tipos de corrosin de los aceros inoxidables y formas de combatirlos .................................. 192.3. Resistencias de los distintos aceros inoxidables frente a los diferentes medios agresivos......253. Otros metales: Aluminio. Nquel. Titanio. Refractarios .............................................................. ........ 333.1. Aluminio y sus aleaciones .......................................................... ............................................ 333.2. Nquel y sus aleaciones.................................... ................................................................. ...... 363.3. Titanio y sus aleaciones ........................................................... ............................................... 393.4. Metales refractarios ................................................................ ................................................ 424. Materiales plsticos ........................................................ ........................................................... ........... 494.1. Diseo de materiales composites para ambientes corrosivos.................................................. 494.2. Aplicaciones a tanques con agitacin ......................................................... ............................ 52
4.3. Seleccin de plsticos para bombas y tuberas ...................................................... ................. 524.4. Seleccin del recubrimiento......................................................................... ........................... 544.5. Aceros utilizados para ser recubiertos ..................................................... ............................... 554.6. Breves recomendaciones para el diseo de este tipo de instalaciones .................................... 565. Otros materiales: Refractarios ................................................................. ............................................. 595.1. Refractarios no metlicos............................................................................ ............................ 595.2. Cermets...... ............................................................ ....................................................... .......... 605.3. Diseo de sistemas refractarios........................................... .................................................... 626. Diseo de Aparatos ........................................................................................ ...................................... 636.1. Aparatos a presin ............................. ............................................................ ........................ 636.2. Uniones: Soldaduras. Adhesivos. Juntas y bridas ......................... ......................................... 717. Inspeccin de materiales: Ensayos no destructivos ............................................................................. . 977.1. Ensayos no destructivos.......... ............................................................ .................................... 97Preguntas de Sntesis ........................................................... .......................................................... .......... 101
Bibliografa ............................................................. ...................................................... ........................... 115
Problemas .......................................................... ........................................................... ........................... 117
Prcticas ............................................................. .......................................................... ........................... 131
Anexo ...................................................... ............................................................ ..................................... 151
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Introduccin 7
1. Introduccin
1.1.Criterios de seleccin de materiales para las plantas qumicasLa corrosin es la causa principal de la destruccin de los equipos de la industria
qumica. La mayora de destrucciones pueden prevenirse escogiendo adecuadamente los
materiales dentro de la gama muy amplia que dispone el ingeniero. Entre ellos estn no
solamente los metales, sino tambin los plsticos (termoestables y termoplsticos),
cauchos, materiales cermicos y pinturas.
En las plantas que operan en continuo, por ejemplo las refineras de petrleo e
instalaciones petroqumicas, las prdidas de produccin debidas a deterioros por
corrosin son tan costosas que justifican el uso de los materiales ms caros, por ejemplo
el tntalo en intercambiadores de calor de unidades de recuperacin de cido. En
instalaciones ms sencillas, puede ser ms econmico seleccionar materiales de menor
costo y programar limpiezas frecuentes de los equipos para prevenir la corrosin.
Son esenciales para un buen diseo:
- tamao de la planta- condiciones de trabajo- tipo de corrosin- adecuada informacin de los materiales que se pueden escoger- sus caractersticas frente a la corrosin- cuestiones econmicas
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Para asegurar la solucin ms econmica en problemas de corrosin es necesario
estudiar el tipo de corrosin que tiene lugar y conocer las condiciones en que opera el
equipo, no solamente las normales, sino los posibles casos circunstanciales, por ejemplo
paradas o puesta en marcha del equipo.
No suele ser interesante econmicamente disear una planta que est libre totalmente de
corrosin. Velocidades de 0,1 mm/ao e incluso hasta 5-6 mm/ao suelen ser tolerables,
dependiendo del coste de los materiales alternativos y del grado de contaminacin que
puede aceptarse.
En las plantas de fabricacin de productos farmacuticos, donde la contaminacin es
inaceptable, es necesario realizar recubrimientos, por ejemplo a base de resinas epoxi, yen caso de temperaturas muy elevadas hay que acudir a los de tefln, a pesar de su
elevado coste y difcil aplicacin.
Los cdigos para recipientes a presin preveen las condiciones de corrosin al indicar
los espesores de las paredes. Segn el tipo de corrosin. generalizada, picaduras, bajo
tensiones, con fatiga, intergranular,etc., se proponen diferentes soluciones.
A menudo la corrosin puede prevenirse mejor cuidando pequeos detalles en el diseo
que seleccionando los materiales ms resistentes.
El cido sulfrico concentrado en fro puede transportarse en tuberas de acero al
carbono, siempre que la velocidad de circulacin sea inferior a 1m/seg. Debido a ello,en
este caso es mejor utilizar tuberas de acero al carbono de dimetros grandes que
tuberas de acero inoxidable de dimetros pequeos.
Si los serpentines de calefaccin de tanques que contienen sosa custica se colocan
fuera del tanque, pueden ser de acero al carbono, pero si se colocan en el interior deben
ser de aleaciones de nquel, ya que el acero al carbono est sujeto a la fragilidad
custica.
La corrosin por picadura de aceros inoxidables en intercambiadores de calor de
salmueras puede prevenirse eliminando los restos de salmuera cuando no se utiliza el
equipo.
La corrosin en las unidades de refineras de cidos politinicos puede prevenirse
neutralizando las condensaciones que se producen cuando las unidades estn paradas.
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Introduccin 9
Despus de seleccionar los materiales hay que asegurarse que han sido fabricados con
las especificaciones correctas.
Las tuberas soldadas son menos costosas que las sin costura, pero en condiciones
corrosivas hay que especificar el tratamiento trmico a que debe someterse el material
despus de la soldadura. La norma ASTM A312, que cubre tuberas sin costura de acero
inoxidable austentico de la serie 300, indica que es indispensable un tratamiento a
1400 despus de la fabricacin.
Es indispensable adjuntar un Pliego de Condiciones detallado para cada caso.
1.2. Identificacin de materiales en la planta
Con objeto de revisar si los materiales de los diferentes equipos e instalaciones son los
adecuados, es interesante disponer de una serie de tests de fcil aplicacin in situ; entre
ellos indicaremos los que utilizan: procedimientos qumicos, chispa, mecnicos,
termoelctricos, espectroscopia ptica de emisin, espectroscopia de emisin de rayos
X.
Tests qumicos in situ
Para cada caso se aplican indicadores adecuados. En la identificacin de metales slo
pueden detectarse fcilmente por este procedimiento: aceros de bajo contenido en
carbono, aceros con un contenido de cromo de un 2 a un 9%, aceros con un contenido
de nquel del 3,5%, aceros con un contenido de Mo, nquel puro, magnesio y aluminio.
Hay que tener cuidado de eliminar cualquier producto superficial procedente de una
corrosin.
Por ejemplo, en el caso de molibdeno: se extrae unos miligramos del material con cido
ntrico, se procede a una concentracin y filtrado de impurezas si al aadir a esta
disolucin HCl y tiosulfato sdico aparece una coloracin rosa, denota la presencia de
pequeas cantidades de molibdeno si la coloracin es azul oscuro, indica que la cantidad
de molibdeno es mayor de 9%.
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Ensayos a la chispa
Se utilizan principalmente para identificar diferentes clases de aceros. Al aplicar sobre
ellos una chispa aparecen diferentes figuras:
Acero con un alto contenido en carbono
Color : blanco
Longitud promedio de las trazas: 139,7 cm
Numerosas y pequeas arborescencias
Acero con un bajo contenido en carbono
Color : blanco
Longitud promedio de las trazas: 177,8 cm
Aparecen ms ramificaciones cuando el contenido de carbono Fig.1
aumenta
Nquel
Color : naranja
Longitud promedio de las trazas: 25,4 cm
Fundicin de hierro blanca
Color: rojo amarillento
Longitud promedio de las trazas: 50,8 cm
Ramas ms finas que las de la fundicin gris
Fundicin de hierro gris
Color : rojo amarillento
Longitud promedio de las trazas : 63,5 cm
Hierro maleable
Color: amarillo plido
Longitud promedio de las trazas: 76,2 cm
Menos ramificaciones que la fundicin de hierro
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Introduccin 11
Ensayos de fractura
Una pequea muestra se extrae con un cincel y despus se fracciona con un martillo. La
forma de las superficies de las zonas fracturadas nos proporciona la informacin. En la
tabla I se indican algunos ejemplos.
Tabla I
Metal Forma de las superficies de fractura
Fundicin gris de hierro Grano tosco, gris
Hierro maleable Grano fino, negro
Hierro forjado Fibroso, gris brillante
Acero de bajo contenido de carbono Grano fino, gris brillante
Acero para herramientas Grano muy fino (sedoso), gris brillante
Ensayos con lima
Es fcil identificar un recubrimiento de cromo por su brillo, pero si hay alguna duda se
puede tratar de cortar el recubrimiento con la lima; es tan duro que la lima apenas
producir una marca; si se tratara de un recubrimiento de nquel, se cortara con la lima.
Caracterizacin termoelctrica
Este sistema se funda en la medicin del voltaje que se produce cuando se calienta una
zona donde se juntan dos metales diferentes. El voltaje observado depende del par de
metales; mediante tablas es posible identificarlos. En la tabla II se indican el de algunas
aleaciones.
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Tabla II
Aleacin RangoMonel -10
Hastelloy D -8 a -8,5
Nquel -6 a -6,5
Fundicin de hierro -3 a -3,3
31/2% Nquel -2,1 a -2,3
Acero inox 18-8 -1,5 a 2,5
Acero inox 25-20 -1,5 a 2,4
Stellita -1,7 a 2
Hierro maleable -1,5 a 1,7
Alloy 20 -1,5 a 1.6
Incoloy -1,1 a 1,5
Hastelloy F -0,5 a 0,7
Latn -0,2
Aluminio -0,1
Cobre 0
Hastelloy C 1,5 a 1,9
Acero al carbono 2,2 a 2,5
Titanio 3,5 a 4,5
Inconel 3,5 a 6
Hastelloy B 8 a 10
Ensayos de conductividad elctrica
Se induce sobre el metal conductor una corriente elctrica producida por un campo
magntico alternativo. La conductividad de las diferentes aleaciones vara, ya que bajo
el punto de vista elctrico, una aleacin se comporta como un metal puro con un
contenido grande de impurezas.
De todas formas, en estos tests hay una serie de variables a considerar; la conductividad
puede venir influenciada por: un tratamiento trmico, tamao del grano, orientacin de
los granos, factores geomtricos, etc.
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Introduccin 13
Espectroscopia de emisin
Bajo determinadas condiciones de excitacin, la mayora de metales y sus aleaciones
emiten ondas caractersticas en la zona del espectro visible. El mtodo de excitacin
usual consiste en producir una descarga elctrica entre dos trozos de una muestra o entre
la muestra y un contraelectrodo que no contiene los elementos a identificar. El
contraelectrodo puede ser un trozo de grafito, que no introduce interferencias.
Actualmente se utilizan rayos laser como fuente de excitacin; pueden focalizarse sobre
un rea de 5 micras de dimetro. Las diferentes radiaciones producidas por la muestra
excitada se separan por medio de prismas.
Espectroscopia de emisin de rayos X
Se puede utilizar para la determinacin cuantitativa de los elementos que constituyen la
muestra. La muestra se utiliza como ctodo y se analizan los rayos X producidos.
Tambin pueden utilizarse los rayos X para excitar metales de una muestra e
identificarlos por el espectro de difraccin que emiten. Este procedimiento se conoce
como fluorescencia o emisin secundaria de rayos X.
Fig 2
Espectro RayosX Mo
0
10
20
30
40
50
0,5
0,7
0,8
5
1,2
2
Longitud de onda
Intensida
des
10kV
15kV
20kV
25kV
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Aceros inoxidables 15
2. Aceros inoxidables
2.1. Fundamentos de la resistencia a la corrosin de los aceros inoxidables
La base de la resistencia a la corrosin ambiental de estos materiales reside en la adicin
de cromo. A partir de la adicin de aproximadamente un 12% de cromo, se forma una
capa uniforme, continua, adherente y muy delgada de xido de cromo (Cr2O3), que
pasiva la superficie del acero.
Ahora bien, la adicin de un 12% de cromo proporciona nicamente una resistencia a la
corrosin de medios poco agresivos, ambiente hmedo, agua dulce,
Para incrementar
esta resistencia se ha incrementado la cantidad de cromo y se han adicionado otros
elementos, con lo que al mismo tiempo se han mejorado las propiedades mecnicas del
material.
Estudiaremos en primer lugar cmo influyen los diferentes factores propios del
material: composicin, estructura y estado de suministro.
a. - Composicin qumica
En la tabla III se ha reunido la prctica totalidad de los elementos que entran en la
composicin de los diferentes aceros inoxidables.
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Tabla III
Elementos bsicos Fe, Cr, C
Elementos importantes (>0,5%) Ni, Mn, Si, Mo, Cu, Ti, Nb, Al, W, V,Co
Elementos menores (< 0,5%) N, B, Ce, S, Se, Te
Elementos nocivos C, S,P, Si, Co, O, H, N, Metales de bajo punto de
fusin (Sn,Zn,Pb)
Los elementos nocivos, en cantidades apreciables, pueden disminuir la resistencia a la
corrosin o la resistencia mecnica.
b. Estructura
Las estructuras bsicas son tres: Martensita, Ferrita y Austenita, aunque tambin pueden
presentarse estructuras combinadas de aquellas, siendo las ms corrientes : Ferrita +
Martensita y Ferrita + Austenita.
En la tabla IV se indican las diferentes estructuras
Tabla IV
Estructura Composicin bsica (%) Otros elementos
Martenstica a) C
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Los aceros inoxidables con estructura martenstica son magnticos y pueden
endurecerse por medio de temple. Al aumentar el contenido de carbono,se obtiene una
mayor dureza pero se deteriora la resistencia a la corrosin.
Los aceros ferrticos no pueden templarse, tambin son magnticos. Su resistencia
mecnica es inferior a la de los martensticos, pero por su menor contenido en carbono
tienen ms resistencia a la corrosin.
Los aceros austenticos no son magnticos y no pueden templarse. En cuanto a la
resistencia a la corrosin, c>b>a y en general superior a la de los anteriores.
Los dplex presentan propiedades muy adecuadas para resolver problemas de corrosin
y de construccin; son magnticos pero no templan.
c.- Estado de suministro
En la tabla V se han incluido los principales estados de suministro.
Tabla V
1. Materiales deformados En caliente
En fro
2.Materiales tratados trmicamente Recocidos o solubilizados
Envejecidos
Templados
Templados y revenidos
Endurecidos por precipitacin
3.Materiales fundidos
4.Materiales soldados
5.Materiales sinterizados
Desde el punto de vista de la corrosin, el mejor estado de suministro, para una misma
composicin y estructura, viene siempre aportado por los materiales deformados, en
caliente o en fro, y con un tratamiento posterior de recocido o de solubilizacin. Los
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estados templado o templado+revenido disminuyen siempre la resistencia a la corrosin
al provocar precipitaciones de carburos de cromo, lo que disminuye el contenido de
cromo en las zonas vecinas a dichas precipitaciones.
En la tabla VI se indican los tipos de aceros inoxidables de mayor aplicacin.
Tabla VI
Tipo Composicin nominal (%)Estructura
AISI C Cr Ni Mo Otros
Martensita 410 0,15 11,5-13,5
Martensita 414 0,15 11,5-13,5 1-2,5
Martensita 416 0,15 12-14 S 0,15
Martensita 420 0,15 12-14
Martensita 420 F 0,15 12-14 S 0,15
Martensita 431 0,20 15-17 1-2,5
Martensita 440 0,6 16-18
Ferrita 405 0,08 11,5-14 Al 0,2
Ferrita 409 0,08 11-12 Ti > 0,75
Ferrita 430 0,10 16-18
Ferrita 430 F 0,12 16-18 S 0,15
Ferrita 434 0,12 16-18 1-1,25
Austenita 301 0,15 16-18 6-8
Austenita 302 0,15 17-19 8-10
Austenita 302 HQ 0,08 17-19 9-11 Cu 3-4
Austenita 303 0,15 17-19 8-10 S 0,15
Austenita 304 0,08 18-20 8-10,5
Austenita 305 0,08 17-19 10,5-13
Austenita 316 0,08 16-18 10-14 2-3
Austenita 316 F 0,08 17-19 12-14 2-2,5 S 0,15
Austenita 384 0,08 15-17 17-19
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2.2. Tipos de corrosin de los aceros inoxidables y formas de combatirlos
Los tipos de corrosin que trataremos son :
- Generalizada- Por picaduras- Intergranular- Bajo tensiones
a.- Corrosin generalizada
El ataque se produce porque el medio es capaz de disolver la capa pasiva que protege al
metal.
En la tabla VII se incluye la influencia de los distintos elementos de aleacin,
estructuras, inclusiones y precipitados.
Tabla VII
Elementos de aleacinMedio
cido C Mn Si P S Cr Ni Mo Ti Nb Cu N
Reductor o/- - - o - - - - ++ + ++ + + ++ -
Neutro o o o - - ++ + o / - + + o o
Oxidante o/- o - - - - - + + - o/- o/- - -
Muy
oxidante
- - ++ - - - - - + - - - - - - -
Estructura PrecipitadosMedio
cido Martensit. Ferrtica Austenit. F+ A
Inclusiones
Carburos Fases
Intermed.
Reductor - - + ++ ++ - -/+ o
Neutro o ++ ++ ++ - O o
Oxidante - + ++ + - - - -
Muy
oxidante
- - - + - - - - - - -
++ Muy favorable + Favorable o Nula - Desfavorable -- Muy desfavorable
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Como puede observarse, el contenido en Cr, Mo y Cu, es muy favorable en los medios
cidos reductores y neutros, mientras que en los medios cidos oxidantes se consigue el
aumento de resistencia a la corrosin incrementando los contenidos de Cr y Ni, y en los
medios muy oxidantes nicamente la adicin de Si por encima del 2%, tiene un efecto
positivo.
En cuanto a las estructuras: la fase martenstica es prcticamente muy desfavorable en
todos los medios cidos, la austentica es la ms adecuada en todos los medios, mientras
que la ferrtica o dplex son apropiadas en medios cidos reductores o neutros. En
medios fuertemente oxidantes la nica fase con buen comportamiento es la austentica.
Hay que resaltar la influencia desfavorable en medios cidos de las inclusionesmetlicas y todos los tipos de precipitados.
b.- Corrosin por picaduras
La corrosin por picaduras de los aceros inoxidables aparece casi siempre en medios
muy poco agresivos desde el punto de vista de la corrosin generalizada, de modo que,
muy a menudo, la superficie del acero permanece inalterada y brillante en su mayor
parte, localizndose el ataque nicamente en los puntos de las picaduras. Los agentes
causantes de esta corrosin son : F-, Cl-, Br-, sulfuros y bisulfuros.
En la tabla VIII se indican los factores que influyen en este tipo de corrosin.
Tabla VIII
Factores propios del material
Elementos de aleacin
C Si Mn P S Cr Ni Mo Ti Nb N
+ - - - - - ++ + ++ + + ++
Estructura, inclusiones, precipitados
Estructura Inclusio
nes
Precipitados
Medio
alcalino
Marten. Ferrt. Austen. F+A Carburos Fases intermedias
pH < 6 - - o/+ o/+ o/+ - - -- / o - -
pH 6-8 - - + + + - - -- / o - -
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pH > 8 o ++ ++ ++ - - -
Estado de la superficie
Decapado +
Mecanizado - -
Chorreado -
Pulido ++
Factores propios del medio
Concentracin Cl -, F -, Br- - - Otras sales o
PH cido - - Neutro - Bsico +
Contenido en oxigeno -
Temperatura - -
Agitacin ++
Fig.3
c.-Corrosin intergranular
La corrosin intergranular provoca el desprendimiento de los granos y va progresando
hacia el interior del metal.Este tipo de corrosin puede tener diferentes orgenes:
- Precipitacin de carburos de Cr, Ti, Nb
- Precipitacin de fases intermetlicas
- Medios cidos fuertemente oxidantes
La precipitacin de carburos de cromo (Cr23 C5 ) se debe a que el contenido de carbono
est por encima de la solubilidad en el acero inoxidable y a que ste se ha mantenido enuna zona de temperaturas en las que puede producirse tal precipitacin
0
10
20
30
40
Valores
en %
304 316 317 329
Tipo de acero
Influencia del Cr y Mo en la
corrosin por picadura
Cr
Mo
Corrosin
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A consecuencia de tal precipitacin, se produce un empobrecimiento en cromo en las
zonas prximas a las juntas de grano; puede pasar del 18% al 8%, inferior al 12 %
lmite de inoxidabilidad. La zona de temperaturas de sensibilizacin est situada entre
500fl y 800fl, aunque es funcin del tiempo y del contenido en otros elementos (Ni, Mo).
La sensibilizacin trmica puede producirse a consecuencia de una operacin de
soldadura, un conformado en caliente, un destensionado trmico.
Se suele presentar en todos los medios cidos. Para evitarla en los medios cidos
reductores es necesario utilizar aceros inoxidables con un bajo contenido en carbono (1%, Si > 1%) tienden a precipitar fases intermedias FeCr o FeCrMo, en las juntas
de grano, cuando se mantienen en la zona de temperaturas entre 650 y 900fl, a
consecuencia de una soldadura, conformado en caliente, etc. El efecto es el de
empobrecimiento del contenido de Cr, que en medios reductores no es importante, pero
s en medios oxidantes y calientes.
Los medios extremadamente oxidantes ( ntrico >85%) y calientes (> 50-60fl) son muy
agresivos, aun sobre aceros de contenidos en carbono inferiores al 0,01%. La nica
solucin es aadir Si en una proporcin superior al 2%; este silicio protege la capa pasiva.
00,20,40,60,8
1
Cantidad
es
relativas
302
304
304L
Tipo de acero
Influencia del C en la corrosin
intergranular
C%
Corrosin
Fig.4
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En la tabla IX se resumen estos efectos:
Tabla IX
Elementos de aleacinMedio
cido C Mn Si P S Cr Ni Mo Ti Nb Cu N
Reductor - - + o - - - - ++ - + ++ ++ + -
Oxidante - - o/- o/- - - - - + + - - -/+ -/+ - +
Muy
oxidante
- - ++ - - - - - + - - - - - - -
Estructura Inclus
iones
PrecipitadosMedio
cido
Mart Ferr Aust. F+A Carburos Fases intermedias
Reductor - - + ++ o -- /++ o
Oxidante - - + ++ - - - - - - -
Muy
oxidante
- - - - + - - - - - - - -
d.- Corrosin bajo tensiones
Los medios ms peligrosos y frecuentes, entre los que provocan corrosin bajo
tensiones en los aceros austenticos son:
- Soluciones acuosas contaminadas con iones haluro, especialmente cloruros
- Soluciones fuertemente alcalinas- Medios contaminados con cidos politinicos- Soluciones conteniendo iones cloruro y sulfuro
El agrietamiento suele ser transgranular.
El nivel crtico de tensiones es bastante inferior al lmite elstico del acero a la
temperatura involucrada
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones24
En la tabla X se indica la influencia de los distintos contaminantes segn la
composicin del acero
Tabla X
Elementos de aleacinMedio
C Si Cr Ni Mo Ti Nb N
Cloruros o/- +/o + ++ + o/- o/- -
pH > 7 o/- o + ++ + o o -
Politinicos - - o + + + + + -
En la tabla XI se indica la influencia de otros factores.
Tabla XI
Factores Cloruros Soluciones alcalinas cidos politinicos
Estructura
Martenstica - - o/ - - -
Ferrtica ++ +/- +/-
Austentica - - / + - / + ++
F+A ++ - / + +
Tensiones
Traccin/Flexin - - - - - -
Compresin ++ ++ ++
Estado de la superficie
Decapado + + +
Mecanizado - - - - - -Pulido mecnico - - - - - -
Pulido electroltico +/- +/- +/-
Chorreado ++ ++ ++
Tratamientos trmicos
Solubilizacin ++ ++ ++
Eliminacion tensiones ++ ++ ++
Endurecimiento - - - - - -
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Aceros inoxidables 25
2.3. Resistencia de los distintos aceros inoxidables frente a los
diferentes medios agresivos
a.- Corrosin atmosfrica
El concepto de acero inoxidable parece indicar que estos materiales resisten la corrosin
en cualquier medio agresivo. En la prctica no es as, pues incluso en el aire ciertos
tipos de inoxidables pueden corroerse, picarse e, incluso, agrietarse.
Los aceros inoxidables del tipo AISI 410 y similares tienen buena resistencia a la
corrosin en atmsferas rurales. En los ambientes urbanos contaminados pueden
empezar a deteriorarse. En medios industriales fuertemente contaminados y en
atmsferas marinas son netamente insuficientes, pudiendo llegar a agrietarse bajo
tensiones o a romperse por fatiga.
Los aceros ferrticos corrientes con un 17% de cromo presentan una resistencia a la
corrosin atmosfrica muy superior, pero pueden picarse en atmsferas fuertemente
contaminadas o en ambientes marinos.
Los aceros ferrticos especiales de los tipos Cr18/Mo2 y Cr26Ni4/Mo4 presentan un
comportamiento excelente frente a casi todos los ambientes. El Cr 18/Mo2 es vulnerable
en ambientes sulfurosos.
Todos los aceros austenticos y dplex resisten perfectamente frente a la corrosin
atmosfrica, con la nica excepcin de los aceros sin Mo, del tipo Cr18/Ni 8,en las
atmsferas fuertemente contaminadas o en los ambientes marinos.
En estas atmsferas ms agresivas son suficientes los aceros austenticos Cr 17 /Ni 12 /
Mo. Aunque con la contaminacin sulfurosa o clorhdrica en medio cido es necesario
aumentar el contenido de Cr y Mo.
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones26
b.- Corrosin por aguas
b.1.- Agua dulce
- Corrosin por picaduras
Tiene por causa la presencia de iones haluro (principalmente cloruros) y/o sulfuro, pH
neutro o cido, acentundose con la temperatura.
Para evitarla hay que incrementar los contenidos de Cr, Mo y/o N. Son aconsejables los
aceros AISI 316 L (austenticos C 0,03/ Cr 16-18/ Ni 10-14/Mo 2-3), (austenticos Cr
20/ Ni15/Mo/Cu), (dplex Cr22/Ni 15/Mo/N).
- Corrosin bajo tensiones
Tiene por causa la presencia de iones haluro (principalmente cloruros), sulfuros, cidos
politinicos, pH neutro o cido, temperaturas superiores a 55-60 .
Para aguas poco contaminadas se pueden utilizar aceros AISI 430; para aguas con
mayor agresividad y mayor temperatura, los aceros austenticos Cr20/Ni25/Mo/Cu y
Cr27/Ni31/Mo/Cu.
b.2.- Agua de mar y aguas muy salobres
La corrosin ms importante es por picaduras, de manera que no se trata de la corrosin
bajo tensiones, porque el material se perfora mucho antes de que se agriete.
Los aceros menos aleados (tipo AISI 304) se perforan rpidamente aun a temperatura
ambiental. Los aceros aleados con Mo(tipo AISI 316), pueden utilizarse a temperaturas
inferiores a 25-30, el agua debe circular con buena velocidad ( > 1-2 m/s); hay que
vigilar la formacin de depsitos e incrustaciones.
Los aceros con contenidos altos de Cr, Mo y/o N pueden resolver el problema, incluso
con temperaturas de 80-100 ( dplex Cr25/Ni 7/Mo 4/ N, austenticos Cr/27/Ni/ 31/Mo
3,5/Cu, Cr20/Ni18/Mo6,1/N )
Un buen pulido o un decapado fino del material mejora los resultados.
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Aceros inoxidables 27
Cuanta mayor es la velocidad de circulacin del fluido, tanto ms favorable es para
todos los aceros inoxidables, incluso para los ms aleados.
Influencia composicin
0
5
10
15
20
25
Acero 1 Acero 2 Acero 3
Cr
Mo
Ni
mm pic.
Tipo de acero
Fig.5
c.- Medios cidos
c.1.- cido sulfrico
Tipo de corrosin generalizada, intergranular.
El comportamiento es muy pobre para la mayora de aceros inoxidables, ya que la capa
pasiva no resiste los medios reductores. El Ni dismuye la corrosin, pero el Cr la
aumenta. Deben descartarse todos los aceros martensticos, as como los ferrticos, los
aceros austenticos pueden utilizarse, incrementando su contenido en Cr y Mo y
adicionndoles Cu, el acero Cr27/Ni31/Mo/Cu permite trabajar hasta temperaturas de
50-60 con concentraciones de cido inferiores al 70%.
Ahora bien, al considerar la agresividad de las soluciones sulfricas, debe tenerse en
cuenta el efecto inhibidor que tienen algunos elementos o compuestos: oxgeno,
oxidantes, cido ntrico, cobre, sulfatos, compuestos orgnicos, etc. En cambio, los
compuestos reductores aceleran la corrosin (iones sulfurosos).
Influencia Cromo
0
20
40
60
5 10 20 30
% Cr
Prdidadepeso
m
g/dm2
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones28
Fig 6
c.2.- cido fosfrico
Tipo de corrosin generalizada, intergranular.
Como en el caso del cido sulfrico, los elementos de aleacin ms positivos son el Cr,
Mo y Cu, siendo en este caso mucho ms favorable el Cr que el Cu.
La presencia de iones cloruro, fluoruro y cido sulfrico aceleran la corrosin, mientras
que la presencia de slice y sales de aluminio la inhiben.
El material con mayor campo de utilizacin es el acero Cr27/Ni31/Mo3,5/Cu.
Para problemas de corrosin-erosin, debido a los arrastres de partculas slidas, se
suelen utilizar dplex (F+A) del tipo Cr22/Ni5/Mo/N o Cr25/Ni7/Mo/N, ya que tienen
mejor resistencia mecnica.
c.3.- cido ntrico
Tipo de corrosin: generalizada, intergranular
El acero ferrtico AISI 430 (17% Cr) puede utilizarse en soluciones moderadamente
concentradas (40-50%) y a temperaturas menores de 70-80. A mayores
concentraciones y temperaturas se necesitan aceros austenticos 18/8 con contenidos
bajos de carbono (< 0.02%) ( 304L), o mejor, con aceros tipo Cr25/Ni20.
Con bajos contenidos de C, Si, S, P.
Deben evitarse cualquier tipo de precipitaciones.
En cido ntrico muy concentrado (> 85%) y a temperaturas superiores a los 40-50, o
en soluciones ntricas con agentes fuertemente oxidantes (cromatos), deben utilizarse
aceros especiales con Si (Cr18/Ni14/Si4).
Influencia Ni
0
0,5
1
1,5
2
2,5
5 10 20 30
% Ni
prdidapesogr/dm2
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Aceros inoxidables 29
Fig.7
c.4.- cido clorhdrico
Corrosin generalizada o por picaduras.
Ninguno de los aceros indicados presenta buen comportamiento en este medio, pero si
se aumenta el contenido de Cr y Mo de un acero austentico se consigue un mejor
comportamiento (Cr27/Ni31/Mo/Cu).
Fig.8
c.5.-cidos orgnicos
Tipo de corrosin: generalizada, intergranular.
Temp de pic.en NaCl 1N
0
20
40
60
80
100
Tipos de acero
TemperaturasC
17Cr-12Ni-
2,5Mo
20Cr-25Ni-
4,5Mo
20C-18Ni-
6,1Mo
Corrosin cido ntricoebullicin
0
50
100
150
50 65
Concentracin cido
ntrico %
Velocidad
corrosin
mg/dm2/dia C
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Diseo de equipos e instalaciones30
En general el comportamiento es mejor que en los cidos inorgnicos, pero cidos como
el frmico y el actico pueden presentar problemas. Hay que utilizar aceros con bajo
contenido en carbono (304L,316L) o estabilizar con Ti o Nb (AISI 321,347).
Fig. 9
d.- Medios alcalinos
La agresividad es mucho menor que en los medios cidos, las soluciones ms agresivas
son las de NaOH o KOH. Aceros austenticos tipo AISI 304 pueden evitar la corrosin
generalizada, aunque estos aceros pueden agrietarse bajo tensiones en concentraciones
mayores de 50% y temperaturas de 100. La calidad Cr27/Ni31/Mo3,5/Cu presenta
buenos resultados en aquellas condiciones extremas.
e.- Soluciones salinas
Las soluciones salinas ms agresivas para los aceros inoxidables son: hipoclorito,
clorito, cloruros y sulfuros. Dentro de los cloruros presentan ms agresividad las
soluciones cidas. Se pueden utilizar AISI 317L, Cr20/Ni25/Mo/Cu.
Las soluciones de sulfatos son poco agresivas en medios neutro o alcalino. Pueden
utilizarse AISI 304L, Cr22/Ni4/N.
Las soluciones de otras sales: nitratos, fosfatos, carbonatos y cromatos, no acostumbran
a provocar problemas de corrosin en estos materiales.
En la tabla XII, indicamos los aceros ms utilizados en la industria qumica.
Curvas isocorrosin 0,1mm/ao en
cido frmico
0
50
100
150
10
20
60
80
100
Concentracin cido
frmico %
T
emperaturas
18Cr-8Ni
17Cr-12Ni-
2,5Mo
20Cr-25Ni-
4,5Mo-1,5Cu
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Aceros inoxidables 31
Tabla XII
Tipo Composicin nominal %Estructura AplicacionAISI C mx Cr Ni Mo Otros
F+M Medios poco
agresivos
410 0,15 12,5
Ferrita Cor.
Tensiones
430 0,12 16-18
Austenita Medios
moderados
304 0,08 18-20 8-12,5
Austenita Corr.intergr. 304L 0,03 18-20 8-12
Austenita C.interg y
tensiones
321 0,08 17-19 9-12 Ti 5x C
Austenita Acid.red. y
polit.
347 0,08 17-19 9-13 Nb 10 x C
Austenita C.gener. y
picaduras
316 0,08 16-18 10-14 2-3
Austenita C.interg. y
picaduras
316L 0,03 16-18 10-14 2-3
Austenita C.gen. ypicaduras
317L 0,03 18-20 11-15 3-4
Austenita C.interg. y
tensiones
316 Ti 0,08 16-18 10-14 2-3 Ti 5x C
Austenita C.interg. y
tensiones
318 0,08 17-19 13-15 2-3 Nb 10 x C
F+A C.general, no
interg.
329 0,10 23-28 2,5-5 1-2
En la tabla XIII indicamos algunos aceros inoxidables para casos especiales de
corrosin en la industria qumica.
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones32
Tabla XIII
Composicin nominal %Estructura Aplicacin TipoC mx Cr Ni Mo Otros
F+A C.ten,pic,int
ergranular
23/4/N 0,030 23 4 N 0,10
F+A Mejora ant. 18/5/Mo/N 0,030 18 4,7 2,7 N 0,17
F+A Ant+C
fatiga
22/5/Mo/N 0,030 22 5,5 3 N 0,14
F+A Ant+agua
mar
25/7/Mo/N 0,030 25 7 4 N 0,25
A Medios
c.red.
20/25/Mo/C
u
0,020 20 25 4,5 Cu 1,5
A Medios
muy
severos
20/18/Mo/N 0,030 20 18 6,1 N 0,20
A Medios
cidos
27/31/Mo/C
u
0,020 27 31 3,5 Cu 1
A Acid.oxid. 25/20 0,020 25 20
A Acid.oxid. 25/22Mo/N 0,020 25 22 2,2 N 0,12A Mejor
res.mecn.
que 304L
304LN 0,030 18 8,5 N 0,18
A Mejor
res.mecn.
que 316L
316LN 0,030 18 9 2,7 N 0,18
A C.interg.
medios ox.
18/14/Si 0,020 18 14 Si 4
F C.general
no interg.
18/2 0,020 18 2,2 Ti
F 26/1 0,010 26 1
F
C.general,
frgil y
poco solda.
26/4/4 0,020 25 4 4 Ti
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Otros metales 33
3. Otros metales
3.1. Aluminio y sus aleaciones
El aluminio, de acuerdo con su potencial electroqumico (-1,66V), tiene gran tendencia
a oxidarse. Cuando el metal se expone al aire, se forma inmediatamente una capa de
xido (Al2O3) muy estable, que acta como pasivante y evita que prosiga la corrosin.
En medio acuoso el aluminio se pasiva entre pH de 4 a 8,5; a pH menores de 4 o
superiores a 8,5 se corroe en forma de AlO2- y Al+3. De todas formas cuando el aluminio
est en su estado pasivo puede presentar corrosin por picadura, debido al ataque
localizado por los aniones del medio.
Fig.10
Las aleaciones de aluminio presentan mejores propiedades para aplicaciones concretas,
pero en cuanto a la corrosin son en general ms vulnerables que el aluminio puro. La
corrosin de las aleaciones depende de su composicin, microestructura y tratamiento
trmico. En los tratamientos trmicos se forman fases adicionales que generalmente son
Corrosin Al en funcin pH
0
20
40
60
pH 3 pH 4 pH8.5
pH 9
pH
V
elocidad
corrosin
V.corros
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones34
compuestos intermetlicos. En la tabla XIV se adjuntan algunos valores de los
potenciales electroqumicos de disoluciones slidas y de fases intermetlicas halladas
frecuentemente en las aleaciones de aluminio.
Tabla XIV
Aleacin Potencial en V.
Aluminios forjados no tratados trmicamente
1060 -0,84
3004 -0,84
5050 -0,84
7072 -0,96
Aluminios forjados tratados trmicamente
2014 (T4) -0,69
6009 (T4) -0,80
6351 (T5) -0,83
7005 (T6) -0,94
7075 (T6) -0,83
Aluminios de moldeo
295.0 (T4) -0,70
296.0 (T4) -0,71
355.0 (T6) -0,79
356.0 (T6) -0,82
520.0 (T4) -0,89
Otros metales
Mg -1,73
Zn -1,10
Cu -0,20
Cr Entre 0,40 y + 0,18
Acero inoxidable (430) -0,09
Sn -0,49
Fases segregadas en las aleaciones de aluminio
Si -0,26
Al3Ni -0,52
Al3Fe -0,56
Al2Cu -0,73
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Otros metales 35
(T4) Tratamiento de disolucin y envejecimiento natural
(T5) Enfriamiento desde temperaturas elevadas y envejecimiento artificial
(T6) Tratamiento trmico de disolucin y envejecimiento artificial
En presencia de oxgeno disuelto, los principales iones que causan la corrosin del
aluminio y sus aleaciones son los haluros; en ausencia de oxgeno no es normal que se
produzca la corrosin. En la tabla XV se adjuntan los potenciales de picadura de
aluminio a temperatura de 25 en presencia de haluros.
Tabla XV
Aleacin Electrolito Potencial
Al 99,99% 0,1 M NaCl -0,64
0,5 M NaCl -0,74
1,0 M NaCl -0,72
0,1 M NaBr -0,53
0,1 M NaClO4 -0,24
1,0 M KBr -0,59
1,0 M KI -0,44
Al 99,4% (0,1% Cu ; 0,48% Fe) 0,1 M NaCl -0,65
Al (1,3% Mn) 0,1 M NaCl -0,69
Al (2,4% Mn)(0,16%Fe) 0,1 M NaCl -0,68
Aleaciones Al-Cu
Las aleaciones con Cu son menos resistentes a la corrosin que muchas otras, debido a
que el Cu, despus de cierto tiempo de corrosin, se va disolviendo y redepositando
sobre el material, constituyendo pequeas partculas catdicas que actan como centros
de corrosin.
Aleaciones Al-Si
En ellas se encuentra silicio elemental como fase adicional, la cual es catdica con
respecto a la disolucin slida. Sin embargo, la densidad de corriente de corrosin es
muy pequea y, por tanto, el efecto del silicio sobre la corrosin es despreciable.
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones36
Aleaciones Al-Mg
Presentan gran resistencia a la corrosin, incluso frente al agua de mar; se aplican en las
industria qumica de procesos y en la industria alimentaria. El Mg debe estar en
disolucin slida o en pequeos precipitados dispersados homogneamente; si se halla
concentrado en los lmites del grano, el Mg reacciona con el hidrgeno, forma hidruros
y se rompe por fragilidad por hidrgeno. Deben realizarse tratamientos trmicos
adecuados para que su dispersin sea homognea.
Aleaciones de Al-Mg-Si
Tienen la posibilidad de endurecimiento por tratamiento trmico y una moderada
resistencia a la corrosin. Se aplican en construccin, maquinaria, etc.
Aleaciones de Al-Zn-Mg
Son las aleaciones ms andicas (por su contenido en Zn), susceptibles de corrosin
bajo tensiones; agregando Cu se pude mejorar algo la resistencia a la corrosin bajo
tensiones y permite obtener la mxima dureza
Aleaciones de Al-Mn
Tienen una gran resistencia a la corrosin. El Mn se halla en disolucin slida y
formando precipitados de una amplia gama de tamaos.
3.2. Nquel y sus aleaciones
El Ni, cuando est exento de carbono, puede llegar a resistir atmsferas oxidantes de
hasta 1100. Se suele utilizar aleado. En la tabla XVI se indican una serie de aleaciones
comerciales.
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Otros metales 37
Tabla XVI
Ni Mo Cr W Fe Si Mn C Co Otros
Monnel400
66 1,4 0,2 0,9 0,12 Cu 31,5
Inconel
600
76 16 7,2 0,2 0,2 0,04
Hastelloy
B
61 26-30 < 1 4-7
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Diseo de equipos e instalaciones38
Aleaciones Ni-Cr
El Cr mejora la resistencia a la corrosin a elevadas temperaturas (1150) y frente a los
cidos: ntrico, crmico o fosfrico. El intervalo normal es de un 15-30% de Cr.
La aleacin 16% Cr, 7% Fe, 76% Ni no resiste tanto al oxidacin como la Ni-20% Cr,
pero tiene excelentes propiedades fsicas, se suelda con facilidad y se puede emplear
expuesta al aire hasta 1100. Las unidades de calentamiento de algunas estufas se
fabrican con tubo de esta aleacin; tambin se utiliza en la construccin de hornos para
cementar o nitrurar.
El Ni no tiene suficiente resistencia para atmsferas que contienen azufre por encima de315, en tales casos es necesario utilizar aleaciones frreas con un contenido alto de Cr y
bajo de Ni.
Aleaciones Ni-Mo
El Mo aumenta la resistencia a la corrosin de cidos no oxidantes, incluso a elevadas
temperaturas, reduciendo el riesgo de la corrosin por picaduras y grietas.
Con un 28% de Mo resisten los cidos clorhdrico, fosfrico, fluorhdrico y sulfrico en
concentraciones de hasta el 60%.
Las aleaciones Ni con Mo y Cr, dan buen resultado en medios oxidantes y reductores,
resisten los iones cloruro (atmsferas marinas), pero para el HCl son mejores las de Cr-
Ni
Res.Corr. Aleac. Ni-28%Mo
0
20
40
60
80
10 20 30 40
% HCl
Prdidaespesor
dm/ao Temp amb
75
Ebullic.
Fig.11
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Otros metales 39
Aleaciones Ni-Si
El Si mejora la resistencia a la corrosin a elevadas temperaturas al formar una pelcula
superficial de SiO2, pero debe controlarse su presencia en aleaciones que contienen Fe,
Co, Mo y W, por su capacidad de estabilizar los carburos y facilitar la aparicin de fases
intermetlicas. Resisten el cido sulfrico y cidos orgnicos, pero no resiten el cido
ntrico y clorhdrico a temperaturas elevadas.
Aleaciones Ni-Co
El Co es el principal elemento para aquellos componentes y piezas que deben resistir la
corrosin acuosa, mejorando las condiciones de servicio a elevadas temperaturas.
Aleaciones Ni-Nb/Ta
El niobio y el tntalo previenen la precipitacin de carburos en los lmites de grano,
reducen la tendencia de las aleaciones de nquel a agrietarse en las uniones soldadas.
3.3. Titanio y sus aleaciones
El titanio es un metal que, como el aluminio y el acero inoxidable, se pasiva y resiste la
corrosin ambiental. La resistencia a la corrosin del titanio es notable en medios que
contengan iones cloruros o hipocloritos.
Resiste mejor al HNO3 a temperaturas elevadas que los aceros inoxidables.
El titanio no resiste HCl o H2SO4, salvo cuando estn inhibidos por iones frricos o
cpricos, o cuando est aleado con Pt o Pd.
No resiste lcalis concentrados y calientes.
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Diseo de equipos e instalaciones40
Fig.12
El material se usa en difusores para la industria del papel, electrodos, condensadores
para la liquefaccin de gas natural. Intercambiadores de calor. Almacenamiento de
residuos nucleares.
Resiste hasta temperaturas de 400-500.
Es econmico por su gran resistencia a la corrosin a elevadas temperaturas. Aunque suprecio es elevado, su densidad es aproximadamente la mitad que el acero o aleaciones
de nquel.
El titanio grado 12 ASTM tiene ventajas comercialmente en medios reductores, frente al
titanio puro.
Tiene una gran resistencia a la erosin y cavitacin, por lo tanto es ideal para bombas e
intercambiadores de calor donde el fluido circula a gran velocidad. No sufre la corrosin
localizada (picadura).
Es efectivo ante la corrosin frente a compuestos orgnicos.
Sin embargo, no es recomendable frente a cido HF o cloro seco (menos de 0.5% de
agua).
Comercialmente, el titanio puro y la mayora de sus aleaciones pueden soldarse con
buenos resultados, aunque es conveniente soldarlo en medios inertes.
A continuacin se indica en la tabla XVII la resistencia a la corrosin de diferentes
aleaciones.
Crecimiento xido
0
50
100
150
0 20 60 120
Tiempo minutos
Espesormm 700
600
500
400
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Otros metales 41
Tabla XVII
Composicin Tipo de
aleacin
Resistencia a la
traccin ksi
Usos ASTM
gradosTi (gran pureza) alfa 25 Alta res.corrosin 1
Ti (ms oxgeno) alfa 40 Alta res.corrosin 2
Ti (ms oxigeno) alfa 55 Alta res.corrosin 3
Ti (ms oxigeno y Fe) alfa 70 Alta res.corrosin 4
Ti-6Al-4V Alfa-beta 120 Ejes,hojas,discos, etc 5
Ti-O.15Pd alfa 40 Res.cor. medios
reductores
7
Ti-0.3Mo-0.8Ni alfa 50 Res.cor. medios
reductores
12
Ti-5Al-2.5Sn alfa 115 Usos que requieren
soldadura y altares.traccin elev.temp.
Fig.13
Titanio no aleado
0
5
10
15
20
90 149 204 260 316
Temperaturas C
pH
linea 1
linea 2
Corrosin
Inmun.
Ataque H 2
Aleacin Ti-Mo-Ni
0
5
10
15
20
90 149 204 260 316
Temperaturas C
pH
Linea 1
Linea 2
Ataque H 2
Inmunidad
Corrosin
Aleacin Ti-Pd
0
5
10
15
20
90 149 204 260 600
Temperatura C
ph
Linea 1
Linea 2
Ataque H2
Inmunidad
Corrosin
Los autores, 2002; Edicions UPC, 2002.
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Diseo de equipos e instalaciones42
3.4. Metales refractarios
Se designan como refractarios una serie de metales ( tungsteno, molibdeno, tntalo,
circonio, niobio,) de elevado punto de fusin que resisten en condiciones reductoras
elevadas temperaturas.
El tungsteno, en condiciones oxidantes, forma una capa superficial de WO3; este
fenmeno corrosivo sigue una ley parablica desde 700 hasta los 1000. Es un
componente de las mquinas de alto vaco, as como de elementos de calentamiento de
reactores y naves espaciales.
El molibdeno resiste la corrosin porque se pasiva formando MoO3, pero empieza a
sublimar a partir de los 500. El recubrimiento con silicio protege al molibdeno contra la
oxidacin hasta temperaturas de 1600. Es particularmente resistente a los cidos
minerales no oxidantes.
Es resistente al CO2, hidrgeno, amonaco y nitrgeno hasta 1100, y a atmsferas
reductoras conteniendo sulfhdrico.
El molibdeno tiene una excelente resistencia a la corrosin a vapores de yodo, bromo o
cloro a elevadas temperaturas.
El tntalo se pasiva formando una capa de Ta2O5, que no es voltil por debajo de los
1370. La industria qumica lo utiliza para la fabricacin de contenedores, tuberas,
alambiques, agitadores, paletas de turbinas de vapor, toberas, vlvulas, cambiadores de
calor, etc. A veces no es necesario que todo el aparato sea de tntalo, es suficiente que
recubra el acero. Resiste los cidos clorhdrico, sulfrico, ntrico, crmico y fosfrico a
elevadas temperaturas. No resiste los lcalis (NaOH 5% a 100), ni el oxgeno,
nitrgeno e hidrgeno a elevadas temperaturas.
El tntalo se suele usar conjuntamente con el tejido de vidrio en recubrimientos.
El circonio tiene una resistencia a la corrosin superior a la del titanio y semejante a la
del tntalo. Resiste la accin de los cidos clorhdrico y ntrico y la de las bases a todas
las concentraciones y temperaturas. Pequeas adiciones de Fe, Ni y estao aumentan su
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Otros metales 43
resistencia a la corrosin a elevadas temperaturas. La buena resistencia del Zr al agua
caliente desaireada y vapor es de especial inters en las aplicaciones de energa nuclear.
No resiste al oxgeno, nitrgeno e hidrgeno a elevadas temperaturas.
El circonio resiste la corrosin de todo tipo de aguas naturales, incluso cuando circulan
a gran velocidad. Tiene un excelente comportamiento por encima de 400 frente al aire,
vapor, CO2, SO2, nitrgeno y oxgeno e incluso es muy resistente a los cidos y bases
fuertes. Esta alta resistencia proviene de la formacin de un xido tenaz y estable que se
forma en la superficie al ser expuesto al aire.
A continuacin exponemos la resistencia a la corrosin del circonio en algunos medioscorrosivos.
a .- cido sulfrico
El circonio se considera uno de los materiales ms econmicos para recipientes que
contengan sulfrico en las conflictivas concentraciones de 40-60% en peso.
En el proceso de fabricacin del rayn viscosa se puede utilizar en los intercambiadores
de calor y serpentines de calentamiento con vapor, de tanques conteniendo: cido
sulfrico, sulfato de cinc, sulfato sdico, y pequeas cantidades de sulfhdrico y
disulfuro de carbono.
Tambin se utiliza en la fabricacin de perxido de hidrgeno, en contacto con sulfrico
caliente en concentraciones del 80%. En este caso se forma una capa protectora negra
sobre la superficie.
Fig.14
Resistencia a la corrosin en
sulfrico
0
100
200
300
20 40 60 80
concentracin sulfrico %
peso
temperaturas
5 mpy
20 mpy
200 mpy
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b.- cido clorhdrico y otros cidos inorgnicos
El circonio es uno de los pocos metales que resiste la corrosin del cido clorhdrico en
todas las concentraciones.
La velocidad de corrosin del circonio frente al cido ntrico concentrado y a
temperaturas por encima de los 250 es despreciable.
Tiene una alta resistencia a la corrosin frente a soluciones de cido fosfrico del 50% a
temperaturas de ebullicin.
Fig.15
c.- Soluciones alcalinas
El circonio resiste el ataque de soluciones alcalinas, puede compararse con la resistencia
del nquel frente a soluciones de hidrxido sdico y, en presencia de impurezas (cloro
gas o amonaco), supera al nquel.
Una de las principales aplicaciones del circonio es en procesos donde se alterna el
contacto con cidos fuertes y lcalis fuertes.
Resistencia a la corrosin en
clorhdrico
0
200
400
600
20 30 40
Concentracin clorhdrico
% peso
T
emperatura
5 mpy
20 mpy
200 mpy
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Otros metales 45
d.- Soluciones salinas
La tabla XVIII muestra la excelente resistencia al ataque de la mayora de soluciones
salinas.
Tabla XVIII
Ambiente Concentracin % en
peso
Temperatura C Velocidad corrosin
mpy
Al Cl3 5,10,25 35-100 < 0.2
NH4Cl 1,10,sat 35-100 < 0.2
Ba Cl2 5,20 35-100 < 0.07
CaCl2 5,10,25 35-100 < 0.03
CuCl2 5,10,20 35-100 > 50
FeCl3 5,10,20 35-100 > 50
MgCl2 5,20,42 35-ebullicin < 0.1
MnCl2 5,20 35-100 < 0.09
HgCl2 1,5,10,sat 35-100 < 0.07
NiCl2 5,20 35-100 < 0.1
KCl sat 60 0.009
KF 0.5 molar ebullicin < 0.2
NaCl 3,sat 35-ebullicin < 0.03
SnCl4 5,24 35-100 < 0.1
ZnCl2 6,20 35-ebullicin < 0.08
e.- Soluciones orgnicas
El circonio resiste la mayora de ambientes orgnicos.
En la tabla XIX se adjuntan algunos ejemplos.
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Diseo de equipos e instalaciones46
Tabla XIX
Ambiente Concentracin % enpeso
Temperatura C Velocidad decorrosin mpy
cido actico 5-99,5 35-ebullicin < 0.07
Anhdrido actico 99,5 ebullicin 0.03
Hidrocloruro de anilina 5,20 35-100 < 0.01
cido cloroactico 100 ebullicin < 0.01
cido ctrico 10-50 35-100 < 0.2
cido dicloroactico 100 ebullicin < 20
cido frmico 10-90 35-ebullicin < 0.2
cido lctico 10-85 35-ebullicin < 0.1
cido oxlico 0.5-25 35-100 < 0.5
cido tartrico 10-50 35-100 < 0.05
cido tnico 25 35-100 50
Reactor de urea 58% urea,17%
amonaco,15% CO2,10%
H2O
193 < 0.1
f.- Consideraciones econmicas
El circonio es considerado un material caro, pero puede competir con muchos, como
puede observarse en la tabla XX.
Tabla XX
Aleacin Precioo relativo/ unidad peso Precio relativo/ unidad volumen
Circonio 1 1
Titanio 0.7 0.5
Hastelloy B-2 1.1 1.4
Hastelloy C-276 1 1.2
Tntalo 20 50
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Otros metales 47
Aleaciones de metales refractarios
El KBI-40 (60% de tantalo - 40% columbio), tiene una resistencia a la corrosin
intermedia entre los dos metales; su costo es menor que el tntalo, ya que su densidad es
un 25% inferior. Por ejemplo, sustituye al tntalo en soluciones a ebullicin de cido
sulfrico 10-30%.
Otras aleaciones de tntalo se utilizan por su resistencia a la traccin, por ejemplo la
adicin de 10% de tungsteno (Ta-10W, Ta-7.5W) u otros metales refractarios (Ta-8W-
2Hf); esta ltima es particularmente interesante por su resistencia a la corrosin de los
metales lquidos.Las aleaciones de tungsteno - molibdeno (W-30Mo) mejoran la mecanizacin.
A continuacin se indica en una tabla XXI el uso de los metales refractarios contra la
corrosin frente a otras aleaciones ms comunes.
Tabla XXI
Reactivo Tantalo Columb. Circonio Titanio Hastelloy
C-276NiCr.Mo
Hastelloy
B-2Ni-Mo
Monnel
400Ni-Cu
Acero
inox. 316
Actico50% eb.
S S S S S S SV S
Cloruro
aluminio
5%
S S S S S SV
Cloruro
amnico
50% eb.
S S S S SV S
Sulfato
amnico
sat.eb.
S V S SV S
Bromo
seco
S S X S X
Bromo
hmedo
S S S X X X
Sosa
custica
X X S S S S
Cloro
seco 25
S S V X S S S X
Cloro
hmedo
25
S S X S S X X
L o s a u t o r e s , 2 0 0 2 ; E d i c i o n s U P C ,
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Diseo de equipos e instalaciones48
Cloro
hmedo
100
S S X S X X X X
Acido
clorosulf
nico 10%
S S S SV X
Baos de
cromado
S X SV
Cloruro
frrico
5%
S S X S S X X
Fluor S S V SV
HCl 38 S V S X S S X
Perxido
hidrgeno
25
S V S S S S S
Ntrico
5% 25
S S S S S V SV S
Ntrico c.
Eb.
S S S S X X V
KCN S S S SV S
NaCl sat
eb.
S S S S S S
NaOCl
5% 25
X V V S X X S
SO2
hmedo
25
S S S S X X S
Sulfrico
5% 25
S S S V S S SV V
Sulfrico
50% eb
S X S X X S X X
S resistente V ataque suave X no satisfactorio
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Materiales plsticos 49
4. Materiales plsticos
4.1. Diseo de materiales composites para ambientes corrosivos
Estos materiales consisten en polmeros termoestables, generalmente polisteres,
reforzados con fibra de vidrio u otras fibras.
Las resinas ms utilizadas son: isoftlicas, polisteres insaturados halogenados, bisfenol
A fumarato, furano y steres vinlicos. En la tabla XXII se dan sus propiedades y en la
XXIII sus aplicaciones en corrosin.
Tabla XXII
Resistencia
a la
corrosin
Isoftlic
as
Polisteres
insaturados
halogenados
Bisfenol A
fumaratos
Orto
ftli
cas
Furano Vinil
steres
Aceros al
carbono
Aceros
inoxid
ables
cidos B A A C A B C B
lcalis B C A C A A B B
Perxidos C A B C C B C CHipoclorito C A B C C B C C
Disolvente B B B C A B A A
Ret.llama C A C C B C A A
Res.mecn. A A A B A A A A
Aisl.Trm. A A A A A A C C
A= Alta B= Moderada C= Baja
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Diseo de equipos e instalaciones50
Tabla XXIII
Equipos Ambiente corrosivo Tipo de resina
Refrigerantes Calderas hasta 80 C
Chimeneas Gas de chimenea a 180 C
Gases entre 150 -180 C
Gases inertes cidos 50-60 C
Scrubbers
Carbonatos a temp > 170 C
Tanques de circulacin y tuberas Fluidos cidos a temp > 80 C
Ventiladores Gases a 180 C
Precipitadores electrostticos Vapores de H2S y SO2 a 138-180 C
Unidades de desulfuracin H2S,SO2 y monoetanol amina a 132 FConductos de fusin Cu,Pb,Zn a 138 C
Conductos de incineradores Productos qumicos a 300 C
Condensadores de nieblas cido sulfuroso a 180 C
Tuberas de gas (flujo continuo) Temperaturas de 150 C,B
C= Polisteres insaturados clorados B= bisfenol F= furnicas
La resistencia qumica de estas resinas viene muy influenciada por el procedimiento decurado. Tericamente el curado debe completarse a temperatura ambiente, pero
generalmente slo se logra un 95% de entrecruzamientos y se necesita actuar a
temperaturas elevadas. El grado de curado puede ser determinado por varios mtodos, el
ms sencillo es la determinacin de la dureza Barcol. Se acepta una dureza Barcol de 90
para poder estar seguros de que el curado ha sido completo.
Los equipos de la industria qumica deben ser construidos con una resina pura y un mat
de una fibra resistente a los agentes qumicos, que proporciona la resistencia mecnica.
La resina es la que protege a la fibra de los ataques qumicos por efecto barrera, se suele
trabajar con espesores de 3 mm, obtenidos con varias capas tipo sandwich (resina, mat,
resina, mat,...).Los espesores son importantes para la resistencia total, trabajando con
los mismos materiales y ambientes agresivos.
La evaluacin de la calidad se realiza viendo la variacin de las propiedades mecnicas
con el tiempo, aunque depende del tipo de aplicacin y de cuestiones econmicas.
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Materiales plsticos 51
De todas formas es difcil correlacionar estas variaciones de propiedades mecnicas con
la degradacin del material. Debe mirarse la variacin de varias propiedades mecnicas
y decidirse por aquel material que mantiene el mayor nmero de caractersticas despus
de ser sometido a un ambiente determinado durante un cierto tiempo. Tambin es muy
interesante para muchas aplicaciones evaluar la resistencia a elevadas temperaturas, la
tabla XXIV nos muestra algunos ejemplos.
Tabla XXIV
Fibra Isoftlicas Vinil ester Bisfenol A
fumarato
Esteres insaturados
clorados
Con 65% fibra de
vidrio
135 120 150 180
Sin fibra de
reforzamiento
95 100 132 150
En general hay que tener muy en cuenta las condiciones de trabajo:
- Tipo de productos qumicos- Concentraciones mximas y mnimas- Rango de pH- Mximo y mnimo de temperaturas- Si se requiere resistencia a la abrasin o agitacin- Requerimientos de aislamiento trmico- Retardancia al fuego
Para realizar las pruebas, se sumerge el estratificado en el ambiente agresivo en las
condiciones de trabajo, uno, dos o tres meses y se ensaya su resistencia a la flexin,
mdulo elstico, dureza Barcol y examen visual al microscopio. El test se completa en
tres meses, pero a veces es conveniente alargarlo a 6 o 12 meses. Se puede medir
variaciones de espesor, peso, color; la prdida de propiedades mecnicas suele ser
aproximadamente una funcin logartmica.
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Diseo de equipos e instalaciones52
4.2. Aplicaciones a tanques con agitacin
Para disear tanques con agitadores hay que aplicar cinco criterios:
- Resistencia a la tensin y compresin- Alargamiento- Resistencia a la fatiga: se suele utilizar un factor de seguridad de 2- Esfuerzos de compresin locales: se suele utilizar un factor de seguridad de 5- Deformacin
Para los plsticos la curva tensin/alargamiento no tiene una regin elstica. Cuando
disminuye el esfuerzo, el material no recobra la posicin primitiva, hay una
deformacin permanente. La temperatura agrava este fenmeno, para un acero no se
produce este efecto por debajo de los 260.
4.3. Seleccin de plsticos para bombas y tuberas
Cuando existen problemas de corrosin es muy recomendable utilizar para las bombas
plsticos, teniendo en cuenta que muchos tienen mejores resistencias a la erosin que
los metales. En las industrias en que no puede haber contaminacin de los lquidos
transportados se deben utilizar plsticos.
Aunque algunos ingenieros suelen despreciar la utilizacin de plsticos por sus
inferiores propiedades mecnicas; aunque la curva de resistencia a la traccin nopresenta la zona elstica y no tiene un comportamiento lineal, estos materiales suelen
tener propiedades mecnicas suficientes para esta utilizacin.
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Materiales plsticos 53
Fig.16
Sin embargo, en ciertas condiciones no es recomendable su utilizacin, por ejemplo a
temperaturas por encima de los 100, ya que sus propiedades mecnicas disminuyen
sensiblemente.
Los plsticos suelen utilizarse en las bombas centrifugas: el pistn, carcasas y
manguitos son normalmente de plstico.
Los plsticos ms utilizados para bombas son:
(Observaremos que las temperaturas indicadas son inferiores a las que se encuentran en
las tablas de resistencia qumica de estos materiales.)
- Vinlicos a temperaturas inferiores a los 50, aunque el PVC clorado resiste hasta105.
- Polipropileno: muy utilizado por su baja densidad, resiste los cidos, lcalis ydisolventes, pero no resiste agentes fuertemente oxidantes,resisten hasta 105.
- Fluorplsticos: tienen una excelente resistencia a la corrosin; elpolitetrafluoretileno es prcticamente inerte, aunque el fluorpolivinilideno tiene
mejores propiedades mecnicas; resisten hasta 150. El etilen clorotrifluoretileno
tiene una gran resistencia al impacto, aunque inferior resistencia qumica que el
politetrafluoretileno puro.
En el caso de tuberas, las ms utilizadas son las de acero revestidas de plstico; el acero
proporciona la resistencia mecnica y el plstico la resistencia a la corrosin. Se utiliza
Alargamiento -Traccin
0
2
4
6
0 5 10 20 30 40
Alargamiento %
Traccin1
000
psi
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Diseo de equipos e instalaciones54
en tuberas, vlvulas y uniones que deben estar en contacto con lquidos o gases
corrosivos (industria qumica, petrolera, pulpa de papel, minera.) Son tambin
recomendables en industrias en que debe preservarse la contaminacin de los lquidos
transportados (farmacutica, alimentaria, depuracin de aguas).
4.4. Seleccin del recubrimiento
- Resistencia qumica: Hay que tener en cuenta no solamente los componentes
mayoritarios, sino incluso las trazas. Generalmente, los datos que se disponen no estn
referidos a mezclas, y para mayor seguridad, sino se tiene experiencia, hay que hacer
ensayos previos.
A continuacin citamos las normas ASTM para los recubrimientos plsticos en este
campo.
Tabla XXV
Material plstico Norma ASTM
Poli(cloruro de vinilideno) F599
Propileno y polipropileno F492
Poli(flururo de vinilideno) F491
Perfluoruro(copolimero etileno-propileno) F546
Politetrafluoretileno F423
- Estado fsico del fluido. Debe definirse si es gas o lquido
-Temperatura. Hay que tener en cuenta la temperatura de reaccin (si es necesario), as
como en los ciclos, las temperaturas mximas y mnimas.
- Velocidad de flujo. Para lquidos son recomendables de 1,3 a 1.8 m/s, mientras que
para gases en dimetros inferiores a 7.6 cm de 10 a 10.7 m/s, y en dimetros mayores,
de 25 m/s. Estas velocidades hay que reducirlas cuando en el lquido hay partculas
abrasivas o humedad en los gases. Estas velocidades pueden utilizarse para los clculos
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Materiales plsticos 55
de cada de presin y hay que realizar un balance econmico teniendo en cuenta los dos
factores.
- Transporte de lodos. En estos casos hay que tener en cuenta los dimetros de las
partculas, que determinar los parmetros de erosin o abrasin. Generalmente hay que
realizar ensayos previos.
- Limpieza con vapor. Hay que tener en cuenta el sistema de limpieza; si se utiliza
vapor hay que tener en cuenta la temperatura que puede resistir el recubrimiento.
- Vaco. En general los recubrimientos mejoran la resistencia de la tubera al vaco, pero
es necesario realizar ensayos.
- Permeabilidad. Aunque las resinas indicadas resisten qumicamente los agentes
agresivos, algunas como el politetrafluoretileno, fluor etilen-propileno, y el
polifluoracetato, son susceptibles de absorcin y permeabilidad. Es interesante para
prevenir este efecto que exista una capa de aireacin entre el recubrimiento y el acero;
suelen colocarse entre ambos unas canales en forma de espiral.
4.5.Aceros utilizados para ser recubiertos
- Tuberas:
ASTM A53 Tubera, acero, negro y templado, cincados, soldado y sin costuras.
ASTM A156 Tuberas de acero al carbono sin costura para servicio a altas
temperaturas
ASTM A587 Tuberas de acero con bajo contenido en carbono para procesos
qumicos, soldadas elctricamente
- Fundicin y forja. Las normas ASTM nos indican los materiales apropiados deacuerdo con la presin y temperatura que deben soportar; incluyen composicin,
mtodos de tratamiento trmico, propiedades mecnicas y mtodos de pruebas.
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Diseo de equipos e instalaciones56
Tabla XXVI
Aceros Norma ASTMForjados, aceros al carbono para componentes de
tuberas
A105
Uniones de tuberas de aceros al carbono forjados
y aceros aleados para moderadas y elevadas
temperaturas
A234
Aceros dctiles
Retenes de fundicin para elevadas temperaturas A395
Fundicin de hierro
Fundicin de hierro gris para vlvulas, bridas y
uniones en tuberas
A126
4.6. Breves recomendaciones para el diseo de este tipo de instalaciones
En la instalacin de tuberas recubiertas debe evitarse el vaco producido por efectos
hidrostticos o condensacin de vapores. Si se teme que aparezca este fenmeno, hay
que utilizar las tcnicas oportunas de ventilacin.
En las uniones hay que escoger los tornillos y tuercas adecuados para cada caso, debe
evitarse que produzcan dao al revestimiento.
Hay que tener en cuenta las posibles dilataciones trmicas, utilizando las juntas de
expansin adecuadas.
No deben producirse soldaduras sobre la tubera recubierta, ya que el calentamiento
puede provocar desperfectos en el recubrimiento.
Las tcnicas utilizadas para aislar las tuberas de acero tambin pueden utilizarse en las
recubiertas. Pero hay que tener cuidado de asegurar que no se destruye los sistemas de
ventilacin.
No utilizar materiales no especificados concretamente para cada aplicacin.
Utilizar los elementos complementarios juntas, vlvulas, racords,) adecuados, en
cuanto a forma y material, para cada tipo de instalacin. A continuacin exponemos en
la tabla algunos ejemplos.
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Materiales plsticos 57
Tabla XXVII
Complemento Material Medidas ( pulgadas)Juntas de expansin TFE -36
Manguitos TFE 1-8
Vlvulas (recubrimiento) PP,FED,PFA 3-8
Ts PP,FEP,PFA 2-6
Tensores PP,PVDF 1-8
Soportes TFE 1-4
Reductores TFE 1x1/2 6x4
Drenajes de fondos PP 2-6
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Otros materiales 59
5. Otros materiales
5.1 Refractarios no metlicos
Se consideran dentro de este grupo materiales con temperaturas de fusin superiores a
los 1700.
Muchos compuestos cermicos puros con altos puntos de fusin, como el xido de
aluminio o el xido de magnesio, podran tener aplicaciones como refractarios
industriales, pero al ser caros y difciles de conformar, la mayora de refractarios
industriales se hacen con mezclas de compuestos cermicos.
Las propiedades ms importantes de los refractarios cermicos son su resistencia a bajas
y altas temperaturas y su densidad (2,1 a 3,3 g/cm3). Los refractarios densos con baja
porosidad tienen mayor resistencia a la corrosin y erosin.
Se dividen en dos grandes grupos: cidos ( a base de SiO2 y Al2O3) y bsicos ( a base de
MgO, CaO y Cr2O3).
En la tabla indicamos la composicin de algunos ladrillos refractarios.
Tabla XXVIII
cidos % SiO2 % Al2O3 % MgO % OtrosLadrillo de slice 95-99Ladrillo altas temp. 53 42
Ladrillo alta resistencia 51-54 37-41
Ladrillo de almina 0-50 45-99
BsicosMagnesita 0,5-5 91-98 0,6-0,4 CaO
Magnesita-cromo 2-7 6-13 50-82 18-24 Cr 2O3Dolomita 38-50 38-58 CaO
EspecialesCirconio 32 66 ZrO2Carburo de silicio 6 2 90 SiC
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Aplicaciones:
- Ladrillos refractarios para altas temperaturas: revestimientos hornos de fundicinde aluminio, hornos rotativos, cucharones de transferencia de metal caliente, altos
hornos.
- Ladrillos refractarios de alta resistencia: revestimientos para hornos de cal y decemento, altos hornos e incineradores.
- Ladrillos de alta almina: hornos de ebullicin, regeneracin de hornos daadospor cidos, hornos de fosfatos, hornos de coque de petrleo.
- Ladrillos de slice: revestimiento de reactores qumicos, hornos cermicos, hornosde coque.
- Ladrillos de magnesita: revestimiento de hornos de procesos bsicos y xidos enla fabricacin de aceros.
- Ladrillos de circonio: pavimentos para suelos, toberas de vertido continuo.
5.2 Cermets
Son productos obtenidos por sinterizacin de mezclas de xidos y metales. De hecho
son combinaciones heterogneas de metales o aleaciones con una o ms fases
cermicas.
No se trata de soluciones slidas, ni de los procedimientos de endurecimiento de los
aceros debido al carburo de hierro, sino que se trata de aprovechar en un slo material
las mejores propiedades del metal y del cermico.
Como materiales cermicos se emplean: xidos, aluminuros, carburos, nitruros ysiliciuros.
Se amplean xidos de W, Mo, Ti y Al sobre aleaciones de Cr-Mo para aplicaciones que
deben resistir altas temperaturas.La sinterizacin de 70% de xido de aluminio y 30%
de hierro produce un material con una resistencia a la traccin de 12 Kg/mm2 a 950, o
bien cerca de 5 Kg/mm2 a 1200, resistiendo la oxidacin hasta 1200 y a los gases de
combustin hasta 1600.
Los carburos son ms fciles de unir a los metales, pero tienen peores caractersticas. Se
emplean carburos de titanio sobre Ni, Co, Cr, Mo. Carburo de tungsteno sobre cobalto y
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carburo de cromo sobre Ni y Co. Un producto con 80% de carburo de titanio y 20% de
cobalto metlico posee elevada conductividad trmica, buena resistencia a la traccin y
pequea dilatacin trmica.
Los boruros se emplean protegiendo Cr, por ejemplo el boruro de molibdeno. Los
aceros se pueden proteger con boruros de hierro y manganeso. El Ni, Co y Fe pueden
protegerse con boruros de cromo. En general, no son tan resistentes como los carburos a
bajas temperaturas, pero son ms resistentes a altas temperaturas, sobre todo cuando son
posibles las erosiones.
Tambin se aplican aluminuros como protectores del Mo. Tienen buena estabilidad y
resistencia a la oxidacin a altas temperaturas, pero son poco resistentes y soportan mallos cambios fuertes de temperaturas.
El nitruro de titanio se emplea mezclado con carburo del mismo metal, en solucin
slida, para proteger cromo o aleaciones Ni-Co.
Existen diferentes formas de prepararlos:
1) Los xidos, en atmsfera controlada ligeramente oxidante, a alta temperatura, sedepositan sobre la superficie del metal, logrndose la adherencia, bien directamente
a travs de la pelcula de xido que puede haberse formado sobre la superficie
metlica, o bien empleando otro agente que acte sobre el metal, fijndose sobre l y
unindose al producto cermico.
2) Por pulverizacin del producto cermico a alta temperatura sobre el metal.3) El producto cermico puede prepararse en solucin o suspensin, e introducir las
piezas metlicas, pasando luego el conjunto a un horno.
Se utilizan en toberas de salida de gases de motores, colectores de escape, frenos,
herramientas de corte que trabajan a elevadas temperaturas.
Una utilizacin interesante es en los frenos, donde los materiales deben sufrir fricciones
a altas temperaturas. Los cermets, dan un buen resultado, como consecuencia de ser la
capa cermica la que soporta el desgaste, mientras que la fase metlica acta como
conductora del calor generado.
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5.3 Diseo de sistemas refractarios
El diseo de instalaciones refractarias debe tener en cuenta tres reas:
- Trmica: el refractario debe resistir altas temperaturas.- Estructural: debe tener buena resistencia mecnica.- Qumica: debe resistir el ataque de los agentes qumicos que estn presentes.
a.- Consideraciones qumicas
Los refractarios son afectados por determinados ambientes al ser materiales permeables.
A altas temperaturas, en atmsferas no oxidantes, la baja presin de oxigeno reduce el
SiO2 a SiO gas, que al enfriarse forma depsitos sobre los intercambiadores de calor. En
este caso, para evitar la reduccin debe mantenerse la temperatura por debajo de 1300.
Otro ejemplo es la desintegracin producida por la descomposicin cataltica de CO o
hidrocarburos. Por ejemplo, el xido frrico, presente en pequeas cantidades en
muchos refractarios, se convierte en carburo de hierro, que cataliza la descomposicindel CO en CO2 y C entre 400-700, y el C se deposita sobre el xido de hierro y se
llega a producir una serie de tensiones que desintegran el refractario; para evitarlo debe
trabajarse a temperaturas inferiores a las indicadas o eliminar el xido de hierro.
b.-Consideraciones estructurales
- Resistencia a la abr