INTRODUCCIÓN Las Bombas juegan un papel importante en la sociedad industrial moderna de hoy. Todos los tipos de industrias utilizan estas máquinas de manipulación de fluidos para una multitud de razones. La naturaleza corrosiva del fluido que requiere el transporte o aumento de la presión varía con cada aplicación. La vida de servicio útil de una bomba depende de un gran número de variables, la mayor parte de ellos pertenecientes a la corrosión o la resistencia a la erosión de los materiales de la bomba. Sin una cuidadosa elección del material adecuado, el daño de la corrosión puede hacer que una bomba quede en un período muy corto de tiempo fuera de servicio. Una gran cantidad de información acerca del comportamiento del material en un ambiente particular está disponible a partir de los fabricantes de bombas. Para muchos de los fluidos bombeados en las principales industrias, las experiencias de aplicación han sido documentadas. Además, muchas sociedades sociedades profesionales profesionales tienen información relativa a la selección selección del material adecuado para un entorno dado. La amplia variedad de fluidos administrados por estas industrias requieren un amplio conocimiento del comportamiento de los materiales para el diseño de l a bomba con éxito. Este informe está destinado a describir algunos de los problemas de corrosión que pueden ocurrir en las bombas.
Corrosión sinónimo de “COSTOS” El costo anual de la corrosión y de la protección contra la corrosión en el mundo es asombroso. Una planta puede gastar una cantidad considerable de dinero cada año en pinturas especiales para evitar la oxidación. La Industria Industria Química gasta 1.7 Billones anualmente en costos de corrosión directa, que es el ocho por ciento de los gastos de capital (excluyendo los costos relacionados con la operación y mantenimiento). La economía del mundo sería muy diferente si no fuera por la corrosión. A pesar de que la corrosión está aquí para quedarse, su costo puede ser reducido considerablemente en la industria a través tr avés de la selección adecuada de los materiales, correcto diseño de l os productos, y el mantenimiento preventivo. Para ver la ingeniería de la corrosión en su propia perspectiva, es necesario recordar que la elección del material depende de varios factores: Costo Resistencia a la corrosión Disponibilidad Fuerza Fabricación Apariencia Al tratar con sistemas de bombeo, bombeo, otros factores deben ser ser considerados: Condiciones de aspiración y operación Servicio continuo / intermitente ¿Hay varias bombas involucradas? ¿En la serie? ¿O paralelo? Tipo de cierre El líquido de limpieza El cambio de temperatura Productos químicos y equilibrio de ph
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CONCEPTO DE CORROSION Es la transformación indeseable de un material como consecuencia del medio que lo rodea.
CAUSAS DE CORROSION La corrosión en el seno de las bombas suele ser debida a la naturaleza del fluido a bombear, su temperatura, el nivel de oxigeno presente, las condiciones atmosféricas del lugar y del material del que esta fabricado fabricado la bomba.
PRINCIPAL EFECTO DE LA CORROSION El resultado de la corrosión de las bombas es una perdida de material que perjudica al circuito aguas arribas y reduce r educe las prestaciones de la bomba.
FLUIDOS La corrosión de los componentes de la bomba es causada por el líquido bombeado al reaccionar con las superficies internas de la bomba. Los daños materiales pueden tomar muchas formas y depende de la corrosividad del fluido y en las prácticas operacionales de la bomba. Las formas de daño incluyen el desperdicio general del material y formas muy específicas de corrosión local. El tipo específico de daño depende tanto de la característica de fluido y los materiales utilizados en la bomba. La agresividad de los fluidos y el comportamiento de la corrosión de material en estos entornos se han establecido de varias maneras. Estos incluyen: 1) muchos años de experiencia trabajando con bombas. 2) pruebas de materiales en el laboratorio. 3) la exposición de muestras a las corrientes de fluido reales en las que la bomba operará. Tres factores fundamentales han sido establecidos, y que tienen un impacto directo sobre el material en cuando cuando a la corrosión en en diversos servicios: servicios: • Tipo de fluido • Temperatura del fluido • El nivel de oxígeno
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Diferentes formas de corrosión que pueden tener lugar en una bomba. (Los diagramas ilustran un impulsor en una carcasa)
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CORROSION GENERAL La corrosión general produce un adelgazamiento relativo y uniforme. Las bombas sufren la corrosión a partir de la pared expuesta al fluido (por ejemplo, la cara del impulsor de la pieza fundida) y procediendo gradualmente y uniformemente a la pared exterior. En muchos casos, se complica por la velocidad, la presión, y la naturaleza del fluido bombeado. Los métodos para reducir o eliminar la corrosión general son el uso de recubrimientos, la selección de un material más resistente a la corrosión (por regla general es seleccionar una aleación con un alto cromo y / o contenido de níquel), el uso de inhibidores, o la protección catódica.
Las corrosiones generales se llevan a cabo por muchos medios diferentes: A. El producto de la reacción genera una protección contra la corrosión, el cual genera una barrera de pasivación que ahoga aún más la corrosión. En este caso, el material no es inerte, pero continúa a corroerse a una velocidad baja, y para reparar continuamente la película pasiva. Sin embargo los sólidos disueltos pueden recorrer continuamente la película protectora que se formaría de otra manera, lo que conduce a la erosión y la corrosión. B. El producto de la corrosión puede ser soluble en el fluido bombeado a una velocidad determinada por el potencial de electrodo del metal. Esto se ilustra muy bien cuando se utiliza acero en agua oxigenada. C. Un caso especial de un proceso de disolución uniforme controlada artificialmente puede ser intentado por el control del pH o densidad de corriente de una solución dada. Este principio se utiliza en el mecanizado químico y electro pulido de acero inoxidable para mejorar la resistencia a la corrosión ya sea o características de fricción. En las bombas, el reconocimiento de la corrosión general, se agrava por la velocidad y de las variaciones de presión. La cubierta superficial puede mostrar espirales y bolsillos donde las variaciones de velocidad han influido en la velocidad de corrosión. Estas variaciones pueden aparecer para ser causado por sólidos o productos erosivos en el fluido. Observe que el ataque es por toda la superficie del impulsor sin un efecto exagerado en la periferia exterior. Esta bomba estaba en servicio por dos años. Prevención Revisar costo y evaluar posibilidad de utilizar la aleación de grado más alto, tales como circonio, que es resistente hasta 37% de HCl a 158 º F.
Descripción: Un impulsor CF-8M sustituido por una R-55 del impulsor. Precaución No intercambie las piezas fundidas sin comprobar la idoneidad de la aplicación. Como prevenir la corrosión general:
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Utilizar materiales austeníticos resistentes a la corrosión, tales como aceros inoxidables, el cual muestran un comportamiento de pasivación con la ayuda de una película superficial de óxidos. En este caso, el material no es inerte, pero continúa a corroerse a una velocidad baja, y para reparar continuamente la película pasivante .Este tipo de protección es muy sensible a los sólidos en los fluidos bombeados. Tener la precaución que el fluido bombeado no sea soluble en el material del cual esta hecho la bomba. En el momento de cambiar las piezas de la bomba, tener la precaución de que estas sean del mismo material del cual esta hecho la bomba. Se utiliza el mecanizado químico y electro pulido de acero inoxidable para mejorar la resistencia a la corrosión.
La pasivación se refiere a la formación de una película relativamente inerte, sobre la superficie de un material (frecuentemente un metal), que lo enmascara en contra de la acción de agentes externos. Aunque la reacción entre el metal y el agente externo sea termodinámicamente factible a nivel macroscópico, la capa o película pasivante no permite que éstos puedan interactuar, de tal manera que la reacción química o electroquímica se ve reducida o completamente impedida. Un ejemplo clásico es el aluminio. Cuando una superficie de este metal entra en contacto con el aire ambiental, la parte más externa del objeto se oxida espontáneamente para formar una capa transparente e impermeable de alúmina Al 2O3 tipo cerámica, muy congruente y adherente El fresado químico es un tipo de mecanizado especial, el cual se fundamenta en la eliminación de material no deseado por ataque de una sustancia química activa, como puede ser una solución acuosa ácida o alcalina. Las partes que no se desee que sean atacadas han de ser protegidas con recubrimientos aislantes. Modificando dichos aislamientos entre mecanizados se pueden conseguir diferentes geometrías, así como mayores profundidades si se hace en varios pasos El electropulido es un tratamiento superficial mediante el cual el metal a ser pulido actúa como ánodo en una celda electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de corriente, se forma un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento, permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. En aleaciones, como el acero inoxidable, se tiene además la ventaja adicional que, al ser el hierro un metal que se disuelve fácilmente, se incrementa el contenido de cromo y níquel en la superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.
CORROSION POR EROSION
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La corrosión por erosión es el efecto producido cuando el movimiento de un agente corrosivo sobre una superficie de metal acelera sus efectos destructivos a causa del desgaste mecánico.
La erosión se compone de dos tipos de modos de daños: a) Mecánico o químico-Erosión-Corrosión: En el modo de erosión y la corrosión, el líquido que fluye puede estar libre de partículas abrasivas. Sin embargo, la velocidad del líquido puede causar aberraciones de flujo y la turbulencia debido a discontinuidades en la superficie. La discontinuidad de superficie puede ser un cordón de soldadura, o la discontinuidad que presenta la superficie interior de la voluta (parte de la carcasa). La velocidad del líquido, por su carácter erosivo daña y elimina estas irregularidades. Hay una velocidad definida'' ruptura "en el que comienza la erosióncorrosión y es característica de una aleación dada y del sistema de bombeo de fluido. Una vez determinada esta velocidad definida, la reducción de la velocidad de flujo ayudará a reducir la erosión y la corrosión. En contraste, la eliminación de la discontinuidad puede producir el mismo resultado. Pinzamiento de partículas abrasivas transportadas por un fluido puede afectar a la superficie de la carcasa, el impulsor etc., causando daños mecánicos. Las partículas son ahora capaces de destruir la película de óxido protectora continuamente por la fricción del fluido, aumentando de este modo la tasa de daño. En este caso, la reducción de la velocidad de flujo no será de ayuda. Es el ángulo de incidencia de la partícula abrasiva que es de primordial importancia. La filtración de estas partículas siempre que sea posible puede ser la mejor solución.
b) Erosión puramente mecánico o partículas:
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En el caso de la erosión mecánica, la acción está limitada a la periferia exterior de la carcasa. Es aquí donde la velocidad y la presión del líquido son los más grandes. La parte central alrededor de la abertura del eje está generalmente intacto. Algunos métodos para prevenir la corrosión se usa recubrimientos, tales como frente duro, si el recubrimiento tiene la resistencia a la corrosión requerida, así como la dureza. La protección catódica se ha encontrado para reducir la erosión y la corrosión en algunas aplicaciones.
Como evitar la corrosión por erosión: • •
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Determinar la velocidad definida de ruptura y disminuirla. Usar materiales con una mejor resistencia a la corrosión para proporcionar una película protectora de óxido más fuerte. Mejorar el diseño del sistema para reducir la turbulencia; alteración del medio ambiente, tales como el filtrado para eliminar los sólidos o la reducción de la temperatura. Usar recubrimientos, tales como frente duro La protección catódica se ha encontrado para reducir la erosión y la corrosión en algunas aplicaciones.
Recubrimientos frente duro: Se presenta cuando interactúan dos superficies que están en contacto físico directo y una de ellas es significativamente más dura que la otra, logrando el deterioro de la mas blanda. Generalmente en el trasporte de partículas. Esta prevención no nos de utilidad ya que nuestro trabajo esta abocado al transporte de fluidos. Protección catódica La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, producidos debido al transporte de petróleo, productos terminados, agua, etc. En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre, plomo, latón, y aluminio. Para nuestro caso se centra en los aceros inoxidables.
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Sistemas de protección catódica Se fundamenta en el mismo principio de la corrosión galvánica, en la que un metal más activo es anódico con respecto a otro más noble, corroiéndose el metal anódico. En la protección catódica con ánodo galvánicos, se utilizan metales fuertemente anódicos conectados a la tubería a proteger u otro equipo de transporte, dando origen al sacrificio de dichos metales por corrosión, descargando suficiente corriente, para la protección de la tubería. La diferencia de potencial existente entre el metal anódico y la tubería a proteger, es de bajo valor porque este sistema se usa para pequeños requerimientos de corriente, pequeñas estructuras y en medio de baja resistividad.
CORROSION LOCALIZADA Descripción: Una cavidad estaba presente en la unión del empalme hacia el impulsor. Las cargas cíclicas fuertes durante la operación causó el inicio de la ruptura.
Describe el ataque corrosivo en una pequeña área específica. En fundiciones, este tipo de ataque es generalmente causado por fallas mecánicas, tales como la contracción, porosidad de gas, cierra fría o inclusiones. El líquido corrosivo comerá el material, debido a una formación de un área anódica y otra catódica dando lugar a una disolución del metal en un área restringida. Este tipo de corrosion en bombas centrifugas puede darse a nivel microscópico como así también macroscópico. Esta forma es muy difícil de identificar sin el conocimiento completo de las prácticas de fundición empleados en la fabricación de la pieza fundida. Estos “puntos malos en la fundición” se producen en algunas zonas muy localizadas. Esta forma de corrosión en la industria de las bombas puede ser denominada como “fundición defectuosa”. Solución: verificar los métodos de fundición utilizados.
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CORROSION POR CABITACION HISTORIA del casos que se ilustran Aleación: Ni-Cr-Mo-Cu Medio Ambiente: agua con 50 ppm de cloruro a 110 º F. (44 C) Descripción: La implosión de las burbujas durante la reabsorción en el lado de presión de la cuchilla provoca daños en la forma de pozos estrechamente espaciados. Remedio: a) Revise las condiciones en las que la bomba está en funcionamiento y b) utilizar una materia más resistente a la cavitación. Daños por cavitación se encuentra en cualquier lugar entre el ojo de entrada del impulsor y la punta de las palas. Los hoyos estrechamente espaciados se ven generalmente en el lado del revestimiento de las palas. En ciertos casos violentos, el daño se notó en las puntas de las palas. El grado y ubicación de la lesión depende del fluido que se esta manejado, la temperatura, las presiones parciales y NPSH (carga neta de succión positiva) inherente en el diseño.
Esta forma de la erosión se atribuye a lo siguiente: A. Formación de burbujas: En el ojo del impulsor la presión del liquido se reduce por debajo de la presión de vapor del mismo, esto provoca una evaporación del liquido y formación de burbujas. B. Colapso de las burbujas: A medida que el líquido se bombea a la periferia del impulsor, la presión aumenta, haciendo que la burbuja de implosionen. La repetición de este proceso a alta velocidad hace que las burbujas se formen y colapsen rápidamente. Estas burbujas al implosionar pueden producir ondas de choque con una presión tan alta como 64.000 libras por pulgada cuadrada. Esto es mucho más allá del límite elástico de algunos materiales. Tales fuerzas provocan la deformación plástica de los metales, que se indica por la presencia de líneas de deslizamiento en el impulsor y la carcasa. Una burbuja de implosión hace que el metal se ponga áspero o rugoso. Esta área rugosa a su vez actúa como un sitio de nucleación para una nueva burbuja. El colapso de las burbujas parece causar áreas picadas estrechamente espaciadas y una considerable formación de rugosidad en la superficie.
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Algunas medidas que se pueden tomar para aliviar este problema son: A. Cambio del diseño para reducir al mínimo las diferencias de presión hidrodinámica en el fluido de proceso. B. Uso de un material más resistente a la corrosión. C. Suavizado del acabado en el impulsor para reducir los sitios de nucleación para las burbujas. D. Uso de un recubrimiento de caucho o de plástico que posee inherentemente una interfase metal-recubrimiento fuerte. E. protección catódica: el hidrógeno se desarrolla en la superficie del metal, amortiguando las ondas de choque producidas por el colapso de las burbujas y por lo tanto la prevención de daños a la superficie del metal. Aleación: CF-8M (316 S.S.) Descripción:
Una condición de succión restringida causa una cantidad insuficiente de líquido para llenar la garganta de descarga, sin embargo, una gran cantidad de gas estaba presente. Esto causó un vacío en el lado de baja velocidad como se muestra. Remedio:
a) Diseño Revisión de succión y b) determinar si el gas en el líquido se puede reducir.
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CORROSION POR PICADURA Esta forma de ataque es muy localizada. Por lo general resulta en una cavidad que tiene aproximadamente las mismas dimensiones en anchura y en profundidad. A medida que aumenta la anchura, la profundidad aumenta, causando un agujero a través de la pared de la carcasa. Los hoyos tienen las siguientes características:
Medio Ambiente:
Mezclas de ácido clorhídrico y nítrico. La temperatura y la concentración desconocida. Descripción:
Varias marcas de daño (causado durante la manipulación de materiales) sirvieron como sitios de nucleación para una reacción auto catalítica. Esto dio lugar a los pozos que se muestran. Remedio:
Utilice la aleación con molibdeno tales como CF3M (316L). Los métodos para la lucha contra la corrosión por grietas generalmente se aplican para las picaduras. La adición de molibdeno de 2% o mayor en los aceros inoxidables contribuyen en gran medida a aumentar la resistencia a la corrosión por picaduras.
A. Son difíciles de detectar, ya que se cubren a menudo con productos de corrosión. B. Los hoyos por lo general crecen en la dirección de la gravedad. Esto se fundamenta en el hecho de que requieren una solución concentrada densa para la actividad continua. C. Las picaduras por lo general requiere un periodo de iniciación prolongado antes de que aparezcan picaduras visibles. Este período varía de meses a años, dependiendo de tanto el metal específico y el corrosivo.
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D. Las Picaduras son autocatalíticas. Es decir, los procesos de corrosión dentro de un pozo producen condiciones que son a la vez estimulantes y necesarias para la actividad continua de la fosa. E. Las picaduras se asocia generalmente con condiciones de estancamiento. Por ejemplo, una bomba de 304 SS tipo daría un buen servicio de manejo de agua de mar, si funciona de forma constante, pero enfrentaría corrosión si no se la utiliza durante periodos prolongados de tiempo. F. La mayoría de las picaduras se asocia con iones haluro, tales como cloruros, bromuros, e hipocloritos. Fluoruros y yoduros; estos tienen tendencias a picaduras comparativamente menores. Iones metálicos oxidantes, tales como cúprico, férrico, y mercúrico en combinación con cloruros se considera que son los más agresivos. No iones metálicos oxidantes tales como cloruros de cloruros de sodio y de calcio son mucho menos agresivos. Este tipo de corrosión se diferencia de corrosión de la grieta en la que crea su propia grieta. Los materiales que son susceptibles a la corrosión de la grieta no necesariamente se vuelven susceptibles a la corrosión por picaduras, mientras que a la inversa puede ser considerada para ser verdad.
DEPÓSITO DE CORROSION
Medio Ambiente: Ácido sulfúrico diluido con pequeñas cantidades de ácido clorhídrico y cloruro de sodio. La temperatura y la concentración desconocida. Descripción: El área blindada y sellada tiene la difusión limitada de oxidantes como iones, creando así un desequilibrio y la iniciación de la corrosión. Tenga en cuenta las picaduras que suele asociarse con este tipo de corrosión. Remedio: a) Examen material de la junta y b) considerar soldar la junta, entre el impulsor y el eje.
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Este tipo de corrosión se produce en áreas restringidas, ya sea de metal a metal, (tapón de rosca), o de metal que no sea de metal, (juntas con juntas), donde el libre acceso al fluido bombeado es restringido. Esto es ayudado por la presencia de depósitos, tales como arena, suciedad, y material carbonoso que escudo y crear una condición de estancamiento. En ciertos casos, los productos de corrosión se depositan y forman una grieta. Al igual que con la corrosión por picadura, una reacción auto catalítica fomenta el crecimiento de la corrosión de la grieta. Por lo tanto, la fuerza de accionamiento inicial es a menudo oxígeno o algunas moléculas concentradas de iones metálicos, que en el tiempo continúa su crecimiento por acumulación de sales de hidrolizados ácidos dentro de la grieta. Las superficies externas están protegidas catódicamente. Este tipo de ataque se produce en muchos medios de comunicación, a pesar de que es muy común en ambientes que contienen cloruro. Es lento al principio, pero crece a un ritmo cada vez mayor. Hay una serie de acciones que se pueden tomar para prevenir la corrosión de la grieta:
A. El uso de uniones soldadas en lugar de uniones roscadas. B. Soldar en ambos lados de una brida para tubo de unión, evitando así la penetración de cualquiera de los lados. C. Asegurarse de que la bomba está completamente agotada. D. El uso de juntas que son no absorbentes, tales como Teflon ®, siempre que sea posible. E. El uso de lavado en las zonas de sellado para evitar condiciones de estancamiento en el orificio de la tapa del prensaestopas.
CORROSION GALVANICA Existe una diferencia de potencial entre dos metales diferentes cuando se sumergen en una solución corrosiva y conductora. Si estos metales están ahora conectados eléctricamente a través de una solución conductora, se produce un flujo de electrones. Uno de los dos metales se corroe más rápidamente que el otro metal. El metal, que está corroyendo a un ritmo más rápido, se convierte en anódica, mientras que el otro metal es catódico. Efectos tales como la polarización (desplazamiento de los potenciales como las aleaciones tienden a acercarse entre sí), área, distancia y la geometría juegan un papel definitivo en la corrosión galvánica. Hay varias maneras en que para combatir la corrosión galvánica:
A. La selección del material es extremadamente importante. La sustitución de rodetes de diferentes aleaciones en un sistema existente debe hacerse con cuidado. Se debe tener cuidado para evitar la separación de ancho en la serie galvánica relevante. B. El líquido bombeado puede ser controlado por el uso de un inhibidor de la corrosión. C. Recubrimientos de barrera y el aislamiento eléctrico por medio de aisladores para romper la continuidad eléctrica se emplean a veces.
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D. La protección catódica por medio de la utilización de metales de sacrificio puede ser introducido. E. Los cambios de diseño que implican la evitación de las relaciones de área desfavorables, utilizando pernos y otros elementos de fijación de un metal más noble que el material a ser sujetado, evitando las grietas de metales diferentes (como en las conexiones roscadas), y el uso de secciones reemplazables con grandes prestaciones de corrosión de la más miembro activo.
CORROSIÓN INTERGRANULAR En las aleaciones de níquel, así como en aceros inoxidables austeníticos, en donde se agrega cromo para incrementar la resistencia a la corrosión, el mecanismo que se presenta para la corrosión ínter-granular es la formación de carburos de cromo (Cr 23C5) , debido a que la afinidad del cromo por el carbono es termodinámicamente muy alta, y como el carbono tiene buena difusividad a través del acero hacia el borde del grano este arrastra al cromo hacia el borde, lo cual forma zonas pobres en cromo, normalmente este proceso esta asociado a un aumento y sostenimiento de la temperatura de entre 450 a 850 °C, al cual se le denomina sensitización y normalmente es producto de un mal tratamiento térmico o una soldadura. Al crearse los carburos de cromo y las zonas empobrecidas en este último elemento, se crean pequeñas celdas galvánicas debido a la diferencia de potencial entre los bordes y el resto del grano del metal, lo cual provoca una corrosión galvánica localizada en los bordes del grano. La sensibilización de una aleación austenítica permite ataque corrosivo, por comenzar en el límite de grano, (nivel de energía más bajo), donde existe una deficiencia
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de cromo libre. Dado que los granos (alto nivel de energía) son más resistentes que los límites (bajo nivel de energía) , sigue la corrosión de los límites, lo cual es típico de la corrosión intergranular. En la traducción de este fenómeno a la escala macro, el ataque se reconoció por primera vez como "abandono" a lo largo de los límites de grano, en la superficie de la pieza fundida. A medida que el ataque progresa, se impregna la pared de fundición completa y da lugar a fugas y posible caída de grano. Cabe señalar que la formación de grietas, sin embargo, se produce en las aleaciones austeníticos, y se debe principalmente a la corrosión por tensión HISTORIA casos que se ilustran corrosión intergranular (a) Aleación: CW-12MW (Trabajo aleación Y-17) Medio Ambiente: 25% de ácido clorhídrico con 100 ppm de cloro. Temperatura: Ambiente. a) El impulsor de la izquierda es de hierro recocido puesto en servicio. b) El impulsor de la derecha está en la condición sensibilizada. Este impulsor ha sido objeto de una severa corrosión con dejar caer el grano que ocurre en la punta de las palas.
Para evitar la corrosión intergranular se pueden usar aceros estabilizados, los cuales están aleados con elementos como el titanio, niobio o tantalio, los cuales tienen más afinidad por el carbono que el cromo, por lo que serán estos elementos y no el cromo los que formarán los carburos, evitando las zonas pobres de cromo y con ello su perdida en la resistencia contra la corrosión.
CORROSION BAJO TENSION
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HISTORIA DEL CASO ILUSTRACION de agrietamiento por corrosión Aleación: CF-3 (304L S.S.) Medio Ambiente: 50% de sosa cáustica (hidróxido de sodio) con trazas de cloruros de sodio. Temperatura 150 ° F. Descripción: Una fractura frágil drástica en un material dúctil en un período de cuatro meses. Solución: Utilice un tipo de aleación diferente. Es importante la micro estructura de la aleación. La corrosión bajo tensión (SCC) puede ocurrir en muchas de las aleaciones utilizadas en la construcción de bombas. Requiere cuatro condiciones muy específicas que se produzca al mismo tiempo antes de que sea una amenaza para un componente de la bomba. Estas condiciones son:
Un ambiente corrosivo. Un material susceptible. Una temperatura umbral. Un esfuerzo de tracción, ya sea aplicado o residual.
Si alguna de estas cuatro variables no se encuentra, no se producirá la corrosión bajo tensión. El ambiente corrosivo depende de la categoría de material. Por ejemplo, los 16
materiales de bronce son susceptibles a este tipo de corrosión en entornos de amoníaco. Esta forma de corrosión fue apodada agrietamiento espontáneo, ya que sólo se observó durante las estaciones húmedas y cálidas del año, cuando los productos agrícolas comienzan a descomponerse, produciendo amonio. Un material susceptible va junto con la primera condición mencionada. Entornos de cloruro pueden causar SCC en los aceros inoxidables austeníticos . En la mayoría de los casos se necesita una temperatura crítica en la que se producirá este fenómeno. La corrosión del acero inoxidable austenítico de la serie 300 en un entorno de cloruro es entre 140 ° F a 160 ° F, dependiendo de la aleación del material. En todos los casos de SCC, una tensión de tracción que actúa sobre el material es necesaria. Este estrés puede ser el resultado de una acción de carga en el componente de ingeniería o una tensión de tracción residual que resulta de un proceso tal como soldadura o tratamiento térmico de un componente. La SCC puede causar una falla catastrófica de un componente y puede ser peligroso, ya que casi siempre se produce sin ningún signo exterior o de advertencia Las tensiones que existen en una situación dada son generalmente muy complejas. La superficie de tensión neta en contacto con el fluido bombeado será el parámetro de control. Las grietas producidas son perpendiculares al vector de la tensión. Estas grietas pueden ser de una sola (como en la fatiga por corrosión), o múltiple (como en la corrosión bajo tensión). Pueden ser intergranular o transgranular. Varios de los parámetros y los métodos de control utilizados se analizan a continuación: A. Estrés. Para una aleación dada y fluido, existe un umbral de tensiones de agrietamiento. En tales casos, las tensiones por debajo del umbral no causan grietas, pero cuando la tensión se incrementa por encima del umbral, el agrietamiento es evidente y de inmediato. La reducción de las tensiones residuales y térmicas por tratamiento térmico se lleva a cabo para disminuir los niveles de tensión por debajo del umbral. Este último genera tensiones de compresión en el material, que a menudo compensan el esfuerzo de tracción necesario para que agrietamiento se produzca. B. Metalúrgica: La lista de los factores específicos que ayudan a la corrosión bajo tensión es diferente para cada clasificación importante de aleación. Por ejemplo, la soda cáustica debe ser manejada por un acero al carbono, los cloruros bombeados por bombas de acero inoxidable, y aleaciones de cobre en un entorno de amoniaco. El método más común es utilizar la aleación correspondiente a cada fluido con le fin de que el metal no sea susceptible a este ataque.
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CORROSION POR FATIGA Corrosión por fatiga: Es una reducción de la capacidad de un metal para soportar esfuerzos cíclicos o repetidos, los cuales producen la rotura de las películas de protección de óxidos que evitan la corrosión con una mayor rapidez. Tiene como consecuencia la formación anódica en los puntos de rotura; esas zonas producen además picaduras que sirven como punto de concentración del esfuerzo para el origen de grietas que provocan fallos finales. Una grieta propaga en una inclusión presente en el material después de varios meses de operación.
Este tipo de corrosión se da en los ejes de las bombas debido a la aplicación cíclica del esfuerzo. • • • • • •
disminuir los esfuerzos cíclicos evitar entallas utilizar recubrimientos de sacrificio( cinc, cadmio sobre acero) utilizar inhibidores de corrosión utilizar materiales apropiados usar chorro de perdigones el cual induce esfuerzos de compresión en la superficie y tiende a reducir la fatiga por corrosión.
CORROSION POR ACIDO Los ácidos más comúnmente utilizados por la industria son sulfúricos, nítricos, fosfóricos y clorhídricos, y estos causan algunos de los más graves problemas de corrosión. El uso generalizado de estos ácidos los coloca en una posición importante con respecto a los costos y la destrucción de la corrosión. En algunos casos, corrosión aumenta con la concentración del ácido, que en otros disminuye. Oxidación y reducción de mezclas de ácidos y sales también provoca diferentes reacciones a diferentes materiales. La velocidad y la aireación son factores que deben ser tomados en consideración. Finalmente, las impurezas en el sistema pueden causar problemas graves.
Prevención contra la corrosión de algunos ácidos
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Acido sulfúrico La selección de un metal para este servicio depende principalmente de la naturaleza oxidante o reductora de las soluciones. A continuación 85% a temperatura ambiente y alrededor de 65% hasta 150 ° C el ácido se reduce y es mejor manejado por materiales resistentes a la reducción de las condiciones. En concentraciones más altas, el ácido es oxidante y materiales resistentes a los medios oxidantes son esenciales. Fundición de hierro: Hierros fundidos muestran una buena resistencia a los ácidos sulfúricos muy fuertes. En un número de casos, es más económico utilizar hierros fundidos, aunque las tasas de corrosión son más altas. Acido nítrico Uno de los ingredientes más importantes para la resistencia al ácido nítrico es cromo. A medida que aumenta el contenido de cromo, disminuye la velocidad de corrosión. La cantidad mínima de cromo generalmente aceptado es del 18%. Esto hace la austeníticos aceros inoxidables muy bien adaptados para prácticamente todas las concentraciones y temperaturas.
Ácido fosfórico En una serie de estudios, se ha encontrado que los iones cúpricos y férrico en solución inhiben la corrosión de los aceros inoxidables en ácido fosfórico. CORROSION POR ALCALIS De todos los materiales alcalinos disponibles, utilizados en la industria, la soda cáustica (hidróxido de sodio) es el más ampliamente utilizado. Se produce junto con cloro mediante la electrólisis de cloruro de sodio. Los principales usuarios de la soda cáustica son las industrias del aluminio, química, pulpa y papel, etc. El Hierro y acero son ampliamente utilizados para la producción de bombas expuestas a bajas temperaturas (si la contaminación del hierro no es perjudicial), mientras que el níquel y aleaciones de níquel se utilizan a temperaturas más altas. Esto es porque el hierro y el acero son susceptibles a la soda cáustica. La fragilidad y las altas tasas de corrosión se producen en concentraciones por encima de 75%. En estas tipo de soluciones tan concentradas se aplica níquel, la cual hace un trabajo excelente. Cuando las temperaturas por encima de 600 ° F (316 ° C) deben ser considerados, el níquel debe ser recocido para reducir al mínimo la posibilidad de precipitación de grafito en los límites de grano y la resultante pérdida de ductilidad. La velocidad y la aireación tienen poco efecto, excepto a altas temperaturas, tales como por encima de 1000 ° F. La descomposición térmica a 500 ° F (260 ° C) de impurezas tales como cloratos (presente en soda cáustica producida por el método de la celda de diafragma) aumenta la velocidad de corrosión de níquel fundido. En tales casos, la soda cáustica producida debe ser neutralizada por agentes tales como sacarosa o dextrim reductor, la cual pueden ser añadido para reducir al mínimo la corrosión y la contaminación del producto. Compuestos de azufre oxidables también tienden a aumentar la velocidad de corrosión de níquel fundido a temperaturas elevadas.
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CORROSION POR METALES LIQUIDOS La corrosión por metales líquidos se convierte en un motivo de preocupación cuando éstos tienen que permanecer en contacto con el metal sólido durante un largo período de tiempo, como por ejemplo durante el procesamiento de metales, donde es necesario manejar y contener metales fundidos. Los metales líquidos sirven como agentes reductores de alta temperatura en la producción de metales (como el uso de magnesio líquido en la producción de titanio) y debido a sus excelentes propiedades de transferencia de calor (alta conductividad térmica, alta capacidad calorífica, baja presión de vapor), se han utilizado o considerado como refrigerantes en gran variedad de sistemas de generación de energía. Ejemplos de tales aplicaciones incluyen el sodio fundido para reactores de producción rápida de metal líquido y centrales solares, así como el litio líquido para reactores de fusión nuclear Este tipo de corrosión está con frecuencia relacionado con la solubilidad del metal sólido en el metal líquido, pues se trata simplemente de un ataque de disolución en que ocurre la liberación de los átomos del material sólido en el metal fundido. Bajo condiciones isotérmicas, la velocidad de esta reacción disminuye a medida que se disuelve cada vez mas el material sólido en el liquido fundido. El metal liquido se satura con el metal disuelto y la reacción de disolución disminuye o se detiene completamente Para disminuir este efecto debemos elegir un material sólido poco soluble en el metal liquido o lograr la saturación del mismo antes de realizar alguna operación en la bomba. Hay que tener en cuenta que a mayor solubilidad de los distintos materiales solidos mayor será la corrosión provocada, y que a mayor temperatura del medio los efectos de solubilidad se incrementan considerablemente. En bombas centrifugas el ataque puede darse de forma preferencial o generalizada. El ataque puede ser localizado debido a la disolución preferencial de uno o mas elementos de una aleación expuesta a un metal liquido. Cuando no hay preferencia por ninguno de los componentes de la aleación el ataque se da en forma generalizada.
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FIG 1 Sección transversal de un acero inoxidable 316 expuesto a convección térmica en Pb-17at.%Li a 500°C durante 2472 h.
FIG 2 Sección transversal de un acero Fe-12Cr-1MoVW expuesto a Convección térmica en Pb-17at.%Li a 500°C por 2000 h.
El tipo de ataque que se muestra en la figura 1 se cree que es causado por la disolución preferencial de níquel en un acero inoxidable 316 (Fe-17Cr-11Ni -- % en peso). Por el contrario, un acero Fe-12Cr-1Mo expuesto a las mismas condiciones ambientales, no sufre de disolución preferencial y se corroe de manera uniforme, tal como se muestra en la figura 2.
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Selección de materiales En muchos casos, particularmente a bajas temperaturas o con líquidos poco agresivos (Como el acero fundido), la corrosión por metal líquido no es un factor importante y casi cualquier material (metal o cerámica) es suficiente. Sin embargo, en condiciones más severas, la comprensión de los diferentes mecanismos de corrosión por metal líquido es necesaria para seleccionar o desarrollar un material de contención adecuado. Por ejemplo, para aplicaciones en que está presente el litio fundido a alta temperatura, la mayoría de los óxidos serían inestables con respecto a este metal líquido, los aceros de bajo cromo pueden de carburizarse y aleaciones con alto contenido de níquel o manganeso sufrirían amplia disolución preferencial y ataque irregular. La selección de materiales estaría limitada entonces a aceros ferríticos de alto cromo, aceros martensíticos y aleaciones o metales refractarios de alta pureza.
Otros aspectos a tener en cuenta. Este tipo de adelgazamiento uniforme también se produce cuando el metal sólido puede disolver en una zona caliente de una bomba y precipitado en las paredes de una zona fría, donde su solubilidad es menor. Contacto de metales diferentes con el mismo metal líquido puede provocar la transferencia de un metal sólido a través del metal líquido para el otro metal sólido. Esto provoca una rápida disolución sin saturación, lo que lleva a la destrucción. Finalmente, las impurezas tales como gases disueltos pueden cambiar los límites de solubilidad, las tendencias humectantes, y la actividad de los iones metálicos sólidos. La relación de superficie a volumen es de suma importancia. Cuanto mayor sea la relación, menor es la velocidad de corrosión. Esto es debido a que el mayor volumen de líquido, mayor es la cantidad de metal sólido que se puede mantener en solución.
Materiales solidos y que tipos de metales líquidos pueden manejar •
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Aceros inoxidables como el 304 y 316: Estas aleaciones se pueden usar para bombear aleaciones de sodio - potasio y de sodio. Tienen una limitación de la temperatura de 1000 ° F. Ambas aleaciones pueden manejar litio, talio, mercurio, bismuto y bismuto y aleaciones de plomo a diferentes temperaturas. Fundición gris: también es bueno para algunos de estos metales líquidos, tales como cadmio y aleaciones de Bi -Pb- Sn . Níquel moldeado: posee la mayor resistencia a la fisuración bajo tensión en plomo, bismuto, estaño y sus aleaciones. Ellos no sufren tantas fallas de ruptura, al igual que los aceros al cromo níquel.
CONCLUSIÓN
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Los problemas de corrosión encontrados en las bombas industriales pueden variar ampliamente. De hecho, varios tipos de corrosión y el desgaste pueden ocurrir simultáneamente, lo cual puede enmascarar los síntomas de una o más formas de daños materiales. La mejor prevención de la corrosión a menudo se encuentran en las bombas es una comprensión completa del entorno de fluido antes de decidir sobre los materiales de construcción. Las bombas son máquinas de alta ingeniería que requieren tolerancias para la correcta ejecución. Por lo tanto, la compatibilidad de un material con el líquido bombeado es esencial para la satisfacción global del usuario de la bomba. Una comprensión completa de la corrosión que se refiere a los diversos componentes de la bomba es de vital importancia en el logro de la fiabilidad espera hoy.
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