Protección contra la corrosión con sistemas Dúplex (Galvanizado por inmersión en caliente más pintura) Christian Sánchez Villa B.Bosch Recubrimientos Santiago, Chile
[email protected] 1. Introducción
Experiencias y normas internacionales apoyan el uso de los sistemas dúplex como protección frente a diversos ambientes corrosivos donde se necesita alta durabilidad y bajo mantenimiento, factores clave en aplicaciones tales como obras públicas, portuarias, energía y mineras.
Durante muchos años las compañías de galvanización por inmersión en caliente han recomendado la protección contra la corrosión con los llamados sistemas dúplex, que consisten en la protección del acero con un esquema de pintura aplicado sobre un recubrimiento de cinc. La finalidad es ampliar la utilización de recubrimientos de cinc hacia aplicaciones que requieren mejor comportamiento frente a la corrosión cuando son expuestas a ambientes donde el galvanizado por si solo no entrega la durabilidad requerida de la protección para el proyecto, aprovechando las características de sinergia entre los recubrimientos de cinc y la pintura.
Nuestro país no puede estar ajeno a la introducción de nuevas tecnologías de protección contra la corrosión, motivo por el cual se han realizado múltiples pruebas y ensayos cuyos resultados han permitido adquirir el conocimiento y experiencia en la aplicación de esquemas de pintura industriales sobre un sustrato galvanizado por inmersión en caliente, dando lugar a óptimos resultados de protección contra la corrosión. 1
2. Sistemas dúplex
La galvanización en caliente es un procedimiento de protección frente a la corrosión de los materiales y artículos fabricados con hierro y acero, que consiste en la inmersión de los mismos en un baño de cinc fundido. De esta manera se forman sobre estos materiales recubrimientos protectores de cinc y aleaciones de cinc-hierro que están perfectamente adheridas al sustrato base mediante una unión metalúrgica. "Sistemas Dúplex" es un término adoptado por J.F.H. Van Eijnsbergen1, experto holandés en corrosión, a comienzos de los años 50. El término describe la protección del acero por un revestimiento de cinc que a su vez está recubierto por un revestimiento no metálico. El propósito es conferir una resistencia adicional contra la corrosión cuando se necesita, o cuando se requiere conseguir un aspecto atractivo.
3. Campo de utilización
Los sistemas dúplex a base de una o varias capas de pintura sobre los recubrimientos galvanizados se utilizan generalmente en los casos en que es necesaria una protección frente a la corrosión muy eficaz. Los ejemplos más frecuentes se encuentran en aplicaciones que requieren protección en el borde costero 2, la edificación, el mobiliario urbano, infraestructura vial y en las industrias químicas y mineras.
1
J.FH. Van Eijnsbergen, Duplex Systems, Hot dip Galvanizing plus Painting, Elsevier, 1994. 2
Vera, R., Cañas, F., Comportamiento Frente a la Corrosión en Amb iente Marino de Acero Galvanizado y Acero Galvanizado Pintado (Duplex).
2
Las
principales
razones
de
especificar
sistemas
dúplex
son
las
dúplex
es
siguientes:
a.
Larga duración de la protección La
duración
que
proporcionan
los
sistemas
normalmente mucho más prolongada que la que podría calcularse por la suma de las duraciones previsibles de cada sistema individual por separado3. Se puede decir que se produce un efecto sinérgico, que en forma matemática podríamos expresar mediante la siguiente fórmula: DT = K (Dzn + Dp) , donde:
· DT = Duración total del sistema dúplex · Dzn = Duración del recubrimiento galvanizado · Dp = Duración de la pintura · K = Una constante
Se puede cuantificar el efecto sinérgico (valor de la constante K) entre 1,3 y 2,7, dependiendo del sistema de pintura y de las condiciones ambientales a las que esté expuesto el sistema. Típicamente, el factor de adición de vida en un clima bastante agresivo, es de 1,8 a 2,0; en agua salada es de 1,3 a 1,6 y en un clima no agresivo es de 2,0 a 2,74.
3
ISO 14713:1999, Protection against corrosion of iron and steel structures-Zinc and aluminium coatings- Guidelines 4
AVGAL, Boletín técnico número 4, año 2, febrero 2008, http://www.avgal.net/pdfs/Boletin_tecnico_N4-A2.pdf
3
b.
Razones estéticas Los recubrimientos galvanizados tienen un aspecto plateado o
gris metálico. Mediante la pintura pueden obtenerse toda clase de coloraciones.
c.
Razones de señalización o de camuflaje En muchas ocasiones es necesario utilizar determinados colores
con fines de balizaje o identificación. En otros casos puede ser necesario conseguir un efecto de camuflaje. En todas estas situaciones la aplicación de pinturas permite conseguir los efectos deseados sin perjudicar, o incluso potenciando, la excelente resistencia a la corrosión de los recubrimientos galvanizados.
No existen prácticamente limitaciones al empleo de los sistemas dúplex. En general es preferible aplicar la pintura en taller, en condiciones controladas y por parte de especialistas. De esta manera se evitan los problemas que pueden surgir si no se realiza una adecuada limpieza y/o preparación superficial5 cuando se aplican en obra en condiciones inadecuadas de humedad y/o temperatura.
4. Modo de protección
Los recubrimientos de pintura tienen normalmente poros y microgrietas que permiten el paso de la humedad. Si estos recubrimientos están aplicados directamente sobre la superficie del acero, el óxido de hierro que se forma inicialmente debajo de la capa de pintura tiende a agrandar estas grietas, por ser muy voluminoso (hasta 6,5 veces el volumen inicial) y, por tanto, facilita la penetración de más humedad
5
I. Cabanelas, A. Collazo, M. Izquierdo, X.R. Nóvoa and C. Pérez, Influence of galvanised surface state on the duplex systems behaviour, Corrosion Science, Volume 49, Issue 4, April 2007, Pages 1816-1832
4
desde el exterior hasta la superficie del acero, con la consiguiente formación de nuevas cantidades de óxido. De esta manera se producen tensiones expansivas debajo de la película de pintura que llegan a levantarla. Sin embargo, cuando las pinturas se aplican sobre los recubrimientos galvanizados, aunque la humedad penetre igualmente a través de los poros y microgrietas de la película de pintura, en este caso se encontrará con el substrato de cinc, dando lugar a productos de corrosión de este metal, principalmente óxido de cinc (ZnO). Estos productos son insolubles, compactos y adherentes y taponan las mencionadas grietas, lo que tiene como consecuencia la prolongación de la duración de la película de pintura6. Como esta película de pintura protege a su vez al recubrimiento galvanizado de la acción corrosiva de la atmósfera y de los agentes químicos, puede decirse que existe una protección recíproca que beneficia a ambos sistemas de protección y que tiene como consecuencia que los sistemas dúplex tengan una duración superior a la que cabria esperar por la suma de las duraciones previsibles de cada sistema por separado, explicando la existencia del factor sinérgico.
5. Normativa aplicable
La norma más extendida internacionalmente sobre la protección mediante pintura de las construcciones de acero es la UNE EN ISO 12944 Partes 1-87. Esta norma contempla los aspectos más relevantes a efectos de los resultados de la protección, como son el tipo de superficie y su preparación, el tipo de ambiente y los principales criterios en la selección de los sistemas de protección mediante pinturas (Parte 5), en 6
C. Pérez, A. Collazo, M. Izquierdo, P. Merino, X. R. Nóvoa, Comparative study between galvanised steel and three duplex systems submitted to a weathering cyclic test, Corrosion Science, Volume 44, Issue 3 , March 2002, Pages 481-500 7
UNE EN ISO 12944:1998, Pinturas y barnices. “Protección de estructuras de acero frente a la corrosión mediante sistemas de pintura protectores”, partes 1 a la 8
5
ella se destaca la tabla A9, donde se muestran ejemplos de esquemas de pintura aplicados sobre un sustrato galvanizado por inmersión en caliente, considerando la durabilidad y ambiente corrosivo al que estarán expuestas las estructuras. Otra norma internacional, ISO 14713:19998, indica que para prolongar la vida útil de la protección de una estructura recubierta con cinc, se debe realizar un mantenimiento con pintura a mas tardar en el momento que queden entre 20 y 30 µm de recubrimiento residual.
La preparación de superficie del sustrato galvanizado para la aplicación de pintura, se practica dependiendo del estado de exposición del galvanizado, es decir si el galvanizado se encuentra recién aplicado o bien ya presenta la típica pátina de pasivación del recubrimiento, mas información del procedimiento se encuentra en ASTM D6386 9 6. Casos
Se han registrado casos de utilización de sistemas dúplex en Europa, por ejemplo, se citan algunos en el capitulo X del texto del profesor Eijnsbergen. Entre ellos se destaca:
Muro de dique en Delfzijl (Holanda) Después de la desastrosa inundación en 1953 de gran parte de Holanda, se decidió en 1959 proteger la ciudad de Delfzijl (Groningen) mediante un muro de acero consistente en paneles de represa Belval galvanizados y pintados con un sistema de pintura a base de resina alquídica color verde pálido para obtener un aspecto ambientalmente agradable de este 8
ISO 14713:1999, Protection against corrosion of iron and steel structures-Zinc and aluminium coatings- Guidelines 9
ASTM D6386-99 (Reapproved 2005) Standard Practice for Preparation of Zinc (HotDip Galvanized) Coated Iron and Steel Product and Hardware Surfaces for Painting
6
dique extremadamente visible. En 1987, después de aproximadamente treinta años, el sistema de pintura ha sido renovado con sistema de pintura epóxica. Después de aproximadamente cuarenta años de exposición en un área marina e industrial, el revestimiento de cinc bajo las capas de pintura es de 100 a 120 µm de espesor. El sistema dúplex es de 230 a 240 µm de espesor (véase la Figura 2).
Figura 1. Vista del dique de protección de acero alrededor de la ciudad de Delfzijl (Holanda).
Los elementos del muro fueron galvanizados y
pintados con un sistema de pintura verde pálido en 1959; este sistema de pintura fue renovado después de 28 años. Durante la inspección en 1992, no se veía herrumbre. El dique está expuesto a una atmósfera marina e industrial de gran humedad.
7
Figura 2. Detalle del dique de acero. El acero aún está muy bien protegido por un sistema dúplex de 230 a 240 µm de espesor y no muestra herrumbre.
Planta de ingeniería química Esta planta ubicada en el nordeste de Inglaterra se levantó entre 1970 y 1971. Después de ser galvanizada por inmersión en caliente y del montaje, las piezas de acero de la estructura fueron pintadas en terreno.
Después de diez años, no se ha informado presencia de
herrumbre (véase la Figura 3).
Figura 3. Estructura de acero galvanizado y pintado de una planta de ingeniería química en el NE de Inglaterra.
No se ha informado la
existencia de moho después de 10 años de exposición al aire libre (Galvanizers Association of UK).
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Aplicaciones en Norteamérica, se pueden encontrar en la página web de la asociación de galvanizadores americanos 10
Centro comunitario Skaneateles, NY.
El Centro Comunitario Skaneateles se encuentra en una próspera comunidad a lo largo del Lago Skaneateles en Skaneateles, Nueva York. El centro comunitario fue diseñado para dar a los residentes un lugar para actividades de invierno y mantener la "fiebre de cabaña" en un nivel mínimo. El centro cuenta con una pista de patinaje de hielo, piscina, salas de reuniones, salas de juego, canchas de baloncesto, y una cafetería. El arquitecto quería un apariencia uniforme que fluía desde el área húmeda al interior de la piscina hacia la pista de hielo, mientras que el propietario quería un centro de larga duración que puede resistir el constante tráfico de niños entusiasmados. El arquitecto especificó un sistema dúplex por su resistencia a la corrosión en las áreas húmedas, ácidas (cloro) de la piscina y las condicones de baja temperatura de la pista de hielo, y la pintura para mantener una apariencia uniforme en todo el centro.
Todas las rejas fueron galvanizados y posteriormente pintados y otros componentes estructurales galvanizadas también. Debido a la alta visibilidad y el tráfico pesado de las rejas, todo el material galvanizado requiere una preparación con un acabado muy suave para aplicar la capa de pintura.
La durabilidad que proporciona el recubrimiento duplex dará al centro comunitario Skaneateles una larga duración, libre de corrosión que recordarán por muchos años en el futuro.
10
http://www.galvanizeit.org/images/uploads/publicationPDFs/DuplexSystems.pdf
9
Figura 7, Centro comunitario Skaneateles en New York.
En nuestro país existen sistemas dúplex en operación desde mucho tiempo, por ejemplo tenemos el siguiente:
Instalación portuaria Chile, V región
En Chile se ha descubierto la aplicación de un sistema Dúplex en una instalación portuaria de la V región, montada por una compañía norteamericana en 1970. Las instalaciones iniciales del puerto consistían en un muelle con 2 sitios de atraque y un sistema de correas transportadoras instaladas desde el sitio de descarga de carbón hasta la cancha de acopio.
En
las
instalaciones
existen
estructuras
que
no
han
tenido
mantenimiento en toda su vida de servicio, por ejemplo las estructuras de las correas transportadoras, Figura 1.
10
Figura 1: estructura de soporte de la correa transportadora.
Figura 2: Microestructura a 500X del soporte de la correa transportadora.
Al tomar una muestra de la estructura y realizar una observación metalográfica a 500X, se puede observar claramente, desde abajo hacia arriba, el acero base, las capas de aleación formadas en el galvanizado y dos capas de pintura sobre el galvanizado. Las mediciones realizadas a las imágenes metalográficas se resumen en el promedio de 5 mediciones de la tabla:
Capa
Espesor promedio µm
Galvanizado
116
Pintura 1
13
Pintura 2
46
SUMA
175
11
El uso de sistema Dúplex es crucial en esta aplicación y se demuestra su buen comportamiento en estructuras que tienen casi cuarenta años de servicio en ambientes marinos con importante actividad industrial.
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