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Combinando correctamente los materiales en ambientes corrosivos

Seleccionar los materiales correctos para una determinada aplicación industrial es una de las etapas de proyecto más importantes para que el sistema sea seguro y rentable. Muchas veces subestimada, esta etapa suele ser realizada considerando apenas el aspecto económico. Sin embargo, la selección de las mejores aleaciones para obtener el control de la corrosión es una estrategia que trae beneficios: seguridad e integridad para los equipos, desempeño optimizado (con menos intervenciones para mantenimiento) y reducción del tiempo de máquina parada, además de una vida útil más larga. Todas estas ventajas significan un ahorro considerable de recursos.

Evite usar aleaciones mejores sólo en las piezas críticas

La combinación de materiales diferentes es una práctica muy común, principalmente cuando la elección de la aleación es hecha teniendo en cuenta el costo y los plazos de entrega. Aunque haya situaciones en que la mezcla de materiales puede ser la mejor o incluso la única solución, existen también aplicaciones de ingeniería donde esta práctica no agrega valor y por eso debe ser evitado.

En el mercado de instrumentación, encontramos con frecuencia problemas de corrosión. En estos casos, la solución más común es seleccionar componentes más resistentes para evitar que ocurra un fallo por corrosión en el sistema. Tarde o temprano, el costo de esta nueva liga será percibido, y las sustituciones necesitarán ser justificadas. Entonces, en un esfuerzo para reducir costos, se decide usar aleaciones de grados más altos solamente en las partes más críticas del proyecto.

¿Cómo definir lo que es crítico o no?

Como un ejemplo, considere un tubo de instrumentación con conexiones y válvulas. Tradicionalmente, la industria de petróleo y gas ha utilizado estos artículos fabricados con acero inoxidable serie 300. Sin embargo, el nivel de severidad requerido en esta aplicación ha aumentado sensiblemente - tanto en las condiciones climáticas y operativas de los ambientes de trabajo como en los criterios de proyecto, en las normas de seguridad y en la vida útil de los componentes. Si veinte años atrás el acero inoxidable era el material más escogido para operar en esos ambientes altamente corrosivos, actualmente él dejó de ser el más adecuado para ese fin.

Las aleaciones metálicas resistentes a la corrosión están más disponibles que nunca, pero sus propiedades excepcionales tienen un precio. Erradamente, ciertos componentes son vistos como más "duraderos" o incluso "indestructibles" sólo porque son "más voluminosos". Debido a su espesor limitado, el tubo es considerado  la parte crítica del sistema, mientras que la conexión o la válvula serían los elementos "menos críticos" del conjunto. Así, siguiendo esta lógica dudosa, se suele seleccionar una aleación de grado superior para el tubo y otra de grado inferior para conexiones y válvulas. Pero, ¿es esto correcto?

Tamaño no importa

Si los componentes de instrumentación sufriesen apenas corrosión regular y no estuviesen sujetos a cargas de tensión, de forma que las tasas de corrosión pudiesen ser calculadas y los riesgos administrados, quizá podríamos aceptar las premisas arriba. Debido a sus condiciones operativas particulares, sin embargo, en la realidad ellos enfrentan tanto la corrosión localizada como los desafíos mecánicos.

Las fallas típicas de los sistemas empleados en la industria del petróleo y del gas se deben a la corrosión localizada, como "pites" o "rendijas".  La acción combinada del ambiente corrosivo en la presencia de estrés por tensión (como vibración) puede causar fragilización y fallo total del equipo en cuestión de segundos. La corrosión inducida por cloro es causa común de fallas en las aplicaciones offshore. Basta haber estrés por tensión y una pequeña rendija causada por el cloro para que las fisuras se extiendan. Cuando existe fisura en el material y ciertos niveles de estrés por tensión, ni tubos más gruesos consiguen impedir que las grietas se expandan; sólo tardará un poco más que en las secciones más finas. Luego, en estos casos, el tamaño no importa.

En la foto: Ambiente corrosivo y vibración pueden provocar fragilidad por corrosión bajo tensión y falla en el equipo después de seis meses. En el ejemplo mostrado, conexión del instrumento y tubo de materiales diferentes fueron aplicados en un ambiente offshore corrosivo.

Inadecuado para tubos, inadecuado para conexiones

Para ser seguras y rentables, las operaciones offshore dependen de la correcta selección de materiales y de un buen proyecto para minimizar cargas innecesarias. Si un material no es adecuado para la tubería, no debe ser aceptado en otro componente, ya que ambas partes serán expuestas a las mismas condiciones operacionales y ambientales y, por lo tanto, estarán sujetas a los mismos mecanismos de falla.

De acuerdo con la norma de selección de materiales NORSOK M-001, "siempre que los metales diferentes fueren acoplados en una tubería deberá ser hecha evaluación de corrosividad. Si es probable que ocurra la corrosión galvánica, deberán ser empleados métodos de mitigación". La norma también determina que "en las conexiones galvánicas entre diferentes materiales sin aislamiento se debe suponer que la tasa de corrosión local de la interfaz será aproximadamente tres veces mayor que la tasa media de corrosión". La protección catódica en sistemas de instrumentación tiende a no ser económicamente viable, así como el aislamiento entre tubo y válvula o conexión.

Por todo eso, la combinación de materiales debe ser siempre cuidadosamente evaluada. La correcta selección de los materiales es fundamental para garantizar sistemas rentables, evitando riesgos innecesarios y pérdidas con máquina parada.

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