Optimizacin de la Aplicacin de Convertidores de xido en la Preparacin de Superficies Ferrosas en Funcin de Normas Aplicadas a Dicho Proceso

Prof. Xavier FigarellaGerente de Desarrollo TecnolgicoEcotek Investments Inc. PanamCiudad del Saber Panamxfigarella@ecoteckgrp.com

Chairman NACE Panam Section

Resumen

En el presente trabajo se propone una metodologa para optimizar la aplicacin de un convertidor de xido de base acuosa fundamentada en pruebas de laboratorio y campo, mediante la aplicacin de normas NACE, ASTM, ISO, SSPC/SIS, para la determinacin y cuantificacin de las variables operacionales asociadas a la performance de este tipo de compuestos en la pasivacin de superficies ferrosas en la proteccin de equipos e instalaciones industriales y marinas contra la corrosin. Las variables operacionales cuantificadas incluyen: Espesor de pelcula, Patrn de Anclaje, Adhesin, Poder Protector Total, Grado de Herrumbre, Flexibilidad, Compatibilidad con Sistemas de Pintura.Como resultado de las pruebas de laboratorio y campo efectuadas se propone un diagrama de flujo de proceso que permite el uso de convertidores de xido como alternativa ecolgica a los mtodos abrasivos estandarizados bajo ciertas condiciones definidas por la normativa aplicada.Palabras claves: tratamiento de superficies ferrosas, convertidos de xido, normas aplicablesIn this paper a methodology is proposed to optimize the application of water based rust converter over rusted steel surfaces in order to prepare them for the application of the final coating. Laboratory and field tests were performed in which standards NACE , ASTM , ISO, SSPC / SIS were applied , for the identification and quantification of operational variables associated with the performance of this type of compounds in the passivation of ferrous surfaces in the protection of industrial and marine equipment and installations against corrosion.The quantified operational variables include: Film thickness, Surface Roughness, Adhesion, % of Protection against Corrosion, Grade of Rust, Flexibility and Compatibility with Final Coatings.

As a result of laboratory and field tests a process is proposed in order to optimize the use of water based rust converter as an environmentally friendly alternative for the preparation of ferrous surfaces and field made a flowchart of a process that allows the use under certain conditions specified in the proposed regulations applied Key words: Ferrous surfaces treatment, Rust Converter, Standards

INTRODUCCIN

La corrosin atmosfrica de las superficies ferrosas es un fenmeno natural de carcter electroqumico, que implica la oxidacin del hierro con la consecuente formacin de una serie de compuestos conocidos como herrumbre. La composicin y caractersticas fsico-qumicas del mismo facilitan y aceleran el proceso de corrosin lo cual, se traduce en el deterioro de instalaciones y equipos industriales, causando prdidas estimadas entre 1.5 y 3.0 % del PIB en numerosos pases. 1 La presencia de sales solubles y humedad, caracterstica de los ambientes marinos, favorece las reacciones asociadas a la corrosin del hierro. Por esta razn cobra vital importancia la preparacin previa de las superficies ferrosas para alargar la vida til de los equipos e instalaciones industriales. El alto costo de los mtodos abrasivos tradicionales, aunado a la contaminacin asociada a su aplicacin y los riesgos para la salud laboral, causados por los efectos nocivos de la mayora de los inhibidores de corrosin y partculas abrasivas, justifican la investigacin aplicada dirigida a desarrollar productos amigables con el ambiente y sin efectos nocivos para la salud de los trabajadores, que constituyan una alternativa vlida a los mtodos tradicionales de preparacin de superficies ferrosas en el tratamiento se superficies ferrosas para el control de la corrosin.Las normas aplicadas para los trabajos de preparacin de superficies ferrosas se fundamentan en la comparacin visual con probetas de acero, fotografas o simplemente requieren de la lectura de una documentacin escrita con un alto grado de interpretacin personal. Por esta razn pueden carecer de la reproducibilidad requerida para una adecuada estandarizacin de los procesos de preparacin de superficies ferrosas, previos a la aplicacin del sistema de pintura que complementa la proteccin de las superficies ferrosas contra la corrosin. Esto quiz explique parcialmente la dispersin en los grados de corrosin que se observan en equipos e instalaciones que, tericamente, fueron tratadas bajo las mismas normas en procesos similares.La metodologa comnmente aplicada para la preparacin de superficies ferrosas es el granallado y las normas de mayor grado de utilizacin en Latinoamrica son las siguientes: Normas SSPC Steel Structures Paint Council Normas SIS Swedish Standards InstitutionEn el presente trabajo se propone una metodologa para la preparacin de superficies ferrosas utilizando un convertidor de xido de base acuosa, fundamentada en una amplia investigacin cientfica, que ha demostrado las propiedades anticorrosivas de convertidores de xido que contienen taninos en su formulacin. El convertidor de xido utilizado en las pruebas de laboratorio y de campo en el desarrollo del presente trabajo es el fondo convertidor de xido Kill OxR fabricado por la divisin de especialidades de la empresa Ecotek Investments, perteneciente al Parque Tecnolgico de Panam de la Ciudad del Saber.Pruebas de campo y laboratorio, ajustadas a la normativa ms comnmente utilizada, demuestran las propiedades anticorrosivas del producto utilizado y su potencial aplicacin como medio alternativo, y/o complementario, a los mtodos convencionales abrasivos en la preparacin de superficies ferrosas para su proteccin contra la corrosin bajo ciertas condiciones.Es importante destacar los efectos nocivos sobre el medio ambiente y la salud laboral que pueden presentar los mtodos abrasivos tradicionales sino se controlan las numerosas variables asociadas a su aplicacin.

PARTE EXPERIMENTALPara comprobar la eficiencia del uso de un convertidor de xido de base acuosa como mtodo alterno a los mtodos abrasivos y al uso de inhibidores de corrosin se realizaron las siguientes pruebas de laboratorio y de campo.Las caractersticas tcnicas del convertidor de xido utilizado tanto en las pruebas de laboratorio como en las de campo se resumen en la siguiente tabla:

Tabla 1Especificaciones Tcnicas del convertidor de xido utilizado en las pruebas de campo y laboratorio

VehculoVinyl Acrilico

ColorBlanco - lechoso

OlorSuave

Densidad1.02 - 1.06 kg/l @ 30C

Viscosidad25.0 - 30.0 cSt @ 30C

pH2.5 - 3.5 @ 25C

Punto de inflamacin> 95C

Resistencia al calorHasta 190F

Tiempo de secado30 minutos (seco al tacto)

SolventesAgua

Evaluacin ElectroqumicaPara determinar electroqumicamente la capacidad anticorrosiva de la pelcula formada por el convertidor de xido, se utiliz una celda estndar de corrosin equipada con un electrodo de Calomel, lo cual permiti medir la densidad de corriente (A/cm2). La velocidad de corrosin se midi en trminos la prdida de peso experimentada por los especmenes de prueba expresada en miligramos por rea y ao (mpa) en periodos de exposicin de 500, 1000 y 1500 horas en una solucin de Cloruro de Sodio al 5% a una temperatura de 35C, en un recipiente de vidrio con un suministro continuo de aire a una presin adecuada para asegurar la saturacin de la solucin respecto del Oxgeno. Luego de 500, 1000 y 1500 horas los especmenes fueron removidos y limpiados de acuerdo a la normativa (ISO/DIS 8407.3).

La velocidad de corrosin fue evaluada mediante la siguiente ecuacin:

Velocidad de Corrosin (m/ao) = 8.76 x 107 x W /A x T X D

Dnde: W: prdida de peso (g)A: rea del espcimen (cm2)T: tiempo de exposicin (h)D: densidad del espcimen (g/cm3)

Espesores de Pelcula:Fondo Epoxi (FE): 2- 4 milsConvertidor de Oxido: 2-4 milsLa determinacin de los espesores se realiz utilizando un dispositivo magntico PRO GAUGE II

Evaluacin del Poder Protector Total.

Paralelamente a la evaluacin electroqumica, se realiz una evaluacin visual de las lminas sometidas a corrosin acelerada en cmara salina para determinar la efectividad del convertidor de xido desde el punto de vista del Poder Protector Total (PPT)El PPT es una variable experimental que se evala a travs del grado de ampollamiento y presencia de xido en probetas que han sido sometidas a ensayos de corrosin acelerada basados en la norma ASTM D-714-74.La estimacin del PPT se fundamenta en el anlisis visual del espcimen desde el punto de vista de las siguientes variables:Grado de ampollamientoPresencia de HerrumbreA los especmenes se les practic un corte en X en el centro hasta la superficie metlica, segn norma ASTM D 1654.La variacin del % PPT con las horas de inmersin en cmara salina puede relacionarse directamente con la frecuencia de los ciclos de mantenimiento. Se estima que cuando el PPT alcanza al 40% se debe realizar un mantenimiento mayor. Para complementar la experimentacin de la evaluacin del % de variacin del PPT se determinaron las caractersticas de la pelcula de convertidor de xido despus de 1500 horas de exposicin en cmara salina. Las variables determinadas, la metodologa y las normas utilizadas fueron las siguientes:

Tabla 2Variables, metodologa y normas utilizadas para determinar lascaractersticas de la pelcula del convertidor de xido

Propiedad evaluadaMetodologaVariable operacional asociadaNormas

AdherenciaGarra de TigreCompatibilidad con sistemas de pinturaASTM D 3359

FlexibilidadMandril cnicoResistencia al movimiento/vibracinASTM D522

Resistencia a la corrosinCmara salinaPoder Protector Total

ASTM D 1654

Espesor de pelculaUltrasonido oMagnticoEspesorPRO GAUGE IIMG26 Olympus

Evaluacin de Campo

La evaluacin de campo se realiz bajo las siguientes condiciones:

Ubicacin Geogrfica: Provincia de Colon Repblica de Panam.

Empresa: Petrobunker S A Procedimiento.

Se aplic Convertidor de Oxido a una tubera de acero al carbono con grado de oxidacin C (Norma NACE) en un rea aproximada de 0,5 metros cuadrados.

Evaluacin de la superficie.

Grado de corrosin C (Norma NACE)Espesor de la capa de xido: 12 14 mils rea de aplicacin: 0,5 m2El Convertidor de xido (CO) se aplic con brocha a dos capas con un tiempo de secado de veinte minutos entre cada aplicacin. A las 24 horas se aplic un recubrimiento final alquidico de color blanco, aprobado por la empresa en la cual se realiz la prueba de campo con la finalidad de comparar el grado de corrosin de la superficie tratada con otras superficies tratadas mecnicamente y recubiertas con fondo epoxi y recubrimiento final alquidico. Figura 1: Aplicacin del convertidor de xido sobre una tubera con grado de corrosin C para la evaluacin de campo.

Tratamiento de la superficie.

La superficie fue tratada de acuerdo a la siguiente normativa indicada en la tabla 3.

Tabla 3Normas aplicadas a la preparacin de la superficie utilizada para la evaluacin de campo.Condicin de la superficieNormaObservaciones

Presencia de grasa o aceiteASTM D 4285La superficie debe estar libre de grasa o aceite

Presencia de sales solubles no visiblesSSPC TU 4Eliminar sales solubles

Perfil de rugosidadASTM D 4417La rugosidad no debe sobrepasar 3.2 m

Espesor de la capa de oxidoPRO GAUGE IIMG26 Olympus

Medidor de espesor de capa de xido por ultrasonido o electromagntico

Cabe destacar que las condiciones ambientales de la Provincia de Coln en la Repblica de Panam han sido ampliamente estudiadas por investigadores de la Universidad de Panam y la Universidad Tecnolgica de Panam. Estas condiciones se caracterizan de la manera siguiente:Clima monznico

Humedad ambiental promedio: 85%

Promedio de precipitacin anual: 3.400 mm

Temperatura promedio: 26 grados centgrados

RESULTADOSEvaluacin electroqumica.Los valores experimentales encontrados en la evaluacin electroqumica se resumen en la siguiente tabla.Tabla 4Densidad de corriente y velocidad de corrosin en funcin del tiempo de exposicin en cmara salina

EspcimenTiempoCmara Salina(horas)Icorr (A/cm2)Vcorr (mpa)

Acero A36Grado de corrosin C (Norma NACE)50012.333,67366,17

100027.560,56817,15

150030.140,42919,20

Acero A36 + Sandblasting(2 Norma SIS) +FE500164,404,87

1000167,285,01

1500208,246,37

Acero A36 + CO50098,662,94

1000192,045,87

1500189,245,56

Los resultados obtenidos en trminos del porcentaje de prdida de peso y la densidad de corriente de corrosin, muestran que la pelcula de convertidor de xido (CO) provee una proteccin significativa contra la corrosin comparable a la que presenta un fondo epoxi (FE) aplicado, sobre una superficie tratada mecnicamente hasta un grado 21/2 segn norma SIS.

Figura 2: Densidad de corriente de corrosin para 500, 1000 y 1500 horas de exposicin

Figura 3: Variacin de la velocidad de corrosin para 500, 1000 y 1500 horas de exposicin

Evaluacin del PPTLos valores obtenidos de la evaluacin del PPT de los especmenes sometidos a un proceso de corrosin acelerada en cmara salina se muestran en la siguiente figura:Prob. con convertidorProb. sin convertidor

Figura 2: Variacin del % de PPT en funcin de las horas de exposicin en cmara salina

Puede observarse como las lminas tratadas con el convertidor de xido (CO) (Barras rojas en la grfica) presentan una menor disminucin del % del PPT lo cual implica una mayor separacin de los ciclos de mantenimiento, con la consiguiente reduccin de costos, cuando se compara con el comportamiento de los especmenes tratados mecnicamente y protegidos con fondo epoxidico (FE) (Barras azules en la figura 2)Evaluacin de campoLa superficie tratada con el convertidor de xido en las condiciones descritas ha sido evaluada por el departamento de mantenimiento de la empresa durante diez y ocho meses observndose que a la fecha( Marzo 2014) la superficie tratada con el convertidor de xido no presenta signos importantes de corrosin con un % PPT de un 95%.

Tabla 5Resultados obtenidos de la caracterizacin de la pelcula de convertidor de xido aplicando la metodologa y la normativa referidas en la tabla 2

Propiedad evaluadaMetodologaVariable operacional asociadaNormasResultado

AdherenciaGarra de TigreCompatibilidad con sistemas de pinturaASTM D 3359Adherencia de 100% al recubrimiento alquidico

FlexibilidadMandril cnicoResistencia al movimiento/vibracinASTM D522

La pelcula formada pasa la prueba de mandril cnico

Resistencia a la corrosinCmara salinaPoder Protector Total

ASTM D 165495% de PPT al cabo de 18 meses

Espesor de pelculaUltrasonido oMagnticoEspesorPRO GAUGE II

MG26 Olympus

2-4 miils

Como un aporte a la normativa utilizada para la caracterizacin del grado de corrosin de una superficie ferrosa que va a ser tratada, previa la aplicacin de los recubrimientos posteriores, se realiz una medicin de los espesores de pelcula de superficies con grados de corrosin A, B, C y D de acuerdo a las normas referidas, utilizando un equipo magntico Pro Gauge II. Se hicieron medidas al azar en diferentes partes de las superficies y se reportan los valores promedio con sus respectivas desviaciones standard.Tabla 6 Normas asociadas a la determinacin del grado de corrosin de una superficie ferrosa con espesores de capa de xido asociados de acuerdo a las mediciones efectuadas

Grado de HerrumbreDescripcinEspesor promedio aproximado de la capa de herrumbreDesviacin standard

SSPC/SISALa superficie no presenta corrosin detectable a simple vista0 1 mills0,3 mills

SSPC/SISBLa superficie presenta principio de corrosin. La capa de laminacin comienza a despegarse (oxido suelto)1 5 mills0,4 mills

SSPC/SISCLa capa de laminacin ha sido eliminada por corrosin o puede eliminarse por raspado y no existen cavidades visibles en gran escala.6 14 mills1,5 mills

SSPC/SISDSuperficie de acero en donde la capa de laminacin ha sido eliminada por la corrosin y existen cavidades visibles en gran escala.Mayor de 14 millsNA

Para complementar la evaluacin de campo, se realiz una investigacin de costos asociados a la preparacin de superficies ferrosas por diferentes mtodos. Se procedi a recoger la informacin por medio de entrevistas a representantes de empresas de mantenimiento, radicadas en la Repblica de Panam, guardando la confidencialidad requerida por las empresas investigadas.Los resultados se muestran en la tabla 7.

Tabla 7Anlisis de costos de la preparacin de la superficie[footnoteRef:1](1) [1: (1) Fuente: Investigacin realizada con varias empresas de mantenimiento industrial que operan en la Repblica de Panam.]

MtodoSandblasting 2 Norma SIS + FESandblasting 2 (Norma SIS) + COSuperficie grado C + CO

Costo15 $/m217.0 $/m22.0 $/m2

Duracin Promedio estimada5 aos15 aos10 aos

Costo anual3$/m2 x ao1.13 $/m2 x ao0.2 $/m2x ao

% reduccin0%62%93%

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En base a los resultados de las pruebas de laboratorio y de campo efectuadas, las cuales incluyen mediciones electroqumicas, prdida de peso y determinacin del Poder Protector Total, evaluadas de acuerdo a los requerimientos de la normativa referida en cada caso , se observa que es posible la aplicacin de convertidor de xido en reemplazo del granallado en sus diferentes grados para la preparacin de superficies ferrosas, cuando se cumplan las siguientes condiciones en relacin al estado de la superficie a ser tratada: Grado de Herrumbre A, B o C En el caso que el grado de herrumbre sea D, se debe realizar un tratamiento mecnico previo que acondicionen la superficie a un grado de herrumbre A, B o C. Superficie libre de grasa y/o aceite (ASTM D 4285) Superficie libre de sales solubles no visibles( SSPC TU 4) Perfil de Rugosidad( ASTM D 4417)

Especificaciones para un ptimo desempeo del convertidor.Para un ptimo desempeo del convertidor se deben cumplir las siguientes especificaciones: Espesor de pelcula seca del convertidor: 2 4 Mills ( Dos capas) Tiempo aproximado para aplicacin de la segunda capa: 20 minutos Tiempo mnimo de curado antes de aplicar recubrimientos posteriores: 24 horas. Temperatura de aplicacin: entre 5 y 45 C

Sistemas de pintura compatibles En las pruebas efectuadas se utiliz como recubrimiento final un esmalte alquidico blanco aprobado por la empresa en la cual se hicieron las pruebas de campo y cuyas especificaciones tcnicas se dan a conocer en la parte experimental del presente trabajo correspondiente a las pruebas de campo.

Regulaciones ambientales y laboralesEl convertidor de xido utilizado debe presentar adems las siguientes caractersticas relacionadas con regulaciones ambientales y laborales de acuerdo a su MSDS (Material Safety Data Sheet) No contiene solventes orgnicos voltiles e inflamables Est formulado en base acuosa Se limpia con agua y jabn Es biodegradable Cumple con las regulaciones laborales ya que su uso no acarrea el manejo de elementos txicos como por ejemplo las partculas de slice y otros elementos contaminantes que acompaan el proceso de granallado.

Costos

En base a los resultados obtenidos y tomando en cuenta los costos asociados a los diferentes tratamientos de superficies ferrosas se concluye que, adems de la eficiencia anticorrosiva mostrada por el convertidor evaluado, es posible disminuir los costos relacionados a la preparacin de la superficie hasta en un 93% cuando se puede aplicar directamente el convertidos de xido a la superficie sin tratamiento mecnico.

La definicin del grado de herrumbre y los costos asociados al tratamiento previo de la superficie ayudan a la toma de decisiones en relacin a la metodologa a usar, dependiendo del estado de oxidacin que presente las superficie, el presupuesto y las regulaciones laborales y ambientales que se tengan que tomar en consideracin.La duracin promedio se establece en forma aproximada derivada de las pruebas de corrosin acelerada realizadas de acuerdo a la normas

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS(1) Arroyave C., (2010) El impacto de la Corrosin en la economa de los pases latinoamericanoshttp://www.icz.org.br/upfiles/arquivos/apresentacoes/latingalva-2010-carlos-arroyave-universidad-antonio-narino.pdf(2)

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