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Tema 2. Materiales
Buenos días,
Leyendo el tema 2 que trata sobre tuberías y materiales, me surgen algunas dudas:
– Hoja 2 – Diámetros: en el texto dice “A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en este estudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetro interior constante.”. Siempre que he usado una tubería la especifiqué por el diámetro exterior y sch, siendo este ultimo el que me define el diámetro interior. Entonces, el texto no debería decir justo lo contrario? Es decir, diámetro exterior constante.
– Cuando se habla de los materiales, hace referencia a alta temperatura. Que valor se toma como “resistencia a alta temperatura”? Y en el caso de “resistencia a baja temperatura”, cual sería este valor? La misma consulta me surge cuando dice “resistencia a altas presiones”, a partir de que valor se toma como alta presión?
– Las bridas suelen ser forjadas en ASTM A105. Por que difiere del A53 de la cañería? Siendo que luego se suelda a esta.
– En que casos NO puedo usar un tubo con soldadura? Es decir, se entiende que hay industrias que no permiten el uso, pero hay usos para los que no se recomiende?
– En mi experiencia con el acero inoxidable, usaba AISI 304L (low carbon) para soldar y me sucedía que se oxidaba igual la unión entre la brida y el tubo (utilizaba gas de respaldo dentro de la tubería). Que es lo que estaba haciendo mal o que debo hacer para que no se oxide luego? Para salvar esto, luego de soldar utilicé decapante y pasivante, pero que es lo que hacen estos agentes?
– Cobre: cuales son los rangos de temperatura mínimos y máximos que me permiten utilizarlo?
Muchas gracias!
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6 Respuestas
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6654
Buenos Días Matías,
Bienvenido a tu primer post en el foro de resolución de dudas, muchas gracias por utilizarlo, te contesto una a una tus cuestiones:
– Hoja 2 – Diámetros: en el texto dice “A menos que se indique específicamente, la palabra “tubería” en este estudio se refiere siempre a un conducto cerrado de sección circular y diámetro interior constante.”. Siempre que he usado una tubería la especifiqué por el diámetro exterior y sch, siendo este ultimo el que me define el diámetro interior. Entonces, el texto no debería decir justo lo contrario? Es decir, diámetro exterior constante.
Es correcto Matías, una tubería se especifica por el diámetro nominal y el Schedule (ojo que el NPS o diámetro nominal no es igual al diámetro exterior, ten cuidado con eso). En el texto nos referimos a que no habrá cambios de diámetro dentro de la misma tubería si no que se considerará un conducto uniforme por el que discurre un fluido, sin cambio de espesor
– Cuando se habla de los materiales, hace referencia a alta temperatura. Que valor se toma como “resistencia a alta temperatura”? Y en el caso de “resistencia a baja temperatura”, cual sería este valor? La misma consulta me surge cuando dice “resistencia a altas presiones”, a partir de que valor se toma como alta presión?
Normalmente a partir de los 100ºC consideraremos que estamos hablando de alta temperatura y podemos tomar como baja temperatura el límite mínimo que encontramos en casi todos los códigos de diseño (entre 0º y -29ºC)
En cuanto a las presiones podemos tomar como alta presión cuando pasamos de los 100 bares
Hablamos de valores que son suficientemente bajos en comparación con determinados procesos. Por ejemplo en una Planta termosolar el HTF que discurre por las tuberías llega hasta los 360ºC. Pero son suficientemente significativos para originar efectos en la tubería por si mismos y por tanto, deben ser tenidos en cuenta
– Las bridas suelen ser forjadas en ASTM A105. Por que difiere del A53 de la cañería? Siendo que luego se suelda a esta.
Por conveniencia de Normativa, la Normativa Americana recomienda este material para la fabricación de Bridas en su mayor parte por resistencia, el material ASTM A105 ofrece una mayor resistencia que el A53 en todos sus grados y por tanto permite dotar a la brida de mejores propiedades mecánicas.
– En que casos NO puedo usar un tubo con soldadura? Es decir, se entiende que hay industrias que no permiten el uso, pero hay usos para los que no se recomiende?
No hay casos específicos como tal, normalmente se toma por consenso su uso para servicios críticos ya que los tubos sin soldadura permiten, según normativa ASME, trabajar con presiones un 20% superiores para el mismo diámetro y espesor. Además ten en cuenta que un tubo sin soldadura será menos propenso a la corrosión ya que tiene poco potencial para las impurezas.
La decisión de utilizar un tubo sin soldadura o soldado dependerá principalmente de la relación entre el grosor de la pared y el diámetro y las tolerancias de tubería especificadas. Debido a tecnologías de producción mejoradas y rentables, normalmente más del 80% de los tubos están soldados y son los más ampliamente utilizados en la industria.
– En mi experiencia con el acero inoxidable, usaba AISI 304L (low carbon) para soldar y me sucedía que se oxidaba igual la unión entre la brida y el tubo (utilizaba gas de respaldo dentro de la tubería). Que es lo que estaba haciendo mal o que debo hacer para que no se oxide luego? Para salvar esto, luego de soldar utilicé decapante y pasivante, pero que es lo que hacen estos agentes?
Por regla general tendemos a pensar que los aceros “inoxidables” no pueden oxidarse, pero no es del todo así. Los aceros inoxidables tienen un bajo contenido en carbono
El acero está hecho de hierro y carbono; mientras que el acero inoxidable, de hierro, carbono y entre 12-30% de cromo. El acero inoxidable puede contener otros elementos como el níquel y el manganeso, pero el cromo es el elemento clave que lo hace resistente a la oxidación.
Cuando la superficie de un acero normal se expone al oxígeno, generalmente forma óxido férrico (Fe2O3) que produce el color rojo del óxido.
El óxido férrico no forma una capa continua en el acero porque la molécula de óxido tiene un volumen mayor que los átomos de hierro subyacentes, y finalmente se astilla dejando expuesto el acero fresco, iniciando así un ciclo de oxidación perjudicial.
Por otro lado, cuando el acero inoxidable se expone al oxígeno, se crea óxido de cromo en la superficie del acero debido a que el cromo tiene una afinidad muy fuerte por el oxígeno. El óxido de cromo es una capa muy delgada que no se desprende, y evita una mayor oxidación del acero inoxidable.
Incluso si el acero inoxidable se raya y se elimina la capa de óxido de cromo, se formará una nueva capa que protegerá el resto del acero inoxidable. Mientras que haya suficiente cromo presente, la capa de dicho elemento continuará protegiendo el acero inoxidable y evitará que se corroe.
En el caso que comentas de forma general se usa Argón para proteger la soldadura usado como gas de respaldo o Nitrógeno para aceros inoxidables los cuales suelen proteger la raíz de la soldadura eliminando el oxígeno lo que provoca que el proceso de oxidación s ereduzca considerablemente. Es probable que este proceso no se realizase a la perfección (tarea que es exremandamente complicada) y de ahí su oxidación,
En cuando a los agentes pasivantes y decapantes:
El decapado es la eliminación de una fina capa de metal de la superficie del acero inoxidable. Se suelen emplear mezclas de ácido nítrico y fluorhídrico para el decapado de los aceros inoxidables. El decapado es el proceso utilizado para eliminar las manchas de termocoloración por soldadura de la superficie de elementos de acero inoxidable, en los que se ha reducido el contenido de cromo de la superficie del acero.
El pasivado se suele producir de modo espontáneo en las superficies de acero inoxidable, pero a veces puede ser necesario favorecer el proceso con tratamientos de ácido oxidante. A diferencia con el decapado, durante el pasivado mediante ácido no se elimina metal alguno de la superficie. En cambio la calidad y el espesor de la capa pasiva crecen rápidamente en el proceso de pasivado mediante ácido. Pueden darse circunstancias en que los procesos de decapado y pasivado se produzcan sucesivamente (en lugar de simultáneamente), durante tratamientos que empleen ácido nítrico, si bien el ácido nítrico por sí mismo sólo podrá pasivar las superficies de acero inoxidable. No es un ácido efectivo para decapar aceros inoxidables.
– Cobre: cuales son los rangos de temperatura mínimos y máximos que me permiten utilizarlo?
Normalmente están limitados por las soldaduras, Las uniones prensadas suelen soprotar hasta 110 °C; las uniones de soldadura blanda hasta 260 °C y las uniones de soldadura fuerte hasta 800 °C.
El tubo siempre puede aguantar un poco más ya que su temperatura de fusión suele ser cercana a los 1083ºC aunque variará del tipo de acabado que le de cada fabricante,
En cuanto a la mínima los tubos de cobre pueden soportar fácilmente temperaturas de -40ºC y seguir siendo maleables e incuso sus aleaciones (como el latón 70-30 o el cobre-berilio) pueden trabajar en contacto con hidrógeno líquido sin perder sus propiedades
Espero haberte ayudado!
Muchas gracias por utilizar el foro enriqueciendo el curso y nuestra comunidad!
Un Saludo!
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Luis,
Agradezco el tiempo que te has tomado para responder las consultas que he realizado, en especial por la cantidad de contenido que has volcado, muy enriquecedor! Hago algunas consultas mas:– En el caso de baja temperatura, quisiera consultar que es lo que debería hacer en el caso de una cañería que transporta gas en, por ejemplo, el norte de Rusia o Alaska donde las temperaturas son extremadamente negativas. Suponiendo que mi tubería es de ASTM A 53 cuyo limite inferior es -29°C pero mi temperatura ambiente es menor, que es lo que debo hacer? También es cierto que una tubería enterrada por debajo de 1,5mts mantiene una temperatura cercana a los 0 grados, lo que no será problema. Pero cuando sale a la superficie? Que se recomienda para esos casos?
– En cuanto al acero inoxidable, tuve una mala experiencia que la fabricación y montaje debía realizarse en la obra, y posiblemente el personal no le dio mucho cuidado al gas de respaldo. Pero en los casos que soldaba dos chapas para una estructura, se me hacia imposible y me aparecía este problema. Por este motivo utilizamos un químico decapante, lo retiramos con agua, y luego un químico pasivante, también retirado con agua. En cuanto a la capa de óxido de cromo, me surge una duda, ya que previo a hacer este tratamiento con agentes químicos, la cañería ya era montada y en cualquier lugar que hubiera una rayadura o soldadura, inmediatamente comenzaba la oxidación. Por que se daba esto? Es porque se contaminó el Acero Inoxidable? Se puede hacer solo decapado y no pasivado? O son dos procesos que deben realizarse uno a continuación del otro?Me has aclarado muchas dudas Luis, se agradece mucho.
Un saludo!
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6654
Hola Matías,
Un placer, con vuestras preguntas aumentamos la cantidad de información del curso y cada vez lo hacemos más enriquecedor y completo, te contesto a estas cuestiones
– En el caso de baja temperatura, quisiera consultar que es lo que debería hacer en el caso de una cañería que transporta gas en, por ejemplo, el norte de Rusia o Alaska donde las temperaturas son extremadamente negativas. Suponiendo que mi tubería es de ASTM A 53 cuyo limite inferior es -29°C pero mi temperatura ambiente es menor, que es lo que debo hacer? También es cierto que una tubería enterrada por debajo de 1,5mts mantiene una temperatura cercana a los 0 grados, lo que no será problema. Pero cuando sale a la superficie? Que se recomienda para esos casos?
Esta circunstancia se analiza en detalle en el tema 3 pero igualmente te voy adelantando materia para que vaya picando tu curiosidad.
En este caso estamos por debajo de la temperatura mínima del metal, (MDMT) por lo tanto hay que elegir otro material, el concepto de MDMT es crítico en la elección de materiales que operan en localizaciones como la que comentas puesto que a muy baja temperatura los materiales comienzan a perder sus propiedades mecánicas.
En este caso concreto el procedimiento sería elegir otro material que soportase las temperaturas ambiente de Rusia o Alaska de acuerdo a ASME B31.8 Gas Transmission (ya que hablamos de un gaseoducto fuera de una refinería)
– En cuanto al acero inoxidable, tuve una mala experiencia que la fabricación y montaje debía realizarse en la obra, y posiblemente el personal no le dio mucho cuidado al gas de respaldo. Pero en los casos que soldaba dos chapas para una estructura, se me hacia imposible y me aparecía este problema. Por este motivo utilizamos un químico decapante, lo retiramos con agua, y luego un químico pasivante, también retirado con agua. En cuanto a la capa de óxido de cromo, me surge una duda, ya que previo a hacer este tratamiento con agentes químicos, la cañería ya era montada y en cualquier lugar que hubiera una rayadura o soldadura, inmediatamente comenzaba la oxidación. Por que se daba esto? Es porque se contaminó el Acero Inoxidable? Se puede hacer solo decapado y no pasivado? O son dos procesos que deben realizarse uno a continuación del otro?
A ver si podemos arrojar algo de luz sobre éste tema y darte un par de consejos sobre cada técnica,
En primer lugar yo desaconsejaría el tratamiento in situ de decapado y pasivado por personal de obra. Éstas técnicas deben realizarse por profesionales del sector utilizando los procedimientos y equipos apropiados para la eliminación del ácido que se use o en su defecto conocer muy bien la Normativa apropiada para ello. Podemos tomar como referencia la americana ASTM A380 “Norma de Limpieza, Descascarillado y Pasivado de piezas, Equipos y Sistemas de Acero Inoxidable” o la ASTM A967 “Especificación de Tratamientos de Pasivado Químico de Piezas de Acero Inoxidable”. Tuviste la oportunidad de tomar algún curso sobre estas técnicas?
Una vez definidas estas dos Normativas es conveniente fijar algunos conceptos sobre cada uno de los procedimientos:
En cuanto al Decapado puede realizarse por dos métodos generales para grandes superficies, el decapado por inmersión en tanque o bien el decapado por aspersión. Para intervenciones “in situ” tenemos el cepillado con pasta o gel y la limpieza electroquímica. Estos dos últimos no requieren de grandes conocimientos de especialización pero es importante disponer de una mínima experiencia previa.
Puede producirse corrosión en las zonas tratadas si los tiempos de contacto con el ácido y los procedimientos de aclarado final no son controlados adecuadamente conforme a las instrucciones del proveedor. Los tiempos de contacto para los diferentes grados (tipos) de aceros inoxidables pueden variar. Es importante que los operarios sean conscientes del tipo particular de acero que se está decapando y los riesgos de los productos empleados, de forma que se obtengan resultados seguros y satisfactorios. Es importante que todos los rastros de productos, residuos y desechos de decapado se eliminen completamente de la superficie de las piezas de acero, para conseguir una superficie completamente resistente a la corrosión y sin manchas de óxido. Normalmente los especialistas reconocidos en limpieza y recuperación de acero inoxidable suelen emplear agua destilada (desionizada) en el aclarado final para obtener los mejores resultados en materiales de construcción
En cuanto al Pasivado El acero recibido de acerías y mayoristas reconocidos será completamente pasivo. Sin embargo puede ser necesario el tratamiento en piezas mecanizadas de formas complejas. En estos casos particulares el aporte de oxígeno a todas estas superficies recién formadas podría ser limitado, implicando que el proceso natural de pasivado tarde más tiempo en realizarse, en relación con superficies al descubierto.
Existe el riesgo de que si piezas como éstas fuesen puestas en servicio en un entorno, normalmente considerado como apropiado para el tipo de acero particular empleado, pudieran no ser completamente pasivas y sufrir corrosión de forma impredecible.
Es importante que las superficies de acero estén libres de cualquier cascarilla de óxido (descascarilladas), tengan sus capas exteriores de metal protegidas por cromo de la formación de óxido o de las que se hayan eliminado las manchas de termocoloración mediante decapado, y estén limpias (sin contaminación orgánica, lubricantes de máquinas, aceites y grasa), antes de realizar los tratamientos de pasivado por ácido. Si no fuese así, estos tratamientos de pasivado no tendrán plena efectividad.
Dicho esto, podemos concluir que es muy difícil determinar el motivo exacto por el que en tu caso se oxidaba la superficie, pero puede deberse a varios motivos: falta de limpieza, tiempo de contacto inadecuado, o incluso falta de experiencia. Para evitar que esto suceda lo ideal es realizar cursos específicos sobre ésta técnica o bien acudir directamente a profesionales en el tratamiento del acero inoxidable,
Dicho de una forma mas “cercana” atreverse con éstos métodos sin formación es parecido a intentar llevar a cabo todas las reparaciones de nuestro coche sin formación previa, cuanto menos arriesgado,
En cuanto a la complementariedad de éstos procesos siempre suelen realizarse uno a continuación de otro e incluso hay especialistas que realizan los dos procesos en un único paso,
Espero haberte ayudado con estas cuestiones,
Muchas gracias por utilizar nuestro foro ayudando al resto de compañeros,
Un Saludo!
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Luis,
Ayer finalicé con la unidad 3 y ahí se respondió mi pregunta. Disculpas por haberme adelantado al tema.
En cuanto al acero inoxidable, lideré un proyecto el cual involucraba la fabricación y montaje de cañerías criogénicas aisladas al vacío, entre tantas áreas (se trató del diseño, fabricación y montaje de la primera cámara de termo-vacío para ensayos de satélites espaciales en Argentina). Me formé en muchos asuntos del vacío y de la criogenia, no así precisamente en las técnicas de manufactura con este material. Como todos estos problemas fueron resueltos por el mismo contratista quien fabricó estas cañerías, he adquirido poco conocimiento en cuanto a la manufactura y por esto las consultas que estoy realizando. Ahora si me queda mas claro el tema.Muchas gracias por la completa respuesta e investigaré un poco mas sobre las normas que me has citado.
Saludos,
Matias
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6654
Un placer Matías,
Suena muy interesante el proyecto que comentas, baja temperatura y vacío sin duda darían mucho que hablar, quién realizaba los cálculos de éstas líneas? Un externo? o lo hacíais vosotros mismos?
No te preocupes en cuanto al tema del óxido, como te comento es un asunto muy extenso que normalmente se suele confiar a expertos en la materia (al menos así se realiza en los Proyectos que yo he liderado). A la larga se ahorran costes,
Un Saludo!
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Luis,
Ha sido un proyecto muy interesante.
https://www.argentina.gob.ar/ciencia/conae/laboratorio-de-integracion-y-ensayos/laboratorio-de-ensayos-termicos
http://sade-sa.com/detalle_noticia.php?idnot=80&opc=ver_mas
Se trata de un recipiente que recrea condiciones ambientales del espacio, donde se ensaya, principalmente, la performance electrónica de los satélites que van al espacio. La misma se compone de varios sub-sistemas:
1) Mecánico: un recipiente diseñado al ultra-alto vacío (1×10-7mbar) y con dimensiones de Ø2.5mts x 6mts de longitud.
2) Por dentro lleva un intercambiador de calor especial por donde circulaba nitrógeno liquido, y de esta manera podía recrear los momentos de sombra en el espacio, llegando a -170°C.
3) Sistema de bombeo de vacío de 3 etapas: primer etapa con bombas mecánicas (tipo root y screw), segunda etapa con una turbo molecular y una tercera con un sistema con helio líquido (-240°C).
4) Sistemas auxiliares de agua de refrigeración y nitrógeno gaseoso para hacer una ruptura de vacío lenta, controlada y limpia
5) Sistema eléctrico para el control de unas lamparas infrarrojas que se encontraban en el interior de la cámara, las cuales recreaban el momento en que el sol calienta el satélite (+150°C limitado)
6) Sistema de control SCADA para monitoreo interno de todas las variables. Mas de 1000 (mil) termocuplas para medición de temperatura en diferentes puntos de la cámara y del satélite.
Ese proyecto, comencé siendo el ingeniero de diseño mecánico, a cargo del diseño del recipiente diseñado al vacío y estructuras auxiliares. Luego, con ayuda externa, se diseñó el sistema de vacío, nitrógeno liquido y auxiliares. Por cambio de roles, tomé la posición de project manager con un grupo de ingenieros, equipo con el que terminé el diseño al detalle del simulador espacial, construcción, montaje y puesta en marcha en las instalaciones del cliente.
Muy interesante realmente, no muy común y de gran crecimiento profesional.
Saludos!
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