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 Revista Metalindustria

INGENIERIA DE SUPERFICIE: 

UNA ALTERNATIVA PARA LA REDUCCION DE COSTOS MEDIANTE LA RECUPERACION DE PARTES Y PIEZAS INDUSTRIALES

POR: JOHN STREETER, M.SC.

GERENTE CIA.CHILENA DE RECUBRIMIENTOS S.A.

INTRODUCCION:

Corrosión intergranular, erosión-cavitación, fatiga térmica, fretting, estos "virus" industriales inherentes a los procesos productivos en la industria, al igual que sus homólogos de la industria de la computación, son extremadamente peligrosos y generan graves perjuicios económicos en la forma de reposición de repuestos y/o tiempos improductivos.

La ingeniería de superficie, rama multidisciplinaria de la ingeniería, mediante un acabado análisis de los fenómenos de desgaste y de la ciencia de materiales, permite optimizar las superficies expuestas a desgaste de válvulas, evaporadores, intercambiadores de calor, bombas y compresores centrífugos, partes y piezas mecánicas, etc.,a objeto de prolongar significativamente su duración en servicio.

La ingeniería de superficies aplicada al mantenimiento industrial

  • Disponibilidad inmediata de repuestos.
  • Disminución de costos de reparaciones.
  • Prolongación de la vida útil de partes y piezas críticas.

Con ello se logra no sólo un sustantivo aumento en la contabilidad y disponibilidad de sistemas críticos sino que a la vez se reduce drásticamente la importación de repuestos. Los beneficios que reporta la aplicación de la ingeniería de superficie ha motivado a algunas empresas como el consorcio de celulosa y papel Mc.Millan/Bioedel (Canadá) a crear un Grupo de Materiales, cuyo objetivo es aplicar globalmente esta tecnología para reducir los costos de sus operaciones.

CONCEPTOS DE INGENIERIA DE SUPERFICIE

Los mecanismos de desgaste presentes en procesos industriales son los siguientes:

Abrasión 

Calor

Corrosión 

Fricción Metal-metal

Erosión 

Fretting

Impacto 

Cavitación

Generalmente, se produce una interacción de estos mecanismos y es así como en un sistema de succión podemos encontrar erosión y cavitación, calor (fatiga térmica) y erosión en los álabes de una turbina de vapor o abrasión y corrosión en un tornillo de bomba de pulpa afecta a iones CI-.

La corrosión, es en sí una compleja interacción de variables físico-químicas, que requiere siempre de un riguroso análisis debido a las diferentes formas en las cuales se presenta, como son corrosión bajo tensión, por aireación diferencial, vibro-corrosión, etc.

Una vez que el ingeniero especialista ha determinado (diagnosticado) el o los mecanismos de desgaste presentes en un equipo o componente, recurre a la ciencia de materiales para determinar qué aleación o recubrimiento, ya sea metálico, polimérico, cerámico o una mezcla de ellos, permite prolongar su duración en servicio.

Efectuada la selección del recubrimiento resistente al desgaste, el ingeniero debe determinar además el procedimiento con el cual se aplicará la aleación o esquema resistente al desgaste.

Las tecnologías más empleadas en la protección y recuperación de equipos y componentes expuestos a desgaste son:

  1. Soldaduras Especiales, en donde la aleación metálica es fundida sobre la superficie.  Se deben tomar precauciones para controlar deformaciones y/o daños metalúrgicos a la pieza.

  2. Rociado Térmico, en donde la aleación, metálica o no metálica, es proyectada en la forma de partículas finamente divididas, a altas velocidades, sobre la superficie para formar el recubrimiento. Esta tecnología se destaca por su baja temperatura de aplicación.
  3. Electrodeposición, en donde la aleación metálica es aplicada por transferencia electroquímica en espesores delgados,bajo los 0.25mm.

EJEMPLO INTRODUCTORIO:

Las válvulas de bola (esféricas) se emplean como elementos de control de flujo en varios procesos industriales.

Muñón de rodillo prensa (20 tons). Industria de Celulosa, recuperado con sistema Saw y Aleación FeCrMo

Estas válvulas están expuestas a desgaste por erosión, corrosión y fricción metal-metal. El costo de reposición de estos componentes es elevado y los tiempos de entrega para algunos repuestos pueden resultar excesivos, siendo necesario mantener los mismos en stock.

Una bola desgastada, manufacturada en acero inoxidable austenítico AISI 316L, puede ser recuperada dimensionalmente empleando idéntico material como aporte mediante un proceso apropiado de soldadura, mecanizando su superficie en una máquina de control computarizado. La duración en servicio de esta pieza restaurada será una fracción del tiempo de duración de una pieza nueva.

El proceso de ingeniería de superficie para este costoso repuesto es el siguiente:

  1. Restauración dimensional empleando material de aporte AWS E-316L

  2. Aplicación de recubrimiento antierosión de 7ORc de dureza en 0.3mm de espesor, seleccionado en función del ambiente de operación. Este recubrimiento en base a carburos complejos, se aplica mediante rociado térmico.

  3. Rectificado en sistema esférico, pulido y asentamiento.

Una válvula de bola recuperada por este método puede durar un 300% a 500% más que una válvula original no recubierto.

De igual manera, mediante técnicas de ingeniería de superficie, se logran extraordinarios resultados y generación de ahorros en la recuperación de otros componentes como bombas de pulpa de doble tornillo en donde se recupera también en su interior la carcaza, válvulas dosificadoras de gran tamaño, bombas de vacío, bombas centrífugas manufacturadas en aceros inoxidables especiales, partes y piezas de titanio y un sinnúmero de otros elementos mecánicos inherentes a los procesos productivos de la industria.

CALDERAS DE PODER, RECUPERADORASY EVAPORADORES

En una caldera de poder las aplicaciones son variadas.

Tubos de pared, tubos de sobrecalentadores, economizadores, ventiladores de tiro inducido, bombas de recirculación, etc. Las zonas de transición entre tubos de acero al carbono y tubos bi-metálicos está también expuesta a desgaste.

Mediante la aplicación de recubrimientos antidesgaste en los tubos se logra generar una barrera densa y resistente a la erosión/corrosión, la cual impide la formación de compuestos reactivos inestables y evita la degradación de los tubos. Los ventiladores son protegidos contra la erosión mediante aleaciones de carburos de tungsteno.

RESUMEN Y CONCLUSIONES

La Ingeniería de Superficies, considerando los agresivos ambientes de operación existentes en determinados procesos industriales puede constituirse en una eficaz herramienta de reducción de costos.

Existe en Chile la tecnología de ingeniería de superficies y concluyentes experiencias como para efectuar las aplicaciones con un muy alto standard de calidad.

Es del todo factible sustituir efectivamente importaciones de costosos repuestos pero a la vez también esta tecnología permite ejecutar hoy en día en nuestro país reparaciones garantizadas que a la fecha se están enviando al exterior para ser refaccionadas.

 

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