diseÑo, construccion y validacion de una camara …
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DISEÑO, CONSTRUCCION Y VALIDACION DE UNA CAMARA SALINA PARA ESTUDIOS DE CORROSION
Juan Carlos Brito Sanmiguel
Proyecto de grado para optar al titulo de Ingeniero Mecánico
Profesor Asesor:
Wilson A Hormaza R. MSc, PhD
Universidad De Los Andes Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Mecánica Bogotá, Colombia
Diciembre 7 de 2007
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AGRADECIMIENTOS
Es claro que sin el ánimo y el constante esfuerzo de personas en esta institución por
verme realizado como profesional, no habría sido el gran logro que hoy en día es para mí,
entregar este proyecto de grado como muestra de mi dedicación académica. A mis
padres, mi ejemplo, por su apoyo incondicional desde siempre. Al profesor Wilson
Hormaza por ser mi ilustrador y guía durante el desarrollo del proyecto. A Diana, Jimmy
y Fabián por su constante ayuda. Al personal de mantenimiento y del laboratorio de
manufactura por su colaboración y a todas aquellas personas que al creer en mi lograron
que este proyecto se llevara a cabo.
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Tabla de contenidos Índice de figuras ................................................................................................................ 6 Justificación ........................................................................................................................ 9 1. Introducción ............................................................................................................ 10 2. Objetivos .................................................................................................................. 11
2.1. Generales........................................................................................................... 11 2.2. Específicos ........................................................................................................ 11
2.2.1. Investigación y recopilación de información............................................ 11 2.2.2. Caracterización de la cámara salina.......................................................... 11 2.2.3. Experimentación y análisis de metales ..................................................... 11 2.2.4. Validación ................................................................................................. 12
3. Corrosión ................................................................................................................. 12 3.1. Definición ......................................................................................................... 12 3.2. Tipos de corrosión............................................................................................. 13
3.2.1. Corrosión uniforme................................................................................... 13 3.2.2. Corrosión galvánica o bimetálica.............................................................. 13 3.2.3. Corrosión en grietas o crevice corrosión .................................................. 14 3.2.4. Corrosión por picaduras o pitting corrosion ............................................. 14 3.2.5. Corrosión intergranular............................................................................. 15 3.2.6. Corrosión selectiva.................................................................................... 15 3.2.7. Corrosión por erosión ............................................................................... 15
3.2.7.1. Corrosión por Cavitación.................................................................. 16 3.2.8. Daño por hidrógeno .................................................................................. 16 3.2.9. Fisuración inducida por el medio:............................................................. 16
3.2.9.1. Corrosión bajo tensión ...................................................................... 16 3.2.9.2. Corrosión bajo fatiga......................................................................... 17 3.2.9.3. Corrosión por fricción....................................................................... 17
3.3. Tasas de corrosión............................................................................................. 17 3.4. Costos de la corrosión....................................................................................... 19 3.5. Tipos de ensayos ............................................................................................... 20
4. Diseño general de la cámara salina ....................................................................... 23 4.1. Factores a tener en cuenta ................................................................................. 23 4.2. Capacidad de prueba del sistema ...................................................................... 23 4.3. Recomendaciones de uso .................................................................................. 23
5. Caracterización de la cámara y el ensayo............................................................. 24 5.1. Normas.............................................................................................................. 24 5.2. Maquina de ensayos.......................................................................................... 25
5.2.1. Cámara interna .......................................................................................... 26 5.2.1.1. Soporte interno.................................................................................. 27 5.2.1.2. Tapas ................................................................................................. 28
5.2.2. Reserva de solución salina ........................................................................ 29 5.2.2.1. Reserva interna.................................................................................. 29 5.2.2.2. Reserva Externa ................................................................................ 30
5.2.3. Humidificador ........................................................................................... 31
4
5.2.4. Boquilla atomizadora ................................................................................ 32 5.2.5. Soportes para las probetas......................................................................... 33 5.2.6. Suministro de calor para la cámara........................................................... 34 5.2.7. Techo en “V invertido”............................................................................. 35 5.2.8. Medios de control necesarios.................................................................... 36 5.2.9. Recubrimiento anticorrosivo..................................................................... 37
6. Metodología del ensayo........................................................................................... 38 6.1. Probetas............................................................................................................. 38 6.2. Solución salina .................................................................................................. 38 6.3. Condiciones dentro de la cámara ...................................................................... 39
6.3.1. Temperatura en la zona de exposición...................................................... 39 6.3.2. Cantidad de neblina................................................................................... 39 6.3.3. Tiempo de exposición............................................................................... 39
6.4. Evaluación de resultados y reporte ................................................................... 40 7. Cálculos de diseño – Análisis estático.................................................................... 40
7.1. Cámara .............................................................................................................. 40 7.2. Tanque del humidificador ................................................................................. 43 7.3. Soporte interno.................................................................................................. 46 7.4. Recubrimiento anticorrosivo............................................................................. 51
8. Calibración de variables......................................................................................... 53 9. Ensayos..................................................................................................................... 53
9.1. Preparación de las muestras .............................................................................. 53 9.2. Aplicación del recubrimiento............................................................................ 54
9.2.1. Imprimante epóxico fosfato de zinc.......................................................... 54 9.2.2. Coaltar epóxico ......................................................................................... 55
9.3. Procedimiento ................................................................................................... 56 9.4. Resultados ......................................................................................................... 57
10. Conclusiones ........................................................................................................ 61 11. Bibliografía .......................................................................................................... 62 12. Anexos .................................................................................................................. 64
12.1. Prueba de tensión – Fibra de vidrio .............................................................. 64 12.2. Prueba de tensión – Acrílico (PMMA) ......................................................... 66 12.3. Tablas de materiales, [8]. .............................................................................. 68
12.3.1. Resina de poliéster como matriz en la fibra de vidrio (poliéster) ............. 68 12.3.2. Acrílico (PMMA, Polimetil metacrilato).................................................. 68 12.3.3. Polivinilideno fluorado (Kynar)................................................................ 69 12.3.4. PVC (cloruro de polivinilo) ...................................................................... 69 12.3.5. Polipropileno, (PP).................................................................................... 69
12.4. Recubrimiento............................................................................................... 70 12.4.1. Aplicación del recubrimiento anticorrosivo.............................................. 70
12.5. Hoja técnica de las pinturas, [23].................................................................. 72 12.6. Datos del proveedor químico (Cloruro de sodio) ......................................... 76 12.8. Fibra de vidrio (Owens Corning).................................................................. 78 12.9. Cálculos de cilindros de pared delgada......................................................... 80
12.9.1. Fibra de vidrio........................................................................................... 80 12.9.2. Acrílico ..................................................................................................... 80
5
12.10. Normas Técnicas........................................................................................... 81 12.10.1. ASTM B117.......................................................................................... 81 12.10.2. ASTM D1654........................................................................................ 91
12.11. Planos............................................................................................................ 95 12.11.1. Ensamble Cámara salina ........................................................................... 95 12.11.1.1. Soporte interno...................................................................................... 96 12.11.1.2. Cámara interna ...................................................................................... 97 12.11.1.3. Angulo superior .................................................................................... 98 12.11.1.4. Techo..................................................................................................... 99 12.11.1.5. Ensamble Humidificador .................................................................... 100 12.11.1.5.1. Ensamble inferior humidificador ........................................................ 101 12.11.2. Ensamble superior humidificador ........................................................... 107 12.11.3. Ensamble nebulizador............................................................................. 115 12.11.4. Ensamble base cámara ............................................................................ 121
6
Índice de figuras Figura 1: Representación grafica de las variables para el estudio de la corrosión ........... 21 Figura 2: Esquema de funcionamiento de una cámara salina comercial .......................... 21 Figura 3: Esquema de una cámara en funcionamiento ..................................................... 22 Figura 4: Aspecto físico de una cámara comercial ........................................................... 22 Figura 5: Esquema simplificado de la cámara .................................................................. 26 Figura 6: a) cámara interna. b) Detalle del canal de agua................................................. 27 Figura 7: a) Soporte interno. b) Detalle superior .............................................................. 28 Figura 8: Esquema de montaje de las tapas ...................................................................... 28 Figura 9: Ubicación de las tapas ....................................................................................... 29 Figura 10: Detalle de aseguramiento de tapas .................................................................. 29 Figura 11: Base inferior de torre de nebulización............................................................. 30 Figura 12: Esquema de la torre nebulizadora ................................................................... 30 Figura 13: Tanque de reserva externa en PP..................................................................... 31 Figura 14: a) Humidificador. b) Detalle empaque. c) Detalle Difusor de aire ................. 32 Figura 15: Boquilla de nebulización utilizada en la cámara ............................................. 32 Figura 16: Funcionamiento de la boquilla de nebulización .............................................. 33 Figura 17: Estante en acrílico ........................................................................................... 33 Figura 18: Resistencia cerámica ....................................................................................... 34 Figura 19: Resistencia de inmersión ................................................................................. 34 Figura 20: Techo diseñado en acrílico .............................................................................. 35 Figura 21: Detalle de manijas del techo............................................................................ 36 Figura 22: Esquema de control de la cámara .................................................................... 37 Figura 23: Esquema de aproximación por área................................................................. 41 Figura 24: Parámetros de la cámara en MdSolids ............................................................ 42 Figura 25: Teoría de falla (Coulomb-Mohr) para la cámara interna ................................ 43 Figura 26: Parámetros del humidificador en MdSolids .................................................... 45 Figura 27: Teoría de falla (Von Mises) para el humidificador ......................................... 46 Figura 28: Sección transversal del tubo estructural .......................................................... 47 Figura 29: Viga con apoyos simples y carga central ........................................................ 47 Figura 30: Diagrama de Cargas, cortante y momento de la viga...................................... 48 Figura 31: Diagrama de cargas y deflexión de la viga...................................................... 49 Figura 32: Distribución de esfuerzos normales sobre la sección transversal de la viga ... 49 Figura 33: Distribución de esfuerzos cortantes sobre la sección transversal de la viga ... 50 Figura 34: Teoría de falla (Von Mises) para la viga......................................................... 51 Figura 35: Galga suministrada por Sika para medir EPH................................................. 52 Figura 36: Rayado efectuado para evaluación de paneles recubiertos ............................. 56 Figura 37: Ubicación de los paneles durante los ensayos................................................. 57 Figura 38: Estado del panel al salir de la cámara.............................................................. 58 Figura 39: Depósitos salinos. Panel sometido a un ensayo de 12hrs. a) 10X b) 40X.. 59 Figura 40: Picaduras. Panel sometido a un ensayo de 12hrs. a) 10X b) 40X .............. 59 Figura 41: Probeta sometida a la cámara salina. a) Antes. 30X b) Después. 30X.......... 60 Figura 42: Rayado después del ensayo. 40X. ................................................................... 60 Figura 43: Anexo - Probetas de fibra de vidrio................................................................. 64
7
Figura 44: Anexo - Grafica Esfuerzo - Deformación para la fibra de vidrio.................... 64 Figura 45: Anexo - Probetas de acrílico ........................................................................... 66 Figura 46: Anexo - Grafica Esfuerzo - Deformación para el acrílico............................... 66 Figura 47: Anexo - a)aplicación de pintura. b) Medición de la película con la galga ...... 70 Figura 48: Anexo – Imprimante: a) Galga marcada 1 a 6. b) Galga sin marcar 7............ 70 Figura 49: Anexo - Coaltar: a)Galga marcada 7 a 12. b) Galga sin marcar 14 ................ 71
8
Índice de tablas Tabla 1: Unidades de corrosión [4]................................................................................... 18 Tabla 2: Recubrimiento anticorrosivo .............................................................................. 37 Tabla 3: Propiedades mecánicas de la fibra de vidrio....................................................... 41 Tabla 4: Parámetros de diseño de la cámara..................................................................... 42 Tabla 5: Propiedades mecánicas del acrílico. ................................................................... 44 Tabla 6: Parámetros de diseño del humidificador............................................................. 44 Tabla 7: Parámetros de diseño del soporte interno ........................................................... 47 Tabla 8: Recubrimiento anticorrosivo .............................................................................. 51 Tabla 9: Espesores recomendados para el recubrimiento anticorrosivo........................... 52 Tabla 10: Peso de cada panel de prueba ........................................................................... 54 Tabla 11: Parámetros establecidos para el imprimante..................................................... 54 Tabla 12: Valores estimados para el EPS del imprimante................................................ 55 Tabla 13: Parámetros establecidos para el coaltar ............................................................ 55 Tabla 14: Valores estimados para el EPS del coaltar ....................................................... 56 Tabla 15: Resultados de paneles expuestos sin recubrimiento ......................................... 58 Tabla 16: Anexo - Geometría de probetas de fibra de vidrio ........................................... 64 Tabla 17: Anexo - Resultados del ensayo de tensión de la fibra de vidrio....................... 65 Tabla 18: Anexo - Geometría de probetas de acrílico ...................................................... 66 Tabla 19: Anexo - Resultados del ensayo de tensión del Acrílico ................................... 67 Tabla 20: Anexo - Convenciones de las tablas de resistencia química [8]. ...................... 68 Tabla 21: Anexo - Tabla de resistencia química (Poliéster) [8]. ...................................... 68 Tabla 22: Anexo - Tabla de resistencia química (acrílico) [8]. ........................................ 68 Tabla 23: Anexo - Tabla de resistencia química (Kynar) [8]. .......................................... 69 Tabla 24: Anexo - Tabla de resistencia química (PVC) [8].............................................. 69 Tabla 25: Anexo - Tabla de resistencia química (Polipropileno) [8]................................ 69
9
Justificación
• Este proyecto se realizó con el ánimo de entender el fenómeno de la corrosión en
algunas aplicaciones y ambientes específicos.
• La corrosión es un tema que cada vez llama más la atención de los ingenieros
debido a la falta de datos relacionados con materiales y ambientes de trabajo, por
esta razón es importante buscar los medios necesarios para obtener información.
• La implementación de la cámara proveerá un ambiente corrosivo controlado para
suministrar información sobre la resistencia a la corrosión de metales y
recubrimientos, para su mejora y estudio siempre teniendo en cuenta la
posibilidad de ayudar a la industria nacional con su crecimiento y desarrollo.
• El costo de una cámara salina comercial es muy elevado y no es justificable que la
falta de recursos impida la experimentación y estudio de un fenómeno de tal
magnitud.
• Caracterizar el grado de protección aportado por los recubrimientos sobre metales
comparándolos con un estándar establecido.
• Permitir la realización de estudios de corrosión por parte del grupo de
investigación de corrosión de la universidad.
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1. Introducción
La corrosión es un ataque destructivo de un material por reacción química con su
ambiente de trabajo. Los átomos metálicos se encuentran en la naturaleza como
compuestos, estos átomos se obtienen mediante metalurgia extractiva para formar los
aceros y aleaciones. Cuando el medio de trabajo lo permite, los átomos intentan volver a
formar los compuestos originales o similares, debido a este proceso la corrosión también
se conoce como metalurgia extractiva inversa [4].
La importancia de la obtención de datos sobre la resistencia a la corrosión de diferentes
materiales es importante debido a los costos que se presentan debido a este fenómeno,
por esta razón la industria recurre a ensayos acelerados de corrosión los cuales
suministran información para crear programas preventivos y de mantenimiento [11].
Este proyecto tiene el propósito de ayudar a entender el fenómeno de la corrosión para
algunos usos y ambientes específicos. Tratando de evitar desastres catastróficos mediante
ambientes simulados por cámaras especiales capaces de generar las condiciones
favorables a la corrosión.
Por lo mencionado anteriormente se plantea el diseño, construcción y validación de una
cámara salina estándar (Salt Spray Chamber). Para desarrollar esto se realizó un estudio
de algunas de las cámaras que actualmente existen en la industria Colombiana,
analizando su diseño y entendiendo su funcionamiento.
La implementación de la cámara contribuye con el desarrollo de estudios y experimentos
relacionados con la corrosión siempre teniendo en cuenta la posibilidad de ayudar a la
industria nacional para promover su crecimiento y desarrollo. La cámara diseñada podría
ser útil para empresas pequeñas y medianas que no cuentan con el capital suficiente para
adquirir este tipo de equipos.
11
2. Objetivos
2.1. Generales
• Diseñar y construir una cámara salina para ensayos de corrosión teniendo en
cuenta los parámetros establecidos según la norma ASTM B 117.
• Estudiar el comportamiento de diferentes metales, expuestos a condiciones
ambientales simuladas utilizando la cámara salina para verificar su
comportamiento.
2.2. Específicos
2.2.1. Investigación y recopilación de información
• Mediante la consulta bibliográfica adecuada y de todas las fuentes posibles de
información, obteniéndose una visión más clara del enfoque del proyecto.
• Con base en la recopilación de información, se define un marco teórico que
tiene la información requerida y del proyecto.
2.2.2. Caracterización de la cámara salina
• Definir las características relevantes de la cámara para realizar un diseño
aproximado y posteriormente construirla teniendo en cuenta la selección de
materiales adecuados.
• Verificación del funcionamiento de la cámara según las variables más
relevantes para simular el ambiente salino.
2.2.3. Experimentación y análisis de metales
• Por medio de la modificación de las variables de la cámara se generan
diferentes ambientes para un tipo de metal y se pueden tener nociones de los
cambios presentados en el material.
• Analizar el comportamiento de los metales, definiendo sus características y
observando los cambios según la variación de los parámetros más relevantes
del equipo.
12
2.2.4. Validación
• Verificar por medios comparativos el desempeño correcto de la cámara.
• Mediante la duplicación de pruebas, se validara el correcto funcionamiento de
la maquina y su capacidad para repetir ensayos.
3. Corrosión
3.1. Definición
La corrosión se define como el resultado destructivo de una reacción química del
metal, ó aleación, con el medio donde trabajan.
Los átomos metálicos están presentes en la naturaleza en la forma de compuestos
químicos, después de formar los metales (metalurgia extractiva) y estar expuestos
a ciertos ambientes, los átomos tratan de volver a formar el compuesto químico
original parcial o totalmente. Por esta razón la corrosión también es llamada
“metalurgia extractiva inversa” [4].
Los metales existen en la naturaleza en estado combinado, por ejemplo, como
óxidos, sulfatos, carbonatos o silicatos. En estos estados las energías de los
metales son mas bajas. En el estado metálico las energías de los metales son más
altas y por eso existe la tendencia a reaccionar químicamente para formar
compuestos. Cabe resaltar que el oxido es el compuesto que represente el
compuesto mas estable del metal respecto al medio ambiente. El mineral de hierro
mas común es la hematina, es un oxido de hierro (Fe2O3). El producto de la
corrosión, llamada herrumbre1, tiene la misma composición química. Los metales
son susceptibles a la corrosión debido a que provienen de óxidos metálicos que
fueron sometidos a un proceso de reducción para obtener el hierro.
Para alcanzar el estado metálico, a partir de minerales, es necesario que el metal
absorba y almacene cierta cantidad de energía. Esta energía es la que le permite su
1 Nombre técnico para el oxido presentado por la corrosión del metal.
13
posterior regreso a su estado original a través de un proceso de oxidación
(corrosión). Esta energía almacenada varía de un metal a otro. Para metales como
el magnesio, aluminio y hierro es relativamente alta, a diferencia del cobre y la
plata que tienen energía relativamente baja [12].
3.2. Tipos de corrosión
Existen varias formas de clasificar la corrosión, por ejemplo tenemos la corrosión
generalizada y la corrosión localizada. La corrosión generalizada afecta más o
menos por igual a todos los puntos de una pieza mientras que la corrosión
localizada solo afecta puntos específicos. En general, la corrosión localizada
presenta pequeñas perdidas de material en comparación con la generalizada pero
sus consecuencias son peores debido a que es menos previsible y su evolución es
menos regular.
Es conveniente clasificar la corrosión por las formas en las que se manifiesta, o
sea en base a la apariencia del material corroído. Algunas formas pueden ser
identificadas a simple vista y otras requieren magnificación.
3.2.1. Corrosión uniforme
Es una reacción que ocurre por igual en toda la superficie del material,
causando una perdida general del metal. Este es el proceso corrosivo mas
común entre los metales y aleaciones pero en el acero inoxidable es muy
raro o escaso. La corrosión atmosférica es el sistema de corrosión más
representativo de este tipo. La corrosión uniforme es preferible desde el
punto de vista técnico ya que es posible predecir su deterioro y se puede
ajustar la vida útil de las partes metálicas desde su diseño.
3.2.2. Corrosión galvánica o bimetálica
Este tipo de corrosión ocurre cuando metales diferentes se encuentran en
contacto en presencia de un electrolito y como ambos poseen un potencial
eléctrico diferente que favorece la aparición de un metal como ánodo y el
otro como cátodo. A mayor diferencia de potencial, mayor deterioro del
14
ánodo (llamado también material mas activo). Este tipo de corrosión puede
ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones dependiendo de las
condiciones de trabajo o de ensamble.
3.2.3. Corrosión en grietas o crevice corrosión
Esta forma de corrosión se caracteriza por un intenso ataque localizado en
grietas o fisuras que están expuestos a agentes corrosivos, este proceso es
normalmente asociado al estancamiento de pequeños volúmenes de solución
causados por perforaciones, empaquetaduras, mal diseño de juntas, defectos
superficiales, grietas bajo pernos u otros elementos de sujeción. Algunas
formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:
• Rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.
• Cerrar las fisuras con materiales no-absorbentes o incorporar una barrera
para prevenir la humedad.
• Prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.
3.2.4. Corrosión por picaduras o pitting corrosion
La corrosión por picadura es un tipo de corrosión altamente localizada que
frecuentemente se observa en superficies con poca o ninguna corrosión
general, este es un proceso de naturaleza auto catalítica, una vez que la
perforación empieza a crecer, las condiciones desarrolladas son tales que
promueven el crecimiento de la perforación. Las picaduras ocurren como un
proceso de disolución local anódica donde la pérdida de metal es aumentada
por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo grande. Las picaduras
suelen ser de pequeño diámetro (décimas de milímetro). Las aleaciones de
aceros inoxidables son útiles porque producen en forma espontánea una
película de óxido que pasiva la aleación, lo cual reduce la tasa de corrosión,
sin embargo, estas películas son a menudo susceptibles a la ruptura
localizada, lo que da como resultado una aceleración en la disolución local
del metal. El ph en el pit (Cavidad) es bajo debido a la hidrólisis del catión y
15
a la ausencia de reacciones catódicas locales, por lo cual se genera ácido
clorhídrico que es muy agresivo para todos los metales.
3.2.5. Corrosión intergranular
La corrosión intergranular se refiere a la corrosión selectiva de los límites de
grano en metales y aleaciones. Este tipo de ataque es debido a la
precipitación de carburos de cromo Cr23C6 en un rango de temperatura de
425°C a 815 °C en los límites de grano, ya que son regiones de alta energía
debido a la gran proporción de dislocaciones en la estructura natural del
material. Este ataque es muy común en algunos aceros inoxidables y
aleaciones de níquel, donde es le conoce como Sentización del acero2.
3.2.6. Corrosión selectiva
Es el proceso donde un elemento específico es eliminado de una aleación
debido a una interacción electroquímica con el medio. La deszincación
(perdida de zinc) de aleaciones de latón es el ejemplo más común de este
tipo de corrosión. Quizá la parte más nociva de esta clase de ataques está en
que la corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las
picaduras y hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera, por lo
que es muy fácil que se produzcan daños en el metal al someterlo a una
fuerza mecánica.
3.2.7. Corrosión por erosión
La corrosión por erosión es causada o acelerada por el movimiento relativo
de la superficie de metal y el medio. Se caracteriza por rayaduras en la
superficie paralelas al movimiento. La erosión suele prevalecer en aleaciones
blandas (por ejemplo, aleaciones de cobre, aluminio y plomo).
Las aleaciones que forman una capa pasivante muestran una velocidad
limite por encima de la cual la erosión aumenta rápidamente. Otros factores
2 [12]. Luddey, Jose. Fundamentos de la corrosion. Universidad tecnológica de pereira – UTP. [2006]
16
como turbulencia, cavitación, o efectos galvánicos pueden aumentar la
severidad del ataque.
3.2.7.1.Corrosión por Cavitación
Este es un caso especial de corrosión-erosión, donde la pérdida de
metal en la superficie es producida por la formación de burbujas que
después implotan en la superficie metálica causando diminutos
desprendimientos de metal, generando una serie de picaduras en forma
de panal. Este fenómeno ocurre en las caras posteriores de las hélices
de los barcos.
3.2.8. Daño por hidrógeno
A temperaturas elevadas y presión parcial de hidrógeno alta, el hidrógeno en
forma iónica penetra desde la superficie del acero al carbono, hasta los
defectos internos del material como son las inclusiones entre otros, en donde
este hidrogeno iónico reacciona con el carbón del acero para formar metano
o puede formar hidrogeno gaseoso. La presión interna generada en el acero
causa una perdida de ductilidad (fragilización por hidrógeno) y genera fallas
por rotura. Además la eliminación de carbono del acero (descarburización)
provoca la caída de la resistencia del acero.
3.2.9. Fisuración inducida por el medio:
3.2.9.1. Corrosión bajo tensión
Ataque de un material por la acción conjunta de dos causas: química
(agresivo químico) y física (tensión mecánica). Por separado, ninguna
ataca al material. La progresión de la corrosión bajo tensión es de tipo
arbóreo, donde la cantidad de ramificaciones tiene directa relación con la
agresividad del medio y el nivel de esfuerzos del metal. Cuando los aceros
quedan con esfuerzos residuales o se crean por efecto de cargas exteriores,
tales como esfuerzos de tracción, deformaciones en frío, soldaduras y
estos se someten a un ambiente corrosivo, especialmente medios clorados,
17
se pueden producir ciertas fisuras, dando origen a la corrosión por tensión,
las grietas producidas generalmente siguen los límites de los cristales
(corrosión por límite de grano o corrosión intergranular).
3.2.9.2. Corrosión bajo fatiga
Ataque de un material por la acción conjunta de dos causas: química
(agresivo químico) y física (tensión mecánica - cíclica). El mecanismo de
ataque consiste en el mismo de la corrosión bajo tensión, de magnitud
menor, pero de forma cíclica hasta producir la falla. El ataque es
transgranular (rotura recta).
3.2.9.3. Corrosión por fricción
Se produce por el movimiento relativamente pequeño (como una
vibración) de 2 sustancias en contacto, de las cuales una o ambas son
metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie
del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y sólo
son visibles cuando ésta es removida.
3.3. Tasas de corrosión
Para poder comparar de forma significativa la resistencia a la corrosión de
los materiales, es necesario hacer un análisis cuantitativo. Las tasas de
corrosión se han expresado de muchas formas y cada una de ellas aporta
información de diferente tipo, como se puede ver en la Tabla 1.
18
Tabla 1: Unidades de corrosión [4]
La información suministrada para el primer caso, Pobre, indica que la forma de la
probeta influye, por ejemplo si se somete una lamina y una esfera del mismo peso
a un medio corrosivo, la perdida de peso de la esfera será menor, además el
tiempo de exposición afecta la medición. Para el segundo grupo, Buena, incluye
la perdida de peso por unidad de área expuesta por unidad de tiempo, pero no
expresan tasas de penetración, lo que desde un punto de vista de ingeniería es
crítico debido a que es utilizado para predecir la vida útil de un elemento. Los dos
últimos casos, Muy buena y Excelente, expresan la corrosión directamente en
términos de penetración. Por tanto es preferible utilizar mils por año (mpy), ya
que este valor esta entre 1 y 200 mpy para aleaciones ferrosas en un periodo de
tiempo determinado (un año), lo que evita el uso de números decimales ó números
grandes.
Por las razones previamente mencionadas, mils por año (mpy) es la mejor forma
de expresar la tasa de corrosión, y puede ser calculada con la relación (Ec 1) [4]:
3
19
TADWmpy⋅⋅⋅
=534
hrosiciondetiempoTinuestaareaA
cmgprobetaladedensidadD
mgpesodePerdidaW
,exp,exp
,
,
2
3
==
=
=
3.4. Costos de la corrosión
El desarrollo de los metales hace posible su mayor empleo, pero
desafortunadamente este aumento viene acompañado de un aumento en el costo
de la corrosión. Aproximadamente un 25% de la producción anual de acero es
destruido por la corrosión. La corrosión de los metales es uno de los gastos más
altos actualmente.
Los costos de la corrosión solo para Estados Unidos están estimados entre 8 y 127
billones de dólares por año [4].
Económicamente la corrosión se manifiesta mediante diversos casos como plantas
cerradas por mantenimiento de partes dañadas lo que resulta en una perdida de
producción, perdidas del producto mismo cuando hay goteras por uniones
corroídas, perdidas de eficiencia por ejemplo en intercambiadores de calor cuando
hay corrosión en las tuberías, contaminación de sustancias si las partes afectadas
son solubles, diseños robustos innecesarios que implican mayor costo, entre otras.
Los fabricantes de automóviles han destinado millones de dólares para
desarrollar y probar materiales que garanticen la no formación de corrosión en
sus modelos.3
3 Tomado de [4]: Jones A, Denny, “Principles and prevention of corrosion”, ed Prentice-Hall, 1996
(1)
20
En muchas ocasiones la corrosión ha sido causa de accidentes en los cuales han
fallecido muchas personas. Tomemos por ejemplo el caso de la explosión del
alcantarillado en Guadalajara, México en 1992 en la cual alrededor de 200
personas murieron, otras 1500 resultaron heridas y 1600 edificaciones se vieron
afectadas. Los daños fueron alrededor de 75 millones de dólares. Después de la
investigación respectiva, los ingenieros descubrieron que una tubería de agua
presentaba perdidas y goteaba sobre una tubería de gasolina que pasaba debajo.
Este goteo de agua provoco que la tubería de gasolina también presentara perdidas
debido a la corrosión y se vio reflejado en filtración de gasolina hacia las
alcantarillas subterráneas. Finalmente alguna chispa producida provoco la
ignición del combustible resultando en la catástrofe anteriormente nombrada [6].
3.5. Tipos de ensayos
El estudio del fenómeno de la corrosión depende de diferentes factores, entre ellos
están el tipo de corrosión, el material, el ambiente de trabajo, o el tipo de industria
que requiera dicho estudio. Una forma de visualizar las variables se encuentra a
continuación en la Figura 1.
Uno de los métodos para estudiar la corrosión son las cámaras que simulan
ambientes corrosivos, estos métodos son diseñados para poder controlar las
condiciones de exposición de tal manera que se pueda acelerar el proceso y
simular de forma mas precisa los ambientes de trabajo. Estos ambientes
generalmente son en la atmósfera natural.
Particularmente una de las cámaras mas ampliamente usadas son las regidas por la
norma ASTM B117 llamada “Method for Salt Spray (Fog) testing”, Método por
Aspersión de sal (neblina). Según la norma mencionada, estas cámaras son
diseñadas para exponer muestras a un ambiente de niebla salina mediante el uso
de aspersores de solución salina (NaCl + agua, donde la concentración de NaCl es
alrededor del 5%) en una cuarto cerrado por determinados periodos de tiempo.
Las cámaras mencionadas, constan principalmente de un humidificador, un
tanque para la solución salina, una entrada de aire para realizar la aspersión
21
mediante una boquilla plástica y un compartimiento hermético “cámara”, para
realizar las pruebas, entre muchas otras. El compartimiento cuenta con un “techo”
en V invertida para evitar goteos de solución condensada.
Figura 1: Representación grafica de las variables para el estudio de la corrosión4
Figura 2: Esquema de funcionamiento de una cámara salina comercial5
4 Imagen tomada de [6]: Roberge, Pierre. Handbook of corrosion engineering. Ed McGraw-Hill. 2000
22
En la Figura 2, en la parte izquierda se observa el exterior de la cámara que se
consigue comercialmente, su parte interior, la disposición de las muestras, la torre
de aspersión y el humidificador. En la parte derecha esta el detalle de la torre de
aspersión, observándose la entrada de aire, la entrada de la solución, la boquilla,
entre otras partes que se describirán durante el desarrollo del proyecto.
En la Figura 3, se muestra esquemáticamente el funcionamiento de la cámara al
ser terminada. Esta cámara también es comercial.
Figura 3: Esquema de una cámara en funcionamiento6
Por ultimo, en la Figura 4, tenemos una cámara real y su aspecto físico.
Figura 4: Aspecto físico de una cámara comercial7
5 Figura recuperada (modificada) de Denso Singapore desde http://www.denso.com.sg/tpl/mtc/DISP8.pdf. 6 Figura recuperada de http://www.finishing.com/autotech/cctc/cycles.html 7 Fotografía recuperada de Envirotronics, desde http://www.envirotronics.com/pdf/sse.pdf
23
4. Diseño general de la cámara salina
4.1. Factores a tener en cuenta
• Todos los materiales utilizados deben tener una gran resistencia a la corrosión.
• Los materiales deben permitir un uso prolongado y continuo.
• Todos los componentes y materiales deben ser fáciles de conseguir en el
mercado nacional.
• La cámara debe proveer facilidad y comodidad para el montaje de las
probetas.
• La cámara debe permitir el control sobre las variables del sistema.
• El diseño debe permitir un fácil y rápido mantenimiento de los componentes.
• Minimizar costos de fabricación.
4.2. Capacidad de prueba del sistema
• La realización de pruebas de corrosión tiene como objetivo fundamental el
poder determinar de forma cualitativa y cuantitativa el proceso de destrucción
de los materiales expuestos a diferentes condiciones de operación.
• A través de un experimento específico se pueden analizar las variables
involucradas en la corrosión como concentración, temperatura, tiempo de
exposición, etc.
• Es posible comparar el comportamiento de varios materiales y/o
recubrimientos en la misma prueba.
• En la prueba se utiliza una solución salina que simula un ambiente marítimo,
teniendo así una simulación de entorno costero siguiendo especificaciones de
la norma B 117-03.
4.3. Recomendaciones de uso
• Para el funcionamiento correcto de la cámara, se debe considerar un
mantenimiento preventivo regular que garantice el buen estado de las partes
en uso.
24
• Es adecuado realizar una calibración de la maquina con intervalos de 4 meses,
para certificar la igualdad de los ensayos.
5. Caracterización de la cámara y el ensayo
5.1. Normas
La American Society for Testing and Materials (ASTM) se ha encargado de
definir estándares de diferentes pruebas que sirven para estimar el
comportamiento corrosivo de los materiales. Hoy en día existen diferentes normas
que permiten estudiar la corrosión en ambientes controlados. Entre las más
importantes tenemos:
• ASTM B117
Prueba estándar de niebla salina (Cámara), (Test Method of Salt Spray (Fog)
Testing, Apparatus))
• ASTM B368
Prueba estándar de niebla salina acelerada mediante acido acético, (Standard
Method for Copper - Accelerated Acetic Acid - Salt Spray (Fog) Testing
(CASS Test))
• ASTM D609
Preparación de paneles de acero CR para probar la resistencia de
recubrimientos, pinturas y otros productos, (Practice for Preparation of Cold-
Rolled Steel Panels for Testing Paint, Varnish, Conversion Coatings, and
Related Coating Products)
• ASTM D1193
Especificación para utilizar el agua como reactivo, (Specification for Reagent
Water)
25
• ASTM D1654
Método de prueba para evaluar especimenes pintados o recubiertos sometidos
a ambientes corrosivos, (Test Method for Evaluation of Painted or Coated
Specimens Subjected to Corrosive Environments)
• ASTM G1
Práctica estándar para preparación, limpieza y evaluación de probetas
ensayadas por corrosión, (Standard Practice for Preparing, Cleaning, and
Evaluating corrosión Test Specimens.
• ASTM G85
Práctica estándar para prueba de niebla salina modificada, (Standard Practice
for Modified Salt Spray (Fog) Testing)
Las normas que rigen la experimentación con cámaras salinas, especifican una
norma referente a la construcción y el funcionamiento de éstas. Dicha norma es la
primera anteriormente mencionada, la ASTM B117.
En esta norma se especifica el procedimiento y las condiciones requeridas para
crear y mantener un ambiente salino controlado, proporcionando información
acerca de metales y recubrimientos expuestos a estas condiciones.
Cabe resaltar que los resultados obtenidos por esta práctica no son siempre
predecibles o completamente correlacionados con datos reales. Estas
correlaciones deben considerarse solo cuando se han realizado corroboraciones de
exposición atmosféricas a largo plazo.
Las condiciones del ensayo y las características de la maquina son establecidas en
la norma y se presentarán de una forma mas amplia y especifica.
5.2. Maquina de ensayos
El método de prueba planteado por la norma exige un equipo el cual consiste en
una cámara de niebla, una reserva de solución salina, un suministro de aire
26
comprimido, un humidificador, boquillas atomizadoras, soportes para las
probetas, suministro de calor a la cámara, un techo en “V invertida”, y medios de
control necesarios.
A continuación en la Figura 5 se aprecia un esquema básico de funcionamiento de
la cámara y su posterior descripción.
Manometro
Entrada de aire >15 psi
Difusor de aire
Boquilla de aspersion
Resistencias
Temperatura interna 35 u 2 vC
Aire caliente alrededorde camara
Solucion salinaNaCl al 5 u 1%
Deposito1 - 2 ml / hr x 80 cm2
Sello de agua
HUMIDIFICADOR
CAMARA
RESERVA DE SOLUCION
Figura 5: Esquema simplificado de la cámara
5.2.1. Cámara interna
La cámara interna esta fabricada en fibra de vidrio y sus dimensiones son
90 x 60 x 70 cm (Largo x ancho x alto). Las características geométricas
básicas son brevemente mencionadas por la norma y mediante una
investigación posterior se llego a la geometría final. La cámara cuenta con
un canal alrededor del borde que sirve para proveer un sello de agua a la
tapa superior según la Figura 6. La fibra cuenta con un calibre de 3,2 ± 0,1
mm y este fue determinado mediante un análisis estático simple, el cual se
presenta mas adelante.
27
a) b)
Figura 6: a) cámara interna. b) Detalle del canal de agua
La cámara debe tener una “cámara de aire” a su alrededor para poder
calentarla y disminuir el gradiente de temperaturas al interior. Para este fin
se construyo un soporte interno y posteriormente se crea la “cámara de
aire” con ayuda de unas laminas de acero (tapas). Este conjunto dispone
de una base hecha en ángulo de 1” y una lámina de acero CR calibre 16,
además posee ruedas para facilitar su transporte.
5.2.1.1. Soporte interno
El soporte interno esta constituido por tubo cuadrado de acero al
carbono 1020 CR de 1” calibre 16. La cámara esta diseñada para
encajar en este soporte con el fin de permitir la posterior acomodación
de las muestras al interior de la cámara mediante los soportes para
probetas. Cuenta con un marco en ángulo de acero de ¾” que permite
la sujeción de las láminas de acero, ver Figura 7.
Canal
28
a) b)
Figura 7: a) Soporte interno. b) Detalle superior
5.2.1.2. Tapas
Las láminas son de acero HR calibre 16 y cada una encaja en la base
que contiene las ruedas, posteriormente se asegura mediante tornillos
Bristol de ¼” x ¾” en el ángulo superior según la Figura 8, Figura 9 y
Figura 10.
Figura 8: Esquema de montaje de las tapas
29
Figura 9: Ubicación de las tapas
Figura 10: Detalle de aseguramiento de tapas
5.2.2. Reserva de solución salina
Para las pruebas es necesario tener una reserva de solución salina interna
en contacto con la boquilla de aspersión y una reserva externa que se
encarga de mantener la reserva interior siempre en un rango determinado.
5.2.2.1. Reserva interna
La reserva interna se encuentra conformada por un tubo de Poli
cloruro de vinilo (PVC) de 4” de diámetro con capacidad para
almacenar 1,6 litros. Esta reserva cuenta con un sensor de nivel que
con ayuda de una electro válvula mantiene la cantidad de la solución
en un nivel óptimo (ver Figura 11). La torre lleva un tubo en su parte
superior que guía la neblina hacia la zona de pruebas (ver Figura 12).
30
Figura 11: Base inferior de torre de nebulización
Figura 12: Esquema de la torre nebulizadora
5.2.2.2. Reserva Externa
Esta reserva consta de un tanque de fabricación especial en
Polipropileno (PP) cuyas dimensiones le permiten almacenar hasta 100
litros de solución dándole a la maquina una autonomía de prueba
bastante prolongada (ver Figura 13). El tanque cuenta con una salida
de ½” NPT para ser conectado a la reserva interna.
31
Figura 13: Tanque de reserva externa en PP
5.2.3. Humidificador
El Humidificador es un tanque que contiene agua a una temperatura
superior a la que se encuentre en la cámara interna. El humidificador se
encarga de aumentar la humedad y la temperatura del aire que viene del
suministro de aire comprimido para generar las condiciones requeridas en
la prueba. El tanque esta fabricado en un tubo de acrílico (Poli metil
metacrilato ó PMMA) y cuenta con un diámetro de 17cm y una altura de
50cm. En sus extremos lleva tapas de acrílico con un empaque de
neopreno embebido que permite su cierre hermético a través de tensores
externos de acero inoxidable de ¼”.
En su interior cuenta con un difusor fabricado en bronce que se encarga de
dispersar el aire que entra convirtiéndolo en burbujas mas pequeñas para
aumentar la superficie de contacto del aire con el agua y hacer el proceso
de humidificación mas rápido y efectivo (ver Figura 14).
32
a) b) c)
Figura 14: a) Humidificador. b) Detalle empaque. c) Detalle Difusor de aire
5.2.4. Boquilla atomizadora
La boquilla utilizada esta fabricada en plástico Kynar (polifluoruro de
vinilideno, PVDF), que presenta una excelente resistencia química a la
solución de cloruro de sodio (ver Figura 15). Según sus especificaciones
técnicas, cumple con los requisitos de presión, temperatura y caudal,
necesarios para la prueba dentro de la cámara, su funcionamiento se
muestra en la Figura 16.
Figura 15: Boquilla de nebulización utilizada en la cámara
33
Figura 16: Funcionamiento de la boquilla de nebulización
5.2.5. Soportes para las probetas
Según norma ASTM B117, los paneles de prueba deben estar sostenidos
de tal forma que no se toquen entre ellos para evitar goteos o transferencia
de solución. Una de las restricciones se refiere a una inclinación de 15° a
30° con respecto a la vertical, de esta forma se garantiza que la
condensación de la solución salina sobre la superficie de los paneles se
renueve con ayuda de la gravedad.
Para lograr lo anteriormente mencionado, se fabricaron dos estantes de
acrílico (Poli metil metacrilato ó PMMA) con ranuras rectangulares para
el sostenimiento de paneles de diferentes calibres, permitiendo la
inclinación dentro del rango establecido por norma (ver Figura 17).
Figura 17: Estante en acrílico
34
5.2.6. Suministro de calor para la cámara
Se utiliza una resistencia cerámica cuadrada de 15cm por 15 cm (ver
Figura 18) que proveerá la temperatura necesaria al interior de la cámara
para que ésta se mantenga a 1,17,135 +
− ° C.
Además se cuenta con una resistencia de inmersión al interior del
humidificador, calentando el aire antes de ser llevado a la boquilla de
nebulización, lo cual contribuye a elevar la temperatura al interior de la
cámara (ver Figura 19).
Cada una de las dos resistencias cuenta con una potencia cercana a 1000
vatios.
Figura 18: Resistencia cerámica
Figura 19: Resistencia de inmersión
35
5.2.7. Techo en “V invertido”
El techo se construyó en acrílico (Poli metil metacrilato ó PMMA) calibre
5mm. Sus dimensiones están hechas para que encaje en el canal de la
cámara de fibra de vidrio, el cual fue diseñado especialmente para colocar
un sello de agua (ver Figura 20).
Su geometría en “V invertido” radica en una restricción de la norma,
referente a que la neblina se condensa en las paredes y podría caer sobre
las muestras, el techo tiene un ángulo en su parte superior (90° - 125°
según la norma ASTM B117) para permitir el deslizamiento de la
condensación hacia los costados sin afectar las muestras.
El techo cuenta con unas manijas para levantarlo, las cuales se encuentran
ubicadas en su parte frontal, y pivotadas en su parte posterior, su peso
aproximado es de 7 kg (ver Figura 21).
La traslucidez de este material permite observar el comportamiento de la
cámara y de su producción uniforme de neblina, además permite saber
cuando la neblina es totalmente evacuada de su interior para poder abrir la
cámara.
Figura 20: Techo diseñado en acrílico
36
Figura 21: Detalle de manijas del techo
5.2.8. Medios de control necesarios
El control de los fluidos es muy importante para el funcionamiento
correcto de la cámara durante cada prueba. Teniendo en cuenta las
recomendaciones hechas por la norma, se instaló un control de
temperatura tanto para la cámara interna como para el agua del
humidificador, además se colocaron sensores de nivel en la reserva interna
de la solución salina y en el humidificador para el nivel del agua.
Los controles de temperatura constan de sensores ubicados en diferentes
puntos que envían señales a las resistencias de ambiente (cámara) y de
inmersión (agua) para lograr una temperatura previamente establecida.
Los controles de nivel funcionan de forma similar a los de temperatura,
pero en este caso los sensores de nivel indican un mínimo y un máximo, y
esta información es enviada a un controlador, activando una electro
válvula.
El esquema de funcionamiento del sistema de control esta mostrado en la
Figura 22.
37
Resistencia de inmersion ySensor T v en agua
Sensorde nivel
Electro valvula ( NC )
Valvula Reguladora ( NA )
Aire 15psi@ 35.C
Agua
solucion salina
Electro valvula
Sensorde nivel
Sensores T vBulbo Humedo y Bulbo Seco
Temperatura interna de la camara 35 u 2 vC
Temperatura Agua 42 u 2 vC
Valvula manual ( NC )
Valvula manual ( NC )
Desagüe
Evacuacion
Aire >15psiResistencias(Ceramicas)
Desagüe
Figura 22: Esquema de control de la cámara
5.2.9. Recubrimiento anticorrosivo
Para el desarrollo correcto de la estructura fue necesario utilizar algunos
recubrimientos especiales diseñados para ambientes corrosivos, con el fin
de preservar la cámara en buen estado (ver Tabla 2). Por medio de una
asesoría adecuada se determino el recubrimiento para este fin.
Película Espesor8
Imprimante epóxico fosfato de Zn (2 gal) 4 mils Pintura anticorrosiva
(SIKA) Coaltar epóxico (1 1/4 gal) 8 mils
Tabla 2: Recubrimiento anticorrosivo
Más adelante se entrara en detalle sobre la limpieza previa, aplicación de
la pintura y medición del espesor requerido.
8 Mils se refiere a una milésima de pulgada
38
6. Metodología del ensayo
6.1. Probetas
Los especimenes que se van a estudiar deben ser preparados de forma adecuada
dependiendo del tipo de recubrimiento o material a utilizar.
Por ejemplo las probetas con recubrimiento de pintura deben prepararse según la
norma ASTM D609 (Practice for Preparation of Cold-Rolled Steel Panels for
Testing Paint, Varnish, Conversion Coatings, and Related Coating Products).
Para estudios específicos de recubrimientos se puede llegar a un acuerdo entre el
proveedor y el comprador para definir las condiciones de preparación de las
muestras para pruebas en la cámara salina.
Algunas veces es necesario determinar la corrosión de una parte rayada o
deteriorada en un recubrimiento o pintura, por tanto es necesario preparar las
muestras según especificaciones de la norma ASTM D1654 (Test Method for
Evaluation of Painted or Coated Specimens Subjected to Corrosive
Environments).
La posición de las probetas debe ser entre 15° y 30° respecto a la vertical a
menos que se especifique lo contrario, estas deben quedar expuestas por
completo y no pueden estar en contacto entre ellas. Hay que evitar que la
solución condensada en una probeta llegue a caer sobre otra, lo que perjudicaría
el análisis.
6.2. Solución salina
La solución salina debe ser preparada mediante la disolución de 5 ± 1% en peso
de Cloruro de sodio (NaCl) grado analítico9 en agua destilada según norma
ASTM D1193 (Specification for Reagent Water).
Al interior de la cámara se encuentran unos recolectores de solución
condensada10, el pH de esta solución debe estar entre 6,5 y 7,2. Sabiendo que al
9 El grado analítico del NaCl refiere a que debe tener un valor cercano al 99% de pureza 10 Esta solución es utilizada para poder definir la repetibilidad de un experimento.
39
atomizarse la solución a una temperatura mayor que la ambiente, su pH aumenta
debido a la pérdida de dióxido de carbono. Entonces es necesario ajustar el pH de
la solución salina debajo de 6,5 para garantizar que la condensación recolectada
este dentro del rango permisible.
6.3. Condiciones dentro de la cámara
6.3.1. Temperatura en la zona de exposición
La temperatura dentro de la cámara en la zona de exposición es mantenida
en 1,17,135 +
− ° C. Esta temperatura es registrada por lo menos dos veces al
día, además el sistema de control de temperatura permite registrar la
temperatura de forma automática y después de la prueba se obtiene un
listado en cada instante.
6.3.2. Cantidad de neblina
Como se mencionó anteriormente, al interior de la cámara se encuentran
unos recolectores que se toman la solución salina condensada. El volumen
condensado en la cámara debe estar entre 1 y 2 ml por hora de prueba con
una mínimo de prueba de 16 horas, donde el área de recolecta debe ser de
80 cm2 definida por la parte mas amplia de un embudo que desemboca en
una probeta graduada.
6.3.3. Tiempo de exposición
No existen periodos de pruebas estándar pero puede obtenerse mediante
un acuerdo entre el proveedor y el comprador de un recubrimiento o
material. La norma recomienda tiempos de exposición múltiplos de 24 hrs.
La continuidad del proceso es muy importante, solo debe ser interrumpido
para la colecta de solución condensada y cada perturbación debe ser
reportada.
40
6.4. Evaluación de resultados y reporte
Al remover los especimenes deben limpiarse cuidadosamente con agua a una
temperatura no mayor a 38°C para remover depósitos de sal en la superficie y
después debe secarse inmediatamente.
Es necesario examinar la probeta minuciosamente con pruebas definidas por el
fabricante o por acuerdo entre fabricante y comprador.
En el reporte que se entrega al final de la prueba se debe incluir:
- Tipo de sal utilizado
- Lecturas de la temperatura en la zona de exposición
- Volumen de condensación por hora de prueba
- pH y gravedad especifica de la solución condensada
- Tipo de probeta, dimensiones
- Método utilizado previamente para limpieza de probetas
- Método de sujeción de la probeta dentro de la cámara
- Tiempo de exposición
- Interrupciones de la prueba
7. Cálculos de diseño – Análisis estático
Algunas partes de la cámara fueron sometidas a un análisis preliminar para validar su
geometría y verificar su resistencia a las condiciones establecidas por la cámara.
7.1. Cámara
Para poder fabricar la cámara en fibra de vidrio fue necesario realizar un ensayo
de tensión mediante la norma ASTM D638 (Standard Test Method for Tensile
Properties of Plastics), para caracterizar el material y obtener una resistencia a la
tensión ultima necesaria para realizar los análisis de carga estática.
Dichos resultados se encuentran en el anexo 12.1, donde tenemos una resistencia
última según la Tabla 3.
41
Carga máx.
(GPa)
Res. Ultima
(MPa)
Modulo Elástico
(GPa)
Media 2,24 35,41 3,53
Desv. Est 0,44 3,54 0,36
Tabla 3: Propiedades mecánicas de la fibra de vidrio
Para la obtención del espesor de pared, la cámara se aproximó a un cilindro de
pared delgada. Se tomo el área transversal y se igualo al área de un círculo para
despejar un radio equivalente (ver Figura 23).
Figura 23: Esquema de aproximación por área
De esta forma, para un radio de 36,5 cm (0,365 m) a una presión de 15 psi
(103,42 kPa) se hallan un esfuerzo tangencial, t
rP ⋅=1σ y otro longitudinal
trP
22⋅
=σ , donde .,,intPr pareddeespesortradiorernaesionP ===
Como el esfuerzo tangencial es mayor, se reemplaza σ1 por 35,41 MPa
(Resistencia última) y obtenemos un espesor de pared mínimo de 1,066 mm.
Por cuestiones de fabricación se tomo el espesor normal que tiene este tipo de
piezas en fibra de vidrio con un valor alrededor de 3,5 mm, obteniéndose un
factor de diseño de 3,28. Para este caso el factor de diseño es el mismo factor de
seguridad.
42
Luego se utilizó un software especializado, MdSolids 3.1, simulándose el caso
actual y teniendo los parámetros según la Tabla 4.
Parámetro Valor Unidad
Radio interno 36,5 cm
Espesor de pared 3,5 mm
Presión 15 (103,4) Psi (kPa)
Esfuerzo permisible 35,41 MPa Tabla 4: Parámetros de diseño de la cámara
Utilizando los datos anteriores en el software MdSolids 3.1 y se obtienen los
resultados según la Figura 24.
Figura 24: Parámetros de la cámara en MdSolids
43
Se encontró que los esfuerzos tangencial y longitudinal respectivamente son
10,79MPa y 5,39MPa.
Ahora aplicamos la teoría de falla de Coulomb – Mohr (Ec 2) para materiales
frágiles, encontrándose el factor de diseño así:
28,339,579,1041,35
0
2
1
211
====
≥≥=
nMPaMPaMPaS
nS
ut
ut
σσ
σσσ
Por medio de MDSolids 3.1 se visualiza de forma más fácil la ubicación del
estado de esfuerzos sobre la superficie de la cámara hecha en fibra de vidrio (ver
Figura 25).
Figura 25: Teoría de falla (Coulomb-Mohr) para la cámara interna
7.2. Tanque del humidificador
Para fabricar el tanque en acrílico fue necesario realizar un ensayo de tensión
según norma ASTM D638 (Standard Test Method for Tensile Properties of
(2)
44
Plastics), para caracterizar el material y obtener la resistencia a la tensión con la
cual se realizarán los análisis de carga estática.
Dichos resultados se encuentran en el anexo 12.2, donde se tienen las resistencias
a la tensión, según la Tabla 5.
Carga máx
(KN)
Res. Tensión
(MPa)
Modulo Elástico
(GPa)
Media 3,67 52,93 2,34
Desv. Est 0,23 2,61 0,13
Tabla 5: Propiedades mecánicas del acrílico.
Asumiendo que el tanque es un cilindro de pared delgada, y para un radio de
8,5cm (0,085 m) a una presión de 30 psi (206,842 kPa) se determinó un esfuerzo
tangencial, t
rP ⋅=1σ y otro longitudinal
trP
22⋅
=σ .
Como el esfuerzo tangencial es mayor, se reemplaza σ1 por 52,93 Mpa
(Resistencia a la tensión) y obtenemos un espesor de pared mínimo de 0,33mm.
Hay que notar que se ha incluido un factor de diseño de 2 en la presión de trabajo
al utilizar 30psi (206,842 kPa) en lugar de 15psi (103,42 kPa), además debido a la
facilidad de fabricación el espesor seleccionado fue de 5mm lo que agrega otro
factor de diseño con un valor cercano a 15.
Luego se utilizó un software especializado, MdSolids 3.1, simulándose el caso
con los parámetros listados en la Tabla 6.
Parámetro Valor Unidad
Radio interno 8,5 cm
Espesor de pared 5 mm
Presión 30 (206,842) Psi (kPa)
Esfuerzo permisible 52,93 MPa Tabla 6: Parámetros de diseño del humidificador
45
Al reemplazar los valores anteriores en el software MdSolids 3.1 se obtienen
resultados según la Figura 26.
Figura 26: Parámetros del humidificador en MdSolids
Se determinó que los esfuerzos tangencial y longitudinal son respectivamente
3,52MPa y 1,76MPa.
Ahora aplicando la teoría de falla de Von Mises, y teniendo que τxy es cero,
encontramos el factor de diseño así (Ec 3):
46
36,1776,152,3
93,522
)(
2
1
21
22
221
===
=
=++−
nMPaMPa
MPaSn
S
y
y
σσ
σσσσ
Por medio del programa se visualiza de forma más fácil la ubicación del estado de
esfuerzos sobre la superficie del tanque humidificador (ver Figura 27).
Figura 27: Teoría de falla (Von Mises) para el humidificador
7.3. Soporte interno
El soporte interno es el encargado de sustentar los estantes de las probetas. Estos
van ubicados transversalmente y asumiéndose que la carga máxima por cada uno
será de 100 kg, por tanto se tendrán 50 kg como reacción en cada lado del soporte
interno. Al analizarse cada lado, se tendría una carga central de 500 N.
Eventualmente se desea someter un cigüeñal a este análisis, y su peso esta en
promedio alrededor de 25Kg. Al asumir un peso máximo de 100kg, se esta
colocando un factor de diseño de 4.
(3)
47
Los datos que se tienen para el desarrollo del problema se encuentran listados en
la Tabla 7. Nombre Valor Unidad
Longitud de la viga 1000 mm
Apoyo 1 (x coord) 0 mm
Apoyo 2 (x coord) 1000 mm
Carga 500 N
Carga (x coord) 500 mm
Sy11 210 Mpa
E12 207 Gpa
Tabla 7: Parámetros de diseño del soporte interno
El tubo cuadrado utilizado es de 1” calibre 16, definiendo su sección transversal
de acuerdo a la Figura 28.
25,4
22,4
25,422,4
Figura 28: Sección transversal del tubo estructural
Teniendo todas las variables definidas, se utilizó el software MdSolids para
modelar la condición de una viga con apoyos simples y carga central, como se
muestra en la Figura 29.
Figura 29: Viga con apoyos simples y carga central
11 y 12 Propiedades para el Acero 1020 HR tomadas de [16]
48
Además se puede observar los diagramas de cortante y momento en cada punto de
la viga, para su posterior análisis, como se observa en la Figura 30.
Figura 30: Diagrama de Cargas, cortante y momento de la viga
En la Figura 31 observamos el diagrama de cargas, cortante y momento para la
viga. Se observa que el punto critico (momento máximo) esta ubicado en el centro
de la viga, por lo que se analizará el estado de esfuerzos en el punto inferior de la
sección transversal del tubo (Figura 32 y Figura 33), allí se presenta la máxima
deflexión.
49
Figura 31: Diagrama de cargas y deflexión de la viga
Para el esfuerzo normal en [z , y] = [0 , -12.7] se tiene la siguiente distribución
(Figura 32):
Figura 32: Distribución de esfuerzos normales sobre la sección transversal de la viga
Para el punto analizado según la Figura 32 se obtiene un esfuerzo normal de
115,828 MPa.
Para el esfuerzo cortante en [z , y] = [0 , -12.7] tenemos la siguiente distribución
(Figura 33):
50
Figura 33: Distribución de esfuerzos cortantes sobre la sección transversal de la viga
Para el punto analizado según la Figura 33 se obtiene un esfuerzo cortante igual a
cero.
Por ultimo aplicando la teoría de falla, según el criterio de Von Mises (Ec 4) para
obtener el factor de seguridad que brinda el soporte.
nS y=
++−2
)( 21
22
221 σσσσ
Donde
seguridaddeFactornprincipalEsfuerzo
mayorprincipalEsfuerzo
tensionlaasistenciaS y
===
=
2
1 )(
Re
σσ
Se reemplazaron los valores y se obtuvo un valor para el factor de seguridad de la
siguiente forma:
81,10
828,115
210
2
1
===
=
nMPa
MPa
MPaS y
σσ
A continuación se observa la ubicación del estado de esfuerzos sobre la teoría de
falla según el software MdSolids 3.1 apreciándose un factor de seguridad de 1,81
tal como se había encontrado previamente (ver Figura 34).
(4)
51
Figura 34: Teoría de falla (Von Mises) para la viga
7.4. Recubrimiento anticorrosivo
Película Espesor13
Imprimante epóxico fosfato de Zn (2 gal) 4 mils Pintura anticorrosiva
(SIKA) Coaltar epóxico (1 1/4 gal) 8 mils
Tabla 8: Recubrimiento anticorrosivo
Las pinturas están compuestas básicamente por 3 elementos, Pigmentos, vehiculo
fijo14 y solventes. Al aplicar la pintura el solvente se evapora lo que introduce un
nuevo término, el de Espesor de película húmeda, (EPH). Este espesor es el que
se mide justo después de aplicar la pintura y debido a que los solventes se
evaporan, el espesor final o espesor de película seca, (EPS), es menor.
Conociendo la cantidad de sólidos en volumen15, (Sv), que posee una pintura
determinada, se puede hallar una relación entre los dos espesores de la siguiente
forma (Ec 5):
13 Mils se refiere a una milésima de pulgada 14 Aceites, resinas o silicatos, entre otros. 15Porcentaje determinado según las proporciones de cada componente de una pintura
52
SvEPSEPH
SvEPHEPS
%
%
=
×=
Película EPS % Sv EPH
Imprimante epóxico fosfato de zinc 4 mils 60 6,7
Coaltar epóxico 8 mils 60 13,3
Tabla 9: Espesores recomendados para el recubrimiento anticorrosivo
El espesor recomendado para esta aplicación fue de 4 y 8 mils respectivamente
(ver Tabla 8) y como se observa en la Tabla 9, para obtenerlos debemos aplicar
una película húmeda de 6,7 y 13,3 respectivamente. Antes de aplicar la pintura se
realizo una preparación de la superficie, tipo SSPC-SP216.
Para controlar los espesores definidos, es necesario utilizar una galga para espesor
de película húmeda, suministrado por Sika (Figura 35), el procedimiento consiste
en aplicar la capa de pintura y luego colocar la galga para observar el espesor
actual de película húmeda. Si el espesor requerido de (EPH) es de 6,7 mils, al
colocar la galga debe marcar totalmente del 1 al 6 pero no marcar el 7, así el valor
se encuentra entre 6 y 7 mils. De igual forma se obtiene un espesor de 13,3.
El procedimiento se encuentra en el anexo 12.4.
Figura 35: Galga suministrada por Sika para medir EPH
16 Limpieza manual (SSPC-SP2) Remoción de cascarilla de laminación desprendida, pintura desprendida y otros contaminantes extraños, utilizando cepillo manual, raspado manual, ó por la combinación de estos dos métodos.
(5)
53
8. Calibración de variables
Se realizaron varios ensayos de acuerdo a las condiciones dadas por la norma ASTM
B117 sustituyendo la solución salina por agua para verificar el comportamiento del
sistema de control de la cámara, obteniendo un total de 88 hr de funcionamiento.
Cada media hora se registró la humedad relativa (%) y la temperatura de la cámara
(ºC) y se observó el correcto funcionamiento de los sensores y calefactores. Los
niveles de agua del humidificador y de la solución salina se examinaron de forma
visual y adicionalmente se registró el consumo de esta última.
La cámara consume 260 ml/hr de solución salina aproximadamente, cantidad que da
al equipo una autonomía de 16 días operando de forma continua y con el tanque lleno
(100L).
Aunque el humidificador logra estabilizar la temperatura en 15 minutos, el tiempo de
estabilización total de la cámara es cercano a una hora, a partir del cual las
condiciones se mantienen durante todo el ensayo.
Para verificar que la cantidad de neblina producida este entre 1 y 2 ml/hr según la
norma ASTM B117, en cada ensayo se midió el condensado de agua y se ajustó la
distancia del bafle (difusor de neblina) a fin de regular el condensado.
9. Ensayos
Para la realización de los ensayos y validación del correcto funcionamiento de la
cámara, se utilizaron paneles de acero al carbono 1020 HR de 8cm por 13cm, con un
calibre 16 (1,5mm aproximadamente), en algunas laminas se aplicó un recubrimiento
anticorrosivo epóxico similar al utilizado en la construcción de la cámara.
9.1. Preparación de las muestras
Cada uno de los paneles fue preparado según recomendaciones de la norma B117,
las impurezas fueron removidas en su totalidad por medio del uso de lijas de agua
finas y solventes (thinner) para su posterior enjuague en agua destilada.
Antes de la aplicación del recubrimiento, cada panel se midió y registró el peso
como se muestra en la Tabla 10.
54
Previo al recubrimiento
Panel Peso (gr.)
1 122,753
2 123,462
3 121,619
4 123,037
5 123,604
6 122,895
7 120,202
8 121,761
9 119,068
10 137,637
11 122,045
12 121,052
13 120,627
14 123,037
15 118,217
16 121,478
Tabla 10: Peso de cada panel de prueba
9.2. Aplicación del recubrimiento
9.2.1. Imprimante epóxico fosfato de zinc
Se aplicó una capa de imprimante epóxico en los primeros 8 paneles, según
recomendaciones del fabricante. Para estimar el espesor de película seca
(EPS), se pesaron después de la aplicación (secas) y mediante la información
suministrada (ver Tabla 11) se obtiene una aproximación del espesor del
imprimante (mils) como se observa en la Tabla 12.
Información suministrada
Densidad imprimante (gr/cm3) 1,453
Area superficial panel (cm2) 271
cm a mils (factor de conversión) 393,7
Tabla 11: Parámetros establecidos para el imprimante
55
Peso (gr)
Panel
Sin
recubrimiento
Con
imprimante Diferencia
Volumen17
(cm3)
Espesor18
(cm)
EPS (mils)
1 122,753 130,124 7,371 5,073 0,019 7,37
2 123,462 131,542 8,080 5,561 0,021 8,08
3 121,619 128,565 6,946 4,780 0,018 6,94
4 123,037 131,258 8,221 5,658 0,021 8,22
5 123,604 131,287 7,683 5,287 0,020 7,68
6 122,895 127,431 4,536 3,122 0,012 4,54
7 120,202 130,408 10,206 7,024 0,026 10,20
8 121,761 127,148 5,386 3,707 0,014 5,39
Media EPS 7,30
Tabla 12: Valores estimados para el EPS del imprimante
9.2.2. Coaltar epóxico
Después del curado de la película imprimante, se aplicó la película de
terminado, y se repitió el procedimiento del imprimante para hallar el valor
aproximado del espesor de película seca (EPS) del coaltar (ver Tabla 13 y
Tabla 14).
Información suministrada
Densidad coaltar (gr/cm3) 1,331
* Area superficial panel (cm2) 272,7
cm a mils (factor de conversión) 393,7
*Area superficial: A cada dimensión se le suma la media de espesor imprimante = 0,019cm
Tabla 13: Parámetros establecidos para el coaltar
17
)()()(ReρDensidad
mMasaVVolumenquecordando =
18 El espesor se halla dividiendo el volumen sobre el área del panel.
56
Peso (gr)
Panel Con imprimante Con coaltar Diferencia
Volumen
(cm3)
Espesor
(cm)
EPS (mils)
1 130,124 134,660 4,536 3,408 0,012 4,92
2 131,542 136,645 5,103 3,834 0,014 5,53
3 128,565 133,526 4,961 3,727 0,014 5,38
4 131,258 136,645 5,386 4,047 0,015 5,84
5 131,287 136,928 5,642 4,239 0,016 6,12
6 127,431 132,676 5,245 3,940 0,014 5,69
7 130,408 135,794 5,386 4,047 0,015 5,84
8 127,148 132,251 5,103 3,834 0,014 5,53
Media EPS 5,61
Tabla 14: Valores estimados para el EPS del coaltar
9.3. Procedimiento
La solución salina utilizada en los ensayos tiene una concentración del 5% en
peso de Cloruro de sodio (NaCl) en agua destilada. El pH de la solución para un
volumen de 40 litros fue de 6,54. Recordando que el Ph debe ser tal que al
condensarse se encuentre entre 6,5 y 7,2 según norma ASTM B117.
Para la evaluación de los paneles recubiertos se utilizó la norma ASTM D1654
(ver Anexo 12.10.2) obteniendo los parámetros necesarios de orientación del corte
y tipo de herramienta necesaria para realizar un rayado sobre la pintura epóxica
antes de someterlos a la cámara salina. (ver Figura 36)
Figura 36: Rayado efectuado para evaluación de paneles recubiertos
RAYADO
57
Los paneles con recubrimiento y sin recubrimiento fueron ubicados sobre los
respectivos soportes de probetas con una inclinación entre 15º y 30º respecto a la
vertical como lo especifica la norma ASTM B117 (ver Figura 37).
El periodo de exposición de las probetas a la solución salina fue de 12 horas,
después del cual, los paneles fueron retirados de la cámara y cuidadosamente
lavados con agua para eliminar los depósitos de sal de la superficie para su
posterior estudio.
Para un tiempo de exposición de 12 hrs, el condensado debe estar entre 12ml y
24ml por colector. Durante el ensayo, los colectores de neblina recogieron 30ml y
13ml respectivamente. La diferencia entre los colectores se debe a la falta de
uniformidad de la neblina en ambos lados de la cámara, aspecto que se corrige
dirigiendo la aspersión de la boquilla de forma vertical.
EL Ph de la solución condensada fue de 6,69 cumpliendo con el rango definido
según norma ASTM B117 garantizando la cantidad necesaria de neblina durante
el ensayo.
Figura 37: Ubicación de los paneles durante los ensayos
9.4. Resultados
Los paneles sin recubrimiento fueron cuidadosamente lavados y posteriormente
pesados después de haber sido sometidos a un ensayo en la cámara salina (ver
Figura 38). Los datos obtenidos se encuentran listados en la Tabla 15.
58
Figura 38: Estado del panel al salir de la cámara.
Según la ecuación (1), se calcula la tasa de penetración de la corrosión en mils por
año (mpy) como se observa en la Tabla 15.
Peso (g) Peso (mg)
Probeta Antes del ensayo
Después del ensayo Diferencia mpy
9 119,220 118,660 560 239 10 138,062 137,78 282 120 11 122,328 121,90 428 183 12 121,194 120,710 484 207 13 120,676 120,290 386 165 14 123,337 122,860 477 204 15 118,420 118,030 390 166 16 121,730 121,200 530 226
Tabla 15: Resultados de paneles expuestos sin recubrimiento
Al observar los paneles en el estereoscopio OLYMPUS VM, se identificó la
corrosión producida por condensación de neblina sobre la superficie.
59
a. b.
Figura 39: Depósitos salinos. Panel sometido a un ensayo de 12hrs. a) 10X b) 40X
La solución condensada sobre los paneles se renueva continuamente durante todo
el ensayo, esto produce una superficie rica en oxígeno (O2) que proporciona las
condiciones necesarias para el aumento de la tasa de corrosión.
Las zonas donde fluye la solución resultan más afectadas y son fácilmente
identificadas después de una limpieza minuciosa con acido clorhídrico diluido
(HCl), debido a las picaduras presentadas a lo largo de estos caminos. (Figura 40)
a. b.
Figura 40: Picaduras. Panel sometido a un ensayo de 12hrs. a) 10X b) 40X
Para tener una noción del daño producido por la corrosión, se observo una zona
determinada en una probeta antes y después del ensayo para comprobar la
formación de picaduras (ver Figura 41 ).
ZONA DE FLUJO PICADURAS
DEPOSITOS SALINOS
DEPOSITOS SALINOS
ZONA DE FLUJO
60
a. b.
Figura 41: Probeta sometida a la cámara salina. a) Antes. 30X b) Después. 30X
Los paneles recubiertos no presentaron un daño notable, incluso dentro de las
rayaduras realizadas previamente al ensayo (Figura 42). El área expuesta del
metal es tan pequeña que el ataque de la solución salina fue despreciable.
El recubrimiento permaneció intacto, su textura y color no presentaron cambio lo
que demuestra el cumplimiento de su función inhibidora.
Al realizarse un análisis de la superficie con ayuda del estereoscopio no se
encontró presencia de levantamiento o soplado de la capa de pintura adyacente a
la zona rayada, fenómeno a partir del cual se califica el comportamiento del
recubrimiento.
Figura 42: Rayado después del ensayo. 40X.
RAYADO
COALTAR EPOXICO (NEGRO)
IMPRIMANTE EPOXICO (ROJIZO)
FORMACION DE PICADURAS
61
10. Conclusiones
• A través de la experiencia, los parámetros necesarios para diseñar y construir una
cámara salina fueron consignados en la norma ASTM B117. En esta se encuentra
toda la información necesaria para reproducir las condiciones requeridas para el
ensayo y lograr así un entorno que facilite la investigación de la corrosión.
• La corrosión presentada en ambientes salinos es un fenómeno que involucra muchas
variables, lo que hace difícil su estudio y reproducción. Al construir la cámara
salina se pueden controlar algunas de las variables más importantes logrando un
ambiente para el análisis de este fenómeno mediante un ensayo acelerado y
repetible.
• Los resultados entregados por estos ensayos representan el comportamiento del
material bajo las condiciones de humedad, temperatura y concentración de la
solución, establecidas por norma ASTM B117. Este ensayo ayuda a determinar la
resistencia a la corrosión de un material cuando los resultados del ensayo y las
condiciones de servicio muestren una relación aproximada.
• Este ensayo es valido para comparar comportamientos de diferentes recubrimientos
y materiales, aunque no predice su vida útil, sirve para indicar una vida relativa en
condiciones marinas.
• El recubrimiento compuesto de imprimante y coaltar epóxico suministrado por
SIKA, fue sometido a ensayos y no presentó deterioro alguno demostrando así que
es una forma rápida y efectiva de proteger los metales contra un ataque corrosivo.
• La solución de cloruro de sodio (NaCl) condensada sobre los paneles se renueva
continuamente durante todo el ensayo gracias a la inclinación de las muestras, esto
produce una superficie rica en oxigeno que proporciona las condiciones necesarias
para el aumento de la tasa de corrosión.
62
11. Bibliografía [1]. ASTM Standard B117-03. “Standard practice for operating salt spray (fog)
apparatus” American society for testing and materials 2003. [2]. ASTM Standard D638-03. “Standard Test Method for Tensile Properties of
Plastics” American society for testing and materials 2003. [3]. ASTM Standard D1193-06. “Standard Specification for Reagent Water” American
society for testing and materials 2006. [4]. Jones A, Denny. The Principles and prevention of corrosion. Ed Prentice Hall,
1996. [5]. Champion, F.A. Corrosion Testing Procedures. Ed Chapman and Hall. 2da
Edición. 1964 [6]. Roberge, Pierre. Handbook of corrosion engineering. Ed McGraw-Hill. 2000 [7]. Nelly, Robert. Electrochemical techniques in corrosion science and engineering,
Ed Marcel Dekker. 2003. [8]. Charles A. Harper, Handbook of plastics and elastomers, New York : McGraw-
Hill, [1975]. [9]. Herbert H. Uhlig, The corrosion handbook. New York. 1948 [10]. John W. Weeton, Dena M. Peters and Karyn L. Thomas, Engineer's guide to
composite materials. Ed American Society for Metals, 1987. [11]. Pinzon, Manuel; Jirado, Nidia. “Aspectos De Diseño De Un Equipo De Análisis
De Corrosión Por Niebla Salina”. Articulo publicado en la revista Scientia et técnica de la Universidad tecnológica de Pereira recuperada de http://www.utp.edu.co
[12]. Luddey, Jose. Fundamentos de la corrosion. Universidad tecnológica de pereira – UTP. [2006]
[13]. Fontana, Mars. Corrosión Engineering. Ed McGraw Hill. [1967] [14]. Metals Handbook Committee, ASM metals handbook / American Society for
Metals. 10a Ed. American Society for Metals, V13, [1995] [15]. Lubin, George. Handbook of composites, ed Van Nostrand Reinhold, [1982] [16]. Flinn, Richard . Materiales de ingeniería y sus aplicaciones; traducción: Gustavo
Tovar. Ed Mc Graw-hill. [1991] [17]. Shigley, Joseph. “Mechanical engineering design”. Ed McGraw Hill. [2004] [18]. Schweitzer, Philip A. Corrosión and corrosión protection handbook. 2ed. Ed
Dekker. [1989] [19]. Textos Científicos. Tipos de Corrosión. Disponible en
http://www.textoscientificos.com/quimica/corrosion/tipos [20]. Catalogo de Cámaras salinas comerciales Envirotronics disponible en
www.envirotronics.com/sse.html como “SSE series: Salt Fog/Salt Spray Test Chambers”.
[21]. Descripción de funcionamiento de cámaras por Auto Technology Chamber disponible en http://www.finishing.com/autotech/cctc/cycles.html
[22]. Descripción de funcionamiento de cámaras por Auto Technology Chamber disponible en www.autotechnology.net/Standard_Salt_Fog_Test_Equipment.asp
[23]. Manual de recubrimientos para metal 2007, suministrado por Sika.
63
[24]. National Physics Laboratory, “A short introduction to corrosion and its control” disponible en http://www.npl.co.uk/lmm/docs/basics_of_ corrosion_control.pdf
[25]. Owens Corning. Hoja de información del producto Super Gun Roving (fibra de vidrio utilizada para la construcción de la cámara) recuperada de http://www.owenscorning.com
[26]. Good year, Catalogo de mangueras plásticas Spiraflex recuperado de http://www.goodyear.com.ar/ipd/spiraflex.html
[27]. Catalogo de Cámaras salinas comerciales Angelantoni “Dry corrosión test cabinet” recuperado de http://www.angelantoni.it
[28]. ASTM Standard D1654. “Standard test method for Evaluation of painted or coated specimens subjected to corrosive environments” American society for testing and materials 2005.
64
12. Anexos
12.1. Prueba de tensión – Fibra de vidrio
Se fabricaron 6 probetas según la norma ASTM D638 para evitar el corte de las
fibras no se realizo una reducción de área de “tipo corbatín” (Figura 43). Las
probetas presentaron una geometría rectangular según la Tabla 16:
Ancho
(mm)
Espesor
(mm)
Área
(mm2)
Probeta 1 20,16 2,8 56,44
Probeta 2 19,85 2,9 57,56
Probeta 3 20,54 2,76 56,69
Probeta 4 20,49 3,4 69,66
Probeta 5 20,51 3,42 70,14
Probeta 6 20,04 3,32 66,53
Tabla 16: Anexo - Geometría de probetas de
fibra de vidrio
Figura 43: Anexo - Probetas de fibra de vidrio
A continuación se graficó la curva Esfuerzo vs. Deformación para las respectivas
probetas como se aprecia en la Figura 44.
Fibra de vidrio
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014
Deformacion (mm/mm)
Esfu
erzo
(MPa
) Fibra 1 Fibra 2Fibra 3Fibra 4 Fibra 5Fibra 6
Figura 44: Anexo - Grafica Esfuerzo - Deformación para la fibra de vidrio
65
Como se observa en la curva, el porcentaje de elongación es menor al 5% lo que
define un material frágil. Los resultados individuales y totales están listados a
continuación en la Tabla 17.
Probeta
Carga máx.
(KN)
Res. Ultima
(MPa)
Modulo Elástico
(GPa)
Fibra 1 1,78 31,54 3,88
Fibra 2 1,78 30,91 3,48
Fibra 3 2,00 35,33 3,92
Fibra 4 2,65 38,01 3,16
Fibra 5 2,78 39,65 3,07
Fibra 6 2,46 37,01 3,68
Promedio 2,24 35,41 3,53
Desv. Est 0,44 3,54 0,36
Tabla 17: Anexo - Resultados del ensayo de tensión de la fibra de vidrio
66
12.2. Prueba de tensión – Acrílico (PMMA)
Se fabricaron 6 probetas según norma [2], las probetas presentaron una geometría
como se aprecia en la Figura 45 y en la Tabla 18:
Ancho
(mm)
Espesor
(mm)
Área
(mm2)
Probeta 1 13,65 5,14 70,16
Probeta 2 13,46 5,14 69,18
Probeta 3 13,02 5,14 66,92
Probeta 4 13,6 4,95 67,32
Probeta 5 15,21 4,95 75,28
Probeta 6 13,1 5,14 67,33
Tabla 18: Anexo - Geometría de probetas de
acrílico
Figura 45: Anexo - Probetas de acrílico
A continuación se graficó la curva Esfuerzo vs. Deformación para las respectivas
probetas como se aprecia en la Figura 46.
Acrilico
0
10
20
30
40
50
60
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12
Deformacion (mm/mm)
Esfu
erzo
(Mpa
)
Acrilico 1
Acrilico 2
Acrilico 3
Acrilico 4
Acrilico 5
Acrilico 6
Figura 46: Anexo - Grafica Esfuerzo - Deformación para el acrílico
67
Como se aprecia en la curva, el porcentaje de elongación es mayor al 5% lo que
define un material dúctil. Los resultados individuales y totales están listados
según la Tabla 19.
Probeta
Carga máx.
(KN)
Res. Tensión
(MPa)
Modulo Elástico
(GPa)
Acrílico 1 3,64 51,89 2,27
Acrílico 2 3,69 53,37 2,55
Acrílico 3 3,31 49,43 2,29
Acrílico 4 3,87 57,46 2,43
Acrílico 5 3,96 52,59 2,18
Acrílico 6 3,56 52,87 2,34
Promedio 3,67 52,93 2,34
Desv. Est 0,23 2,61 0,13
Tabla 19: Anexo - Resultados del ensayo de tensión del Acrílico
68
12.3. Tablas de materiales, [8].
Para poder identificar el comportamiento de los diferentes materiales, se
determinó que para cada sustancia química los materiales pueden tener una
resistencia calificada de la siguiente forma: Excelente, Buena, Aceptable, Pobre y
No aceptable. Además en la categoría de sales neutrales encontramos
específicamente al cloruro de sodio (NaCl), sustancia a la cual van a estar
expuestos directamente (ver Tabla 20).
Tabla 20: Anexo - Convenciones de las tablas de resistencia química [8].
12.3.1. Resina de poliéster como matriz en la fibra de vidrio (poliéster)
Tabla 21: Anexo - Tabla de resistencia química (Poliéster) [8].
12.3.2. Acrílico (PMMA, Polimetil metacrilato)
Tabla 22: Anexo - Tabla de resistencia química (acrílico) [8].
69
12.3.3. Polivinilideno fluorado (Kynar)
Tabla 23: Anexo - Tabla de resistencia química (Kynar) [8].
12.3.4. PVC (cloruro de polivinilo)
Tabla 24: Anexo - Tabla de resistencia química (PVC) [8].
12.3.5. Polipropileno, (PP)
Tabla 25: Anexo - Tabla de resistencia química (Polipropileno) [8].
70
12.4. Recubrimiento
12.4.1. Aplicación del recubrimiento anticorrosivo
La aplicación de la pintura se realizo por medio de un compresor en los
talleres de mantenimiento de la Universidad de los Andes. Las siguientes
fotos ilustran el proceso de pintura y medición de espesores (ver Figura 47),
y la lectura del espesor de película húmeda (EPH) para el imprimante y el
coaltar (ver Figura 47 y Figura 48).
a) b)
Figura 47: Anexo - a)aplicación de pintura. b) Medición de la película con la galga
a) b)
Figura 48: Anexo – Imprimante: a) Galga marcada 1 a 6. b) Galga sin marcar 7
71
a) b)
Figura 49: Anexo - Coaltar: a)Galga marcada 7 a 12. b) Galga sin marcar 14
72
12.5. Hoja técnica de las pinturas, [23].
73
74
75
76
12.6. Datos del proveedor químico (Cloruro de sodio)
77
12.7. Boquilla de aspersión (Especificaciones)
78
12.8. Fibra de vidrio (Owens Corning)
79
80
12.9. Cálculos de cilindros de pared delgada
12.9.1. Fibra de vidrio
12.9.2. Acrílico
81
12.10. Normas Técnicas
12.10.1. ASTM B117
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86
87
88
89
90
91
12.10.2. ASTM D1654
92
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95
12.11. Planos 12.11.1. Ensamble Cámara salina
96
12.11.1.1. Soporte interno
97
12.11.1.2. Cámara interna
98
12.11.1.3. Angulo superior
99
12.11.1.4. Techo
100
12.11.1.5. Ensamble Humidificador
101
12.11.1.5.1. Ensamble inferior humidificador
102
103
104
105
106
107
12.11.2. Ensamble superior humidificador
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110
111
112
113
114
115
12.11.3. Ensamble nebulizador
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121
12.11.4. Ensamble base cámara
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