20 agosto 2011

Protección contra la corrosión en ambientes extremos: Trabajamos con ácidos calientes

En procesos industriales de las industrias del plástico, metales, farmacéutica, combustibles y otras, se usan ácidos para convertir la materia prima en materiales aprovechables. Sólo ácido sulfúrico en el mundo se usan 200 millones de toneladas métricas anualmente.

Muchas clases de ácidos se usan como reactivos, entre los que podemos mencionar sulfúrico, hidroclórico, nítrico, fosfórico y acético, y son calentados o enfriados en intercambiadores de calor. Los intercambiadores de calor aumentan la temperatura de los ácidos y eso supone que su capacidad corrosiva crece, y además, lo hace de forma exponencial. En este artículo vamos a hablar de las opciones que podemos utilizar en el diseño de equipos que trabajan a temperaturas elevadas y en ambientes ácidos.
Para trabajar con ácidos en este tipo de procesos es necesario utilizar materiales especiales. Estos metales especiales incluyen titanio, aleaciones de níquel, circonio y Tántalo metálico.
Los nuevos procesos químicos son además cada vez más exigentes, se busca estabilidad mecánica y resistencia a altas presiones y temperaturas. Para tomar las decisiones más acertadas debemos tomar en consideración una serie de factores entre los que podemos mencionar:
·         Determinar la resistencia a la corrosión que se necesita en cada condición de proceso.
·         Las tasas de corrosión y cómo afectan al intercambiador de calor.
·         La combinación de presión, temperaturas, concentración y caudal y los efectos que tendrán en los intercambiadores de calor y sus tasas de corrosión.
·         Abrasividad del fluido o lechada procesada y la necesidad de controlar erosión y abrasión.
·         Necesidad de acomodarse a la variabilidad del proceso.
·         Tipo de diseño del intercambiador de calor que es más conveniente al proceso.
En estos proyectos es esencial que el ingeniero comprenda las opciones de materiales especiales que tenemos para el proceso.
Vida en servicio estimada
Lo más importante a considerar cuando se evalúan soluciones especiales de materiales es la resistencia a la corrosión o la tasa de corrosión. Cada metal especial tiene su propio nicho, y dependiendo del ambiente de procesado y las necesidades de la aplicación.
Tántalo:
Desde la perspectiva de la corrosión, Tántalo es el metal más resistente a la corrosión de los de uso común y consigue su resistencia a la corrosión de una tenaz capa de óxido. La magnífica resistencia a la corrosión del Tántalo es comparable a la del vidrio y es prácticamente inerte a la mayoría de los ácidos oxidantes y reductores, excepto sulfúrico fumante, álcalis caliente y ácido hidrofluórico. Sin tomar otros factores en consideración, el metal Tántalo es una elección ideal desde el punto de vista de la corrosión. Pese a las ventajas del Tántalo, debemos decir que se trata de un material muy caro cuyo coste será prohibitivo para muchas aplicaciones. Sólo donde todos los demás materiales fallan será el Tántalo quien entrará en escena.
Típicamente, el Tántalo puede encontrarse en una gran variedad de aplicaciones e industrias que tratan con ácidos concentrados tales como sulfúrico, ácido hidroclórico, y ácido nítrico en producción de polímeros, decapado de metales, producción de ácido y otros agentes químicos.
Un proceso de reciente aparición es el uso del Tántalo para crear aleaciones superficiales en equipos de ingeniería de proceso. Este tratamiento superficial se basa en un proceso de deposición de vapor químico que hace crecer metal Tántalo en un sustrato base tal como el acero inoxidable. Se consiguen todas las propiedades del Tántalo pero con un coste mucho más reducido.
Aleaciones de circonio
Las aleaciones de circonio consiguen una alta resistencia a la corrosión y trabajan bien con muchos materiales orgánicos e inorgánicos, soluciones de sal, álcalis fuertes y algunas sales fundidas.
El circonio se utiliza en dos aleaciones principales en la industria de proceso: el grado 702 se considera como circonio puro, mientras el grado 705 es circonio aleado con 2.0 – 3.0 % de niobio. El Zr 702 tiene mejores propiedades a la corrosión que el Zr 705, pero el Zr 705 tiene mejores propiedades de resistencia debido a la adición de niobio.
El zirconio no aleado tiene una excelente resistencia a la corrosión al ácido sulfúrico y al ácido hidroclórico. El circonio tiene también una alta resistencia a los álcalis. La resistencia a la corrosión del circonio puede compararse a la del titanio, sin embargo el circonio es mucho más robusto que el titanio en resistencia a los ácidos orgánicos, tales como acéticos, cítricos, y ácidos fórmicos en varias concentraciones y temperaturas elevadas. Así y todo el circonio puede ser atacado por los iones flúor, cloro húmedo, aqua regia, concentraciones de ácido sulfúrico por encima del 80 %, y cloruro férrico o cúprico.
El circonio puede encontrarse en muchas aplicaciones industriales como la producción de peróxido de hidrógeno, manufactura de rayon y en el manejo de fosfórico, sulfúrico y benceno etílico.
Aleaciones de titanio
El titanio está disponible en un rango de aleaciones con grado resistente a la corrosión: Titanio 7, 11 (0,15 % en paladio), y 12 (0,3 % Mo y 0,8 % Ni). El titanio debe su buen comportamiento ante la corrosión a la creación de un film de óxido de protección, que supera las cualidades protectoras del acero inoxidable. Se usa en medios tales como el agua marina, cloro húmedo y cloruro orgánico. Pese a las propiedades que ofrece buenas propiedades contra la solución cuando trabaja con ácidos calientes, comienzan a surgir problemas si trabajamos a temperaturas elevadas. El titanio no es inmune a la corrosión si trabajamos con agua de mar a temperaturas superiores a 110 ºC.
El titanio podemos encontrarlo en muchas industrias que trabajan con agentes químicos, la industria papelera y en aplicaciones marinas. El titanio se usa cuando se trabaja con agua marina o salobre y también en la producción de cloro.
Aleaciones de níquel
El níquel se usa cuando trabajamos con aceros que no reúnen las propiedades de resistencia ante la corrosión que necesitamos en una aplicación. Los componentes más comunes que encontramos en las aleaciones de níquel son Fe, Cu, Si, Cr y Mo. El Cr y Mo juegan un importante papel en la resistencia a la corrosión que podemos obtener con el níquel. La concentración de estos dos elementos nos servirá para determinar en qué ambientes podemos aplicar las aleaciones de níquel.
Respecto a las aplicaciones más comunes del níquel los ambientes corrosivos en los que el níquel trabaja con éxito son los procesos con presencia de álcalis, ácidos y sales. Si añadimos cromo a la aleación (15 – 30 %) conseguiremos mejorar la resistencia a la corrosión de las soluciones oxidantes. Si optamos por añadir molibdeno (hasta un 28 %) se consigue una mejora significativa ante los ácidos no oxidantes.
Las aleaciones contra la corrosión más comunes con níquel son C-22, C-276 y B-2, con capacidad para trabajar en una gran cantidad de medios.
En otras soluciones como el ácido nítrico, el cromo es un elemento esencial para conseguir la resistencia a la corrosión necesaria.
Bibliografía: Heat exchangers for hot acids: material selection. Chemicical Engineering July 2011
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