Análisis de fallos prematuros por corrosión en activos industriales

En los sectores industriales como el petróleo, la petroquímica, la energía y la minería, los fallos prematuros representan uno de los problemas para la gestión de activos. Estas fallas, al ocurrir antes del tiempo de vida útil estimado de los equipos, interrumpen la producción, y revelan debilidades estructurales en las instalaciones y baja confiabilidad operacional que pueden originar actividades operación o mantenimiento con costos millonarios en paradas no planificadas, daño ambiental o accidentes.

Entre las causas más frecuentes de estos eventos destacan la corrosión, en particular el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) y la fatiga inducida por vibraciones; este fenómeno actúa muchas veces de forma imperceptible hasta provocar el colapso repentino de un componente. Este artículo explora el análisis de fallos por corrosión en activos industriales, abordando su detección, mecanismos, prevención y relación con el control de variables operacionales.

¿Qué es un fallo prematuro y por qué debe analizarse?

Un fallo prematuro se describe como la falla de un componente o sistema que ocurre antes de alcanzar su vida útil estimada, aun cuando opera bajo condiciones consideradas normales. En componentes metálicos, uno de los factores más determinantes es la corrosión, la cual puede presentarse de forma localizada (como picaduras o grietas) o generalizada, comprometiendo progresivamente la integridad estructural del material.

A esta degradación química se suman factores de origen mecánico, como las vibraciones, que inducen tensiones alternantes sobre la estructura. Cuando estas tensiones actúan simultáneamente con un entorno corrosivo, se genera un mecanismo de daño conjunto conocido como corrosión – fatiga, el cual acelera de manera significativa el deterioro del componente.

En el entorno industrial, los fallos prematuros se manifiestan como fugas, rupturas, deformaciones, agrietamientos o pérdida de integridad estructural, generando consecuencias operativas, económicas y de seguridad, siendo, en definitiva, una alerta que revela que algo no fue adecuadamente previsto o gestionado durante las etapas de diseño, construcción, operación o mantenimiento del sistema.

La corrosión como causa de fallos anticipados

La corrosión es una reacción electroquímica natural que degrada los materiales metálicos al interactuar con su entorno. Aunque se considera inevitable en la mayoría de los procesos industriales, la corrosión solo debería manifestarse de forma progresiva y controlada, dentro de los márgenes asumidos en el diseño del equipo. Sin embargo, múltiples factores pueden acelerar este fenómeno, provocando fallos prematuros:

• Selección inadecuada de materiales para el medio.
• Exposición a atmósferas agresivas (marinas, ácidas, alcalinas).
• Fallas en sistemas de protección catódica y recubrimientos anticorrosivos.
• Sobreesfuerzos, picos de presión o temperaturas no contempladas.
• Acumulación de depósitos que promueven corrosión localizada.
• Ausencia de monitoreo de corrosión en línea.

Uno de los mecanismos de mayor riesgo es el agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC), donde la interacción entre un ambiente corrosivo y una tensión mecánica constante (residual u operativa) genera microgrietas que evolucionan hasta fracturas sin señales previas.

¿Qué es el análisis de fallos prematuros?

El análisis de fallos prematuros es un proceso técnico estructurado que busca entender por qué un componente falló antes de tiempo, identificando la causa raíz del daño y las condiciones que lo favorecieron.

Sus objetivos son:

• Determinar el mecanismo de daño (corrosión, fatiga, erosión, etc.).
• Establecer si el componente estaba operando fuera de sus especificaciones.
• Detectar errores de diseño, montaje o condiciones operativas desfavorables.
• Optimizar estrategias de mantenimiento y reemplazo.
• Mitigar riesgos sistémicos mediante acciones correctivas y preventivas.
• Evaluar los paramentos que determinen la necesidad de cambios en el diseño del sistema (Cambio de metalurgia, etc.)

Este tipo de análisis integra evidencia visual, metalográfica, química, estructural y operacional, siendo relevante en entornos donde la gestión de activos industriales depende de la confiabilidad a largo plazo.

¿Cómo detectar el agrietamiento por corrosión bajo tensión?

El agrietamiento por Corrosión BajoTensión (SCC) es difícil de detectar porque se genera en el interior del material y progresa subcríticamente hasta una falla repentina. Su identificación requiere:

• Inspección por ultrasonido multiarreglo (PAUT): Se usa para detectar grietas internas antes de que se propaguen.
• Réplicas metalográficas in situ: permiten ver la formación de microfisuras superficiales.
• Emisión acústica. Detecta sonidos característicos de propagación de grietas durante la operación.
• El análisis fractográfico con microscopía electrónica: Se utiliza para revelar el patrón típico de SCC. 

Los materiales más vulnerables al SCC son los aceros al carbono de baja aleación, aceros inoxidables austeníticos y algunos aceros al carbono sometidos a ambientes ácidos, cloruros o cargas internas mal distribuidas.

Técnicas para el análisis de fallos prematuros por corrosión

Para ejecutar un análisis de fallos eficaz, es necesario combinar técnicas mecánicas, metalúrgicas, químicas y analíticas. Las más comunes incluyen:

• Análisis visual y fractográfico. Primera etapa para caracterizar la fractura.
• Microscopía Eelectrónica de Bbarrido (SEM) para identificar modos de falla y propagación.
• Difracción de rayos X o medición de tensiones residuales.
• Análisis Químico y de Espectrometría que detecta impurezas o contaminantes.
• Pruebas mecánicas como ensayo de dureza, de tracción y pruebas de impacto Charpy
• Ensayos destructivos y simulación de condiciones de servicio.
• Evaluación operativa en la revisión de datos históricos, alarmas y patrones de operación.
• Aplicación de RBI (Risk-Based Inspection) para establecer criterios de inspección basados en criticidad.
• Revisión de la trazabilidad de datos de operación y mantenimiento (temperatura, presión, caudal, vibración, etc.).

Estas herramientas permiten detectar el daño, rediseñar procesos, revisar materiales y modificar rutinas de mantenimiento.

Prevención de fallos prematuros: enfoque integral

Una estrategia preventiva eficaz debe abordar el fenómeno desde múltiples facetas, bajo una visión de ciclo de vida. A continuación, se resumen las acciones más importantes:

• Selección de materiales adecuada: Evaluar la compatibilidad entre materiales y medios, considerando temperatura, esfuerzo, pH, velocidad y composición química del fluido. Aleaciones resistentes como duplex, Inconel o titanio pueden ser necesarias en ambientes extremos.
• Protección catódica y recubrimientos anticorrosivos: Estos métodos son fundamentales para reducir la velocidad de corrosión en ciertos ambientes. La protección catódica modifica el potencial electroquímico de las superficies metálicas hasta alcanzar el potencial de protección de acuerdo a los criterios de protección por polarización catódica, mientras que los recubrimientos anticorrosivos actúan como barreras físicas. Ambos deben mantenerse y validarse periódicamente.
• Monitoreo de corrosión en línea: Utilizar sensores de corrosión que permitan detectar pérdidas de espesor, variaciones químicas y condiciones agresivas en tiempo real sin interrupciones del servicio. 
• Control de variables operacionales dentro de diseño: La mayoría de los fallos prematuros por corrosión se deben a que el equipo o sistema operan fuera de sus parámetros de diseño, lo cual acelera procesos corrosivos imprevistos. Para evitarlo:
  • Controlar presión, temperatura, velocidad del fluido, caudal y composición química.
  • Mantener el equilibrio del pH y evitar contaminaciones no previstas:
  • Evitar sobrecargas térmicas o mecánicas.
  • Identificar ciclos anormales o condiciones de operación transitoria.
  • La trazabilidad de datos de operación y mantenimiento permite correlacionar eventos anómalos con el inicio del deterioro, facilitando acciones correctivas antes de que el daño sea irreversible.
• Control de vibraciones mecánicas: Monitorear y analizar la vibración es esencial. Mediante técnicas como análisis espectral, detección de frecuencia natural o balanceo dinámico, se puede eliminar una de las causas más comunes de fallos prematuros.
• Aplicación de RBI (Inspección Basada en Riesgo): La aplicación de RBI prioriza recursos hacia los activos con mayor probabilidad y consecuencias de falla, reduciendo riesgos sin aumentar costos innecesarios. Con base en esta evaluación, se diseñan planes de inspección enfocados y eficientes.
• Cultura técnica y enfoque integral: Implementar una prevención de fallos prematuros con enfoque integral que integre diseño, operación, mantenimiento y análisis. Esto incluye capacitación, formación técnica y evaluación sistemática de vulnerabilidades.

Conclusiones

El análisis de fallos por corrosión permite convertir cada evento no planificado en una oportunidad de aprendizaje técnico, pero se debe entender que un fallo prematuro no es una consecuencia inevitable, sino una señal de que algo salió mal antes de tiempo.

Esta problemática requiere un enfoque multidisciplinario, que incluya monitoreo en línea, control de variables operacionales, uso de protección catódica y recubrimientos, aplicación de RBI y trazabilidad de datos para la detección oportuna, el análisis profundo y la acción correctiva eficaz para evitar que la corrosión dañe la integridad operativa de los activos. 

Referencias

1. https://inspenet.com/en/articulo/advanced-sensor-technologies/
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Metallurgical_failure_analysis
3. https://inspenet.com/en/articulo/ampp-cathodic-protection-program/
4. https://inspenet.com/en/articulo/rbi-technologies-for-atmospheric-tanks/