Integridad metálica: Precisión en el proceso de revestimientos superficiales

Introducción

El metal, es el material más utilizado en los diversos sectores industriales a nivel mundial; preservar su integridad es una prioridad para garantizar la vida útil y funcionalidad de los activos. Para alcanzar este objetivo se requiere un preciso cumplimiento en el proceso de aplicación de revestimientos de superficies metálicas. Con un buen procedimiento de aplicación sobre la superficie a proteger se obtiene una barrera protectora que resguarde al metal de las adversidades ambientales y operacionales.

La eficiencia de un recubrimiento eficaz reside en la aplicación precisa del sistema protector. La precisión durante el proceso no solo implica la correcta selección del recubrimiento en sí, sino también la preparación adecuada de la superficie, la aplicación uniforme y el curado apropiado. Cada una de estas etapas dicta la calidad y la eficacia del sistema, y, por ende, la magnitud de protección superficial que se logra en los activos metálicos protegidos.

Importancia de la integridad de los metales

Refiere a la capacidad de un material metálico para mantener sus propiedades estructurales, incluso en condiciones adversas, asegurando así su funcionalidad y durabilidad. En el contexto de recubrimientos de superficie, la integridad metálica es fundamental para garantizar que los activos industriales resistan la corrosión, el desgaste y otras formas de degradación, permitiendo así operaciones seguras.

¿Qué son los revestimientos superficiales y cuál es su propósito?

Recubrir los metales consiste en un proceso donde se aplica una o varias capas de pintura o revestimiento sobre la superficie o sustrato del elemento metálico. Los sistemas de pintura para estructuras de acero se han desarrollado a lo largo de los años y es un proceso fundamental para mantener las propiedades funcionales, la integridad estructural y mejorar su apariencia estética.

Este proceso es una de las primeras líneas contra los ataques de corrosión, erosión y desgaste de los materiales; lo que conlleva a la necesidad de proporcionar esta protección, sobre todo cuando los metales van a estar sometidos a condiciones extremas.

El principal propósito del recubrimiento de los metales es la protección. Esta acción no se debe subestimar, porque cuando la superficie de los metales esta desnudas interactúa con el oxígeno, dióxido de carbono y otros contaminantes, esta se oxida y es donde se desencadena la corrosión, consumiendo el metal hasta que se debilite y degrade con el tiempo.  Asimismo, protege a los metales de golpes y entornos subterráneos y marítimos. 

Precisión en el proceso de preparación de superficies y aplicación de recubrimientos

Primeramente, debemos mantener presente que el rendimiento de los recubrimientos está directamente relacionado con la preparación de la superficie. Implementar un efectivo sistema protector, es un factor de suma importancia que repercute directamente sobre el resultado final del procedimiento ejecutado. Esto, no solo mejora la resistencia de los metales a los múltiples factores de degradación, sino que también optimiza su rendimiento en los diversos entornos industriales donde opere el elemento.

A continuación, se describen los principales pasos a seguir durante un proceso de preparación de superficie y aplicación de recubrimiento:

Selección del recubrimiento: Se realiza según las características de la superficie a proteger, las condiciones ambientes a las que estará expuesta (humedad, salinidad, temperaturas, ambientes cambiantes); así mismo se evalúan las variables operacionales. Los sistemas de revestimientos con cinta anticorrosivas (figura 1) se utiliza en el exterior de tuberías de acero al carbono para transporte de agua, hidrocarburos líquidos, entre otros; con la finalidad de otorgar protección anti-corrosiva subterránea o subacuáticas; a condiciones ambiente.

También se debe considerar factores como capacidad de adherencia, la resistencia a la corrosión, la durabilidad deseada, estética, entre otros. Por otra parte, es necesario asegurar que sea compatible con la superficie metálica y con cualquier recubrimiento previo si existiese.

Preparación de la superficie: El rendimiento de un recubrimiento está influenciado significativamente por la calidad de la preparación de la superficie; de esto depende la adherencia óptima del recubrimiento. Estas actividades están normalizadas por asociaciones internacionales que categorizan los distintos procedimientos para realizar una correcta limpieza de superficie antes de aplicar un recubrimiento.

Video sobre preparación de superficie con chorro abrasivo, cortesía de
BCSATataSteel.

En líneas generales, el área debe estar limpia y libre de óxido, herrumbre, grasa, polvo, residuos de pinturas y otros contaminantes que afecten la adherencia. Entre los principales métodos de preparación de superficies se encuentran, limpieza manual, mecánica y química, y chorreado abrasivo (granallado, sandblasting e hidroblasting); siendo estos últimos los métodos que generan un perfil de anclaje en la superficie para obtener una mejor adherencia del recubrimiento.

En este paso, cuando se aplican limpieza mecánica o abrasiva, dado que la superficie del metal queda expuesta y vulnerable a la humedad del aire, hay que asegurar de que el elemento o estructura se mantenga en un ambiente seco luego de la limpieza.

Aplicación del recubrimiento: Normalmente se realiza bajo las especificaciones del fabricante. Aquí es primordial respetar los rangos de temperatura ambiental (humedad relativa, temperatura, punto de roció).  Este procedimiento, puede incluir la aplicación de una imprimación seguida del revestimiento principal, o de varias capas de pintura, ya sean del mismo o varios tipos dependiendo del sistema.

Las técnicas de aplicación podrían incluir brocha, rodillo, inmersión, rociado con baja o alta presión, estas varían según el tipo de recubrimiento y las características del elemento a proteger.

Tiempo de secado y curado: Tras la aplicación del recubrimiento las pinturas necesitan tiempo para secarse y curarse antes se utilizarse. El tiempo necesario varía según el tipo y las condiciones ambientales. Es fundamental respetar estos tiempos, según lo indicado en la ficha técnica del fabricante para asegurar la eficiencia del mismo.

Inspección y pruebas: Durante el proceso de aplicación y una vez completado, se realiza el seguimiento y las pruebas necesarias para asegurar la correcta aplicación. Esto incluye pruebas de adherencia, inspección visual, medición de espesores entre capas, ensayo holliday entre otros. Es recomendable que estas tareas sean realizadas por personal capacitado, utilizando equipos e instrumentos de última generación.

Mantenimiento: Como estrategia para prolongar la vida útil y eficiencia, es necesario establecer y seguir un plan de mantenimiento que garantice que el recubrimiento continúa ofreciendo una protección efectiva a lo largo del tiempo.

El cumplimiento de estos pasos de manera meticulosa, garantiza una protección efectiva y duradera para las superficies de acero, protegidas con algún tipo de recubrimiento; contribuyendo a la preservación de la integridad metálica y a la prolongación de la vida útil de los activos industriales.

Riesgos asociados y casos de estudio

Una incorrecta preparación de superficie expone a los metales a mecanismos de falla como la corrosión, comprometiendo su desempeño y reduciendo su vida útil. La corrosión es perjudicial ya que debilita la estructura del metal a nivel molecular, lo que a la larga resulta en fallos estructurales. Los grados y tiempos de deterioro por efecto de la corrosión varían según los factores como el ambiente (industrial, marino, húmedo, etc.), la exposición de la estructura, y el diseño de la estructura¹.

Estudio de caso basado en el análisis de fallas del recubrimiento de un contenedor de carga

El caso de estudio aborda una falla grave en el sistema de revestimiento de un contenedor de carga tras solo 8 meses de uso, a pesar de una vida útil esperada de 20 años. La inspección mostró marcas, grietas y óxido en el contenedor, con pruebas revelando múltiples discontinuidades en el revestimiento en diversas áreas.

Las pruebas también evidenciaron áreas con coberturas insuficientes o excesivas, y al menos dos de las cinco pruebas de adherencia no cumplieron con los estándares. El análisis SEM/EDS (caracterización mediante Microscopía Electrónica de Barrido y Espectroscopía de Dispersión de Energía) de una muestra reveló detalles sobre las capas del revestimiento y la presencia de niveles elevados de sal debajo del recubrimiento que falló. Se sugirieron prácticas de ingeniería óptimas para mejorar la adhesión y uniformidad².

Estudio de caso sobre la falla del revestimiento de elastómero de poliurea (PU) en un tanque de almacenamiento de agua de mar

El caso expone una falla en el sistema de cubrimiento de un tanque de almacenamiento de agua de mar tras 14 meses de servicio, contrariando la expectativa de duración de 15 años del tanque. Un equipo investigó la falla del elastómero de PU (poliurea) en un proyecto en el Golfo Árabe.

Las inspecciones revelaron óxido, ampollas, delaminación, y variaciones de espesor. Las pruebas evidenciaron fallas entre capas y perforaciones cerca de las costuras de soldadura. Análisis FTIR (Infrarrojo por Transformada de Fourier) mostró similitud del recubrimiento con poliuretano, mientras que las pruebas de resistencia al agua no mostraron deformaciones significativas, ilustrando los mecanismos de falla del revestimiento en servicio³.

Principales normas

Numerosos sistemas de protección han sido creados para mitigar y gestionar la protección de activos industriales, mayormente basados en la gestión de la corrosión. Dos de las organizaciones líderes que históricamente han definido las normas y estándares en este ámbito han sido: NACE (National Association of Corrosion Engineers) y SSPC (Steel Structures Painting Council), ambas fusionadas en el año 2021 para que surgiera la AMPP (The Association for Materials Protection and Performance).

La AMPP tiene el objetivo de proporcionar una voz unificada para las industrias de control de corrosión y recubrimientos protectores. Es una asociación profesional enfocada en la protección de activos y el rendimiento de los materiales, con el fin de salvaguardar tanto los activos de la industria como el medio ambiente. Esto subraya la importancia y el impacto que tiene la preparación de superficie y aplicación de recubrimientos en la preservación de la integridad y vida útil de los activos industriales.

Innovaciones en preparación y recubrimientos para superficies metálicas

La preparación de superficies y aplicación de recubrimiento sobre sustratos metálicos es y seguirá siendo una tarea desafiante para los investigadores debido a las múltiples necesidades que continuamente deben afrontar. Hoy en día, se requieren soluciones sostenibles, manteniendo un alto nivel de calidad y eficiencia en los productos y procesos.

Estas innovaciones no solo contribuyen a la protección y mejora de los activos metálicos, sino que facilitan la adaptación a las demandas cambiantes de las industrias modernas. Aquí se presentan algunas tendencias en recubrimiento y equipos de preparación de superficies metálicas:

Recubrimientos innovadores: Se mencionan los de alto desempeño, que están basados en polímeros epoxi, poliuretano y resinas fenólicas modificadas, tienen mayor adherencia y ofrecen una protección excepcional contra la corrosión. Los nanoestructurados poseen una protección mejorada mediante las partículas nanométricas que penetrar en las superficies del sustrato y proporcionar una mejor protección. Mientras que los recubrimientos sostenibles, tienen enfoque en soluciones basadas en agua y con baja emisión de compuestos orgánicos volátiles (Low VOC).

Tratamiento de superficies robotizada: El granallado robótico proporciona una limpieza precisa y segura de superficies metálicas, eliminando al operador de zonas peligrosas. Esta técnica adapta el proceso a diferentes tamaños de estructuras, reduciendo costos y errores. Se destaca por mejorar la calidad de la superficie, aumentar la productividad y proporcionar un entorno de trabajo más seguro, siendo relevante en la preparación de superficies de industrias como la petrolera, naviera y de construcción.

Aplicación de recubrimiento con sistemas robotizados: La integración de robots asegura uniformidad y precisión en el proceso, mejorando la calidad del resultado final. Controlan la cantidad de recubrimiento, velocidad y ángulo de aplicación, incluso en áreas de difícil acceso, optimizan el material y reducen desperdicios. Un ejemplo de esta aplicación es la industria Oil&Gas, donde se pintan tanques de almacenamiento de grandes magnitudes, con calidad y seguridad en menos tiempo de ejecución.  

Conclusiones

La importancia de una cuidadosa preparación y aplicación de recubrimientos en superficies metálicas, previene su degradación y mantiene la integridad de los activos industriales, protegiéndolos de la corrosión y otros desgastes. La precisión en cada etapa, desde la selección del recubrimiento, la preparación de la superficie, hasta la aplicación y las pruebas finales, son fundamentales para garantizar una protección efectiva.

Es importante cumplir con las normas establecidas por organizaciones reconocidas en el ámbito de protección de materiales y control de corrosión. Actualmente, las innovaciones en recubrimientos y la automatización mediante robots para la preparación de superficies y aplicación de recubrimientos, mejora la calidad, eficiencia y seguridad del proceso.

La prevención de la degradación del metal no sólo preserva la integridad mecánica, sino que también mantiene su atractivo visual, asegurando así que el metal continúe cumpliendo su propósito de manera efectiva y eficiente.

Referencias

1. https://www.mdpi.com/journal/metals/sections/structural_integrity_metals#:~:text=Section%20Information,the%20art%20on%20this%20topic
2. Bujari, Syed Umair Niaz. «Estudio de caso basado en el análisis de fallas del revestimiento de un contenedor de carga». Trabajo presentado en la Conferencia Anual + Expo AMPP, San Antonio, Texas, EE.UU. UU., marzo de 2022.
3. Rana, Ahmed Raza Khan, Jarjoura, George y Syed Umair Niaz Bukhari. «Estudio de caso sobre la falla del revestimiento de elastómero de poliurea (PU) en un tanque de almacenamiento de agua de mar». Trabajo presentado en la Conferencia Anual + Expo AMPP, Denver, Colorado, EE.UU. UU., marzo de 2023.