Corrosión galvánica e elección de polímero nunha liña de lavado con auga de mar
A conserveira de Vigo instalou hai catorce meses unha liña de lavado con auga de mar. O soporte do colector de boquillas está formado por unha prancha de aluminio 6061-T6 de 6 mm de espesor, unida a unha estrutura de tubo de aceiro inoxidable AISI 304 mediante catro parafusos M8 A2-70, sen ningún tipo de illamento eléctrico. Tras oito meses de funcionamento aparecen produtos brancos de corrosión arredor dos taladros da prancha, mentres que os parafusos e o tubo apenas presentan dano visible. A prancha perdeu espesor de forma localizada na cara interior, xusto onde se acumula a auga que escorre polo tubo. A limpeza diaria faise cunha solución de hipoclorito sódico ao 1 % a 55 °C. Ademais, a guía de desgaste do carro, fabricada en policarbonato, presenta fisuras despois de dous meses en contacto co desinfectante. A empresa quere resolver ambos os problemas sen cambiar a xeometría do conxunto nin paralizar a produción máis dunha quenda.
1. Explica por que se corroe o aluminio e non o aceiro inoxidable, e propón catro medidas correctoras ordenadas de maior a menor eficacia, xustificando a orde.
Read the worked answer
Mecanismo. Aluminio e AISI 304 están en contacto eléctrico e bañados polo mesmo electrólito (auga de mar e condensación con cloruros), polo que forman un par galvánico. Na serie galvánica o aluminio é o metal menos nobre (ánodo, arredor de −0,75 V fronte a un eléctrodo de referencia) e o 304 é o cátodo (−0,05 V). A diferenza de potencial, próxima a 0,7 V, impulsa a disolución do aluminio: Al → Al³⁺ + 3e⁻, mentres no cátodo se reduce o osíxeno. O aceiro inoxidable non sofre porque actúa de cátodo e a súa capa pasiva de óxido de cromo non se rompe nas condicións de servizo.
Factores agravantes. A relación de áreas é moi desfavorable: o cátodo (tubo e parafusos de inoxidable) é grande e o ánodo activo (a pequena superficie de aluminio exposta no interior de cada taladro) é mínimo, de modo que toda a corrente de corrosión se concentra nunha área reducida e a velocidade de penetración local dispárase. A auga que escorre polo tubo mantén húmida a cara interior, o que pecha o circuíto e impide que o aluminio se seque e se repasive.
Medidas, por orde de eficacia.
- Eliminar o par: separar eléctricamente conxunto, arroselas e casquillos illantes de nylon ou PTFE, e usar parafusos do mesmo grupo que a prancha (ou unha prancha de 316L).
- Recubrir o cátodo, non o ánodo: pintar o tubo e os parafusos de inoxidable reduce a superficie catódica. Recubrir só o aluminio é contraproducente, porque calquera defecto da película convértese nun punto de picadura concentrada con relación de áreas aínda peor.
- Mellorar a drenaxe: furos de desaugue, pendente e separación para que non quede auga retida na interface.
- Cambiar de material ou protexer: aluminio 5083 con anodizado selado, ou ánodos de sacrificio, e eliminar o hipoclorito sobre o aluminio (é especialmente agresivo coa súa capa pasiva).
2. Selecciona o material da guía de desgaste entre policarbonato (PC), PVC-U, PTFE e PA66-GF30, valorando compatibilidade química, resistencia ao desgaste e temperatura. Que fallo explica o comportamento do policarbonato actual?
Read the worked answer
Fallo observado. O policarbonato non falla por falta de tenacidade, senón por fisuración baixo tensión en presenza de axentes químicos (ESC): as tensións internas do moldeo máis o ataque do hipoclorito e dos tensoactivos de limpeza provocan microfisuras que crecen con cargas moi por baixo do límite mecánico do material.
Comparación dos candidatos.
- PC: descartado; boa tenacidade pero moi sensible a ESC con axentes de limpeza e a temperatura moderada.
- PVC-U: boa resistencia química ao hipoclorito, pero baixa resistencia ao impacto, temperatura de servizo continua limitada (arredor de 60 °C) e comportamento mediocre fronte ao desgaste por fricción.
- PTFE: inerte quimicamente e apto a 55 °C, pero con resistencia ao desgaste e á fluencia moi baixas; para unha guía cargada non serve sen recheos.
- PA66-GF30: boa resistencia ao desgaste e rixidez, pero absorbe humidade (cambios dimensionais) e os oxidantes fortes poden atacar a poliamida a temperatura elevada.
Escolla razoada. Entre as catro opcións, a máis equilibrada é PA66-GF30, sempre que se limite a concentración de hipoclorito e se dimensionen as tolerancias para a absorción de auga; se a compatibilidade química se prioriza sobre a rixidez, a solución técnica sería PE-UHMW (fóra da lista) ou PVDF. Se non se pode cambiar a peza, a medida inmediata é reducir a tensión de traballo e recocer as guías de PC para eliminar tensións internas, aínda que iso só retrasa o problema.
3. Propón un plan de inspección non destrutiva para as soldaduras do tubo de aceiro inoxidable e para a propia prancha, xustificando cada técnica e as súas limitacións.
Read the worked answer
Plan proposto.
- Inspección visual de todas as soldaduras (morde, porosidade superficial, perfil e limpeza de escoura), antes de calquera outro ensaio: é o filtro máis barato e detecta a maioría dos defectos inaceptables.
- Líquidos penetrantes (PT) nas soldaduras en ángulo accesibles, para defectos abertos á superficie (fisuras de solidificación e fisuras por corrosión baixo tensión). Limitacións: só detecta defectos superficiais e, en aceiro austenítico, o penetrante debe ser baixo en cloruros/halóxenos, porque un residuo chlorado pode provocar precisamente fisuración por corrosión baixo tensión baixo tensións de traballo; hai que retirar completamente o revelador.
- Radioloxía ou ultrasóns para a raíz das soldaduras e defectos internos (falta de fusión, falta de penetración). En austenítico o gran de cristal é groso e produce dispersión acústica, polo que se usan palpadores de dobre elemento e baixa frecuencia; se hai acceso a ambas as caras, a radiografía é máis interpretable.
- Comprobación de sensitización (ensaio de ácido oxálico ou medición de ferrita/hardness) se o tubo estivo exposto a temperaturas entre 450 e 850 °C: unha soldadura sensitizada será atacada intergranularmente polo hipoclorito.
- Prancha de aluminio: inspección visual e medición de espesor por ultrasóns nas zonas de picadura, comparando co espesor orixinal de 6 mm, para decidir a substitución con criterio obxectivo e non por aparencia.