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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