Un perno que resiste ácido limpio puede fallar en el mismo ácido cuando entran en la línea cloruros, iones férricos o se forma una zona caliente estancada.
Redacte una consulta de pernos para ácido sulfúrico que indique conjuntamente concentración, temperatura y contaminación. Si omite cualquiera de ellas, el perno recibido puede ajustarse al gráfico y, aun así, no responder al servicio real de la línea. La consulta es la especificación: indica al proveedor a cuál de los distintos comportamientos del ácido debe resistir el perno. Sin esos datos, un proveedor no puede evaluar si el perno solicitado está dentro del ámbito real de la aleación o fuera de él de una forma que solo se manifieste en la siguiente parada.
Figura: perno de línea de ácido sulfúrico; los intervalos diluido, de concentración intermedia y concentrado determinan distintos requisitos del pedido; ningún valor de velocidad de tubería debe figurar como límite en un pedido de pernos.
01 La concentración cambia el carácter del ácido, no solo su intensidad
El ácido sulfúrico cambia de carácter con la concentración. El ácido diluido se comporta como un ácido reductor: ataca el hierro de una matriz inoxidable y elimina la película protectora que mantiene pasivo el metal. El ácido concentrado por encima de aproximadamente 85–90% se comporta como un fluido fuertemente oxidante y ayuda a regenerar esa película, por lo que algunas aleaciones que fallan en ácido diluido resisten en ácido concentrado; confirme ese límite de intervalo de 85–90% frente a la especificación del ácido de la línea. Entre ambos extremos, en el intervalo intermedio, el ácido no es claramente reductor ni claramente oxidante, y la velocidad de corrosión depende de la temperatura, del contenido de cloruros, del oxígeno disuelto y de iones oxidantes como las especies férricas o cúpricas.
Las pruebas se concentran en el intervalo intermedio. La ficha técnica CarTech 20Cb-3 de Carpenter Technology centra su atención sobre la corrosión bajo tensión en ácido sulfúrico al 20–40% en ebullición, y advierte de que los iones cloruro aumentan el ataque, mientras que los contaminantes del ácido comercial modifican su intensidad respecto a los valores de los gráficos con ácido de grado reactivo. Sus datos de isocorrosión no incluyen aireación ni desaireación intencionadas, y la ficha indica expresamente que la resistencia a la corrosión varía con las impurezas, la aireación, la transferencia de calor, la velocidad, las rendijas, los depósitos, el estado metalúrgico, la tensión, el acabado superficial y el contacto con metales distintos. Por tanto, un solo valor de concentración sin temperatura no constituye una especificación. Una línea que opera con ácido al 20% a temperatura ambiente, al 50% a 80°C y al 96% después de una etapa de concentración representa tres servicios distintos para el perno, aunque el nombre del ácido no cambie.
Fije tres datos en la consulta antes de seleccionar una aleación:
- Identifique todo el intervalo de concentración: enumere todas las concentraciones a las que realmente está expuesta la línea, no una sola cifra principal. La cualificación de un perno al 96% no tiene validez para ácido al 50% a temperatura elevada.
- Asocie una temperatura a cada concentración: indique la temperatura máxima del espárrago en cada intervalo de concentración. La temperatura amplía el intervalo intermedio perjudicial, y la temperatura de un espárrago no es la misma que la de la corriente de fluido.
- Registre la contaminación en régimen estable y en alteraciones del proceso: indique la entrada de cloruros, iones férricos, iones cúpricos y oxidantes y, para cada uno, el nivel estable y el pico durante una alteración del proceso. Un perno seleccionado para el nivel estable de cloruros puede fallar durante un pico.
02 Las aleaciones candidatas y los límites de cada una
Alloy 20, UNS N08020, se diseñó para este intervalo intermedio. La ficha técnica CarTech 20Cb-3 de Carpenter Technology indica una composición de cromo 19.00–21.00%, níquel 32.50–35.00%, molibdeno 2.00–3.00%, cobre 3.00–4.00% y columbio más tántalo desde un mínimo de 8 veces el carbono hasta un máximo de 1.00%. El cobre actúa en la zona reductora: ralentiza el ataque ácido allí donde el cromo solo no puede mantener la película. El columbio estabiliza el grado frente al ataque intergranular en uniones soldadas al fijar el carbono libre. La barra de Alloy 20 con recocido de estabilización tiene mínimos según ASTM B473 de 551 MPa de resistencia a tracción y 241 MPa de límite elástico; por ello, dimensione un juego de pernos hexagonales a partir de un estado declarado, no por analogía con fijaciones roscadas de acero inoxidable. Confirme los mínimos frente a la edición aplicable de ASTM B473.
Considere cualquier gráfico como un paso de selección preliminar antes de ensayar cupones en la corriente real cuando el servicio sea crítico. El ácido de planta contiene cloruros, fluoruros, hierro y residuos orgánicos que desplazan ampliamente las curvas de grado reactivo, y ningún valor aislado de un gráfico es un límite de diseño para una unión atornillada.
| Candidato | UNS y forma | Dónde encaja en una línea de ácido sulfúrico | Límite que debe vigilarse |
|---|---|---|---|
| Alloy 20 | UNS N08020, barra conforme a ASTM B473 | Ácido sulfúrico diluido a concentración intermedia, temperatura moderada, servicio reductor en el que actúa el cobre | Ácido caliente de concentración intermedia, cloruros y ácido concentrado caliente que opera desaireado |
| 904L | UNS N08904, barra conforme a ASTM A479 | Ácido sulfúrico de diluido a concentración moderada, con cloruros, menor coste cuando se ajusta al ámbito de uso | Ámbito más estrecho que Alloy 20 en ácido reductor caliente; confirme frente a la especificación del ácido |
| Hastelloy C-276 | UNS N10276, barra conforme a ASTM B574 | Ácido sulfúrico caliente, contaminado o con entrada de oxidantes, ácido mixto | Mayor coste del juego; compruebe por separado los límites en condiciones fuertemente oxidantes |
| 316L | UNS S31603, elementos de fijación roscados conforme a ASTM A193 B8M | Solo servicio poco agresivo, diluido y frío | Se corroe rápidamente en ácido sulfúrico a temperatura moderada cuando la concentración supera la propia del servicio diluido |
La dilatación térmica merece una comprobación cuantificada cuando los pernos de Alloy 20 se combinan con una brida de otro metal. La ficha técnica CarTech 20Cb-3 de Carpenter Technology indica un coeficiente medio de 8.16 × 10⁻⁶ in/in/°F entre 77–212°F, unos 14.7 µm/(m·K), que aumenta a 8.84 × 10⁻⁶ in/in/°F entre 77–842°F, unos 15.9 µm/(m·K). La página de la aleación HASTELLOY C-276 de Haynes International indica 12.0 µm/(m·K) entre 24–200°C para C-276. En una longitud de apriete de 100 mm y con un aumento de 100°C, un perno de Alloy 20 se alarga unos 0.15 mm y uno de C-276 unos 0.12 mm. Por tanto, el calentamiento descarga un juego de Alloy 20 más rápidamente que uno de C-276 en la misma brida, y el pedido debe indicar la aleación del perno junto con el metal de la brida, no solo la aleación del perno.
ASTM B473, A479 y B574 son especificaciones de barras y materiales, no de pernos terminados. Indique en el pedido las dimensiones del perno terminado, el perfil de rosca y la secuencia de laminación de roscas respecto al tratamiento térmico final. Alloy 20 no puede endurecerse mediante tratamiento térmico, por lo que el pedido debe indicar el estado con recocido de estabilización y el perfil de rosca, como roscas laminadas UNR o UNJ, en lugar de dejar cualquiera de ellos a criterio del taller.
03 La contaminación, la aireación y la velocidad determinan el ámbito real de uso
Tres cuestiones de contaminación cambian una decisión sobre Alloy 20 más que la concentración principal indicada. Primero, los cloruros: su presencia en el ácido sulfúrico acelera la corrosión y el ataque localizado, y deja sin validez la lectura de un gráfico para ácido limpio. La fisuración por corrosión bajo tensión por cloruros es la versión de ese ataque en un perno sometido a carga: la tensión de tracción junto con los cloruros permite que crezca una grieta en un perno que no se fisuraría sin carga. Indique el límite de cloruros en la especificación del ácido y si corresponde a un nivel estable o a un pico durante una alteración del proceso, ya que un perno seleccionado para el nivel estable de cloruros puede fallar durante un pico. Segundo, la contaminación oxidante: los iones férricos y cúpricos, la entrada de ácido nítrico u otro oxidante pueden cambiar el carácter del ácido y el comportamiento de la película en uno u otro sentido según la concentración, por lo que el apartado de oxidantes de la ficha técnica no debe quedar en blanco. Tercero, la aireación: indique la aireación en el pedido. La ficha técnica CarTech 20Cb-3 de Carpenter Technology basa sus datos de isocorrosión en ácido de grado reactivo sin aireación ni desaireación intencionadas, por lo que una línea que opera desaireada necesita su propia comprobación, no una lectura del gráfico.
La velocidad y el estancamiento deben figurar en la misma lista. El ácido en circulación lava la superficie y ayuda a regenerar la película; el ácido estancado bajo una tuerca o arandela, o en un tramo muerto, permite que se concentren los cloruros y comience el ataque en una rendija. Indique la velocidad de la línea, los tramos muertos y las prácticas de drenaje y lavado. Deje que el diseñador confirme si el perno está expuesto a fluido circulante, estancado o a alternancia de servicio húmedo y seco. Una línea que se seca entre lotes regenera su película de forma distinta a una que permanece húmeda. Ningún valor de velocidad de tubería debe figurar como límite en un pedido de pernos: la velocidad es una condición de la línea que debe indicarse, no un valor de aceptación del perno.
04 Un juego de pernos hexagonales consta de perno, tuerca y estado del material
Un perno hexagonal para ácido sulfúrico falla en la unión, no en un catálogo. Indique el tamaño y la rosca del perno, la aleación y el estado de la tuerca, el tipo de arandela y si la tuerca es del mismo grado que el perno o de un grado compatible aprobado para la línea. Una tuerca inadecuada puede cambiar la rendija, las condiciones galvánicas y el riesgo de gripado; una tuerca que gira libremente en el taller puede agarrotarse después de la exposición al ácido si el acabado de la rosca y el lubricante nunca se aprobaron para ese servicio. Las roscas de aleaciones de níquel y de inoxidables con alto níquel pueden soldarse en frío y desgarrarse cuando la misma aleación gira contra sí misma bajo carga. La nota técnica de Bossard sobre gripado describe la secuencia de rotura de la capa de óxido en roscas inoxidables; aplique el mismo rigor de lubricación a las roscas de Alloy 20 y compruebe el lubricante frente a las prohibiciones de la zona de ácido antes de confiar en él.
Defina los elementos de montaje junto con el juego:
- Especifique el lubricante: indique el lubricante aprobado y compruebe su compatibilidad con cualquier prohibición de cobre, grafito o haluros en la zona de ácido. Un lubricante no aprobado constituye un episodio de contaminación, no una comodidad.
- Fije el método de apriete: indique si se utiliza par o par-ángulo. El método par-ángulo, que consiste en apretar hasta un par indicado y después girar la tuerca un ángulo adicional indicado, proporciona un alargamiento más repetible que el par por sí solo cuando varía la fricción.
- Inspeccione los pernos retirados según su posición: registre las picaduras bajo la tuerca y la arandela, el ataque en la raíz de la rosca y cualquier perno que haya sido necesario cortar para retirarlo. Un perno con picaduras solo bajo la arandela necesita un cambio de arandela, de rendija o de lubricante; uno con picaduras por toda su superficie necesita otra aleación o una descripción distinta del ácido.
Envíe la descripción del ácido, el plano de la línea, el tamaño del perno y el intervalo de funcionamiento al equipo de ingeniería de BYBOLT para una comprobación antes del pedido. Esa comprobación permite detectar un perno de Alloy 20 fuera de su ámbito de concentración y temperatura, una combinación con tuerca que cambia las condiciones de rendija o una longitud de perno que asienta la brida en un lado y no en el otro.
En la recepción, la documentación de calidad de BYBOLT vincula cada juego de pernos con su colada, su registro de recocido de estabilización y su informe de dureza para el estado final. Solicite certificados EN 10204 3.1, un informe dimensional de los pernos reales y un informe de PMI cuando el proyecto lo requiera. Un certificado de barra por sí solo no demuestra que el perno terminado y roscado cumpla el estado sobre el que se dimensionó la línea.
| Qué fijar antes del pedido | Por qué cambia la unión | Documento que debe solicitarse |
|---|---|---|
| Intervalo de concentración del ácido, no una sola cifra | El ácido diluido, de concentración intermedia y concentrado representan servicios distintos | Ficha del ácido, intervalo completo de funcionamiento |
| Temperatura máxima de la fijación en ese intervalo | La temperatura amplía el intervalo intermedio perjudicial | Ficha técnica del proceso, con la temperatura de la fijación indicada por separado |
| Niveles de cloruros, especies férricas y cúpricas y oxidantes | La contaminación prevalece sobre un gráfico de ácido limpio | Especificación del ácido, niveles estables y durante alteraciones |
| Aireación, velocidad, tramos muertos y lavado | El servicio con circulación, estancado y húmedo-seco difiere | Ficha de la línea, velocidad y prácticas de drenaje |
| Perno, tuerca, arandela y lubricante | Una tuerca o un lubricante no especificados cambian el riesgo de corrosión en rendijas y de gripado | Normas de pernos y tuercas, lista de lubricantes aprobados |
| Lista de juegos y registros | Los juegos mezclados en una línea no dejan trazabilidad auditable tras una fuga | Lista de juegos por posición de brida, certificados EN 10204 3.1 y PMI cuando se especifique |
05 Solicite presupuesto indicando el ácido, no solo el grado
Si se están redefiniendo las especificaciones de una línea de ácido sulfúrico se está revisando, o si se considera sustituir un juego inoxidable corroído por uno de Alloy 20, envíe los datos del ácido junto con el tamaño. Una nota como «Juego de pernos hexagonales M16 de Alloy 20 para una brida de trasiego de ácido sulfúrico, ácido al 30%, temperatura de la fijación de 60°C, cloruros pendientes de confirmar según la especificación del ácido, juego de 8 pernos» da al equipo de ingeniería de BYBOLT información suficiente para comprobar la concentración, la temperatura, la contaminación y la compatibilidad de las tuercas antes de cotizar. Incluso una foto de un perno retirado, que muestre picaduras bajo la tuerca o la arandela, ayuda a identificar si el último fallo se inició en una rendija, en la cara de la arandela o en la raíz de rosca.
Envíe esa nota junto con el plano si dispone de él, y el equipo resolverá con usted los detalles faltantes de concentración, temperatura o contaminación antes de presupuestar un lote pequeño o un juego completo con trazabilidad EN 10204 3.1.