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Introducción a los tratamientos superficiales

Cuando era estudiante, una de las asignaturas que más vivamente recuerdo, básicamente porque me costaba mucho dormirme gracias a un profe de aquellos “motivante”, trataba sobre tratamientos superficiales. A lo largo de mi carrera profesional me he ido encontrando con esta temática reiteradamente, lo que me dice varias cosas:

  • tenía que haber estado más atento (tomad nota niños)
  • parece ser que es un tema interesante
  • cada vez estoy más cerca de la jubilación 🙂

Nunca he encontrado una fuente que lo explique de esta manera, pero tal y como lo retengo en mi memoria, es que de algún sitio copio, pues soy incapaz de generar estructuras de más de dos conceptos con o sin comas ;). Vamos a establecer una clasificación rápida de los tratamientos:

  1. modifican las propiedades del sustrato. Pueden ser tratamientos y/o recubrimientos
  2. no modifican las propiedades del sustrato.  Recubrimientos (coatings para los modernos)

Como ejemplos del primer punto cabe citar:

  • materiales que en el medio natural son estables, pero que ante alguna alteración crean capas externas de óxido, como el acero, el acero inoxidable, el cobre, el aluminio, etc, a través de un mecanismo de autoprotección, el pasivado
  • materiales que mediante tratamientos térmicos, físicos o químicos pueden mejorar alguna propiedad del material
    • térmicos: temple, revenido, recocido…
    • térmicos/químicos: nitrurado, cianurado, difusión…
    • mecánicos: shot peening, electropulido…

Del punto 2 podemos encontrar de nuevo varios grupos, y seguramente me dejo alguno, pero podemos hablar de:

– aportaciones de metales como cobreados, niquelados, cromados, plasma, nitruro de titanio…

– aportaciones composites o resinas generalmente con una base plástica y todo tipo de refuerzos: poliuretanos, epoxis, vinilos…

En general, y así siempre lo he hecho saber en el bar, los tratamientos superficiales buscan dotar a la superficie de un material de unas propiedades que de por sí mismo no tiene, ya que bajo unas determinadas condiciones:

  • el acero al carbono se corroe
  • los metales se desgastan
  • el inoxidable es caro “se pica”
  • el aluminio “se mancha”
  • etc…

Y mediante tratamientos o revestimientos podemos separar los agresores más comunes: corrosión, desgaste, cavitación, ataque químico, abrasión,etc; de nuestros activos (sean equipos o instalaciones), y así obtener numerosas ventajas como:

  • mayor duración de componentes
  • mayor vida en servicio
  • menor coste de inversión (materiales exóticos vs acero al carbono recubierto, p.e.)
  • descuentos en supermercados… 😉

 

Impulsores de bomba recubiertos con poliuretano

Impulsores de bomba recubiertos con poliuretano

Gracias a Rubén por sus comentarios.

Gracias a Conrado, “el profe motivante”.

¿Qué es el compression set? – Volumen 2

Y aquí va la fascinante segunda parte…

Vamos a ilustrar rápidamente porqué es necesario crear una fuerza de sellado en un sistema o sobre un material, si no queremos tener fugas. Y lo voy a mostrar como me lo explicaron a mí, pues creo que es el ejemplo más sencillo para entender estos conceptos, y es a través de un collarín hidráulico o neumático, en “U” (también llamado sello de labio, sello V, retén, etc…)

En primer lugar, existen unas medidas de ranura en el equipo (en adelante cajera), donde se introducirá el collarín que deberá generar estanqueidad en el sistema. Podemos ver en amarillo una sección representativa de un collarín en “U”, habitualmente fabricado en elastómero.Cajera + collarin

A continuación, y para poder observar de manera clara la interferencia con la que se ha fabricado el collarín, os muestro esta imagen, donde los labios que deben generar el sellado, se fabrican con unas dimensiones superiores a la cajera que los contendrá, para que, como veremos más adelante, generen una presión, que se conoce como fuerza de sellado (al ser aplicada sobre una superficie). En realidad podéis imaginar que esta es un imagen ilustrativa, ya que automáticamente cuando la goma quede aprisionada en la cajera, se adaptará a la forma de esta (if you put water into a cup…).Cajera + collarín sin comprimir

Y efectivamente, cuando el collarín quede aprisionado en su cajera, quedará de esta forma.Cajera + collarín comprimido

Lo que originará automáticamente una fuerza de sellado sobre la superficie en contacto de los labios con el metal, que generará un gradiente de fuerzas, calculado por el fabricante del sello para que este funcione.Cajera + collarin + fuerza sellado

 

 

En realidad, lo que sucederá cuando el fluido ejerza también presión sobre el collarín, que el gradiente de fuerzas aumentará, incrementando así la fuerza de sellado (aquí algunos deberían entender porqué con presión muchos sistemas no fugan, y cuando esta desaparece, fuga, aunque más adelante veréis donde está concretamente el truco, por culpa del compression set). Cajera + collarin + fuerza sellad + fuerza fluidoLlegados a este punto ¡ya tenemos el primer ingrediente para el compression set! ¡Presión!

El segundo ingrediente ¡la temperatura! En realidad es opcional, como los elevalunas eléctricos cuando yo era pequeño, y en realidad lo más interesante es que si no existe, igualmente se producirá la deformación, pero si existe, provocará una aceleración del proceso.

Y el tercer ingrediente… ¡el tiempo! Ese que todo lo arregla, o todo lo jode, según se mire

Y es que el compresión set no es más que una modificación de la geometría original que sufren los elastómeros y algunos plásticos sometidos a una carga de compresión, con o sin temperatura, que se alarga en el tiempo de manera continua o cíclica.

Como podéis ver en la siguiente imagen, en realidad lo que le pasa a un sello dentro de su cajera, es que “se olvida” de su forma original debido a los procesos de envejecimiento citados en el primer artículo, que sumados a la presión, temperatura y tiempo, conforman el material con cualquier forma que tenga la ranura. Por eso sucede que con el tiempo, cuando un equipo está en marcha, y existe presión, el collarín crea una fuerza de sellado que evita las fugas, pero cuando esta fuerza desaparece, y el compression set ya ha hecho estragos, el líquido es capaz de colarse entre el metal y el collarín de manera que el sistema “suda aceite o el líquido que estemos intentando contener”.

Cajera + collarin deformado

Y hasta aquí queridos niños la maravillosa y apasionante vida del compression set, o más largo para los que gusten de un mayor uso de saliva: deformación permanente por compresión

¿Qué es el compression set? – Volumen 1

En castellano la definición más correcta que he encontrado es “deformación permanente por compresión”, y se refiere al grado de deformación de un elastómero debido a una exposición prolongada a una carga de compresión.

Este asunto es de vital importancia en aplicaciones industriales de sellado de equipos, tanto estáticas como dinámicas, donde los materiales elastómeros son ampliamente utilizados.

Los materiales elastómeros

Debemos partir del conocimiento básico de los elastómeros, que pueden ser de origen natural o sintético, y cuyo proceso de fabricación puede concluir con la vulcanización, que realiza un cohesión de sus moléculas, dotándo al material de unas propiedades muy interesantes.

En general los elastómeros tienen un inconveniente, y es que conforme se fabrican, comienza un proceso de envejecimiento por oxidación que hace que pierda resistencia y elasticidad, este puede ser en días o en años hasta que pierda sus propiedades, pero existe, si no, me quedaría sin artículo ;). Incluso existiendo normas y técnicas sobre su fabricación (con aditivos específicos para retardar este efecto), conservación (almacenamiento controlado en temperatura, humedad, etc), y uso (condiciones ambientales de funcionamiento), es conocido que un elastómero envejece y pierde propiedades.

Todos hemos observado en nuestra propia casa con diferentes elementos como la suela de los zapatos que se endurece, las gomas de pollo que sujetan nuestros cables o cromos que se rompen, incluso los neumáticos de nuestros coches o motos que pierden adherencia, y es que, con el pasar de los años, lo que inicialmente tenía una elasticidad envidiable, y un aspecto “gomoso” muy apetecible :), se torna liso y brillante (por una capa externa endurecida), y con una elasticidad y otras propiedades desaparecidas, incluso llegando al agrietamiento o rotura del material ante una deformación mínima.

Ahora vamos a llevar todo esto al campo de la industria, y en concreto a las aplicaciones de estanqueidad o sellado, que es donde queremos llegar, ya que allí el compression set, o deformación permanente por compresión, cobra una importancia notable, produciendo numerosos problemas en la industria, aunque algunos no quieran reconocerlo 😉

Fuente:Wikipedia

No quiero hacer una lista de materiales elastoméricos, pues es vastamente conocido el uso de diferentes elastómeros para el sellado desde muchas décadas atrás hasta hoy; pero me estoy dando cuenta que la voy a tener que hacer para satisfacer vuestras ansias de conocimiento, pues ya oigo a la gente agolpándose bajo mi ventana para reivindicar un listado mínimo. En este hay una mezcla entre términos técnicos, marcas y “palabros de uso común”; vaya por delante que no está completa, pues sería tarea ardua y quizás mejor que consultéis la ISO 1689:

  • NBR. Nitrilo butadieno, BR, buna-N, Perbunan®, goma-lona (combinación NBR con textil)…
  • EP. Etileno propileno con variantes como EPDM, EP962…
  • FKM. Fluoroelastómeros, FPM, Vitón®…
  • VQM. Silicona, SI, comenzando con las famosas “goma-lona”, hasta llegar al más avanzado compuesto en materia química como son los perfluoroelastómeros, pasando por los nitrilos butadienos (NBR o buna), buna
  • PU. Poliuretanos, PUR, TPU, TPE, AU, EU…
  • FPKM. Perfluoroelastómeros, FFKM, Kalrez®…
  • CR. Chloroprene, Neopreno®…

Qué mejor ilustración para este artículo que la vista esquematizada de un elastómero en reposo (A), y el mismo sometido a tensión (B).

Vaya rollazo os he estado explicando hasta ahora, y aún no hemos empezado con el compression set. Pero no se vayan todavía ¡aun hay más!

La memoria y la estanqueidad

Por si alguien lo dudaba, existe una necesidad básica para conseguir estanqueidad en un sistema, y es la memoria.

Si tienes un poro en un globo que acabas de llenar de agua, instintivamente pones el dedo para que deje de salir, y juegas a mojar a los de al lado. Y así será hasta que olvides porqué tenías el dedo allí, y vuelva a salir agua. Memoria.

Si ponéis un parche en una cámara o neumático se quedará allí hasta que olvide cual era su función y vuelva a perder aire (aunque puedan pasar años). Memoria.

Si ponéis una junta planta en cualquier sitio, y apretáis los tornillos que la aprisionan, estáis dotando al sistema de una carga, que debería permanecer ahí “para siempre” y así tener estanqueidad. Memoria.

Os podría dar cientos de ejemplos más de como el hombre dota a los materiales o a un sistema de memoria para evitar fugas (esta frase con hombre y memoria, es caldo de cultivo para mujeres 🙂 )

¿Y qué pasa si el material o sistema pierde u olvida la memoria? ¡pues averías!

¿Por qué es importante este punto? Aunque breve (con mi mal llevaba brevedad), porque el compressión set, es un proceso por el cual un elastómero pierde la memoria, y deja de realizar su función de estanqueidad, y… ¡avería!

¿Nos vas a explicar de una p*** qué es el compression set? Si. En el próximo artículo

 

Las pistas nos conducen al fallo

Hace bastante tiempo escribí que en muchas situaciones de mi vida no me dedico a buscar culpables, sino que dedico mis esfuerzos a encontrar soluciones; para qué perder el tiempo, si la recompensa por encontrar al culpable es 0, y la solución vale 1 (estoy en modo binario). En realidad, todos necesitamos que una parte de nuestra vida se ejecute en modo diagnóstico (buscando culpable y solución), porque si no seríamos incapaces de relacionarnos con nuestro entorno y avanzar, pues cada día es un cúmulo de circunstancias, que nos permiten aprender mediante observación, y posteriormente, si queremos (actitudes), y/o podemos (aptitudes), buscaremos soluciones (toma filosofía barata).

Recuerdo que en ese mismo artículo aclaré que en la técnica, justamente aplico todo lo contrario, ya que en ese caso si que hay recompensa por encontrar al culpable, la de evitar un error o fallo.

Sobre todo en mecánica, no olvidemos que estoy venía siendo un blog de mecánica, las pistas que nos ofrecen los fallos son muy importantes, y sirven en muchísimos casos para determinar las causas, incluso su orden y su magnitud, y de esta manera, bien corregirlas, bien establecer herramientas de predicción que nos permitan acotarlos. En realidad, con este artículo no invento nada, y por ejemplo se habla de “eliminación del problema” (troubleshooting), o del “análisis de la causa raíz” (root cause analysis), como herramientas que nos permiten encontrar las causas del fallo y solucionar, pero como había empezado a escribir este artículo antes de hablar de estos sistemas, ahora ya lo acabo.

Ahora voy a hacer gala de mi palabra 301, y 302. Este texto, escrito como mecánico venido a más, aunque circunscrito a esta temática, permite extrapolar el sistema a otras muchas disciplinas que no quiero citar para que no me lluevan hostias, incluso a las personas, y me vino a la mente porque:

  1. Tengo espacio de sobra en esta inmensa esfera con pelo que tengo por cabeza
  2. En mi día a día vivo de analizar el fallo, lo que me permite ayudar a otras personas, animales o cosas

Aunque muchas veces, al menos en mi trabajo, no requiere más que unos sencillos pasos que os pasaré a describir:

  1. conocimiento del sistema. El primer punto es básico, por eso es el primero;) , pues lo requerimos para poder entender cómo debe funcionar el sistema. Y aunque la práctica muchas veces lo es todo, aquí la teoría es muy importante, pues nos permite visualizar los tipos de esfuerzo a los que están sometidos las piezas, a los desgastes relativos que pueden producirse, a los propios materiales de los componentes, etc.
  2. búsqueda de pistas mediante observación. Como siempre, sin tiempo no hacemos nada, y es que en función de la experiencia ante la situación, deberemos emplear más o menos tiempo buscando pistas, marcas, señales, cualquier información que nos acerque a la causa o causas del fallo.
  3. relación causa/efecto. Los dos puntos anteriores nos permiten encontrar los efectos, que debemos relacionar con sus causas, y como apuntaba antes, con su magnitud. Añado aquí el término “magnitud”, pues como suelo explicar, conviene relativizar las cosas, pues no es lo mismo un tornillo que se ha roto al segundo día de funcionamiento, que uno que lo hace tras 20 años de servicio. Aunque las causas y los efectos puedan ser las mismas.
  4. solución. Esta es la parte más importante del proceso, y aquí intervienen innumerables cualidades del observador, pero no podemos decir que cerramos el círculo si no somos capaces de corregir o minimizar los efectos de las causas (creo que empiezo a abusar de estas palabras…)

Seguro que muchos de vosotros, que en vuestro día a día tenéis, o necesitáis de este procedimiento para subsistir, tenéis muchas variantes de este sistema que me acabo de inventar mientras hago la digestión, pero para eso están los comentarios del blog ¡y gratis!

Rotura del pantano de Puentes (Lorca)

El pH para mecánicos

¿Qué es el pH? ¿para qué sirve? ¿para qué necesita un mecánico el pH? Todos nos hemos hecho alguna vez estas preguntas antes de irnos a dormir, pues bien, por fin tendrás respuestas.

El pH es una escala de medida simplificada, que indica la acidez o alcalinidad de una solución. En sí, pH significia potencial de hidrógeno, ya que la cantidad de estos iones es quien determina la acidez o alcalinidad. Debemos a Dinamarca las buenísimas galletas de lata azul, la cerveza Carlsberg, y a uno de sus ciudadanos, Søren Peter Lauritz Sørensen, el descubrimiento de este método de medición.

Como cualquier escala de medición, nos sirve para comparar con unas bases establecidas científicamente, y que nos aportan datos sobre la realidad que tenemos presente (lo que estamos midiendo). El ejemplo más básico es cuando medimos el pH de una piscina, utilizamos unos papelitos con unas substancias químicas impregnadas para conocer el pH del agua y actuar en consecuencia.

Fuente: Wikimedia commons

Fuente: Wikimedia commons

Lo mínimo que debemos saber sobre el pH es:

  • el pH igual a 7 es neutro, medido sobre agua a 25ºC.
  • valores por encima de 7 indican alcalinidad.
  • valores por debajo de 7 indican acidez.

Igual que cuando medimos una longitud, la medida por sí sola no nos dice nada, su estudio y comparación sí que nos puede avisar de algo. Por ejemplo, si medimos la cabeza de alguien, y tiene un perímetro de 25cm, y es un barón mayor de 25 años, seguramente nos parecerá raro, y lo es, a menos que haya vivido cerca de una zona de jíbaros y esté muerto. Pues con el pH nos pasa lo mismo, si medimos el pH de nuestra piscina, nos sale pH1, y aún no se ha derretido, yo no me bañaría…

Algunos valores de pH:

  • pH 1,0. Ácido clorhídrico
  • pH 2,3. Zumo de limón
  • pH 2,4. Coca-Cola
  • pH 2,9. Vinagre
  • pH 3,5. Vino
  • pH 4,0. Cerveza
  • pH 4,1. Zumo de tomate
  • pH 5,0. Café, pan.
  • pH 5,6. Lluvia ácida
  • pH 6,0. Orina (lluvia dorada)
  • pH 6,5. Agua de lluvia
  • pH 6,6. Leche
  • pH 7,0. Agua destilada
  • pH 7,4. Sangre, sudor
  • pH 8,0. Agua de mar
  • pH 8,4. Levadura
  • pH 9,0. Bicarbonato de soda
  • pH 9,2. Disolución de bórax
  • pH 9,9. Pasta de dientes
  • pH 10,5. Leche de magnesia
  • pH 11,0. Agua de cal
  • pH 11,9. Amoniaco doméstico
  • pH 13,o. Lejía
  • pH 14,0. Hidróxido de sodio

Y si queréis ver pH de alimentos, por aquellos de los ardores…

Propiedades de los materiales, diagramas de fase y el Titanic

Las propiedades de los materiales, en especial algunas de ellas, se ven claramente afectadas por efecto de la temperatura.

Esta temperatura no procede únicamente del entorno ambiental o climático, puede provenir de algún proceso natural o artificial: un fuego, una reacción química, un extintor rociado sobre un cuerpo, la fricción producida durante un movimiento, un golpe, y muchísimos sitios más, pero muchos muchos…y es que un calentón lo puede tener cualquiera 😉 Y un enfriamiento también 😦

Bueno, quiero ir a parar, a que el universo de los materiales, a nivel microscópico, está en constante movimiento (parezco el Punset). Los materiales, pueden tener comportamientos diferentes, o muy diferentes, en función de la temperatura a la que están. Y eso afecta a nuestras vidas, y mucho.

Si quisiera lleva esto a la ciencia más pura, podríamos llegar a los conocidos como diagramas de fase, que “no son más” que unos gráficos, obtenidos a través de experiencias, y de tíos empollones que no tenían nada mejor que hacer, que representan las fronteras entre diferentes estados de la materia (líquido, sólido y grasioso gaseoso), siempre en función de la temperatura (un eje), y/o volumen, porcentaje de un elemento, presión, etc (otro eje, o dos más).

En ingeniería química, un diagrama de fase típico es el del agua:

Fuente: Wikipedia

Y en ingeniería mecánica, el más típico es el del acero (hierro-carbono):

Fuente: Wikipedia

Pero no hace falta entrar tan profundo, para saber que debemos tener en cuenta los comportamientos de un material a diferentes temperaturas. Y para ello, tres ejemplos:

  • Cuando el ejército nazi, debido “a los retrasos típicos de la guerra”, se encontró en campo soviético durante el frío invierno, no habían tenido en cuenta que todo su armamento metálico, iba a sufrir las consecuencias del frío. Debemos pensar que, a -40ºC, los aceros pueden contraer entre 1-4%, en función de la aleación. En otras palabras, pensar en un tubito por donde sale una bala de cañón, que debería hacer 100mm, que se ha encogido 2 ó 3mm… ¡¡¡¡ppppuuuummmm!!!
  • El PTFE, en estado 100% sólido, puede aguantar hasta los 270ºC, sin perder sus propiedas, y en cortos periodos de tiempo, hasta los 315ºC ¿por qué no más alla? Resulta que a partir de 325ºC, el PTFE empieza a carbonizarse, y a emitir unos vapores que son bastante tóxicos ¡¡¡ojo!!!
  • en los aceros, existen una fase de transición, donde el material cambia su capacidad de deformarse, o sea, pasa de dúctil a frágil. Resulta que unos amiguetes en canoa que recuperaron partes del casco del malogrado Titanic, realizaron los ensayos para determinar la temperatura de esta transición en el acero utilizado, determinando que estaba a -15ºC. Así que, omitiendo el detalle sin importancia del choque contra el iceberg, el empleo de ese material, la temperatura del agua por donde andaban, además de otros detalles estructurales como las uniones entre planchas, provocó la ruptura del casco, y el hundimiento del barco.

La elección de los materiales en ingeniería es algo tan elemental, que debería estar prohibido equivocarse, al final, y podéis verlo en los tres casos, se está jugando con las vidas de personas…

¿Qué es la corrosión? – Fundamentos

Esta pregunta, requiere unos cuantos artículos como respuesta. De hecho, ahora mismo no sabría decir cuantos artículos haré, pero os puedo decir que existen, libros y libros dedicados en exclusiva a este tema, así que imaginar su importancia.

En la Wikipedia, se cita sobre la corrosión:

…representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.

Así que, dentro del campo de la tribología, la corrosión tiene un papel muy importante. Hace tiempo leí, que en un país tan industrializado como E.E.U.U., el 40% de su producción de acero, se destinaba a la sustitución de piezas corroídas (si alguien encuentra una fuente fiable para este dato que tengo en mi cabezota, que me avise… ya sabéis que envío jamones por la ayuda recibida).

Esquema de la electrólisis

Como este es el primer artículo, voy a explicar la base de la corrosión, o sea, la electroquímica (físico-química) de esta reacción que se produce en los metales. Y es que para que exista corrosión, tienen que darse:

  1. un material 1 que se comporte electronegativamente, que se llamará ánodo. Esto significa que tendrá facilidad para ceder o perder electrones.
  2. un material 2 que se comporte electropositivamente, que se llamará cátodo. Esto significa que tendrá facilidad para recoger electrones. (observaréis avispados lectores, la similitud con la definición anterior…menos un par detalles signoficativos jajaja)
  3. un electrolito, que unirá ambos materiales para configurar un circuito cerrado que permita el intercambio de cargas eléctricas, mediante iones aniones (positivos), o cationes (negativos).
  4. una diferencia de potencial, que provocará que el ánodo ceda electrones y se cargue positivamente (oxidación), y el cátodo los reciba y se cargue negativamente (reducción).

En este entorno “tan cargado” (humor finoo, fino), la naturaleza realiza el paso inverso al que el hombre hizo para la obtención y manufactura de metales: de la extracción de óxidos de la naturaleza, se obtienen diferentes metales, y la corrosión, es un retorno del metal a su estado natural, el óxido.

Resumen: teniendo dos metales químicamente diferentes, un electrolito (aire, agua, otro metal…), y un movimiento de electrones (flujo eléctrico) de un metal a otro, tendremos corrosión de algún tipo (veremos que existen muchos tipos).

Explicación para… entenderla

En el territorio ánodo, habitan los “electrones -“; en el territorio cátodo, los “electrones +”. Una empresa llamada El electrolito S.A., se dedica a construir carreteras y caminos, para que sus compañías de taxis (del mismo holding) los  Aniones S.L., y Cationes S.L., transporten electrones de un sitio a otro.

Para que se produzca el efecto comentado, un “electrón -” del ánodo, coge un taxi de Cationes S.L. , y se va hacia el cátodo, y el jefe de aniones S.L. envía un taxi al cátodo a recoger un “electron +” y llevarlo al ánodo. Con esto, el resultado es que el ánodo se ha quedado con un “electrón +”, y el cátodo con el “electrón -“.

A ese intercambio de electrones montados en taxi, se le llama oxidación-reducción, y es el principio de la corrosión.

Corrosión gracias a pepe alfonso

Si te has liado con los taxis y los holdings:

En el territorio ánodo, habitan los “electrones -“; en el territorio cátodo, los “electrones +”. Una empresa llamada El electrolito S.A., se dedica a construir carreteras y caminos, para que sus compañías de taxis (del mismo holding) los  Aniones S.L., y Cationes S.L., transporten electrones de un sitio a otro.

Para que se produzca el efecto comentado, un “electrón -” del ánodo, coge un taxi de Cationes S.L. , y se va hacia el cátodo, y el jefe de aniones S.L. envía un taxi al cátodo a recoger un “electron +” y llevarlo al ánodo. Con esto, el resultado es que el ánodo se ha quedado con un “electrón +”, y el cátodo con el “electrón -“.

A ese intercambio de electrones montados en taxi, se le llama oxidación-reducción, y es el principio de la corrosión.

Ensayos de desgaste

Artículos anteriores: ¿Qué es la tribología?¿Qué es la fricción?El coeficiente de fricción, la lubricación y el hostión¿Qué es el desgaste?El desgaste adhesivo y las prótesis

Con este artículo podremos entender hasta qué punto es importante el estudio de la tribología en la ingeniería, y también en la industria. Debido a que es una técnica que nos permite conocer el estado de un equipo, se han desarrollado ensayos que nos permiten conocer el nivel de desgaste de una pieza que estamos ensayando para predecir como se comportará cuando llegue al “mundo real”, pero también podemos ensayar piezas del “mundo real”, para saber si esta apta para seguir trabajando, o necesitará algún tipo de actuación.

Como analogía, si se diseña un neumático de automóvil, se ensaya su comportamiento en el laboratorio para  observar el desgaste, y predecir el comportamiento de este cuando esté girando montado en nuestro coche; igualmente, cuando el coche ya lleva kilómetros recorridos con esos neumáticos, una observación y análisis (medida) de la geometría de ese neumático nos dirá si podemos seguir circulando o necesitaremos cambiarlo.

Esto que os voy a mostrar son los principios básicos de los ensayos más frecuentes. Para este tipo de ensayos se utilizan máquinas que se denominan generalmente tribómetros.

Ensayo de desgaste abrasivo (Normas ASTM G65 – ASTM G105 – ASTM B611)

ensayo-desgaste-abrasivo

El ensayo típico para el desgaste abrasivo es el llamado “roll paper”, y se trata de un cilindro con papel de lija en la superficie (1), con el que conociendo las condiciones y parámetros del ensayo como velocidad (rpm), tipo de abrasivo, peso de la carga,  etc, podremos conocer el comportamiento posterior del material controlando la masa perdida en la probeta (pieza negra) durante el ensayo. Este ensayo también tiene una variante en la que se utiliza un cilindro o rodillo de goma, y se va tirando un mineral abrasivo (habitualmente sílice), y  controlando igualmente la pérdida de masa en la probeta.

Ejemplos: Aquí uno y aquí otro

Ensayos de desgaste adhesivo

Este ensayo se denomina “pin on disc”, y es similar al anterior. En este caso cogemos una punta del material a ensayar, y lo haremos rozar contra un disco que gira. En este caso volveremos a conocer la carga (fuerza), que estamos aplicando, la velocidad del disco, y los datos del material ensayado, y con todo esto podremos determinar la resistencia al desgaste del material. En función de los materiales a ensayar y las necesidades, se utilizan diferentes formas, una bola (ball on disk), un punzón (pin on disk), o un disco (disk on disk) ¡toma nivelazo de inglés!

Ejemplos: Aquí uno y aquí otro

Por cierto, estoy convencido casi al 100% que en los últimos años deben haber aparecido software relacionado con este tipo de ensayos, que permitan realizar simulaciones y extraer datos, a ver si alguien nos puede aportar algo al respecto.

Digamos que estos son los ensayos que se utilizan en los laboratorios para determinar condiciones de materiales, pero recordar que la tribología va mucho más allá de los laboratorios, y es posible utilizarla a pie de máquina, para conocer y verificar el estado de un equipo, hacer predicciones de una falla, etc.

Por ejemplo, se usan métodos como medir la cantidad de partículas de acero en el aceite de un equipo,  hacer marcas con determinados útiles con el fin de medir las “huellas”, y algunos otros que nos permiten conocer datos del nivel de desgaste al que ha sido sometido un equipo.

El gran “pero” de este tipo de técnicas, es que muchas veces necesitamos que el equipo esté parado, y eso, en muchos tipos de industria en poco probable que se nos permita…

Recubrimiento antifragmentación

Viendo un documental sobre armas de guerra y sistemas de protección, me impactó este recubrimiento.

Un recubrimiento es el proceso por el que se deposita sobre una superficie, otro material diferente al original, con el objetivo de mejorar sus propiedades, ya sean mecánicas, químicas o estéticas.

Los ejemplos más conocidos, son las pinturas de pared, pero en todas las industrias se utilizan recubrimientos de todo tipo, y sobre todo tipo de materiales.

En este caso, el producto es un elastómero (goma), con bastantes aplicaciones en industria, pero ¡chan chan! También con fines de seguridad militar y civil.

Este tipo de recubrimiento se denomina, de antifragmentación, ya que impide que ante un impacto o explosión, el material bajo el recubrimiento, al romperse se esparza en pedazos, con los peligros derivados de ello. Viendo este vídeo os quedará mucho más claro (os enlazará con el vídeo, esta desactivada su inserción, se ve que estos americanos no les gusta compartir).

linex

Web para España

Web original (California, EEUU)

La refractariedad

Artículos anteriores: Las propiedades de los materiales

Propiedades anteriores: La ductilidad, La dureza, La tenacidad, La resiliencia, La elasticidadLa maleabilidad

Mucha gente, yo mismo, antes que me lo aclararan, pensaba que los materiales refractarios impedían que la calor penetrara en ellos o los atravesara, o sea, un concepto parecido al de ignífugo. Pero si fuera eso, no hubieran buscado otro nombre ¿no? Bueno, aunque van por ahí los tiros, realmente esta propiedad en un material impide que la temperatura altere sus propiedades como lo haría en otros muchos materiales que no la tienen.

Lo que el calor provoca básicamente en los materiales es que sus moléculas se desordenen, se pierda la estructura que los une, y por eso se derriten y acaban hechos una masa parecida a… Así que, cuanto más refractario es un material, mayor capacidad tiene para mantener sus moléculas ordenadas ante el aumento de la temperatura, y por tanto conservar sus propiedades mecánicas y su forma.

El ejemplo más sencillo para entender el uso de los materiales refractarios, son los hornos de fabricación de aceros. Si tenemos acero fundido (líquido) a aproximadamente 1600ºC  ¿de qué material fabrico los hornos donde fundirlo? Pues de un material más refractario que el acero. Concretamente, y si os fijáis en la foto de un horno de fundición que he puesto, la maquinaria está hecha por supuesto de acero, lo que se hace es recubrir interiormente el cubilote de materiales refractarios para poder trabajar con el acero fundido.

Podríamos decir que cuando el hombre comenzó a fundir metales, comenzó a fijarse en esta propiedad de los materiales. Si tenía que fundir estaño para sus flechas, buscaba piedras donde poder labrar una forma y verter el líquido fundido para obtener esa pieza. Debido a las propiedades refractarias de algunos materiales se ha podido avanzar tecnológicamente con algunos metales.

Los materiales refractarios más conocidos son las cerámicas, y casi toda la industria creada de estos materiales se basa en materiales cerámicos.

Las aplicaciones más comunes son aquellas donde encontramos altas temperaturas, como los mencionados hornos para acero, hornos para vidrio, fábricas de cemento, chimeneas, calderas, centrales térmicas, y también en las chimeneas y barbacoas de vuestras casa.

También quisiera dejaros el dato sobre la vinculación entre la industria de  protección contra incendios, con su normas RF (Resistencia al Fuego), y las propiedades refractarias de los materiales. La norma RF, clasifica los diferentes elementos utilizados en la construcción, según la capacidad, medida en minutos, que tienen estos elementos a mantenerse “enteros” ante el fuego. Así podemos ver en muchos planos las notaciones: RF-30 ó RF-60; o sea, elementos que aguantarán 30 ó 60 minutos un fuego antes de colapsarse ¡nunca os quedéis para comprobarlo!

Os dejo aquí este enlace a una empresa donde podréis ver imágenes de muchas aplicaciones con materiales refractarios.