API RP 687 - Capítulo 0, Anexo F: Recubrimientos

En mi última publicación, estaba celebrando haber completado la revisión del Capítulo 0, API RP 687.

Quizás haya sido un poco prematuro, ya que hoy me siento obligado a cubrir un poco más en profundidad el Capítulo 0 Anexo F: Recubrimientos antiincrustantes/resistentes a la corrosión/que mejoran el rendimiento.

Personalmente, el tema de hoy me parece fascinante, porque es una manera de añadir un poco de color a lo que de otro modo serían simples rotores de acero pulido.

Empecemos con un poco de historia. En el mundo de las reparaciones de turbomáquinas, el recubrimiento más popular que recuerdo era un producto llamado Sermetel 5380.

Recuerdo haber leído esto en muchas solicitudes de cotizaciones (RFQ) y especificaciones técnicas de licitación de propietarios de turbomaquinaria que pedían este recubrimiento por su nombre.

Este sofisticado producto, el revestimiento multicapa resistente a la corrosión, nació por patente en 1963 en Pensilvania por Allen Charlotte de Teleflex Incorporated.

Si les gusta leer patentes, pueden leerla aquí: https://patentimages.storage.googleapis.com/47/26/77/a8255165812e1a/US3248251.pdf

Sermatech, una división de Teleflex, iteró y desarrolló varias soluciones de recubrimiento antes de llegar al Sermetel 5380DP en 1980.

Si están haciendo un seguimiento de todos estos nombres de empresas, sepan que Praxair Surface Technologies adquirió la línea de productos Sermetel en 2015.

Praxair no es la única empresa que fabrica este tipo de revestimientos. La empresa para la que trabajo yo, fabrica un producto diseñado para tener cualidades similares o, en algunos casos, mejoradas, incluidas versiones sin cromo para que sea más seguro trabajar con ellos y respetuoso con el medio ambiente.

Varias otras empresas de productos o servicios aeroespaciales también fabrican este tipo de soluciones de recubrimiento multicapa.

Independientemente de quién los fabrique, la mayoría de estos recubrimientos consisten en lo siguiente:

• Se componen de múltiples capas, cada una de un material diferente que proporciona diferentes propiedades.

  
  

• Proporcionan protección mediante una combinación de mecanismos físicos y químicos.

Mecanismos de protección

Resistencia a la corrosión y erosión

1. Empaquetado denso: Las partículas de aluminio en la capa base están densamente empaquetadas, creando una barrera contra los elementos corrosivos.

2. Protección sacrificial: cuando se hace eléctricamente conductor a través del pulido, el aluminio en el revestimiento actúa como un ánodo de sacrificio, protegiendo el sustrato metálico subyacente.

3. Pasivación química: El cromato en el recubrimiento proporciona pasivación química, mejorando aún más la resistencia a la corrosión.

Propiedades de la superficie

1. Acabado suave: el recubrimiento proporciona un acabado aerodinámico, que es crucial para los componentes de la turbina de la ruta de gas, como las paletas del compresor.

2. Reducción de la porosidad: la capa superior sella cualquier porosidad restante en la capa base, mejorando aún más la resistencia a la corrosión.

3. Inercia química: La capa superior es químicamente inerte, lo que proporciona protección adicional contra diversos fluidos y factores ambientales.

¿De qué están hechos?

Existen dos clasificaciones principales: Orgánicas o Inorgánicas.

Orgánico

Se derivan de compuestos de hidrocarburos y se utilizan principalmente por su capacidad de crear una barrera robusta contra los agentes corrosivos.

Estos pueden operar hasta 400ºF (200ºC), por lo que se utilizan en aplicaciones de baja temperatura.

Inorgánico

Están hechos de bases de cromato, fosfato o silicato y se aplican a componentes expuestos a altas temperaturas y condiciones ambientales severas.

Son buenos para turbinas de vapor y componentes de alta temperatura, ya que pueden soportar temperaturas de hasta 1050ºF (565ºC).

API RP 687 afirma sabiamente que la selección del recubrimiento debe incluir una evaluación de las capacidades del recubrimiento, una comprensión de las propiedades del material de las piezas que se van a recubrir y un análisis del pasaje del flujo y del fluido de trabajo.

El documento proporciona dos tablas que sirven como guía de selección rápida para aplicaciones de recubrimiento.

En mi experiencia, he visto principalmente recubrimientos inorgánicos aplicados en discos de turbinas de vapor, álabes, compresores de proceso, secciones de compresores de turbinas de gas y discos de turbinas de gas.

¡El más común es el recubrimiento de fosfato de cromato de aluminio!

Esta mezcla de componentes metálicos y cerámicos crea una capa protectora unida químicamente.

Las dos aplicaciones de recubrimiento inorgánico más populares que veo a diario son: un recubrimiento de dos capas y un recubrimiento de tres capas.

Dos capas

En esta categoría se encuentran el Sermetel 5380 o los Sulzer A08 y A21. Ambos también pueden denominarse recubrimientos aluminocerámicos.

La capa base contiene cromatofosfato de aluminuro. Esta capa proporciona protección contra la corrosión actuando como un revestimiento de sacrificio o proporcionando protección catódica.

Los metales se oxidan cuando reaccionan con el oxígeno y la humedad intercambiando electrones, de la misma manera que una manzana se vuelve marrón después de ser cortada.

El aluminio de la capa base tiene un potencial eléctrico mayor que el metal base, lo que significa que es más generoso a la hora de ceder sus electrones. Por lo tanto, cuando el metal base quiere empezar a corroerse, el aluminio sacrificará sus propios electrones, salvando así el acero.

La segunda capa o capa superior actúa como un sellador, de la misma manera que protegemos los automóviles con selladores o películas, mejorando el aspecto y el acabado de la superficie.

En Sulzer, los ingenieros que desarrollaron el recubrimiento hicieron que la capa superior fuera azul, porque nos gusta el azul.

Tres capas

Sulzer tiene un producto de tres capas, como seguramente otros pueden tener, llamado A24. La tercera capa contiene teflón (PTFE), que mejora el acabado de la superficie y reduce la probabilidad de ensuciamiento, lo que lo hace ideal para compresores centrífugos.

El teflón es ese material mágico que se aplica a las sartenes para que los huevos no se peguen. Por eso decimos que este revestimiento es “antiincrustante”.

El ensuciamiento se produce cuando el gas de proceso contiene partículas o contaminantes que con el tiempo se acumulan en las piezas del rotor. Imagínense ir conduciendo su automóvil con mucho lodo atascado en las ruedas; a alta velocidad sentirán fuertes vibraciones.

A los impulsores centrífugos o a los alabes de turbina o expansor les sucede exactamente lo mismo: pueden ensuciarse, acumular suciedad y vibrar, lo que provoca rozamientos y daños contra el eje y los sellos.

En Sulzer, los ingenieros decidieron hacer la capa superior verde para que pudiera reconocerse fácilmente.

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¡Esto es todo lo que quería compartir esta semana, un poco de historia y algunos datos divertidos sobre cómo funcionan estos recubrimientos!

A continuación se muestran algunas fotografías de rotores recubiertos.

Un rotor de compresor centrífugo recubierto con un revestimiento de tres capas de teflón para protección antiincrustante.

Aquí se muestra una sección de compresor de turbina de gas con un revestimiento de dos partes resistente a la corrosión.

Una hermosa turbina de vapor, carcasa y rotor. El rotor está recubierto con un revestimiento resistente a la corrosión de dos componentes.