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Ensayos de corrosión en medio real
Pablo Benguria Uribe Materiales para Condiciones Extremas / Área Materiales y Procesos División Energía y Medio AmbienteTECNALIA Research & Innovation
1.- Objeto de los ensayos en medio real
2.- Definición y tipos
Ensayos de corrosión en medio real
6.- Conclusiones
3.- Estado del arte
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5.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
1.- Objeto de los ensayos en medio real1.- Objeto de los ensayos en medio real
Ensayos de corrosión en medio real
La corrosión es un fenómeno electroquímico natural lento
Las cámaras climáticas permiten ensayar mecanismos de degradación en laboratorio y
acelerar así los ensayos
Los ensayos en medio real son fundamentales para conocer los mecanismos de
degradación que afectan a un material o recubrimiento
Problemas de los envejecimientos en laboratorio:
Cada ensayo simula un parámetro determinado (UV, niebla salina, choque térmico, …) o varios (niebla-
sequedad, UV-condensación, …), pero ninguno simula la realidad al 100%.
Mecanismos de degradación observados en los envejecimientos artificiales no siempre se
corresponden con los que ocurren en la realidad
No hay equivalencias directas de tiempo en labo con exposición en servicio
1.- Objeto de los ensayos en medio real1.- Objeto de los ensayos en medio real
Ensayos de corrosión en medio real
Ventajas de ensayos en medio real:
Fenómenos no contemplados en los ensayos de labo: fouling, erosión
por oleaje, sinergias de varios fenómenos,…
Ensayos en condiciones similares a las que tendrán en servicio
necesidad de ensayar en distintos entornos
Pruebas a pequeña escala antes de sacar un producto nuevo
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En general, las condiciones pueden variar mucho de una localidad a otra
2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
Consiste en la colocación de muestras (probetas o componentes estructurales) en un medio que represente lo mejor posible las condiciones de servicio
Son los envejecimientos que mayor correlación tienen con las condiciones en servicio
Intervienen simultáneamente una gran variedad de factores que afectan a la corrosión y que en muchos casos no se puede simular en ensayos de laboratorio (parámetros físico-químicos, biológicos, meteorológicos, etc.)
Las muestras están sometidas a efectos cíclicos al cambiar las condiciones del medio
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Se realizan estos ensayos para evaluar:
• Resistencia a la corrosión de nuevos materiales• Evaluación de recubrimientos protectores• Caracterización de la corrosividad de emplazamientos específicos
Ensayos de exposición atmosféricaEnsayos de exposición atmosférica
2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
El lugar de exposición debe estar correctamente caracterizado antes de iniciar un ensayo de exposición atmosférica
Es necesario monitorizar los parámetros atmosféricos durante la exposición para determinar la causa-efecto de las variables atmosféricas sobre la corrosión
Pueden ser emplazamientos estáticos o móviles
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Parametros de monitorización
• Temperatura
• Velocidad y dirección de viento
• Radiación UV
• Humedad relativa
• Tiempo de humectación (ASTM G84. “Standard Practice for Measurement of Time-of-Wetness on
Surfaces Exposed to Wetting Conditions as in Atmospheric Corrosion Testing”)
• Temperatura de la superficie de las probetas durante el periodo de humectación
• Contaminación atmosférica:o Óxidos de azufre (ASTM G91. “Standard Practice for Monitoring Atmospheric SO2 Using the Sulfation
Plate Technique”)o Cloruros (ASTM G140. “Standard Test Method for Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate
by Wet Candle Method”)
Debido a las condiciones atmosféricas cambiantes, es necesario monitorizar y registrar parámetros atmosféricos que afectan a la corrosión
2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
Ensayos de exposición atmosféricaEnsayos de exposición atmosférica
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2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
Ensayos de exposición atmosféricaEnsayos de exposición atmosférica
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Evaluación de Corrosión Galvánica en exposición atmosférica (ASTM G116)
ASTM G116. “Standard Practice for Conducting Wire-on-Bolt Test for
Atmospheric Galvanic Corrosion” : CLIMAT (Classify Industrial and Marine Atmospheres) test
• 90 días de duración
2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
Ensayos de exposición atmosféricaEnsayos de exposición atmosférica
o ICI (Industrial Corrosion Index): Se obtiene mediante el porcentaje de pérdida de peso Cu-Al.
o ACI (Atmospheric Corrosivity Index): Se obtiene mediante el porcentaje de pérdida de peso Plástico (Nylon)-Al.
o MCI (Marine Corrosion Index): Se obtiene mediante el porcentaje de pérdida de peso AC-Al.
• Válido para definir de forma rápida la velocidad de corrosión en un emplazamiento y la corrosividad del mismo:
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Evaluación de metales en medio marino. ASTM G52
• ASTM G52. “Standard Practice for Exposing and Evaluating Metals and Alloys
in Surface Seawater”
• Probetas de 100 x 300 mm
• Probetas por triplicado
• Tiempo de exposición: 0,5 - 20 años
• Ej: ensayo en HarshLab
Evaluación de Corrosión Crevice. ASTM G78
• ASTM G78. “Standard Guide for Crevice Corrosion Testing of Iron-
Base and Nickel-Base Stainless Alloys in Seawater and Other
Chloride-Containing Aqueous Environments”
• Tiempo de exposición: 30- 90 días para evaluar corrosión crevice
2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
Ensayos de exposición atmosféricaEnsayos de exposición atmosférica
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Evaluación de propiedades antifouling
• ASTM D3623. “Standard Test Method for Testing Antifouling Panels in Shallow Submergence”
• ASTM D6990. “Standard Practice for Evaluating Biofouling Resistance and Physical Performance of Marine Coating Systems”
• ASTM D5618. “Standard Test Method for Measurement of Barnacle Adhesion Strength in Shear”
2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real
Ensayos de exposición en medio marinoEnsayos de exposición en medio marino
Los tratamientos antifouling tienen una duración variable de 2 a 5 años
El crecimiento de fouling en cascos de barcos afecta a la resistencia a la fricción, aumento de peso y reducción de velocidad mayor consumo de combustible
Métodos de ensayo normalizados:
Publicado en 2021 el Exposure Site Catalogue, por la EuropeanFederation of Corrosion
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Lamentablemente, es un catálogo incompleto en el que no figuran ni HarshLab ni algún otro emplazamiento relevante
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
Ensayos de corrosión en medio real
https://efcweb.org/WP25.html
Recogidos 8 emplazamientos marinos de distinta naturaleza
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3.- Estado del arte3.- Estado del arte
Ensayos de corrosión en medio real
https://efcweb.org/WP25.html
Recientemente firmado un acuerdo de colaboración entre PLOCAN y Tecnalia
PLOCAN (Puerto de Taliarte, Gran Canaria, España)
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Capacidad para albergar un total de 140 muestras en zonas splash, intermareal e inmersión.
Clima subtropical en la bocana del puerto de Taliarte (Océano Atlántico)
Situado junto a una estación oceanográfica
Samples exposition during high tideSamples exposition during low tide
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
Ensayos de corrosión en medio real
CTC El Bocal (Cantabria)
Expositores en zonas splash, intermareal e inmersión
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
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Kistineberg Center for Marine Research and Innovation (RISE)
Unos 80 racks para la exposición de muestras en zona
inmersión, splash o atmosférica
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
Ensayos de corrosión en medio real
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Profundidad máxima: 6 metros
Laboratorio para caracterización de muestras in
situ
Inaugurado en junio 2021
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Amplia red de expositores en el mar del Norte
http://www.windenergie.iwes.fraunhofer.de/en/test_centers_laboratories/offshore-test-sites.html
Fraunhofer IWES
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
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Estación costera en el puerto de Génova
Genoa Experimental Marine Station (GEMS)
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
Ensayos de corrosión en medio real
Varios expositores atmosféricos en el puerto
Zona de inmersión en uno de los pantalanes flotantes
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Otros emplazamientos europeos con exposición atmosférica en la costa:
Otros
3.- Estado del arte3.- Estado del arte
Ensayos de corrosión en medio real
Brest (French Corrosion Institute) Tananger (NILU-Norwegian Institute for Air Research)
Alfanzina (Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC))
Guincho (Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC))
Sines (National Laboratory of Energy and Geology (LNEG) - Laboratory of Materials and Coatings (LMR))
Bohus-Malmön Kvarnvik, RISE KIMAB
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HarshLab
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
Su diseño se ha inspirado las boyas CALM, adaptándolo a las condiciones meteoceánicas de BiMEP: Diámetro 5.4 m Altura 4.7 m Peso 8 ton
HarshLab1.0 es el primer laboratorio offshore flotante de Europa para la evaluación de materiales y componentes en ambiente 100% offshore
Equipado con las medidas de seguridad exigidas por la Normativa Marítima (AIS y linterna)
El diseño de los portaprobetas de las zonas en inmersión y salpicadura permiten operar desde cubierta sin necesidad de buzos
https://harshlab.eu/
Confidential
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Zona de
inmersión
Zona splash
Zona
atmosférica
• 125 en zona atmosférica• 320 en zona splash• 320 en zona de inmersión 21 ▌
Tres zonas de ensayo con capacidad para acoger hasta 765 muestras:
Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
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Se encuentra en el Golfo de Bizkaia, a 1,6 millas del puerto de Armintza (Bizkaia, España)
Ocupa una superficie de mar de 5.3 km2
Equipada con infraestructura submarina para la conexión a la red eléctrica:
• Cables submarinos de evacuación de electricidad de 13,2 kV – 5 MW.
• Centro de datos (sistema de monitorización y control)
• Vigilancia 24/7
Asegura unas condiciones 100% offshore, mientras ofrece un rápido acceso desde el puerto de Armintza
BiMEP es una infraestructura para la demostración de prototipos de captación de energías oceánicas antes de su desarrollo comercial
https://bimep.com/
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4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
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HL1.0
•Exposición Septiembre 2018
•Exposición de pequeños componentes y probetas
•Zonas de inmersión, salpicadura y atmosférica
•Sin conexión a la red eléctrica
HL2.0
•Ensayos offshore Otoño 2021
•Ensayos de componentes y equipos de mayor tamaño y
en funcionamiento
•Conectado a la red eléctrica
•Dos zonas de ensayo adicionales: lecho marino y
confinada
El fondeo del HL1.0 fue diseñado en 2018 sobredimensionado para acoger el HL2.0 con pequeñas modificaciones
Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
2018
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HARSH project (2016-18)
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
2021
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4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
HARSH project (2016-18)
HarshLab
Confidential
Ensayo de componentes y probetas en zona atmosférica
Ensayo de componentes y probetas en zona atmosférica
Ensayo de componentes y probetas en inmersión
Ensayo de componentes y probetas en inmersión
Ensayo de todo tipo de elementos de fondeoEnsayo de todo tipo de elementos de fondeo
Ensayo de componentes y probetas en zona splash
Ensayo de componentes y probetas en zona splash
Ensayo de componentes y probetas en bodega
Ensayo de componentes y probetas en bodega
Ensayo de componentes y probetas en el lecho marino (65m)
Ensayo de componentes y probetas en el lecho marino (65m)
Ensayo de todo tipo de umbilicales, conectoresy risers
Ensayo de todo tipo de umbilicales, conectoresy risers
HarshLab2.0: nuevas posibilidades
26 ▌Diseñado por Tecnalia e
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Ensayos de corrosión en medio real
Confidential
HarshLab2.0: nuevas posibilidades
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Ensayos de corrosión en medio real
¡Inauguración el 22
de septiembre!
Confidential 28 ▌
Dynamic ANtifouling Test (DANTE)
Diseño, construcción y puesta en marcha en el HL2.0 en el marco del proyecto europeo NEWSKIN (H2020)
Capacidad para ensayar muestras según la norma ASTM 4939-89 2013 simulando velocidades de navegación de hasta 15 nudos
HarshLab2.0: nuevas posibilidades
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
Posible acceso gratuito vía Open Calls (Dec’21, June’22, Dec’22, June’23) (https://platform.newskin-oitb.eu/pages/open-calls)
Confidential
Meteorological data
Precipitación anual media: 1500 mm/año Temperatura media interanual: 13ºC Máxima Tª promedio interanual: 16ºC Mínima Tª promedio interanual: 10ºC Radiación media: 1.825 horas/año Tiempo de humectación medio anual: 5.690 horas
Oceanographic data
Tª del agua min/max: 11ºC (Ene) - 22ºC (Ago) Altura ola significativa min / med / max: 1,15m / 1,67m / 9,62m Salinidad media: 35 USP O2 medio: 6 mL/l Transmitancia media: 88%
Estación meterorológica del cabo Matxitxako
Boya oceanográfica Tryaxis
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
HarshLab1.0 puede albergar tres tipos de ensayos principales:
Ensayos de corrosion
• La velocidad de corrosión para cada zona ha sido medida para acero al carbono, cobre y aluminio
• Las zonas atmosférica y de salpicadura se clasifican CX, mientras que la de inmersión es Im2.
Anomia ephippium Hiatella arctica
Mytilus galloprovincialis Bryozoan Perforatus perforates
Ensayos de envejecimiento
Materiales metálicos o no que tienen que soportar condiciones muy exigentes mientras mantienen sus propiedades mecánicas, estéticas, etc
Ensayos antifouling
BiMEP es un área con un potencial de fouling elevado. Las especies más comúnmente encontradas en BiMEP son:
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
Quién puede tener acceso al HarshLab?
Abierto a cualquier empresa, Universidad o centro de I+D interesado en realizar ensayos en condiciones offshore, tanto en proyectos públicos (ej: H2020) como privados.
Portaprobetas diseñados para alojar probetas estandarizadas (150x75x5mm), pero adaptable a componentes y probetas de otras dimensiones
Completo laboratorio de caracterización disponible (SEM, EDS, metalografía, etc)
Cualquier tipo de proyecto de investigación es bienvenido!
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
El Ente Vasco de la Energia ofrece ayudas para la demostración y validación de tecnologías energéticas renovables marinas emergentes (https://www.eve.eus/Programa-de-ayudas/2020/Programa-de-ayudas-a-inversiones-para-la-demostrac.aspx)
Confidential
Algunos resultados
Comparativa entre un recubrimiento orgánico sometido a:
Ensayo en cámara de niebla salina en el laboratorio vs exposición en zona de inmersión en HarshLab
Mayor tasa de corrosión
Menor adherencia
* adhesive break between substrate and coating
*
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
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32% mayor
17% mayor
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Comparativa entre un recubrimiento orgánico sometido a:
Ensayo de corrosión cíclica C5 en el laboratorio vs exposición en zona de atmosférica en HarshLab
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
Algunos resultados
Muestras en zona atmosférica
Corrosión generalizada
Las muestras con entalla inician su degradación por ese punto
Los expositores colocados a 45º reciben una cantidad significativa deexcrementos de gaviota cuya naturaleza corrosiva podría alterar losresultados observados
La orientación de las muestras es otra variable que determina la corrosiónregistrada
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Ensayos de corrosión en medio real
Algunos resultados
HarshLab
Muestras en zona splash
Corrosión generalizada y en entallas más intensa que en zona atmosférica
En la parte inferior de la zona salpicadura hay crecimiento de fouling, aunque no es tan intenso como en la zonainmersión
Las muestras más finas orientadas al O-NO sufren daños por el impacto de las olas
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
Algunos resultados
Muestras en zona inmersión
En tan solo 6 meses de exposición están completamente cubiertas de con diversas especies de fouling
Se observan diferencias en cuanto a cobertura y diversidad de fouling según la orientación de las muestras
Crecimiento de mejillones más acusado en las zonas más sombrías
Además de especies vegetales y moluscos, se obervan larvas de diferentes especies
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
Algunos resultados
Ensayar en HarshLab lleva más tiempo que en labo, pero aporta
importantes pistas sobre los mecanismos de corrosión iniciales
El tiempo mínimo recomendado de ensayo en HarshLab es un año
natural (12 meses)
Lo ideal es que ensayos de campo y de labo sean
complementarios
Lecciones aprendidas (1/2)
Normalmente, los ensayos en zona atmosférica en HarshLab son
más agresivos que sus equivalentes en laboratorio
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4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
El comportamiento de los materiales depende de la zona
climática, por lo que lo idea es testar materiales en diferentes
zonas geográficas
Lecciones aprendidas (2/2)
Ensayar en un medio tan hostil es costoso por todo lo que
implica (barcos, buzos, seguros, ….) ensayar en el mar es
también más caro que hacerlo en el labo 38 ▌
Ensayar probetas como screening inicial es adecuado, pero
testar equipos completos en funcionamiento es lo ideal
HarshLab2.0
HarshLab es un ensayo en si mismo, sus componentes también
pueden fallar (y lo hacen)
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Ensayos de corrosión en medio real
HarshLab
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Expositor situado en un pantalán flotante en el Puerto de Pasaia (Gipuzkoa) muestras permanentemente sumergidas, sin influencia de las mareas
• Salinidad: 27,4 usp• Tª del agua: 16,8 ºC• Oxígeno disuelto: 69,0 % sat• pH: 8,0• Turbidez: 1,1m
Main biofouling species in Pasaia’s port
• Balanus sp.
• Ascidia cf. mentula
• Bugula sp.
• Phallusia mammillata
• Serpulidae
Fácil acceso y parámetros físico-químicos monitorizados
Condiciones de estuario, por estar en la desembocadura del río Oiartzun
Condiciones ambientales medias:
La alta concentración de nutrientes y la escasa renovación del agua típicas de puertos, hacen que el crecimiento de biofouling sea muy rápido
Biofouling Exposure testing SiTe (BEST)
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Ensayos de corrosión en medio real
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Pesaje y análisis visual de la corrosión
Los resultados de los ensayos de campo son complementados con ensayos acelerados en cámaras climáticas en laboratorio.
Caracterizaciones mecánicas: fatiga, tracción, microestructura, etc.
Propiedades superficiales: rugosidad, adherencia de recubrimientos, mojabilidad, dureza,…
Estimación de la velocidad de corrosión y de la vida útil remanente
Caracterización del desgaste y de la fricción
¿Y después del ensayo?
4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia
Ensayos de corrosión en medio real
Caracterización de los productos de corrosión generados
Tan importante como los ensayos de campo son las caracterizaciones bajo Norma a realizar posteriormente, como son:
Análisis de fallo
…
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5.- Conclusiones5.- Conclusiones
Ensayos de corrosión en medio real
Ensayos más lentos, pero mucho más realistas que los de laboratorio
Tiempo de ensayo representativo relativamente largo (1-3 años)
Complementan los datos obtenidos en el labo
Los expositores atmosféricos en la costa son relativamente comunes en Europa
Los expositores en la costa con zona inmersión no son tan habituales
Los expositores marinos en condiciones 100% offshore son muy escasos
Fundamental poder cubrir varios climas y situaciones necesidad de tejer red de expositores
en distintas zonas geográficas (Chile, Australia, Alemania,…)
Pablo Benguria ([email protected]) +34 667 178 853