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DISEÑO DE EQUIPOS E INSTALACIONES

Materiales de Construcción en Plantas Químicas 2.1

TEMA 2: MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN EN PLANTAS QUÍMICAS

ÍNDICE

1. OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 2 2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES ...................................................................................... 2 3. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN METÁLICOS ............................................................... 5 4. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PLÁSTICOS .................................................................. 12 5. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN CERÁMICOS ................................................................ 13

BIBLIOGRAFÍA

1) P. Buthod et al., “Process Component Design”, Universidad de Tulsa, Oklahoma. 2) S. Peters y K.D. Timmerhaus, “Plant Design and Economics for Chemical Engineers”, Ed. McGraw

Hill, 2003. 3) R.K. Sinnott, “Coulson and Richarson’s Chemical Engineering Volume 6. Chemical

Engineering Design”, Ed. Butterworth Heinemann, 1999.



1. OBJETIVOS

Conocidos los mecanismos de corrosión se describen las CARACTERÍSTICAS GENERALES de los MATERIALES de construcción.

2. PROPIEDADES DE LOS MATERIALES

A la hora de seleccionar un material hay que tener en cuenta:

1) Propiedades mecánicas:

o La resistencia es la capacidad de un material a soportar una fuerza a una temperatura moderada. Se mide en tests estándar en los que se monitoriza la fuerza aplicada (de tracción o de compresión) por unidad de área vs. la deformación en términos de diferentes variables. Una de ellas es la tensión de fractura (ultimate tensile strength) que es una medida de la resistencia del material y se define como la máxima fuerza por unidad de área resistida por una pieza de material. También la tensión de fluencia (yield strength) que es aquella que genera en el material una deformación permanente del 0.1 %. La tensión de diseño se calcula como un porcentaje de la tensión de fractura o de la tensión de fluencia y tiene en cuenta otros factores como la calidad de los materiales, la carga a la que el material está sometido, el trabajo humano en el material y errores en el diseño.

o Dureza: resistencia del material a la fricción. o Rigidez: capacidad para resistir al doblado o a la flexión. o Tenacidad: resistencia a la propagación de grietas. o Fatiga: la rotura de los materiales bajo cargas dinámicas cíclicas se produce más fácilmente

que con cargas estáticas o Deformación: extensión gradual de un material sometido a tensión durante un determinado

tiempo.

2) Efecto de la temperatura en las propiedades mecánicas

3) Resistencia a la corrosión: “La corrosión es la causa principal de la destrucción de los equipos de

la industria química. La mayoría de destrucciones pueden prevenirse escogiendo adecuadamente los materiales dentro de la gama muy amplia que dispone el ingeniero. No suele ser interesante económicamente diseñar una planta que esté libre totalmente de corrosión. Velocidades de 0,1 mm/año e incluso hasta 5-6 mm/año suelen ser tolerables, dependiendo del coste de los materiales alternativos y del grado de contaminación que puede aceptarse. En las plantas que operan en continuo, por ejemplo las refinerías de petróleo e instalaciones petroquímicas, las pérdidas de producción debidas a deterioros por corrosión son tan costosas que justifican el uso de los materiales más caros, por ejemplo el tántalo en intercambiadores de calor de unidades de recuperación de ácido. En instalaciones más sencillas, puede ser más económico seleccionar materiales de menor costo y programar limpiezas frecuentes de los equipos para prevenir la corrosión. En las plantas de fabricación de productos farmacéuticos, donde la contaminación es inaceptable, es necesario realizar recubrimientos, por ejemplo a base de resinas epoxi, y en caso de temperaturas muy elevadas hay que acudir a los de teflón, a pesar de su elevado coste y difícil aplicación. A menudo la corrosión puede prevenirse mejor cuidando pequeños detalles en el diseño que seleccionando los materiales más resistentes. El ácido sulfúrico concentrado en frío puede transportarse en tuberías de acero al carbono, siempre que la velocidad de circulación sea inferior a 1m/seg. Debido a ello, en este caso es mejor utilizar tuberías de acero al carbono de diámetros grandes que tuberías de acero inoxidable de diámetros pequeños. Si los serpentines de calefacción de tanques que contienen sosa cáustica se colocan fuera del tanque, pueden ser de acero al carbono,



pero si se colocan en el interior deben ser de aleaciones de níquel, ya que el acero al carbono está sujeto a la fragilidad cáustica”*.

* Bilurbina Alter, Luis; Iribarren Laco, Jose Ignacio; Diseño de equipos e instalaciones; Ed. UPC

Existen tablas del comportamiento de diferentes materiales ante diferentes productos en el Perry, Coulson & Richarson Vol. 6 y en el P&T.

4) Cualquier propiedad especial requerida para un proceso en particular (conductividad térmica,

propiedades magnéticas...)

5) Facilidad de fabricación (soldaduras, moldeamiento, endurecimiento por calor y sucesivo enfriado

(annealing), etc.)

6) Disponibilidad en tamaños estándar

7) Costes:

El coste de los metales y de sus aleaciones fluctúa considerablemente dependiendo del mercado mundial de compra-venta de metales. Una indicación de los precios está dada en la siguiente tabla:

COSTE STANDARD DE MATERIALES METÁLICOS METAL (ptas/kg) Acero al carbono 70 Acero de baja aleación (Cr-Mo) 100 - 175 Acero al Níquel (9%) 200 Acero inoxidable 304 380 Acero inoxidable 321 400 Acero inoxidable 316 570 Acero inoxidable 310 700 Acero inoxidable alto Ni 1400 Cobre 200 Aluminio 225 Níquel 700 Monel 600 Titanio 4500 Zircaloy 1500

A continuación se muestran costes relativos de materiales plásticos.

COSTE STANDARD DE MATERIALES PLÁSTICOS

PLASTICO Coste relativo PVC 1.5 Polietileno (baja densidad) 1.0 Polipropileno 1.5 PTFE 30.0 GRP poliester 3.0 GRP epoxi 5.0

Figuras 5 y 6 son una indicación de los precios de diferentes materiales por unidad de volumen y por unidad de precio respectivamente.



A la hora de comparar costes, debemos tener en cuenta la cantidad de material que es necesario utilizar. Esta cantidad depende de la densidad del material y de la tensión de diseño. Así, Moore (1970), compara costes mediante el cálculo de un factor de coste que se define como:

d

CFactor de coste

donde C: coste por unidad de masa, £/kg.

ρ: densidad, kg/m3

σd: tensión de diseño, N/mm2.

Los cálculos del factor de coste, relativos al acero al carbono, calculados por Moore se muestran en la siguiente tabla.

MATERIAL Factor de coste

relativo d *

N/mm2

Acero al carbono

Acero inoxidable AISI304

Inconel

Bronce

Cobre

Aluminio

Aluminio-aleaciones Mg

Aluminio-bronces

Níquel

Monel

1

5

12

10-15

27

18

4

16

35

19

100

130

140

76

46

14

70

87

70

120

*Valores únicamente ilustrativos.

3. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN METÁLICOS

Hierro, acero al carbono y aceros de baja aleación.

El hierro de alto contenido en sílice (14-15% Si) aunque frágil tiene alta resistencia a los ácidos minerales. Se usa con ácido sulfúrico a alta temperatura.

El acero al carbono (carbon steel) es una aleación de hierro y carbono principalmente, aunque otros elementos (manganeso 1.65 %máx., silicio, 0.60% max. o cobre, 0.60% max.) pueden estar presentes en una proporción lo suficientemente pequeña como para no afectar las propiedades. Es el material usado con más frecuencia. Es barato y disponible en infinidad de formas y tamaños, fácilmente moldeable y soldable. Tiene además una buena resistencia a la tracción y ductilidad

Los aceros de baja aleación (menos del 5% de elementos de aleación: Mo, Mn, Cr, Va, B, Ni) tienen un comportamiento similar ante la corrosión aunque mejoran las condiciones mecánicas. Los sistemas de



designación de los aceros dependen de la normativa utilizada. Aquellos aceros que contienen mayores contenidos en elementos de aleación se denominan aceros inoxidables, aceros para herramientas o simplemente, aceros de alta aleación dependiendo de los elementos de aleación.

Los aceros al carbono y aceros de baja aleación se designan, de acuerdo a la norma AISI, mediante un número de cuatro cifras, siendo las dos primeras cifras las que indican el elemento de aleación y las dos últimas la cantidad de carbono (100*%wt). Por ejemplo, acero 1060 es acero al carbono que contiene 0.60 wt %C.

La equivalencia entre la norma AISI y otras normas relativas a la designación de aceros al carbono se muestra también a continuación.

AISI Designation Type of SteelCarbon Steels10xx Plain Carbon (Mn 1.00% max)11xx Resulfurized12xx Resulfurized and Rephosphorized15xx Plain Carbon (Mn 1.00% to 1.65%)Manganese Steels13xx Mn 1.75%Nickel Steels23xx Ni 3.50%25xx Ni 5.00%Nickel-Chromium Steels31xx Ni 1.25%, Cr 0.65% or 0.80%32xx Ni 1.25%, Cr 1.07%33xx Ni 3.50%, Cr 1.50% or 1.57%34xx Ni 3.00%, Cr 0.77%Molybdenum Steels40xx Mo 0.20% or 0.25%44xx Mo 0.40% or 0.52%Chromium-Molybdenum (Chromoly) Steels41xx Cr 0.50% or 0.80% or 0.95%, Mo 0.12% or 0.20% or 0.25% or 0.30%Nickel-Chromium-Molybdenum Steels43xx Ni 1.82%, Cr 0.50% or 0.80%, Mo 0.25%43BVxx Ni 1.82%, Cr 0.50%, Mo 0.12% or 0.35%, V 0.03% min47xx Ni 1.05%, Cr 0.45%, Mo 0.20% or 0.35%81xx Ni 0.30%, Cr 0.40%, Mo 0.12%86xx Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.20%87xx Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.25%88xx Ni 0.55%, Cr 0.50%, Mo 0.35%93xx Ni 3.25%, Cr 1.20%, Mo 0.12%94xx Ni 0.45%, Cr 0.40%, Mo 0.12%97xx Ni 0.55%, Cr 0.20%, Mo 0.20%98xx Ni 1.00%, Cr 0.80%, Mo 0.25%Nickel-Molybdenum Steels46xx Ni 0.85% or 1.82%, Mo 0.20% or 0.25%48xx Ni 3.50%, Mo 0.25%Chromium Steels50xx Cr 0.27% or 0.40% or 0.50% or 0.65%51xx Cr 0.80% or 0.87% or 0.92% or 1.00% or 1.05%50xxx Cr 0.50%, C 1.00% min51xxx Cr 1.02%, C 1.00% min52xxx Cr 1.45%, C 1.00% minChromium-Vanadium Steels61xx Cr 0.60% or 0.80% or 0.95%, V 0.10% or 0.15% minTungsten-Chromium Steels72xx W 1.75%, Cr 0.75%Silicon-Manganese Steels92xx Si 1.40% or 2.00%, Mn 0.65% or 0.82% or 0.85%, Cr 0.00% or 0.65%High-Strength Low-Alloy Steels9xx Various SAE gradesxxBxx Boron steelsxxLxx Leaded steels



Acero inoxidable (stainless steel).

Es el más importante de los aceros de alta aleación siendo el material resistente a la corrosión más usado en la industria química. Es una aleación de hierro-carbono al que se la añade cromo en una cantidad no inferior al 10.5%. La resistencia a la corrosión en ambientes oxidantes depende del contenido en Cromo (superior al 12 %). La resistencia a la corrosión en ambientes no oxidantes se consigue con el Níquel (aceros austeníticos). En función de la microestructura podemos clasificar los aceros inoxidables en:

1. Ferríticos: 13-20 % Cr , < 0.1 % C, sin Ni

2. Austeníticos: 18-20 % Cr , > 7 % Ni

3. Martensíticos: 10-12 % Cr , > 2 % Ni, de 0,2 a 0,4 % C

De acuerdo a esta clasificación y a la norma AISI, podemos encontrar los siguientes aceros inoxidables de composición normalizada:



De los aceros inoxidables mostrados en la tabla anterior, los que se utilizan con más frecuencia en plantas químicas son:

AISI 304: (también denominado acero 18/8) El más usado. Contiene el mínimo contenido en Cr y Ni que resulta en una estructura austenítica estable.

AISI 304L: (versión baja en carbono del acero 18/8:<0,3 %C)

AISI 321: acero 304 estabilizado con Ti

AISI 347: acero 304 estabilizado con Nb

AISI Type (UNS Designation) Typical Composition [%]

Austenitic

201 (S20100) 16-18 Cr, 3.5-5.5 Ni, 0.15 C, 5.5-7.5 Mn, 0.75 Si, 0.060 P, 0.030 S, 0.25 N202 (S20200) 17-19 Cr, 4-6 Ni, 0.15 C, 7.5-10.0 Mn, 0.75 Si, 0.060 P, 0.030 S, 0.25 N205 (S20500) 16.5-18 Cr, 1-1.75 Ni, 0.12-0.25 C, 14-15.5 Mn, 0.75 Si, 0.060 P, 0.030 S, 0.32-0.40 N301 (S30100) 16-18 Cr, 6-8 Ni, 0.15 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S302 (S30200) 17-19 Cr, 8-10 Ni, 0.15 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 0.10 N302B (S30215) 17-19 Cr, 8-10 Ni, 0.15 C, 2.0 Mn, 2.0-3.0 Si, 0.045 P, 0.030 S303 (S30300) 17-19 Cr, 8-10 Ni, 0.15 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.20 P, 0.15 S min, 0.60 Mo (optional)303Se (S30323) 17-19 Cr, 8-10 Ni, 0.15 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.20 P, 0.060 S, 0.15 Se min304 (S30400) 18-20 Cr, 8-10.50 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 0.10 N304L (S30403) 18-20 Cr, 8-12 Ni, 0.03 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 0.10 N304Cu (S30430) 17-19 Cr, 8-10 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 3-4 Cu304N (S30451) 18-20 Cr, 8-10.50 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 0.10-0.16 N305 (S30500) 17-19 Cr, 10.50-13 Ni, 0.12 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S308 (S30800) 19-21 Cr, 10-12 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.045 P, 0.030 S309 (S30900) 22-24 Cr, 12-15 Ni, 0.20 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.045 P, 0.030 S309S (S30908) 22-24 Cr, 12-15 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.045 P, 0.030 S310 (S31000) 24-26 Cr, 19-22 Ni, 0.25 C, 2.0 Mn, 1.5 Si, 0.045 P, 0.030 S310S (S31008) 24-26 Cr, 19-22 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 1.5 Si, 0.045 P, 0.030 S314 (S31400) 23-26 Cr, 19-22 Ni, 0.25 C, 2.0 Mn, 1.5-3.0 Si, 0.045 P, 0.030 S316 (S31600) 16-18 Cr, 10-14 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 2.0-3.0 Mo, 0.10 N316L (S31603) 16-18 Cr, 10-14 Ni, 0.03 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 2.0-3.0 Mo, 0.10 N316F (S31620) 16-18 Cr, 10-14 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.20 P, 0.10 S min, 1.75-2.50 Mo316N (S31651) 16-18 Cr, 10-14 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 2-3 Mo, 0.10-0.16 N317 (S31700) 18-20 Cr, 11-15 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, 3.0-4.0 Mo, 0.10 N max321 (S32100) 17-19 Cr, 9-12 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S, [Ti, 5(C + N) min, 0.70 max], 0.10 N max329 (S32900) 23-28 Cr, 2.5-5 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.040 P, 0.030 S, 1-2 Mo330 (N08330) 17-20 Cr, 34-37 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75-1.50 Si, 0.040 P, 0.030 S347 (S34700) 17-19 Cr, 9-13 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S (Nb + Ta, 10 x C min, 1 max)348 (S34800) 17-19 Cr, 9-13 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 0.75 Si, 0.045 P, 0.030 S (Nb + Ta, 10 x C min, 1 max, but 0.10 Ta max), 0.20 Ca384 (S38400) 15-17 Cr, 17-19 Ni, 0.08 C, 2.0 Mn, 1.0 Si, 0.045 P, 0.030 S

Ferritic

405 (S40500) 11.5-14.5 Cr, 0.08 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.1-0.3 Al, 0.60 max409 (S40900) 10.5-11.75 Cr, 0.08 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.045 P, 0.030 S, 0.05 Ni (Ti 6 x C, but 0.75 max)429 (S42900) 14-16 Cr, 0.12 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75 Ni430 (S43000) 16-18 Cr, 0.12 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75 Ni430F (S43020) 16-18 Cr, 0.12 C, 1.25 Mn, 1.0 Si, 0.060 P, 0.15 S min, 0.60 Mo optional430FSe (S43023) 16-18 Cr, 0.12 C, 1.25 Mn, 1.0 Si, 0.060 P, 0.060 S, 0.15 Se min434 (S43400) 16-18 Cr, 0.12 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75-1.25 Mo436 (S43600) 16-18 Cr, 0.12 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75-1.25 Mo (Nb + Ta 5 x C min, 0.70 max)442 (S44200) 18-23 Cr, 0.20 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S446 (S44600) 23-27 Cr, 0.20 C, 1.5 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.25 Ni

Martensitic

403 (S40300) 11.5-13.0 Cr, 0.15 C, 1.0 Mn, 0.5 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.060 Ni410 (S41000) 11.5-13.5 Cr, 0.15 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75 Ni414 (S41400) 11.5-13.5 Cr, 1.25-2.50 Ni, 0.15 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S416 (S41600) 12-14 Cr, 0.15 C, 1.25 Mn, 1.0 Si, 0.060 P, 0.15 S min, 0.060 Mo optional416Se (S41623) 12-14 Cr, 0.15 C, 1.25 Mn, 1.0 Si, 0.060 P, 0.060 S, 0.15 Se min420 (S42000) 12-14 Cr, 0.15 C min, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S420F (S42020) 12-14 Cr, over 0.15 C, 1.25 Mn, 1.0 Si, 0.060 P, 0.15 S min, 0.60 Mo max (optional)422 (S42200) 11-12.50 Cr, 0.50-1.0 Ni, 0.20-0.25 C, 0.5-1.0 Mn, 0.5 Si, 0.025 P, 0.025 S, 0.90-1.25 Mo, 0.20-0.30 V, 0.90-1.25 W431 (S43100) 15-17 Cr, 1.25-2.50 Ni, 0.20 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S440A (S44002) 16-18 Cr, 0.60-0.75 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75 Mo440B (S44003) 16-18 Cr, 0.75-0.95 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75 Mo440C (S44004) 16-18 Cr, 0.95-1.20 C, 1.0 Mn, 1.0 Si, 0.040 P, 0.030 S, 0.75 Mo



AISI 316: El segundo más común detrás del AISI 304. Se añade Mo para mejorar la resistencia a la corrosión en ambientes reductores (cloruros)

AISI 316L: 316 con bajo contenido en C

AISI 309/310: Con contenidos en Cr > 25%, dan alta resistencia a corrosión, pero aumenta la debilidad.

La equivalencia con otras normas:



Aceros estructurales.

Son aceros que se utilizan como material de construcción y que tienen unas determinadas características estandarizadas de composición química, resistencia a la corrosión y resistencia (strength), reguladas por los diferentes países. En Europa, la regulación viene dada por la EN 10025 (equivalente a la DIN 17006, ISO/R 1052). En Estados Unidos, la regulación la establece la ASTM. La norma es particular de cada acero estructural; así por ejemplo el acero ASTM A36, es el acero estructural estandarizado mas común en Estados Unidos

Aceros inoxidables de alta aleación

Aceros inoxidables superausteníticos: de contenido en Ni del 30 % y el 20 % de Cr tienen una

elevada resistencia a los ácidos, pero son mucho mas caros.

El acero DUPLEX y SUPER DUPLEX con contenidos en Cr del 20 y 25 % son resistentes a la

fracturas de corrosión bajo tensión. Son de coste comparable con el acero 316.

Niquel

El Ni tiene buenas propiedades mecánicas y es muy fácil de trabajar. Se utilizan sus aleaciones para manejo de soluciones alcalinas a temperaturas superiores a 70 ºC. No es susceptible de sufrir fractura de corrosión bajo tensión.

Monel

El Monel es una aleación de Níquel y Cobre en relación 2:1. Se trabaja fácilmente y tiene buenas propiedades mecánicas hasta 500 ºC

Inconel

El Inconel (76 % Ni, 7 % Fe, 15 % Cr) se utiliza para resistir ácidos a altas temperaturas. Mantiene las propiedades mecánicas a altas temperaturas y resiste a los gases de los hornos.

Hastelloys

Consisten en aleaciones de Ni, Cr, Mo y Fe, desarrolladas para resistir ácidos minerales concentrados cono el ClH:

- Hastelloy B (65 % Ni, 28 % Mo, 6 % Fe)

- Hastelloy C (54 % Ni, 17 % Mo, 5 % Fe, 15 % Cr)

Cobre y sus aleaciones.

El Cobre puro no se utiliza habitualmente en equipos utilizados en la industria química. Se ha utilizado tradicionalmente en industria alimentaria. Es muy fácil de trabajar y blando y se utiliza en tubos y tuberías. Resiste a las disoluciones caústicas (excepto amoniaco) y a los ácidos orgánicos y sales. No resiste a los ácidos minerales.



Los latones son Cobre aleado con Zinc. Los bronces son Cu aleados con Sn. Además están los bronces al Al, y los Bronces al Si. Tienen propiedades ante la corrosión similares al Cu puro. Se utilizan fundamentalmente en válvulas y en intercambiadores de calor.

Las aleaciones Cu-Ni (70 % Cu), resisten muy bien a la erosión-corrosión, y se utilizan en intercambiadores de calor.

Aluminio y sus aleaciones.

El Aluminio puro tiene muy buenas propiedades anticorrosivas, pero es muy débil mecánicamente. La resistencia a la corrosión del Al es debida a la formación de una película de óxido que lo aísla. El Al es atacado por los ácidos minerales y por los álcalis, pero resiste al ácido nítrico concentrado (> 80 %).

Se utilizan sus aleaciones como el Dural (duraluminio) aleación de Al y Cu (típica composición: 4 % de Cu y 0.5 de Mg) que tiene una resistencia similar al acero al carbono.

Plomo

Se utilizó tradicionalmente en la construcción de plantas químicas pero, debido a su precio, ha sido recientemente remplazado por otros materiales, especialmente plástico. El Pb es blando y dúctil. Se utiliza en forma de láminas y tuberías. Tiene una gran resistencia a los ácidos, especialmente al sulfúrico.

Titanio, Tántalo y Circonio

El Titanio se utiliza mucho en la industria química por su resistencia a las disoluciones de cloruros. Se utiliza en intercambiadores de calor, y columnas de platos substituyendo a las aleaciones Cu-Ni.

El Tántalo tiene una resistencia a la corrosión similar al vidrio. Se utiliza como substituto de vidrio y es muy caro.

El Circonio y sus aleaciones (zircaloy) se utilizan en la industria nuclear por su baja absorción de neutrones y su resistencia al agua a altas temperaturas. En la industria química se utiliza cuando se trabaja con ácidos en ebullición (resiste al nítrico, sulfúrico y clorhídrico).

Plata, oro y platino.

La plata se utiliza en instalaciones que manejan fluorhídrico, y en la industria alimentaria o farmacéutica para eliminar contaminaciones.

El oro se utiliza raramente por su elevado costo. Resiste individualmente al nítrico y sulfúrico pero se disuelve en agua regia y forma una amalgama con el mercurio.

El platino tiene una elevada resistencia a la oxidación a alta temperatura. Se ha utilizado aleado con Cu en la industria textil sintética.



4. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN PLÁSTICOS

Los plásticos se utilizan extensamente en la industria química como materiales resistentes a la corrosión. Se pueden considerar como complemento de los metales ante la resistencia a la corrosión. Los plásticos tienen buena resistencia a los ácidos diluidos y a sales inorgánicas, pero se degradan ante disolventes orgánicos que no atacan al metal. Por otro lado, las propiedades mecánicas de los plásticos son peores que las de los metales. Sin embargo, estas propiedades se pueden mejorar con la adición de fibras de vidrio o de carbono, con lo que se puede utilizar el plástico en la construcción de recipientes a presión. Se dividen en:

1.- Materiales termoplásticos, que se ablandan con el incremento de la temperatura. Ej.: PVC, polietilenos

2.- Materiales duroplásticos, tienen una estructura altamente reticulada, y por lo tanto rígida. Ej.: poliéster y resinas epoxi.

3.- Elastómeros. Con estructura poco reticulada. Ej.: cauchos

El uso principal de los plásticos es para tuberías y recubrimiento de vasijas. Pequeñas piezas moldeadas se usan en bombas y válvulas.

Policloruro de vinilo (PVC).

El PVC en modo rígido es el más ampliamente usado. Resiste a la mayoría de los ácidos inorgánicos (excepto a. nítrico y sulfúrico concentrado) y disoluciones salinas inorgánicas, pero se disuelve con los disolventes orgánicos.

Poliolefinas.

Las poliolefinas tienen una resistencia química similar al PVC. El polietileno de baja densidad es muy barato y flexible, pero no puede usarse con temperaturas mayores a 60 ºC. El de alta densidad puede utilizarse a temperaturas mayores. El polipropileno puede utilizarse hasta 120 ºC

Politetrafluor-etileno (PTFE).

El PTFE también llamado TEFLON y FLUON, resiste a los productos químicos (excepto álcalis fundidos y fluoruros) y puede utilizarse a temperaturas de hasta 250 ºC. Se utiliza en torres empaquetadas y para conferir propiedades antiadherentes a las superficies de platos y filtros. También se utiliza como recubrimiento en recipientes de proceso.

Plásticos reforzados con fibra de vidrio (GRP).

Los plásticos reforzados con fibra de vidrio son duros y tienen resistencia al ataque ante un amplio abanico de productos químicos. Se pueden utilizar incluso en recipientes a presión en función del tipo de construcción.



Las resinas de poliester reforzadas con fibra de vidrio son los duroplásticos más usados en las plantas químicas. Son resistentes a los ácidos minerales diluidos, sales y a la mayoría de los disolventes. Las resinas epoxi reforzadas con fibras de vidrio resisten además a los álcalis. La resistencia al ataque químico depende de la cantidad de fibra de vidrio usada, a mayor cantidad mejores propiedades mecánicas pero peores propiedades químicas.

Cauchos y gomas.

Los cauchos se han utilizado como aislantes en tuberías y recipientes. Tienen buena resistencia a los ácidos (excepto a. nítrico) y álcalis, pero no resisten a los disolventes orgánicos.

Los cauchos sintéticos tienen mejores propiedades de resistencia ante ciertos productos. Por ejemplo, el Hypalon resiste al ácido nítrico concentrado y el Viton resiste a los disolventes orgánicos

5. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN CERÁMICOS

Los materiales cerámicos más comúnmente usados en plantas químicas son:

Vidrio

Gres

Ladrillo resistentes a los ácidos

Materiales refractarios

Cemento

Los materiales cerámicos son en general frágiles.

Vidrio

El vidrio de borosilicato (nombre comercial Pirex (entre otros)) se utiliza en plantas químicas por ser más resistente al choque térmico, al ataque químico y es más fuerte que el vidrio común. Existen una amplia gama e aparatos en vidrio de pequeño tamaño. El vidrio de borosilicato es resistente a los ácidos, sales y productos orgánicos, pero es atacado por disoluciones cáusticas y fluoruros.

Gres

El gres para industrias químicas es similar al doméstico pero de mejor calidad. Se utiliza para construcción de tuberías y columnas. Resiste a la mayoría de los productos químicos excepto a los álcalis y fluoruros.

Ladrillos y azulejos resistentes a los ácidos.

Se utilizan para recubrimientos de recipientes, recubrimientos de suelos. etc. Se pueden cubrir de una membrana de caucho o plástico.



Materiales refractarios.

Se utilizan en equipos que operan a altas temperaturas como hornos, reactores de alta temperatura y calentadores.

Los ladrillos refractarios se componen comúnmente de una mezcla de sílica (SiO2) y alúmina (Al2O3).

Las propiedades de los ladrillos dependen de la proporción de estos componentes. Los ladrillos de sílica (>98 % de SIO2) se utilizan para construcción de hornos, ladrillos de alúmina (> 60 % Al2O3) se utilizan cuando es necesaria una resistencia a los álcalis con en los hornos de cemento.

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