03.07_1_Aleaciones_no_ferreas

INTRODUCCIN A LAS ALEACIONES NO FRREAS

MSTER ON LINE DE INGENIERA DE TUBERAS

S. RODRGUEZ DDERLE

Al finalizar este mdulo

Sers capaz de identificar los distintos grupos de materiales no frreos utilizados en tuberas, as como:

Aplicaciones bsicas industriales Nombres comerciales y usos Criterios de seleccin y diseo


A modo de ndice El siguiente mdulo explicar la necesidad de aleaciones

no frreas en sistemas usados en tuberas como: 1. Aleaciones de nquel 2. Aleaciones de nquel cromo 3. Aleacin 20 4. Incoloy 5. Inconel 6. Hastelloy 7. Monel 8. Aleaciones de cobre 9. Sistemas cladeados


Necesidad de aleaciones no frreas Se entienden como aleaciones NO FERREAS aquellas que el % en peso del hierro no es

mayor que la suma del resto de elementos aleantes. En el mdulo introductorio sobre Tecnologa de Materiales recordar que los

materiales se clasificaban en materiales metlicos y materiales no metlicos. De los primeros, existen caractersticas propias que son similares para todos los elementos que estn en un mismo grupo (elementos en una misma columna).

Para este caso, por ejemplo, el primer grupo esta conformado por elementos Alcalinos (Li, Na, K). Estos elementos tienen la caracterstica comn de ser muy reactivos, entre otras. El segundo grupo, est conformado por el grupo de alcalinotrreos y luego, los elementos metlicos de transicin, y as sucesivamente.

Como podr entender, no de todos los elementos conocidos se pueden hacer aleaciones tiles para tuberas, pues se deben conseguir o cubrir el mayor nmero de propiedades descritas:

1. Deben ser obtenidas fcilmente: no nos sirve una aleacin cuyo material es difcil de encontrar o que se encuentra en un estado natural que dificulte su extraccin.

2. El costo de extraccin y produccin debe estar cubierto por el servicio: No tiene sentido invertir recursos si el procesos en s, no cubre los costos bsicos


Necesidad de aleaciones no frreas 3. Deben tener propiedades mecnicas y qumicas que justifiquen su uso: no

tiene sentido crear una aleacin que no tengas ninguna propiedad a destacar, si existen otras con costos menores.

4. Deben ser inocuas al manipularse o al usarse en el servicio: es necesario que las tuberas no contaminen los fluidos que transportan o que represente un riesgo a la salud

En resumen, siempre que se disean aleaciones metlicas, se hace con un fin

especifico, que a su vez est determinado por las caractersticas propias del procesos al que pretende servir.

Otros factores como disponibilidad del material, diseo de uniones, Costo de produccin / instalacin / reemplazo y/o mantenimiento son considerados para considerar que una aleacin es til, en trminos de ingeniera

MSTER ON LINE DE INGENIERA DE

TUBERAS

Aleaciones de Nquel El Nquel es un elemento verstil, altamente resistente a la

corrosin y se puede alear con muchos metales. Debido a su resistencia a la corrosin, el nquel es usado para mantener la pureza en el procesamiento de comidas y fibra sinttica. Es muy resistente a varias reducciones qumicas y a los lcalis custicos. Adems el nquel tiene unas propiedades trmicas, y elctricas muy buenas. Este metal se est usando frecuentemente en intercambiadores de calor debido a su relativamente alta conductividad trmica.

El nquel y las aleaciones bajas en nquel, comercialmente tienen una cantidad baja de otros elementos o no tienen ningn otro. En contraste, las aleaciones de nquel contienen una cantidad significante adicionada de otros elementos. El nquel y las aleaciones de nquel son metales no ferrosos tiles en una variedad de aplicaciones que incluyen resistencia a la corrosin y al calor.


Aleaciones tpicas del nquel puro o poco aleado (series 200 / 201) Elementos comunes S200/201 Lmina Placa Barra Tubo y tubing (con

costura y sin costura) Conexiones (Por ejemplo:

bridas deslizables, ciegas, soldables, lapjoints, de cuello largo, de boquilla, codos, tees, stub-end, retornos, tapones cachucha, cruces, reducciones y niples para tubo.

Alambre


Caractersticas de servicio Muy buena resistencia a varios reductores qumicos. Gran resistencia a los lcalis custicos. Alta conductividad elctrica. Excelente resistencia a la corrosin en agua destilada y aguas naturales. Resistencia a soluciones salinas neutras o alcalinas. Excelente resistencia al flor seco. Ampliamente usado para manejar la soda custica. Buenas propiedades trmicas, elctricas y magnetostrictivas. Ofrece algo de resistencia al cido hidroclorhdrico y sulfrico a temperaturas y concentraciones moderadas.

Aleaciones comunes del niquel

ALEACIN 20 INCOLOY INCONEL HASTELLOY MONEL


Nquel Cromo alloys Aleacin 20 La aleacin 20 tambin conocida como Carpenter 20, es una

aleacin austentica de nquel-hierro-cromo que fue desarrollada para mxima resistencia al ataque de los cidos, especficamente al cido sulfrico. Esta SUPERALEACIN tiene una excelente resistencia a la corrosin en general, picamiento, y corrosin grieta en qumicos que contengan cloruros, cido sulfrico, fosfrico y ntrico. Tambin contiene niobio para estabilizacin contra la sensibilizacin y la corrosin intergranular resultante. Carpenter 20 combina una excelente resistencia a la corrosin, propiedades mecnicas altas y facilidad para fabricar. Aunque originalmente fue diseado para usar en industrias relacionadas con el cido sulfrico, ahora la aleacin 20 es usada en una gran variedad de industrias incluyendo la qumica, alimenticia, farmacutica, y del plstico. Adems esta sper-aleacin es utilizada en intercambiadores de calor, tanques de mezcla, equipos de limpieza y de tratamiento de bao para metales y en tuberas.


Aleaciones de Nquel Serie INCOLOY

Incoloy es una marca registrada usada como prefijo a varias aleaciones de metales resistentes a altas temperaturas y corrosin, producidas por Special Metals Corporation. Estos Incoloy o super aleaciones estn hechas con base de nquel, y tienen caractersticas que incluyen gran resistencia a la corrosin en ambientes acuosos, excelente fuerza y resistencia a la oxidacin en altas temperaturas, y facilidad para hacer fabricaciones.

Existe disponibilidad de aleaciones con propiedades qumicas y mecnicas idnticas, hechas por otros fabricantes que son una excelente alternativa para varias aleaciones de la marca Incoloy .

Las sper-aleaciones resistentes a la corrosin son ampliamente usadas en ambientes extremos donde la resistencia a la corrosin y a las altas temperaturas son supremamente importantes para un buen resultado en el producto final. Estas sper-aleaciones son ampliamente usadas en industrias de procesos qumicos y petroqumicos, plantas elctricas, e industrias de petroleras y gas.


TUBERAS

Aleaciones de Nquel Serie INCOLOY

Se estudiaran los dos casos mas frecuentes de tuberas en Incoloy:

Incoloy 800H / 800HT

Incoloy 825, Aleacin de Nquel 825


Aleaciones de Nquel Serie INCONEL

Inconel es una marca registrada usada como prefijo para ms de veinte diferentes aleaciones de metales resistentes a altas temperaturas y corrosin. Es producido por Special Metals Corporation. Estas superaleaciones de Inconel estn hechas con base de nquel y muestran caractersticas que incluyen, gran resistencia a la corrosin, a la oxidacin, a la carburizacin, a picaduras, a grietas, a grietas causadas por corrosin y gran fuerza en altas temperaturas. A menudo se puede referir al inconel como Inco.

Existe disponibilidad de aleaciones de otros fabricantes con propiedades qumicas y mecnicas idnticas, que son una excelente alternativapara varias aleaciones de la marca Inconel.

Las sper-aleaciones resistentes a la corrosin son ampliamente usadas en ambientes extremos donde la resistencia a la corrosin y a las altas temperaturas son supremamente importantes para un buen resultado en el producto final. Estas sper-aleaciones son ampliamente usadas en diferentes industrias como la de procesos qumicos, nuclerares, petroqumicos, aeroespaciales, y marinas.


Aleaciones de Nquel Serie INCONEL

Se estudiaran los tres casos mas frecuentes de tuberas en Inconel:

Inconel Aleacin 625, Aleacin de Nquel 625

Inconel Aleacin 600, Aleacin de Nquel 600

Inconel aleacin 718, Aleacin de Nquel 718


Aleaciones de Nquel Serie HASTELLOY

Hastelloy es una marca registrada, y este nombre es usado como prefijo para ms de veinte aleaciones diferentes, altamente resistentes a la corrosin. Es producida por Haynes International, Inc. Estas sper aleaciones o aleaciones de alto funcionamiento desarrolladas por Haynes International, estn hechas con base de nquel y muestran diferentes caractersticas que incluyen; gran resistencia al ataque uniforme, resistencia localizada a la corrosin y oxidacin, resistencia al rompimiento por corrosin y facilidad para soldar y hacer fabricaciones.

Existen otras aleaciones con propiedades qumicas y mecnicas idnticas, hechas por otros fabricantes y son una alternativa para varias aleaciones de la marca Hastelloy.

Las sper-aleaciones (superalloys) resistentes a la corrosin son ampliamente usadas en los procesos qumicos, aeroespaciales, turbinas de gas industrial y la industria marina. Adems, debido a su buen desempeo se est incrementando su uso en el campo de la energa, la salud y medio ambiente, petrolero y gas, industria farmacutica, e industrias de desulfurizacin.


Aleaciones de Nquel Serie HASTELLOY

Hastelloy, Aleacin de Nquel C-276 Hastelloy B-3 Hastelloy C-22 Hastelloy X Hastelloy B-2 (barra) Esta ultima clasificacin (Hastelloy B-2 ) no ser estudiada

debido a que slo esta disponible como barra


Aleaciones de Nquel Serie MONEL Monel es una marca registrada usada como prefijo para

diferentes aleaciones de metales resistentes a la corrosin. Es producida por Special Metals Corporation. Estas aleaciones estn hechas con base de nquel y muestran caractersticas que incluyen gran resistencia a la corrosin atmosfrica, al agua salina, y varias soluciones cidas y alcalinas.

Existe la disponibilidad de aleaciones con propiedades qumicas y mecnicas idnticas producidas por otros fabricantes que son una excelente alternativa para varias aleaciones de la marca Monel.

Las aleaciones resistentes a la corrosin son ampliamente usadas en la industria marina, y la industria de procesamiento qumico y de petrleo.


Caractersticas del Monel

Muy buena resistencia a cidos como el hidroflurico y sulfrico

Gran resistencia a los lcalis. Es maleable. Alta resistencia a la corrosin. Ms fuerte que el acero


Usos frecuentes del Monel Ejes de bombas, herramientas para pozos de

petrleos, instrumentos, raspadores y cuchillas para mdicos, resortes, partes para vlvulas, tornillera, y ejes marinos de propulsores.

Componentes marinos. El TRIM 9 para vlvulas es una aleacin de

MONEL Equipos de procesamiento qumico y de

hidrocarburos. Vlvulas, bombas, ejes, conexiones, e

intercambiadores de calor.


Alternativas comerciales para aleaciones de nquel Por razones de precio o disponibilidad, las aleaciones de nquel pudieran tener algunas Alternativas, estudiando previamente las condiciones de proceso. A continuacin las ms frecuentes:

La aleacin C-276 es la alternativa para el Hastelloy C-276 y Hastelloy C. La aleacin B-2 es la alternativa para el Hastelloy B-2. La aleacin C-22 es la alternativa para el Hastelloy C-22. La aleacin X es la alternativa para el Hastelloy X y el Inconel HX. La aleacin 20 es la alternativa para el Carpenter 20 y el Incoloy 20. La aleacin 718 es la alternativa para el Inconel 718. La aleacin 800 es la alternativa para el Incoloy 800. La aleacin 800 H/HT es la alternativa para el Incoloy 800H/HT. La aleacin 400 es la alternativa para el Monel 400. La aleacin K-500 es la alternativa para el Monel K-500. La aleacin 625 es la alternativa para el Inconel 625. La aleacin 600 es la alternativa para el Inconel 600. La aleacin 601 es la alternativa para el Inconel 601.


Aleaciones de Cobre Entre las principales de aleaciones de cobre podemos destacar: Latones: Cobre aleado con zinc en una proporcin del 5 al 45%. Bronces: Aleacin de cobre y estao, con una presencia entre el 2 y el 20% de

este ltimo. Cuproaluminios: Cobre aleado con aluminio en una proporcin entre el 5 y el

11%. Cuproniqueles: Aleacin con niquel, con una presencia de entre el 5 y el 44%

de este ltimo. Alpacas: Cobre aleado con nquel y zinc en diversas proporciones. Aleaciones con alto contenido de cobre. Entre ellas destacan: Cobre-Cadmio y

Cobre-Cadmio-Estao, Cobre-Cromo, Cobre-Berilio y Cobre-Berilio-Cobalto,Cobre-Nquel-Silicio y el Cobre-Silicio- Manganeso.

Cobres debilmente aleados: aquelllos que poseen menos de un 1% de otros elementos, como por ejemplo Cobre tenaz con plata, Cobre con Azufre, Cobre con Telurio


Aleaciones de Cobre Bronce: (cobre - estao)

Dependiendo de los porcentajes del estao, se obtienen bronces de distintas propiedades. Con un bronce de 5-10% de estao se genera un producto de mxima dureza (usado en el pasado para la fabricacin de espadas y caones). El bronce que contiene entre 17-20% de estao tiene alta calidad de sonido, ideal para la elaboracin de campanas, y sobre un 27%, una ptima propiedad de pulido y reflexin (utilizado en la Antigedad para la fabricacin de espejos). En la actualidad, las aleaciones de bronce se usan en la fabricacin de bujes, cojinetes y descansos, entre otras piezas de maquinaria pesada, y como resortes en aplicaciones elctricas. Latn: (cobre - zinc) El latn es blando, fcil de tornear, grabar y fundir. Es altamente resistente al ambiente salino, por lo cual se emplea para accesorios en la construccin de barcos. Existe una gran variedad de aleaciones de latn. Las ms comunes contienen 30-45% de zinc, y se aplican en todo tipo de objetos domsticos: tornillos, tuercas, candados, ceniceros y candelabros. Tanto el cobre, el bronce y latn son aptos para los diversos tratamientos de dorado y plateado. Otras aleaciones Hoy, el cobre se utiliza en una amplia gama de aleaciones, como por ejemplo: cobre con plomo, manganeso, berilio, aluminio, nquel y fierro.


Usos de las aleaciones de Cobre


Desde el punto de vista de tuberas, el cobre puede ser usado principalmente en 2 casos:

1. Tuberas de cobre alta pureza : usados para

agua de mar 2. Tuberas aguas servicios: tuberas de latn

(Cobre + Cinc)

Sistemas Cladeados o con aporte por soldadura WOL (Weld Over line) Las tuberas cuando requieren un material especial para

servicios cidos, son normalmente muy costosas. Los nuevos desarrollos han contemplado tuberas y accesorios que internamente estn recubiertos por una capa que varia de 1mm a 3 mm (generalmente) de una aportacin resistente al servicio qumico. De esta manera se tiene entonces una tubera que mecnicamente se comporta de una manera y tiene una alta resistencia a la corrosin.

Este tipo de sistemas se llaman cladeados, y tienen la particularidad de estar conformados por dos materiales distintos como mnimo.

El proceso del aporte es generalmente costoso, por lo que es necesario evaluar el costo / beneficio, aparte de las limitaciones tcnicas propias del sistema


TUBERAS

Tuberas Cladeadas


Ntese en los diferentes tipos de materiales (externo e interno)

Consideraciones bsicas y diseo Las tuberas cladeadas ameritan de una seleccin cuidadosa del

revestimiento interno en funcin de la corrosin y la erosin

El espesor del revestimiento NO cuenta para el clculo mecnico del espesor del tubo, pues solo aporta un sobreespesor de corrosin generalmente nulo CA (Corrosin Allowance)

Todos los elementos del sistema cido (tubos, bridas, accesorios y vlvulas) deben estar revestidos con el mismo material.

Generalmente para elementos pequeos (menores a 2) no es posible cladear, por lo que normalmente se procede a usar piezas en aleados slidas (es decir, no seran tuberas cladeadas, sino tuberas y accesorios slidos)

Es necesario fijar el espesor efectivo del weld over line: hay que definir el espesor total y el efectivo (sin contar la dilucin en el material base)


INTRODUCCIN A LAS ALEACIONES NO FRREASAl finalizar este mduloA modo de ndiceNecesidad de aleaciones no frreasNecesidad de aleaciones no frreasAleaciones de NquelAleaciones tpicas del nquel puro o poco aleado (series 200 / 201)Aleaciones comunes del niquelNquel Cromo alloysAleacin 20Aleaciones de Nquel Serie INCOLOYAleaciones de Nquel Serie INCOLOYAleaciones de Nquel Serie INCONELAleaciones de Nquel Serie INCONELAleaciones de Nquel Serie HASTELLOYAleaciones de Nquel Serie HASTELLOYAleaciones de Nquel Serie MONELCaractersticas del MonelUsos frecuentes del MonelAlternativas comerciales para aleaciones de nquelAleaciones de CobreAleaciones de CobreUsos de las aleaciones de CobreSistemas Cladeados o con aporte por soldadura WOL (Weld Over line)Tuberas CladeadasConsideraciones bsicas y diseo

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