UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ENERGIA Y FÍSICA

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DEL SANTA FACULTAD DE INGENIERIA DEPARTAMENTO ACADEMICO DE ENERGIA Y FÍSICA INFORME FINAL DE PROYECTO DE INVESTIGACIÓN PERFORMANCE DE PINTURAS ANTICORROSIVAS BASE AGUA EN LA PROTECCIÓN DE ACERO NAVAL EN ATMÓSFERA MARINA DE CHIMBOTE RESPONSABLE: Mg. JOEL HERRADDA VILLANUEVA CORRESPONSABLES: Mg. ANTENOR MARIÑOS CASTILLO Lic. GILMER LUJÁN GUEVARA Lic. CHRISTIAN PUICAN FARROÑAY Mg. JOSÉ CASTILLO VENTURA NUEVO CHIMBOTE - PERU

2 OBJETIVOS: OBJETIVO GENERAL : Determinar la performance de las pinturas anticorrosivas base agua para protección del acero en atmósfera marina. 2

3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS : Determinar la performance de las pinturas anticorrosivas base agua en la protección de acero naval en atmósfera marina de Chimbote. Conocer el comportamiento del nivel de adherencia de pinturas anticorrosivas base agua aplicadas como primer sobre acero naval sometida a la acción de la atmósfera marina, en función del tiempo. Establecer las ventajas y desventajas en la utilización de las pinturas base agua para la protección de acero naval en atmósfera marina. 3

4 HIPÓTESIS: En el transcurso de 12 meses de exposición a la atmósfera marina de Chimbote las pinturas anticorrosivas base agua aplicadas como Primer en un esquema de pintado, mostrarán una adecuada performance en la protección de acero naval producido por SIDERPERU, esto es, su nivel de adherencia al sustrato mostrará nulo o mínimo deterioro 4

5 METODO DE INVESTIGACION: El trabajo de investigación es del tipo Descriptivo. DISEÑO DE INVESTIGACION: El diseño utilizado es el descriptivo. La preparación, instalación y monitoreo de las muestras se realizaron de acuerdo a la norma sueca SS Se recogió información trimestral para cada tipo de recubrimiento con la finalidad de realizar las evaluaciones pertinentes según normas: ASTM D 4541, ISO 4628/2, 4628/3 SS , entre otras, según corresponda, al término de los doce meses se realizaron las determinaciones finales; la información ha sido cuidadosamente procesada y analizada para ser reportada en el informe final. 5

6 UNIVERSO Y POBLACION: El Universo está formado por los recubrimientos del tipo industrial marino base agua; las muestras la constituyen los recubrimientos AMERCOAT 220 Acrílico base agua, ADVANCE 360 anticorrosivo epóxico base agua y ADVANCE 100-DTM de Nervión Pinturas Ecológicas. 6

7 DISEÑO Y CARACTERISTICAS DE LA MUESTRA : Las pinturas que se expusieron son de la denominación anticorrosivo industrial marino del tipo epóxico base agua de NERVION pinturas ecológicas, acrílica base agua, marca AMERON de Corporación Peruana de Productos Químicos (CPPQ). Se usó como sustrato láminas de Acero Naval ASTM A GRADO A de SIDERPERÚ. Las dimensiones de los sustratos son de 150 mm x200 mm x 6 mm sobre las cuales se aplicaron las pinturas. Las muestras se ensayaron en exposición natural en la atmósfera de Chimbote la cual tiene una corrosividad C4 y C5 (Aguilar, P.2003); la estación está ubicada a ciento cincuenta metros de la orilla del mar en la Bahía El Ferrol. 7

8 TÉCNICAS E INSTRUMENTOS DE RECOLECCION DE DATOS : La recolección de datos se realizó en etapas de secuencia discreta trimestral hasta por un período de doce meses, se elaboraron registros de ampollamiento, deslaminado, nivel de adherencia y otras características de importancia de los recubrimientos aplicados sobre acero naval y expuesto a la acción del medio atmosférico marino. El proceso de preparación y montaje de muestras, y la secuencia de registro de datos es el siguiente: Construcción de un bastidor de madera e instalación en un lugar ubicado en la bahía El Ferrol a 150 m de la orilla del mar. Preparación y montaje de las muestras debidamente caracterizadas, codificadas y en número de doce por cada tipo de recubrimiento Retiro trimestral de grupos de tres muestras de cada tipo de recubrimiento para el análisis respectivo. Registro del performance de cada uno de los recubrimientos utilizados (espesor, nivel de adherencia, grado de deslaminado y grado de ampollamiento). 8

9 PINTURAS BASE AGUA Las pinturas base agua son aquellas que están formuladas de manera que la parte solvente es agua a diferencia de las formulaciones tradicionales que usan como solvente componentes orgánicos volátiles. Las pinturas base agua se formulan exentas de plomo, estaño o cromo (el desprendimiento de estos elementos y la emisión de volátiles en las pinturas base solvente agreden el medio ambiente). Las pinturas base agua son de bajo impacto ambiental amigables con el medio ambiente son nuevas formulaciones muchas de ellas logradas utilizando nanotecnología, en las que se reducen al mínimo los componentes orgánicos volátiles. 9

10 MATERIALES DE ESTUDIO En base a lo que se establece en las normas SS , ISO 9226, 8565, 8407, 9225, y 9223, se seleccionó el lugar para instalar la estación consistente en un bastidor de madera con una carpeta plana inclinada 60º sobre la horizontal provista de dispositivos para contener sobre su superficie 40 muestras consistentes en láminas de acero naval de 150 mm x 200 mm x 6 mm pintadas con pinturas base agua; 16 muestras fueron pintadas con recubrimiento AMERCOAT 220 acrílico base agua, otras 16 fueron pintadas con ADVANCE 360-P epóxico base agua y otras 16 fueron pintadas con ADVANCE 100-DTM.12, 4 muestras se colocaron sin pintar El lugar elegido en base a sus características de acuerdo con la normativa fue la Urbanización La Libertad en un punto cuyas características de ubicación se muestra en la tabla 2. 10

11 TABLA 2. Ubicación del lugar donde se realizó el montaje de la estación con bastidor y muestras UBICACIÓN DE LA ESTACION COORDENADAS GEOGRAFICAS DISTANCIA AL MAR (km) ALTITUD SOBRE EL NIVEL DEL MAR (m) Urbanización La Libertad Lat. Sur 09º 07`04,20`` Lon. Oest 78º 32`41,76`` 0,15 1,50 11

12 Se realizaron extracciones de muestras (tres de cada tipo de recubrimiento) en períodos progresivos de tres meses contados desde la fecha de instalación, para determinar los efectos corrosivos de la atmósfera sobre las propiedades físicas de los recubrimientos como son el grado de ampollamiento, grado de deslaminado, espesor y pérdida de adherencia. También se realizaron extracciones trimestrales de una muestras sin pintar para evaluar el grado de ataque de los componentes atmosféricos a los sustratos sin protección. 12

13 MÉTODOS Los procedimientos para la preparación, instalación y evaluación de las muestras se realizaron conforme lo establecen las normas ASTDM D 4541 E ISO 2808, 4528/2, 4628/3, 4628/4 Y 4528/6, SS , ISO 12944, entre otras. Preparación del Sustrato. El sustrato fue preparado sometiendo a las placas de acero a un proceso de desengrasado y luego granallado al metal blanco (SS ), Aplicación de los recubrimientos. Los recubrimientos se aplicaron siguiendo los procedimientos establecidos por el fabricante, el proceso de secado fue de alrededor de 20 días a temperatura ambiente, luego se midió el espesor seco del recubrimiento (ASTM B 499) utilizando un medidor ELCOMETER 345. Para la caracterización del grado de adherencia de las muestras (sustratos pintados) se procedió conforme a lo establecido en la norma ASTM D

14 FIGURA 2. Sustrato listo para ser pintado Estos sustratos antes de ser pintados pasan por un proceso de preparado que consiste en un desengrasado y limpieza con agua a alta presión, luego es granallado hasta el metal blanco, se seca y está listo para el proceso de pintado. En el proceso de limpieza y preparación de las superficies de los sustratos para ser pintados se siguió con lo especificado en la norma SS

15 Instalación de las muestras. Para el ensayo de exposición atmosférica, las muestras después de haber sido caracterizadas, se instalaron sobre un bastidor de madera cuya carpeta tiene una inclinación de 60º con la horizontal la misma que se montó orientada en el sentido N_S (ISO ), esta carpeta ya con las muestras debidamente colocadas en su lugar quedó ubicada en una estación ubicada a 150 m de la orilla del mar en la Bahía El Ferrol del puerto de Chimbote. 15

16 FIGURA 3. Bastidor con muestras instaladas 16

17 Evaluación y análisis de las muestras Para hacer las evaluaciones de la performance de los recubrimientos se midieron los efectos corrosivos de la atmósfera sobre las propiedades físicas de los recubrimientos (grado de ampollamiento, grado de deslaminado, espesor y pérdida de adherencia), se procedió a retirar las muestras en grupos de tres en períodos de tres, seis, nueve, y doce meses. El análisis de las muestras consistió en determinar el impacto de la atmósfera sobre los recubrimientos; la adherencia se medió según la técnica direct pull-off (ASTM D ) utilizando un equipo ELCOMETER AK El blistering o ampollado se determina según norma ISO 4628/2 1982, el grado de agrietamiento de las capas de pintura en el entorno de las incisiones practicadas en la muestra según la norma ISO 4628/4 1982; el grado de óxido, en base a la norma ISO 4628/3 1982, el creep, la distancia máxima de deslaminado desde el centro de la incisión, conforme a la norma SS

18 R E S U L T A D O S Performance del recubrimiento AMERCOAT 220 Acrílico base agua Al cabo de un año de exposición natural en atmósfera de categoría C5, la performance de este recubrimiento es bueno pues como se ve en la imagen de la figura 6 el nivel de ampollamiento es de nivel 8 (ampollas muy pequeñas), nivel de densidad E (pocas ampollas) conforme a la norma ASTM D 714. En la zona de incisión el nivel de deslaminado es mínimo, el nivel de adherencia se ha deteriorado de manera uniforme y mínima, dando paso al progresivo decoloramiento (pérdida de brillo) y al ataque corrosivo. Es necesario precisar que este recubrimiento se aplicó solo, no en esquema. 18

19 FIGURA 6. Imagen del performance del recubrimiento AMERCOAT 220 Acrílico base agua 19

20 Performance del recubrimiento ADVANCE 360 Anticorrosivo epóxico base agua Este recubrimiento por ser epóxico se deterioró poco, después de un período de exposición natural de 12 meses en atmósfera de categoría de corrosividad C5; como se puede apreciar en la figura 7 en las zonas fuera de la incisión no presenta ampollamiento ni deslaminado, sólo en la zona de incisión presenta ampollamiento de nivel 4 y nivel de densidad F, se ha perdido brillo, pero el nivel de adherencia se mantiene. Al igual que en el caso de la figura 6, este recubrimiento se aplicó solo, es decir sin ningún esquema. 20

21 FIGURA 7. Imagen del deterioro del recubrimiento ADVANCE 360 Anticorrosivo epóxico base agua. 21

22 Performance del recubrimiento ADVANCE 100 DTM. Dados los avances en la formulación de este recubrimiento que fue aplicado sin esquema igual que los anteriores, los resultados obtenidos muestran una mejor performance en protección anticorrosiva después de 12 meses de exposición en ambiente atmosférico de categoría de corrosividad C5. Como puede apreciarse en la imagen de la figura 8, el nivel de deterioro está mayormente centrado en la zona de incisión, el nivel de ampollamiento en dicha zona podría ser de nivel 4 y nivel de densidad F, el nivel de adherencia y el brillo del recubrimiento se han conservado muy bién, no se aprecian zonas de deslaminado. Al igual que los recubrimientos anteriores no presenta fisuraciones ni tizado en este período de exposición natural. 22

23 FIGURA 8. Imagen del deterioro del recubrimiento ADVANCE 100-DTM. 23

24 FIGURA 9. Imágenes del deterioro de sustratos sin recubrimiento en el mismo período de exposición 24

25 DISCUSION La performance en los niveles de protección anticorrosiva en atmósfera marina (categoría C5) proporcionada por tres recubrimientos base agua evaluadas en exposición natural durante doce meses a orillas de la bahía El Ferrol en Chimbote, son buenas, alentadores para nuestro propósito de recomendar la sustitución de recubrimientos base solvente, éstos últimos además de contener 60% de componentes orgánicos volátiles, contienen cromo hexavalente, plomo y estaño en sus formulaciones. Es necesario precisar que los ensayos se realizaron en exposición natural sin inmersión y los resultados sugieren el uso de las pinturas base agua como PRIMER en un esquema de pintado debido a su gran nivel de adherencia. 25

26 Los espesores de los recubrimientos fueron en el rango comprendido ente dos a doce mils (50 µm a 300 µm), conforme lo recomendado por el fabricante, pero sabemos por experiencia que un espesor mayor contribuye a una mejor protección anticorrosiva retardando principalmente el ampollamiento. En las diferentes muestras se ha podido verificar que en la zona de incisión los efectos corrosivos comenzaron a evidenciarse alrededor de los tres meses de exposición, el ampollamiento y el deslaminado en esta zona comenzaron a crecer progresivamente desde entonces; en las zonas fuera de la incisión el nivel de protección permaneció con muy poco deterioro para el período estudiado siendo el de mejor performance el recubrimiento ADVANCE 100 DTM y el mas deteriorado el recubrimiento acrílico base agua AMERCOAT 220. El brillo de los recubrimientos se vió en promedio medianamente deteriorado notándose mas en el recubrimiento tipo acrílico. 26

27 CONCLUSIONES En el ensayo de exposición natural sin esquema, para un período de doce meses en una atmósfera de corrosividad C5, los recubrimientos estudiados mostraron buena performance; el recubrimiento anticorrosivo base agua ADVANCE 100-DTM aplicado sobre acero naval mostró mejor nivel de protección anticorrosiva comparada con los del tipo acrílico y tipo epóxico. El nivel de adherencia al sustrato mostrada por las pinturas ensayadas son muy buenos. En ensayos similares utilizando pinturas base solvente se ha podido observar mayor deterioro en el nivel de adherencia. La aplicación de los recubrimientos base agua requiere un mayor nivel de limpieza del sustrato para la obtención de resultados óptimos. 27

28 Los recubrimientos base agua resultan ser muy buenos para ser utilizados como primer en un pintado en esquema dado su nivel de adherencia, mayor rendimiento y por la superficie que presenta para la adherencia del intermedio o de un acabado, quedando así libre de contacto con líquidos. En una comparación informal de costos y reequipamiento para los proceso de pintado se ha podido establecer que no implica mayores costos el uso de las pinturas base agua, tampoco el costo de este tipo de pintura es superior al de las pinturas tradicionales, es mas, permite mayor tiempo de almacenamiento. El rendimiento de las pinturas base agua es muy bueno pues siendo de mínima volatilidad permite una mayor cobertura; los residuos son reciclables, y lo mas importante, es que su uso no conlleva peligros de incendio, esto último reduce el costo de los seguros 28

29 RECOMENDACIONES 1.- Se recomienda utilizar pinturas anticorrosivas base agua en esquemas de pintado de preferencia como primer dada sus características de adherencia. Las superficies a pintar deben tener un alto grado de limpieza- 2.- Recomendamos realizar estudios en situaciones de inmersión en líquidos a fin de tener conocimiento del comportamiento de estas pinturas en esas condiciones. 3.- Es necesario realizar estudios del comportamiento de los niveles de protección anticorrosiva de recubrimientos base agua en función al tiempo y al espesor de la capa de pintura aplicada, estudios de este tipo permitirán conocer cual o cuales de las características físicas del recubrimiento resultan mejoradas. 29

30 4.- Se recomienda estudiar el comportamiento de las pinturas base agua aplicadas en esquema a fin de tener un mayor conocimiento del tiempo de protección anticorrosiva que estas pueden brindar en atmosfera marina; dado que en el presente estudio no se utilizaron esquemas, nuestro interés estuvo centrado en conocer el nivel de protección que pueden brindar estas pinturas al ser aplicadas como único recubrimiento 5.- Es necesario remarcar que la utilización de pinturas base agua requiere la realización de una limpieza muy efectiva de la superficie del sustrato para el logro de resultados óptimos. 6.- Las pinturas base agua tienen una buena performance en la protección de acero naval en atmósfera marina y su utilización no implica costos adicionales, y son amigables con el medio ambiente, por lo que recomendamos utilizarlas en sustitución de las pinturas base solvente. 30

31 MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN 31