Medición de la limpieza de la superficie
Una vez que el perfil de la superficie cumpla con el estándar requerido, se deberá abordar la limpieza y la contaminación de la superficie.
Antes de limpiar la superficie con chorro abrasivo, se deben eliminar todos los contaminantes superficiales. Estos contaminantes pueden ser sales, aceite, grasa, aceites de corte, compuestos de perforación, entre otros. Sería un error suponer que el proceso de chorro abrasivo eliminará todos los contaminantes. Si bien los contaminantes pueden no ser visibles, se habrán distribuido por la superficie del acero.
El estado del sustrato puede evaluarse mediante estándares pictóricos de superficie. Estos permiten detectar contaminantes visibles (óxido). Sin embargo, también es necesario evaluar la superficie en busca de contaminantes no visibles, en particular sales solubles en agua. La presencia de sales afecta negativamente la vida útil del recubrimiento y puede provocar su fallo prematuro. El chorro de agua a presión se utiliza para eliminar los contaminantes superficiales en superficies previamente recubiertas. Este proceso no crea un perfil.
Al lavarse con agua, no se puede asumir que esté libre de contaminantes; por lo tanto, es necesario analizarla. Por ejemplo, el agua del grifo contiene flúor y/o cloro. Como se mencionó anteriormente, la presencia de iones cloruro se puede determinar con el kit de análisis Elcometer 134W . El pH del agua se puede comprobar con un medidor de pH, como el Elcometer 148 .
El conductímetro Elcometer 138 mide el nivel de sales solubles en una solución y proporciona al usuario una medida cuantificable del contenido de sal. La limpieza de la superficie se puede dividir en cinco categorías:
- Contaminantes visibles: aceite, grasa, aceites de corte, compuestos de perforación, etc.
- Polvo: abrasivos, tierra, partículas en suspensión, etc.
- Sales: todas las sales y, en particular, los iones cloruro, sulfato y nitrato.
- Carbamatos: específicamente rubor de amina
- pH
pH
El pH es una escala química que se relaciona con la concentración de protones libres en una solución. Aunque suene complicado, la concentración de estos protones determina la acidez de una solución, un concepto familiar para todos. La acidez se percibe al probar algo, con un sabor intenso como el vinagre o el jugo de limón. Lo opuesto a un ácido, lo alcalino, tiene un sabor a jabón.
La escala, en general, va de 1 a 14. Una solución con un pH bajo es ácida, ya que tiene una alta concentración de protones, y una solución con un pH alto tiene una concentración de protones particularmente baja. El agua pura tiene un pH de 7, un estado que se describe como neutro.
El pH influye de diversas maneras en las reacciones químicas, dependiendo del sistema químico. Una acidez elevada puede catalizar o acelerar algunas reacciones y retardar otras, según la naturaleza específica del sistema de reacción.
En el contexto de la corrosión del acero, una alta acidez (pH bajo) acelera el proceso. Esto se debe a que el ácido aumenta la velocidad a la que el oxígeno gaseoso se disuelve en la solución, donde reacciona con el acero para formar óxido y otros óxidos de hierro. Esto sería especialmente problemático si existen defectos en un recubrimiento protector y el pH era bajo al momento de su aplicación. Esto se debe a que pequeñas cantidades de humedad penetrarán a la superficie a través de microporos y su efecto se verá magnificado por las condiciones ácidas, lo que podría generar un grave problema de corrosión.
Diversos contaminantes pueden afectar el pH de una solución. Desde residuos de lluvia ácida hasta depósitos biológicos, todos provocan un cambio de pH en la superficie. Si una prueba indicara condiciones más ácidas o más alcalinas de lo normal, esto demostraría la presencia de algún tipo de contaminación en la superficie que podría requerir limpieza para un óptimo rendimiento del recubrimiento.
Comprobación de contaminantes visuales
Los contaminantes superficiales visibles a simple vista son, por definición, perceptibles a simple vista. En ciertos entornos, como en condiciones de baja luminosidad, el uso de linternas y, en particular, de lámparas UV (luz negra), suele permitir identificar contaminantes menos visibles.
Medición de partículas de polvo
El polvo en las superficies granalladas reduce la adherencia del recubrimiento, lo que provoca un fallo prematuro y un acabado deficiente. Un kit de prueba de polvo con cinta adhesiva, como el kit Elcometer 142 , permite evaluar tanto la cantidad como el tamaño de las partículas de polvo en las superficies que se preparan para pintar.
Estos kits pueden utilizarse según las recomendaciones de la norma BS EN ISO 8502-3, como prueba de aprobación/rechazo, y proporcionan un registro permanente de la presencia de polvo. El nivel de partículas de polvo en una superficie puede evaluarse aplicando firmemente un trozo de cinta adhesiva al sustrato. A continuación, se retira la cinta y se coloca sobre una tabla de comparación.
Este gráfico permite evaluar visualmente el nivel de contaminación. Algunas normas especifican la fuerza que debe aplicarse al colocar la cinta. Para obtener un resultado uniforme, se dispone de aplicadores de cinta con rodillo.
Limpieza de superficies: medición de sal
Antes de analizar los tipos de técnicas de medición y medidores disponibles para medir sales solubles y sales iónicas específicas, es importante comprender los principios básicos de la corrosión. La corrosión es un proceso electroquímico en el que el metal reacciona con el ambiente, formando un óxido. La oxidación de un metal requiere tres elementos clave: un ánodo, un cátodo y una solución conductora (electrolito). Esto se conoce como celda de corrosión.
La superficie del acero presenta de forma natural numerosas zonas anódicas y catódicas. Mientras la superficie está seca, no se produce ninguna reacción entre estas zonas y el acero no se oxida (no se corroe). Sin embargo, la humedad en la superficie, que conduce la electricidad y, por lo tanto, actúa como electrolito, crea la celda de corrosión y se produce la oxidación. Los iones cloruro en el líquido aumentan la conductividad de la solución y, por consiguiente, aceleran la corrosión.
La SSPC define las sales solubles como “compuestos químicos iónicos que se disuelven en agua para formar una solución de iones positivos y negativos”.
Las sales solubles son higroscópicas, es decir, absorben la humedad del ambiente. Dado que los recubrimientos líquidos son permeables (permiten el paso de la humedad), un ion de sal soluble en el sustrato puede atraer la humedad a través del recubrimiento. Esto crea un electrolito y una celda de corrosión, lo que permite que la corrosión comience debajo del recubrimiento mucho antes de que este falle visiblemente.
Además, los productos de una celda de corrosión son ácidos, lo que agrava aún más la corrosión del sustrato metálico. Esto puede provocar una erosión significativa del sustrato, formando profundas cavidades (picaduras) en la superficie hasta el punto de que el propio sustrato falle.
En la industria de los recubrimientos, se ha demostrado que la contaminación superficial por iones de sales como cloruros, sulfatos y nitratos es la más perjudicial: su presencia provoca fallos prematuros en el recubrimiento en cuestión de semanas y reduce drásticamente la vida útil del sistema. Los fallos típicos observados debido a las sales solubles incluyen la delaminación y el ampollamiento.
Para evitar el fallo prematuro de un recubrimiento, es absolutamente necesario asegurar que la superficie (sustrato o superficie recubierta en un sistema multicapa) esté libre de todos los contaminantes antes de la aplicación del siguiente recubrimiento. Existen dos tipos de mediciones de sales solubles;
1. Una prueba que determina la presencia de todas las sales solubles en la superficie.
2. Una prueba que determinará qué tipo de sal hay en la superficie (cloruro, sulfato o nitrato).
Medición de sales solubles
Existen varios métodos de análisis de campo para determinar el nivel de sales solubles en una superficie. Todos los análisis disponibles requieren la extracción de las sales de la superficie y su posterior disolución. El contenido de sal se mide entonces en partes por millón (ppm).
Es importante conocer el volumen de la solución utilizada durante la extracción y el área de la superficie analizada. Con estos dos valores, se puede calcular el nivel de sal en partes por millón (ppm). El valor de ppm se puede convertir a otras unidades, como µg/cm² (microgramos por centímetro cuadrado), unidades especificadas en numerosas normas. Todas las pruebas parten de la premisa de que el agua desionizada no conduce la electricidad.
Por consiguiente, la conductividad del agua desionizada contaminada con sales solubles aumenta a medida que aumenta la concentración de sales. El nivel de conductividad se puede determinar mediante un conductímetro.
El método del hisopo
Se empapa un hisopo de algodón puro en un recipiente con un volumen definido (normalmente 10 ml [0,34 onzas líquidas]) de agua desionizada. A continuación, se pasa el hisopo sobre una zona determinada del sustrato para eliminar la sal soluble que pueda estar presente.
El hisopo se enjuaga en el recipiente con agua desionizada y se repite el proceso de limpiar la superficie con el hisopo y enjuagar con agua desionizada. Normalmente hasta 4 veces.
A continuación, se utiliza un hisopo de algodón puro y limpio para secar la zona de prueba de la superficie y se enjuaga en un recipiente con agua desionizada. Este proceso repetido de secado y enjuague de la zona de prueba con agua desionizada garantiza la eliminación de todas las sales solubles.
Finalmente, ambos hisopos se dejan en el recipiente durante un máximo de 2 minutos antes de analizar la solución con un medidor de conductividad para determinar el contenido de sal.
El método del hisopo es muy difícil de aplicar en superficies verticales o elevadas. La norma SSPC TU-4 indica que la eficacia de recuperación de la muestra obtenida con este método se sitúa entre el 25 % y el 35 %, lo que reduce su sensibilidad a bajas concentraciones de sal en la superficie.
El método del parche (método Bresle)
El parche de Bresle es una celda formada por una lámina de látex enmarcada por un sello de espuma autoadhesivo. El área de la celda es controlada (generalmente 12,5 cm²/1,93 pulg²). El sello de espuma es compresible, lo que le permite adaptarse al perfil del sustrato al aplicarse, creando así un sellado incluso en superficies irregulares. El parche de Bresle se adhiere a la superficie a medir, creando una zona de muestreo en forma de ampolla.
Se inyectan 1,5 ml de agua desionizada en el parche a través del sello de espuma utilizando una jeringa. Antes de retirar la jeringa, se debe reposicionar la aguja y eliminar el exceso de aire de la zona de la muestra, teniendo cuidado de dejar el agua en el parche.
A continuación, se inyectan otros 1,5 ml de agua desionizada en el parche. El agua se deja actuar durante un tiempo predeterminado, que varía según la norma de ensayo que se siga.
La norma ISO 8502-6 establece: El agua se deja reposar durante un tiempo (normalmente hasta 10 minutos) y se utiliza una jeringa para extraer el líquido y reinyectarlo 4 veces, creando así un efecto de lavado sobre el sustrato. Finalmente, se extrae el líquido y se analiza con un conductímetro. Nota: una revisión reciente de la norma permite el uso de una funda de látex como alternativa al parche de brezo.
La norma USN PPI 63101-000 indica: Se retira la jeringa y se frota el parche durante 10-15 segundos para que el agua disuelva cualquier contaminante. A continuación, se retira el agua volviendo a insertar la jeringa y se mide la conductividad del líquido con un conductímetro.
La conductividad se suele expresar en microsiemens por centímetro (μS/cm) y milisiemens por centímetro (mS/cm) y/o salinidad (%). Para calcular la densidad superficial de las sales según se define en las normas, es necesario multiplicar la lectura por uno de los siguientes factores:
Según la norma SSPC TU-4, el método del parche de Bresle tiene una eficacia de recuperación de entre el 45 % y el 60 %, lo que lo hace más sensible a bajas concentraciones de sal que la prueba del hisopo. Sin embargo, este método presenta algunas desventajas: requiere el uso de jeringas, puede ser lento y supone un riesgo para la salud y la seguridad. Al retirar el parche, este puede dejar residuos de adhesivo o espuma en la superficie.
Medidor de contaminación por sal
Dos maneras más rápidas y sencillas de comprobar la contaminación son usar el medidor de contaminación por sales Elcometer 130 y el perfilador de sales solubles Elcometer 130 SSP. Se empapa un papel de filtro estéril de superficie conocida con una cantidad controlada de agua destilada (1,6 ml) y se coloca sobre el sustrato que se va a analizar, utilizando unas pinzas.
Tras esperar un mínimo de 2 minutos, se retira el papel de filtro y se coloca en el medidor de contaminación por sales Elcometer 130, que mide la conductividad del papel húmedo. El nivel de sal se calcula y se muestra en diversas unidades, como μg/cm², ppm, μS/cm, mS/cm, % de salinidad y mg/m². Se utiliza una matriz de electrodos para evaluar la conductividad y, por lo tanto, el contenido de sal del papel de filtro.
Esta matriz permite un análisis más exhaustivo del papel de filtro y del agua contaminada que contiene. El medidor ahora puede medir la conductividad entre cada par de electrodos y mapear toda la superficie del papel de filtro.
El área del papel de filtro se puede dividir en cuatro secciones, cada una de tamaño similar al de un parche de Bresle. Además del valor promedio del papel de filtro completo, el medidor puede indicar los valores de estas cuatro secciones. Pruebas independientes han demostrado que estas lecturas son equivalentes a los resultados obtenidos con un parche de Bresle.
La sal no se distribuye uniformemente sobre una superficie. Siempre habrá zonas con concentraciones de sal más altas o más bajas, y el perfilador de sales solubles Elcometer 130 SSP permite al usuario visualizar cómo se distribuye la sal en la zona de prueba.
La posibilidad de visualizar el mapa de densidad de sal informa al usuario de que, si bien la pieza de prueba puede alcanzar un nivel de contaminación lo suficientemente bajo como para cumplir con la especificación, puede haber áreas más propensas a la corrosión localizada en el futuro.
Estas áreas se pueden resaltar aún más mediante el modo de aprobado/suspenso. El usuario puede establecer un límite para el medidor y los niveles de sal se muestran como áreas rojas o blancas que indican si se ha aprobado o suspendido, junto con los valores máximo y mínimo medidos.
Medidores de sales solubles
En el mercado existen varios medidores de sales solubles que automatizan, de una forma u otra, el método de Bresle. El SSM-21P, por ejemplo, se utiliza ampliamente en el sector marítimo japonés como alternativa al método de Bresle.
Una cámara/celda se adhiere al sustrato mediante imanes internos. La cámara se llena con 3 ml de agua desionizada mediante una jeringa o unidad dosificadora. A continuación, una hélice o émbolo agita el líquido sobre el sustrato, lavando la superficie.
Una vez finalizado el proceso de agitación, los sensores internos de la cámara miden la conductividad y la temperatura del líquido, y el indicador muestra el nivel de conductividad.
Una ventaja del medidor de contaminación por sales Elcometer 130 sobre otros métodos de análisis de sales solubles es que no requiere la presencia del inspector durante cada prueba. Esto le permite programar otras pruebas de sales y regresar posteriormente para realizar las mediciones en las pruebas anteriores, agilizando así el proceso de medición in situ.
Dado que algunos métodos/normas de ensayo requieren un número definido de ensayos por área, esto puede suponer un ahorro de tiempo considerable. La norma USN PPI 63101-000, por ejemplo, establece que el número de ensayos Bresle que deben realizarse es el siguiente:
- Cinco (5) mediciones cada 90 m² (1000 pies²)
- Las áreas de menos de 90 m² (1000 ft²) deberán tener cinco mediciones.
Medición de sales específicas de iones
El entorno/atmósfera en el que vivimos está repleto de sales naturales y artificiales. Se ha comprobado que las principales sales más perjudiciales para los recubrimientos son los cloruros, sulfatos y nitratos. Por supuesto, otras industrias pueden tener preocupaciones específicas sobre otras sales.
Las estructuras pueden estar expuestas a cloruros procedentes de ambientes marinos (el mar; la sal marina es cloruro de sodio), del tratamiento del agua (agua clorada) y, sorprendentemente, los ambientes desérticos también pueden ser ricos en cloruros, ya que muchos fueron mares en el pasado.
Los sulfatos, procedentes de la quema de combustibles fósiles ricos en azufre (gasolina, diésel, carbón, etc.), y los nitratos, procedentes de fertilizantes y motores de automóviles, se convierten en ácido sulfúrico y ácido nítrico, respectivamente. Al entrar en contacto con la humedad del aire, se produce lluvia ácida, que resulta corrosiva al contacto con superficies metálicas. Existen diversas pruebas específicas para iones, disponibles individualmente o en kits combinados.
Prueba de iones cloruro
Para analizar la contaminación por cloruros en una superficie, existen dos opciones. El Elcometer 134S es un kit de prueba específico para iones cloruro que mide el nivel de cloruros en superficies. Su funcionamiento es similar al del Elcometer 134 para pruebas de abrasión y agua, descrito anteriormente en el artículo anterior.
Se llena una funda de látex con un anillo de sellado de espuma autoadhesivo con una solución extractora y se adhiere a la superficie que se va a analizar. La solución se manipula contra la superficie para disolver y extraer las sales. Una vez retirada la funda, se inserta un tubo de titulación y se analiza el líquido como antes.
También se encuentran disponibles tiras reactivas para cloruros, las cuales permiten medir el contenido de cloruro en soluciones de sales desionizadas/solubles mediante los métodos descritos anteriormente. Se introduce una tira en la solución y el líquido asciende por ella hasta saturarla por completo. La tira contiene iones de plata que se combinan con el cloruro de la muestra, formando una columna blanca de cloruro. La concentración se determina entonces utilizando la escala impresa en la tira.
Figura 11. La funda de látex Elcometer 134S
Kit de prueba de iones cloruro, sulfato y nitrato
El kit de prueba Elcometer 134 CSN ofrece una solución integral para el análisis de campo de iones específicos de cloruro, sulfato y nitrato. Mediante pruebas químicas predosificadas, se extraen las sales superficiales utilizando el método de recubrimiento descrito anteriormente. Posteriormente, se miden los iones cloruro con el método Elcometer 134. Los sulfatos se miden con un colorímetro y los nitratos con una tira reactiva específica para nitratos (incluida en el kit).
Medición de otras formas de contaminación superficial
Como se mencionó anteriormente, los sulfatos y nitratos, al mezclarse con la humedad del ambiente, generan ácidos sulfúrico y nítrico débiles, corrosivos para los metales estructurales. Para determinar la acidez de un líquido, se pueden utilizar medidores de pH y tiras reactivas, como el Elcometer 148 y el Elcometer 138.
Medición del rubor de amina
Las aminas y las amidas funcionales son uno de los agentes de curado más comunes para recubrimientos epoxi de alto rendimiento. En aplicaciones de recubrimiento, las formaciones epoxi curadas con aminas generalmente se pueden curar a temperatura ambiente para obtener películas con alta resistencia mecánica, buena resistencia al agua, a los productos químicos y a la corrosión, así como excelentes propiedades de adhesión.
El problema del blanqueamiento por aminas puede ocurrir al usar recubrimientos de resina epoxi curada con aminas en un sistema multicapa si el recubrimiento original cura a baja temperatura ambiente o en un ambiente de alta humedad. Las aminas que migran a la superficie del recubrimiento pueden reaccionar con el dióxido de carbono (CO₂) presente en el aire, lo que finalmente resulta en la formación de una película de carbamatos (blanqueamiento por aminas) en la superficie del recubrimiento epoxi.
La presencia de carbamatos provocará fallos de adhesión entre capas si la película no se elimina antes de aplicar la siguiente. Por lo tanto, es importante determinar si el recubrimiento presenta el fenómeno de blanqueamiento por aminas cuando:
- Determinar si un recubrimiento epoxi curado con amina se puede recubrir.
- Analizar por qué no se pudo recubrir con éxito un revestimiento epoxi.
El rubor de aminas a veces (aunque no con frecuencia) puede ser visible a simple vista, apareciendo como una capa fina, irregular o grasa, de color que varía del blanco al ámbar. Los kits de prueba de pantalla Elcometer 139/A y Elcometer 139/C para rubor de aminas proporcionan al usuario una indicación clara de la presencia de este rubor.
El kit de prueba Amine Blush Swab proporciona a los usuarios una prueba de campo, mientras que el kit de prueba Amine Blush Chip Screen permite extraer muestras del recubrimiento y analizarlas en una oficina o enviarlas a un laboratorio para su posterior análisis.
Una vez que se hayan comprobado las superficies para detectar contaminación y se haya determinado que cumplen con las especificaciones, y siempre que las condiciones climáticas se encuentren dentro de los límites especificados para la aplicación del recubrimiento, se podrá recubrir la superficie.