Fundamentos Esenciales de Termodinámica, Tratamientos Metalúrgicos y Corrosión Industrial
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Termodinámica: Conceptos Fundamentales
La Termodinámica es la rama de la física que estudia los fenómenos en los que interviene el calor y el trabajo. Todo estudio termodinámico debe partir de la elección del sistema y de los alrededores.
Definición de Sistema y Alrededores
Para el estudio de los intercambios energéticos, definimos:
- Sistema: Región del espacio sobre la que se analizan los intercambios energéticos.
- Alrededores: Región que interactúa sobre el sistema.
Tipos de Sistemas Termodinámicos
Definimos tres tipos principales de sistemas:
- Sistema abierto
- Sistema cerrado
- Sistema aislado
Procesos Termodinámicos
Cuando el estado inicial y final de un proceso coinciden, se dice que el proceso es cerrado o cíclico. Por el contrario, cuando el estado final e inicial son diferentes, se dice que el proceso es abierto.
Energía Interna y Equilibrio Térmico
La Energía Interna es la suma de las energías que poseen las partículas de un sistema. Se puede deducir que la energía interna está relacionada con la temperatura: cuanto mayor es la energía interna, mayor es su temperatura.
Se alcanza el Equilibrio Térmico cuando la temperatura de los cuerpos o regiones involucradas es la misma.
Tratamientos Térmicos del Acero
Los tratamientos térmicos buscan modificar las propiedades mecánicas del material mediante ciclos controlados de calentamiento y enfriamiento.
Recocido
El Recocido consiste en un calentamiento para conseguir la conversión del material. Consta de tres etapas:
- Calentamiento hasta una temperatura prefijada.
- Mantenimiento de la temperatura anterior durante un tiempo determinado.
- Enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente.
Normalizado
El Normalizado es un tratamiento térmico que consiste en el calentamiento del acero, seguido de un enfriamiento al aire. Con este procedimiento se afina el grano del acero. Es un procedimiento rápido, económico y fácil.
Revenido
El Revenido es complementario al temple. Consiste en el calentamiento de las piezas a una temperatura inferior a la de austenización. El proceso termina con un enfriamiento al aire, más bien rápido. Al destruir parte del temple, se obtiene un acero más blando y, por tanto, menos frágil.
Tratamientos Termoquímicos Superficiales
Estos tratamientos modifican la composición química de la superficie de la pieza para mejorar sus propiedades.
Cementación
La Cementación es el tratamiento por el cual se incrementa el porcentaje de carbono en la superficie de un acero.
Nitruración
La Nitruración es el tratamiento por el que aportamos nitrógeno a la superficie de la pieza que se trata. No es preciso un temple posterior.
Sulfinización
La Sulfinización es un tratamiento superficial o termoquímico por el que se aporta azufre, carbono y nitrógeno a la superficie de la pieza a tratar. Se mejora la resistencia al desgaste y la lubricación sin incrementar la dureza.
Cianurización
La Cianurización es un tratamiento que consiste en incrementar la cantidad de carbono y nitrógeno en la superficie de la pieza tratada.
Corrosión y Deterioro de Materiales
Definición de Corrosión
La Corrosión es el deterioro que sufre un material en sus propiedades debido a una reacción con el medio. Consiste en una oxidación del metal, a menudo en presencia de humedad. Es importante notar que la corrosión no debe producirse necesariamente con el oxígeno. Cuando un metal se corroe, aparece una celda galvánica o pila electroquímica.
Tipos de Corrosión
- Corrosión Galvánica: Se produce cuando dos metales en contacto con un electrolito están unidos eléctricamente.
- Corrosión Uniforme: La corrosión se produce de igual forma en toda la superficie del metal.
- Picaduras (Pitting): Corrosión localizada que produce agujeros en la superficie del metal que progresan hacia el interior del mismo.
- Corrosión Intergranular: El ataque se produce en la unión de los granos de los metales y por ello se producen grietas en el material.
- Corrosión por Tensiones: Una tensión externa o interna crea una pequeña grieta que terminará por corroerse (fisuración por corrosión bajo tensión).
- Corrosión por Erosión: Por rozamiento desaparece la capa protectora del material y por ello se produce la corrosión.
Prevención de la Corrosión
Las principales estrategias para prevenir o mitigar la corrosión son:
- Selección de materiales.
- Recubrimientos protectores.
- Protección catódica.
- Protección anódica o pasivación.
- Inhibidores de la corrosión.
- Diseño optimizado.
- Control del ambiente.