Maestría en Ingeniería Metalúrgica

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Efecto de las barreras termicas producidas por difusion de cromo, aluminio, sobre la resistencia a la oxidacion de aceros 2 1/4 cr, 1 mo y 9cr, 1mo modificado
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Lizcano Contreras, Jose Martin; Pena Ballesteros, Dario Yesid; Serna Gil, Jose Anibal
La deposición de Cr y Al en aceros ferríticos 2¼Cr–1Mo y 9Cr-1Mo modificado fue realizada por medio de la técnica de cementación empacada, utilizando polvos de Cr y Al de alta pureza y granulometría fina; sales de NaCl y AlCl3 como activadores del proceso. La cementación empacada se realizó en dos pasos térmicos, el primero a una temperatura de 900°C y un tiempo de sostenimiento de 5 horas y el segundo a 1100°C con un tiempo de sostenimiento de 19 horas obteniendo películas superficiales (barreras térmicas), con una morfología de granos columnares sin presencia de defectos tipo grietas y/o porosidades, hasta de 400 mm de profundidad con concentraciones de Cr y Al del orden de 18% y de 7% respectivamente en el acero 9cr-1Mo modificado y de 9% Cr y 6.3% Al en el acero 2 ¼ Cr-1Mo. Las barreras térmicas de difusión actúan como un inhibidor contra los fenómenos de corrosión a alta temperatura, principalmente a la oxidación, debido a la formación de películas estables de óxidos de Cr y Al. El efecto de las barreras térmicas de difusión sobre la resistencia a la oxidación de los aceros ferríticos se estudio mediante pruebas isotérmicas utilizando la técnica gravimétrica discontinua en una atmósfera gaseosa oxidante multicomponente (CO2 – CO – O – N2), en un rango de temperaturas entre 550°C a 750°C y presión atmosférica, donde se observó una disminución de la cinética de oxidación de un 80 al 90% en las muestras con barrera comparadas con la aleación original expuesta sin barrera térmica.
Estimación de la velocidad de corrosión interna en un acero api 5l grado b de producción, utilizando una técnica neurofuzzy
(Universidad Industrial de Santander, 2006) Ordoñez Rodríguez, Rubiel; Pena Ballesteros, Dario Yesid
Se propone una metodología neurofuzzy, para mejorar los resultados e interpretación de los modelos de corrosión interna en tuberías de producción de crudo (aceros API 5L Grado B), obtenidos mediante la aplicación de redes neuronales artificiales o técnicas basadas en regresiones lineales. El modelo permite estimar la velocidad de corrosión interna del acero al carbono en (mpy), utilizando como datos de entrada: el %BSW, el contenido de Fe, CO2 y H2S, el pH de la solución, la salinidad. El modelado se realizo mediante sistema adaptativo neuro difuso ANFIS, que es un hibrido derivado de las redes neuronales y la lógica difusa. Existen diferentes formas de combinar las redes neuronales y la lógica difusa, debido a flexibilidad que presentan ambas técnicas. Esto ha permitido la generación de múltiples combinaciones, cada una con diferente grado de integración entre las técnicas, pero dentro de estas posibles combinaciones se destaca un sistema híbrido conocido como ANFIS, que conserva las principales características de cada técnica y supera las principales desventajas de las mismas. En el presente trabajo, el procedimiento experimental consiste en el entrenamiento y evaluación de diferentes configuraciones para el ANFIS, con la finalidad de encontrar la mejor configuración que permita alcanzar un equilibrio entre el nivel de error y el número de reglas del sistema. El entrenamiento es la fase de aprendizaje, se realiza mediante la presentación iterada de los datos al ANFIS. En el entrenamiento es donde el experto suministra su conocimiento y experiencia, mediante una adecuada selección del tipo y número de funciones de pertenencia (FP), en cada variable de entrada. Aquí se hicieron pruebas con más de diez tipos de configuraciones, casi todas brindaron buenos resultados.
Evaluación cromática y microestructural de una aleación de oro blanco al mn en estado fundido y tratada térmicamente
(Universidad Industrial de Santander, 2008) García Ramírez, Monika; Pena Ballesteros, Dario Yesid
A partir de una aleación madre compuesta principalmente de cobre y manganeso, a la cual se le adicionaron elementos blanqueadores secundarios como: plata, hierro y estaño se fabricó inicialmente una aleación de oro blanco al Mn de alta calidad, que no tenga un efecto perjudicial sobre la salud humana, más económica que las aleaciones importadas actualmente y con temperatura de liquidus menor a 1100°C. Esto se traduce en encontrar metales sustitutos para el níquel y el paladio que son los elementos blanqueadores tradicionales usados para tal fin. Se evalúo el efecto que ejerce cada uno de los elementos en su microestructura y la influencia que éstos ejercen sobre la calidad final del oro obtenido. Como resultado se verificó el poder blanqueador del Mn, y el efecto de las características superficiales y la rugosidad sobre la medida del color de la aleación fabricada. Igualmente se verificó que un tratamiento de homogenización aplicado a la aleación obtenida aumenta el YI del oro blanco, lo que disminuye las características cromáticas de la aleación de oro blanco al Mn. Como resultado del análisis microestructural basado en la microscopia óptica, electrónica y de transmisión, se encontró que los elementos Mn, Zn, Al y Sb son propensos a la precipitación binodal y espinodal, además son susceptibles al fenómeno de endurecimiento por envejecimiento, en detrimento de las características mecánicas del oro blanco obtenido. Además como resultado de la investigación se propone una nueva aleación de oro blanco que cumple con los estándares internacionales, compuesta por los siguientes elementos: Au, Cu, Mn, Zn, Sb, Ag y Sn.
Evaluacion de inhibidores de corrosion en caliente, en aleaciones 2 1/4cr-1mo, 9cr-1mo modificado y 304h, en contacto con una sal fundida por medio de metodos electroquimicos
(Universidad Industrial de Santander, 2005) Anaya Palencia, Huber Alexander; Pena Ballesteros, Dario Yesid
Uno de los principales métodos empleados para la inhibición de la corrosión en caliente es la adición de compuestos químicos en los combustibles fósiles. En este estudio se reporta el comportamiento de 2 inhibidores de corrosión (MgO y CaO) empleados en un sistema Metal / Sal fundida 80% V2O5 – 20% Na2SO4 / mezcla gaseosa de 99% SO2 – 1% de O2 / Inhibidor. Se estudiaron 3 aceros empleados en la fabricación de equipos a alta temperatura; acero AISI SAE 304H, ASTM A-213 T22 Y ASTM A-213 T91. Se emplearon las técnicas electroquímicas de Resistencia a la polarización lineal, Extrapolación Tafel, Impedancias electroquímicas y Ruido electroquímico, para evaluar la influencia de la temperatura y el tiempo, el efecto inhibidor de los componentes modificadores de esta cinética, la eficiencia de inhibición y los mecanismos de daño que controlan este deterioro mediante la comparación de los diferentes resultados en dichas técnicas. Los resultados demostraron que la técnica de resistencia a la polarización en corriente directa no es una técnica confiable en comparación con la obtenida por EIS, debido a la naturaleza electrónica del electrolito utilizado. El análisis estadístico realizado a los resultados obtenidos por la técnica de Ruido Electroquímico a través del tiempo, proporcionó los valores de Skewness y Kurtosis (para definir el tipo de oxidación), Resistencia en Ruido y Velocidades de oxidación. Los resultados obtenidos por la técnica de EIS y Ruido, demostraron que el mecanismo de daño (oxidación), fue gobernado por la difusión lenta a través del electrolito sólido y la capa de óxido formada. Esto se corroboró por medio de las técnicas de DRX y SEM que se realizaron a algunas muestras del material.
Evaluación de la corrosión por picado de un acero aisi sae 1020 en un fluido sintético de pozo de petróleo mediante técnicas electroquímicas
(Universidad Industrial de Santander, 2007) Mejía Cajicá, Nubia Esperanza; Pena Ballesteros, Dario Yesid; Mateus Barragan, Miguel
En este proyecto se evaluó la corrosión por picado del acero AISI SAE 1020 en un fluido sintético que contenía iones Cl- y CO2, los cuales hacen parte de un fluido de producción de crudo; las técnicas utilizadas para el estudio de éste fenómeno fueron Ruido Electroquímico (EN) y Polarización Potenciodinámica Cíclica (CPP), y SEM para observar el daño sobre la superficie del electrodo. Las pruebas se realizaron a 45°C y 70°C, variando la concentración de Cl- entre 500 ppm y 6000 ppm. Se observó que a mayores temperaturas, el material es más susceptible al inicio del picado el cual tiende a ser más estable. Igualmente, a mayor concentración de Cl-, hubo más actividad del picado. Es importante resaltar que las curvas de CPP no son un indicativo del tipo de corrosión que ocurre; esto debido a que para el desarrollo de esta técnica, es indispensable conocer la velocidad de barrido más adecuada para cada una de las pruebas. Con el EN se detectó rápida y fácilmente el inicio y la densidad de picado, así como el área de las picaduras. El posible mecanismo de daño fue el rompimiento en algunos sitios de la capa delgada de siderita formada sobre el acero 1020, por los iones Cl-, preferencialmente en las inclusiones de sulfuro de Mn, que de acuerdo a su orientación geométrica pueden ser sitios de inicio de picado. La correlación matemática obtenida tuvo un R2 de 85.6% y un porcentaje de error del 2.16%, lo cual se considera aceptable
Evaluación de la electrodeposición de fosfato de calcio sobre la aleación tl6al4v eli astm f-136
(Universidad Industrial de Santander, 2008) García Portilla, Yezid Orlando; Pena Ballesteros, Dario Yesid
El objetivo de la investigación fue obtener recubrimientos Ca-P mediante electrodeposición catódica sobre la aleación Ti6Al4V ELI ASTM F-136, seguido de un tratamiento térmico, por tal motivo la investigación se trabajó en dos etapas. En la primera etapa se obtuvieron y evaluaron recubrimientos de fosfato de calcio obtenidos por un método potenciostático catódico a partir de una solución sobresaturada en iones calcio y fósforo, mediante Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y curvas potenciodinámicas (Extrapolación Tafel), con el fin de obtener parámetros electroquímicos. El pH (7 y 10), concentración de calcio y fósforo de la solución precursora del recubrimiento (Ca/P) (1.00 y 1.5) y el voltaje catódico (-5V,-9V,-12V y -15V), influyeron en mayor grado en la respuesta resistiva. Las relaciones Ca/P en el recubrimiento estuvieron entre 1,3 y 1,7, cuya morfología fue monofásica y rugosa, las cuales fueron medidas mediante Espectroscopia de Energía Dispersa (EDS) y Microscopia Electrónica de Barrido (SEM), respectivamente. La segunda etapa de la investigación hace referencia a los tratamientos térmicos, los cuales se realizaron bajo las condiciones más adecuadas obtenidas en la primera etapa. Las variables independientes fueron temperatura y tiempo para llevar a cabo el tratamiento térmico en rangos de 400ºC - 800ºC y 1h y 2 h, respectivamente. Con base en lo anterior se evaluó el comportamiento electroquímico usando las mismas técnicas electroquímicas de la primera parte y de igual manera DRX, con el objetivo de evaluar la cristalinidad y la composición química del mismo, y de esta manera establecer la relación existente entre ellos. Los resultados obtenidos mostraron un incremento en la cristalinidad de los recubrimientos tratados que conducen a mayores resistencias a la polarización.
Evaluación del efecto corrosivo de los crudos pesados sobre los aceros 5cr-1/2 mo, 316tl y monel 400, utilizados en las unidades de destilación
(Universidad Industrial de Santander, 2007) González Duran, Raúl Alfredo; Pena Ballesteros, Dario Yesid; Serna Gil, Jose Anibal
Los crudos pesados contienen un alto porcentaje de ácidos orgánicos, azufre y otros elementos, que a altas temperaturas y altas velocidades de flujo pueden resultar corrosivos en hornos, torres y líneas de transferencia de unidades de destilación. En este trabajo se evaluó el efecto corrosivo de dos crudos pesados con diferente TAN (número de acidez total), a tres temperaturas, manteniendo una velocidad de agitación y presión constante. Las pruebas se desarrollaron en un autoclave dinámico adecuado para alta temperatura, utilizando las técnicas de análisis gravimétrico para evaluar la velocidad de corrosión. La dependencia de la corrosión con el tiempo de duración de la prueba, numero de acidez total (TAN) y contenido de compuestos de sulfuro, fueron evaluados. Los especimenes después de ser expuestos al crudo pesado fueron caracterizados por SEM/EDX, y DRX. Encontrándose que la capa formada contenía compuestos de sulfuros a temperaturas entre 250 y 300ºC. El conocimiento generado a través de este estudio debe ser constatado con un estudio realizado en campo y los datos obtenidos de los análisis, pueden ser utilizados para determinar la corrosividad de los crudos pesados en las unidades de destilación. Esto con la finalidad de prevenir un deterioro acelerado de los materiales utilizados en las plantas que procesan crudos pesados en las refinerías Colombianas.
Evaluacion hidrodinamica del comportamiento de inhibidores genericos para sistemas multifasicos salmuera-co2/h2s-hidrocarburo mediante aplicacion de tecnicas electroquimicas
(Universidad Industrial de Santander, 2004) Forero Ballesteros, Adriana; Pena Ballesteros, Dario Yesid
Uno de los principales caminos para la inhibición de la corrosión lo constituye la adsorción de compuestos orgánicos sobre la superficie de un metal. En este estudio se reporta el comportamiento de 6 diferentes inhibidores orgánicos en un sistema acero al carbono AISI-SAE 1020 / Salmuera al 3%W de NaCl / mezcla gaseosa de 6%Vol. de CO2 / 10 ppm de H2S / Hidrocarburo. Se utilizaron dos aminas primarias de dieciséis y dieciocho átomos carbonos, una amina secundaria con veinte átomos y tres ácidos carboxílicos de dieciséis, dieciocho y veinte átomos de carbono. Se emplearon medidas de resistencia a la polarización lineal, Extrapolación Tafel e Impedancias electroquímicas para evaluar la influencia de la temperatura, velocidad del fluido, concentración de inhibidor y concentración de la fase oleica en la eficiencia de inhibición en el Electrodo de cilindro Rotatorio “ECR”, Circuito simulador de flujo “LOOP” y autoclave. Se calcularon las energías de activación y adsorción para los procesos de corrosión en el sistema; Por los valores obtenidos, se logró ubicar el sistema Salmuera / CO2 / H2S / inhibidor, como un proceso con control mixto, donde compiten el fenómeno de transferencia de masa con el de transferencia de carga, y los valores obtenidos para las energías de adsorción de Gibbs, permitieron comprobar que estos compuestos presentan una quimiadsorción sobre la superficie metálica. En condiciones de ensayo críticas (4 m/s, 59ºC) las aminas presentan una mejor eficiencia que los ácidos carboxílicos, cumpliendo la teoría de electronegatividad aplicada a los inhibidores. Se pudo establecer con los resultados obtenidos para las pruebas con corte de hidrocarburo, que este parámetro afecta negativamente el % de eficiencia del inhibidor.

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