martes, 20 de diciembre de 2011

Acero Inoxidable en Enología


ACERO INOXIDABLE 

Por: D. Ignacio Fernández de Castillo
Jefe de Departamento Técnico Acerinox, S.A.
D. Juan Vaquero
Jefe Calidad Acerinox, S.A.
Dña. Sonsoles Fernández Ludeña,
Directora Acerinox.

Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro, cromo y carbono, que en ocasiones se complementan con otros elementos, fundamentalmente el níquel. Es la adición de cromo la que le confiere a estos aceros el carácter de inoxidable. En medios oxidantes, por ejemplo el aire, el cromo forma una capa de óxido muy fina y compacta que aísla al material de los ataques corrosivos. El objetivo en la utilización de los aceros inoxidables debe ser siempre mantener intacta la capa pasiva, pues ello garantiza el buen comportamiento a la corrosión de estos materiales.

Los aceros inoxidables se clasifican en función de los distintos elementos y de las cantidades relativas de cada uno de ellos que intervienen en su composición.

LAS FAMILIA DE LOS ACEROS INOXIDABLES

De forma general, se consideran tres familias básicas:

- Aceros inoxidables martensíticos: son aleaciones de hierro, cromo y carbono con contenidos típicos de:

C  ≥ 0,10%
Cr: 12 – 14%

El tipo de acero que caracteriza a este grupo es el TP-420/EN-1.4028 según las denominaciones correspondientes a las normas ASTM y EURONORMA.

Estos haceros sufren modificaciones estructurales con la temperatura, por lo que suelen someterse a tratamientos térmicos de temple y revenido. Tras estos procesos alcanzan buenas propiedades mecánicas y tienen suficiente resistencia a la corrosión. Su aplicación más característica es en cuchillería.

- Aceros inoxidables ferrícos: son también aleaciones de hierro, cromo y carbono, con mayores contenidos de cromo y menores de carbono que los martensíticos. Los valores típicos de estos elementos son:

C < 0,10%
Cr: 16 – 18%

El acero representativo de este grupo de materiales es el TP-430/EN-1.4016.

Son haceros con características mecánicas que permiten efectuar conformaciones de tipo medio. Tienen buena soldabilidad y son muy utilizados en aplicaciones donde la estética es un factor importante. La resistencia a la corrosión es mejor que la de los martensíticos gracias a su mayor contenido de cromo.

- Aceros austeníticos: son aleaciones de hierro, cormo, níquel y carbono. La adición de níquel consigue modificar la estructura de estos materiales, de tal manera que se mantiene austenítica a todas las temeperaturas.

El acero que caractriza a este grupo es el TP-304/EN-1.4301.

Es el grupo de aceros con mayores presentaciones desde el punto de vista de fabricación de componentes y equipos, así como de comportamiento en servicio. Tienen propiedades de conformación excelentes, muy buena soldabilidad y gran resistencia a los distintos tipos de corrosión que pueden presentarse.

ACABADOS SUPERFICIALES

Los aceros se suministran con varios acabados superficiales que son consecuencia del proceso de fabricación a que han sido sometidos. Entre ellos existe una escala de brillo y rugosidad, que permite elegir el acabado adecuado para cada aplicación.

Nº 1: Material laminado en caliente, recocido y decapado; Rugosidad media 5 μ
2B: Material laminado en frío, recocido, decapado y con laminación final skin-pass; Rugosidad media 0,08 μ
BA: Material laminado en frío, recocido en atmósfera inerte y con laminación final skin-pass, Rugosidad media 0,04 μ

MATERIALES PARA USO ALIMENTARIO

Para su aplicación en la industria alimentaria, un material tiene que poseer elevadas propiedades higiénicas. Puesto que no se conoce una definición cuantitativa de la higiene de un material, sí se puede intentar al menos definir algunos parámetros de forma cualitativa. Para que un material sea higiénico debe presentar, convenientemente coordinadas, las siguientes características:

- Resistencia a la corrosión.
- Superficie compacta con ausencia de prosidad.
- Resistencia a choques y esfuerzos mecánicos.
- Resistencia a esfuerzos por variaciones térmicas.
- Óptima capacidad de limpieza, considerada como facilidad para eliminar bacterias y para no retenerlas.

Los aceros inoxidables cumplen con todas las exigencias anteriores, por lo que son ampliamente utilizados en estas aplicaciones.

En cuanto a la cesión o migración de elementos metálicos pesados de las paredes de las instalaciones o equipos a las sustancias contenidas, el tema ha sido estudiado por varios investigadores, obteniéndose valores muy limitados que permiten considerar a los aceros inoxidables como los materiales más inertes que puedan utilizarse.

Otro parametro que define la idoneidad de un material para uso alimentario es la facilidad de limpieza y descontaminación de los posibles microorganismos y bacterias que pueden depositarse en la superficie.

ACERO INOXIDABLE EN ENOLOGÍA

Debido a sus excelentes propiedades en relación con las exigencias de la industria alimentaria y, en concreto, con las del tratamiento y conservación del vino, el acero inoxidable se utiliza ampliamente en enología. Siguiendo unas prácticas adecuadas puede garantizarse una larga vida útil a las instalaciones y equipos, así como la ausencia de contaminación del producto.

Las precauciones necesarias para conseguir los anteriormente indicado, deben adoptarse a lo largo de todas las etapas del proceso:
- Diseño de las instalaciones.
- Elección del tipo de acero.
- Procedimientos de fabricación.
- Prácticas de mantenimiento y limpieza.

Las medidas que hay que adoptar son sencillas y de fácil ejecución. Sin embargo, su no aplicación puede ocasionar el fallo prematuro de la instalación o el deterioro del producto contenido.

Diseño de las Instalaciones:
Las prácticas habituales de diseño de instalaciones y equipos permiten garantizar la ausencia de problemas en servicio. Sin embargo, en el caso particular de la industria del vino, existen dos reglas fundamentales que deben respetarse:

- Diseñar los equipos para garantizar el vaciado y drenaje completo, sin que queden zonas donde se produzca el estancamiento del producto.

- Eliminar o sellar los posibles intersticios que aparezcan como consecuencia de las uniones entre los distintos componentes de la instalación.

Adicionalmente, se debe contemplar que las instalaciones de acero inoxidable para el vino, y especialmente  los depósitos, están provistos de accesorios tecnológicos (grifos, tubarías, racores, etc.) y de accesorios complementarios (escalerillas, pasamanos, etc.).

Para evitar fenómenos corrosivos, es necesario que estos accesorios sean de acero inoxidable. Sin embargo, en el caso de los complementarios pueden ser de acero no aleado, siempre que estén convenientemente protegidos con barnices y pinturas.

Elección de tipo de acero:
En el tratamiento y conservación del vino se presentan requerimientos adicionales a los indicados de forma general para la industria alimentaria. Ciertos componentes del vino, o productos utilizados en el mantenimiento de las instalaciones o equipos, pueden dar lugar a fenómenos de corrosión sobre los materiales que en cada caso se utilicen.

El alcohol, ácidos orgánicos (tartárico, acético, tánico,…), polifenoles y azúcares no producen ataque corrosivo sobre el inoxidable. Sin embargo, el anhídrido sulfuroso presente en el vino y ciertos productos de limpieza sí pueden dar lugar a fenómenos de corrosión por picaduras. En estas situaciones es necesario utilizar aceros aleados con molibdeno (aproximadamente 2% Mo, ya que este elemento le confiere al inoxidable resistencia ante este tipo de corrosión.

De forma general, la elección del tipo de acero adecuado depende del tipo de vino, de la posibilidad o no de tratar productos con grandes contenidos de anhídrido sulfuroso y, finalmente, desambiente en que se encuentren las instalaciones.

El acero austenítico TP-304 tiene buena resistencia a la corrosión cuando está sumergido en vino con contenidos de anhídrido sulfuroso libre inferiores a 700 ppm. Por encima de estos valores se recomienda utilizar aceros aleados con molibdeno como el TP-316.

Los problemas de corrosión por picaduras son mayores en la zona no sumergida del depósito, donde los valores ricos en anhídrido sulfuroso pueden dar lugar a la formación de ácidos y, en consecuencia, provocar la corrosión. Cuando los valores de anhídrido sulfuroso libre en el vino son superiores a 45 ppmm debe utilizarse para la zona no sumergida del depósito el tipo de acero TP-316.

Frecuentemente se utiliza como solución práctica construir el techo del tanque y las virolas superiores con TP-316, mientras que el resto se fabrica con TP-304.

Únicamente cuando los espesores de las piezas son elevados o las soldaduras de los componentes se realizan de manera que el material permanezca mucho tiempo a temperatura, deben utilizarse aceros TP-304 L y TP-316 L con bajo contenido en carbono (< 0,03%), con objeto de eliminar la precipitación de carburos de cromo que hacen al material susceptible a la corrosión intergranular.

Otro factor a considerar es la situación en que se encuentra la instalación. En el caso de atmósferas rurales o con bajos contenidos en cloruros puede utilizarse el acero TP-304. Sin embargo, en atmósferas marinas o industriales debe valorarse la necesidad de emplear el TP-316 por la posibilidad de que aparezca corrosión por picaduras.

Por el mismo motivo, debe considerarse el contenido en cloruros de las aguas empleadas para refrigeración y limpieza. Cuando éste es inferior a 200 ppmm, el TP-304 tiene buen comportamiento. Valores superiores obligan a la utilización del tipo TP-316.

Los espesores utilizados son función de las dimensiones de los depósitos, pero suelen variar entre 1,5 mm para el techo y virolas superiores y 3,0 mm para el fondo y virolas inferiores.

Los acabados superficiales empleados son normalmente los obtenidos por laminación en frío y, en concreto, el más empleado es el 2B, que permite obtener una superficie con baja rugosidad y con gran facilidad de limpieza.

Procedimientos de fabricación:
Durante la construcción de los equipos deben adoptarse una serie de precauciones para no deteriorar la resistencia a la corrosión de los componentes de inoxidable.

Las uniones soldadas deben estar exentas de grietas, salpicaduras, escorias y poros, ya que cualquier intersticio es un foco de inicio de la corrosión por picaduras. En las zonas adyacentes al cordón se producen unas bandas de coloración como consecuencia de la formación de óxidos de alta temperatura. Para mantener la resistencia a la corrosión es necesario eliminarlas restaurando la superficie original del inoxidable. Ello puede realizarse por decantado, utilizando una mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico, en forma líquida o pasta, o mediante procedimientos mecánicos como pulido o esmerilado.

La resistencia de los aceros inoxidables a la corrosión es consecuencia de la presencia de la capa pasiva. Cualquier partícula que rompa la continuidad de esta película puede dar lugar al inicio de corrosión por picaduras.

En procesos de construcción donde existan componentes de acero inoxidable y de acero al carbono, o se utilicen herramientas que han sido empleadas anteriormente con este último material, puede producirse la deposición de pequeñas partículas de hierro sobre la suprficie del inoxidable. Esta contaminación debe ser eliminada pasivando la superficie con ácido nítrico y abundante enjuagado con agua.

PARACTICAS DE MANTENIMIENTO Y LIMPIEZA

Aunque los aceros inoxidables son materiales de bajo mantenimiento, para garantizar la ausencia de problemas deben seguirse unas prácticas regladas para el cuidado de las instalaciones. Existen algunas consideraciones a tener en cuenta:

- Cualquier partícula o depósito debe ser eliminada de la superficie, ya que dan lugar a la formación de intersticios y, en consecuencia, son focos de inicio de corrosión.

- Después de realizar los procedimientos de limpieza, debe efectuarse una inspección para valorar el estado de la instalación. Con ello se asegura la detección en el estado inicial de cualquier problema que eventualmente pueda desarrollarse.

Existen distintos procedimientos que son de aplicación en función del objetivo que en cada caso se pretende conseguir.

Para eliminar la oxidación producida en los procesos de soldadura se utiliza una mezcla de ácido nítrico (10-25% en volumen) y ácido fluorhídrico (1-8% en volumen) a temperaturas de 25 a 60ºC y durante tiempos comprendidos entre 5 y 50 minutos. Debe efectuarse un abundante enjuagado con agua para eliminar cualquier resto de ácido sobre la superficie.

Cuando se pretende eliminar restos de partículas de hierro sobre la superficie, el procedimiento consiste en pasivar con ácido nítrico (10-16% en volumen) a temperatura ambiente, durante tiempos comprendidos entre 10 y 60 minutos. Deben finalizarse con enjuagado con agua para eliminar cualquier traza de ácido.

Estos procedimientos son como consecuencia de problemas producidos durante la fabricación de las instalaciones. Sin embargo, durante la vida en servicio de los equipos se produce la formación de precipitados interiores y de residuos externos que asimismo es necesario eliminar de la superficie del inoxidable.

Los precipitados de bitartrato potásico y tartrato cálcico pueden eliminarse utilizando distintas soluciones. Se recomienda comenzar con un prelavado con agua caliente (50ºC) a presión, después utilizar la solución correspondiente y finalizar con un lavado enérgico con agua.

Procedimientos que pueden emplearse:
- Sosa cáustica: 1 – 3% ; 20 – 80 ºC ; 60 – 75 minutos
- Ácido fosfórico: 3 – 10%; 45 – 50 ºC; 20 – 30 minutos
- Ácido sulfúrico: 4%; 20 ºC
- Ácido nítrico: 5 – 10%; 20 ºC

Las soluciones pueden utilizarse en circulación o empleando cepillos de nylon o inoxidable. En cada caso deben adoptarse las medidas de seguridad indicadas por el suministrador del producto.

Cuando se quieren recuperar los tartratos como subproductos deben calentarse con soplete y rascar con un cepillo de acero inoxidable.

En el exterior de los depósitos pueden formarse incrustaciones de carbonatos de calcio o magnesio como consecuencia de la utilización de agua de pozo o industrial. Para eliminarlas, debe realizarse un cepillado con solución de ácido nítrico (5-15% en volumen) seguido de abundante enjuagado con agua.

Para el mantenimiento periódico de la instalación, el sistema recomendado consiste en utilizar detergentes neutros, evitando el uso de compuestos con contenidos en cloruros y realizando el aclarado posterior con agua.

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