Noticiencias

Microespectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIRM) como herramienta para el estudio de materiales Siderúrgicos Venezolanos

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Castillo G., Jennifer N. y Mujalli, Gisela.
(sirit9, sirmug) @sidor.com
IIMM, SIDOR C.A

La microespectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIRM) es una técnica que ha cobrado auge en el ámbito de materiales. Ésta es el resultado de la unión de la espectroscopia de infrarrojo (FTIR) con la microscopia óptica. SIDOR C.A en su constante desarrollo dispone de esta técnica que permite analizar muestras muy finas o películas delgadas (<50 µm) que facilitan y amplian su uso, como se  ilustra en la Figura 1.

La imagen óptica generada por el equipo permite delimitar un área de la muestra de estudio y se usa la radiación infrarroja para detectar los movimientos vibracionales de los grupos moleculares presentes en la misma. En el Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales, IIMM de SIDOR C.A se desarrollan con esta técnica nuevos protocolos de ensayo mediante el uso del accesorio ATR mapping, útil para la identificación de compuestos en una matriz compleja en la que los espectros individuales pueden limitar las caracterizaciones debido a la superposición de bandas. Esta función permite el mapeo multipunto automatizado, el mapeo de líneas y el análisis por imágenes IR de un área microscópica con una etapa de muestreo manual y un detector de elemento único. El sistema de microscópio escanea automáticamente los puntos o el área especificados, recopilando rápidamente un espectro completo de cada punto sin mover la muestra.

Se ha demostrado el aporte brindado por la técnica FTIRM en la identificación de la estructura química en los defectos superficiales en productos planos laminados en frío y revestidos, tales como manchas por emulsión, óxidos por humedad, minidesgarre, mancha blanquecina y punto marrón, profundizando en su conformación y causa raíz.[1]  En la Figura 2,  se ilustra la aplicación de la herramienta ATR mapping en el análisis de defectos superficiales de  manchas blanquecinas en material Hoja Cromada donde se identifica  la presencia de enlaces carbono-hidrógeno (C-H), asociados a trazas de hidrocarburos remanente y contaminantes salinos provenientes de una solución contaminada.

Actualmente, se hace uso de la Microespectroscopía de infrarrojo con transformada de Fourier (FTIRM) para la caracterización de la Hoja Estañada asociada a un Proyecto de Investigación en el que se está estudiando el comportamiento de la capa de pasivación en el tiempo de gran importancia en la industria siderúrgica.

Referencia:
[1] Danglad J., Mujalli G. Mauco S., Villamizar M.  Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier en el estudio de defectos superficiales de productos laminados en frío. Informe Técnico IM-5B-14. SIDOR, C.A., Puerto Ordaz, Venezuela.

Figura 1. Microespectroscopio de infrarrojo modelo Hyperion 2000.

Figura 2. Espectroscopía y mapas espectrales químicos de la superficie afectada por mancha blanquecina en material de hoja cromada.

Reciclaje de Madera, Beneficio al Ecosistema

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Maritza Barrera, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela
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Las selvas y los bosques son una parte vital del ecosistema. Una vez empleada la madera, sea en la construcción, en la fabricación de mobiliarios, en envases, paletas, juguetes, etc., al terminar su vida útil se considera residuo, por lo que caben tres posibilidades; eliminación, recuperación o reciclado. El reciclaje de la madera que consumimos se hace tan necesario que, con él, contribuimos a la conservación de la vida en la Tierra. El reciclaje de madera es uno de los más limpios y económicos de todos los tipos de reciclaje. Sin necesidad de dar ningún tratamiento previo, todo el proceso está formado por medio físicos y maquinaria.

La madera que puede ser reciclada proviene principalmente de las industrias y, en menor medida, de los hogares. Las industrias desechan residuos de madera tales como paletas (rotas o no), bobinas de madera, mobiliario, madera aglomerada, cajas, recortes, virutas, aserrín, poda, etc. De los hogares la mayor parte de los residuos suelen venir de muebles rotos.

Las principales vías para reciclar o recuperar la madera son:

- Triturar y fabricar con ella tableros de aglomerado: Esta es la principal vía de reciclar la madera, entre el 80% y el 90% de la madera recuperada se usa en la fabricación de tableros de aglomerados. Para producir una tonelada de aglomerado se necesitarían seis árboles; gracias al reciclaje de madera, no es necesario talar ninguno. El mercado de las placas de aglomerado de madera ha registrado una tendencia creciente en cuanto a la capacidad de producción de las empresas fabricantes, y el mercado sudamericano es uno de los más dinámicos en los últimos años. Estos aglomerados tienen diversos usos en el área de construcción de diversos muebles (Ver Figura 1)









Figura 1. Reciclaje de madera en la fabricación de muebles con tableros aglomerados

- Fabricar directamente muebles para ser usados en casas, oficinas, comercio: Este es el principal uso que se le da a las paletas usadas y descartadas en los procesos productivos. (Ver Figura 2)




- Utilizar la madera recogida como fuente energética controlada y limpia: La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética y abarca un amplio conjunto de materias orgánicas.. El aprovechamiento energético de la biomasa residual supone la obtención de energía a partir de los residuos de madera, los residuos agrícolas, etc. Su capacidad para la generación de calor es valorada y reconocida como una opción rentable y eficaz, ya sea para su aplicación en usos residenciales o como parte de procesos industriales.

- Para compost, en la construcción del contenedor o conversión de la madera en compost: Por último y no menos importante en el compostaje que es un proceso de transformación de la materia orgánica para obtener compost, un abono natural. Esta transformación se puede llevar a cabo en cualquier casa sin ningún tipo de mecanismo, ningún motor ni ningún gasto de mantenimiento. Los residuos orgánicos (restos de comida, residuos de poda, etc.) que son separados del flujo de residuos sólidos urbanos, son dispuestos al aire libre con el objetivo de realizar por medios biológicos la transformación de estos para lograr un material fino con gran proporción de humus llamado abono orgánico o compost.

Se pueden salvar grandes cantidades de recursos naturales renovables y no renovables cuando en los procesos de producción se utilizan materiales reciclados, disminuye el consumo de energía y se afecta de forma positiva el ecosistema.


Referencias:

1. http://www.masisa.com/ven/productos/tableros/
2. http://www.lavoz.com.ar/casa-diseno/rusticos-sustentables-y-modernos
3. Estudio del Impacto Macroeconómico de las Energías Renovables en España, Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA), España, 2012, www.appa.es

Peculiaridades técnicas del método coulombiométrico en las mediciones de capa pasivación del material Hojalata

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Mujalli Gisela , Castillo Jennifer
Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela
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En la estructura típica de una Hoja Estañada se pueden identificar cinco capas: Acero base, Intermetálico o Capa aleada, Estaño libre, Capa de pasivación o Pasivado y Capa de Lubricante [1] como se ilustra en la Figura 1a.


Para la determinación de la capa de pasivación en el material hojalata en procesos industriales, se utiliza el método de disolución anódica en una celda electrolítica a corriente constante también llamado método Coulombiométrico, con una solución de di-hidrógeno-fosfato de sodio di-hidratado (NaH2PO4 * 2H2O) al 10%, con un equipo determinador STANNOMETAL, avalado por las normas ASTM, Euro norma, ISO y BSI[1].

La estructura de la capa pasiva en el momento de su fabricación, está bajo la especie óxido de cromo trivalente, Cr2O3. Si parte de esta estructura cambia en el tiempo por efecto de la interacción con el ambiente, la nueva especie formada tendría condiciones de corriente de disolución diferentes a las definidas en el método Coulombiométric influyendo en las medidas mg/m² de Cr respecto al valor de fabricación.

El método coulombiométrico mide el cambio del estado de oxidación del cromo inicial, como metálico o cromo con valencia +3, a su estado de oxidación final, con valencia +6. Si la especie de cromo se encuentra en su estado máximo de oxidación +6, no se mide por este método. Las reacciones electroquímicas de cada especie obedecen a una condición de corriente y potencial de oxidación específico, por lo que este método aplicado a corriente constante, es sensible al cambio de potencial, y su punto final de valoración es dado por el tiempo en que ocurre el cambio de corriente[3]. La corriente aplicada para disolver el óxido de cromo de la capa pasiva del material de Hojalata disuelve una especie de cromo, identificada como óxido de cromo trivalente Cr2O3, cuya estructura [2] se representa en la Figura 1b.

La Figura 1 muestra imágenes representativas del método coulombiométrico aplicado en la práctica indutrial para (c) las diferentes corrientes de aplicación para la determinación del óxido de cromo en la capa pasiva del material Hojalata y (d) la determinación de cromo metálico en la Hoja Cromada.

Recientes estudios del Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales, SIDOR, demuestra que la estructura de la capa pasiva va cambiando con el tiempo relacionándose con la interacción en el tiempo con el ambiente, adquiriendo una forma más estable. Al interactuar la Hoja Estañada con la humedad del ambiente favorece la formación de macromoléculas unidas por puentes de hidrógeno, como lo ilustra la Figura 1e, para el hidróxido de cromo trivalente. Mientras que para la Hoja Cromada, óxidos de cromo hexavalente, la interacción con la humedad del ambiente se atribuye a la formación de macromoléculas [4] representadas bajo la forma que ilustra la Figura 1f.

Las especies de óxido de cromo hidratadas y macromoléculas de óxido de cromo no se disuelven a la corriente fija establecida en el procedimiento para la determinación de óxido de cromo trivalente bajo la forma de Cr2O3, a través del método coulombiométrico, todos estas peculiaridades señaladas en la presente nota deben ser consideradas para efecto de evaluaciones comparativas de la hojalata a distintos tiempos de fabricación.




Figura 1. Estructuras de la Capa de Pasivación y su medición por método coulombiometrico

Referencias:
1. M. Barrera, G Mujalli. Evaluación del comportamiento de la capa de pasivación y el recubrimiento de aceite en material hojalata y su tiempo de permanencia. IM-8B-17. IIMM, Sidor, marzo, 2017.
2. Chromium oxide. Libro del Web de Química del NIST, SRD 69. https://webbook.nist.gov/cgi/inchi/InChI%3D1S/2Cr.3O
3. D. Chiodi, A. Montanari, V. Kiroplastis, F. Peñalba. Influence of surface characteristics of tinplate for food cans on adhesion properties of coating. Technical Steel Research. Surface characteristics European Commission 2003. Appendix 2: Method for the determination of total chromium amount on passivation films.
4. B. M. Weckhuysen, I E. Wachs, R. A. Schoonheydt. Surface Chemistry and Spectroscopy of Chromium in Inorganic Oxides. Chem. Rev. 1996, 96, 3327−3349

Evolución Microestructural de Cascarilla en Bobinas LAF sin Decapar

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El proceso de laminación en caliente (LAC) a las temperaturas de operación en rangos 1250-740 °C se forma en la superficie del planchón óxidos de hierro  que deben ser removidos por medios mecánicos o químicos previo a los procesos subsiguientes de laminación en frío (LAF). Sin embargo con miras a explorar el comportamiento  de la cascarilla  en procesos de LAF se sometieron  Bobina LAC, sin remoción de la cascarilla, a la ruta Skin Pass (SKP),  LAF, Recocido (RC) y Temple (TM), estudiándose su evolución microestructural a lo largo de estos procesos.

Mediante las técnicas de microscopia óptica y electrónica de barrido fue posible determinar a partir de observaciones de las secciones planas y transversales, que en la condición inicial  la cascarilla de Bobina LAC luce compacta y homogénea con espesores de tamaños micrométricos, como ilustra las figuras 1A y 1B  y  que luego del proceso de SKP la cascarilla se mantiene adherida con múltiples  agrietamiento distribuidos homogéneamente como ilustra las figuras 1C y 1D. Aspecto que puede ser favorable para su posterior desprendimiento en  procesos subsiguientes de conformados.

En el proceso de Laminación en Frío, resulta en una cascarilla en forma granulada y de polvillo fino, adherida a la superficie del metal base, con escasos desprendimientos parciales  como se puede observar  en las figuras 2A y 2B. Por su parte  la bobina luego del proceso de recocido evidencia zonas localizadas con glóbulos de Fe metálico sinterizados producto de la reducción parcial de la cascarilla de oxido de hierro de la lamina durante el proceso de RC y regiones que mantienen la cascarilla granulada de espesor micrométrico como la de la etapa de LAF y luego del TM 3 se mantiene sin experimentar cambios.

En general la cascarilla se mantiene adherida al metal base de la Bobina LAF sin decapar, después de los diferentes procesamientos,  alcanzando menores espesor y cambios en cuanto a su morfología,  y forma de adherencia al metal base que  no afecta los atributos del acero laminado en frío para aplicaciones de pocas exigencias en la calidad superficial y pudiendo ser favorable para aplicaciones de recubrimientos previo acondicionado de superficie tal como esmaltado.
 

 
Figura 1: A) Sección plana B) Sección transversal de la cascarilla de la bobina LAC, C) Sección plana D) Sección transversal de la cascarilla de Bobina LAC con SKP

 
Figura 2:A) Sección Plana B) Sección Transversal de Bobina LAF

 
Figura 3: A) Sección Plana B) Sección transversal de Bobina LAF Recocida, C) Sección Plana D) Sección Transversal de Bobina de Temple

Ervis Díaz. N., Gloria Basanta.,  Yngrid Zaragoza., Lis Jiménez. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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Uso de la hojalata en la industria del envase

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Maritza Barrera, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz, Venezuela
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El envase o empaque ha sido a través del tiempo el elemento básico para llegar con un producto en buenas condiciones a un mercado determinado, y sin cuya protección el producto sufriría deterioro hasta llegar a la inutilización total para  su uso. Esto ha generado una diversidad de industrias que tienen un  aporte significativo en el  desarrollo del sistema del mercado, el transporte y la publicidad a nivel mundial. La selección de los materiales correctos para el empacado es muy importante y va a depender del producto a envasar, tiempo en los anaqueles, apariencia, mercado y costos. Los principales materiales usados en la fabricación de envases son madera, vidrio, metales,  papel y cartón, plásticos y materiales complejos.

Entre los metales destaca la hojalata que  es un producto laminado, de material heterogéneo de estructura estratificada conocida como Electrolytic Tinplate (TP), cuya base está constituida por una lámina de acero que representa aproximadamente el 99% del total del producto. La hojalata está recubierta por ambas caras con una capa de estaño y es utilizada en la fabricación de envases y partes para envases.

Una característica del estaño es que se adhiere firmemente al metal base (el acero), lo que permite que la hojalata pueda ser prensada, estampada, troquelada (operación de corte) y doblada según las formas complejas que se necesita obtener, sin que se desprenda la capa de estaño, lo que permite  fabricar envases de dos piezas (cuerpo y tapa) o de tres piezas (cuerpo, tapa y fondo) soldados eléctricamente, que se utilizan para el envase de productos como atún, sardina, palmitos, espárragos, pimientos, jugos concentrados, rodajas de frutas en almíbar, salchichas, jamonadas, café, leche, polvos nutricionales, etc., productos químicos, pinturas y barnices, aerosoles, entre otros.

 Figura 1. Diferentes tipos de envases que pueden fabricarse con la hojalata

Entre las ventajas competitivas del uso de la hojalata en la fabricación de envases resaltan:
−    Fácilmente reciclable por ser su base el hierro y por sus propiedades magnéticas que contribuyen a su separación de otros materiales.
−    Sus componentes lo hacen apto para el uso de alimentos de todo tipo, asegurando su conservación y la prolongada duración de los mismos.
−    La seguridad del producto se encuentra asegurada durante el transporte y manipulación del mismo, ya que el acero para envases es invulnerable frente a condiciones de transporte exigentes, a la vez de resistente hermético y opaco a la luz.
−    Apto para el envasado de productos industriales (pinturas, aceites, etc.) productos de higiene y limpieza (ceras, artesanales) y aerosoles para uso en el hogar y personales (desodorantes, insecticidas).
−    La automatización del proceso de fabricación de envases, hoy a muy alta velocidad permite costos competitivos de fabricación.
−    El acero para envase es un material interesante para el marketing, diseños, marca y diferenciación de productos.
−    Las latas de acero agregan valor y presentación de calidad en el producto, logrando una extraordinaria apariencia a través de impresiones y gravados en relieve.

Las tendencias que dominarán el sector de envasado alimentario de cara a 2018 apuntan a que el envasado va a tener un papel fundamental para la reducción del desperdicio alimentario y las marcas van a tener que rediseñar sus envases con el objetivo de adaptarse al comercio electrónico de producto. Otro aspecto, que se destaca en el estudio, es la adecuación y reducción del material utilizado para envasar, algo que será muy aceptado y recompensado por los consumidores. Estos retos están siendo enfrentados con éxitos por los productores de hojalata principalmente con reducción de peso y espesor, así como la bondad de reciclado que lo hace un material amigable con el ambiente, todo esto ha permitido que la hojalata mantenga ventajas competitivas en la fabricación de envases industriales, aerosoles y alimentos.


Referencias:
1.    Guía de Envases y Embalajes, 2da Edición, 2013, www.mincetur
2.    http://www.packaging.enfasis.com/notas/79563-cinco-tendencias-que-protagonizaran-el-packaging-2018-

Siderúrgica del Orinoco Alfredo Maneiro
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