Maritza Barrera S. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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Los alimentos se deterioran con el tiempo, fundamentalmente por la acción de organismos vivos, la acción físico-química del entorno y la actividad biológica del propio alimento. Las medidas tecnológicas adoptadas para evitar o minimizar los efectos adversos de los factores citados han sido el origen de las técnicas de conservación de alimentos. Todas ellas incluyen un amplio conjunto de operaciones de muy distinta naturaleza y complejidad, entre las que se incluye el envasado. Para algunos alimentos el envase constituye únicamente una forma de presentación o un medio de distribución comercial, pero mayoritariamente el envase reduce la incidencia de los factores externos, protegiendo la integridad del producto y evitando o retrasando la pérdida o deterioro de las características nutritivas, sensoriales y sanitarias que definen su calidad y aceptación para el consumo. 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 alimenticio, 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.

En la Tabla I se muestran ventajas y desventajas de los principales tipos de materiales usados en envases para alimentos.

Las tendencias en el envase apuntan a Personalización del envase, Envases Rígidos o Flexibles, Comunicación transparente, Envases ecológicos y sostenibles, Envase adaptado al e-commerce, Envases activos, Envases Inteligentes, Seguridad y trazabilidad.

Analizando estas tendencias y comparándolas con las propiedades de los envases de hojalata se observa que este material sigue teniendo un nicho de mercado importante en el mercado de envases para alimentos, ya que, son extremadamente resistentes y pueden actuar como almacenes de alimentos y son capaces de guardar cosechas para su uso en el futuro, en todas las condiciones logísticas y climáticas, ofreciendo una solución real a la problemática del desperdicio alimentario, protege su contenido durante mucho tiempo, sin refrigeración por lo que son claves en el suministro de víveres en situaciones de emergencia en todo el mundo, las conservas enlatadas facilitan la incorporación a la dieta de alimentos de todos los grupos en las cantidades adecuadas gracias a sus características, otra de las características de los alimentos enlatados es que son nutritivos porque durante el tratamiento de conservación no sólo se destruyen las bacterias responsables del deterioro de la comida sino que se eliminan los residuos de pesticidas que a menudo se encuentran en los alimentos frescos. El proceso de enlatado retiene en el interior del envase metálico el aroma, las vitaminas, antioxidantes y nutrientes esenciales, dejando fuera del mismo las impurezas. Adicionalmente son envases que permiten una litografía prácticamente sin límites lo que permite que además de envases llamativos contengan la información referente a las características nutricionales del alimento que contienen y son reciclables.



Referencias:
[1] C. K. Pérez E., Empaques y embalajes, Red Tercer Milenio, ISBN 978-607-733-106-3, 2012
[2] Y. Mathon, Envases y Embalajes, 1a ed. – San Martín, Inst. Nacional de Tecnología Industrial - INTI, ISBN 978-950-532-171-1, 2012, www.inti.gob.ar/atp/pdf/cuadernilloEnvasesyEmbalajes


Bibliografía:
 R .López A., T. Torres Z. y G. Antolín G. Tecnología de Envasado y Conservación de Alimentos, www.uspm.edu.pe, 2015
 Corporación Universitaria Rémington, Tecnología de Empaques, www.remington.edu.co, Medellín, Colombia, 2012
 https://www.ainia.es/tecnoalimentalia/consumidor/8-tendencias-en-el-envase-el-packaging-del-futuro/
 https://www.envapack.com/2017/04/cuatro-tendencias-que-marcan-el-futuro-de-los-empaques/
 http://www.packaging.enfasis.com/notas/79817-cinco-tendencias-envases-y-etiquetas-2018-

Barrios G. Willian J.
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IIMM, SIDOR,C.A


Los aceros termoresistentes o resistentes al calor son aquellos materiales empleados en aplicaciones donde la temperatura de servicio excede los 650°C hasta alcanzar 1315°C aproximadamente, estos aceros se vienen desarrollando desde 1890 y tienen una amplia gama de aplicaciones en la Industria (calderas, reactores nucleares, intercambiadores de calor, tubos de recalentamiento y súper calentamiento en plantas de energía) y su criterio de aplicación incluyen la resistencia a la corrosión a elevadas temperaturas, estabilidad del metal (resistencia al agrietamiento, fatiga térmica), resistencia a creep, entre otras. Estas propiedades que exhiben están directamente relacionadas a sus características estructurales, ya que en función de ésta el comportamiento en servicio varía.

La gama de calidades de aceros resistente al calor es muy diversa, abarcando desde los aceros austeniticos-ferriticos y los austeniticos, siendo de vital importancia los contenidos de elementos aleantes que contengan como es el caso del Cromo y Níquel.

Comúnmente estos aceros se caracterizan y se evalúa su desempeño mediante tratamientos térmicos y por técnicas de caracterización como Microscopía Óptica (MO), Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Difracción de Rayos X (DRX) y actualmente se ha ido incorporando a estos la aplicación del análisis térmico como la Termogravimetría (TGA o TG), Analisis térmico Diferencial (DTA) y la Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC).

Los análisis térmicos como TGA, DTA y DSC permiten caracterizar estos aceros y poder determinar con mayor precisión los eventos térmicos que se producen en determinadas temperaturas, atmósferas, velocidad de calentamiento y tiempo. Los termogramas de TGA y DSC pueden dar orientaciones muy valiosas y precisas sobre la energía requerida (ΔH) y temperatura a la cual tienen lugar los eventos térmicos que se dan en estos aceros, transformaciones de fases como: punto de Curie, transición α → γ, transición γ → δ, fases secundarias como por ejemplo la fase sigma (σ), punto de fusión; oxidación – reducción y cinética de corrosión.

Algunos de los eventos térmicos de mayor interés de estudio en estos aceros es la resistencia que tienen estos a la corrosión y las temperaturas a las cuales está ocurre, para ello se emplea la técnica TGA la cual nos dará los datos necesarios para el cálculo de la cinética de reacción (ver figura 1); otro evento comúnmente estudiado es la formación de la fase sigma (σ) ya que esta fase disminuye tanto la dureza del acero como la resistencia de este a la corrosión, en este caso es muy útil la técnica DSC o DTA ya que nos proporcionara información sobre la entalpia de la reacción y la temperatura exacta donde se precipita esta fase en el acero.

Estas técnicas de termoanálisis pueden emplearse por separado o en forma simultánea en equipos de analisis térmico simultáneo (STA) que tienen como ventaja que las condiciones de prueba sean perfectamente idénticas para una misma muestra y que además están siempre disponibles de forma simultanea dos o más juegos de información concerniente al comportamiento de la muestra.





Figura 1. Cambios de peso en etapas en curvas termogravimétricas de Haynes 230 sulfatadas a 600°C por 24 horas. Fuente: Lira, M.. (2015). Sulfidación En Alta Temperatura En Superaleación Haynes 230 Empleada En Anillos Sin Costura De Turboreactores De Aviones. San Nicolás de los Garzas: Universidad Autónoma de Nuevo León.

Los  aceros termoresistentes presentan una microestructura en estado de colada compuesta por una matriz austenitica y cadenas de carburos primario. Se sabe que estos tienden a disolverse y formar carburos finamente dispersos dentro de la matriz durante su servicio, por lo cual hay cambios en sus propiedades mecánicas y para predecir o estimar dichos cambios se requiere la aplicación de diversas técnicas de estudio.

Continuamente se están desarrollando técnicas y métodos para el estudio de este tipo de aceros, con el objetivo de optimizar su funcionamiento y garantizar el mayor rendimiento en condiciones de trabajo. Una de las técnicas de uso común para el estudio de los aceros termoresistentes es la microscopia electrónica de barrrido (MEB), la cual permite la observación y caracterización de materiales, entregando información composicional y morfológica de las fases del material analizado.

Es conocido que los aceros  resistentes al calor contienen altas cantidades de cromo y níquel, los cuales han sido desarrollados para suministrar resistencia a la corrosión y estabilidad de la fase de austenita requerida para las aplicaciones de alta temperatura. Entre estas aleaciones, los aceros resistentes al calor son fundamentalmente los aceros austeníticos resistentes al calor Fe – 25Cr – 35Ni modificados con niobio para formar los carburos NbC para la estabilidad de los precipitados en condiciones de servicio a alta temperatura.

Todas las reacciones dentro de los hornos son fuertemente endotérmicas, y son estimuladas por el aumento de temperatura, por tal razón una temperatura de servicio muy alta, afecta  la estabilidad del material primario  y forma otras partículas de segunda fase, que determina la resistencia a la fluencia a largo plazo y la vida útil máxima de estos componentes tensionados.

 Se han realizado estudios sobre estos aceros, en el cual el uso de la MEB ha sido vital, en el año 2016 Attarian M y colaboradores, realizaron un análisis de fallas del tubo de horno de reformador primario soldado de HPNb de acero aleado resistente al calor. Los estudios macroscópicos revelaron que la falla había ocurrido debido a la fisuras extensas iniciadas y desarrolladas desde la zona afectada por el calor, adyacente a la soldadura de raíz, los resultados de la microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopia de dispersión de energía, el análisis (EDS) y los cálculos de la tasa de crecimiento de la grieta indicaron que la tasa de propagación de la grieta fue controlado por el sobrecalentamiento y la tensión térmica secundaria debido a las paradas repentinas. . Por otra parte, la ductilidad en la punta de la grieta se había reducido debido a la absorción de nitrógeno a alta  temperatura, que favoreció la tasa de crecimiento de grietas.

En otro estudio realizado en el IIMM en el año 2018, basado en la prueba de las Barras de Parrilla (Barrotes), el cual tuvo como finalidad evaluar las características del barrote en estado de colada y en la comparación de dos barrotes después de ser expuesto a servicio con 750.000 toneladas producidas, uno sin daños aparentes y otro con un nivel de falla severo. Para el cual la aplicación de la MEB fue esencial en la etapa de caracterización y evaluación, lograndose determinar por medio de ésta técnica que el barrote en estado de colada presenta una matriz austenitica-ferritica; sin presencia de fase sigma, ni microporos o microcavidades, por su parte el barrote sin falla aparente presenta una alta densidad de fase sigma la cual genera una fragilización significativa en el material y es indicio de falla inminente en el barrote, mientras que el barrote con falla severa presenta una fragmentación y parcial disolución de los carburos primarios, alto grado de coalescencia de poros con signos de decohesión entre las fases de la matriz y los carburos primarios, oxidación interna y decarburación en la estructura del material, fenómenos que ocurren a elevadas temperaturas en atmosfera oxidante. En la figura 1 puede observar resultados de la imagen  obtenida en el equipo de microscopia electrónica mediante el detector de energía dispersiva.

Figura 1. Microestructura Correspondiente al Barrote en Estado de Colada.

Referencias.
 
A Ortiz, Estudio de la precipitación en un acero HK40, tesis de Maestría, ESIQIE IPN, 2014, 30 – 33.

Ipohorski M., Bozzano P.B., & Versaci R.A. (2018) Microscopía Electrónica de Barrido. UNSAM-CNEA, 78, 08.

E. Díaz, G. Basanta, & J. Garcia. (2018.). prueba de Barras de Parrilla (Barrotes). Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales, SIDOR, 01, 02.

Neivis Pérez /Ervis Díaz, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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Maritza Barrera S. /Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales/SIDOR, Puerto Ordaz. Venezuela.
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Los aceros y superaleaciones resistentes a elevadas temperaturas, son aquellos materiales empleados en aplicaciones donde la temperatura de servicio excede los 650°C hasta alcanzar 1315°C aproximadamente. Las consideraciones tomadas para la selección de dichos materiales incluyen la resistencia a la corrosión a elevadas temperaturas, resistencia al agrietamiento y/o fatiga térmica, resistencia a creep, etc.

Los aleantes que se utilizan para mejorar la resistencia a la termofluencia y a la oxidación a alta temperatura son fundamentalmente: Cr, Mo, Ni, W, Nb, V, Ti, Al y Si. El Cr, Al y Si forman óxidos refractarios densos y adherentes que resultan efectivos para bloquear la difusión de oxígeno y frenar el desarrollo del proceso de oxidación del material al formar Cr2O3, Al2O3 o SiO2. El resto de los aleantes producen endurecimiento por solución sólida y por dispersión de finos carburos o precipitación de fases intermetálicas.

Los aceros más utilizados de estos tipos están cubiertos por las especificaciones de: ASME (American Society of Mechanical Engineers), ASTM (American Society of Testing Materials), API (American Petroleum Institute), ANSI (American National Standard Institute) y AISI (American Iron and Steel Institute). Son muy usados en todo tipo de industria, por ejemplo en el proceso de piroconsolidación que se lleva a cabo  en la Planta de Pellas  de SIDOR se usan en su parrilla móvil, barrotes fabricados con una aleación de acero inoxidable con base Fe-Cr-Ni de acuerdo a la norma ASTM A297 grado HH.

Entre los aceros termoresistentes tenemos  Aceros al carbono, Aceros al C-Mo y al C-Cr-Mo, Aceros inoxidables trabajados y fundidos y Superaleaciones.

Los aceros al carbono son adecuados cuando la corrosión o la oxidación no son severas, se utilizan en condensadores, intercambiadores de calor o calderas, cuando las aplicaciones son de bajas solicitaciones mecánicas se pueden utilizar los Aceros al carbono hasta 425°C y para temperaturas cercanas a 540°C pueden resistir por cortos períodos de tiempo.

Los aceros al C-Mo (Mo < 0.5%) y C-Cr-Mo (Mo entre 0.5 y 1% y Cr de 0.5 a 9%) tienen en general bajo contenido de carbono (0.15% máximo) y se emplean en tubos de caldera y en tuberías en plantas químicas y petroquímicas. Tienen estructura ferrítico-perlítica producto de los tratamientos térmicos de normalizado o de temple bainítico y revenido. En base a las relaciones de costo-comportamiento mecánico, los aceros al C se utilizan frecuentemente hasta 440ºC. Entre 440 y 540ºC se utilizan los aceros al C-Mo mientras que entre 540 y 650ºC se usan los aceros C-Cr-Mo. Los aceros C-Mo se utilizan para el mismo tipo de equipamiento que los aceros al carbono, pero éstos pueden soportar mayores valores de tensiones debido a que el agregado de molibdeno aumenta la tensión máxima y reduce la velocidad de termofluencia para una tensión y temperatura dada.

Los aceros inoxidables para aplicaciones de altas temperaturas, pueden utilizarse en la condición de trabajado o fundido. Los grados trabajados se clasifican en Ferríticos, Martensíticos, Austeníticos  y Endurecibles por precipitación (PH, precipitation hardening), mientras que los grados fundidos son Aleaciones Fe-Cr, Aleaciones Fe-Cr-Ni y Aleaciones Fe-Ni-Cr.

Los aceros inoxidables ferríticos son aceros de la serie AISI 400 con estructura ferrítica a todas las temperaturas, poseen contenidos de cromo en el rango de 10.5 a 30% y algunos grados también contienen Mo, Si, Al, Ti y Nb que le confieren características particulares. No pueden ser endurecidos por tratamientos térmicos y, en general, poseen baja resistencia mecánica y tenacidad. Tienen aplicaciones similares a los aceros al C-Cr-Mo pero poseen como ventaja principal una alta resistencia a la oxidación, resistencia a la corrosión bajo tensión en cloruros y a la oxidación a bajos costos. Sus aplicaciones incluyen rotores de turbinas, tubos intercambiadores de calor, etc.

Los aceros inoxidables martensíticos son aceros que endurecen por transformación martensítica al aire desde la temperatura de austenización, el contenido de Cr está generalmente en el rango de 10.5 a 18% y el contenido de carbono puede ser de hasta 1.2%. Algunos grados poseen elementos como Nb, Si, W y V para modificar la respuesta al revenido. También se adiciona Ni para mejorar la resistencia a la corrosión en algunos medios y la tenacidad. Sus aplicaciones incluyen turbinas de gas y vapor, válvulas de vapor y ejes de bombas, etc., que requieren de resistencia mecánica y al calor hasta los 540ºC.

Los aceros inoxidables austeníticos comprenden el grupo que contienen entre 18 a 25% Cr y Ni hasta el 20%, algunos grados contienen Mn hasta 18%. Estos aceros no son endurecibles por tratamiento térmico pero pueden serlo por trabajado en frío, aunque a elevadas temperaturas se pierde el efecto debido a la recristalización de la estructura. Se los utiliza en partes de hornos, tuberías de intercambiadores de calor, tuberías de vapor, turbinas de gas, etc. Los grados H de los aceros inoxidables austeníticos se especifican para condiciones donde se requieren resistencia a la termofluencia y a la ruptura por termofluencia óptimas.

Los aceros inoxidables endurecibles por precipitación (PH) son grados que pueden ser endurecibles mediante un tratamiento de envejecido. Se clasifican en austeníticos, semiausteníticos o martensíticos de acuerdo a la microestructura obtenida luego del recocido de solubilizado. Sus aplicaciones incluyen las situaciones de mayor requerimiento mecánico a alta temperatura por corto período de tiempo junto con resistencia a la corrosión y a la oxidación hasta 425ºC (industria aeroespacial, turbinas de gas, etc.)

Los aceros inoxidables fundidos están relacionados composicionalmente con los trabajados siendo la mayor diferencia el contenido de carbono. En los aceros inoxidables resistentes a altas temperaturas fundidos, el contenido de carbono varía entre 0.3 a 0.6% mientras que en los trabajados típicamente entre 0.01 a 0.25%. Estos aceros se designan por la Sociedad Americana de Fundidores de Aceros. La letra H indica que el acero será utilizado principalmente para servicios a altas temperaturas. La segunda letra denota el tipo nominal Cr-Ni de la aleación y los números que siguen a las dos primeras letras indican el porcentaje máximo de carbono, en la Figura 1 se muestra como es la clasificación de aleaciones fundidos resistentes al calor  según la relación de los contenidos de cromo y níquel. Otra manera de clasificarlos es por el orden en que los aleantes están en mayor proporción: Aceros Fe-Cr (grados HA, HC y HD), Fe-Cr-Ni  (grados HE, HF, HH, HI, HK y HL) y Fe-Ni-Cr.( grados HN, HP, HT y HU).

Las superaleaciones  se desarrollaron a partir de los aceros inoxidables austeníticos pero con contenidos de Ni mayores. Son aleaciones base Ni (tipo INCONEL serie 600 y 700), base Fe-Ni (tipo INCOLOY serie 800) y base Co (tipo STELLITE) que se usan generalmente a temperaturas mayores a 540ºC ya que poseen una excelente resistencia mecánica a elevadas temperaturas. Estas aleaciones se emplean, al igual que los aceros inoxidables endurecibles por precipitación, cuando los requerimientos de resistencia a la termofluencia y a la oxidación/corrosión son los más exigentes: industria aeroespacial, turbinas de gas, reactores nucleares, etc.



 
Figura 1.- Clasificación de aleaciones fundidos resistentes al calor  según la relación de los contenidos de cromo y níquel [1]

Referencia:
 [1]    Jiménez, L., Incremento de la vida Útil de los barrotes del Horno de Piroconsolidación de la planta de pellas. 1ra Fase, IIMM-10-022P, Instituto de Investigaciones Metalúrgicas y de Materiales, SIDOR, Diciembre, 2011
Bibliografía:
- Campos, M. Blanco, L, Sicre-Artalejo, J. y Torralba, J, Aceros de baja aleación y alto rendimiento, Rev. Metal. Madrid, 44 (1), Enero-Febrero, 5-12, 2008, ISSN: 0034-8570- Acero para un futuro sostenible, ArcelorMittal, España 2014
- Molina, J., Remache, A. y Santiago, C., , Análisis de la Microestructura del Acero V320 Sometido a Tracción y Torsión luego de un Tratamiento Térmico de Temple Subcero, Revista Infociencia Vol. 10 / 2016, p. 55-62, https://www.researchgate.net/publication/323945761