En la generación de energía a partir de carbón, la erosión severa por partículas y el desgaste abrasivo causados por el carbón, las cenizas volantes y las partículas minerales arrastradas pueden afectar significativamente la vida útil y la confiabilidad de los componentes críticos sometidos a desgaste.
Desde los sistemas de manejo de carbón pulverizado hasta los equipos de manejo de cenizas y procesamiento de gases de combustión, las partículas duras que se desplazan a velocidades elevadas pueden atacar continuamente las superficies expuestas. Con el tiempo, esto puede provocar pérdida de material, cambios dimensionales, disminución del rendimiento de los componentes y mayores necesidades de mantenimiento.
El control de este tipo de desgaste requiere más que simplemente seleccionar un material más duro. Deben considerarse la geometría del componente, las características de las partículas, el ángulo de impacto, la velocidad, la temperatura, las cargas mecánicas y el entorno operativo. Para las aplicaciones adecuadas, los componentes de desgaste de carburo de tungsteno ofrecen una solución de material altamente eficaz para controlar el desgaste abrasivo y erosivo severo.
Durante el manejo del carbón, la combustión y el transporte de cenizas, las partículas de carbón, las cenizas volantes y la materia mineral arrastrada pueden desplazarse a velocidades considerables a través de tuberías, codos, pulverizadores, clasificadores, separadores, válvulas y otros componentes de proceso.
Pueden presentarse simultáneamente varios mecanismos de desgaste:
Las partículas duras que golpean una superficie o se deslizan sobre ella pueden eliminar material mediante mecanismos de corte, rayado y arado. La severidad depende de la dureza, la forma, la velocidad y el ángulo de impacto de las partículas, así como de las propiedades del material del componente.
Los impactos repetidos de las partículas pueden generar esfuerzos localizados y daños progresivos en la superficie. En condiciones suficientemente severas, pueden desarrollarse y propagarse microgrietas, lo que contribuye a la eliminación de material o al desprendimiento localizado.
Muchas aplicaciones de generación de energía implican tanto el impacto de partículas como la abrasión por deslizamiento. Los cambios en la dirección del flujo —particularmente alrededor de codos, restricciones y otras transiciones geométricas— pueden crear zonas localizadas de desgaste acelerado.
Los aceros resistentes al desgaste y las aleaciones fundidas convencionales pueden ofrecer un rendimiento eficaz en muchas aplicaciones. Sin embargo, cuando están expuestos a partículas minerales altamente abrasivas, velocidades elevadas de partículas o combinaciones severas de erosión y cargas mecánicas, su tasa de desgaste puede resultar inaceptable para los componentes críticos.
Esto puede provocar una pérdida progresiva de material y cambios en la geometría funcional del componente, aumentando los requisitos de inspección, mantenimiento y reemplazo.
El carburo de tungsteno cementado es un material compuesto constituido principalmente por granos duros de carburo de tungsteno (WC) unidos mediante un aglutinante metálico, comúnmente cobalto o, para determinadas aplicaciones, sistemas aglutinantes a base de níquel.
Su combinación de alta dureza, resistencia a la compresión y tenacidad dependiente del grado lo hace especialmente adecuado para muchos entornos abrasivos y erosivos severos.
La fase dura de WC proporciona una dureza considerablemente mayor que la de los aceros convencionales y muchas aleaciones comunes resistentes al desgaste. Esta elevada dureza ayuda a resistir el corte, el rayado y la eliminación de material causados por las partículas abrasivas.
En lugar de afirmar que las partículas que impactan siempre se “rompen o rebotan”, es más preciso indicar que la elevada dureza del carburo de tungsteno reduce la penetración y la acción de corte de las partículas abrasivas, lo que ayuda a limitar la pérdida progresiva de material.
El carburo de tungsteno está disponible en una amplia gama de grados. El tamaño de grano del WC, el contenido de aglutinante, la composición del aglutinante y otros parámetros del material pueden ajustarse para equilibrar la dureza y la tenacidad de acuerdo con la aplicación.
Los grados destinados a condiciones de abrasión severa pueden priorizar la dureza y la resistencia al desgaste, mientras que las aplicaciones sometidas a mayores impactos o cargas mecánicas pueden requerir un grado con mayor tenacidad.
Este equilibrio es importante porque seleccionar el grado más duro disponible no necesariamente constituye la mejor solución cuando también existen impactos, vibraciones, condiciones térmicas o cargas complejas.
Debido a que el carburo de tungsteno puede proporcionar tasas de desgaste muy bajas en aplicaciones correctamente seleccionadas, las superficies críticas sometidas a desgaste pueden conservar su geometría funcional durante periodos más prolongados.
Esto es particularmente importante para los componentes en los que los cambios dimensionales afectan las holguras, las características del flujo, las superficies de sellado, la alineación o la estabilidad del proceso.
Por lo tanto, mantener la geometría crítica puede ayudar a conservar la función del componente y reducir la frecuencia de ajustes o reemplazos.
Dependiendo del diseño del equipo y de las condiciones operativas, el carburo de tungsteno puede utilizarse o incorporarse en diversos componentes críticos sometidos a desgaste relacionados con el manejo de carbón y cenizas volantes, entre ellos:
La solución adecuada puede incluir un componente de carburo sólido, insertos de carburo integrados mecánicamente en un conjunto de mayor tamaño u otras configuraciones de ingeniería, dependiendo del tamaño, las cargas, la geometría y los requisitos de costo del componente.
La principal ventaja del carburo de tungsteno no es simplemente su mayor dureza. Su valor proviene de la capacidad de prolongar la vida útil de los componentes críticos sometidos a desgaste cuando el grado del material y el diseño del componente se adaptan correctamente al entorno operativo.
Una mayor resistencia a la abrasión y a la erosión por partículas puede prolongar significativamente los intervalos de reemplazo en comparación con los materiales convencionales en aplicaciones adecuadas de desgaste severo. La mejora real depende de las condiciones operativas, el grado de carburo, el diseño del componente y el material que se sustituya.
Aunque los componentes de carburo de tungsteno pueden tener un costo inicial superior al de las alternativas convencionales de acero o aleaciones fundidas, los intervalos de reemplazo más prolongados pueden reducir la frecuencia de mantenimiento, el consumo de piezas de repuesto, los requisitos de mano de obra y el tiempo de inactividad durante la vida útil del componente.
Esto puede resultar especialmente valioso cuando el reemplazo requiere un acceso difícil, un desmontaje considerable o la interrupción de la operación continua de la planta.
Un desgaste más lento y predecible puede reducir el riesgo de degradación prematura de los componentes y ayudar a los equipos de mantenimiento a planificar las inspecciones y los reemplazos de manera más eficaz.
En el caso de componentes críticos sometidos a desgaste, esto puede contribuir a mejorar la disponibilidad de los equipos y a establecer una programación de mantenimiento más predecible.
No todos los grados de carburo de tungsteno ofrecen el mismo rendimiento.
Para las aplicaciones relacionadas con carbón y cenizas volantes, la selección del grado debe considerar:
Por lo tanto, es esencial adoptar un enfoque de ingeniería específico para cada aplicación. Un grado de carburo optimizado para la abrasión severa por deslizamiento puede no ser adecuado para un componente expuesto a impactos repetidos de alta energía, ciclos térmicos u otras condiciones de servicio combinadas.
El carbón y las cenizas volantes pueden generar combinaciones exigentes de abrasión, erosión por partículas, cargas mecánicas y desgaste en operación continua dentro de los equipos de generación de energía. Para las aplicaciones correctamente seleccionadas, los componentes de desgaste de carburo de tungsteno proporcionan un medio altamente eficaz para proteger las superficies críticas y prolongar los intervalos de reemplazo de los componentes.
El objetivo no consiste simplemente en sustituir un componente convencional por un material más duro. El control eficaz del desgaste requiere comprender el mecanismo de desgaste dominante, las condiciones operativas, la geometría del componente y el equilibrio necesario entre dureza y tenacidad.
Al adaptar el grado de carburo y el diseño del componente a las condiciones reales de servicio, los operadores de plantas de generación de energía y los fabricantes de equipos pueden reducir las necesidades de mantenimiento relacionadas con el desgaste, prolongar la vida útil de los componentes y mejorar la confiabilidad de los equipos críticos sometidos a desgaste.