GOLDEN, CO — CoorsTek es líder mundial en cerámicas técnicas, materiales que presentan una elevada resistencia a la degradación mecánica, química, eléctrica y térmica. Sus aplicaciones abarcan numerosos sectores, entre los que se incluyen el aeroespacial y de defensa, el químico, el electrónico, el energético, el médico y el de los semiconductores.
En 2019, CoorsTek inauguró su Centro de Materiales Avanzados (CCAM) en Golden, Colorado. Este centro aúna un centro de investigación y desarrollo, un laboratorio analítico y una planta de fabricación de materiales. La misión del CCAM es acelerar la producción de cerámicas comerciales utilizando las últimas tecnologías.
Su área de fabricación se dedica al manejo de alúmina (óxido de aluminio, Al₂O₃), que alcanza un 9 en la escala de dureza de Mohs, justo por debajo del diamante. «Es extremadamente abrasiva», afirma Andrew Harm, ingeniero de procesos de CoorsTek, que dirigió la puesta en marcha de los ocho sistemas de transporte neumático de CCAM. Estas líneas de fase diluida se construyeron para transportar la alúmina entre las distintas operaciones, desde la descarga de los vagones hasta la mezcla, la molienda, el secado por pulverización y el almacenamiento. Lamentablemente, los codos de los sistemas de transporte no pudieron hacer frente a la abrasividad de la alúmina.
«No creo que se haya explicado con claridad lo abrasivos que son nuestros materiales», afirma Harm. «En muy poco tiempo empezaron a hacer agujeros en los codos». En algunos casos, los codos fallaban tras manipular tan solo entre 20 000 y 30 000 lb (9 100 y 13 600 kg) de alúmina. «Nuestro lote tiene un peso de 100 000 lb (45 400 kg), por lo que se trataba de un problema considerable para nosotros».
Además del tiempo de inactividad, el desgaste prematuro provocó la contaminación del producto con hasta 150 ppm de hierro magnético procedente del desgaste de las tuberías y los codos. «Nos preocupa la presencia de hierro en nuestros materiales, especialmente en los destinados a la industria de los semiconductores y al sector de la defensa», afirma Harm. «La composición química y la pureza son extremadamente importantes».
Evitar que la alúmina abrasiva golpee la pared del codo
Los revestimientos cerámicos de los codos originales tenían una dureza según la escala de Mohs de tan solo 5 a 6. A medida que se iban desgastando, Harm y su equipo probaron otros tipos de codos. Los que resultaron más eficaces fueron los codos de desviación SmartElbow® de HammerTek Corp.
Estos codos especiales cuentan con una cámara de vórtice esférica que sobresale del ramal de entrada. A medida que el material entra en el codo, una parte del flujo se desvía automáticamente hacia la cámara de vórtice, donde forma una masa poco compacta que gira lentamente en la dirección del flujo. Esto desvía suavemente las partículas entrantes alrededor del codo. Dado que parte del material se filtra continuamente fuera de la cámara a medida que entra material nuevo, la masa giratoria de material se repone constantemente. Además, el material sale de manera uniforme por toda la salida del codo sin deslizarse a lo largo del radio exterior, como ocurre con los codos de barrido.
Aunque los codos de desviación son inicialmente más caros que otros modelos que Harm probó, como las T ciegas, redujeron los costes y mejoraron la calidad. «Los codos de desviación se desgastan muy poco, por lo que no se transfiere ese metal a nuestro producto. Eso por sí solo ya nos basta para justificar el coste». La eliminación de las fugas, el desorden y los paros no programados fue una ventaja añadida. «También podemos justificarlo desde un punto de vista puramente de fabricación», afirma Harm.
Sustitución preventiva de los codos de barrido
CoorsTek instaló inicialmente los codos de desviación por fases, tras poner en marcha cada sistema de transporte, y los codos originales se desgastaron. «Lo hicimos así con un par de sistemas, pero cuando empezamos a poner en marcha el quinto o sexto sistema, nos lanzamos a por todas», afirma Harm. «Esperar [a que se produjera una avería] provocaba demasiados paros imprevistos. Si ya tienes la pieza a mano y lo tienes previsto, el tiempo de sustitución es mínimo, quizá media hora».
Sin embargo, sustituir los codos de difícil acceso requiere más tiempo y planificación. Los más difíciles fueron los codos situados en lo alto de los silos exteriores de CCAM, de 90 pies de altura (27,4 m). Se tardó dos días y fue necesario alquilar una grúa y montar un andamio especial, pero no había otra alternativa, afirma Harm. «No podemos dejar que nuestro material se disperse al aire libre».
Esas fueron las últimas de las 65 curvas «Smart Elbow» que instaló CoorsTek. Algunas de las curvas son de hierro fundido, pero la mayoría están fabricadas con HammerLoy™ de HammerTek, un material más resistente a la abrasión.
Reducir la caída de presión entre la mitad y un tercio
Además de evitar la contaminación y las fugas, los codos de desviación redujeron la caída de presión. «Con los codos en T ciegos, se produce una caída de presión de entre 0,2 y 0,3 psi (1,38 y 2,1 kPa) a lo largo del propio codo. Con los codos HammerTek, la caída es de aproximadamente 0,1 psi (0,69 kPa)», afirma Harms. «Es una diferencia bastante significativa. Si utilizáramos cuatro o cinco de esos otros codos, podría suponer una caída de presión del 20 % solo en los codos. El caudal podría reducirse tanto que no podríamos hacer pasar el material».
El rendimiento de los ocho sistemas oscila entre las 4.000 y las 20.000 lb (entre 1.800 y 9.000 kg) por hora. La longitud de las líneas de transporte oscila entre 80 y 300 pies (24,4 y 91,4 m) y el diámetro de las tuberías es de 4, 5 o 6 pulgadas (100, 125 o 150 mm). En el extremo de descarga, la velocidad del material puede superar las 100 mph (161 km/h).
El codo más antiguo de HammerTek, instalado hace dos años, sigue funcionando correctamente. En zonas no críticas, CoorsTek todavía cuenta con algunos racores en T ciegos y curvas con estructura de doble pared. «Si podemos arreglárnoslas sin tener que sustituirlos, estupendo», afirma Harm. «Pero en cuanto falle uno de ellos, los cambiaremos también».
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