Tipos de Mantenimiento Industrial y Materiales Metálicos: Guía Completa de Metalurgia y Tratamientos Térmicos

1. ¿Qué es el mantenimiento?

El mantenimiento es el conjunto de acciones necesarias para asegurar que los equipos funcionen correctamente, evitar averías y continuar con las tareas previstas en la planificación.

1.1 Mantenimiento correctivo

El mantenimiento correctivo se realiza cuando ocurre una falla o cuando se opera el equipo con deficiencias, hasta detener el proceso.

1.1.1 Mantenimiento correctivo no planificado

• Suele implicar altos costos, como la reparación de roturas, pérdidas de producción y pérdida de calidad.
• Se origina por una parada imprevista del equipo.

1.1.2 Mantenimiento correctivo planificado

• Se produce cuando detectamos que el equipo no está trabajando como debería.
• Es más económico, más rápido y seguro que el no planificado.
• En ambos casos, la severidad del problema determina si es posible programar una intervención que no afecte el funcionamiento del equipo.

1.2 Mantenimiento preventivo

1.2.1 Mantenimiento sistemático

• Las intervenciones se programan de acuerdo con el tiempo o la producción.
• Tiene un costo elevado por las dudas sobre la periodicidad adecuada.

1.2.2 Mantenimiento predictivo (condicional)

• Es un mantenimiento inteligente, ya que la intervención se realiza solo cuando es necesaria, según la manifestación de la falla.
• Implica un costo de reparación menor.
• Aumenta la productividad.
• Requiere un despliegue de costos elevado.
• Permite la identificación de defectos en desarrollo, el establecimiento de diagnósticos y el análisis de tendencias, para determinar el momento de la intervención y la reparación prevista.

1.3 Metodología 5S

Filosofía japonesa basada en: limpieza, almacenamiento, orden, estandarización (firmado) y educación.

2. Estructuras cristalinas

Los metales presentan una disposición ordenada de átomos que se repite en el espacio de forma infinita.

• CCC (cúbica centrada en el cuerpo): número de coordinación: 8; factor de empaquetamiento: 0,68.
• CFC (cúbica centrada en las caras): número de coordinación: 12; factor de empaquetamiento: 0,74.
• CS (cúbica simple): número de coordinación: 6; factor de empaquetamiento: 0,52.

3. Materiales metálicos y no metálicos

• Metálicos: ferrosos y no ferrosos. Por ejemplo: Ag, Cu, Al.
• Cerámicos: baja conductividad eléctrica y térmica. Por ejemplo: TiO₂, alúmina, arcilla.
• Polímeros: macromoléculas formadas por la repetición de unidades químicas. Por ejemplo: plásticos y caucho.
• Compuestos: formados por 2 o más tipos de los materiales anteriores. Por ejemplo: fibra de vidrio, PVC, madera.

3.1 Materiales metálicos

3.1.1 Metales ferrosos

El mineral de hierro se encuentra generalmente junto con otros elementos, de los que se separa en la planta siderúrgica. El mineral se carga en el alto horno, junto con coque y caliza, que se depositan en capas sucesivas. Se inyecta aire en su interior, lo que ayuda en la combustión del carbón. Al reducirse el mineral, se deposita en la parte inferior del horno el arrabio (hierro fundido) y las impurezas flotan. Mediante aberturas se extraen ambos productos en tiempos diferentes: las impurezas se separan y el arrabio se vierte en moldes denominados lingotes. Después de enfriados, los lingotes se almacenan para tratamientos posteriores.

3.1.1.1 Arrabio

Es una aleación de hierro y carbono que contiene del 2 al 4,5% de carbono. Se obtiene reduciendo el porcentaje de carbono del mineral de hierro.

Fundición gris

• Puede moldearse fácilmente en piezas complejas.
• Se trabaja con facilidad con herramientas de corte.
• Absorbe la mayor parte de la vibración.
• Contiene del 3,5% al 4,5% de carbono.
• Es quebradiza y poco resistente a los choques.
• Aplicación: industria en general.

Fundición blanca

• Es dura y muy difícil de mecanizar, por lo que requiere herramientas especiales.
• Aplicación: piezas que requieren resistencia al desgaste.
• Contiene del 2% al 3% de carbono.

Fundición de hierro dúctil

• Presenta buena ductilidad, claramente visible en sus valores de alargamiento.
• Sus límites de resistencia a la tracción son demasiado altos para la "lista negra" de materiales no recomendados.
• Aplicación: válvulas y productos para usos químicos, cilindros de prensas.

Fundición maleable

• Se deriva de la fundición blanca.
• Presenta facilidad de mecanizado y buena resistencia al choque.
• Aplicación: tuberías, soportes y zapatas de engranajes.

Fundición de grafito compactado

• Dispone de mayor resistencia mecánica, mayor ductilidad y tenacidad.
• Tiene una gran capacidad de amortiguación.
• Aplicación: grandes bloques para motores.

3.1.2 Acero

• Resistencia: esfuerzo máximo soportado.
• Ductilidad: deformación máxima sufrida antes de romperse.
• Tenacidad: energía total absorbida hasta la rotura.
• Dureza: resistencia a la penetración o al rayado.

El acero es uno de los materiales más importantes utilizados en mecánica y en la fabricación de piezas. Se obtiene por reducción del contenido de carbono de la fundición, que varía desde 0,05 hasta 1,7%.

• Puede doblarse.
• Se trabaja con herramientas de corte.
• Puede soldarse.
• Tiene grandes resistencias a la tracción.

Acero al carbono

Los elementos más importantes del acero al carbono son el hierro y el carbono. La cantidad de carbono define su resistencia:

• Bajo carbono: hasta el 0,3% (por ejemplo: chapas para automóviles).
• Medio carbono: del 0,3% al 0,6% (por ejemplo: ruedas y equipos ferroviarios).
• Alto carbono: del 0,6% al 2,1% (alta resistencia y dureza, con alta resistencia al desgaste).

Obtención del acero a partir de la fundición

1. Extracción de hierro (altos hornos): es necesario extraer el carbono y el hierro, y aumentar la temperatura para eliminar las impurezas del metal líquido.
2. Desulfuración: eliminación del azufre del hierro.
3. Desgasificación: eliminación de elementos gaseosos y adición de aleantes.
4. Colada: el acero líquido se convierte en sólido.
5. Conformación: laminación, trefilado y forjado. Así se obtienen los productos comerciales.

Productos comerciales del acero

• Varillas, perfiles, chapas, tubos y cables.

Aceros aleados

Presentan mejor resistencia a la tracción, a la corrosión, elasticidad y dureza. Se les añaden elementos químicos como níquel, cromo, manganeso, wolframio, cobalto, silicio, molibdeno y aluminio. Uso: industria automotriz, petrolera y naval.

Sistemas de clasificación de los aceros

• 1010-10: acero al carbono con 0,1% de carbono.
• Series 11xx: diferentes aleaciones de azufre.
• Series 12xx: diferentes aleaciones de fósforo.

Aceros inoxidables

• Ferríticos
• Austeníticos
• Martensíticos

3.2 Materiales no metálicos

Cobre

Después de la plata, es el metal con mayor conductividad eléctrica y térmica. Presenta excelente conformabilidad y resistencia a la corrosión.

Latón

• Aleación de cobre y zinc.
• Buena resistencia mecánica y a la corrosión.
• Demanda: cartuchos, grifería, medallas, entre otros.

Bronce

• Aleación de cobre con otros elementos distintos del zinc.
• Aplicación: tornillos, fuentes, entre otros.

Aluminio

• Baja densidad y resistencia a la corrosión.
• Aplicación: industria mecánica.

4. Tratamientos térmicos

Consisten en calentar y enfriar un metal, de forma controlada, para modificar sus propiedades mecánicas. La velocidad de enfriamiento también influye.

Temple

Consiste en calentar el acero, mantenerlo a temperatura y enfriarlo rápidamente en aceite, agua o aire.

• Ventajas: aumenta la dureza y la resistencia mecánica, pero disminuye la ductilidad y la tenacidad.

Revenido

Tiene como objetivo reducir la fragilidad que provoca el temple. Consiste en calentar nuevamente la pieza templada a una temperatura inferior y enfriarla.

• Ventajas: aumenta la ductilidad y la tenacidad.

Recocido

Elimina la dureza producida por tratamientos anteriores. Consiste en calentar, mantener la temperatura y enfriar lentamente.

Cementación

Es un tratamiento superficial que consiste en aumentar el porcentaje de carbono en una capa delgada de la superficie exterior de la pieza. Las partes exteriores adquieren mayor dureza, mientras que las interiores permanecen sin alteraciones. Se aplica a aceros de bajo carbono, que se calientan junto con un material rico en carbono; al alcanzar alta temperatura, absorben carbono.

Nitruración

Consiste en calentar el acero a una temperatura determinada en presencia de nitrógeno. Tras cierto tiempo se obtiene una capa superficial fina y muy dura.

5. Otros materiales

Empaquetadura hidráulica: fibra compuesta y elastómeros. Se utiliza en tuberías de vapor saturado, agua fría, hidrocarburos, solventes químicos y productos afines.