Corrosión en equipos de transporte vertical

Una mirada al impacto en los componentes

Por el Dr. Michael Davies

Los ascensores y las escaleras mecánicas funcionan en muchos entornos diferentes, algunos de los cuales son potencialmente corrosivos, como los marinos o los industriales pesados. En estas aplicaciones, los materiales normales de los ascensores no son apropiados y se necesitan materiales de construcción diferentes. En el caso de los ascensores que funcionan en edificios comerciales o residenciales, es poco probable que las construcciones estándar estén sujetas a corrosión en condiciones normales. Si hay agua presente, por ejemplo, en los fosos de los ascensores, es más probable que se produzca corrosión general o por picaduras. Hay algunas áreas en los ascensores residenciales o comerciales en las que se puede esperar corrosión y es necesario detectarla y prevenirla. 

Formas de corrosión

Las formas de corrosión que se pueden encontrar incluyen:^{[ 1 ]} 

• General: ataque que se distribuye más o menos uniformemente sobre la superficie.  
• Electroquímico: en el que áreas separadas se vuelven anódicas y catódicas en presencia de un electrolito y transfieren electrones entre ellas. 
• Picaduras: ataque local en forma de cavidades. 
• Fretting: daño en la interfaz de dos superficies en contacto bajo carga. 
• Desgaste: probablemente corrosión por contacto en los cables del ascensor.
• Óxido: producto de corrosión, principalmente óxido de hierro hidratado sobre metales a base de hierro.

Corrosión de los componentes del ascensor

Cuerdas de alambre

Como los cables de acero suelen utilizarse en entornos de trabajo relativamente severos, como entornos exteriores y marinos, se produce corrosión debido a las reacciones con el medio ambiente.^{[ 2 ]} La corrosión de los cables de acero se puede clasificar en dos categorías.^{[ 3 ]} La primera es la corrosión general debido al contacto con el aire, que da lugar a la corrosión química y a la corrosión electroquímica. La corrosión química se produce cuando el cable de acero se expone a un entorno ácido, y la corrosión electroquímica se produce en un entorno de aire húmedo. El segundo tipo es la corrosión localizada, como la corrosión por picaduras, por la que se producen agujeros o cavidades en el lugar donde se rompe y se desprende cualquier revestimiento. Las picaduras de corrosión pueden profundizarse gradualmente en la superficie del cable de acero, lo que da lugar a la concentración de tensiones, el agrietamiento por fatiga y la disminución de la resistencia y la flexibilidad. La concentración de tensiones acelerará la extensión de las grietas y, finalmente, dará lugar a una rotura mecánica.

Los cables de acero se presentan en una amplia gama de diseños y materiales de núcleo según la aplicación específica. Los cordones de acero exteriores también tienen diferentes configuraciones, pero todos los cables de acero están sujetos al desgaste y pueden sufrir corrosión por contacto. La corrosión por contacto se define como el deterioro en la interfaz de dos superficies en contacto bajo carga, acelerado por el movimiento relativo entre ellas de amplitud suficiente para producir deslizamiento.^{[ 1 ]} Esto ocurre habitualmente, aunque no exclusivamente, en condiciones secas, a menudo a temperaturas algo elevadas. Este daño puede ir acompañado de una mayor pérdida de metal cuando las partículas de desgaste se oxidan y aumentan el desgaste al actuar como abrasivo. Diferentes combinaciones de metales tienen mayor o menor resistencia al desgaste por frotamiento; por ejemplo, el acero sobre acero tiene una baja resistencia al frotamiento por frotamiento en condiciones secas.^{[ 4 ]}

El desbaste en el mundo de la corrosión se refiere a la presencia de una capa superficial de óxido en el acero inoxidable en presencia de agua u otros medios acuosos.^{[ 5 ]} El óxido rojo está compuesto de óxido o hidróxido de hierro, pero también puede contener óxidos de cromo, níquel y molibdeno. Esta capa puede proceder de fuentes externas o de la destrucción de la capa pasiva del acero inoxidable.^{[ 6 ]} La variación de color es resultado del tipo de óxido/hidróxido/carbonato y de las variaciones en el agua de hidratación asociada con los productos de corrosión. Estos colores varían de naranja a rojo y negro.

En el mundo de los ascensores, el término «rouging» se utiliza para describir lo que probablemente sea corrosión por contacto.^{[ 7 ]} Independientemente del término que utilicemos, el efecto perjudicial sobre el cable es el mismo y la acción correctiva necesaria también es la misma. El desbaste se muestra en la Figura 1. Es probable que los residuos del desbaste sean tan perjudiciales para los perfiles de las poleas como para los cables de acero.  

La formación de rugosidad no necesita humedad, es causada por el movimiento y la abrasión entre los alambres de la cuerda.^{[ 3 ]} Las presiones del sistema durante el funcionamiento generan partículas muy pequeñas alrededor de la superficie metálica y estas comienzan a oxidarse. El desgaste se debe generalmente a la falta de lubricación. La lubricación en campo no restaura el cable a su estado inicial. Cualquier daño ya se ha producido. La detección del desgaste es importante, ya que reduce la cantidad de roturas de cable permitidas. Consulte la Figura 2.

Para evitar el desgaste o el roce, todas las partes del cable de acero deben mantenerse lubricadas para reducir la fricción.^{[ 6 ]} Durante la fabricación de cables de acero, los alambres y las hebras se lubrican y un cable nuevo contiene aproximadamente un 1.2 % en peso de lubricante. A medida que el cable en funcionamiento aumenta el número de ciclos, exuda lubricante a su superficie. Experimentalmente, un cable de acero pierde aproximadamente un 0.12 % en peso de lubricante cada 100,000 ciclos. La relubricación es necesaria para trabajar en condiciones óptimas y prolongar la vida útil de los cables y las poleas. La frecuencia de la relubricación depende en gran medida de las condiciones ambientales y de instalación, como la temperatura, la humedad, la velocidad de elevación y la presión del cable.

Es importante conocer la cantidad adecuada de lubricante que debe tener un cable de acero. Una cantidad menor de lubricante provoca un aumento de la temperatura, un desgaste excesivo de los cables y un aumento del desgaste. Se debe evitar un exceso de lubricante, ya que provoca el deslizamiento del cable sobre las poleas, un efecto indeseable que se puede observar en las poleas de transmisión durante la aceleración y la desaceleración. Los cables con alma de fibra natural son ventajosos frente a los cables con alma de acero, ya que la fibra natural retiene más lubricante que el acero (10-15% en peso); el alma de fibra natural actúa como autolubricante. Al operar, los cordones compactan el alma de fibra y esta presión comienza a liberar lubricante, lo que es beneficioso para el funcionamiento del sistema.

Si hay evidencia de desgaste en el cable, se deben verificar los espacios entre los cordones y el diámetro del cable. Si la reducción es menor al 4 %, se puede frenar una mayor reducción del diámetro mediante una nueva lubricación. Cuando el diámetro se reduce en más del 6 %, generalmente se indica un cambio de cable. El lubricante utilizado debe ser uno especialmente formulado para cables de acero utilizados en ascensores, debe poder penetrar en los cordones, ser duradero y, a menudo, contener inhibidores de corrosión. 

El óxido en la superficie del cable (Figura 3) es una indicación externa segura de la presencia de humedad en el hueco del ascensor.^{[ 9 ]} La corrosión externa disminuirá la resistencia a la rotura del cable al reducir el área de la sección transversal metálica y acelerará las roturas por fatiga del cable al crear irregularidades en la superficie. La oxidación intensa en los núcleos de cables de acero independientes (IWRC) y en los cables de núcleo mixto también debe generar inquietudes sobre la presencia de oxidación interna (que no se puede ver directamente), ya que es una indicación de que se ha dañado la lubricación que llena las superficies internas entre los cordones de alambre y el núcleo.

En condiciones de humedad, puede producirse corrosión electrolítica externa, que puede verse agravada por el desgaste interno. La humedad en el hueco puede proceder de muchas fuentes, como el agua de lluvia o las fugas en las tuberías. Los contaminantes en el hueco del ascensor también pueden aumentar la corrosión húmeda de los cables y otros componentes del ascensor. Algunos ejemplos son las atmósferas marinas, la contaminación, los productos químicos industriales, etc. En estos casos, se necesitan materiales de construcción específicos, como aceros inoxidables u otras aleaciones resistentes a la corrosión o componentes galvanizados.

Cilindros hidraulicos

Los elevadores hidráulicos de tipo perforado están equipados con un cilindro hidráulico enterrado que alberga el aceite y el pistón.^{[ 10 ]} El cilindro está enterrado directamente debajo del ascensor y se extiende por debajo del piso del foso a una profundidad apenas mayor que el recorrido total del ascensor. Los cilindros enterrados expuestos tienen el potencial de corroerse y, posteriormente, tener fugas. El riesgo de corrosión del cilindro enterrado depende en gran medida de las condiciones locales del suelo. Por lo tanto, es imposible predecir con algún grado de certeza el momento o la probabilidad de una posible corrosión futura del cilindro en un sitio determinado. La corrosión y las fugas del cilindro no solo resultan en la contaminación del suelo, una preocupación ambiental obvia, sino que también introducen la posibilidad de poner en peligro a los pasajeros. Se han documentado casos en los que los cilindros fallaron debido a la corrosión, lo que provocó la caída libre del ascensor al foso. 

Los cilindros enterrados en el suelo deben protegerse de la corrosión mediante uno de los siguientes métodos:^{[ 11 ]}  

1. Seleccionar materiales de construcción inmunes a las condiciones establecidas.
2. El cilindro está revestido de un material que rodea completamente la superficie externa y es inmune a las condiciones indicadas, por ejemplo, PVC. 
3. El cilindro está protegido por un sistema de protección catódica cuidadosamente monitoreado.
4. El cilindro está protegido por un medio que proporciona un nivel de inmunidad no inferior al proporcionado por los métodos anteriores. 

La protección catódica es el proceso de mantener el potencial electroquímico del metal en una región donde se evita la corrosión. La protección se logra convirtiendo el metal a proteger en el cátodo de la celda electroquímica mediante la aplicación de corriente o conectándolo a un ánodo de sacrificio. Ambos métodos necesitan monitoreo y mantenimiento para garantizar una protección continua. 

Existen dos tipos de cilindros enterrados: de fondo simple (sin mamparo de seguridad) y de fondo doble (con mamparo de seguridad). Antes de 1977, aproximadamente, en Canadá, el Código de seguridad CSA-B44 para ascensores y escaleras mecánicas no exigía que los cilindros hidráulicos tuvieran un mamparo de seguridad. Con un mamparo de seguridad, cuando se produce una falla en la parte inferior del cilindro, este se diseña de modo que el aceite salga de la cavidad principal del cilindro lentamente y de manera controlada, a través de un pequeño orificio. El mamparo de seguridad no elimina la posibilidad de una falla catastrófica del cilindro. En 1992, en Canadá, se modificó el código de seguridad para exigir que todas las nuevas instalaciones de cilindros hidráulicos tuvieran protección contra la corrosión mediante un revestimiento de plástico (PVC) o un medio equivalente. 

Por lo tanto, todos los cilindros hidráulicos instalados antes de 1992 aproximadamente en Canadá corren el riesgo de sufrir corrosión, y los instalados antes de 1977 aproximadamente plantean un posible riesgo de seguridad adicional si no están equipados con un mamparo de seguridad. La corrosión puede provocar una fuga lenta o una falla en la parte inferior del cilindro con resultados catastróficos, como se mencionó anteriormente.

En Canadá, la protección catódica fue popular a fines de la década de 1980 y principios de la década de 1990, pero desapareció lentamente cuando los cilindros encapsulados en PVC se volvieron populares y fáciles de instalar.^{[ 12 ]} Además, los consultores de ascensores prefirieron el PVC a la protección catódica porque no requiere mantenimiento. Cuando se armonizaron el código de ascensores estadounidense ASME A17.1 y el código canadiense CSA B44 alrededor de 2002, la protección catódica se volvió no solo aceptable, sino también equivalente, siempre que el dispositivo catódico se mantuviera de manera regular.

Fosos de ascensor

Uno de los problemas más comunes en los fosos de ascensores son las filtraciones de agua.^{[ 13 ]} Cuando el agua se filtra en el foso de un ascensor, las consecuencias pueden ser desastrosas. El agua puede filtrarse en el foso del ascensor a través del fondo o de las paredes del foso. Esto suele ocurrir en edificios con cimientos con filtraciones, especialmente debido a grietas en el hormigón. El riesgo de filtración de agua también es mayor en zonas donde el nivel freático es alto, el paisaje circundante está mal nivelado y el terreno está mal drenado. El agua que se encuentra en el foso del ascensor puede afectar al mecanismo de elevación y a los sistemas eléctricos, lo que puede provocar averías en el ascensor. El agua en el foso del ascensor también puede provocar la corrosión de algunas piezas, especialmente las de acero. Consulte las figuras 4 y 5. 

Los fosos de los ascensores deben protegerse de la entrada de agua, pero también necesitan un drenaje adecuado y bien mantenido. Los fosos deben supervisarse periódicamente para garantizar que se mantengan secos.  

Cabinas

Otro ámbito de riesgo crítico y de seguridad es la corrosión bimetálica (corrosión galvánica).^{[ 14 ]} Se trata de un proceso electroquímico en el que un metal se corroe preferentemente cuando está en contacto eléctrico con otro, en presencia de un electrolito. Es más habitual cuando un marco de puerta de acero se coloca directamente sobre un umbral de aluminio sin una barrera entre la sección de acero, los pernos de fijación y el umbral de aluminio. Este tipo de corrosión es difícil de notar pero, si existe, afectaría a la resistencia general del conjunto de la puerta. 

Las cabinas libres de corrosión están disponibles como primera instalación o como reequipamiento. Estas se basan en el uso de materiales resistentes a la corrosión, como acero inoxidable, plásticos, etc., para revestir las paredes de las cabinas. La corrosión de las paredes y los accesorios de la cabina suele provocar daños estéticos en lugar de fallas estructurales. 

Ejemplos de corrosión en ascensores industriales

Las escaleras mecánicas industriales pueden tener forma de cintas móviles o de cangilones suspendidos y pueden estar expuestas a condiciones de corrosión y desgaste muy severas, a menudo al aire libre. Algunas empresas de ascensores ofrecen ascensores a prueba de corrosión para soportar condiciones industriales difíciles.^{[ 15 ]} Estos dependen de una combinación de diseño y materiales. Los elevadores que transportan materiales cáusticos, como carbón, yeso sintético o cenizas volantes, donde es probable o está presente una corrosión agresiva, necesitan materiales de construcción adecuados.^{[ 16 ]} Se pueden utilizar aceros inoxidables martensíticos tratables térmicamente para construir los pasadores y/o bujes de la cadena. Además, existen sellos o tratamientos de superficie disponibles para limitar aún más la corrosión.

Elevadores de cemento

Un ejemplo específico de ascensor industrial es el que transporta cemento a granel. Estos ascensores pueden sufrir condiciones de inundación, desgaste por rozamiento, desgaste por fricción, abrasión, corrosión y sobrecarga.^{[ 17 ]} Con frecuencia, se observan condiciones de corrosión extrema en elevadores de granos, cal, carbón y fosfato. Es posible que se necesiten pasadores y muñones de acero inoxidable con tratamiento térmico específicos para el diseño de ingeniería para soportar estas condiciones. 

Ascensores marinos

Los elevadores marinos también se construyen utilizando materiales y diseños especiales para adaptarse a las duras condiciones a bordo, como clima adverso, humedad, balanceo, cabeceo, etc.^{[ 18 ]} Los ascensores marinos suelen tener una capacidad de carga de 500 a 800 kg y una capacidad de pasajeros de cinco a seis personas. El armazón del ascensor está hecho de acero inoxidable con material de refuerzo para soportar la carga nominal. Se proporciona una placa de acero de espesor suficiente y una lámina de vinilo para el piso de la jaula. El cable de acero está hecho de acero dulce y el cable del ascensor tiene alambres de reforma (cables de acero galvanizados). 

Elevadores de minas

Se encontró un problema con una de las siete cuerdas de suspensión en una mina de carbón.^{[ 19 ]} El elevador transportaba a los mineros dentro y fuera de la mina, y los cables habían estado en servicio durante sólo 2-3/4 años. El cable que mostraba la pérdida era brillante (alambres sin revestimiento), y los otros seis cables estaban galvanizados y no estaban corroídos. La degradación experimentada por un cable es típica de los cables de elevadores de minas expuestos al aire fresco y húmedo que ingresa al pozo de entrada, que es atravesado por el elevador. Las partes de los cables sobre el carro están expuestas directamente al aire húmedo cuando el carro está estacionado en la superficie la mayor parte del tiempo. Con el tiempo, los cables galvanizados pierden su revestimiento protector y se corroen, pero este proceso lleva mucho más tiempo que con los cables brillantes. 

Se probó un conjunto de seis cables de suspensión en una planta de preparación de carbón. Los cables estuvieron en servicio durante 4 años y 2/3. Se observó que goteaba agua sobre los cables sobre la polea de tracción. El agua penetró en los cables porque los cordones de cada cable se separaron ligeramente al descansar sobre la polea. La penetración se produjo en diferentes lugares de los cables, ya que el automóvil estaba estacionado en diferentes lugares. 

Escaleras mecánicas

Existen muchos tipos diferentes de escaleras mecánicas, que suelen estar formadas por pasillos móviles planos o inclinados, accionados desde abajo por complejos mecanismos de cadena de transmisión, que a menudo se descuidan. Pueden estar en el interior de edificios o en el exterior, donde es más probable que haya problemas de corrosión y es necesario tenerlos en cuenta mediante el diseño y la selección de materiales. 

Las escaleras mecánicas se pueden utilizar para transportar personas o bienes industriales. Las escaleras mecánicas para pasajeros pueden ser vulnerables a la corrosión causada por bebidas azucaradas, humedad excesiva, arenilla y sal, y la acumulación de otros desechos y suciedad.^{[ 20 ]} Un ejemplo de esto son los problemas que presentan las escaleras mecánicas del metro de la Ciudad de México.^{[ 21 ]} Han tenido numerosas averías, lo que ha provocado que 22 de las 467 escaleras mecánicas estén fuera de servicio en un día cualquiera. Al parecer, los usuarios orinan en las escaleras mecánicas en horas de menor tráfico en estaciones poco transitadas, y la orina penetra y corroe las ruedas motrices y los mecanismos. 

Al igual que los ascensores, pueden sufrir una corrosión importante por la entrada de agua (véase la Figura 6). Es necesario tomar medidas para evitarlo y realizar inspecciones periódicas. 

Los marcos de las escaleras mecánicas cercanas al océano en Nueva Delhi fueron galvanizados por inmersión en caliente para protegerlas contra la corrosión. El entorno costero puede ser muy corrosivo y la durabilidad del galvanizado era la única opción para garantizar la longevidad en un entorno hostil y una zona de mucho tráfico.^{[ 22 ]}

Conclusiones

Si bien la corrosión no es un problema común en los sistemas de transporte vertical, si está presente, puede tener consecuencias importantes para el funcionamiento y la seguridad del equipo. Es importante especificar los materiales de construcción adecuados para las condiciones de funcionamiento reales. Cuando sea necesario, como en el caso de los cables de los ascensores, se debe realizar una lubricación correcta y regular para evitar el desgaste por rozamiento. 

Es importante incluir inspecciones y pruebas de corrosión de manera periódica, especialmente porque no toda la corrosión es inmediatamente evidente mediante un examen visual. También es importante evitar la entrada de agua en el sistema de ascensores o escaleras mecánicas, que puede iniciar o exacerbar un ataque corrosivo. 

Referencias

[1] RS Treseder (ed.) “Libro de referencia del ingeniero de corrosión de NACE”. 2.ª edición (1991) pág. 7-22.

[2] Zhiqian Ren, Zhiqiang Lu, Qiong Yu, Yun Jiang, “Análisis de fallas y protección de seguridad de un cierto tipo de cables de acero bajo cargas de impacto de alta velocidad”, MATEC Web of Conferences 142, 03001 (2018) págs. 1-8.

[3] Anónimo, “Cuerdas de ascensores: instalación y mantenimiento”, IPH SAICF (2016) pág. 5

[4] LR Davis (ed.) “Corrosión: comprensión de los conceptos básicos”, ASM International (2000), págs. 149-151.

[5] Paul K. Whitcraft, “Cuestiones materiales en la industria farmacéutica”, en Vol 13C. Corrosión: entornos e industrias, ASM International (206) pág. 812.

[6] corrosión-doctors.org/MatSelect/rouging.htm 

[7] John Childs, “Lift Wire Rope”, Plant Engineer, marzo/abril (2009), págs. 8-9.

[8] Anónimo, “Cables de acero en ascensores”, Pfeiffer Drako, septiembre (2019) pág. 30. 

[9] Martin Rhiner, “Cuerdas mojadas equivalen a cuerdas muertas”, ELEVATOR WORLD Educación continua. En KJA Descripción técnica de componentes (2020)

[10] Anónimo, “Informe de inspección de ascensores y montacargas: evaluación del estado”, Rev A GUNN Proj. No. 1-4655, Gunn Consultants Inc., agosto (2015), pág. 9.

[11] Ben Abbaspour, “Ingeniería de ascensores”, ELEVATOR WORLD, (2013) pág. 238.

[12] Farid, solucore.com/blog/Cathodic_Protection_on_Hydraulic_Elevators

[13] Anónimo, “Problemas causados ​​por filtraciones de agua en el foso de un ascensor”, foundation-crack-exeprt.com (2020) 

[14] Roger Howkins, “Retos de la modernización de ascensores”, Arup, (sin fecha) pág. 11-3.

[15] Anónimo, “Ascensores a prueba de corrosión”, Pakistan Elevators Engineers (2022) paklifts.com/elevators/corrosion-proof-elevators/ 

[16] Anónimo, “Soluciones de Tsubaki preparadas para el entorno abrasivo y hostil de la industria del cemento”, (2021) tsubaki.eu/news/2021/01/soluciones-tsubaki-listas-para-el-entorno-abrasivo-y-duro-de-la-industria-del-cemento 

[17] Ray Hensley, “Elevator Know-How”, Renold Jeffrey, reimpreso de World Cement, mayo (2017) 4 págs.

[18] Mayur Agarwal, “Una guía para ascensores marinos: construcción, dispositivos de seguridad y mantenimiento”, Marine Insight, 10 de julio (2019) 

[19} Dennis N. Poffenroth, “Pruebas no destructivas de suspensiones de ascensores y cables reguladores”, ELEVATOR WORLD, abril (1996), págs. 73-75. 

[20] James White, “Superando el desafío de las escaleras mecánicas”, 25 de noviembre (2016) cleaning-matters.co.uk

[21] Anónimo, “Subway dice que la 'corrosión debida a la orina' provoca averías en las escaleras mecánicas”, Associated Press, 15 de enero (2022).

[22] Anónimo, “Escaleras mecánicas KONE”, Asociación Estadounidense de Galvanizadores (2005) galvanizeit.org/project-gallery/kone-escalators