¿En qué consiste un balance de materia en laboratorio?
Un balance de materia es un proceso esencial en la ciencia de materiales, en la química, en la física y en diversas industrias. Implica el análisis y la comprensión de las propiedades y del comportamiento de los materiales. Esta caracterización puede abarcar una amplia gama de materiales, desde metales y polímeros hasta cerámicas y biomateriales.
Es esencial para el desarrollo y la optimización de nuevos materiales, para el control de calidad en la producción y para la investigación fundamental en la ciencia de materiales. Permite a los científicos y a los ingenieros comprender en profundidad los materiales, predecir su comportamiento en diferentes condiciones y diseñar productos adaptados a aplicaciones específicas.
Presentación de dos casos de clientes
Así fue como dos industriales de sectores diferentes solicitaron recientemente al laboratorio en el marco de:
- Cliente 1: Identificación de material en una junta tórica
- Cliente 2: Estudio para realizar un balance de materia de tuberías de acero con el fin de evaluar su estado de degradación
¿Por qué hacer un balance de materia?
Un balance de materia es crucial para optimizar los procesos de producción, mejorar la rentabilidad, garantizar el cumplimiento normativo, favorecer una gestión ambiental responsable, asegurar la calidad de los productos y estimular la innovación. Esta herramienta permite a las empresas comprender y controlar mejor el uso de sus recursos, reduciendo así los residuos y aumentando la eficiencia global.
Cliente 1: identificación del material en una junta tórica
Contexto
El cliente recurrió al laboratorio FILAB en el marco de una necesidad de caracterización de material en una junta. Desea confirmar que su junta es de NBR (también llamado caucho nitrilo).
¿Qué técnica de análisis de caracterización decidió aplicar el laboratorio para verificar el material de la junta en esta pericia?
Análisis estructural mediante pirólisis GC-MS
La muestra se coloca en un tubo de cuarzo y luego se introduce en la cámara del pirólisis y se calienta según el programa siguiente:
- De forma instantánea, esto provoca la fragmentación de ciertas macromoléculas (polímeros) y la simple volatilización de las moléculas orgánicas (aditivos, disolventes, monómeros residuales, contaminación...) presentes en la muestra.
- Todos estos fragmentos pirolíticos y todas estas moléculas volatilizadas serán separados por la columna cromatográfica y luego identificados por el detector MS (espectrometría de masas).
- El reconocimiento de fragmentos pirolíticos «trazadores» y la comparación con los obtenidos con matrices conocidas permite la identificación inequívoca de la(s) matriz(ces) polimérica(s) de la muestra.
En este caso, se utilizó para buscar perfiles de picos con el fin de identificar las matrices constitutivas de una muestra.
Los resultados obtenidos ...
Los análisis exhaustivos de FILAB permitieron determinar con precisión que la junta analizada era efectivamente una junta de NBR. Esta información fue esencial para comprender el comportamiento de la junta en su contexto de uso.
Cliente 2: balance de materia de tuberías de acero
Contexto
En este caso, el objetivo de este estudio es realizar un balance de materia sobre tramos de tubería de acero con el fin de evaluar su estado de degradación.
Análisis realizados
Para llevar a cabo este estudio, las técnicas utilizadas son:
- La lupa binocular para realizar observaciones macroscópicas;
- La microscopía electrónica de barrido de emisión de campo acoplada a una microsonda EDX (MEB-EDX) para realizar observaciones y análisis químicos locales semicuantitativos;
- La microscopía óptica para realizar observaciones antes y después del revelado químico.
Para cada una de las muestras, se realiza una interpretación de la zona externa, interna y del núcleo. Así se observa:
Los resultados obtenidos ...
- Para la muestra 1: en la zona externa, las áreas sin recubrimiento parecen estar más afectadas. En la zona interna, la corrosión es generalizada. En el núcleo, no se observa corrosión. En el núcleo, no se observa corrosión
- Para la muestra 2: en la zona externa, las áreas sin recubrimiento parecen estar más afectadas. En la zona interna, corrosión generalizada con zonas más afectadas, potencialmente por un fenómeno de erosión. En el núcleo, no se observa corrosión. En el núcleo, no se observa corrosión
- Para la muestra 3: en la zona externa, las áreas sin recubrimiento parecen estar más afectadas. En la zona interna, la corrosión es generalizada. En el núcleo, no se observa corrosión
Los análisis exhaustivos de FILAB permitieron, en esta situación, establecer un balance detallado del estado de avance de la corrosión de la tubería.
Conclusión del estudio
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Preguntas frecuentes
¿Qué es un balance de materia en los estudios presentados por FILAB?
En este artículo, el balance de materia hace referencia a la caracterización del material o de su estado de degradación. FILAB presenta dos necesidades distintas: confirmar la naturaleza polimérica de una junta y examinar la corrosión de tuberías de acero. Los análisis se eligen en función de la cuestión industrial y, en este caso, no corresponden a un balance de los flujos de entrada y salida de un proceso.
¿Cómo verificar que una junta está fabricada con caucho NBR?
La pirólisis GC-MS permite buscar los fragmentos característicos de la matriz polimérica de una junta. La muestra se calienta y, posteriormente, los productos formados se separan mediante cromatografía y se identifican por espectrometría de masas. En el estudio presentado, la comparación del perfil obtenido con matrices conocidas confirmó la presencia de NBR.
¿Qué técnicas permiten evaluar la corrosión de una tubería de acero?
FILAB combinó la lupa binocular, el MEB-EDX y la microscopía óptica en cortes preparados. Estas técnicas permiten examinar el aspecto de las superficies, la composición local de las zonas alteradas y el estado de la microestructura. En este estudio, las observaciones se realizaron en las caras externa e interna, así como en el núcleo de los tramos.
¿Por qué examinar tanto las superficies como el interior de una tubería?
El examen de varias zonas permite localizar la degradación y valorar su distribución en la muestra. En los tramos estudiados, la corrosión era visible en la superficie interna y en algunas zonas externas, mientras que no se observaba corrosión en el interior del material en las secciones examinadas. Esta distinción contribuye a establecer un estado del material más preciso.
¿Cómo ayuda un balance de materia a tomar una decisión industrial?
Un balance de materia proporciona datos para confirmar un material, examinar una no conformidad u orientar las labores de mantenimiento. En los dos casos presentados, FILAB confirmó el NBR de una junta y describió el avance de la corrosión de unas tuberías. Las decisiones dependen posteriormente de las especificaciones, las condiciones de uso y la representatividad de las muestras.