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SISTEMAS DE PINTURAS PARA PLATAFORMAS MARINAS

Carlos A. Giudice INTRODUCCIÓN La industria de las estructuras offshore se ha expandido significativamente en las últimas décadas, debido a que las demandas particulares vinculadas con las técnicas para limpieza de superficies de acero, métodos de pintado y protección anticorrosiva-antifouling han alcanzado importantes desarrollos tecnológicos. La valiosa experiencia alcanzada en la industria naval sobre pinturas marinas fue esencial para el desarrollo de sistemas protectores eficientes aplicados en estructuras offshore.

En lo referente a las características operativas de estas estructuras, los principales requerimientos involucran un adecuado diseño para proyectar su operación en medios hostiles por lapsos prolongados y la exigencia de un tiempo mínimo de mantenimiento dado los altos costos involucrados en dichas operaciones. Resulta oportuno mencionar que ellas requieren muchos servicios especiales, Figuras 1 y 2.

Estabilización y cobertura de cañerías con rocas en el lecho marino, previo a la

instalación de la plataforma

Figura 1. Cañerías submarinas

Entre las estructuras offshore están las relacionadas con la exploración y extracción de petróleo. El primer caso requiere el empleo de algunas de las siguientes estructuras: tipo semi-sumergible, aquéllas provistas de patas que se apoyan en el lecho marino y finalmente las flotantes, Figuras 3 a 8.

En una misma estructura se pueden reconocer diversas zonas que están expuestas a diferentes condiciones del medio ambiente.

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Caracterización del lecho marino, dragado, tendido de cables, determinación de corrientes marinas, etc.

Figura 2. Servicios especiales para estructuras offshore

Figura 3. Secciones de una estructura semisumergible

INTERIOR,�ÁREAS EXPUESTAS

ZONA DE BARROS

CUBIERTA PRINCIPAL Y

PLATAFORMA PARA HELICÓPTEROS

SOPORTES DE CAÑERÍAS

ZONA INFERIOR A LA LÍNEA DE FLOTACIÓN

INTERIOR, ÁREAS NO EXPUESTAS

ZONA DE ALTA TEMPERATURA

(aprox. 400 ºC)

ZONA DE MÁQUINAS

SUPERFICIES GALVANIZADA

S ESPACIOS VACÍOS

TANQUES (agua potable, de refrigeración y de

lastre; fuel oil)

ZONA SUPERIOR A LA LÍNEA DE FLOTACIÓN

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Figura 4. Vista aérea de una estructura semisumergible

Figura 5. Principales zonas de una estructura jack up

UNIDADES ELEVADORAS (EXTERIOR)

ZONA DE CAÑERÍAS

ZONA DE BARROS

ZONA DE MÁQUINAS

SUPERFICIES GALVANIZADAS

INTERIOR, ÁREAS EXPUESTAS

SUPERFICIES EXTERIORES PRINCIPALES

CUBIERTA EXTERIOR Y PLATAFORMA PARA

HELICÓPTEROS

ZONAS DE ALTAS TEMPERATURAS

TANQUES

ESPACIOS VACÍOS

INTERIOR, ÁREAS NO EXPUESTAS

PATAS

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Figura 6. Vista aérea de una estructura jack up

Figura 7. Secciones principales de una estructura flotante

INTERIOR, ÁREAS EXPUESTAS

INTERIOR, ÁREAS NO EXPUESTAS

SUPERFICIES GALVANIZADAS

ZONA DE BARROS

ESPACIOS VACÍOS

ZONA DE MÁQUINAS

TANQUES (interior)

ZONA DE ALTA TEMPERATURA

CUBIERTA PRINCIPAL Y PLATAFORMA

PARA HELICÓPTEROS

SOPORTE PARA CAÑERÍAS

SUPERESTRUCTURA Y EQUIPOS VARIOS

QUILLA

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Figura 8. Estructura flotante operando en las cercanías de un helipuerto

La zona atmosférica está sometida a la acción de la niebla salina (depósito de sales, humidificación y secado, calentamiento y enfriamiento), a la abrasión mecánica y a la exposición al sol, viento y lluvia; ocasionalmente también sufre el riesgo de salpicaduras de aceites hidráulicos, combustibles, barros y productos químicos. La línea de flotación variable está en contacto permanente con agua de mar altamente oxigenada y con una intensa niebla salina; también está sujeta a la acción de las olas y a la abrasión generada por los objetos flotantes o en suspensión por lo que se identifica como la región más vulnerable a los procesos de corrosión y en consecuencia requiere sistemas protectores altamente eficientes. La última región está expuesta a inmersión constante en agua de mar de alta conductividad iónica y elevada concentración de oxígeno y se conoce como zona sumergida; además, está afectada por la acción de organismos incrustantes que promueven la corrosión de la superficie metálica, el incremento de peso y modificación de las características hidrodinámicas, Figura 9.

PINTURAS PROTECTORAS DE ALTA EFICIENCIA

Estas pinturas se formulan y manufacturan para proteger cañerías, tanques, etc. del deterioro causado, entre otros agentes agresivos, por la acción del agua, agentes químicos y condiciones atmosféricas desfavorables; frecuentemente también se las denomina pinturas para mantenimiento industrial. Asimismo, el principal objetivo de esta clase de recubrimientos formulados para la protección del hierro, acero, concreto y otros materiales es evitar o al menos controlar el ataque generado por la adversidad del medio.

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Figura 9. Zonas de corrosión de una estructura offshore

- Requerimientos para la selección del sistema de pinturas La elección del sistema de pinturas más eficiente desde el punto de vista técnico-económico debe contemplar los siguientes factores: - Características del sustrato: definen muchas propiedades de la película tales como flexibilidad, resistencia a los álcalis, permeabilidad, etc. - Pretratamiento existente: debe ser compatible con el sistema protector a aplicar. - Propiedades físicas del filme: dependen de las características del medio y comprenden la resistencia al agua y a la abrasión, dureza, etc. - Equipos y aplicación: definen la viscosidad y la composición del solvente. - Tiempo de secado y condiciones de curado: dependen del tipo de solvente y del material formador de película. - Durabilidad: se debe compatibilizar el aspecto técnico y el económico. - Toxicidad: se debe aplicar la legislación vigente sobre las materias primas y los productos terminados.

PLATAFORMA

SUPERESTRUCTURA

RECUBRIMIENTOS INHIBIDORES

RESISTENTES A LA ATMÓSFERA

MARINA

RECUBRIMIENTOS

ANTICORROSIVOS Y ANTIINCRUSTANTE

S

RECUBRIMIENTOS DE ALTO ESPESOR

ZONA DE BARROS BAJA CORROSIÓN

CORROSIÓN POR AGUA DE

MAR

CORROSIÓN ATMOSFÉRICA (depósito de sales,

condensación, calentamiento y enfriamiento)

CORROSIÓN SEVERA�

(humidificación y secado)

CORROSIÓN

MÁXIMA NIEBLA SALINA

ZONA SUMERGIDA

LÍNEA DE FLOTACIÓN

�

�

�

�

�

�

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- Especificaciones: deben contemplar los productos y las operaciones involucradas; deben estar redactadas por especialistas. - Factores especiales: incluyen el tiempo de repintado, garantía, etc. - Costos: se pueden considerar dos criterios, costo por litro o por trabajo terminado.

- Principios de formulación: Decisiones iniciales En primera instancia se deben seleccionar los dos componentes fundamentales, es decir el material formador de película o ligante y los pigmentos que serían adecuados para promover una formulación eficiente. Posteriormente y considerando el tipo de pintura se deben definir los restantes constituyentes que comprenden tanto la mezcla solvente como los aditivos.

El material formador de película constituye el componente clave para cada tipo de recubrimiento. Las principales variables que se deben estimar previamente a su elección son la compatibilidad con los pretratamientos, las propiedades de la película seca, la forma de aplicación, las condiciones de curado, la durabilidad y los costos.

Los pigmentos, además de otorgar color y poder cubriente, influyen sobre diversas propiedades del recubrimiento tales como adhesión al sustrato, reología, dureza, resistencia a la abrasión y resistencia al impacto.

La mezcla solvente se requiere para obtener un producto homogéneamente disperso y fácilmente aplicable en forma de película e influye sobre otras propiedades de la película. La fracción volátil del recubrimiento que se evapora durante la formación de la película se denomina VOC (componentes volátiles orgánicos) y es un aspecto que ha tomado relevancia en las últimas décadas ya que las legislaciones vigentes en los países desarrollados han restringido la emisión a la atmósfera de estos componentes, Figura 10.

Figura 10. Emisión de compuestos orgánicos volátiles

0

100

200

300

400

500

600

1�Vinílica Acrílica Alquídica Epoxi

g/l

340 V.O.C.

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Por su parte, los aditivos o modificadores son aquellos materiales que están presentes en la formulación en pequeñas cantidades (generalmente inferior al 2%) y que tienen por objetivo mejorar ciertas propiedades.

Posteriormente a la selección de los componentes, la relación pigmento / ligante es el parámetro más importante. La PVC (concentración de pigmento en volumen) es el porcentaje de volumen de pigmento sobre el volumen total de sólidos en la pintura mientras que la CPVC (concentración crítica de pigmento en volumen) se define usualmente como el valor de la PVC en el cual hay suficiente ligante disponible para completar la humectación del pigmento y ocupar los intersticios entre las partículas a determinado grado de dispersión; en la CPVC la demanda de ligante por parte del pigmento está exactamente satisfecha.

Finalmente, se debe considerar que la eficiencia de los recubrimientos no sólo está regida por el tipo de formulación seleccionada, sino que además la tecnología de elaboración, la preparación de superficie, el método de aplicación y las condiciones de secado / curado son aspectos que se deben considerar frente a la decisión de proteger adecuadamente una estructura.

SISTEMAS DE PINTURAS PARA SUSTRATOS METÁLICOS

Éstos deben ser especificados para prevenir o controlar el ataque del sustrato por parte del medio agresivo. Resulta evidente que una protección conveniente requiere sistemas multicapa; cada constituyente del sistema, según la secuencia de aplicación y la función, se clasifica en primer, anticorrosiva, intermedia y terminación.

La adhesión al sustrato metálico del primer y pintura anticorrosiva es función del material formador de película; sin embargo, la naturaleza del ligante depende del recubrimiento de terminación seleccionado, el cual se determina por las exigencias de las condiciones del medioambiente.

Desde un punto de vista teórico, los mecanismos de acción pueden incluir la inhibición de la reacción catódica, la inhibición de la reacción anódica o la inhibición por resistencia. No obstante, dado que todos los recubrimientos son permeables al agua y al oxígeno se deduce que no se puede inhibir la reacción catódica y además, los pigmentos generalmente presentan la acción anticorrosiva fundamentalmente por inhibición de la reacción anódica. Por su parte, la inhibición por resistencia o efecto barrera no es significativa en el primer y la pintura anticorrosiva, ya que la permeabilidad de la película debe ser compatible para lograr una satisfactoria resistencia a la corrosión y a la formación de ampollas (las pinturas anticorrosivas se formulan con una PVC sólo ligeramente inferior a la CPVC).

Las razones de la inclusión de una pintura intermedia en un sistema protector pueden fundamentarse en los casos en que es necesario mejorar la adhesión de la pintura de terminación o eliminar el burbujeo de la misma durante su aplicación sobre pinturas ricas en zinc; otro motivo válido es la necesidad de incrementar el espesor de película (efecto barrera).

Los sistemas de pinturas pueden clasificarse en homogéneos o heterogéneos. En el primer caso el material formador de película es el mismo para todas las pinturas; sin embargo, frecuentemente se especifican las distintas capas con ligantes diferentes para optimizar la eficiencia del sistema. En este último caso, la pintura intermedia hace compatible (mejora la adhesión) del primer con la pintura de terminación.

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En lo referente a las estructuras marinas, frecuentemente se emplean primers de diferente naturaleza química ricos en zinc o modificados con extendedores o bien con extendedores / pigmentos inhibidores de la corrosión metálica. Estos productos se formulan con valores de PVC iguales o incluso ligeramente superiores a la CPVC; por lo tanto, las películas recién aplicadas son altamente porosas y retienen aire por lo que la aplicación de una pintura intermedia de adecuada viscosidad y tensión superficial controla el burbujeo producido por la eliminación del aire ocluido. Asimismo, las estructuras expuestas a medios fuertemente agresivos requieren esquemas de pintado que reduzcan sensiblemente la permeabilidad de la película seca (efecto barrera); esto último se puede alcanzar ya sea aplicando pinturas intermedias tipo “high build” o bien convencionales con pigmentos laminares en su composición.

Finalmente, las pinturas intermedias se formulan con un valor de PVC sensiblemente inferior a la CPVC (aproximadamente 30-32 %).

La última capa del sistema de pinturas está conformada por la pintura de terminación que generalmente se aplica sobre el primer o bien sobre la pintura intermedia. Esta última cubierta debe poseer adecuada resistencia al medio ambiente.

En la zona atmosférica o superestructura, la película debe presentar adecuada resistencia mecánica, química y fundamentalmente a la fracción UV de la luz solar. Se pueden diseñar con materiales formadores de película de diferente naturaleza química y con pigmentos absorbedores de UV. Habitualmente se formulan con valores de PVC reducidos (aproximadamente 18-20%).

En la franja variable o línea de flotación, la formulación de estas pinturas obedece a dos criterios diferentes; el primero de ellos consiste en alcanzar películas inertes de elevada dureza mientras que el segundo introduce tóxicos en la composición que repelen la fijación de organismos incrustantes. Las pinturas inertes se formulan con una PVC reducida (similar al de la superestructura) mientras que las tóxicas generalmente con valores ligeramente superiores a la CPVC.

En lo referente a la zona sumergida u obra viva, si no se provee una protección adecuada, la superficie es rápidamente colonizada por organismos marinos; el control de la fijación en el exterior de estructuras se realiza aplicando pinturas antiincrustantes eficientes; las incrustaciones biológicas son el conjunto de organismos animales y vegetales bentónicos que colonizan sustratos naturales y artificiales, también conocidos como “biofouling” marino, Figura 11.

La alta densidad de larvas de organismos de fondos duros (elevada productividad) se debe a la presencia de desechos industriales y domésticos en las aguas y en consecuencia, la materia orgánica disponible constituye una importante fuente de alimentos y contribuye al acelerado desarrollo de los mismos. Asimismo, las aguas costeras suelen ser más productivas, aún en condiciones naturales, que las correspondientes a zonas de mar abierto.

Las principales variables que se deben tener en cuenta para realizar un adecuado tratamiento antifouling son la salinidad y el pH, el contenido de oxígeno, la temperatura, la cantidad de tóxico disuelto en el medio, la profundidad o incidencia de la luz solar, el tipo de contaminantes y el movimiento de la estructura o del agua. Estos factores producen importantes cambios en el ritmo de fijación y deben ser registrados y analizados periódicamente.

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Figura 11. Incrustaciones biológicas en la carena de un barco Los problemas generados por los organismos en el exterior debido a la fijación sobre estructuras sumergidas (instalaciones portuarias, estructuras “offshore”, etc.), trae como consecuencia la destrucción de las cubiertas protectoras, reducción de la operatividad, mayor frecuencia en la reposición de materiales, etc. Las consecuencias secundarias de la acción del fouling, están dadas principalmente por la variación de la concentración de oxígeno (aireación diferencial) que producen sobre la zona de fijación, generando de este modo una condición ácida por productos metabólicos que favorecen la corrosión metálica.

En las pinturas tipo matriz soluble, insoluble y autopulimentable el mecanismo de acción tiene relación con la liberación de biocidas en la interfase película protectora / agua de mar; la cantidad de tóxico liberado se evalúa por unidad de área y de tiempo (µg.cm-2.día -1). La velocidad crítica de lixiviación del tóxico está definida como la mínima velocidad de lixiviación para controlar o evitar la fijación y depende exclusivamente del tipo de biocida utilizado.

Actualmente, dado las exigencias con respecto al cuidado de los ecosistemas, existen también en el mercado pinturas antifouling no tóxicas. Los principales estudios efectuados para formular este tipo de recubrimientos están basados en encontrar el adecuado balance de componentes hidrofóbicos / hidrofílicos, modular la energía superficial, desarrollar alta elasticidad y reproducir la piel de animales marinos.

La estimación de la capacidad biocida en laboratorio es una operación muy compleja y no reproduce el comportamiento en servicio; por lo expuesto, la eficiencia se evalúa de una manera confiable en el medio natural realizando los ensayos en balsa experimental. Esta estructura flotante está provista de bastidores que soportan los paneles metálicos protegidos con los sistemas multicapa a evaluar y los paneles acrílicos desnudos que permiten valorar simultáneamente, en forma periódica y acumulativa, la actividad

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biológica del área en estudio; la distribución vertical de los paneles brinda información sobre el biofouling en función de la profundidad.

El ensayo en carena de embarcaciones permite optimizar la formulación de los productos más eficientes en balsa experimental; generalmente se realiza con un número limitado de pinturas, en áreas bien delimitadas en ambos costados de la carena. La inspección se lleva acabo cuando el barco ingresa a dique seco o bien mediante el empleo de técnicas de observación submarina.

Finalmente, desde un punto de vista técnico-económico, la selección de una pintura antiincrustante eficiente es una propuesta atractiva a largo plazo, Figura 12.

Figura 12. Experiencia con pinturas antiincrustantes en

la carena de un destructor

Las especificaciones de productos para la protección de superestructuras incluyen diferentes sistemas en función del área considerada; como ejemplo se mencionan a continuación algunas de ellas: - Sistemas de pinturas para superficies exteriores (casco, tanques y escaleras):

Primer: Silicato de zinc, 70 µm. Primera capa: Pintura epoxi curada con poliamida y pigmentada con óxido de hierro micáceo, 120 µm. Segunda capa: Pintura vinílica tipo alto espesor (high build), 100 µm. Terminación: Pintura vinil-acrílica, 50 µm

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- Sistema de pintura para la cubierta principal y plataforma para helicópteros: Primer: Silicato de zinc, 70 µm. Capa alto espesor: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), 120 µm.

Terminación alto espesor antideslizante: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), 120 µm (sembrada con arena silícea, diámetro medio 300 / 500 µm).

- Sistema de pintura para la zona sumergida: patas y tanques de flotación:

Primer alto espesor: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase) y pigmentada con fosfato de zinc, 50 µm.

Terminación alto espesor: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), 360 µm.

- Sistema de pintura para la zona sumergida: columnas y estructuras de refuerzo: Primer: Wash primer vinílico, 5 µm. Cubierta alto espesor: Pintura epoxi-coaltar curada con poliamida (doble envase), 360 µm. Cubierta intermedia: Pintura de caucho clorado, pigmentada con pasta de aluminio, 40 µm. Terminación alto espesor: Pintura antifouling autopulimentable, 200 µm.

- Sistema de pintura para áreas en contacto con barros: sala de bombeo y exterior de

bombas y tanques: Primer: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), pigmentada con fosfato de zinc, 50 µm. Terminación alto espesor: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), 250 µm.

- Sistema de pintura para áreas en contacto con barros (interiores de tanques):

Primer: Wash primer vinílico, 5 µm. Terminación alto espesor: Pintura epoxi-coaltar curada con poliamida (doble envase), 250 µm.

- Sistema de pintura para zonas de barros (sistema de perforación): Primer: Silicato de zinc, 70 µm. Terminación alto espesor: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), 360 µm.

- Sistema de pintura para interiores de tanques (lastre y agua de refrigeración del

sistema de perforación): Primer: Wash primer vinílico, 5 µm. Terminación alto espesor: Pintura epoxi-coaltar curada con poliamida (doble envase), 360 µm.

- Sistema de pintura para interiores de tanques (agua potable):

Capa alto espesor: Pintura epoxi libre de solvente curada con poliamida (doble envase), 350 µm.

- Sistema de pintura para la zona de máquinas:

Primer: Alquídico modificado con uretano, pigmentado con fosfato de zinc, 60 µm. Terminación alto espesor: Pintura alquídica estirenada, 70 µm.

- Sistema de pintura para superficies galvanizadas: Primer: Wash primer vinílico, 5 µm. Capa alto espesor: Pintura epoxi curada con poliamida (doble envase), 120 µm. Terminación: Pintura alquídica estirenada, 40 µm.

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- Sistema de pintura para superficies expuestas a temperaturas superiores a 400 ºC:

Primer: Pinturas de silicato de zinc, 70 µm (máximo). Terminación alto espesor: Pintura de siliconas pigmentada con aluminio, 40 µm (máximo).

- Sistema de pintura para espacios vacíos: Primer: Wash primer vinílico, 5 µm.

Terminación alto espesor: Pintura epoxi-coaltar curada con poliamida (doble envase), 360 µm.

- Sistema de pintura para soportes de tubos y cañerías:

Primer: Pinturas de silicato de zinc, 70 µm. Terminación: Pinturas alquídica estirenada, 70 µm.

- Sistemas de pinturas para interior (áreas expuestas): Primer: Pintura alquídica modificada con poliuretano, pigmentada con fosfato de zinc,

60 µm. Terminación alto espesor: Pintura alquídica modificada con poliuretano, 60 µm.

- Sistemas de pinturas para interior (áreas no expuestas): Única capa: Pintura bituminosa tipo alto espesor, 200 µm.

CONCLUSIONES El diseño de una estructura offshore, desde el punto de vista del control de la corrosión, debe incluir una adecuada selección de materiales y métodos de protección apropiados; además debe considerar la facilidad de acceso a las superficies pintadas con el fin de permitir el retoque y repintado en servicio. La experiencia muestra que sólo durante la construcción de una estructura offshore es posible obtener una satisfactoria preparación de superficie y una aplicación adecuada de los recubrimientos.

Las superficies a proteger deben estar aisladas del medio ambiente agresivo con el objetivo de alcanzar un microclima apto. Asimismo, debe estimarse el momento preciso para la aplicación de los recubrimientos con el fin de no perturbar las operaciones habituales en la estructura.

Las pinturas protectoras de alta eficiencia seleccionadas deben presentar facilidad de pintado y adecuada adhesión, incluso bajo condiciones ambientales adversas. Otros importantes requerimientos durante la aplicación del sistema de pintura están vinculados con la seguridad, por lo que se debe garantizar la adecuada resistencia al fuego, la mínima o nula polución ambiental y la reducción de riesgos para la salud.

Finalmente, la selección del sistema de pinturas debe necesariamente contemplar la eficiencia del sistema de pinturas seleccionado, los aspectos económicos involucrados y muy particularmente los ecológicos. Las decisiones adecuadas deben implementarse en tiempo y forma para controlar satisfactoriamente las pérdidas directas e indirectas generadas en los procesos corrosivos, Figura 13.

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Figura 13. Las decisiones deben tomarse en tiempo y forma AGRADECIMIENTOS El autor agradece al CONICET (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas) y a la UTN-FRLP (Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional La Plata).

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