Una alternativa desarrollada en laboratorio permitiría reparar solo las zonas desgastadas de los hornos industriales usados para producir acero, cemento y vidrio, evitando desmontar por completo sus recubrimientos internos. La técnica reduciría costos de mantenimiento, tiempos de parada y hasta 140 toneladas de residuos refractarios por intervención, un proceso que hoy puede costar cerca de 1.200 millones de pesos.
La propuesta parte de una pregunta concreta: ¿es posible
extender la vida útil de estos hornos sin tener que demoler todo el material
que los protege?
Así lo desarrolló Jessica Natalia Tocarruncho Aguirre,
magíster en Ingeniería de Materiales y Procesos de la Universidad Nacional de
Colombia (UNAL), quien trabajó en una técnica para lograr que el material nuevo
de reparación se adhiera de forma segura al recubrimiento que ya está en
servicio.
Los hornos utilizados en la producción de acero y cemento
son esenciales para la industria, ya que en su interior se transforman materias
primas como roca caliza, minerales metálicos y arena mediante calor extremo en
materiales fundamentales para la construcción y la manufactura. Debido a estas
condiciones, los hornos operan continuamente a temperaturas que se pueden
acercar a los 2.000 °C.
Para soportar ese entorno, su interior está protegido por
materiales refractarios, una especie de armadura cerámica elaborada
principalmente con óxidos de aluminio y silicio, diseñada para resistir calor
extremo, desgaste y ataques químicos.
Con el tiempo, las altas temperaturas, los cambios bruscos,
la abrasión y los ambientes corrosivos terminan generando grietas, pérdida de
espesor y fallas que afectan su capacidad de protección.
Cuando eso ocurre, la práctica tradicional en la industria
consiste en detener la operación, demoler el recubrimiento y reconstruirlo
desde cero.
Ese procedimiento implica no solo altos costos económicos,
sino que además genera una gran cantidad de residuos. Dependiendo del equipo,
una sola intervención puede requerir la demolición de entre 40 y 140 toneladas
de material refractario que casi siempre termina en escombreras, después de
semanas de parada industrial.
Un laboratorio de acero
Allí, con pequeñas piezas de concreto refractario de alta
alúmina —similares a las que recubren estos hornos— de alrededor de 9 pulgadas
de largo y 2 de ancho, como rectángulos perfectos, se diseñó un experimento
controlado. Algunas muestras se dejaron tal como estaban, mientras que otras se
modificaron para crear pequeños relieves en su superficie, creando una textura
rugosa.
Esos relieves, muy perceptibles a simple vista, ofrecen
puntos de agarre para el material nuevo. Luego, sobre esa superficie preparada
se aplicó silica coloidal, un material líquido que contiene partículas
microscópicas de dióxido de silicio. Al distribuirse y secarse, estas forman
una red que actúa como un puente invisible entre el material viejo y el nuevo,
el “pegamento” perfecto.
“En conjunto, ambos mecanismos —el anclaje físico y la unión
química— buscan evitar que la interfaz, esa delgada línea entre lo antiguo y lo
reciente, se convierta en el punto débil”, explica la experta Tocarruncho,
quien lleva más de ocho años trabajando en el sector de la cerámica y los
materiales refractarios.
Por otro lado, en laboratorio, para comprobar si lo
lograban, las muestras se sometieron a una prueba de módulo de ruptura en la
que se aplica fuerza hasta provocar la ruptura. No solo importaba cuánto
resistían, sino dónde se rompían.
Las muestras con superficies lisas fallaron en la unión,
incluso cuando se utilizó el “pegamento” microscópico, y no alcanzaron los 12
megapascales mínimos exigidos por la norma que rige estos materiales. En
cambio, aquellas que combinaban los relieves con la silica coloidal superaron
ese umbral sin ningún problema.
Eso significa que la unión dejó de ser el punto débil, y el
material nuevo y el viejo comenzaron a comportarse como una sola pieza.
Además de las pruebas mecánicas, el equipo también realizó
análisis detallados de las superficies, incluyendo observaciones con
microscopía electrónica de barrido que permitieron ver cómo interactúan los
materiales a escalas muy pequeñas.
También se evaluaron distintas concentraciones de silica
coloidal, y se encontró que algunas ofrecen mejores resultados que otras, lo
que abre la puerta a optimizar aún más la técnica según cada aplicación.
Para su estudio la ingeniera Tocarruncho contó con la
dirección y el apoyo de la profesora Mónica Johanna Monsalve, de la Facultad de
Ingeniería, y del investigador Carlos Mario Mesa Toro, de la empresa Erecos,
dedicada al sector de los materiales refractarios.
Aunque los resultados aún corresponden a condiciones de
laboratorio, representan un avance importante hacia métodos de reparación más
sostenibles y menos costosos para industrias que dependen de hornos de
operación continua.
Además de reducir costos, reparar en lugar de demoler
también permitiría disminuir residuos, aprovechar mejor los materiales
existentes y reducir el impacto ambiental de procesos que hasta ahora se
asumían como inevitables.
