Cómo eliminar la cascarilla de laminación del acero: herramientas, métodos y especificaciones

La calamina es una de las causas más frecuentes de fallo prematuro de los sistemas de recubrimiento. Parece limpia: la capa lisa de color gris azulado del acero laminado en caliente suele superar una inspección visual superficial. Pero es electroquímicamente incompatible con el acero que tiene debajo y mecánicamente poco fiable como base para el recubrimiento que se aplica encima, y todos los grados de preparación de superficies a metal desnudo exigen su eliminación. Este artículo explica qué es la calamina, por qué debe eliminarse, qué normas se aplican, qué métodos de eliminación funcionan y cómo verificar el resultado, incluidas opciones sin granalla para emplazamientos donde no es posible el chorreado abrasivo.

¿Qué es la calamina?

La calamina (cascarilla de laminación) es un recubrimiento estratificado de óxidos de hierro que se forma en la superficie del acero durante la laminación en caliente. Está compuesta por tres fases de óxido de hierro: wustita (FeO), magnetita (Fe₃O₄) y hematita (Fe₂O₃). Es más dura que el acero subyacente, frágil y electroquímicamente catódica respecto al metal base, lo que la convierte en un factor de corrosión y de fallo del recubrimiento si se deja en su sitio.

Cómo se forma la calamina

Cuando el acero se procesa en un tren de laminación en caliente a temperaturas superiores a 700 °C, la superficie reacciona con el oxígeno de la atmósfera y forma una costra de óxido estratificada. La capa más externa es hematita (Fe₂O₃), debajo de ella magnetita (Fe₃O₄) y, en contacto directo con el sustrato de acero, wustita (FeO). Esta estructura estratificada se forma rápidamente y se adhiere con fuerza al acero recién laminado, tanto que soporta el transporte, el almacenamiento y la manipulación sin desprenderse de forma evidente.

Por qué la calamina es un problema para los recubrimientos

La calamina provoca el fallo del recubrimiento mediante tres mecanismos que actúan simultáneamente en cuanto se aplica un recubrimiento sobre calamina intacta.

• Corrosión galvánica. La calamina es catódica respecto al acero sobre el que se asienta. Donde la calamina es discontinua (agrietada, desconchada o porosa), el acero expuesto se convierte en el ánodo de un par galvánico. La corrosión se concentra en esos puntos y avanza lateralmente bajo el recubrimiento, provocando ampollas y delaminación que se extienden mucho más allá del defecto original.
• Adherencia deficiente. La calamina tiene un coeficiente de dilatación térmica distinto al del sustrato de acero. Los ciclos de temperatura provocan movimientos diferenciales que rompen la unión entre la calamina y el acero, y arrastran consigo el recubrimiento. Incluso cuando el ensayo de adherencia inicial es satisfactorio, los sistemas de recubrimiento aplicados sobre calamina suelen tener una vida útil notablemente más corta en entornos con ciclos térmicos.
• Atrapamiento de sales solubles. La calamina agrietada y porosa retiene humedad y contaminantes. Durante el almacenamiento, el transporte y la exposición a la intemperie se acumulan cloruros y sulfatos debajo y dentro de ella. Cuando se aplica un recubrimiento sobre calamina contaminada, esas sales quedan selladas y pueden aparecer ampollas osmóticas. La solución fiable es eliminar la capa de calamina y, a continuación, realizar ensayos de contaminación salina según SSPC-Guide 15 o ISO 8502-6 / ISO 8502-9 cuando la especificación lo exija.

¿Qué normas exigen la eliminación de la calamina?

Todas las principales normas internacionales de preparación de superficies tratan la calamina. El grado de eliminación exigido varía según la norma y, por tanto, según la especificación del recubrimiento y el entorno de servicio. Los grados de limpieza por chorreado (SP 5, SP 10, SP 6) y los grados de herramienta mecánica a metal desnudo (SP 11, SP 15) exigen eliminar toda la calamina visible; los grados de limpieza manual y con herramienta mecánica (SP 2, SP 3) no.

En los sistemas de recubrimiento especificados para proyectos offshore, energéticos o marinos, SSPC-SP 10 / Sa 2½ suele ser el requisito mínimo de preparación de superficies; consulte siempre la ficha técnica del recubrimiento y la especificación del proyecto. SSPC-SP 5 / Sa 3 se especifica habitualmente cuando se prevé inmersión total o exposición continua en la zona de salpicadura.

Métodos para eliminar la calamina del acero

La eliminación de la calamina se divide en cuatro grandes categorías de métodos: chorreado abrasivo, tratamiento químico, métodos térmicos y métodos mecánicos. Cada uno implica compromisos en cuanto a rendimiento, coste, portabilidad y cumplimiento normativo. La elección adecuada depende del entorno del emplazamiento, del grado de preparación de superficies exigido, de la infraestructura disponible y de si el trabajo es de fabricación nueva o de mantenimiento en servicio.

Chorreado abrasivo (granalla angular, granalla esférica, arena)

El chorreado abrasivo, que proyecta granalla angular, granalla esférica de acero u otros medios a gran velocidad contra la superficie de acero, sigue siendo la referencia para eliminar calamina en grandes superficies en fabricación nueva. Alcanza de forma fiable SSPC-SP 10 y SP 5 en grandes superficies continuas y genera el perfil de anclaje que exigen los sistemas epoxi de alto espesor y la proyección térmica. Sin embargo, no es adecuado para todos los entornos ni para todos los alcances de trabajo.

• Dónde funciona bien: cabinas y patios de chorreado para fabricación de estructuras de acero; construcción naval nueva; preparación estructural de grandes superficies donde el confinamiento es viable.
• Dónde tiene dificultades: áreas clasificadas ATEX en plantas en funcionamiento, donde el chorreado suele estar restringido por la evaluación del riesgo de ignición y el sistema de permisos del emplazamiento; activos en operación donde el confinamiento no es viable; espacios confinados; reparaciones puntuales en las que movilizar el equipo de chorreado cuesta más de lo que justifica la superficie; y trabajos en los que el abrasivo usado mezclado con recubrimientos que contienen plomo o cromatos se convierte en un flujo de residuos peligrosos.

Decapado químico y tratamiento ácido

El decapado disuelve la calamina mediante inmersión en ácidos o aplicación de estos, normalmente ácido clorhídrico o sulfúrico, y a veces ácido fosfórico para contaminaciones más ligeras. Se utiliza ampliamente en el procesamiento de tubos y bandas, donde la inmersión total en un baño controlado es viable.

• Dónde funciona bien: fábricas de tubos, líneas de bandas e instalaciones de fabricación controladas con infraestructura de baños ácidos y tratamiento de residuos.
• Dónde tiene dificultades: aplicaciones en campo; mantenimiento en servicio; grandes componentes estructurales que no pueden sumergirse; emplazamientos donde la manipulación de ácidos y el ácido agotado plantean problemas normativos (en EE. UU., el licor de decapado agotado del acabado del acero es un residuo peligroso catalogado, K062). El decapado no deja perfil de anclaje e introduce un riesgo de fragilización por hidrógeno en aceros de alta resistencia, lo que limita su uso en elementos estructurales sometidos a fatiga.

Limpieza con llama

La limpieza con llama utiliza un soplete de llama múltiple para calentar rápidamente la superficie del acero. La dilatación térmica diferencial entre la calamina y el acero hace que la calamina se agriete y se desprenda, y la calamina suelta se cepilla después con alambre. Solo elimina parte de la calamina, no crea perfil de anclaje y por sí sola no alcanza un grado de metal desnudo ni de limpieza por chorreado. Ha sido sustituida en gran medida por métodos mecánicos.

• Dónde funciona bien: tratamiento previo a la fabricación de acero estructural donde se permiten trabajos en caliente con llama abierta y la especificación acepta calamina residual.
• Dónde tiene dificultades: entornos ATEX; zonas donde no se permiten trabajos en caliente; cualquier especificación que exija una limpieza tipo SP 10 o un perfil medido sin chorreado o perfilado mecánico posterior; secciones de pared delgada con riesgo de deformación.

Métodos mecánicos: pistolas de agujas, cepillos de alambre, amoladoras angulares, herramientas de cerdas

Los métodos mecánicos eliminan la calamina mediante impacto físico o abrasión. Van desde herramientas manuales básicas hasta herramientas mecánicas especializadas, y su rendimiento varía mucho. El impacto es determinante: la calamina es un óxido frágil sobre un acero dúctil, de modo que un impacto seco la fractura y la expulsa, mientras que el frotamiento tiende a pulirla. Un cepillo de alambre manual alcanza como mucho St 2; un Bristle Blaster® produce una limpieza comparable a Sa 2½ (hasta Sa 3) con un perfil de anclaje controlado en ensayos documentados.

El Bristle Blaster®: eliminación mecánica de calamina comparable a SP 10

El Bristle Blaster® es una herramienta mecánica de impacto rotativo que elimina calamina, óxido y recubrimientos existentes mientras crea un perfil de anclaje en la misma pasada, sin medios abrasivos. En ensayos documentados produce una limpieza comparable a SSPC-SP 10 / Sa 2½ (hasta Sa 3); los resultados en cada trabajo concreto varían según el grado del acero, el grado de oxidación, la banda y la técnica.

Cómo elimina la calamina

El Bristle Blaster® funciona de forma distinta al cepillado con alambre. Las puntas de alambre templado e inclinadas hacia delante de la banda giratoria son retenidas por una barra aceleradora y luego liberadas, de modo que golpean el sustrato a gran velocidad y rebotan en lugar de frotarlo. Cada impacto fractura y expulsa la capa de calamina, deforma en frío la superficie y deja un pequeño cráter, que es lo que genera el perfil de anclaje. El mecanismo ha sido descrito en investigaciones de NACE del Prof. Robert J. Stango (Marquette University); su artículo de 2014 sobre Bristle Blasting registró tensiones residuales de compresión en la capa próxima a la superficie, una señal característica de un mecanismo de impacto, no de abrasión.

Perfil y limpieza: qué esperar

Resultados documentados en acero para tuberías API 5L estándar:

• Limpieza: comparable a SSPC-SP 10 / Sa 2½; comparable a Sa 3 con pasadas adicionales
• Perfil de anclaje: 65–85 µm Rz (2,6–3,3 mil) con la banda estándar; hasta un máximo de 120 µm Rz
• Rendimiento: aproximadamente 1,1 m²/h con una sola banda (tubería API 5L X42, grado de oxidación B); en torno a 3 m²/h en superficies planas con los modelos Double
• Medición del perfil: ASTM D4417 Método C con cinta réplica Testex Press-O-Film® X-Coarse (rango de 38–115 µm / 1,5–4,5 mil); reste el soporte de Mylar de 50,8 µm (2 mil) de la lectura del micrómetro

Dónde se especifica

El Bristle Blaster® se utiliza para eliminar calamina y corrosión en infraestructuras energéticas, plataformas offshore, tuberías y mantenimiento industrial; entre los casos de éxito documentados de MontiPower® figuran un proyecto de cordones de soldadura para Shell y el recubrimiento de juntas de campo para Total E&P en Bolivia. Suele elegirse para trabajos de mantenimiento en servicio donde el chorreado abrasivo no está disponible, no está permitido o no es rentable.

Evaluación ATEX

El Bristle Blaster® Pneumatic se ha sometido a una evaluación de conformidad ATEX 2014/34/EU como equipo de Categoría 2 para atmósferas explosivas de gas de zona 1 y de polvo de zona 21; el marcado (II 2G c IIA T4 X) se aplica a bandas Bristle Blaster® específicas utilizadas en la unidad motriz neumática original. Es totalmente neumático, sin componentes eléctricos, por lo que la preparación de superficies puede continuar en refinerías, plataformas e instalaciones petroquímicas donde las herramientas eléctricas están excluidas. La evaluación ATEX no sustituye al permiso del emplazamiento: si el trabajo puede realizarse en un área clasificada lo deciden la clasificación de zonas, la evaluación de riesgos y el sistema de permisos del operador.

Eliminación de calamina gruesa u óxido combinado: el Método en Dos Pasos

En acero con corrosión intensa y una capa gruesa de calamina, algo habitual en acero estructural almacenado, tuberías envejecidas o superficies parcialmente tratadas y abandonadas, un enfoque de una sola pasada con el Bristle Blaster® puede requerir varias pasadas o un tiempo de ciclo mayor. El Método en Dos Pasos de MontiPower resuelve esto con una herramienta específica de pretratamiento.

Paso 1: Tercoo® — eliminación de corrosión intensa y recubrimientos

El Tercoo® es un disco de pines de carburo de tungsteno que funciona en la misma unidad motriz que el Bristle Blaster®. Está diseñado para eliminar rápidamente óxido intenso, corrosión laminar y recubrimientos viejos, el material que de otro modo saturaría o ralentizaría una banda Bristle Blaster®. El disco Tercoo® elimina la contaminación más gruesa sin generar un calor significativo ni deformar el sustrato.

Paso 2: Bristle Blaster® — limpieza y perfilado

Una vez que el Tercoo® ha eliminado la contaminación más gruesa, el operario cambia a la banda Bristle Blaster®, en la misma unidad motriz. A continuación, el Bristle Blaster® lleva la superficie a una limpieza comparable a SP 10 con un perfil de anclaje controlado. Juntos, los dos pasos cubren la gama de estados de calamina y óxido que se encuentran habitualmente en campo, sin medios abrasivos ni movilización adicional.

Cómo elegir el método adecuado para eliminar la calamina

Verificación de la eliminación de calamina: métodos de inspección

Una vez completada la eliminación de la calamina, se verifican dos parámetros antes de aplicar el recubrimiento: la limpieza de la superficie y el perfil de anclaje. La limpieza se define mediante el grado SSPC/NACE o ISO; el perfil mínimo lo fija SSPC-SP 11 (para limpieza con herramienta mecánica a metal desnudo), la ficha técnica del recubrimiento o la especificación del proyecto.

Verificación de la limpieza

La limpieza se evalúa visualmente frente a los patrones fotográficos de referencia de ISO 8501-1 (para los grados de oxidación A–D) o SSPC-VIS 1. Para un resultado SP 10 / Sa 2½, la superficie debe coincidir con la referencia, con manchas en no más del 5 % de cada unidad de superficie. Con luz rasante, la superficie debe mostrar una textura mate uniforme sin calamina gris azulada fuera del fondo de las picaduras. Un perfil por debajo del mínimo especificado en acero con calamina indica que la calamina se ha pulido en lugar de eliminarse.

Medición del perfil de anclaje

El perfil de anclaje se mide según ASTM D4417: Método B (micrómetro de profundidad) o Método C (cinta réplica). El Método C, con cinta réplica Testex Press-O-Film®, se utiliza ampliamente para la verificación y la documentación en obra.

Procedimiento del Método C:

• Seleccione cinta de grado X-Coarse (rango de medición de 38–115 µm / 1,5–4,5 mil) para superficies preparadas con Bristle Blaster®
• Aplique la cinta sobre la superficie preparada y frótela con la herramienta incluida en el kit hasta que la espuma compresible se oscurezca de manera uniforme
• Mida el espesor de la cinta con un micrómetro de resorte calibrado
• Reste el espesor del soporte de Mylar (50,8 µm / 2 mil) de la lectura para obtener el perfil de la superficie (altura pico-valle)
• Tome el número de lecturas que exija la especificación por área representativa; registre la media y el rango

En acero API 5L preparado con Bristle Blaster®, cabe esperar lecturas del micrómetro de aproximadamente 116–136 µm, que corresponden a un perfil de 65–85 µm tras restar el soporte.

Ensayo de sales solubles

Tras eliminar la calamina, se recomienda realizar ensayos de sales solubles en cualquier superficie que haya estado expuesta a contaminación atmosférica marina, offshore o industrial. Utilice el método del parche Bresle con medición de conductividad (ISO 8502-6 / ISO 8502-9, SSPC-Guide 15) o un método equivalente. La división M-TESTCO de MontiPower suministra equipos de ensayo e inspección para verificar la preparación de superficies en obra. Los límites de aceptación los fija la especificación del recubrimiento; muchas especificaciones marinas y offshore utilizan límites en torno a 20 mg/m² (2 µg/cm²), y algunas son más estrictas: confirme el valor antes del ensayo.

Preguntas frecuentes

¿Se puede pintar sobre la calamina?

Se puede aplicar pintura sobre la calamina, pero los recubrimientos sobre calamina intacta suelen tener una vida útil mucho más corta. La calamina es catódica respecto al acero, de modo que allí donde se agrieta o se desconcha, la corrosión se concentra bajo el recubrimiento. La mayoría de las fichas técnicas de sistemas de protección exigen eliminar la calamina, normalmente hasta SSPC-SP 10 / Sa 2½ o SSPC-SP 11, y las garantías suelen depender del cumplimiento de la preparación especificada.

¿Elimina la calamina un cepillo de alambre?

Un cepillo de alambre manual solo elimina la calamina suelta y parcialmente desprendida, y alcanza como mucho SSPC-SP 2 (St 2). La calamina firmemente adherida del acero nuevo laminado en caliente permanece en su sitio, y el cepillado mecánico con alambre (SSPC-SP 3 / St 3) tiende a pulirla en lugar de eliminarla. Para un grado de metal desnudo o un resultado comparable a SP 10, utilice una herramienta de impacto como el Bristle Blasting, o el chorreado abrasivo.

¿Cuál es la diferencia entre calamina y óxido?

La calamina se forma durante la fabricación a alta temperatura como un óxido de hierro denso y estratificado: gris azulado, más duro que el acero y firmemente adherido en el material nuevo. El óxido se forma después por corrosión electroquímica en presencia de humedad y oxígeno; es de color marrón anaranjado, poroso y menos resistente. En el acero envejecido ambos aparecen juntos, a menudo con óxido bajo la calamina agrietada, que es el caso que resuelve el Método en Dos Pasos (primero Tercoo® y después Bristle Blaster®).

¿Qué dureza tiene la calamina?

Los óxidos de la calamina, en particular la magnetita, son considerablemente más duros que el acero estructural dulce como el S235 o el A36, y la calamina es frágil mientras que el acero es dúctil. Por eso las herramientas que frotan tienden a pulir la calamina en lugar de eliminarla, y por eso los métodos de impacto, que fracturan y expulsan el óxido frágil, la eliminan de forma más fiable.

¿Es necesario eliminar la calamina antes de soldar?

Los códigos y procedimientos de soldadura suelen exigir que las caras a soldar estén libres de calamina suelta o gruesa, óxido, aceite, humedad y otros contaminantes que provocan porosidad e inclusiones; cuánta calamina adherida puede quedar depende del código y de la especificación del procedimiento de soldadura. El amolado es el método habitual antes de soldar. El Bristle Blaster® se utiliza principalmente después de soldar, para preparar los cordones de soldadura y las zonas afectadas térmicamente para el recubrimiento.

¿Se puede eliminar la calamina sin chorreado de arena?

Sí. El Bristle Blasting elimina la calamina firmemente adherida sin medios abrasivos y, en ensayos documentados, produce una limpieza comparable a SSPC-SP 10 / Sa 2½ con un perfil de 65–85 µm Rz. Se utiliza donde el confinamiento del chorreado no es viable: reparaciones puntuales, espacios confinados, mantenimiento en servicio y, con el Bristle Blaster® Pneumatic con evaluación ATEX, áreas clasificadas sujetas al permiso del emplazamiento.

¿Cuánto tiempo lleva eliminar la calamina?

Con un Bristle Blaster® de una sola banda, un rendimiento documentado es de aproximadamente 1,1 m² por hora en tubería API 5L X42; los modelos Double alcanzan en torno a 3 m² por hora en superficies planas. Los rendimientos reales dependen del acero y del estado de la calamina y del óxido. En la prueba de campo de Wales & West Utilities, una pequeña reparación de corrosión requirió 45 minutos-persona con Bristle Blasting frente a 260 con granallado, debido sobre todo a la preparación y la limpieza.

¿Qué norma SSPC regula la eliminación de la calamina?

SSPC-SP 10 / NACE No. 2 (ISO 8501-1 Sa 2½) es el grado de chorreado especificado con más frecuencia: toda la calamina visible eliminada, con manchas en no más del 5 % de cada unidad de superficie. SSPC-SP 5 / NACE No. 1 (Sa 3) no admite manchas. Para herramientas mecánicas, SSPC-SP 11 exige metal desnudo con un perfil mínimo de 25 µm. El Bristle Blasting cumple SP 11 y ofrece resultados comparables a SP 10.

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