Galvanizado

El galvanizado o galvanización es el cincado del acero o hierro por inmersión en un baño de zinc fundido. Fue patentada con este nombre por Stanislas Sorel en 1837, a pesar de no tener nada que ver con Galvani ni con la electricidad.

En 1839 aparece la electrodeposición o galvanostegia, dando una segunda acepción a la palabra galvanización, mucho más natural. En este sentido, es el proceso electroquímico por el cual se puede cubrir un metal con otro.​ Se denomina galvanización pues este proceso se desarrolló a partir del trabajo de Luigi Galvani, quien descubrió en sus experimentos que si se pone en contacto un metal con una pata cercenada de una rana, esta se contrae como si estuviese viva; posteriormente se dio cuenta de que cada metal presentaba un grado diferente de reacción en la pata de rana, lo que implica que cada metal tiene una carga eléctrica diferente.

Más tarde ordenó los metales según su carga y descubrió que puede recubrirse un metal con otro, siempre depositando un metal de carga mayor sobre otro de carga menor, y aprovechando esta cualidad de su descubrimiento se desarrolló más tarde el galvanizado, la galvanotecnia, y luego la galvanoplastia.

Utilidad

La función del galvanizado es proteger la superficie del metal sobre el cual se realiza el proceso.

El galvanizado más común consiste en depositar una capa de zinc (Zn) sobre hierro (Fe); ya que, al ser el zinc más oxidable, menos noble que el hierro y generar un óxido estable, protege al hierro de la oxidación al exponerse al oxígeno del aire.

Se usa de modo general en tuberías para la conducción de agua cuya temperatura no sobrepase los 60 °C ya que entonces se invierte la polaridad del zinc respecto del acero del tubo y este se corroe en vez de estar protegido por el zinc.

Para evitar la corrosión en general es fundamental evitar el contacto entre materiales disímiles, con distinto potencial de oxidación, que puedan provocar problemas de corrosión galvánica por el hecho de su combinación.

Puede ocurrir que cualquiera de ambos materiales sea adecuado para un galvanizado potencial con otros materiales y sin embargo su combinación sea inadecuada, provocando corrosión, por el distinto potencial de oxidación comentado.

Uno de los errores que se cometen con más frecuencia es el del empleo de tuberías de cobre combinadas con tuberías de acero galvanizado (vid. normas UNE 12502.3, UNE 112076, UNE 112081). Si la tubería de cobre, que es un material más noble, se sitúa aguas arriba de la de galvanizado, los iones de cobre, que necesariamente existen en el agua o las partículas de cobre que se puedan arrastrar por erosión o de cualquier otra procedencia, se cementarán sobre el zinc del galvanizado aguas abajo y este se oxidará por formarse una pila bimetálica local Cu/Zn en los puntos en los que los iones de cobre se hayan depositado como cobre metálico sobre el galvanizado. A partir de ese momento se acelerará la corrosión del recubrimiento galvanizado en todos esos puntos. Desaparecido el zinc del recubrimiento, la pila será Cu/Fe y continuará corroyéndose hasta perforarse el tubo de acero. Como el galvanizado está instalado anteriormente este fallo pasa desapercibido y se suele atribuir al fin de la vida en servicio o, incluso, a la mala calidad del galvanizado. La causa, sin embargo, ha sido la mala calidad del diseño: la instalación de la tubería de cobre aguas arriba, que es la que ha provocado la corrosión del galvanizado aguas abajo.

Por el contrario, en el caso de que las tuberías de cobre se instalen al final de la red, es decir, aguas abajo de la tubería de galvanizado, no existe ese problema siempre que se garantice que no haya agua de retorno que después de pasar por el cobre pase por el galvanizado. Si existe ese riesgo se deberá colocar un sistema antirretorno. En cualquier caso, es necesario colocar un manguito aislante entre el acero galvanizado de la instalación general y la tubería de cobre final para evitar el contacto galvanizado/cobre. Esta solución, sin embargo, es ineficaz en el caso anterior, tubería general de cobre y ramales finales de acero galvanizado. Aunque se elimine la corrosión en el punto de contacto entre ambos materiales, que es lo único que hace el manguito, no se evitará la corrosión. Esta se producirá debido a los iones de cobre que transporta el agua, o las partículas de cobre, que producirán picaduras sobre toda la instalación de galvanizado aguas abajo, tal como se ha explicado.

Otros procesos de galvanizado muy utilizados son los que se refieren a piezas decorativas. Se recubren estas piezas con fines principalmente decorativos, la hebillas, botones, llaveros, artículos de escritorio y un sinfín de productos son bañados en cobre, níquel, plata, oro, bronce, cromo, estaño, etc.. En el caso de la bisutería se utilizan baños de oro (generalmente de 18 a 21 quilates). También se recubren joyas en metales más escasos como platino y rodio.

Proceso

Existen varios procesos para recubrir de zinc el acero. Los principales son:

• La galvanización en caliente

• La galvanización en frío

• El metalizado por pistola

• El zincado electrolítico

• El galvanizado por laminación

Galvanización en caliente

La galvanización es un procedimiento para recubrir piezas terminadas de hierro/acero mediante su inmersión en un crisol de zinc fundido a 450 °C.

Tiene como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro. Esta actividad representa aproximadamente el 50 % del consumo de zinc en el mundo y desde hace más de 150 años se ha ido afianzando como el procedimiento más fiable y económico de protección del hierro contra la corrosión.

Este proceso no consiste solo en depositar unos pocos micrómetros de zinc en la superficie del acero. El recubrimiento de zinc se une químicamente a la base de acero porque hay una reacción química metalúrgica de difusión entre el zinc y el hierro o el acero a 450 °C. Al retirar el acero del baño, se han formado varias capas superficiales de aleación zinc-hierro en las que el zinc se ha solidificado. Estas diferentes capas de aleación son más duras que la base de acero y tienen un contenido de zinc cada vez mayor a medida que se aproximan a la superficie del recubrimiento. El tratamiento debe ajustarse a la norma ISO 1461 (Recubrimientos galvanizados en hierro y acero).

El hierro o acero galvanizado se usa principalmente en la construcción (armaduras metálicas, vallas protectoras, rejillas electrosoldadas etc.). Otros usos son: mobiliario urbano (iluminación, señalización, barreras); las portacatenarias y diversos medios de señalización utilizados en las piscinas o en el mar (ambiente húmedo particularmente agresivo y/o que contienen cloro), en plantas de tratamiento de aguas residuales o en edificios para la cría de ganado (ambiente ácido).

Galvanizado electrolítico

En los procesos de galvanizado electrolítico se utilizan los siguientes elementos:

• Fuente de alimentación: es un transformador que baja el voltaje de 380 V, 220 V o 110 V a tensiones menores (de 0,1 a 12 V). Además, estos equipos poseen semiconductores (placas de selenio, diodos y últimamente tiristores) que transforman la corriente alterna en corriente continua, que es la que se utiliza para estos procesos.

Esta fuente debe tener en lo posible un sistema de regulación de voltaje, puesto que cada proceso tiene un rango de tensión en el que el resultado es óptimo.

• Electrolito: es una solución de sales metálicas, que serán las que servirán para comenzar el proceso entregando iones metálicos, que serán reemplazados por el ánodo.

Por ejemplo, los baños de niquelado se componen de sulfato de níquel, cloruro de níquel y ácido bórico. Los baños de cincado contienen cianuro de sodio e hidróxido de sodio (los alcalinos) o cloruro de cinc, cloruro de potasio y ácido bórico (los ácidos).

Además se agregan a los electrolitos sustancias orgánicas como tensoactivos, agentes reductores y abrillantadores: sacarina sódica, trietanolamina, formalina, urea, sulfuro de sodio, carboximetilcelulosa y varios tipos de azúcares (derivados por ejemplo de extractos del jarabe de maíz).

• Ánodos: son placas de metal muy puro, puesto que la mayoría de los procesos no resisten las contaminaciones: níquel 99,997 %; cobre 99,95 %; zinc 99,98 %. Cuando un ion entrega su átomo de metal en el cátodo, inmediatamente otro lo reemplaza desprendiéndose del ánodo y viajando hacia el cátodo. Por ello la principal materia prima que se consume en un proceso de galvanizado es el ánodo.

En la calcografía o grabado calcográfico manual se solía usar un recurso que permitía obtener tirajes más largos, previniendo el desgaste prematuro de las planchas de impresión de cobre grabadas, recubriéndolas de manera galvánica con una delgada película de hierro.

• Zinc

• Cobre

• Hierro galvanizado corrugado

• Tubería

• Propiedades de la galvanización, por la Asociación Técnica Española de Galvanización (ATEG).

• Procedimientos de la galvanización, por la Asociación Técnica Española de Galvanización (ATEG).

• Galvanización tipo Batch

Efectos secundarios de soldar acero galvanizado

La soldadura de acero galvanizado es muy común en la industria de fabricación del metal. La mayoría de los soldadores en algún momento de su vida han trabajado con acero galvanizado y se han enfrentado a la contaminación que produce este metal, denominada "fiebre por vapores de metal". La intoxicación es una reacción a corto plazo a la sobreexposición al óxido de cinc. Este elemento se produce cuando el revestimiento galvanizado del acero se calienta y evapora.

Qué es el acero galvanizado

El acero galvanizado es hierro recubierto por cinc. Ante la inmersión caliente, el cinc reacciona químicamente con el metal de base para formar un revestimiento resistente a la corrosión. La capa externa del revestimiento es de cinc puro y las capas subsiguientes gradualmente cambian su composición hasta que alcanzan al metal base de hierro.

Entre la capa externa de cinc y el metal base de hierro, el óxido de cinc se presenta en varios porcentajes de cinc a hierro. El óxido de cinc tiene la misma composición química del polvo blanco que utilizan los socorristas para proteger su nariz contra los rayos solares.

Señales de la galvanización durante la soldadura

El trabajo de preparación adecuado para quitar el galvanizado del área de soldadura reducirá la exposición a los vapores del óxido de cinc, sin embargo, algo quedará. El humo verde amarillento, las partículas de polvo blanco flotando en el aire y los residuos blancos que rodean el área de soldadura son indicios de la presencia del óxido de cinc.

La exposición a grandes cantidades de vapores de óxido de cinc color verde amarillento causarán una intoxicación por soldadura de galvanizado, que comúnmente se denomina fiebre por vapores de metal. La magnitud de la exposición tendrá un impacto directo en la gravedad de los síntomas.

Síntomas de intoxicación con acero galvanizado (fiebre por vapores de metal)

Los síntomas de la intoxicación por galvanizado son similares a los de la gripe. La fiebre por vapores de metal comienza poco después de la exposición al óxido de cinc y entre los síntomas se encuentran los dolores de cabeza leves y las náuseas. Si la exposición es mayor, los síntomas de la gripe comienzan a ser permanentes.

La exposición moderada al óxido de cinc provoca escalofríos, temblores, fiebre leve, vómitos y sudor frío. Cuando los síntomas enumerados se desencadenan, es tiempo de dejar de soldar y tomar aire fresco. Los síntomas pueden volverse extenuantes y quizás necesites descansar hasta que cesen.

Las fatalidades han estado asociadas con los casos extremos de intoxicación. Por lo tanto, cuando comienzan los síntomas de la fiebre por vapores de metal, debes detener la exposición de inmediato.

Cuánto dura la "fiebre por vapores de metal"

La fiebre por vapores de metal es de corta duración, los síntomas comienzan a ceder dentro de las cuatro horas a partir de la exposición y desaparecen por completo dentro de las 24 horas. En casos de sobreexposición extrema, se pueden extender por 48 horas.

Beber leche puede acelerar el proceso de recuperación, ya que el calcio ayuda a eliminar del cuerpo las acumulaciones de cinc.

Los Centros para el Control de Enfermedades de EE. UU. (CDC, por sus siglas en inglés) y la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional de EE. UU. (OSHA, por sus siglas en inglés), han llevado a cabo algunos estudios para determinar los efectos a largo plazo de la soldadura de acero galvanizado. Ninguno ha demostrado problemas de salud a largo plazo a causa de la exposición continua a los vapores del óxido de cinc o los casos reiterados de fiebre por vapores de metal.

Cómo evitar la sobreexposición a los vapores del acero galvanizado

Contar con la ventilación adecuada, evitar el contacto directo con el humo del óxido de cinc y hacer un buen trabajo de preparación antes de soldar, reducirá las posibilidades de padecer la fiebre por vapores de metal. Los soldadores experimentados que han padecido este tipo de intoxicación te recomendarán beber leche, durante y después de soldar acero galvanizado, para evitar inconvenientes.

Existen algunas máscaras de soldadura especiales que suministran aire fresco a las personas que trabajan frecuentemente con acero galvanizado.