PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL PROCESO
CONTENIDO Introducción ü
Corrosión
ü
El proceso de corrosión
ü
Pila básica de corrosión
ü
Reacción que determine la velocidad
ü
Polarización
ü
Corrosión galvánica
ü
Pilas de corrosión localizadas
ü
Factores que afectar. la corrosión
ü
Sólidos disueltos
ü
Gases disueltos
ü
Temperatura
ü
Velocidad del agua
ü
Fallas del metal
ü
Agrietamiento por corrosión debido a esfuerzos de tracción
ü
Agrietamiento por fatiga de corrosión
ü
Tuberculación
ü
Erosión-Corrosión
ü
Lixiviación selectiva
ü
Métodos generales para la inhibición de la corrosión
ü
Materiales de construcción
ü
Barreras inertes
ü
Anodos de sacrificio
ü
Ajustes de la composición química del agua
ü
Aplicación de inhibidores de corrosión químicos
PROBLEMAS RELACIONADOS CON EL PROCESO
CONTENIDO
|
ü
Forma en que actúan los inhibidores de corrosión químicos
ü
Inhibidores anódicos
ü
Inhibidores catódicos
ü
Combinación de inhibidores inhibidores anódicos y catódicos
ü
con inhibidores orgánicos
ü
Pasivación del metal
CORROSIÓN Introducción
Ya que los equipos de intercambio de calor de los sistemas de enfriamiento están fabricados de varios metales, están sujetos a los mismos problemas que afectan a los automóviles, a las herramientas, a las tuberías domésticas domésticas y a otros productos metálicos. metálicos. Si no se tratan tratan o protegen debidamente, estos metales parecen autodestruirse cuando son expuestos al aire, al agua, o incluso a otros metales. Éste es un proceso natural Ilamado corrosión, y en los sistemas de enfriamiento, es un problema muy serio. La corrosión reduce la eficiencia eficiencia de cualquier sistema, y si no se controla, produce grietas, fugas y la contaminación del del producto. Los equipos de enfriamiento diseñados para funcionar durante años pueden fallar en cuestión de días, lo que significa unos costos elevados de mantenimiento y reparación, e incluso tener que parar totalmente totalmente la producción. producción. Afortunadamente Afortunadamente,, la corrosión puede controlarse. Esta sección trata en detalle de la corrosión: lo que es, lo que hace y lo que se puede hacer para controlarla.
Figura 1 – Pila de corrosión
EL PROCESO DE CORROSIÓN La corrosión es un fenómeno que hace que los metales elaborados, tales como el acero, el cobre y el zinc, vuelvan a sus estados nativos como compuestos químicos o minerales. Por ejemplo, el hierro, en su estado natural, es un compuesto oxidado (Fe 3O4, FeO. Fe2O3), pero cuando se procesa para formar hierro y acero pierde pierde oxígeno y se convierte en hierro puro (Feº). En presencia de agua y oxígeno, las fuerzas de la naturaleza atacan sin cesar al acero, volviendo a convertir el hierro elemental (Feº) en óxido, normalmente en forma de una combinación de Fe 2O3 y Fe3O4. PILA BÁSICA DE CORROSIÓN Aunque la corrosión corrosión es un proceso complicado, complicado, se puede explicar fácilmente como la reacción electroquímica mostrada en la Figura 1. El metal se pierde en aquella parte Ilamada zona anódica (o ánodo). En este caso, el hierro (Feº) se disuelve en el agua y se oxida formando el ion Fe+2. Como consecuencia consecuencia de la formación formación de Fe+2, se desprenden dos electrones que circulan por el acero hasta Ilegar a la zona catódica (o cátod o). (o cátodo).
El oxígeno (O2) disuelto en el agua se desplaza hacia la zona catódica y cierra el circuito eléctrico, usando los electrones que circulan hacia el cátodo, formando iones hidróxilo (OH-) en la superficie del metal. Químicamente las reacciones son como sigue: Reacción anódica: Feº → Fe+2 + 2e - (oxidación)
(1)
Reacción catódica: ½ O2 + H20 + 2e- → 2 (OH -) (reducción)
(2)
A un pH bajo (<5), el ion hidrógeno (H+) puede ocupar el lugar del oxígeno y cerrar el circuito eléctrico, según se muestra en la Ec uación 3: 2H+ + 2e- → H2
(3)
Como la mayoría de los sistemas de enfriamiento operan en un intervalo de pH comprendido entre 6,5 y 9,5, no tiene lugar la reducción de H +. La reacción catódica principal es la reducción del oxígeno (Ecuación 2). Toda la superficie metálica está cubierta de innumerables zonas anódicas y catódicas de tamaño microscópico. Estas zonas normalmente se originan en irregularidades de las superficie producidas durante el perfilado, la extrusión y Figura 2 – Irregularidades de la superficie observadas mediante un microsco io electrónico. otras operaciones de labrado de metales (Figura 2); esfuerzos debidos a soldadura, perfilado u otras operaciones; o diferencias de composición en las superficies del metal. En el caso del metal, las diferencias de composición pueden ser causadas por diferentes microestructuras. Las inclusiones en la superficie del metal o debajo de la misma pueden ser la causa de que se formen pares de ánodos y cátodos. Estas impurezas pueden haberse formado cuando el metal estaba en estado fundido o al haberse incrustado en las superficies durante las operaciones de laminado, acabado o desbastado. REACCIÓN QUE DETERMINA LA VELOCIDAD Los cuatro componentes básicos de una pila de corrosión son el ánodo, el cátodo, el circuito a través del metal entre el ánodo y el cátodo por donde circulan los electrones, y el electrolito (agua en este caso) que circula sobre la superficie del metal Si falta uno cualquiera de estos componentes, no se producirá corrosión.
La oxidación del metal en el ánodo y la reducción del oxígeno en el cátodo son las dos reacciones básicas que tienen lugar en una pila de corrosión a los pH normalmente encontrados en los sistemas de agua de enfriamiento de recirculación abiertos. Un principio básico de la corrosión establece que la suma de las velocidades de las reacciones anódicas debe ser igual a la suma de las velocidades de las reacciones catódicas. En el agua de enfriamiento, el proceso de corrosión normalmente se considera que esta bajo control catódico, ya que el oxígeno no se difunde fácilmente por el agua o por los distintos óxidos de la superficie catódica. Si el oxígeno no está fácilmente disponible para la reducción en el cátodo, se reducirá la velocidad a la que puede ocurrir la reacción catódica. Si se reduce la velocidad de la reacción catódica, la velocidad de la reacción anódica también se reducirá, ya que ambas velocidades deben ser iguales. Una gran superficie catódica con relación a una zona anódica permite que reaccione más oxígeno, agua y electrones, aumentando el flujo de electrones desde el ánodo, acelerando así la velocidad de corrosión. Por el contrario, al hacerse más pequeña el área catódica en relación al área anódica, disminuye la velocidad de corrosión. No obstante, si se reduce el área anódica sin que se reduzca el área de la forma correspondiente, se perderá la misma cantidad de metal, pero de menos sitios anódicos o de áreas anódicas áreas pequeñas. La velocidad de corrosión no cambiará ya que no se ha reducido la zona catódica. Esta es una explicación sencilla de la causa de las picaduras producidas en los metales. Las picaduras son más perjudiciales que las pérdidas generales sobre una zona anódica grande ya que las picaduras provocan una penetración rápida de la pared del metal y la falla de los equipos. En la Figura 3 se compara la pérdida de metal por picaduras en cupones de corrosión expuestos a ambientes de planta similares a los de los sistemas de enfriamiento. POLARIZACIÓN Las proporciones de área superficial, al afectar la velocidad de corrosión, desempeñan una función importante en la selección de inhibidores eficaces para controlar la corrosión. También se debe tener en cuenta al diseñar los equipos para reducir la corrosión a un mínimo. Al avanzar el proceso de corrosión, el potencial del ánodo se desvía hacia el potencial del cátodo y viceversa. Esta reducción de la fuerza impulsora de la corrosión se llama polarización. La polarización del ánodo ocurre cuando los productos de corrosión
forman una capa muy adherente que inhibe el avance adicional de la reacción de corrosión. La polarización del cátodo ocu rre cua ndo los ion es hidr óxil o (O H-), el gas hidrógeno (H 2) o el producto de reacción (película) forman una barrera en la superficie catódica e inhiben la difusión del oxígeno e hidrógeno dada la superficie catódica y su subsiguiente reducción (Figura 4). La eliminación o ruptura de las barreras anódicas y catódicas establecidas, efecto Ilamado despolarización, volverá a iniciar el proceso de corrosión. Hay varios factores que pueden conducir a la despolarización; dos de los más importantes son el pH y la velocidad del agua. La disminución del pH del agua es debida al aumento de la concentración de iones hidrógeno. Estos iones pueden reaccionar después con los iones hidróxilo formados en el cátodo y por lo tanto despolarizar el cátodo. A un pH menor también aumentará la solubilidad de la mayoría de los productos de corrosión anódicos. Disolviendo la barrera fuertemente adherente formada en el ánodo, o no permitiendo que se forme la barrera, se despolariza el ánodo. En la Figura 5 se describe la relación entre el pH y las velocidades de corrosión para varios grupos de metales.
Aumentando la velocidad del agua sobre las superficies anódica y catódica se puede despolarizar tanto el ánodo como el cátodo. Igualmente, los iones hidróxilo, el gas hidrógeno y los productos de la reacción formados en el cátodo pueden ser barridos de la superficie catódica. Si se impide la formación de una capa de polarización en el ánodo y en el cátodo, las zonas seguirán siendo activas y continuará el proceso de corrosión. La figura 6 muestra la relación entre la velocidad del agua y las tasas de corrosión. Las tasas de corrosión pueden realmente aumentar al disminuir la velocidad del flujo, si está es lo suficientemente lenta como para permitir la precipitación sobre la superficie del metal. Las altas tasas de corrosión que resultan cuando el flujo es más lento se deben por lo general a una corrosión de tipo bajo depósitos. LAS CONSECUENCIAS DE LA CORROSIÓN Si no se controla la corrosión, los intercambiadores de calor dejarán de funcionar de forma eficiente debido a la acumulación de depósitos causados por la corrosión, y cada vez habrán más equipos que dejarán de funcionar debido a la presencia de fugas. Como consecuencia, se perderá más tiempo manteniendo y limpiando el sistema o incluso reemplazando los equipos dañados o que ya no funcionan como debieran. Con el tiempo, las fugas en el sistema pueden causar una contaminación del producto, o incluso una parada total de la planta. Todos estos problemas cuestan dinero. En casos graves, algunos de estos proble mas pueden costar incluso puestos de trabajo. Reducción de la eficiencia de la transferencia de calor - Los intercambiadores de calor limpios, sin corroer, permiten que la planta opere a la máxima tasa de producción. Cuando hay depósitos en las superficies de transferencia de calor, el sistema de enfriamiento no puede realizar su f unción, la producció n disminuye y los costos aumenta n. Aum ento del tiempo de mantenimiento y limp ieza - Sea cual sea el lu gar d onde ocurra la corro sión en un sistema de enfriamiento, la herrumbre puede Ilegar a otros puntos por las tuberías, ensuciando los intercambiadores de calor y las tuberías de transporte. La manera normal de eliminar los depósitos consiste en parar y sacar fuera el sistema para limpiarlo. Aún así, incluso si los tubos se limpian con agua a presión, con varillas o con ácido, toma tiempo y mano de obra hacer el trabajo bien. El tiempo empleado se traduce en dinero cuando una unidad no está produciendo. Reparaciones y reemplazo de equipos - Si el estado de corrosión es avanzado, la mera limpieza de los equipos no será suficiente. Los tubos pueden gotear por muchas partes. Algunos pueden repararse o desconectarse taponándolos. En otros casos, la única forma de recuperar el rendimiento del intercambiador de calor es instalando tubos nuevos o remplazando todo el intercambiador de calor, lo cual es una operación costosa. Contaminación del lado del proceso o del lado del agua - Cuando se producen fugas debido a la corrosión, pueden presentarse problemas graves en ambos lados del sistema. El agua de enfriamiento puede pasar directamente a la corri ente de proceso, contaminando el producto y ocasionando una pérdida de producción . Cuand o la co rriente del proceso contamina el lado del agua, se producirán aún mis depósitos, ensuciamiento y corrosión. Paradas no programadas- Si no se hace nada por detener la corrosión del sistema de enfriamiento, esta puede hacer parar una planta completamente, de forma inesperada. En ese caso, los costos del agua, del mantenimiento y de la reparación del sistema resultan bajos comparados con el dinero perdido debido a la pérd ida de producción.
CORROSION GALVANICA La corrosión galvánica es una forma especial de corrosión. Esta forma de corrosión relativamente común se produce cuando dos metales distintos se conectan y se exponen a un ambiente húmedo un metal se hace catódico y el otro anódico, formando una pila galvánica. Por ejemplo, cuando el cobre y el acero dulce están unidos dentro del agua, el acero dulce se convierte en el ánodo porque cede electrones con más facilidad que el cobre. Se dice que es anódico frente al cobre, que es el cátodo. La pérdida de metal ocurre en el ánodo, es decir el acero se corroe. Los mismos principios relacionados con la razón
de áreas superficiales cátodo-ánodo que se aplican a la reacción de corrosión general se aplican a la pila galvánica: Mayor cátodo - mayor tasa de corrosión Menor cátodo - menor tasa de corrosión Ánodo grande - pérdida general de metal Ánodo pequeño - ataque de tipo peladuras Figura 7 – Picaduras severas y roturas en la pared Estas relaciones son ciertas siempre y metálica cuando los otros factores que afectan al sistema (por ejemplo: temperatura, conductividad, concentración de oxígeno, velocidad) permanezcan invariables.
La tasa de corrosión del par galvánico es función de los tipos de metales puestos en contacto. La Tabla 1 muestra la serie galvánica de metales y aleaciones comunes en los sistemas de agua. En la unión de dos de estos metales en un ambiente acuoso (par galvánico) se corroe el metal más anódico. La tasa de corrosión es comparativamente menor en los metales más próximos de esta serie que para los pares metálicos muy
separados. En un par galvánico, la tasa de corrosión depende de la naturaleza de los metales puestos en contacto, las áreas superficiales relativas cátodo-ánodo y la conductividad del electrolito.
La Figura 7 muestra picaduras muy graves y penetración total de las paredes del metal producidas principalmente por un ataque galvánico. El tubo de aluminio ultra puro se reviste de cantidades pequeñas del cobre que está presente en el agua de circulación, creando las condiciones para un fuerte ataque galvánico. En este caso, las velocidades bajas del flujo y los depósitos inorgánicos y microbianos agravaron el problema.
PILAS DE CORROSIÓN LOCALIZADAS En una pila galvánica, dos metales diferentes en contacto con la misma solución generan una corriente eléctrica. Puede ocurrir una situación similar cuando se expone un solo metal a dos concentraciones diferentes de una especie en solución. Por ejemplo, si la concentración de oxígeno o la de un ion tal como el cloruro es diferente en dos lugares de la superficie metálica, se puede formar una pila de corrosión. Tales pilas se Ilaman pilas de aireación diferencial o de concentración diferencial.
Pila de aireación diferencial Los depósitos superficiales (y zonas tales como las uniones chapadas y hendiduras debajo de las piezas de sujeción) reúnen las condiciones necesarias para la formación de pilas de aireación diferencial. Una pila de aireación (también conocida como pila de oxígeno diferencial) es causada por la presencia de cantidades diferentes de oxígeno disuelto disponible en dos zonas superficiales.
La saturación del oxígeno disuelto se asegura en los sistemas de enfriamiento de recirculación cuando el agua pasa por la torre de enfriamiento. Inicialmente, la superficies del metal están igualmente expuestas a este oxígeno disuelto. No obstante, una vez que se produce un depósito, la concentración del oxigeno debajo del depósito es mucho menor que la concentración del oxígeno fuera del depósito. La Figura 8 muestra una pila de aireación diferencial general que se forma debajo de un depósito. La superficie del metal debajo del depósito se convierte en anódica, se produce una pérdida de metal, y se inicia una pila de corrosión local. Las reacciones 4 y 5 son las reacciones principales que tienen lugar. Son las mismas reacciones que ocurren en la corrosión general, pero aquí están separadas por los depósitos presentes en la superficie de metal. Ánodo: M → M+2 + 2e- (oxidación del metal, M, que ocurre debajo del depósito)
(4)
Cátodo: ½ O2 + H2O + 2e- → 2OH - (reducción del oxígeno que ocurre fuera del depósito presente sobre la superficie del metal) (5) Como los depósitos son los iniciadores principales de las pilas de aireación diferencial, afectan directamente a las tasas de corrosión en las superficies metálicas. La velocidad de la reacción de la pila de aireación diferencial es proporcional a la diferencia entre las concentraciones del oxígeno debajo del depósito y la del oxígeno que se encuentra en el agua que rodea el depósito. La pila de aireación diferencial raramente es la única causa de que se pierda metal debajo del depósito.
Pilas de concentración iónica diferencial Los depósitos del agua de enfriamiento pueden resultar en un mecanismo que aumentará el pH en el cátodo y disminuirá el pH en el ánodo, siempre y cuando no se mezclen ambas zonas. Este fenómeno se llama diferencia de concentración iónica y ocurre en pilas ocluidas. Una pila ocluida es una pila en la que una barrera semipermeable inhibe la mezcla de los productos de reacción anódicos y catódicos pero permite el paso de algunas especies, tales como los iones cloruro y el hidrógeno gaseoso. Los iones negativos pequeños tales como el Cl- se reúnen en el ánodo para equilibrar electroquímicamente los iones positivos de (Fe +2) producidos durante la oxidación del metal base. Tanto los iones hidrógeno como los iones cloruro crean un ambiente en el que se disuelven la mayoría de los metales y sus aleaciones. A los bajos pH creados dentro de la picadura, el ion hidrógeno (H +) puede ocupar el lugar del oxígeno y cerrar el circuito eléctrico de la forma siguiente: 2H+ + 2e- → H2
(6)
Los iones metálicos cedidos a la solución procedentes de debajo del depósito se hidratan instantáneamente, según la Ecuación 7: M+2 + H2O →M-2 (H 2O) (ión metálico hidratado)
(7)
La disminución del pH ocurre al desprenderse iones hidrógeno durante la formación de hidróxidos metálicos. La reacción simplificada es como sigue: M+2 + H2O → M(OH)2 + 2H+ (hidróxido metálico)
(8)
El aumento de la concentración de iones H + y Cl- dentro de la pila ocluida producirá un aumento de la diferencia de voltaje entre el ánodo y el cátodo, que acelerará la tasa de corrosión. La concentración iónica seguirá aumentando al tener lugar estas reacciones. Este mecanismo se denomina frecuentemente proceso autocatalítico. Así pues, siempre que un depósito actúe como una barrera semipermeable para productos de reacción anódicos y catódicos, se acelerarán las velocidades de corrosión. Las Figuras 9, 10 y 11 muestran ejemplos de corrosión localizada en acero dulce, aluminio y acero inoxidable.
En resumen, los depósitos pueden agravar las picaduras iniciadas como corrosión normal, pero incrementada por varios mecanismos de corrosión de pilas de concentración, entre los que pueden incluirse la participación de microbios. Debido a que estas pilas de concentración y sus productos de corrosión están cubiertos por
depósitos, ni siquiera los inhibidores más eficaces pueden atravesarlos para proteger de forma adecuada la superficie del metal. Esto pone de manifiesto la importancia de impedir la formación de depósitos en los sistemas de agua. FACTORES QUE AFECTAN A LA CORROSION SÓLIDOS DISUELTOS La influencia de los sólidos disueltos en la corrosividad es compleja. No sólo es importante la concentración, sino también la especie iónica involucrada. Por ejemplo, algunos sólidos disueltos (tales como el carbonato y bicarbonato) reducen la corrosión, mientras que otros iones agresivos (tales como el cloruro y el sulfato) pueden aumentarla interfiriendo con la película protectora. La Figura 12 muestra que la corrosividad no aumenta linealmente con el aumento de la concentración total de sólidos. Al aumentar las concentraciones de iones agresivos, los sólidos disueltos muestran paulatinamente
menos influencia en la tasa de corrosión del acero dulce. La razón es que al aumentar la concentración de sólidos disueltos, disminuye la solubilidad del oxígeno. Como la tasa
de corrosión depende de la difusión del oxígeno hacia la superficie catódica, disminuye la tasa de corrosión. GASES DISUELTOS El CO2 y el O2 son los principales gases de consideración en la mayoría de los sistemas industriales. Aumentando el contenido de CO2 libre en agua se reduce el pH y se tiende a despolarizar la superficie catódica. En un condensado débilmente tamponado o estabilizado, esto puede producir un agua de pH bajo y corrosiva. En un agua tamponada, tal como en un sistema de agua de enfriamiento típico, el impacto del aumento de CO 2 será menor. El sulfuro de hidrógeno y el amoniaco se encuentran con menos frecuencia que el oxigeno y el CO2, pero ambos ejercen una gran influencia tanto en la corrosión de las aleaciones del acero como del cobre. El sulfuro de hidrógeno casi siempre se ioniza formando iones bisulfuro y sulfuro, que tienden a despolarizar la zona anódica. El amoníaco aumenta la tasa de corrosión del cobre y de las aleaciones de cobre, complejando el cobre normalmente presente en las películas protectoras de óxido de cobre o carbonato de cobre. TEMPERATURA Como regla general, un aumento de temperatura de 10º C (18º F) duplica la velocidad de casi todas las reacciones químicas. Así pues, un aumento de temperatura aumenta la tasa de corrosión ya que la reacción catódica ocurre más rápido. La tasa de difusión del oxigeno también mejora al aumentar la temperatura. La Figura 13 muestra la relación de la temperatura y de la concentración de oxigeno en la tasa de corrosión. La corrosión del acero dulce por acción del oxígeno alcanza su máximo normalmente a unos 80º C (180º F) y disminuye a partir de ahí debido a que la disminución de la solubilidad del oxígeno compensa el aumento en las cinéticas de reacción causadas por el aumento de temperatura. VELOCIDAD DEL AGUA
Si la velocidad del agua es suficientemente alta, los productos de corrosión formados en el ánodo serán barridos de la superficie
Grieta longitudinal
Grieta transversal
del metal antes de que formen una capa pasiva muy adherente. Por lo general, la corrosión aumentara al aumentar la velocidad del agua. Sin embargo, el tipo de corrosión normalmente se hace más uniforme (decapado general) al aumentar la velocidad del agua. El aumento de velocidad también puede disminuir la corrosión en varias circunstancias. Por ejemplo, algunos metales y aleaciones, tales como el aluminio y acero inoxidable, dependen del oxígeno para formar una película de pasivación que inhiba la corrosión. El aumento de la velocidad del agua aumentará el oxígeno disponible en la zona catódica y aumentará la disponibilidad del inhibidor de corrosión de forma más uniforme. FALLAS DEL METAL AGRIETAMIENTO POR CORROSIÓN DEBIDA A ESFUERZOS DE TRACCIÓN
Un metal sometido a esfuerzos de tracción o conteniendo esfuerzos residuales del proceso de fabricación y expuesto a una especie química corrosiva específica puede agrietarse. Este tipo de falla se llama agrietamiento por corrosión debida a esfuerzos. En la Figura 14 se muestran Grieta irregular tres ejemplos del este fenómeno. El esfuerzo del metal puede ser ejercido por cualquier clase de Figura 14 – Agrietamiento por corrosión fuerza externa que causa estiramiento o flexión; debida a esfuerzos también puede ser debido a los esfuerzos internos, latentes en el metal, que fueron adquiridos durante la fabricación por laminado, conformado, estampado o soldadura. El ambiente corrosivo y los esfuerzos, no necesitan tener un valor especifico mínimo. El agrietamiento por corrosión debido a esfuerzos puede tener lugar en una condición de grandes esfuerzos en un ambiente moderadamente corrosivo a una condición de esfuerzos suave en un ambiente muy corrosiva. Si los esfuerzos se aplican mecánicamente, el ataque puede atenuarse eliminando los esfuerzos aplicados. En los casos en que los esfuerzos son internos, la atenuación es más difícil, ya que no existe una forma práctica de ubicar y medir los esfuerzos internos en los equipos de la planta. Una forma confiable de reducir el agrietamiento por corrosión debida a esfuerzos consiste en eliminar la especie química corrosiva o aislar el metal del agua, como por ejemplo usando revestimientos sobre la superficie del metal. La
aplicación de un inhibidor de corrosión también puede reducir este tipo de ataque, pero
este enfoque generalmente no es práctico debido a la gran concentración de inhibidores necesaria para controlar la de corrosión de forma eficaz. En gran medida, se debe confiar en métodos de diseño apropiados y de buena fabricación para producir equipos, tuberías o estructuras sin esfuerzos internos. Por ejemplo, el termotratamiento después de la fabricación (un templado para la atenuación de esfuerzos) permite eliminar los esfuerzos internos de la estructura cristalina del metal. Incluso los grandes recipientes de proceso son tratados térmicamente para aliviar los esfuerzos a fin de protegerlos contra el agrietamiento por corrosión debida a esfuerzos. El agrietamiento por corrosión debida a esfuerzos e inducido por una pila de concentración de cloruro es un tipo especifico de falla, típico pero no limitado, a los aceros inoxidables. Hay tres factores que son esenciales para que ocurra este tipo de falla: un ion agresivo (cloruro), un mecanismo de concentración y un esfuerzo residual. A menos que estén presentes los tres, no tendrá lugar la corrosión por esfuerzos. Por lo tanto, es muy importante mantener limpias las superficies de acero inoxidable. Cuando se producen simultáneamente una concentración de cloruro y un esfuerzo se ocasiona un agrietamiento tipo intergranular y transgranular ramificado. Esto produce un debilitamiento del metal y la falla del mismo con el tiempo. Cuando se experimenta por primera vez este tipo de fallas se creía a que era producida por concentraciones de cloruro tan bajas como 50 a 100 ppm. La experiencia indica, por ejemplo, que la concentración de cloruro en el agua en contacto con el acero inoxidable, no es el factor critico. El agrietamiento por corrosión a esfuerzos ocurre solamente en condiciones que permiten que en las pilas de concentración de cloruro se formen depósitos en las superficies o hendiduras del metal y cuando haya además presentes grandes esfuerzos. En ausencia de pilas de concentración o de esfuerzos, las concentraciones de cloruro mayores que 1000 ppm no causan el agrietamiento del acero inoxidable. De hecho, en algunas plantas de desalinización, donde las concentraciones de cloruro pueden alcanzar valores de 20. 000 ppm, no se han experimentado fallas cuando se ha usado una construcción de acero inoxidable recocido de forma apropiada y se ha mantenido el sistema libre de depósitos. La clave para prevenir el agrietamiento por corrosión debida a esfuerzos es eliminar los depósitos, aumentar el pH, diseñar y fabricar equipos donde se hayan atenuado los esfuerzos y usar técnicas de construcción para eliminar las hendiduras a fin de no permitir la formación de pilas de concentración. AGRIETAMIENTO POR FATIGA DE CORROSION El agrietamiento por fatiga de corrosión es el resultado de la combinación de un ambiente corrosivo y repetidos esfuerzos cíclicos de
tracción, según se muestra en la Figura 15. La fatiga se produce debido a la aplicación cíclica rutinaria de esfuerzos seguida de una relajación. Esta acción, al ocurrir repetidamente en un ambiente corrosivo, con el tiempo produce el agrietamiento del material. La falla por fatiga de corrosión puede tener lugar en cualquier clase de ambiente corrosivo y en cualquier tipo de metal. Sin embargo, los esfuerzos deben ser mayores que cierto valor crítico para inducir el agrietamiento, sea cual sea el número de ciclos de esfuerzos que se apliquen. Las grietas ocurren normalmente en ángulo recto con relación al esfuerzo aplicado. La velocidad de propagación depende del nivel de corrosividad del agua, la cantidad de esfuerzo y el número de ciclos que tienen lugar durante un período dado. Para reducir a un mínimo o prevenir este tipo de ataque, se debe localizar el punto de origen de los esfuerzos y se debe reducir la frecuencia cíclica o la magnitud de los esfuerzos aplicados. Los inhibidores son útiles para reducir la corrosividad en la superficie de contacto entre el metal y el agua reduciendo así a un mínimo una de las dos fuerzas que deben estar presentes para que continúe este tipo de falla transgranular en forma de “V". TUBERCULACIÓN Los tubérculos constituyen una forma de pilas de concentración iónica diferencial. Producen una estructura exclusive en forma de embudo invertido en las superficies de acero. La Figura 16, sección transversal de un tubérculo típico, muestra que la mayor parte de la estructura está compuesta de capas de varias formas de óxido de hierro y productos de corrosión en forma laminar. La parte interna del tubérculo está hueca e inicialmente Ilena de fluido, y se producen iones metálicos en una zona anódica. A un pH alto, causado por la formación de hidróxido en zonas catódicas próximas o por iones carbonato, se favorece la precipitación del hierro adyacente a la zona anódica. Este mecanismo continua hasta que se forma una picadura. La picadura está Ilena de compuestos de hierro porosos, formando un tubérculo, ya que los subproductos de corrosión son más voluminosos que el metal original. Dentro del tubérculo, el medio acuoso contiene muchos cloruros y sulfatos y poco oxígeno de pasivación. Esto hace que se forme una solución ácida (pH aproximadamente 3) dentro del tubérculo sea cual
sea el pH de la masa de agua. Como consecuencia, se forman tanto las pilas de diferencia de oxigeno como de diferencia de concentración. Los tubérculos en estado avanzado pueden contener altas concentraciones de cloruros y sulfatos. Debido a la concentración reducida de oxigeno y a las altas concentraciones de sulfato, también pueden multiplicarse bacterias reductoras de sulfato en el interior de los tubérculos. Este tipo de corrosión es bastante común en sistemas que no se tratan de forma apropiada. Los tubérculos aumentan considerablemente la resistencia al flujo de agua y limitan la capacidad de transporte. Los tubérculos grandes pueden desprenderse periódicamente y alojarse en conductos críticos, tales como las cajas de agua de intercambiadores calor o en las boquillas aspersoras para la desincrustación a alta presión en un proceso de laminado en caliente. Los nódulos (Figura 17) se denominan a veces tubérculos de hierro. No obstante, son muy distintos los unos de los otros. Los nódulos son los depósitos más comunes en tuberías y equipos de acero dulce. El aspecto físico de un nódulo es muy diferente del de un tubérculo. En sistemas de agua de enfriamiento, los nódulos generalmente son depósitos lisos en forma de montículos. Al igual que los tubérculos, la sección transversal de un nódulo muestra capas compuestas de varias estados de oxidación del hierro. La capa externa, que está en Figura 17 – Nódulos de hierro contacto con el agua de enfriamiento, es típicamente Fe(OH)3; la capa interna generalmente es una mezcla de Fe 2O3 y FeO ya que disminuye la concentración de oxígeno dentro del montículo. Cuanto más alejada del agua esté la capa, más reducidos estarán los óxidos. Los nódulos se forman en un proceso más lento y más general que no es tan localizado como la tuberculación. EROSION-CORROSION El ataque de erosión-corrosión es otro tipo de corrosión selectiva donde tienen lugar fenómenos físicos y químicos que producen una pérdida rápida del metal y una penetración en una zona localizada. Tiene lugar cuando se aplica una fuerza física a la superficie del metal causada por sólidos en suspensión, burbujas de gas, o frecuentemente el liquido mismo, con energía suficiente como para desgastar la película de pasivación natural o aplicada del metal. Este proceso ocurre de forma repetida y cada caso resulta en la eliminación de capas sucesivas de metal oxidado. . La característica más fácil de identificar de un ataque de corrosión-erosión en un metal blando tal como el cobre o latón son las formaciones similares a "herraduras de caballo caminando aguas arriba" en dirección de la corriente (Figura 18). Estas formaciones son
producidas por lo general por los depósitos de la superficie del metal que crean turbulencias alrededor de una obstrucción. Las picaduras en forma de Iágrima se producen cuando el agua o el aire choca contra el depósito. La Figura 19 describe este proceso. La pérdida general de metal o el adelgazamiento de las paredes es indicativo de un ataque abrasivo de los sólidos en suspensión o de un rozamiento contra superficies duras. La cavitación es una forma especial de ataque de erosión-corrosión que se da a menudo en los rodetes de bombas y en el lado de la carrera descendente de motores encamisados. Este ataque es producido por la implosión de las burbujas de vapor sobre la superficie del metal con fuerza suficiente como para producir una pérdida rápida localizada de metal. Las burbujas se rompen o colapsan produciendo un efecto de ariete cuando pasan de una zona de alta presión a otra de baja presión. Por ejemplo, en una bomba centrifuga (Figura 20), tales daños pueden hacer estallar físicamente pedacitos de metal de la superficie, o en casos menos serios, desalojar los óxidos y depósitos normalmente
protectores. LIXIVIACION SELECTIVA Los depósitos pueden producir la lixiviación selectiva de aleaciones comunes en los sistemas de agua de enfriamiento. La lixiviación selectiva (o desaleación) consiste simplemente en la eliminación de un elemento de una aleación. El elemento que es más resistente a] ambiente corrosivo permanece en la aleación. La pérdida de zinc en una aleación de
cobre y zinc es la forma más común de lixiviación selectiva. Entre otros ejemplos se incluye la eliminación selectiva de níquel en aleaciones de cuproníquel. La lixiviación selectiva de zinc, Ilamada descincificación, puede tener lugar en un intervalo amplio de pH. Existen dos teorías principales usadas para explicar la descincificación, ambas respaldadas por evidencia metalográfica y electroquímica. Una teoría propone que el zinc se disuelve selectivamente. La otra teoría propone que tanto el zinc como el cobre se disuelven, pero los iones de zinc permanecen en solución y los de cobre vuelven a precipitar. La presencia de depósitos porosos, los iones cloruro, la alta tasa de transferencia de calor y las condiciones de estanqueidad son los factores principales que producen una lixiviación selectiva. La descincificación por capas ocurre siempre y cuando se vea afectada una gran superficie de metal. El cobre de los bordes interiores del codo seccionado mostrado en la Figura 21 es característico de una descincificación por capas. La descincificación tipo tapón, mostrado en la figura 22,
ocurre cuando la lixiviación selectiva está localizada. METODOS GENERALES PARA EXHIBICIÓN DE LA CORROSION Entre los métodos más aceptados para controlar la corrosión en los sistemas de agua de enfriamiento industriales se incluyen los siguientes: • Uso de materiales de construcción resistentes a la corrosión • Aplicación de barreras inertes • Uso de ánodos de sacrificio • Ajustes de la composición química del agua • Aplicación de inhibidores de corrosión químicos
Estas técnicas pueden desarrollarse individualmente o en colaboración formando un programa diseñado para optimizar la protección contra la corrosión.
MATERIALES DE CONSTRUCCION En casos en que sea practico y económico, el uso de materiales más Resistentes a la corrosión, tales como cobre, acero inoxidable, aleaciones de cobre y níquel, hormigón o concreto y plástico, pueden tener ventajas sobre el acero al carbono. No obstante, cuando se decida esto, es importante entender todo el sistema. Por ejemplo, el uso de latón admiralty en lugar de acero dulce en un intercambiador de calor de un sistema expuesto a contaminación de amoníaco sería un error. El uso de un intercambiador de calor de aluminio puro en vez de uno de aleación de aluminio puede reducir la corrosión del lado del proceso a expensas de acelerar la corrosión del lado del agua Deben evitarse los pares galvánicos de mezclas de aleaciones. BARRERAS INERTES Otra forma práctica de prevenir la corrosión es separar un metal del agua usando barreras inertes. Es común revestir las piezas seleccionadas de algunos sistemas; por ejemplo, las cajas de agua y las placas de tubos de muchos sistemas están revestidas para reducir a un mínimo la corrosión galvánica entre los componentes de acero dulce y los tubos de admiralty de un condensador de superficie. También se usan revestimientos y forros de varios tipos para prevenir la corrosión de las tuberías de agua en tanques de alimentación y tanques de retención e emergencia. Algunas plantas de suministro de agua y plantas industriales usan un manguito de plástico especial para impedir la erosióncorrosión a la entrada de los tubos del condensador. Como regla general, la mayoría de los sistemas industriales son tan amplios y complejos que revestir completamente todas las tuberia sresultaría extremadamente caro. Así pues, los revestimientos están limitados normalmente a los ejemplos tratados. Entre las barreras inertes se incluyen todas las barreras orgánicas, metálicas y vítreas, tales como pinturas y resinas epóxicas, que se aplican entre metales, aleaciones y su ambiente corrosivo. Los revestimientos también tienen un historial de fallas debido a que se aplican a menudo de forma indebida, produciendo picaduras y grietas. Barreras orgánicas Esta clasificación puede subdividirse en revestimientos, masillas y forros. Los revestimientos son capas de 125 a 500 micras (5 a 20 milésimas de pulg) de espesor; los forros normalmente tienen un espesor mayor o igual que 1500 micras (60 milésimas de pulg); las masillas están comprendidas: entre estos dos intervalos. Las barreras orgánicas pueden estar hechas de una variedad de resinas sintéticas y naturales. El ambiente específico que encontrará la barrera, técnicas de aplicación disponibles y costo decidirán frecuentemente cuál es la mejor barrera protectora que se debe utilizar. Revestimientos metálicos
Los revestimientos de zinc, níquel, cromo, estaño, cadmio, plomo y aluminio pueden usarse para aumentar la resistencia a la corrosión del metal descubierto. Estos revestimientos metálicos son económicamente atractivos si se comparan con la construcción total de los equipos usando estos metales raros y escasos. Barreras vítreas El esmalte de porcelana y la cerámica son los revestimientos principales de esta categoría. Aunque estos revestimientos no se usan frecuentemente en aplicaciones de agua de enfriamiento, pueden usarse en tuberías. ANODOS DE SACRIFICIO Los ánodos de sacrificio reducen el ataque corrosivo en el metal de los equipo proporcionando un metal (normalmente zinc, magnesio o aluminio) que sea electroquímicamente más activo que el metal que están protegiendo. La pérdida de metal ocurre en el ánodo, por lo que el ataque corrosivo ocurrirá predominantemente en el ánodo protector. El ánodo se consumirá al proteger la composición metalúrgica de los equipos. Los ánodos se reemplazan típicamente tras unos intervalos programados. Los ánodos de sacrificio son eficaces contra la corrosión de pares galvánicos que de lo contrario producirían una pérdida inaceptable de metal. El principio es exactamente el mismo. El ánodo de sacrificio es electroquímicamente más activo que cualquiera de los otros metales en el par galvánico y por lo tanto se convierte en anódico para ambos metales. La Figura 23 muestra ejemplos de ánodos de sacrificio. El diseño y colocación de estos ánodos requiere conocimientos especiales y, cuando se emplean de forma apropiada, pueden reducir en gran medida la pérdida de metal de los equipos. Los intercambiadores de calor con placas de tubos de acero dulce y tubos de cobre o latón admiralty pueden corroerse a gran velocidad. No obstante, los ánodos de sacrificio, pueden impedir la corrosión que de otra forma podrían sufrir los pares galvánicos de acero y cobre. Estos ánodos se han usado para complementar los programas químicos en una variedad de sistemas de agua de enfriamiento y agua de proceso. AJUSTES DE LA COMPOSICIÓN QUÏMICA DEL AGUA La Sección 3.1 hace hincapié en la importancia del electrólito para fomentar la corrosión de los metales. El electrólito, en lo que nos respecta, es el agua de enfriamiento. Entre las variables más importantes, en términos de la corrosión, se incluyen el pH, conductividad y equilibrio bicarbonato/carbonato. pH La corrosión avanza más rápidamente en el ánodo, donde los productos de corrosión, tales como el Fe+2 o Cu+2 son solubles en el electrólito. La solubilidad del hierro y del cobre aumenta al disminuir el pH. Muchos metales se pasivan a un potencial de serie galvánica más noble formando una capa de producto de corrosión muy adherente. Los
electrólitos que impidan la formación de esta capa acelerarán la corrosión. El pH influye en gran medida en la solubilidad de los iones metálicos oxidados. Las condiciones ácidas fomentan la corrosión del acero dulce, por ejemplo, impidiendo que se forme una capa adherente de oxido de hierro. Las condiciones alcalinas favorecen la formación de la capa de oxido de hierro ya que los óxidos de hierro se hacen menos solubles al aumentar el pH. El cobre se comporta de forma similar. En unos estudios electroquímicos se ha demostrado que el pH afecta el potencial galvánico del hierro. En una solución ácida fuerte, el potencial se aproxima a -0,7 voltios. El potencial en condiciones muy alcalinas puede alcanzar un valor de hasta +0,4 voltios. Aunque este ejemplo represente un extremo, hace hincapié en la influencia que puede tener el pH en la corrosividad del agua para un metal dado. También indica el nivel de desviación que puede encontrarse entre la composición química actual del agua de enfriamiento y las condiciones normales en que se desarrolló la serie galvánica. El efecto del pH en la actividad de una pila galvánica se puede describir. El acero dulce se oxida con más facilidad en condiciones Acidas que en alcalinas. La diferencia de potencial entre microánodos y microcátodos (fuerza impulsora para la reacción de corrosión) es mayor en el lado del ácido. Considere el efecto del pH en la corrosión al desarrollar un programa. Se usan programas de inhibidores de corrosión más fuertes para programas Acidos que para programas alcalinos. Conductividad El agua de enfriamiento es el electrólito de una pila de corrosión. La teoría actual sobre la función que desempeña la conductividad (en lo que se refiere a iones no alcalinos, es decir, cloruros y sulfatos) en la corrosión se basa en los siguientes factores. Primero, los iones agresivos tales como el Cl- y SO4-2 pueden destruir las películas de óxido. En segundo lugar, los iones pueden concentrarse debajo de los depósitos formando una corrosión localizada (pilas de concentración iónica). Por último, los iones en solución emigran a diferentes partes de la superficie metálica para mantener la neutralidad eléctrica del sistema. Cuanto mayor sea el número de iones presentes en la solución, mayor será la velocidad a la que se logre la neutralidad eléctrica, permitiendo que la corrosión avance a un ritmo más rápido. Los iones agresivos, tales como el cloruro y el sulfato, pueden causar la destrucción de las películas de óxido. Por ejemplo, en el acero dulce, la incorporación de cloruro o sulfato en la película de óxido aumentará la solubilidad de los óxidos de hierro, debilitando así la película. Esta película debilitada puede ser más permeable y permitir así que la corrosión sea más rápida. En casos extremos, la permeabilidad puede concentrar los cloruros y sulfatos debajo de los depósitos y producir pilas de concentración iónica (resultando en corrosiones graves localizadas o picaduras). En la pila básica representada antes en la Figura 1, los electrones circulan por el metal hacia las zonas catódicas. Las zonas catódicas son pues más negativas que las otras zonas de la superficie del metal. En el ánodo, el hierro se disuelve en forma de iones
positivos. Por lo tanto, el ánodo es más positivo que otras zonas de la superficie metálica. Para mantener la neutralidad eléctrica, los iones negativos en solución emigran al ánodo y los positivos al cátodo (Figura 24). Al aumentar la concentración de iones en solución, es más fácil lograr la neutralidad eléctrica, ya que es necesario menos movimiento para los iones en solución. Esto permite que el cátodo esté más alejado del ánodo, aumentando de forma eficaz la zona catódica. Al aumentar la zona catódica, también aumenta la velocidad de corrosión. Se necesita una nota explicativa más. Una vez que se haya neutralizado eléctricamente el ion ferroso (Fe +2) en el ánodo, esta libre para reaccionar con el agua circundante, formando un precipitado de hidróxido ferroso y desprendiendo un ion hidrógeno, haciendo que el pH en el ánodo sea bastante Acido (pH aproximadamente igual a 3), y fomentando así la corrosión: Fe+2 + 2H2O → Fe(OH)2 + 2H+
(9)
La menor conductividad no permite que tenga lugar la neutralidad eléctrica de forma tan inmediata, reduciendo así la velocidad de la reacción limitando la distancia entre el ánodo y el cátodo y reduciendo de forma eficaz la zona catódica.
Equilibrio bicarbonato/carbonato Esta relación que es función del pH afecta la corrosión. En el lado ácido del pH del agua de enfriamiento (<7), las especies presentes son CO 2 disuelto, ácido carbónico y una pequeña cantidad de bicarbonato. El bajo pH y las especies ácidas aumentan la corrosión aumentando la solubilidad de la mayoría de los iones metálicos. Las especies ácidas también reaccionan con el OH - producido por la reacción catódica, aumentando así la velocidad de la reacción catódica.
En el lado alcalino, el bicarbonato y el carbonato pueden actuar como inhibidores anódicos y catódicos respectivamente. Sus mecanismos específicos se tratarán más adelante en esta sección. Históricamente, los ajustes de alcalinidad constituían un método importante de reducir la corrosión en los sistemas de distribución municipales. Típicamente, la cal o sosa cáustica se añadían al agua para aumentar la cantidad de calcio o la alcalinidad de un agua corrosiva. Esto hacia que el agua formara más incrustaciones y fuera menos corrosiva. Los iones OH- producidos por la reacción catódica crearían una condición localizada de alto pH que haría precipitar las incrustaciones de carbonato cálcico. Las incrustaciones podrían reducir la corrosión impidiendo la Ilegada de O 2 a la superficie del metal e impidiendo que los electrones reaccionen con el oxígeno. Los índices tales como el índice de Langelier y el índice de estabilidad de Ryznar fueron desarrollados para indicar el nivel de corrosividad de un agua y controlar la adición de cal o sosa cáustica. Estas técnicas de control de corrosión son muy difíciles de controlar y a veces producen cantidades significativas de depósitos de incrustaciones. Como consecuencia, los ajustes de alcalinidad para controlar la corrosión no se utilizan generalmente en la actualidad. Han sido reemplazadas por inhibidores de corrosión específicos para sistemas municipales y de paso único. MECANISMOS DE INHIBICIÓN Entre las muchas posibles clasificaciones de inhibición de corrosión, se pueden distinguir dos tipos según sean las características de las capas protectoras formadas en el sustrato de corrosión: 1) interfase, y 2) inhibición de la membrana. La inhibición de la interfase ocurre cuando el metal del sustrato adsorbe el inhibidor y forma una capa monomolecula r. Esta adsorción depende del potencial. Este tipo de inhibición se observa con más frecuencia en sistemas de corrosión en los que las superficies de metal al descubierto están en contacto con el medio de corrosión, tal como la disolución del metal activo en una solución ácida. La inhibición de la membrana por otro lado, supone la existencia de una capa más gruesa entre el sustrato de corrosión y el electrólito. Tales capas consisten generalmente de productos de corrosión oxidados o inhibidores. También se observa la inhibición de la membrana cuando las sustancias disueltas en el electrólito causan reacciones secundarias que forman precipitados en el sustrato de metal. La membrana es como una barrera física que se opone al transporte de masa a través de la misma así como un aislante eléctrico. En este caso, la inhibición de la corrosión depende de la influencia en este proceso de forma tal que se mejore la función protectora de estas capas. Así p ues, la composi ción, estructura, espesor, adhesión y química de la capa so n imp ortantes. Para lograr un efecto protector similar al de una capa de óxido pasivo, y prevenir la creación de obstáculos innecesarios para la transferencia de calor, el espesor de la membrana debe ser el mínimo posible.
APLICACIÓN DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN QUÍMICOS
Aunque existen muchas opciones para reducir a un mínimo la corrosión mejorando el diseño o los métodos de construcción, los factores económicos imponen el hecho de que la mayoría de los sistemas deben diseñarse y fabricarse de tal forma que sea necesario un programa de inhibidores químicos para controlar la corrosión. Esto se aplica a todos los tipos de sistemas de agua: distribución de agua potable, agua de enfriamiento, agua de calderas, agua de proceso y plantas de tratamiento de efluentes. Según se indicó anteriormente, se deben completar los cuatro elementos de un circuito de corrosión para que ésta pueda tener lugar. Esto implica, entre otras cosas, una reacción anódica y catódica. Por lo tanto, cualquier compuesto químico aplicado al agua que detenga la reacción anódica detendrá la corrosión; como corolario, cualquier material agregado que reduzca la reacción catódica reducirá la corrosión. La clasificación de inhibidores químicos se basa en la forma en que el inhibidor afecta la pila de corrosión. Así pues, los inhibidores químicos se clasifican en tres grupos grandes: • Inhibidores anódicos • Inhibidores catódicos • Combinación de inhibidores anódicos y catódicos e inhibidores orgánicos. Inhibidores anódicos Los inhibidores de corrosión anódicos funcionan extinguiendo la reacción anódica para cortar el circuito electroquímico. Deben detener totalmente las reacciones de oxidación en el ánodo, ya que de lo contrario no disminuirán las velocidades de corrosión. La pérdida de metal se concentrará en cualquier superficie anódica restante y producirá picaduras. Por lo tanto, es importante mantener en todo momento cantidades suficientes de inhibidor anódico en el sistema para impedir el ataque por picaduras. Los inhibidores anódicos pueden clasificarse en dos categorías, basándose en el mecanismo de inhibición. La primera clase de inhibidores anódicos funciona reaccionando con los iones metálicos que se disuelven, tales como Fe +2, para formar una sal o complejo insoluble que precipita en forma de película en las zonas anódicas (por ejemplo, bicarbonato, fosfato fosfonato de hierro). La segunda clase (cromato nitrito, etc.) fomenta la oxidación rápida de I superficie del metal formando una capa muy adherente y delgada de óxidos metálicos. El potencial de la capa de productos de corrosión formada por estos inhibidores se aproxima a] potencial d el cátodo. Así pues, al disminuir la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo, se reduce la fuerza impulsora para la corriente de corrosión y oxidación del metal. Inhibidores catódicos Los inhibidores catódicos reducen generalmente la velocidad de corrosión formando una barrera o película en el cátodo, restringiendo la reducción de oxigeno en la superficie catódica para completar la reacción de corrosión. Debido a que la velocidad de corrosión
general esta bajo control catódico, se reduce proporcionalmente a la reducción de la superficie catódica. Combinación de inhibidores anódicos y catódicos e inhibidores orgánicos Esta categoría incluye materiales orgánicos que forman y mantienen una barrera entre las fases del agua y del metal para prevenir la corrosión. Esta película es sustancialmente más gruesa que las películas establecidas con la aplicación apropiada de inhibidores inorgánicos. Uno de los peligros inherentes de este método es que una pequeña rotura producida en la película continua permite que el agente corrosivo ataque la zona sin proteger, produciendo una penetración rápida del metal.
Otra serie de inhibidores son los aplicados para reducir la corrosión del cobre y aleaciones de cobre. Estos inhibidores son compuestos orgánicos que reaccionan con la superficie del metal y forman películas protectoras sobre el cobre y aleaciones de cobre. Forman una película extremadamente delgada. Estos materiales están recibiendo más atención en tratamientos modernos a medida que hay más sistemas, que operan con mayores concentraciones de sólidos disueltos, que fomentan la corrosión del cobre. Ciertos inhibidores de incrustaciones a base de compuestos orgánicos de fósforo usados en sistemas de enfriamiento atacan los materiales de tipo cobre. Estas formulaciones tal vez necesiten la superposición de una película inhibidora de cobre para prevenir velocidades de corrosión inaceptables en metales que contengan cobre. FORMA EN QUE ACTÚAN LOS INHIBIDORES DE CORROSIÓN QUIMICOS Un programa de control de corrosión eficaz depende normalmente de inhibidores específicos para detener la reacción anódica, disminuir la reacción catódica o hacer ambas cosas a la vez. Los inhibidores más comunes usados como protectores contra la corrosión en sistemas de agua de enfriamiento se muestran en la Tabla 2. Aunque estos inhibidores se citan como anódicos o catódicos, los mecanismos exactos de funcionamiento no se conocen exactamente. En varios casos, un inhibidor puede mostrar características tanto anódicas como catódicas, Pero una de ellas puede predominar sobre la otra. Tabla 2 - Inhibidores de corrosión típicos Principalmente anódicos Cromato Nitrito Ortofosfato Bicarbonato Silicato Molibdato Principalmente catódicos Carbonato
Polifosfato Fosfonato Zinc Tanto anódicos como catódicos Formadores de películas orgánicas Cuando se introdujeron los inhibidores por primera vez en sistemas de agua, frecuentemente estaban compuestos por componentes aislados activos (por ejemplo, cromato). Con el tiempo, se ha demostrado que algunos ingredientes mejoran el rendimiento de otros por el principio de sinergismo. Por ejemplo, cuando se usa sólo cromato, se necesitan típicamente de 100 a 300 ppm de CrO 4 para impedir la corrosión en un sistema de recirculación abierto. El cromato combinado con el zinc, varios fosfatos orgánicos e inorgánicos, o molibdatos proporcionan resultados mejores o iguales a concentraciones de tan solo 10 a 30 ppm de CrO4. Algunos sistemas operan en la actualidad con mucho éxito con menos de 10 ppm de CrO 4, logro que seria imposible sin los suplementos y tecnología eficaces desarrollados recientemente. Esta sección trata de la forma en que actúa cada inhibidor para reducir la corrosión del sistema. INHIBIDORES ANÓDICOS Según hablamos anteriormente, los inhibidores anódicos operan mediante mecanismos de oxidación o precipitación. Es importante conocer los aspectos positivos de estos inhibidores y sus limitaciones para establecer controles en los programas de inhibición de la corrosión en agua de enfriamiento. El cromato ha sido uno de los más usados. Sigue siendo muy eficaz. No obstante, a medida que aumentan las regulaciones ambientales, el ortofosfato ha venido desempeñando una función cada vez más importante. El nitrito, bicarbonato y silicato reciben menos consideración que el cromato u ortofosfato para sistemas de enfriamiento de recirculación abiertos debido al costo y a las limitaciones técnicas, incluyendo el potencial de formación de depósitos, efecto de nutrición en los microbios y eficacia limitada, particularmente los silicatos y molibdatos. Los inhibidores que no son a base de cromatos por lo general requieren unos intervalos de control más reducidos que los cromatos. Inhibidores anódicos de oxidación Cromato El ion cromato es un agente oxidante fuerte que acelera la oxidación del ion ferroso a ion férrico formando rápidamente una capa delgada y muy adherente, casi invisible, de óxido de hierro. Los óxidos metálicos producidos en esta reacción se pasivan y son relativamente inertes como para seguir oxidándose o corroyéndose.
Debe haber una concentración suficiente de cromato presente en el sistema Para oxidar completamente todas las zonas anódicas a un potencial más noble. Si no se cubren todas las zonas anódicas disponibles con una capa de productos de corrosión polarizados se producirá un ataque localizado por picadura. Se necesitan concentraciones de cromato superiores a 100 ppm para producir esta capa en aguas de enfriamiento con un pH de 6,5 a 7,5. En los programas alcalinos se permiten concentraciones menores. Por esta razón, los inhibidores a base de cromato se formulan normalmente con un inhibidor catódico, tal como el zinc, para usar en este intervalo de pH. Los cromatos se pueden usar solos en programas alcalinos o en sistemas cerrados en que se mantengan altas concentraciones.
El cromato es un agente oxidante fuerte. La presencia de contaminantes reductores, tales como H2S o SO2, reducirán el cromato de la forma hexavalente a su estado trivalente. Los hidróxidos de cromo trivalentes son insolubles a un pH mayor que 8,0 y pueden convertirse en agentes ensuciadores. La forma trivalente también carece de propiedades interesantes de inhibición de la corrosión. El cromato es muy tóxico para los peces y se sospecha que es un carcinógeno para los seres humanos si se inhala. En la actualidad, muchos gobiernos no sólo limitan su presencia en el efluente sino que también regulan su uso en torres de enfriamiento debido al contenido de cromato que se encuentra en los arrastres de las torres de enfriamiento. Los sistemas de eliminación de cromato, que hacen precipitar el cromo en forma de hidróxido de cromo o lo eliminan por intercambio iónico, se usan para mejorar la calidad del agua del efluente a fin de que pueda cumplir con estas restricciones. Las refinerías y plantas químicas pueden mezclar el purgado del sistema de enfriamiento con una corriente “ácida” (conteniendo H 2S) para eliminar el cromo antes de su descarga. Nitrito El nitrito oxida las superficies de acero dulce formando una capa de productos de corrosión extremadamente delgada y muy tenaz de una manera similar al cromato. Se necesitan concentraciones mucho mayores de nitrito en comparación con las de cromato (2 a 3 veces más). Los nitritos se usan principalmente en sistemas cerrados. Las mezclas de inhibidores basadas en nitritos están taponadas normalmente entre valores de pH de 8 y 11. Los microorganismos convierten el nitrito (NO 2) en nitrato (NO 3). El nitrato no es un inhibidor de corrosión eficaz para el acero dulce. El ácido hipocloroso, procedente de la cloración, oxida el nitrito a una forma inactiva de nitrato. Los hidrocarburos y glicoles no afectan el rendimiento del nitrito. Inhibidores anódicos formadores de precipitados y películas Ortofosfato
El ortofosfato (Figura 25) forma un complejo insoluble con los iones metálicos disueltos, tales como Fe+2 , que se depositan en zonas anódicas. El ortofosfato férrico es mucho más adherente y menos sensible al pH que otros inhibidores anódicos. La película se forma mejor en un intervalo de pH comprendido entre 6,5 v 7,0. Entre otras ventajas adicionales de los programas de inhibidores a base de ortofosfato en medio ácido se incluyen la disminución de potencial para la formación de incrustaciones de ortofosfato cálcico (dependiendo de su naturaleza como inhibidor catódico mínimo) y la mayor tendencia a una corrosión general de tipo decapado. La dosis típica mínima en condiciones de pH neutro es mayor que 10 ppm en forma de PO 4. Silicatos Los silicatos (Figura 26) reaccionan con los iones de metal disueltos en el ánodo. El complejo resultante de ion metálico/silicato forma un gel que se deposita en las zonas anódicas. El gel formado sobre las zonas anódicas es muy tenaz y no es sensible al pH comparado con otros inhibidores usados comúnmente. Las propiedades de inhibición de los silicatos aumentan al aumentar la temperatura y el pH. Los silicatos tienen propiedades surfactantes, lo que les permite penetrar los tubérculos e inhibir la corrosión activa. Los silicatos no deben confundirse con la sílice encontrada en muchas fuentes de agua La sílice de las fuentes de agua de reemplazo normalmente es insoluble o un complejo insoluble que no puede proporcionar una protección eficaz contra la corrosión. Hoy en día los silicatos se usan principalmente en sistemas de paso único tales como suministros de agua municipal, protección de equipos de proceso y en circuitos cerrados calientes tales como sistemas de enfriamiento de radiadores. Se aplican con gran éxito en aguas blandas alcalinas.
Bicarbonatos Según mencionamos anteriormente, el bicarbonato/carbonato puede funcionar como un inhibidor anódico si está presente a una concentración suficientemente alta. El ion
bicarbonato desempeña una función importante en los programas alcalinos (pH entre 8,0 y 9.0), tal como el programa completamente orgánico. Se cree que existen dos mecanismos diferentes de inhibición de la corrosión por alcalinidad de bicarbonato/carbonato. Una explicación es que el ion bicarbonato puede servir como tampón del pH, localmente en la zona anódica, y contener la velocidad de disolución anódica. El segundo mecanismo consiste en la posibilidad de que se forme FeCO3 en el ánodo en una solución de gran alcalinidad. El carbonato de hierro (siderita) tiene una baja solubilidad y puede formar una barrera en la zona anódica. Molibdatos La tecnología de los molibdatos es bastante nueva, y sólo recientemente se ha averiguado que los molibdatos pueden usarse como inhibidores de corrosión. La interpretación de los mecanismos esta evolucionando a medida que se desarrolla la tecnología. El molibdeno está en el Grupo VI A de la tabla periódica, junto con el cromo. Se ha estudiado extensivamente como alterativa del cromato. Muestra efectos inhibidores en la corrosión general y localizada de metales ferrosos y no ferrosos. A diferencia del cromato, el molibdato tiene una capacidad muy pequeña de oxidación. El molibdato es un inhibidor de corrosión eficaz para las aleaciones metálicas. Se acepta generalmente que la inhibición de la corrosión del hierro se logra cuando el molibdato queda adsorbido en la superficie porosa del óxido, probablemente por medio de un proceso de intercambio iónico, seguido por la formación de una película insoluble que se cree que es de molibdato férrico (FeMoO 4). La adsorción produce una capa impermeable a otros aniones, particularmente cloruros y sulfatos. Los molibdatos se usan en la actualidad en combinación con otros inhibidores (nitrito, zinc, benzotriazol, ortofosfato, mercaptobenzotiazol y otros), produciendo una mayor pasivación y mejorando un desequilibrio de costos que de lo contrario seria inaceptable. INHIBIDORES CATÓDICOS Normalmente se usan tres tipo de inhibidores catódicos en los sistemas de agua de enfriamiento: zinc, polifosfato y alcalinidad. Zinc
Los iones solubles de zinc cargados positivamente (Zn+2) son atraídos por las zonas catódicas debido al entorno iónico negativo de la superficie. Los iones solubles de zinc reaccionan con los iones hidróxido libre que rodean el cátodo para formar Zn(OH) 2 insoluble. El Zn(OH)2 precipita en la superficie catódica y forma una película adherente
que impide que el O 2 Ilegue al metal catódico, disminuyendo así la velocidad de corrosión. La formación de una película de hidróxido de zinc se ve grandemente afectada por el pH. Si el pH es muy ácido, el zinc dejará la superficie y se disolverá. Si el agua de enfriamiento es demasiado alcalina, el zinc precipitará en el agua. Quedará poco, si es que queda algo, para la formación de la película en las zonas catódicas. El intervalo ce pH recomendado en los Confidential Product Profiles para inhibidores que contengan zinc es el intervalo en que habrá suficiente zinc disponible para la formación de películas y la precipitación en el agua no será un problema. En la mayoría de las aguas, el zinc empezará a precipitar a un pH superior a 7,8 cuando no haya estabilizadores de zinc apropiados. La línea continua de la Figura 27 describe la solubilidad de los iones de zinc en función del pH del agua. Las aguas de enfriamiento pueden contener iones que aumentan o disminuyen la solubilidad del zinc a un pH dado. La Curva constituye una guía para entender la solubilidad del zinc y relacionarla con el rendimiento del inhibidor. Como muestra la figura, el zinc tiene una solubilidad extremadamente baja en el intervalo de pH alcalino para el agua de enfriamiento. Los agentes estabilizadores pueden formularse con zinc para ampliar el intervalo de pH útil como inhibidor de corrosión hasta 9,0. La línea a trazos de la Figura 27 muestra la solubilidad ampliada del zinc en un producto formulado para el tratamiento de agua de enfriamiento alcalina. Los lignosulfonatos y poliésteres son ejemplos de agentes estabilizadores del zinc. La reciente tecnología de polímeros ha revelado que ciertos polímeros pueden diseñarse específicamente para la estabilización del zinc. Los resultados de estos polímeros más recientes indican incluso un mejor rendimiento que el ofrecido por la tecnología de lignosulfonatos y poliésteres. El rendimiento de los inhibidores de zinc puede verse afectado drásticamente por la contaminación del agua de enfriamiento. Las fugas del proceso de H 2S harán precipitar ZnS en el agua. Las fugas de hidrocarburos pueden absorber los iones de zinc del agua de enfriamiento, haciendo que no haya zinc disponible para la formación de películas.
El zinc, a altas concentraciones de 3-5 ppm, se usa normalmente como el único inhibidor de corrosión en programas de agua de enfriamiento alcalinas donde la corrosividad natural disminuye con un pH alto. El tipo de aplicación de zinc más reciente en condiciones alcalinas es la alimentación de cantidades ultrabajas (0,5-2,5ppm) de zinc en combinación con otros inhibidores tales como el fosfato. El zinc también puede mezclarse con otros inhibidores de corrosión tales como el cromato para mejorar el rendimiento en programas de agua de enfriamiento ácida. El zinc es uno de los mejores y más económicos inhibidores de corrosión y se usa en muy diversas clases de aplicaciones- Las restricciones ambientales pueden limitar el uso del zinc en algunas aplicaciones. Polifosfatos Los polifosfatos (Figura 28) ligan los iones de calcio, zinc y otros iones divalentes para formar una partícula coloidal cargada positivamente. Este complejo cargado positivamente emigra a las zonas catódicas, donde precipita para formar una película inhibidora de corrosión. Los polifosfatos requieren la presencia de un ion divalente, tal como el calcio, para funcionar como inhibidores de corrosión. El complejo coloidal de polifosfato cálcico se difunde lentamente por el agua, de modo que se necesitan altas concentraciones para la formación inicial de la película. Para formar eficazmente el complejo de polifosfato, el ion divalente (calcio en la mayoría de los casos) debe estar presente en concentraciones suficientes. Dependiendo del polifosfato usado, la concentración mínima de calcio está comprendida típicamente en un intervalo de 50 a 100 ppm. La película que se deposita en las zonas catódicas incluye un coprecipitado de polifosfato cálcico y carbonato cálcico. El tratamiento combinado de zinc y polifosfato forma una película más adherente que la de polifosfato solamente. La presencia de zinc en un programa de polifosfatos también aumenta la velocidad a la que se forma la película de inhibidor. El control estricto del pH es esencial para los programas de polifosfatos. La película inhibidora formada es sensible al pH y puede resultar atacada por fluctuaciones en pH ácido. Las fluctuaciones en pH alcalinos pueden producir la precipitación en agua de complejos de polifosfato cálcico. La reversión de polifosfato a ortofosfato presenta un problema potencial con los programas de inhibidores de polifosfatos. Las altas velocidades de reversión pueden
resultar en problemas de formación de incrustaciones de ortofosfato cálcico. La actividad microbiana, altas temperaturas, índices de tiempo de retención largos y grandes esfuerzos en los enlaces de polifosfato debidos a la presencia de Al +3 u otros iones
trivalentes aumentan las velocidades de reversión del polifosfato. Estos factores deben controlarse para lograr resultados eficaces con un inhibidor de polifosfato. Los contaminantes del agua de enfriamiento interfieren con la formación de películas de polifosfato. Las fugas de hidrocarburos pueden prevenir la formación de una película adherente. El aluminio y el hierro (arrastres de impurezas de alumbre, aluminato, cloruro férrico o sulfato ferroso del agua de reemplazo del clarificador) aumentan los esfuerzos en la molécula de polifosfato y aceleran la reversión. Los polifosfatos constituyen una alternativa a los programas de inhibidores de metales pesados en los sistemas de agua de enfriamiento de recirculación. Los avances de la tecnología del agua de enfriamiento han aplicado los polifosfatos de cadena corta tradicionales con el método alcalino para formar programas de control de corrosión eficaces. Los polifosfatos de alto peso molecular también se están incorporando en este método para disminuir sustancialmente las especificaciones del calcio para la formación de película inhibidora. Además del mecanismo catódico descrito anteriormente, estos polifosfatos de cadena larga y alto peso molecular también pueden formar un complejo insoluble de fosfato férrico. Este complejo puede retrasar la reacción de corrosión anódica. Los polifosfatos de cadena larga forman complejos más fuertes de fosfato cálcico y fosfato férrico que los pirofosfatos o tripolifosfatos. Tradicionalmente los polifosfatos han sido la norma para la estabilización de agua potable. Hay varios casos de tratamiento en que los polifosfatos forman parte de programas para sistemas de recirculación abiertos, tratamiento de agua de paso único y estabilización del agua en equipos de proceso. Las restricciones ambientales pueden limitar su uso en algunas aplicaciones. Fosfonatos Los fosfonatos se introdujeron inicialmente como inhibidores de incrustaciones para sustituir a los polifosfatos. En los fosfonatos, el fósforo (P) está unido al carbono (C), formando un enlace -C-P-, en vez de a un oxígeno (enlace -P-O-P-), como en los polifosfatos. El enlace -C-P- tiende a ser más resistente a la hidrólisis que el enlace P-O-P-, disminuyendo la velocidad de descomposición. Los fosfonatos inhiben de forma excelente la precipitación de calcio, por lo que son adecuados para el uso con aguas duras en intervalos de pH alcalinos. Al principio se creía que los fosfonatos tenían propiedades de inhibición en soluciones neutras o ligeramente alcalinas debido a que son adsorbidos en la superficie del metal por los grupos -P=O, -NH 2 o -C=O. No se consideraban como inhibidores eficaces cuando se usaban por si solos. Así pues, se usaban principalmente con otros inhibidores sinergísticos, tales como el zinc, cromato, nitrito, polifosfato y silicato.
Se ha descubierto recientemente que cuando se usan ciertas combinaciones de fosfonatos junto con polímeros que controlan la precipitación de fosfonato cálcico, pueden proporcionar protección contra la corrosión en aguas duras en intervalos de pH alcalinos. El mecanismo exacto por el que los fosfonatos pasivan el acero dulce no está aún claro. Parece que forman una película pasiva catódica compuesta principalmente por fosfonatos cálcicos- Como los programas con fosfonatos operan a mayores alcalinidades, se reduce a un mínimo la reducción del pH en base a los núcleos de picadura por hidrólisis de los iones ferroso y férrico. Esto disminuye la posibilidad de una corrosión por picadura. La baja conductividad eléctrica de la película pasiva catódica contribuye también a reducir el potencial de corrosión. Esta película de pasivación dificulta el acceso del oxígeno a la superficie de metal, de modo que el hierro disuelto debajo de la película puede estar presente en la forma divalente. Esto, en combinación con un pH más alto, permite la formación de siderita (FeCO 3) debajo de la película catódica, reduciendo aún más la corrosión. Carbonato Cuando el agua de enfriamiento contenga suficiente calcio y alcalinidad a un pH alto (8,09,O), hay que tener en cuenta las incrustaciones debidas al carbonato cálcico. El alto pH localizado causado por la formación de OH- en el cátodo puede aumentar el potencial de formación de incrustaciones. Aunque se debe evitar la acumulación masiva de carbonato cálcico, cierto nivel de formación de incrustaciones puede proporcionar una protección deseable contra la corrosión. Según se mencionó en la sección titula da ajustes de la composición química del agua, o se recomienda aumentar la alcalinidad echando cal para fomentar la formación de incrustaciones. Los programas de agua de enfriamiento alcalina contienen inhibidores de incrustaciones para reducir a un mínimo la formación de carbonato cálcico. Así pues, el papel del carbonato cálcico como inhibidor catódico es menor en la tecnología de tratamiento actual. COMBINACIÓN DE INHIBIDORES ANÓDICOS Y CATÓDICOS E INHIBIDORES ORGÁNICOS Aceites solubles y dispersible Los aceites solubles y dispersibles inhiben bien la corrosión en sistemas cerrados de agua de enfriamiento. Se agrega al agua una emulsión de aceite a granel. La emulsión se descompone en las superficies de transferencia de calor y forma una película protectora delgada de aceite en el metal. La película impide el contacto del agua con el metal y corta el circuito electroquímico, deteniendo la corrosión. Los aceites solubles dispersibles se usan principalmente para sistemas tales como hornos de inducción, donde se necesita una baja conductividad, y para pruebas hidráulicas de motores y bombas. Mercaptobenzotiazol El mercaptobenzotiazol (MBT), Figura 29, proporciona una excelente inhibición de corrosión del cobre. La molécula orgánica reacciona con las superficies del cobre por
medio del grupo –SH formando una película orgánica. Este inhibidor de corrosión del cobre es el formador de película más rápido de su clase. Es útil muy por encima del punto de ebullición del agua. Los microorganismos descomponen la molécula rápidamente. La cloración oxida el grupo -SH y produce dos moléculas de MBT enlazadas en forma de disulfuro de MBT. El MBT se usa mucho principalmente en sistemas cerrados de agua de enfriamiento. Benzotriazol y toliltriazol El benzotriazol (BZT) y toliltriazol (TT), Figura 29, son dos inhibidores de corrosión del cobre que son adsorbidos por la superficie del cobre para cortar el circuito electroquímico. Aunque estas moléculas forman una película de forma más lenta que el MBT, son más estables en condiciones de alta temperatura y cloración. El uso de BZT y TT va en aumento en los sistemas de recirculación abiertos cerrados. Muchos químicos mezclan TT o BZT con MBT para combinar en una formula las propiedades de formación rápida de película y estabilidad. PASIVACIÓN DEL METAL La puesta en marcha es el período más crítico de un programa de agua de enfriamiento. La pasivación inicial del metal es la base de todos los programas de agua de enfriamiento eficaces. Las superficies metálicas sin pasivar o pasivadas de forma deficiente se corroerán a alta velocidad cuando se pongan en servicio. Este proceso se denomina frecuentemente corrosión instantánea. Los productos de corrosión resultante normalmente son depósitos sueltos y porosos que reducen la transferencia de calor. Estos depósitos también interfieren con los inhibidores de corrosión aplicados debido a que los inhibidores no pueden reaccionar en la superficie del metal donde se está produciendo la corrosión. El concepto básico de una pasivación eficaz de los metales es bastante sencillo. Esencialmente, el proceso consta de cuatro pasos: 1. Preparación de la superficie del metal de modo que sea receptora a la formación de una película de inhibidor de corrosión. 2. Establecimiento rápido de una película de inhibidor de corrosión antes de que se produzca la corrosión instantánea. 3. Terminación de la pasivación del metal y reparación de las roturas producidas en la película inicial de inhibidor. 4. Mantenimiento de la película de inhibidor.
Todos los sistemas de agua de enfriamiento son diferentes, por lo que los métodos para lograr superficies metálicas limpias y mantenerlas después sin corroer requieren una planificación cuidadosa. Todos los sistemas de enfriamiento, ya sean nuevos o recién limpiados para eliminar las incrustaciones o la corrosión, deben pasivarse completamente antes de agregar inhibidores, de corrosión e incrustaciones. Los
sistemas, que requieren sólo un cambio de programa y que ya se han pasivado de forma adecuada tal vez requieran solamente los dos últimos de los cuatro pasos. A veces, debido a ciertas circunstancias, es necesario limpiar y pasivar ciertos intercambiadores de calor, y el resto del sistema siguen bien pasivado. En este caso el intercambiador en cuestión debe aislarse completamente antes de volver al servicio. Las técnicas usadas para lograr los cuatro pasos de pasivación de metal deben ser bien entendidas a fin de controlar la corrosión de modo eficaz y mantener una transferencia de calor eficiente. Preparación de la superficie del metal Las superficies nuevas de metal están contaminadas con laminillas, que son una combinación de CaCO3, CaSiO3, aceites, y, en algunos casos, Al 2O3. Antes de que pueda tener lugar la pasivación, hay que eliminar estos agentes ensuciadores, dejando una superficie de metal que pueda recibir y reaccionar fácilmente con los metales de pasivación. Las superficies de metal más viejas pueden estar cubiertas de incrustaciones minerales tales como CaCO 3, productos de corrosión tales como Fe 2O3, agentes ensuciadores orgánicos y limo microbiano. Estos materiales también deben eliminarse antes de que pueda tener lugar una pasivación eficaz y se pueda formar de forma adecuada una película de inhibidor. La limpieza de las superficies de metal puede realizarse limpiando todo el sistema o aislando intercambiadores críticos y efectuando la limpieza necesaria por separado. Existe una variedad de agentes limpiadores, como ácidos, disolventes orgánicos, dispersantes y agentes quelantes. El agente y técnica de limpieza deben seleccionarse con cuidado para asegurarse de que se proporciona una limpieza total sin dañar la composición metalúrgica del sistema. Prevención de la corrosión instantánea Una vez que se haya limpiado bien un sistema o intercambiador, las superficies de metal descubierto (hierro y acero) se corroen con gran rapidez. Esta reacción inicial se llama corrosión instantánea y, si no se controla, interferirá con la pasivación del metal. Por lo tanto, la superficie del metal debe pasivarse antes de que se produzca la corrosión instantánea. Este paso se Ilama pretratamiento y puede realizarse junto con el proceso de limpieza (cuando sólo hay laminilla) o separado del mismo (cuando se requiere limpieza con ácido).
Las formulaciones de pretratamiento contienen agentes de limpieza, agentes quelantes y surfactantes, dispersadores, inhibidores de corrosión de formación rápida de película para acero y aleaciones de cobre, y tampones para fomentar la formación rápida de la película inicial de inhibidor. Los inhibidores principales de corrosión, usados para establecer películas protectoras iniciales sobre acero, son polifosfatos inorgánicos en concentraciones relativamente altas. Se usan concentraciones de polifosfato de 200 a 10.000 ppm (en forma de PO 4) para la formación rápida de una película. El sistema de tampón ajusta y mantiene el pH de la solución de pretratamiento entre 6,5 y 7,5, intervalo en que los polifosfatos son más eficaces y se reduce a un mínimo la precipitación del calcio. Los sistemas de enfriamiento normalmente no están pretratados con ninguna carga térmica Para impedir la reversión del polifosfato y la precipitación del fosfato cálcico. Los sistemas con cargas térmicas son pretratados normalmente con agentes de preparación a base de nitritos. (Consulte los detalles del programa especifico en los Confidential Product Profiles apropiados). La Figura 30 (Espécimen A) muestra un nuevo tubo bien preparado con una película Figura 30 – Corrosión en los tubos de apropiada. El Espécimen B no se preparó de transferencia de calor: (A) pretratamiento aplicado forma debida (no se pretrató), y no se pudo en forma eficaz; (B) sin pretratamiento formar la película inicial de inhibidor. En algunos casos, esto resulta en un ataque localizado, que parece una picadura; en otros casos, sólo ocurre un ataque general. El Espécimen B muestra una caso grave de tuberculización con picaduras que ocurren en una nueva superficie que no ha sido pretratada. Es igualmente importante desengrasar y pretratar (pasivar) los tubos que puedan tener una película aceitosa en los mismos. La formación inicial de una película completa facilitará el trabajo del programa de inhibición de corrosión a su nivel de mantenimiento. Así se hacen evidentes las ventajas de la limpieza y pasivación apropiadas. Establecimiento de la película de inhibidor de corrosión Una vez que se hayan pasivado las superficies metálicas y se haya detenido la corrosión instantánea, se debe establecer una película bien adherida de inhibidor de corrosión. Para ello se aplican altas concentraciones de inhibidor a fin de formar dicha película sobre toda la superficie del metal de un sistema de intercambio de calor y sobre las tuberías de transferencia y equipos auxiliares de composición metalúrgica asociada. (Consulte las concentraciones de puesta en marcha en las secciones tituladas Ventajas y
