UNIVERSIDAD DE ORIENTE. NÚCLEO MONAGAS ESCUELA ESCUELA DE INGENIERÍA DE PETRÓLEO. MATURÍN / MONAGAS / VENEZUELA.
Principios de Corrosión Escuela de Ingeniería de Petróleo Petróleo Universid Universidad ad de Oriente Oriente Núcleo de Monagas
Dr. Fernando Pino Morales Profesor itular fpino!cantv.net "#$% &'%(')* ")'$ +$$ +$$$&#( $&#( ")'$ &$#%+&#
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Introducción En las muchas tesis de corrosión que se han presentado en la Escuela de Petróleo de la Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas, en su gran mayoría en suerte me ha tocado asesorar. En muchas de esas tesis se han estalecido uenas discusiones. !iscusiones que se han estalecido si la corrosión es de car"cter químico o electroquímico. Esta última por ser uno de los tipos de corrosión que m"s in#luencia tiene en el mundo petrolero y mane$o de #luidos. En t%rminos teóricos se dice que la corrosión es la alteración de los materiales provocada por el medio que los rodea. &uando se trata de metales, se hala de corros corrosión ión met"li met"lica. ca. !e acuerd acuerdo o con la natur naturale ale'a 'a del medio medio corros corrosivo ivo,, la corr corros osió ión n met" met"lilicca compr mprend ende la corr corros osió ión n quími uímica ca y la corros rrosió ión n electroquímica. (a corrosión química comprende el ataque por sistemas no electrolíticos, tales como gases y vapores a temperaturas que impiden su condensación sore la super#icie met"lica o por líquidos no conductores de la corriente el%ctrica. (a corros corrosión ión electr electroqu oquími ímica ca compre comprende nde la corros corrosión ión atmos# atmos#%ri %rica ca en aire aire húmedo, la producida en suelos, y la provocada por medios electrolíticos )agua de mar, soluciones "cidas, "cidas, sales y "lcalis* y por sales #undidas. En los últimos a+os se ha dado gran atención a los cada ve' mayores prolemas que presenta la corrosión met"lica, #undamentalmente provocada por el progresivo deterioro del medio amiente. Numerosos autores han puesto de relieve la in#luencia de la contaminación atmos#%rica, especialmente en 'onas uranas e industriales, sore la velocidad de corrosión de di#erentes materi materiale ales. s. Pero, Pero, sin emarg emargo o los estudi estudios os han estado estado re#erid re#eridos os sore sore la in#lue in#luenci ncia a que que ha e$erci e$ercido do la conta contamin minaci ación ón del medio medio amien amiente te sore sore la corrosión. Pero, nada se ha dicho sore la in#luencia de la corrosión, sore el medio amiente. El e#ecto de la corrosión sore el medio amiente, por lo general se presenta en #orma puntual, tanto en su locali'ación como en el tiemp tiempo, o, aunq aunque ue clar claro o esto estoss e#ec e#ecto toss por por lo gene genera ral,l, vien vienen en reve revest stid idos os de gravedad, es por ello seguramente que no se toman muy en cuenta (a corrosión corrosión atmos#%ric atmos#%rica a de metales incluye incluye su ataque a la intemperie y en el interior tanto de edi#icios como de equipos y maquinarias. El proceso de corrosión depende de los contaminantes presentes en el aire y de la humedad relativa del amiente. Entre los contaminantes, se presenta principalmente el e#ecto del !ióido de -'u#re )O /*, típico de las atmós#eras industriales y uranas, y el e#ecto de los iones &loruro ( Cl ) , característico de las atmós#eras marinas. -unque, desde luego los contaminantes presentes en el aire son m"s numerosos, aquí se hace mención a estos dos, por ser los de mayor in#luencia, sore la corrosión. −
(a corrosión electroquímica es un proceso espont"neo que denota siempre la eistencia de una 'ona anódica )la que su#re la corrosión*, una 'ona catódica y un electr electroli olito, to, y es impres imprescin cindi dile le la eist eistenc encia ia de estos estos tres tres elemen elementos tos,, adem"s de una uena unión el%ctrica entre "nodos y c"todos, para que este tipo de corrosión pueda tener lugar. (a corrosión m"s #recuente siempre es de 2
Introducción En las muchas tesis de corrosión que se han presentado en la Escuela de Petróleo de la Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas, en su gran mayoría en suerte me ha tocado asesorar. En muchas de esas tesis se han estalecido uenas discusiones. !iscusiones que se han estalecido si la corrosión es de car"cter químico o electroquímico. Esta última por ser uno de los tipos de corrosión que m"s in#luencia tiene en el mundo petrolero y mane$o de #luidos. En t%rminos teóricos se dice que la corrosión es la alteración de los materiales provocada por el medio que los rodea. &uando se trata de metales, se hala de corros corrosión ión met"li met"lica. ca. !e acuerd acuerdo o con la natur naturale ale'a 'a del medio medio corros corrosivo ivo,, la corr corros osió ión n met" met"lilicca compr mprend ende la corr corros osió ión n quími uímica ca y la corros rrosió ión n electroquímica. (a corrosión química comprende el ataque por sistemas no electrolíticos, tales como gases y vapores a temperaturas que impiden su condensación sore la super#icie met"lica o por líquidos no conductores de la corriente el%ctrica. (a corros corrosión ión electr electroqu oquími ímica ca compre comprende nde la corros corrosión ión atmos# atmos#%ri %rica ca en aire aire húmedo, la producida en suelos, y la provocada por medios electrolíticos )agua de mar, soluciones "cidas, "cidas, sales y "lcalis* y por sales #undidas. En los últimos a+os se ha dado gran atención a los cada ve' mayores prolemas que presenta la corrosión met"lica, #undamentalmente provocada por el progresivo deterioro del medio amiente. Numerosos autores han puesto de relieve la in#luencia de la contaminación atmos#%rica, especialmente en 'onas uranas e industriales, sore la velocidad de corrosión de di#erentes materi materiale ales. s. Pero, Pero, sin emarg emargo o los estudi estudios os han estado estado re#erid re#eridos os sore sore la in#lue in#luenci ncia a que que ha e$erci e$ercido do la conta contamin minaci ación ón del medio medio amien amiente te sore sore la corrosión. Pero, nada se ha dicho sore la in#luencia de la corrosión, sore el medio amiente. El e#ecto de la corrosión sore el medio amiente, por lo general se presenta en #orma puntual, tanto en su locali'ación como en el tiemp tiempo, o, aunq aunque ue clar claro o esto estoss e#ec e#ecto toss por por lo gene genera ral,l, vien vienen en reve revest stid idos os de gravedad, es por ello seguramente que no se toman muy en cuenta (a corrosión corrosión atmos#%ric atmos#%rica a de metales incluye incluye su ataque a la intemperie y en el interior tanto de edi#icios como de equipos y maquinarias. El proceso de corrosión depende de los contaminantes presentes en el aire y de la humedad relativa del amiente. Entre los contaminantes, se presenta principalmente el e#ecto del !ióido de -'u#re )O /*, típico de las atmós#eras industriales y uranas, y el e#ecto de los iones &loruro ( Cl ) , característico de las atmós#eras marinas. -unque, desde luego los contaminantes presentes en el aire son m"s numerosos, aquí se hace mención a estos dos, por ser los de mayor in#luencia, sore la corrosión. −
(a corrosión electroquímica es un proceso espont"neo que denota siempre la eistencia de una 'ona anódica )la que su#re la corrosión*, una 'ona catódica y un electr electroli olito, to, y es impres imprescin cindi dile le la eist eistenc encia ia de estos estos tres tres elemen elementos tos,, adem"s de una uena unión el%ctrica entre "nodos y c"todos, para que este tipo de corrosión pueda tener lugar. (a corrosión m"s #recuente siempre es de 2
naturale'a electroquímica y resulta de la #ormación sore la super#icie met"lica de multitud de 'onas anódicas y catódicas0 el electrolito es, en caso de no estar sumergido o enterrado el metal, el agua condensada de la atmós#era, para lo que la humedad relativa deer" ser del 123. El proceso de disolución de un metal en un "cido es igualmente un proceso electr electroqu oquími ímico. co. (a in#ini in#inidad dad de uru$ uru$as as que aparec aparecen en sore sore la super# super#icie icie met"lica revela la eistencia de in#initos c"todos, mientras que en los "nodos se va disolviendo el metal. - simple vista es imposile distinguir entre una 'ona anódica y una catódica, dada la naturale'a microscópica de las mismas, por lo que se les denomi denomina na Microp Micropila ilass 4alv"n 4alv"nica icas. s. -l cami camiar ar contin continuam uament ente e de posición las 'onas anódicas y catódicas, llega un momento en que el metal se disuelve totalmente. En vista, que la corrosión de los metales en amientes húmedos es de naturale'a electroquímica, una aproimación lógica para intentar detener la corr corros osió ión n sería ería med median iante m%to m%todo doss elect lectro roqu quíímic micos. os. (os (os m%to m%tod dos electroquímicos para la protección contra la corrosión requieren de un camio en el potencial del metal para prevenir o al menos disminuir su disolución. (a protección ión catódica, en este sentido, es un tipo ipo de prot rotección )electroquímico* contra la corrosión, en el cual el potencial del electrodo del metal en cuestión se despla'a en la dirección negativa.
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INDICE
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Portada 6ntroducción 7ndice !e#inición de &orrosión -lcance e 6mportancia del Proceso de &orrosión (a &orrosión como un Proceso &otidiano (a &orrosión y su 6mportancia Económica P%rdidas !irectas P%rdidas 6ndirectas E#ectos que produce la &orrosión P%rdidas del E#ecto Est%tico P%rdida de la Estanqueidad P%rdidas de :esistencia Producción de ustancia &ontaminantes -gentes &orrosivos y su 6n#luencia &oncentración de &loruros 6ón
emperatura Presión E#ecto del 6ón &omún E#ecto alino Producto de soluilidad Producto 6ónico ?elocidad del @luido >ipos de #lu$o &orrosión 6nducida por &ontaminación del -gua &orrosión en la ?ida !iaria (a >uería de -gua (a (avadora -utom"tica El -utomóvil &onstrucciones de &oncreto (as Mani#estaciones de la &orrosión Por qu% Eiste el Proceso de &orrosión &apacidad &orrosiva del Bierro &orrosión del -luminio -leaciones del Bierro El -cero Producción y :e#inación de -rraio El -lto Borno &lasi#icación de los -ceros -ceros al &arono -ceros con a$o contenido de &arono -ceros Medios -ceros -ltos en &arono -ceros -leados -ceros Estructurales -ceros para Berramientas
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225 22/ 228 229 255 255 25/ 25/ 25/ 259 259 259 259 259 259 25; 25; 25= 25= 25= 25= 25= 25= 25= 251 251 25A 2/5 2// 2/8 2/8 2/8 2/8 2/; 2/; 2/= 2/= 2/= 2/1 2/1 2/1 2/1 2/1 2/1 2/A 2/A 2/A 2/A
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-ceros Especiales -ceros 6noidales -ceros de ermodin"mica del proceso de &orrosión (a Energía (ire es positiva (a energía lire es cero o negativa 6ncidencia del Proceso de &orrosión sore el Medio -miente @ormas de 6ncidencia de &orrosión en el Medio -miente (a &orrosión atmos#%rica &orrosión eca &orrosión Búmeda &orrosión Por Mo$ado @actores que -#ectan los Procesos de &orrosión -tmos#%rica &ontaminación -tmos#%rica &ontaminantes Due 6n#luyen sore la ?elocidad de &orrosión &iclo -tmos#%rico de Nitrógeno &iclo -tmos#%rico del -'u#re &aliración de la -gresividad de la -tmós#era >iempo de Bumectación &ategoría de la &ontaminación >ipo de -tmós#era (a (luvia cida -islamiento el%ctrico del material &amiando el sentido de la corriente en la pila de corrosión Polari'ación del mecanismo electroquímico Propiedades @ísicas de los :ecurimientos Met"licos Estado de la super#icie a proteger. Preparación de la super#icie Electrólisis >ratamientos >ermoquímicos de !i#usión >ipos de &orrosión @ormas de presentación de la &orrosión Un Metal o -leación usceptiles Un Medio -miente Especí#ico Naturale'a de la ustancia &orrosiva Mecanismo de &orrosión -pariencia del Metal &orroído &orrosión Uni#orme &orrosión galv"nica &orrosión por -grietamiento Evaluación de la &orrosión Por -grietamiento &orrosión por Erosión &orrosión por Picadura &orrosión 6ntergranular o 6ntercristalina &orrosión de @ractura yFo por >ensión (a &orrosión por @atiga &orrosión por Bendiduras &orrosión por &avitación y !esgaste
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2/A 2/A 2/A 2/C 2/C 282 282 28/ 288 289 28; 28; 28; 28; 28= 281 28C 292 295 295 295 295 295 29; 29; 29; 291 291 29C 29C 2;2 2;5 2;5 2;5 2;5 2;5 2;/ 2;/ 2;/ 2;8 2;; 2;; 2;= 2;1 2;A 2=2 2=/ 2=/
INDICE
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&orrosión por desgaste 2=/ &orrosión por e#oliación 2=8 &orrosión por disolución selectiva 2=8 &orrosión (ocali'ada 2=8 &orrosión por altas >emperaturas 2=8 &orrosión 6nducida por la &ontaminación del -gua 2=9 &orrosión ermodin"mica de los Procesos Electroquímicos 2AA &omproar que el Proceso de &orrosión es Electroquímico 2AA Potencial de OidoG :educción 2AA Potencial Est"ndar de Bidrógeno 2AC -signación de valores a los potenciales de los elementos 2C/ @uer'a Electromotri' de los Elementos Duímicos 2C8 Pasividad 2C; Ecuación de Nernst 2C= :elación entre el Potencial :edo y el pB de la olución 2C= Mane$o de los Potenciales Otenidos con el EEB 2CA !iagramas de Equilírios >ermodin"mico de Pourai 522 Electrodo de &alomelanos 52/ Electrodo de PlataF&loruro de Plata 528 Electrodo de &inc )Hn* 528 Eletrodo de coreFsul#ato de &ore )&uF&uO9* 528 &orrosión por Presencia de 4ases cidos 528 &orrosión dulce o corrosión por !ióido de &arono )&O /* 528 >ipos de &orrosión por &O / 52= @actores que in#luyen en el Proceso de &orrosión de corrosión por &O / 52= &orrosión cida o &orrosión por ul#uro de Bidrógeno )B/* 52A &orrosión a$o tensión 52C -grietamiento 52C &orrosión por e#ecto cominado de &O / y B/ 552 (a &orrosión en el uelo 555
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INDICE
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&orrosión en >uerías Enterradas -gresividad del uelo en el Proceso de &orrosión &in%tica de &orrosión (a !ensidad de &orriente de 6ntercamio (a @uer'a motri' para llevar a cao la corrosión !iscontinuidad en el Metal Posiilidad de @ormación de Pilas 4alv"nicas entre Metales !iscontinuidad en el Medio &orrosivo Posiilidad de @ormase una Pila de -ireación M%todos de Evaluación de la ?elocidad de &orrosión P%rdida de Peso del Material M%todo !etector de la Permeación de Bidrógeno Medida de la ?ariación de las Propiedades Mec"nicas &ontrol de &orrosión &upones de P%rdida de Peso Proetas de :esistencia El%ctrica !eterminación de Bierro y Manganeso 6nspección Ultrasónica 6nspección :adiogr"#ica >ratamiento por >apones >ratamiento &ontinuo &ontrol del Proceso de &orrosión -islamiento el%ctrico del material &amiando el sentido de la corriente en la pila de corrosión Polari'ación del mecanismo electroquímico :ecurimiento de Protectores M%todos Preventivos para la &orrosión Eliminación de los Elementos &orrosivos Materiales :esistentes a la &orrosión (os 6nhiidores de la &orrosión &ontrol de la &orrosión -tmos#%rica elección de materiales en medios agresivos >ipos de Materiales !isponiles Protección &atódica @undamento de la Protección &atódica (os nodos de acri#icio &aracterísticas de un nodo 4alv"nico >ipos de nodos de acri#icio Utili'ados &aracterísticas Electroquímicas de los nodos 4alv"nicos 6ntensidad de la &orriente -nódica Protección &atódica a >rav%s de la corriente 6mpresa nodos Utili'ados en la &orriente 6mpresa @uente de &orriente &riterios de Protección :esistividad del uelo Protección &atódica @otovoltaica
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55/ 55/ 558 55= 55= 55= 55= 551 551 55A 55A 55A 55C 5// 5/8 5/9 5/9 5/; 5/; 5/; 5/; 5/= 5/= 5/= 5/= 5/= 5/1 5/1 5/A 5/A 582 582 585 58/ 58/ 589 589 58; 58= 58A 58A 58C 592 59/ 59/ 598 599
INDICE DE FI-U/0
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@igura 5. eme$an'a entre otención y corrosión de los metales @igura / @actores que provocan la corrosión @igura 8 Patrones de @lu$o, que in#luyen sore la &orrosión @igura 9 &orrosión interna en una tuería @igura ; E$emplo de &orrosión en >uerías @igura = -taque Producido por una 4ota de -gua salada @igura 1I E#ecto de la &orrosión sore el Medio -miente @igura A &orrosión Electroquímica del Bierro, causado por la -tmós#era @igura C :elación entre la &orrosión -tmos#%rica y los Par"metros @igura 52 :elación de la velocidad de corrosión del Bierro con la &ontaminación @igura 55 &iclo -tmos#%rico del -'u#re @igura 5/ !i#erentes >ipos de &orrosión @igura 58 &orrosión por Picadura @igura 59 &orrosión 6nducida por -ltas >emperaturas 2=9 @igura 5; Mecanismo DuímicoG ermodin"mico de Pourai @igura /; !iagrama de Pourai @igura /=I Electrodos de :e#erencia &alomelanos @igura /1 Esquema de &orrosión del Bierro por !ióido de &arono @igura /A 6n#luencia de la >emperatura en la @ormación de la &apa Protectora @igura /C &orrosión por B / en >uerías de -cero al &arón @igura 82 &orrosión por E#ecto &ominado de H 2 0 y C 0 2 @igura 85 &orrosión Por @e y @e&28 en >uerías Enterradas @igura 8/ !iagrama de &orrosión del &inc @igura 88 !etector de Permeación de Bidrógeno @igura 89 El Potenciostato @igura 8; -n"lisis de &orrosión del @e en -cido ul#úrico @igura 8= >%cnicas para el Monitoreo de la &orrosión @igura 81. Mecanismo de Protección &atódica con nodo de acri#icio @igura 8A istema de Protección de la &orrosión por &orriente 6mpresa
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252 255 25A 2// 2// 2/9 289 28; 28= 281 295 2;2 2;1 2=; 215 21/ 21; 21; 21A 2A2 2CA 522 525 52/ 52/ 529 521 52C 552 558 55; 55C 5/2 5/5 5// 58; 59/
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>ala 5 @uer'a Electromotri' de Elementos Duímico
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Principios 13sicos de Corrosión Definición de CorrosiónI El proceso de corrosión puede ser de#inido como el deterioro que su#re un material met"lico deido a una reacción con el medio amiente. Esta de#inición se #undamenta en que la gran mayoría de los metales se encuentran en estado natural #ormando parte de los minerales, ya sea como óido o sales, como por e$emplo el mineral común de Bierro )@e* se aseme$a al Berrumre, el mineral es convertido a Bierro met"lico mediante el empleo de energía. Esta misma energía es la que es lierada cuando el Bierro met"lico de los materiales de acero se convierte en Berrumre, deido a la corrosión, en e#ecto la energía lierada es la energía que guarda el metal durante el proceso de re#inación, por lo que se hace posile que ocurra el proceso de corrosión -hora ien, se puede hacer la pregunta Jpor qu% eiste la corrosiónK e puede decir que la corrosión de los metales es en cierto sentido inevitale, una peque+a vengan'a que se toma la naturale'a por la continua epoliación a que la tiene sometida el homre. e dee recordar que los metales, salvo alguna que otra rara ecepción, como lo son los metales noles, se encuentran en la naturale'a cominados con otros elementos químicos #ormando minerales, como los óidos, sul#uros, caronatos, etc., luego para la otención de los metales en estado puro, hay que recurrir a su separación a partir de sus minerales, lo cual supone un gran aporte energ%tico. Esta tendencia a su estado original no dee etra+ar, para el caso del Bierro )@e*, por e$emplo, se sae que el mineral de hierro m"s común, la hematina, el cual es un óido de hierro ( Fe2 0 3 ) . (o que indica que en la otención del acero hay que trans#ormar el Oido @%rrico en hierro elemental, lo que signi#ica la utili'ación de grandes cantidades de energía, desde luego el acero es un material susceptile a la corrosión, ya que el hierro trata de regresar a su #orma natural, y adem"s la tendencia del hierro a volver a su estado natural de óido met"lico es tanto m"s #uerte, cuanto que la energía necesaria para etraer el metal del mineral es mayor. Entonces, la #uer'a conductora que causa que un metal se oide es consecuencia de su eistencia natural en #orma cominada Para alcan'ar el estado met"lico, a partir de su eistencia en la naturale'a en #orma de di#erentes compuestos químicos, es necesario que el metal asora y almacene una determinada cantidad de energía. Esta energía le permitir" el posterior regreso a su estado original a trav%s de un proceso de corrosión. (a cantidad de energía requerida y almacenada varía de un metal a otro., para el caso del hierro es relativamente alta El proceso de corrosión puede ser de#inido tami%n como el deterioro de los materiales a causa de alguna reacción con el medio amiente, en que son utili'ados los materialesI El proceso no siempre involucra un camio de peso o deterioro visile, ya que muchas #ormas de corrosión se mani#iestan por un camio en las propiedades de los materiales, disminuyendo su resistencia. En el caso de las aleaciones met"licas y particularmente las del acero, que es uno de las materiales m"s ampliamente di#undido0 en estos casos la corrosión se dee detallar con m"s precisión, sustent"ndose para ellos en la estructura atómica de la materia. En este caso el "tomo esta #ormado por un equilirio de cargas positivas denominadas protones y de cargas negativas llamadas 9
electrones, los materiales tienden a perder electrones, por lo cual se separa del metal perdiendo masa. Esto, por lo general ocurre cuando el metal entra en contacto con un electrolito, dando lugar a reacciones electroquímicas de oidación y reducción, lo cual indica que se ha iniciado un proceso de corrosión en medio húmero con una circulación simult"nea de corriente, normalmente denominada Pila 4alv"nica (a corrosión se puede de#inir tami%n como, el .camio per$udicial en las propiedades #ísicas de los materiales deido a reacciones. Duímicas o electroquímicos comple$as entre el material y el medio que lo rodea. El proceso químico de la corrosión es el resultado de la acción directa de un agente agresivo sore las super#icies met"licas, #enómenos que se deen a las #uer'as de adsorción de ?an !er Laals o por una reacción química directa con los agentes de carono, dióido de a'u#re, etc. En la mayor parte de los sistemas acuosos, la reacción de corrosión se divide en una porción anódica y otra catódica, que se produce simult"neamente en puntos discretos sore las super#icies met"licas. e puede generar un #lu$o de electricidad en las 'onas anódicas a las catódicas mediante celdas locales desarrolladas, ya sea por una super#icie met"lica simple o entre metales distintos. (a corrosión de los metales tami%n puede ser considerada como el proceso inverso de la metalurgia etractiva. Muchos metales eisten en la naturale'a en estado cominado, por e$emplo, como óidos, sul#atos, caronatos o silicatos. En estos estados, las energías de los metales son m"s a$as. En el estado met"lico las energías de los metales son m"s altas, y por eso, hay una tendencia espont"nea de los metales a reaccionar químicamente para #ormar compuestos. (o cual se presenta en la #igura 5
Figura $. 0e4e5an6a entre o7tención 8 corrosión de los 4etales
(a #igura 5 representa en proceso de otención de los metales y su posterior corrosión de los mismosI El ataque corrosivo se puede mani#estar de dos #ormas, una super#icial a#ectando en mayor o menor medida a toda la super#icie, o un ataque locali'ado, que a#ecta "reas peque+as con mayor intensidad, pudi%ndose llegar en escaso tiempo a per#orar un elemento delgado. Este último tipo de ataque cora mayor importancia cuando el elemento a#ectado con#orma una cuierta de techo o una ca+ería de transporte de #luidos. (a corrosión puede deerse a reacciones netamente químicas entre el metal y los elementos circundantes, otra #orma de ocurrencia del proceso de corrosión, es a trav%s del proceso electroquímico. Este proceso requiere invarialemente de la presencia de líquidos o al menos de humedad. Esto di#erencia el proceso electroquímico del proceso químico, ya que este último pude desarrollarse en seco. En la #igura /
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se muestra los #actores que catali'an el proceso de corrosión.
Figura ) Factores 9ue provocan la corrosión
lcance e I4portancia del Proceso de Corrosión !esde el primer momento de su etracción el metal, para lo cual es necesario camiar las condiciones termodin"micas utili'ando reductores, altas temperaturas, etc., el metal muestra una tendencia inherente a reaccionar con el medio, l lamase atmós#era -gua, suelo, etc. retornando a la #orma cominada. El proceso de corrosión es natural y espont"neo, y cuando mayor es la energía gastada en la otención del metal a partir del mineral, tanto m"s #"cilmente el metal revierte al estado natural, es decir, tanto m"s #avorecida termodin"micamente est" la reacción de corrosión. Metalurgia etractiva y corrosión son, por lo tanto procesos de acción opuesta. e asume, entonces que el proceso de corrosión es la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto #ísicas como químicas. (a característica #undamental de este proceso, es que sólo ocurre en presencia de un electrolito, ocasionando regiones plenamente identi#icadas, llamadas anódicas y catódicasI una reacción de oidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son lierados dirigi%ndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producir" la disolución del metal y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.
2a Corrosión co4o un Proceso Cotidiano . -parentemente el proceso de corrosión no se puede eliminar del todo, en vista que solo se puede retardar el proceso, luego hay que aprender a vivir con ese proceso, qui'"s se pueda hacer la pregunta. JPor qu% eiste la corrosiónK e puede empe'ar diciendo que la corrosión de los metales es en cierto sentido inevitale, una peque+a 11
vengan'a que se toma la naturale'a por la continua epoliación a que la tiene sometida el homre., se sae que los metales, salvo alguna que otra rara ecepción, se encuentran en estado nativo en la >ierra*, no eisten como tales en naturale'a, sino cominados con otros elementos químicos #ormando los minerales, como los óidos, sul#uros, caronatos, etc. Para la otención de los metales en estado puro, se dee recurrir a su separación a partir de sus minerales, lo cual supone un gran aporte energ%tico, si esta energía es gastada en la producción del acero, de inmediato este inicia el periodo de retorno a su estado natural. El mineral de Bierro m"s común, es la Bematina ( Fe2 0 3 ) El producto m"s común de la corrosión del Bierro, la herrumre, tiene la misma composición química. Un metal susceptile a la corrosión, como el acero, resulta que proviene de óidos met"licos, a los cuales se los somete a un tratamiento determinado para otener precisamente Bierro. (a tendencia del hierro a volver a su estado natural de óido met"lico es tanto m"s #uerte, cuanto que la energía necesaria para etraer el metal del mineral es mayor. Uno de los medios, que mayor in#luencia tiene en el proceso de corrosión es el agua, que por lo general actúa como medio conductor. (a corrosión m"s #recuente es toda de naturale'a electroquímica y resulta de la #ormación de multitud de 'onas anódicas y catódicas sore la super#icie met"lica, siendo el electrolito, caso de no estar el metal sumergido o enterrado, el agua de condensación de la atmós#era, para lo cual se necesita que la humedad relativa del aire sea del orden del 123 o superior. El proceso de disolución de un metal en un "cido es igualmente un proceso electroquímico. (a in#inidad de uru$as que aparecen sore la super#icie met"lica corresponden a la #ormación de hidrógeno gaseoso )B /:, poniendo de mani#iesto la eistencia de in#initos c"todos, mientras en los "nodos se va disolviendo el metal. -l camiar continuamente de posición estas 'onas anódicas y catódicas, llega un momento en que el metal se disuelve continuamente. Este tipo de corrosión se caracteri'a porque casi siempre es m"s pronunciada en una 'ona que en otras, y su #orma de mani#estarse m"s característica es la aparición de picaduras.
2a Corrosión 8 su I4portancia Econó4ica; (as p%rdidas económicas originadas por la corrosión, se pueden estimar, como los costos que produce el proceso de corrosión en la industria. Para nadie es un secreto, que las primeras estimaciones de los costos de la corrosión, corresponden a aproimadamente el 83 del P<6 de un país. (a corrosión es un proceso que puede a#ectar pr"cticamente a cualquier material y cuando %sta no es prevenida o controlada puede reducir signi#icativamente la vida útil o la e#iciencia de componentes, equipos, estructuras e instalaciones. (as p%rdidas económicas derivados de la corrosión pueden clasi#icarse en directas e indirectas. a.< P=rdidas DirectasI Estas p%rdidas se relacionan con los costos necesarios para la reposición de estructuras, equipos, maquinaria o componentes que pueden quedar inserviles por e#ecto de la corrosión, lo cual ocasionaría un gasto adicional, ya que haría que reponer los equipos, mucho tiempo antes de lo previsto. 12
7.< P=rdidas IndirectasI Estas p%rdidas se pueden relacionar por interrupciones, p%rdidas de productos, p%rdidas por contaminación de productos, p%rdidas de rendimiento, p%rdidas por soredimensionamiento, p%rdidas por accidentes e estima que la relación entre los gastos directos e indirectos se sitúa entre 5F= y 5F52. -dem"s se estima que entre el 52 y el 5/3 de la producción mundial de acero mundial se pierde completamente cada a+o a causa de la corrosión. (os paros de las plantas pueden ocurrir y ocurren como un resultado de la corrosión, provocando gastos directos e indirectos de aspecto económico y humano. Dentro de los aspectos econó4icos se tiene a.G :eposición del equipo corroído. .G &oe#iciente de seguridad y sore dise+o para soportar la corrosión. c.G mantenimiento preventivo como la aplicación de recurimientos. d.G Paros de producción deido a #allas por corrosión. e.G contaminación de productos. #.G P%rdida de e#iciencia ya que los coe#icientes de seguridad, sore dise+o de equipo y productos de corrosión por e$emplo, decrece la velocidad de transmisión de calor en los intercamiadores de calor. g.G P%rdida de productos valiosos. h.G !a+o de equipo adyacente a aquel en el cual se tuvo la #alla de corrosión. Dentro de los aspectos >u4anos 8 sociales tene4os; a.G (a seguridad, ya que #allas violentas pueden producir incendios, eplosiones y lieración de productos tóicos. .G &ondiciones insalures por e$emplo, contaminaciones deido a productos del equipo corroído o ien un producto de la corrosión misma. c.G -gotamiento de los recursos naturales, tanto en metales como en comustiles usados para su manu#acturera. d.G -pariencia, ya que los materiales corroídos generalmente son desagradales a la vista. (a p%rdida de vidas humanas es, desgraciadamente, una posiilidad que se puede presentar como una consecuencia directa o indirecta de la corrosión. El costo social de la corrosión puede llegar a ser tan elevado que deería prest"rsele una mayor atención por el lado de las autoridades, empe'ando por la propia toma de conciencia personal. (o normal desgraciadamente entre los utili'adores de metales en su mayor o menor grado de ignorancia acerca del cómo y cu"ndo puede ocurrir la corrosión y el modo de prevenirla o evitarla. -
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la corrosión, en los apretados programas de las carreras t%cnicas, si acaso, se le reserva el papel de una materia electiva, muchas veces para curir unos cr%ditos sorantes al #inali'ar los estudios de ingeniería. (a preparación de los pro#esionales que tienen que ver con la utili'ación de materiales met"licos, redundaría en una acertada utili'ación de los recursos anticorrosivos de que se dispone a la #echa y con ello se conseguiría un considerale ahorro en la monstruosa ci#ra que anualmente representan las p%rdidas originadas por la corrosión.
Efectos 9ue produce la Corrosión; (a corrosión produce diversos e#ectos, pudi%ndose clasi#icar enI a.< P=rdidas del Efecto Est=tico. Este e#ecto se produce cuando se a#ecta la super#icie del elemento, pierde pulimento, y por lo tanto aparecen manchas, las cuales per$udican el aspecto del metal, y adem"s alteran los colores del mismo. 7.< P=rdida de la Estan9ueidad . &uando el se origina el proceso de corrosión, puede progresar en pro#undidad, con lo cual se puede producir un ori#icio, y por lo tanto el elemento de$a de ser herm%tico y si se encuentra destinado a transportar o contener líquidos o gases se producen #ugas. c.< P=rdidas de /esistenciaI En los elementos met"licos destinados a soportar es#uer'os, la sección del per#il cora #undamentalmente importancia, ya que de producirse un proceso de corrosión la p%rdida de la sección puede resultar de importancia al punto de provocar el colapso de la estructura met"lica, y con ello provocar graves da+os operaciones, que pueden ser determinantes a la hora de evaluar la e#ectividad del proceso. d.< Producción de 0ustancia Conta4inantesI (os procesos químicos pueden producir sustancias que contaminen el entorno. i se inician en una ca+ería destinada al transporte de agua, esta se ver" contaminada por estas sustancias pudi%ndose convertir en no apta para el consumo human. (a corrosión representa un #actor signi#icativo para la determinación de la durailidad y la seguridad de los procesos industriales. (os estudiantes de ingeniería necesitan comprender per#ectamente los e#ectos de la corrosión y cómo %stos pueden ser anticipados y evitados Nadie desconoce los per$uicios que puede traer apare$ados los procesos de corrosión met"lica sore los materiales epuestos y sore las estructuras. Numerosos e$emplos han demostrado que el hecho de no tener en cuenta sus e#ectos puede resultar sumamente per$udicial. e puede intentar de#inir a la corrosión met"lica como la reacción indeseada y destructiva de naturale'a química o electroquímica entre un metal y su entorno. Bay que recordar, adem"s, que los procesos de corrosión pueden a#ectar a otros materiales no met"licos, que est"n relacionados con los metales.
gentes Corrosivos 8 su Influencia; (os principales elementos corrosivos presentes en un #luido son los gases !ióido de carónico )&O /* y ul#uro de Bidrogeno )B/*. (os iones cloruros )&l G* y icaronato )B&O 8G*, &aronatos ( C 0 32 ) 0 el agua, etc. −
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a.< Concentración de Cloruros; (a corrosión por &O / y B/ en sistemas de gas se hace m"s severa cuando eiste la presencia de cloruros provenientes de las sales del agua de #ormación. (a corrosión por cloruros se caracteri'a por la presencia de picaduras en los equipos que tienen contacto directo con el #luido. (os &loruros de odio, &alcio y Magnesio )Na&l, &a&l / y Mg&l/* presentes en la #ormación se hidroli'an parcialmente en el agua del sistema, originando peque+as cantidades de cido &lorhídrico )B&l*, que pueden actual como agentes corrosivos. -dem"s, si hay altos contenidos de cloruros, a#ectan el potencial del metal incrementando el proceso de corrosión. i el agua tiene una concentración de iones cloruros superiores o igual a ;2 ppm es generalmente corrosivo para los aceros al carono. -unque, lo que realmente a#ecta la presencia de los iones de cloruro en la corrosión es en Efecto salino El e#ecto salino es el e#ecto que produce agregar determinadas concentración de un ión que no es común con uno de los iones de la sal cuando amos se encentran en la misma solución, dando como resultado el aumento de la soluilidad, para el caso especí#ico de la corrosión por los gases "cidos !ióido de &arono ( C 0 2 ) y ul#uro de Bidrógeno ( H 2 S ) , los productos de la corrosión son los precipitados &aronato @erroso o &aronato de Bierro ( FeC 0 3 ) y ul#uro @erroso o ul#uro de Bierro )@e*, y tal como un sólido siempre esta en equilirio con los iones que lo #orman, luego, la presencia de iones de &loruro ( Cl ) , hace incrementar la soluilidad de las sales productos de la corrosión, y para mantener el equilirio dee de incrementarse el proceso de corrosión. (uego la soluilidad del &aronato y ul#ato de Bierro, aumenta en presencia de los iones de cloruro, y por ende para mantener el equilirio dee de haer m"s corrosión. −
7.< Ión 1icar7onato; Estos se presentan cuando el cido &arónico ( H 2 C 0 3 ) otenido de la reacción de la disolución del &O / en presencia de agua. El "cido es de a$a estailidad y, se disocia resultando en primer lugar el ión icaronato para luego producir los iones caronatos que al reaccionar con el hierro producto de la oidación del metal #orman los productos de corrosión. Por lo que es importante determinar las concentraciones de estos iones en el #luido. (a #ormación de sales insolules ocurre como el resultado de reacciones químicas Un alto contenido de estos iones pueden incrementar la corrosión en el sistema (a presencia de
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c.< 0olu7ilidadI Este par"metro representa la m"ima capacidad de disolución de un componente en una determinada solvente, y a condiciones operacionales dadas (os #actores que a#ectan la soluilidad sonI $.< e4peraturaI En la mayoría de los casos la soluilidad de una sustancia aumenta con la temperatura0 en los gases la soluilidad disminuye al aumentar la temperatura. ).< PresiónI Para #ines pr"cticos, la presión eterna no tiene in#luencia sore la soluilidad de los líquidos y sólidos, pero si in#luye sore la soluilidad de los gases, ya que la soluilidad de un gas en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas sore la disolución. &.< Efecto del Ión Co4únI Este es el e#ecto que se produce al agregar una determinada concentración de un ión que sea común con uno de los iones de la sal precipitada, cuando amos se encuentran en la misma solución, dando como resultado la disminución de la soluilidad. El ión común despla'a el equilirio de acuerdo con el Principio de (e &hatelier. Due indica, que el sistema en equilirio es sacado del mismo, por una #uer'a eterna, el sistema de despla'ara en sentido contrario de la acción para mantener el equilirio. d.< Efecto 0alinoI Este es el e#ecto que produce agregar una determinada concentración de un ión que no es común con uno de los iones de la sal precipitada, desde luego esto ocurre cuando amos se encuentran en la misma solución, dando por resultado el aumento de la soluilidad de la sal precipitada. e.< Producto de solu7ilidad ( K PS ) . Esta es una constante termodin"mica, que se otiene como el producto de las concentraciones molares de los iones constituyentes, cada uno elevado a la potencia de su coe#iciente estequiom%trico en la ecuación del equilirio. El valor de la constante del producto de soluilidad )ps* indica la soluilidad de un compuestoI mientras m"s peque+a sea menos solule ser" el compuesto. Para el @e&O 8 la constante de soluilidad es 8,;.52G55 molFl. Por e$emplo la soluilidad del &aronato @erroso es ;,C/52 G=)molar* f.< Producto Iónico @PI:; Este par"metro se utili'a para predecir la precipitación de unos componentesI por e$emplo si se quiere determinar, la #ormación del &aronato @erroso, precipitado hay que uscar la actividad de los productos de la corrosión en )moles F(*. Es decir ( Fe 2 ) ( C 0 3 2 ) , y comparar este producto con la constante de producto de soluilidad del componente, en cuestión )ps*. i el )P6* es mayor que la )ps*, har" precipitado, por e$emplo si se asume que hay /2 partes por millón de hierro en el #luido, entonces quedaI +
Fe + 2
=
20mgdeFex55,56 gdeFex1moldeFe
Ldesoluciónx103 mgdeFex55,56 gdeFe
=
−
0,02molar
i se asume que la concentración de &aronato es la misma del Biero, luego queda I ( 0,02) x( 0,02) = 4 x10 4 > 3,5 x10 11 , luego har" precipitado −
−
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g.< Aelocidad del FluidoI (a velocidad del #lu$o de #luido a#ecta la composición y etensión de la capa de corrosión producida. Para los sistemas no inhiidos las altas velocidades )mayor que 58,5/ pieFs* en la corriente de producción conllevan a la etracción mec"nica de las capas de corrosión de$ando la super#icie del metal epuesta al medio corrosivo, originando altas tasas de corrosión. En el sistema gas, agua y petróleo, la tasa de #lu$o in#luye en la tasa de corrosión del acero en dos #ormas0 determina el comportamiento del #lu$o y los regímenes de #lu$o. En t%rminos generales, %stos son mani#estados como condiciones est"ticas en a$as velocidades, #lu$o turulento en altas tasas de #lu$o. (as velocidades del #luido menores que 8,/A pieFs son consideradas como est"ticas0 a$o estas condiciones las tasas de corrosión pueden ser m"s altas que aquellas oservadas a$o condiciones moderadas de #lu$o. Esto ocurre porque a$o condiciones est"ticas, no hay turulencia natural para ayudar la me'cla y dispersión de las sustancias inhiidoras o protectoras del hidrocaruro en la #ase acuosa. -dem"s, los productos de la corrosión y otros depósitos se pueden #i$ar #uera de la #ase liquida y puede causar el ataque por hendidura y la corrosión a$o depósito. Entre 8,/A a C,A9 pieFs las condiciones estrati#icadas generalmente aun eisten. in emargo, el incremento del #lu$o arre algunos depósitos de corrosión e incrementa la agitación y la me'cla. 5=,9 pieFs, las tasas de corrosión en aplicaciones no inhiidas empie'an a aumentar r"pidamente con el incremento de la velocidad. Para aplicaciones no inhiidas, la tasa de corrosión comien'a a incrementar ligeramente entre C,A9 a 8/,A pieFs, resultando de la me'cla del hidrocaruro y la #ase acuosa. Por encima de 8/,A pieFs, la tasa de &orrosión en sistemas inhiidos empie'a a hacerse mayor deido a la etracción o remoción de la capa protectora de la super#icie por altas velocidades de #lu$o.
>.< ipos de flu5o (os di#erentes tipos de #lu$os i#"sicos )gas Q líquidos* son representados y descritos a continuaciónI $.< Flu5o EstratificadoI tiene lugar a velocidades a$as del gas $unto a velocidades muy a$as de líquido. En estas condiciones se produce una completa estrati#icación de los #luidos. El gas se uica en la parte superior de la línea sore una inter#ase gasGlíquido llano y suave. -l incrementarse la velocidad del gas se producen ri'os en la inter#ase gasGlíquido y entonces se estalece el patrón de #lu$o denominado estrati#icado de inter#ase ri'ada. ).< Flu5o nular o nular Nie7la I en este tipo de #lu$o el líquido #luye #ormando una capa delgada que cure las paredes del tuo a lo largo de la tuería, mientras que el gas #luye por el centro a alta velocidad arrastrando algunas gotas de líquido. El #lu$o anular es muy estale. Esta estailidad $unto con el hecho de que est" #avorecida la trans#erencia de masa gasGlíquido, convierte a este tipo de #lu$o en venta$oso para ciertas reacciones químicas )entre ellas reacciones de corrosión*. &.< Flu5o 1ur7u5aI la tuería se encuentra ocupada casi en su totalidad por la #ase líquida, la #ase gaseosa se presenta en #orma de uru$a cuya velocidad
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varía de una a otra uru$a. El e#ecto de las uru$as en el gradiente de presión es considerado a$o, a pesar de que la velocidad de las uru$as es superior a la del líquido.
#.< Flu5o apónI la #ase gaseosa se hace m"s pronunciada a pesar de que la #ase líquida sigue #luyendo. (as uru$as de gas coalescen y #orman tapones, los cuales ocupan casi en su totalidad la sección transversal de la tuería. (as uru$as de gas #luyen a mayor velocidad que el líquido. +.< Flu5o de apón de 2í9uido; En este caso las crestas de las ondulaciones pueden llegar hasta la parte superior de la tuería en la super#icie del líquido. %.
Corrosión Inducida por Conta4inación del gua (as aguas naturales son medios comple$os, en evolución permanente, que se pueden considerar en una primera aproimación como disoluciones de di#erentes especies químicas en agua. (as especies m"s aundantes son los cationes ( Ca 2 ) 0 ( Mg 2 ) 0 ( Fe 2 ) ( Na ) , etc., y los anionesI HC 0 3− ; C 0 3−2 ; S 0 −42 yCl − , etc., así como gases, O /, &O/, etc. y a veces B /. +
+
+
+
(a agresividad del agua depende de su capacidad para conducir la corriente el%ctrica, si el agua es poco conductora ocasionar" que la actividad de las pilas de corrosión que se puedan #ormar en la misma sea peque+a, ya que el 18
circuito el%ctrico que se cierra a trav%s de ella presenta una resistencia el%ctrica elevada. En el agua de mar0 cuya conductividad es muy alta por la gran cantidad de iones presentes, la actividad de los procesos de corrosión es tan alta, que en lapsos muy cortos se pueden originar #enómenos muy graves. Un agua dulce y una de mar constituyen casos etremos, y entre amos eisten una gran variedad de aguas cuya agresividad #rente a los metales varía en #unción de su composición y #actores como la concentración de oígeno disuelto, pB, temperatura, concentración de cloruros y sul#atos, agitación y velocidad del medio, etc%tera. El agua de mar se caracteri'a por la gran estailidad de sus propiedades #isicoquímicas, y sore todo por su salinidad, que varía entre 82 y 813. Por salinidad se entiende la cantidad de sales anhidras contenidas en )5Rg* de agua de mar, lo cual puede determinarse evaporando 5 Rg de esta agua de mar y pesando el residuo seco. El agua de mar, en la proimidad de las costas, puertos y lagunas costeras puede estar muy contaminada. -sí, la contaminación desempe+a un papel determinante en la agresividad de una determinada agua #rente a los metales de uso m"s común. >anto es así, que una posile indicación del grado de contaminación de un agua de mar puede llegar a estalecerse por su velocidad de corrosión. Eisten elementos iónicos que catali'an la acción corrosiva. Por su especial importancia e incidencia pueden citarse entre %stos a los iones nitratos ( N 0 3− ) provenientes, por e$emplo, de los aonos químicos nitrogenados, que por su naturale'a oidante depolari'an la reacción catódica de reducción del oígeno, acelerando el proceso de corrosión. -simismo, la presencia de #os#atos, provenientes de los detergentes, ha dado lugar a la proli#eración de algas, muy especialmente en lagunas costeras, las cuales consumen gran parte del oígeno disuelto presente en el agua, haciendo que el medio se vuelva anaeroio, con la consiguiente putre#acción de estas lagunas, que agravan los prolemas de corrosión en el #ondo de mares y lagunas por la posiilidad de crecimiento de acterias sul#atoGreductoras. El acero y el acero galvani'ado son especialmente atacados en estas condiciones, ocasion"ndose prolemas en todas aquellas estructuras sumergidas que no est%n su#icientemente protegidas i ien la corrosión microiológica o acteriana no es un prolema nuevo en los #ondos marinos, su incidencia en la #alla de muchos sistemas sumergidos ha ido en aumento en los últimos a+os, al crecer la contaminación en las 'onas aleda+as a las costas. (a acción del agua sore algunos metales como el hierro puede provocar prolemas de corrosión. -simismo, el equilirio calcoGcarónico del agua proporciona a %sta propiedades agresivas o incrustantes que se re#le$an en las tuerías de las redes de distriución, e#ectos que pueden sumarse a los motivados por procesos microianos. Por otra parte, la calidad del agua puede camiar en relación con la #inalidad a que es destinada (as #ormas de corrosión pueden ser muy diversas. El prolema es comple$o porque los #actores motivadores son muy diversos. Entre los m"s importantes se encuentran las condiciones del #lu$o, la composición de los ductos y las 19
características iológicas y #isicoquímicas del agua. En relación con las características #isicoquímicas del agua, cae enumerar las siguientesI temperatura, pB, sales disueltas, oígeno y ióido de carono disueltos, y pr"cticamente todos los cationes y aniones que intervienen en la composición mineralógica normal del aguaI cloruros, icaronatos, caronatos, sul#atos, sodio, calcio, magnesio, etc. (as sales corrosivas m"s importantes son los cloruros ( Cl ) Muchas aguas suterr"neas contienen cloruros provenientes de procesos de contaminación y las aguas super#iciales est"n cada ve' m"s contaminadas por deposiciones antropog%nicas. &oncentraciones de cloruros superiores a 522 mgF( en aguas de dure'a mediana pueden causar prolemas de corrosión, crecientes en #orma eponencial, de tal manera que concentraciones de iones cloruro de 5gF( provocan r"pidamente la destrucción por corrosión de metales como el hierro y el acero inoidale. -simismo, la presencia de sales disueltas modi#ica la estructura de las posiles incrustaciones eistentes, volvi%ndolas porosas y heterog%neas, de tal #orma que no constituyen una protección de las super#icies met"licas. >ami%n se pueden #ormar 'onas de aireación di#erencial, al asorerse el oígeno presente en el agua, todo lo cual tiene una gran in#luencia en la in#luencia del agua en los procesos corrosivos industriales y edi#icaciones de construcción. −
En cuanto a los sul#atos ( S 0 −42 ) , en principio son poco corrosivos, aunque intervienen en el ciclo del a'u#re, y en sistemas anóicos pueden contriuir a la #ormación de "cido sul#hídrico, B /. El poder corrosivo de los sul#atos aumenta al asociarse a los cloruros, especialmente en aguas landas, de a$a alcalinidad y que no est%n saturadas con &aronato de &alcio )&a&O 8*. (a presencia del catión ( Ca 2 ) en el agua, asociada al equilirio calcoGcarónico puede contriuir0 en aguas incrustantes, a proteger el sistema #rente a la corrosión. El tradicional aioma de que un agua incrustante no es corrosiva dee mane$arse con cuidado. (a presencia de un agua estale o soresaturada en relación al caronato de calcio, aun cuando es una condición satis#actoria para la prevención de la corrosión, es un remedio que tiene muchas limitaciones. En la #ormación de una película protectora sore el metal no sólo hay que tomar en cuenta los datos típicos que se reúnen para deducir el pB de saturación del )&a&O 8*, aunque algunas veces %stos pueden dar una idea astante aproimada. +
En las aguas potales eisten o pueden eistir muchas especies químicas que a#ectan de muy distinto modo la corrosión de los metales. -sí, mientras una cierta dure'a c"lcica y una alcalinidad su#iciente #avorecen la #ormación de una capa protectora de &aronato de &alcio, la presencia de ciertas sales disueltas de cloruros, sul#atos y nitratos, en concentraciones que sorepasen un cierto umral, puede camiar radicalmente las características de dicha capa protectora, lo cual ocasiona un mayor ataque al metal ase. (os iones agresivos inter#ieren en el depósito de la capa protectora, y es conocido el e#ecto nocivo de los iones cloruro en la corrosión de los metales, aunque como #ue se+alado antes, los cloruros e$ercen un e#ecto salino sore los productos de la corrosión, con lo que aceleran el proceso de corrosión.
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En cuanto a las especies contaminantes que pueden estar presentes en el agua y que ayudan en el proceso de corrosión, hay que citar de nuevo a los iones nitrato. El eceso de nitratos es determinante para la clasi#icación de agua como no potale, por la incidencia que tienen dichos aniones sore la polación, especialmente la in#antil, ya que se pueden cominar con la hemogloina de la sangre. (a contaminación por nitratos es especialmente signi#icativa en las comunidades rurales, donde los po'os de captación de agua, la mayoría de las veces artesanales y de poca pro#undidad, #acilitan una contaminación acteriológica y química de nitratos. e ha encontrado que eiste una relación directa entre la concentración de nitratos y las pr"cticas agrícolas, ya que las concentraciones m"imas se han otenido en %pocas en que se aplica una mayor cantidad de aono químicos nitrogenados. El prolema se agudi'a en las aguas de aastecimiento, en las cuales la poca pro#undidad de los niveles #re"ticos y la permeailidad de los materiales próimos a la super#icie hacen que su vulnerailidad a dicha contaminación sea muy acentuada. (a concentración m"ima permitida de nitratos en un agua, para que sea potale, es de ;2 mgF(. -sí, en las redes de distriución de agua potale en las cuales se mantenga un uen control de la potailidad de la misma, no se presentan prolemas de corrosión graves.
Corrosión en la Aida Diaria (a palara corrosión evoca en muchas personas la imagen tan conocida de la herrumre, propia de los metales #errosos, como si sólo el hierro #uera susceptile de presentar este #enómeno. En realidad, la corrosión es la causa general de la alteración y destrucción de la mayor parte de los materiales naturales o #aricados por el homre. i ien esta #uer'a destructiva ha eistido siempre, no se le ha prestado atención hasta los tiempos modernos, como e#ecto de los avances de la civili'ación en general y de la t%cnica en particular. El desarrollo de los m%todos de etracción y uso de los comustiles, muy especialmente del petróleo, así como la epansión de la industria química, han modi#icado la composición de la atmós#era de la gran Mayoría de los centros industriales y de las aglomeraciones uranas (a producción de acero y la me$ora de sus propiedades mec"nicas han hecho posile su empleo en los dominios m"s variados (a corrosión de los metales constituye por lo tanto, y con un alto grado de proailidad, el despil#arro m"s grande en que incurre la civili'ación moderna. (as roturas en los tuos de escape y silenciadores de los automóviles, la sustitución de los calentadores de agua dom%sticos, eplosiones por #ugas de gas en los tanques de almacenamiento o tuerías de conducción, roturas en las conducciones de agua, incluso el derrume de un puente, son algunos de los prolemas con los cuales se encuentra el homre. Nada met"lico parece ser inmune a este tipo de acontecimientos, es por ello que es importante poder controlar estos procesos de tal #orma de mane$ar la corrosión met"lica., ya que esta es una de las corrosiones, que mayor prolema causa a la industria de transporte de #luidos. - veces los da+os causados por un prolema de corrosión pueden ser muy amplios, si se piensa, por e$emplo en la reparación de la #alla de un oleoducto de crudo, resultante de prolemas de corrosión interna o eterna. -parte del
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costo inherente a la sustitución del tramo de tuería da+ado, hay que tener en cuenta el da+o causado por el crudo derramado al terreno, muchas veces irreversile, así como el posile paro de la re#inería y los consiguientes prolemas de desaastecimiento que ello puede llegar a acarrear. S sin emargo, un proceso esencialmente de corrosión se utili'a diariamente para producir energía el%ctricaI la pila seca, pudi%ndose comproar cómo una de las partes esenciales de la misma es precisamente una reacción de corrosión. (a verdad es que la corrosión #orma parte del diario quehacer. !esgraciadamente, no su#rimos sus e#ectos hasta que estos se hacen visiles. , a continuación se indican algunos prolemas de corrosión, que ocurren en la vida diaria. En la #igura 9 y ; se presentan unos e$emplos de &orrosión interna en una tuería de que transporta #luido petrolero.
Figura # Corrosión interna en una tu7ería
Figura + E5e4plo de Corrosión en u7erías
a.< 2a u7ería de gua . Este es un e$emplo común de corrosión 6nicialmente, al arir el gri#o, el agua, en ve' de presentar su claridad haitual tiene una cierta tonalidad o coloración casta+a. -l proarla se puede perciir un saor a
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las sales de hierro, esto es un indicio que en la tuería galvani'ada el acero de la red de distriución de agua potale, esta su#riendo el proceso de corrosión, ya que al retirar el tuo, se puede oservar que el tuo esta roto en #orma parcial o total. Esto indica la necesidad de estar constantemente en control de las tuerías que transportan agua, para poder prever y retardar en el tiempo el proceso de corrosión, teniendo en cuenta que el proceso de corrosión nuca se puede eliminar del todo, sino lo que simplemente se hace en controlarla para poder retardarla en el tiempo.
7.< 2a 2avadora uto43tica. Este es otro caso de corrosión, que se presenta con cierta #recuencia hace re#erencia. Por e$emplo, al hacer #uncionar la lavadora, se nota que hace algunos ruidos etra+os. -l vaciar el tamor, se tiene la sorpresa de que tiene una #isura. El tamor, a pesar de ser de acero inoidale, haía su#rido un cierto tipo de corrosión, conocido como corrosión #isurante, precisamente por el tipo de da+o provocado. Este tipo de corrosión, muy locali'ada en una determinada 'ona del tamor de la lavadora, es especialmente insidiosa y preocupante porque uno no se da cuenta de su eistencia sino cuando se produce la #alla. c.< El uto4óvil. El proceso de corrosión en los automóviles se mani#iesta al inicio apareciendo manchitas y picaduras minúsculas en los parachoques, que si ien no a#ectan su resistencia mec"nica, sí deslucen su presentación. Posteriormente, se pueden locali'ar puntos aislados de ataque en las partes cuiertas por molduras que ian #i$adas en agu$eros de la carrocería. El e#ecto de agentes corrosivos en los automóviles se agrava en las 'onas costeras, por la in#luencia de la risa marina que llega a poner en contacto con la carrocería gotitas cargadas de cloruro de sodio d.< Construcciones de Concretos I (a aparición de manchas de herrumre en las estructuras de concreto, es un indicio que allí s% esta llevando a cao el proceso de corrosiónIJ&omo puede ocurrir aquí el proceso de corrosión, en vista que El concreto es un material discontinuo, duro y de alta densidad y. contiene una gran cantidad de poros, los cuales pueden estar interconectados, siendo por tanto permeale a líquidos y gases, y todo esto provoca la posiilidad que ocurra el proceso de corrosión, pues tanto el oígeno como el agua pueden di#undirse hacia el acero a trav%s de la masa de concreto. En este momento se inicia la corrosión del acero. >odo lo se+alado indica que di#ícilmente se puede lirar del proceso de corrosión, ya que siempre esta presente. 2as Manifestaciones de la Corrosión; (a corrosión es #undamentalmente de naturale'a electroquímica, y siendo el Bierro uno de los metales m"s empleado en la industria, y se sae que uno de los principales productos de la corrosión del Bierro es la #ormación de la herrumre, que viene a ser un indicativo que se esta desarrollando un proceso de corrosión, tal como el producto primario de la oidación del hierro es el hidróido #erroso lanco ( Fe(0 H ) 2 ) que a su ve' se oida a hidróido #%rrico de color ro$i'o ( Fe(0 H ) 3 ) . Para sustentar esta in#ormación, se puede recurrir al eperimento de Evans, uno de los investigadores que m"s han contriuido al conocimiento de la 23
corrosión. Evans demostró que en el caso de una gota de agua salada, las di#erencias en la cantidad de oígeno disuelto en el líquido en contacto con la super#icie met"lica, lo que se conoce como aireación di#erencial, crean pilas de corrosión en las que el ataque del metal ocurre en las "reas menos oigenadas, provocando una corrosión r"pida e intensa. i se deposita una gota de agua salada )agua y cloruro de sodio* sore la super#icie hori'ontal de una l"mina de acero per#ectamente limpia y desgrasada, como en la #igura =,
Figura % ta9ue Producido por una -ota de gua salada;
En la #igura = se podría oservar, por e$emplo despu%s de unos 82 minutos, un precipitado en el medio de la gota. (a parte peri#%rica o m"s eterior de la gota, m"s aireada, que el centro, $uega el papel del c"todo, con relación al centro, que a su ve' se convierte en "nodo. Entre estas dos 'onas se #orma una memrana de hidróido de hierro )herrumre*. &on ayuda de un tuo capital, se puede atravesar la memrana y comproar la #ormación en el centro de la gota de una sal de &loruro @errosa ( FeCl 2 ) (a presencia de la herrumre es una mani#estación clara de la eistencia de corrosión para el caso del hierro y sus aleaciones Para la mayoría de los metales, las mani#estaciones de la corrosión pueden estudiarse en #unción de la #orma o tipo de corrosión. En soluciones acuosas o en atmós#eras húmedas, el mecanismo de ataque envuelve algunos aspectos electroquímicos. !ee de eistir un #lu$o de electricidad desde unas ciertas "reas a otras en la super#icie met"lica, a trav%s de una solución )electrolito* capa' de conducir la electricidad, tal como el agua de mar o el agua dura )agua con un alto contenido de sales* Una solución que conduce la electricidad es un electrolito. u cualidad para conducir la electricidad es deida a la presencia de iones. Tstos, son "tomos cargados positiva o negativamente o ien agrupaciones de "tomos con una cierta carga el%ctrica, en solución. El agua pura est" ioni'ada en proporción muy peque+a. ólo una mínima #racción de las mol%culas de agua se disocia en iones hidrógeno )B *? que representan los protones, e iones hidroilo )OB G*. El ión hidrógeno se une a una mol%cula de agua )B/O*, para #ormar un ión Bidronio )B8O*. - e#ectos pr"cticos, el agua es un aislador casi per#ecto. Entonces, caría preguntarse Jpor qu% una sustancia iónica disuelta en agua produce ionesK (a respuesta est" en las propiedades diel%ctricas del agua, o, en otras palaras, en las propiedades polares de las mol%culas de agua. &ada mol%cula de agua es un peque+o dipolo, esto es, sus cargas positiva y negativa no coinciden. e puede 24
representar estos dipolos de un modo eagerado por estructuras de #orma oval. -lrededor de un ión positivo har"n agrupadas un cierto número de mol%culas de agua con sus etremos negativos próimos al catión. !e modo an"logo, los etremos positivos de algunas mol%culas de agua se agrupar"n alrededor del ión negativo. !e acuerdo con esta eplicación, los iones de las sustancias disueltas deen estar lires en cualquier disolvente polar, como lo es el agua, como así ocurre en realidad.
Por 9u= EBiste el Proceso de Corrosión Para responder esta pregunta se puede empe'ar diciendo que la corrosión de los metales es en cierto sentido inevitale, una peque+a vengan'a que se toma la naturale'a por la continua epoliación a que la tiene sometida. (as diversas operaciones que deen reali'arse para etraer el metal del mineral, la primordial se puede resumir en una sola palaraI reducción, que vendría a ser un camio de estado de oidación. egún esto, la corrosión puede descriirse en primer t%rmino como una reacción de oidación, seme$ante por tanto a cualquier oidación química. Por esto mismo, dee y puede ser regida por las leyes estalecidas por la #ísica y la química. Un metal sólo podr" corroerse, o sea, pasar a un estado m"s oidado, cuando sea inestale con respecto a los productos #ormados por su corrosión. Esta inestailidad puede preverse en t%rminos energ%ticos. (a termodin"mica permite reali'ar los alances de energía que, para el caso de los metales puros colocados en una situación ien determinada, permitir"n predecir su comportamiento0 en este caso, si aparecer" o no en ellos tendencia a la corrosión. (a energía de un determinado sistema puede medirse en los t%rminos de lo que se llama la energía lire, y con ello dar una eplicación del proceso de corrosión
Capacidad Corrosiva del ierroI El Bierro )@e* en la gran cantidad de yacimientos se encuentra a$o la #orma de óido, y se otiene en #orma met"lica a partir de la Bematita ( Fe2 0 3 ) yFo Magn%tita ( Fe3 0 4 ) . El proceso de otención se reali'a por reducción en -lto Borno en presencia de Monóido de &arono )&2*. Por la parte superior se alimenta con una me'cla de piedra cali'a ( CaC 0 3 ) que actúa como catali'ar de la reacción, que por lo común se denomina &oque, el aire caliente desde la parte in#erior quema este coque desprendiendo calor. (a mayor parte del !ióido de &arono ( C 0 2 ) , #ormado en el calentamiento de la cali'a reacciona con el &arono, #ormando nuevamente Monóido de &arono ustentado en lo mencionado se puede se+alar que la Bematita y Magn%tita son los principales minerales que representa el estado m"s estale del hierro respecto al medio amiente. >odo, esto hace pensar que el Bierro es un metal susceptile a la corrosión, luego el acero, por ser un material que proviene del Bierro, y ha sido sometido a una serie de tratamientos, donde esta involucrada la energía, hace que el Bierro tenga tendencia a volver a su estado natural de óido met"lico, donde su estailidad es m"s #uerte, mientras mayor sea la energía necesaria para etraer el metal del mineral, todo lo cual ayuda a que se produ'ca el proceso de corrosión, ya que simplemente el elemento utili'a su energía acumulada para uscar su #orma natural.
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Corrosión del lu4inio; El aluminio es otro e$emplo de metal que otenido en estado puro se oida r"pidamente, #orm"ndose sore su super#icie una capa de alúmina, cuya #órmula química es ( Al 2 0 3 ) . Este compuesto, recie el nomre de Oido de -luminio*, en este caso al igual que para otener el Bierro met"lico, hay que consumir una gran cantidad de energía, para otener el -luminio )-l* met"lico. Entonces, se puede se+alar que la corrosión esta relacionada con la #uer'a conductora que causa que un metal se oide, deido a la gran energía que huo que consumir , para otenerlo en #orma met"lico de los compuestos de mayor estailidad, en la cual ellos se encuentran en la naturale'a. (uego. Para alcan'ar este estado met"lico, es necesario que el metal asora y almacene una determinada cantidad de energía. Esta energía le permitir" el posterior regreso a su estado original a trav%s de un proceso de oidación yFo corrosión (a cantidad de energía requerida y almacenada varía de un metal a otro. Es relativamente alta para metales como el Magnesio )Mg*, -luminio )-l* y el Bierro )@e* y relativamente a$a para el &ore )&u* y la Plata )-g*. El orden de requerimiento de energía de mayor a menor es el que se muestra a continuación. K Mg Be Al Zn Cr Fe Ni
Sn Cu
Ag Pt Au
Dui'"s el proceso, en donde el metal pueda pasar de su #orma natural, a su #orma met"lica s% este relacionado #undamentalmente con los procesos de reducción y oidación. egún esta oservación la corrosión puede descriirse en primer t%rmino como una reacción de oidación, seme$ante por tanto a cualquier oidación química. Por esto mismo, dee y puede ser regida por las leyes estalecidas por la #ísica y la química. Un metal sólo podr" corroerse, o sea, pasar a un estado m"s oidado, cuando sea inestale con respecto a los productos #ormados por su corrosión. Esta inestailidad puede preverse en t%rminos energ%ticos.
leaciones del ierro; (as aleaciones que son preparadas por #usión con$unta de sus componentes, por lo general son depositadas simult"neamente sore el c"todo, cuando una corriente el%ctrica circula a trav%s de una solución con ul#ato &úprico ( CuS 0 4 ) y ul#ato de &inc ( ZnS 0 4 ) . En algunos casos estas aleaciones contienen elemento no met"lico, como el &arono en el acero, que le con#ieren propiedades especiales a estas aleaciones. En el -cero, por e$emplo el contenido de &arono tiene que ser menor al 53, ya que las propiedades mec"nicas del acero dependen del contenido de carono. ore la ase del contenido de &arono en el acero se da origen a. El cero; Este material es "sicamente una aleación o cominación de Bierro y &arono, con contenido de este último entre 2,2;S y hasta menos de /3. En algunos casos se agregan al acero metales, tales como &romo )&r*, Níquel )Ni*, los cuales se agregan con propósitos determinados. En vista que el acero es "sicamente Bierro altamente re#inado m"s de CA3, su #aricación comien'a con la reducción del Bierro. (o que indica la producción de rra7io? el cual posteriormente se convierte en acero, material muy utili'ado en la industria. 26
Producción 8 /efinación de rra7io I El arraio es el primer proceso que se reali'a para otener -cero, los materiales "sicos empleados son Mineral de Bierro, &oque y &ali'a. El coque se quema como comustile para calentar el horno, y al arder liera monóido de carono, que se comina con los óidos de hierro del mineral y los reduce a hierro met"lico. (a cali'a de la carga del horno se emplea como #uente adicional de monóido de carono y como sustancia tundente. Este material se comina con la sílice presente en el mineral )que no se #unde a las temperaturas del horno* para #ormar silicato de calcio, de menor punto de #usión. in la cali'a se #ormaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro met"lico. El silicato de calcio y otras impure'as #orman una escoria que #lota sore el metal #undido en la parte in#erior del horno. El arraio producido en los altos hornos tiene la siguiente composiciónI un C/3 de hierro, un 8 o 93 de carono, entre 2,; y 83 de silicio, del 2,/;3 al /,;3 de manganeso, del 2,29 al /3 de #ós#oro y algunas partículas de a'u#re. El lto ornoI Esto es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Duímicamente desprende el oígeno del óido de hierro eistente en el mineral para lierar el hierro. Est" #ormado por una c"psula cilíndrica de acero #orrada con un material no met"lico y resistente al calor, como ladrillos re#ractarios y placas re#rigerantes. El di"metro de la c"psula disminuye hacia arria y hacia aa$o, y es m"imo en un punto situado aproimadamente a una cuarta parte de su altura total. (a parte in#erior del horno est" dotada de varias aerturas tuulares llamadas toeras, por donde se #uer'a el paso del aire. &erca del #ondo se encuentra un ori#icio por el que #luye el arraio cuando se sangra )o vacía* el alto horno. Encima de ese ori#icio, pero dea$o de las toeras, hay otro agu$ero para retirar la escoria. (a parte superior del horno, cuya altura es de unos 82 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por v"lvulas en #orma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. (os materiales se llevan hasta las tolvas en peque+as vagonetas o cucharas que se suen por un elevador inclinado situado en el eterior del horno. Clasificación de los cerosI (os di#erentes tipos de aceros se clasi#ican de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos e#ectos en el aceroI a.< ceros al Car7ono; M"s del C23 de todos los aceros son aceros al carono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carono y menos de 5,=;3 de Manganeso )Mn*, el 2,=2 de ilicio )i* y el 2,=23 de &ore )&u*. Entre los productos #aricados con aceros al carono #iguran m"quinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcciones de aceros, cascos de uques, etc. Para los aceros al carono se tieneI $.< ceros con 7a5o contenido de Car7ono )&V2,/;3*. Estos aceros son landos y poco resistentes, dúctiles y tenaces y de #"cil mecani'ado. e utili'an en carrocerías de automóviles, vigas, etc ).< ceros Medios; En estos aceros el contenido de carono oscila entre 2,/; y 2,=23. Este acero puede tratarse t%cnicamente mediante auteni'ación, temple y revenido para me$orar sus propiedades. (a adición de &romo )&r*0
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Níquel )Ni* y Molideno )Mo* me$ora su capacidad para ser tratado. Estos aceros se utili'an en la construcción de ruedas y raíles de trenes, engrana$es, cigWe+ales, etc.
&.< ceros ltos en Car7ono I -quí el contenido de carono oscila entre 2,= y 5,93. Estos aceros son m"s duros, resistentes y menos dúctiles que los otros aceros al carono. e utili'an templados y revenidos0 son muy resistentes al desgaste y capaces de adquirir #orma de herramienta de corte. Estos aceros se utili'an para #aricar herramientas y matrices. 7.< ceros leados; Estos aceros contienen una proporción determinada de ?anadio )?*, Molideno )Mo* y otros elementos, adem"s de cantidades mayores de Manganeso )Mn*0 ilicio )i* y &ore )&u* que los aceros al carono normales. Estos aceros de aleación se dividen enI $.<ceros EstructuralesI on aquellos que se emplean para diversas partes de m"quinas, tales como engrana$e, e$es y palancas, adem"s se utili'an en las estructuras de edi#icios, construcción de chasis de automóvil. El contenido de la aleación varía desde 2,/;X a un =3. ).< ceros para erra4ientas I Estos son aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y noGmetales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, #resas y machos de roscar. (a utilidad de estos tipos de aceros es muy amplia, es por ello que hay que tener ien en cuenta sus componentes de tal #orma de poder prever lo que puede ocurrir. &.< ceros EspecialesI (os -ceros de -leación especiales son los aceros inoidales y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 5/3. Estos aceros de gran dure'a y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turinas de vapor, engrana$es, e$es y rodamientos. c.< ceros InoBida7lesI (os aceros inoidales contienen )&r*0 )Ni* y otros elementos de aleación, que los mantienen rillantes y resistentes a la herrumre y oidación a pesar de la acción de la humedad o de "cidos y gases corrosivos. -lgunos aceros inoidales son muy duros0 otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas etremas. !eido a sus super#icies rillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con #ines decorativos. El acero inoidale se utili'a para las tuerías y tanques de re#inerías de petróleo o plantas químicas, para los #usela$es de los aviones o para c"psulas espaciales. >ami%n se usa para #aricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para #i$ar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los #luidos corporales. En cocinas y 'onas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoidale, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con #acilidad. d.< ceros de 1a5a leación Ultrarresistentes Esta #amilia es la m"s reciente de las #amilias de los aceros. (os aceros de a$a aleación son m"s aratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades
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menores de los costosos elementos de aleación. in emargo, recien un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carono. Por e$emplo, los vagones de mercancías #aricados con aceros de a$a aleación pueden transportar cargas m"s grandes porque sus paredes son m"s delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carono. -dem"s, como los vagones de acero de a$a aleación pesan menos, las cargas pueden ser m"s pesadas. En la actualidad se construyen muchos edi#icios con estructuras de aceros de a$a aleación. (as vigas pueden ser m"s delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edi#icios
/esistencia a la Corrosión de los ceros InoBida7les I >odos los aceros inoidales contienen el &romo )&r* su#iciente para darles sus características de inoidales. Muchas aleaciones inoidales contienen adem"s Níquel )Ni* para re#or'ar aun m"s su resistencia a la corrosión. Estas aleaciones son a+adidas al acero en estado de #usión para hacerlo inoidale en toda su masa. Por este motivo, los aceros inoidales no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún otro tratamiento super#icial para me$orar su resistencia a la corrosión. En el acero inoidale no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar y desprenderse. E6 acero ordinario, cuando queda epuesto a los elementos, se oida y se #orma Oido de Bierro polvoriento en su super#icie. i no se comate, la oidación sigue adelante hasta que el acero est% completamente corroído. >ami%n los aceros inoidales se oidan, pero en ve' de óido común, lo que se #orma en la super#icie es una tenue película de Oido de &romo muy densa que constituye una cora'a contra los ataques de la corrosión. i se elimina esta película de óido de cromo que recure los aceros inoidales, se vuelve a #ormar inmediatamente al cominarse el cromo con el oígeno de la atmós#era amiente. El empleo de acero inoidale estar" a$o la dependencia de las características oidantes del amiente. i imperan condiciones #uertemente oidantes, los aceros inoidales resultan superiores a los metales y aleaciones m"s noles. in emargo, en la misma #amilia de los aceros inoidales la resistencia a la corrosión varía consideralemente de un tipo de material a otro
EBplicación er4odin34ica del proceso de Corrosión I !esde el primer momento de la etracción del metal, para lo cual es necesario camiar las condiciones termodin"micas utili'ando reductores, altas temperaturas, etc., el metal muestra una tendencia inherente a reaccionar con el medio )atmós#era, agua, suelo0 etc.* retornando a la #orma cominada. El proceso de corrosión es natural y espont"neo, y cuando mayor es la energía gastada en la otención del metal a partir del mineral, tanto m"s #"cilmente el metal revierte al estado cominado, es decir, tanto m"s #avorecida termodin"micamente est" la reacción de corrosión. Metalurgia (a corrosión puede descriirse en primer t%rmino como una reacción de oidación, seme$ante por tanto a cualquier oidación química. Por esto mismo, dee y puede ser regida por las leyes estalecidas por la #ísica y la química. Un metal sólo podr" corroerse, o sea, pasar a un estado m"s oidado, cuando sea inestale con respecto a los productos #ormados por su corrosión., inestailidad
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que puede preverse en t%rminos energ%ticos. (a termodin"mica permite reali'ar los alances de energía que, para el caso de los metales puros colocados en una situación ien determinada, permitir"n predecir su comportamiento0 en este caso, si aparecer" o no en ellos la tendencia a la corrosión. Esta a#irmación se sustenta, en el hecho que la energía de un determinado sistema puede medirse en los t%rminos de la Energía (ire de 4is ( ∆G ) . Esta #unción de estado en muchos casos se conoce tami%n como el Potencial 6so"ricoG 6sot%rmica. (o que indica que es una #unción de estado, que se relaciona con los procesos que ocurre a presión y temperatura constante. Para la Energía (ire de 4is, se pueden presentar tres casosI
a.< 2a Energía 2i7re es positiva ( ∆G > 0 ) , en este caso el metal es activo y puede haer corrosión. Este es uno de los casos m"s #recuente entre los metales de uso común, tales como Bierro )@e*0 -luminio )-l* y &inc )Hn* 7.< 2a energía li7re es positiva, pero el metal en ve' de presentar corrosión, permanece sin ser atacado, en este caso. e dice que el metal est" pasivo o pasiva'o. c.< 2a energía li7re es cero o negativa . El metal es indi#erente a los agentes agresivos haituales, no siendo posile ninguna reacción de corrosión. Es el caso de los metales noles, tales como el Oro, la Plata y Platino. (o anterior se puede resumir diciendo que es posile prever el comportamiento de un determinado metal en un medio amiente dado, para ello se necesita de las predicciones que aporta la termodin"mica. -sí si el sistema #ormado por el metal y el medio amiente posee una energía lire positiva, lo m"s seguro, es que tenga lugar el proceso de corrosión. i ien los entornos o amientes para un metal pueden ser muy especí#icos, puede haer uno de los entes participantes del proceso, que est%n epuestos a un medio corrosivo, como es por e$emplo, la presencia simult"nea de agua y oígeno, que hacen pr"cticamente inevitale la corrosión para la mayoría de los metales m"s utili'ados en la industria, como lo son el Bierro, -luminio, &inc, etc.* >odo lo mencionado, conlleva a se+alar que algunos metales son m"s activos que otros a la corrosión, deido a la energía acumulada que poseen, energía que utili'an para volver a su #orma natural, y que acumulan en el proceso de re#inación u otención del metal, a trav%s de procesos energ%ticos En el presente. Por eperiencia se sae que los metales poseen di#erentes tendencias a corroerse. Es decir, unos ser"n m"s resistentes que otros a reaccionar #rente a un mismo medio., como lo es por e$emplo Oro )-u* y el Bierro )@e* en agua dulce. El Oro posee una alta inmunidad #rente al agua, conservando inalteradas todas sus propiedades #ísicas y químicas. En camio el Bierro se degrada y poco a poco se trans#orma en otro compuesto., al hacer la pregunta del porqu% de tal di#erencia entre uno y otro metal, para otener una respuesta ser" necesario regresar a los orígenes de los elementos químicos. (o que, signi#ica regresar a la estructura y composición atómica de los metales en sí. 30
(a química indica que un elemento químico cualquiera est" constituido por "tomos id%nticos y únicos en el Universo. &ada "tomo est" #ormado de un núcleo conteniendo partículas elementales como los protones y los neutrones. :odeando a este núcleo se encuentran los electrones, unidades elementales de carga el%ctrica negativa que #orman una nue que envuelve al núcleo atómico. (os electrones en un "tomo ocupan niveles energ%ticos especí#icos y de diverso orden. Es decir, de acuerdo a la posición de un electrón en el "tomo, aquel poseer" mayor o menor energía. !ependiendo de la comple$idad del "tomo, esto es, del número de electrones, las capas y orítales el%ctricos se ir"n llenando de %stos en diversos niveles y por lo tanto sus energías ser"n di#erentes de "tomo a "tomo. Esta estructura est" re#le$ada en el arreglo encontrado en la tala periódica de los elementos. (as energías de un "tomo surgen pues de energías de correlación deidas por general a interacciones entre electrones a#ectando su campo electrost"tico. Esto es muy importante en la química de los elementos ya que las energías que se involucran est"n directamente relacionadas con las reactividades químicas o con las di#erentes tendencias para camiar de un estado lire, como en el caso de un metal, a un estado de ión met"lico, en donde el "tomo ha cedido uno o m"s electrones. Para ilustrar esta di#erencia, se tomar" como e$emplo a los llamados metales noles tales como el Oro y el Platino, que se encuentran usualmente como metales lires en la naturale'a y no como compuestos. Por otro lado, eisten los llamados metales activos o ase tales como el odio )Na*, -luminio y magnesio, los cuales $am"s se podr"n encontrar como metales lires en la atmós#era terrestre, sino como compuestos. Eisten ocasiones en que algunos metales con actividades intermedias a los anteriormente citados, pueden encontrarse en la tierra como elementos lires. E$emplo de tales metales son el &ore, la Plata y el Bierro. (os metales m"s noles, tales como el oro y el platino, son los menos activos y por tanto presentan la mayor resistencia a la corrosión. - estos metales se les re#iere como metales relativamente catódicos. En camio los metales menos noles como el caso del aluminio y el magnesio, son m"s YYactivosYY y poseen una resistencia menor a la corrosión y se les conoce como metales que son relativamente anódicos. Una reacción de corrosión puede epresarse parcialmente por la ioni'ación de un metal, es decir, el proceso por el cual un "tomo met"lico pierde electrones y queda cargado con un eceso de cargas positivas, las cuales ser"n iguales a las cargas negativas de los electrones que se perdieron !icha entidad cargada constituye un ión positivo o catión. -sí pues, se tiene que M ⇒ M
+n
)5*
+ ne
En la ecuación )5*0 )M* representa a un metal, y )n* al número de electrones perdidos o cedidos en la reacción. En este caso se dice que el elemento met"lico aumento su estado de oidación, es por ello que cuando se hala de la oidación, hay que tener en cuenta que aumenta su estado de oidación. 31
-hora ien, si se desea conocer la posiilidad de que una reacción de corros corrosión ión ocurra ocurra espont espont"ne "neame amente nte a$o a$o cierta ciertass condi condicio ciones nes reales reales dadas, dadas, #or'os #or'osame amente nte har" har" que estud estudiar iar primer primerame amente nte cuales cuales serían serían los cami camios os energ%ticos asociados con la reacción. Esto es, ver la magnitud de la energía que el metal poseía inicialmente antes de corroerse y luego ver la energía que poseen #inalmente los productos de esa corrosión. Esto es precisamente a lo que se dedica la termodin"mica de la corrosión. (a termodin"mica puede indicar una posiilidad de reacción, pero $am"s nos dir" nada acerca de la velocidad con que se llevar" a cao, si es que la reacción es posile. Esto se decide por otros #actores a$enos a la termodin"mica, #actores propios de lo que se conoce como cin%tica. &on el o$etivo de aclarar la di#erencia entre lo que es la >ermodin"mica del Proceso de &orrosión, la &in%tica del proceso de &orrosión, hay que aclarar que la termodin"mica se relaciona con los camios energ%ticos, mientras que la cin%tica se relaciona con el tiempo necesario, para que ocurra la reacción de corrosión. Esto signi#ica que la termodin"mica indica que la reacción dee ocurrir, en la naturale'a m"s no indica en cuanto tiempo ocurrir". Para que la reac reacci ción ón )5*, )5*, por por e$em e$empl plo o ocur ocurra ra en la natu natura rale' le'a, a, tien tiene e que que hae haerr una una di#erencia de energía entre los reactivos y productos. En este caso se esta halando de la energía que el metal )M* tienen al inicio de la reacción y la energía que poseen los productos #inales de tal reacción ( M + n ) . Esto indica que necesariamente dee de haer un camio en energía del estado inicial y del estado #inal. (a magnitud y signo de tal di#erencia indicar" la mayor o menor tendencia a que el proceso de corrosión ocurra. Para cualquier proceso, el camio de energía se calcula de acuerdo a ∆G Re acción = ∆G Pr oductos − ∆G Re activos
)/* &uanto mayor sea el camio en la energía de la reacción, mayor ser" la tendencia a que el proceso ocurra. i el signo del alance es negativo implica que se est" pasando de un estado de mayor energía a otro de menor. - este tipo de proceso se le llama espont"neo y ocurre en la naturale'a por sí solo, disi disipa pand ndo o ener energí gía. a. E$em E$empl plo, o, la caíd caída a de una una pied piedra ra desd desde e un puen puente te,, la degradación de hierro en un medio "cido, etc. Esto es lo que estudia la termodin"mica, camios de energía, tendencias a que el proceso ocurra o no. Pero., &laro, aquí nada se dice sore el tiempo tiempo que ser" necesario necesario para que la :eacción realmente ocurra, ya que esto es parte de la cin%tica de reacción. (a cin%tica indica los #actores que a#ectan la velocidad del proceso. En la reacción )5*, se puede decir que aun saiendo que eistía una proailidad energ%tica muy alta para que la reacción ocurra, necesariamente deen de haer otros #actores que, a tomar, de tal #orma de estar totalmente seguros, que el proceso ocurrir" en la naturale'a. Por e$emplo, se dee de considerar si la cantidad de reactivo es su#iciente, para que la reacción ocurra en #orma total, y así hay muchos otros #actores, que podrían ostaculi'ar o #acilitar el proceso mismo, haci%ndolo m"s o menos di#ícil.
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Incidencia del Proceso de Corrosión so7re el Medio 47iente . En los últimos a+os se ha dado gran atención a los cada ve' mayores prolemas que presen presenta ta la corros corrosión ión met"li met"lica, ca, provoc provocado adoss por el progre progresiv sivo o deter deterioro ioro del medio amiente. Numerosos traa$os han puesto de relieve la in#luencia de la contaminación atmos#%rica, especialmente en 'onas uranas e industriales, sore la velocidad de corrosión de di#erentes materiales. (os estudios han incidido en la relación que la contaminación del medio amiente e$erce sore la corrosión. En camio, se ha dedicado mucha menos atención a la relación inversa, el e#ecto que la corrosión tiene sore el medio amiente . Esto podría ser deido a que la acción de la corrosión sore el medio amiente suele presentarse de una manera menos general, con e#ectos m"s puntuales, tanto en su locali'ación como en el tiempo, si ien casi siempre revestidos de gravedad. Por otra parte, la misma naturale'a de este tipo de prolemas hace que en ellos ellos se encue encuentr ntren en compr comprome ometid tidos os t%cnic t%cnicos os como como ingeni ingeniero eross de proceso o $e#es de seguridad, la mayoría de las veces poco interesados en los #enómenos de corrosión. -nali'ando aquellos sectores en los cuales pueda tener m"s repercusión la corrosión sore el medio amiente, se pueden seleccionar los correspondientes a las centrales nucleares, la etracción de petróleo y la industria química En relación con los dos primeros, eiste muy poca in#ormación pulicada sore casos en los cuales la corrosión haya sido la causa directa de la #uga de radiactividad o de hidrocaruros, respectivamente En el caso de las centrales nucleares, el estricto control de los materiales y componentes, así como el relativamente peque+o número de instalaciones y una cierta tipi#icación en las mismas podrían eplicar este hecho En el caso de las plata#ormas marinas de eplotación de petróleo, si ien los accidentes son m"s numerosos y muchos de ellos ocasionan #ugas de crudo, sus causas suelen ser a$enas a la corrosión, ya que por lo general est"n relacionados con errores humanos, #allas de la Estructura deido a tempestades, etc. Es en el sect sector or quím químic ico, o, pues pues,, dond donde e la corr corros osió ión n ha teni tenido do una una may mayor reperc repercus usión ión.. in emarg emargo, o, es di#íci di#ícill reunir reunir datos datos estadí estadísti sticos cos signi# signi#ica icativ tivos os sore cu"les son los tipos o #ormas de corrosión que con m"s #recuencia han intervenido en estos casos. No ostante, puede suponerse que la #recuencia es pr"cticamente la misma que la eistente en los casos usuales de corrosión en las plantas químicas, la cual sí se conoce aunque de manera aproimada. En lo que se re#iere a las causas por las cuales aparecen di#erentes modalidades de corrosión, es m"s di#ícil encontrar datos. (as m"s usuales, sin emargo, las de may mayor imp importa ortan ncia sonI onI Erro Errore ress en la cons constr tru ucció cción n yFo #a #aric ricació ación, n, especi#icación inadecuada de los materiales.
For4as de Incidencia de Corrosión en el Medio 47iente I En vista de la gran de industrias presentes en el sector químico, el impacto amiental puede tener tener di#ere di#erente ntess grados grados y caract caracterí erísti sticas cas.. -hora -hora ien, ien, es evide evidente nte que que su primera mani#estación es la #uga de un gas o de un líquido. (as consecuencias de esta #uga depender"n de las propiedades del #luido. i %ste es comustile, ocasionar" #"cilmente un incendio o la #ormación de una nue in#lamale, con poster posterior ior eplo eplosió sión. n. i es tóico tóico,, puede puede #ormar #ormar una una nue nue o simple simplemen mente te di#u i#undir ndirsse en el aire ire (as di#er i#eren ente tess pos posiil iilid ida ades, des, que han han sid sido
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esquemati'adas en la #igura.1, en #orma simpli#icada, donde se muestran los diversos #actores yFo procesos que catali'an la corrosión. Figura (; Efecto de la Corrosión so7re el Medio 47iente 47iente
(as consecuencias #inales, así, consisten en la #uga al amiente de calor o produc productos tos de divers diversa a toicid toicidad. ad. En ocasio ocasiones nes puede puede #ormar #ormarse se una una nue, nue, dependiendo de las condiciones hidrodin"micas de la #uga, que si es in#lamale producir" proalemente una eplosión, y si es tóica y de densidad parecida o superior a la del aire puede tener consecuencias consecuencias graves graves para para la polación. polación. En un cierto número de casos, y sore todo en las plantas químicas, la corrosión puede puede provo provocar car o contri contriuir uir a provo provocar car accide accidente ntess que tengan tengan una una grave grave repercusión sore el medio amiente. Estos Estos accid acciden entes tes suelen suelen ser de corta corta durac duración ión,, pero pero de gran gran intens intensida idad. d. -dem"s de las p%rdidas materiales, las consecuencias consecuencias sore la polación pueden ser #atales o de larga duración. -sí, es evidente la necesidad de etremar la prevención de la corrosión en aquellas plantas que, por el grado de peligrosidad de los productos en ellas procesados o por el almacenamiento de los los mism mismos os,, sean sean susc suscep eptitil les es de su#r su#rir ir este este tipo tipo de acci accide dent ntes es.. Esta Esta prevención, presente presente muchas veces veces en el dise+o inicial, se reduce cuando la planta eperimenta modi#icaciones tanto estructurales estructurales como como de operación que no son acordes con los requisitos de seguridad iniciales.
2a Corrosión at4osf=rica , es la causa m"s #recuente de la destrucción de metales y aleaciones. En vista que el deterioro del material por entes que se encuentran en la atmós#era son múltiples y variados. En la #igura A se presenta un gr"#ico de la corrosión atmos#%rica por el Bierro. En la #igura A se presenta la corrosión del elemento Bierro, provocada por entes atmos#%ricos, donde se muestra que, que la corrosión hacia el elemento Bierro es #undamentalmente electroquímica, ya que tienen que eistir para ello un "nodo, c"todo, electrolito y contacto met"lico. En este caso el electrolito es una capa de humedad, y que algunas veces es una capa etremadamente delgada e invisile y en otras ocasiones mo$a perceptilemente el material, 34
causando con ello la corrosión del mismo, ya que motivado por la humedad y los entes corrosivos el metal se oida y pasa a ser un agente reductor. Figura * Corrosión Electro9uí4ica del ierro? causado por la t4ósferaI
(a corrosión atmos#%rica, es posile únicamente cuando la super#icie met"lica est" humedecida. El mecanismo de corrosión es de naturale'a electroquímica. El electrolito es una capa de humedad que unas veces es etremadamente delgada e invisile y otras mo$a perceptilemente el metal. (a corrosión depende del tiempo en que esta capa permanece sore la super#icie met"lica, en donde (os contaminantes gaseosos y sólidos potencian el e#ecto corrosivo de los #actores meteorológicos. -sí, por e$emplo el proceso de corrosión atmos#%rica depende #undamentalmente de la humedad relativa del aire y de los entes &ontaminantes que llevar"n a cao el proceso de corrosión. (a corrosión atmos#%rica puede ser clasi#icada enI
a.< Corrosión 0eca e produce en los metales que tienen una energía lire de #ormación de óidos negativa. Esta corrosión es causada por vapores o gases y generalmente va asociada con altas temperaturas 7.< Corrosión ú4eda :equiere de la humedad atmos#%rica, y aumenta cuando la humedad ecede de un valor crítico, #recuentemente por encima del 123. Este tipo de corrosión, por lo general ocurre cuando un líquido esta presente. (a presencia de humedad puede camiar las condiciones del proceso de corrosión. Por, e$emplo el gas &loro seco ( Cl 2 ) a temperatura amiente no ataca el acero, pero el gas húmedo es etremadamente corrosivo y ataca a la mayoría de los metales y sus aleaciones c.< Corrosión Por Mo5adoI e origina cuando se epone el metal a la lluvia o a otras #uentes de agua. Uno de los #actores que determina primariamente la intensidad del proceso corrosivo en la atmós#era es la composición química de la misma. El !ióido de -'u#re )2/* y el &loruro de odio )Na&l* son los agentes corrosivos m"s comunes de la atmós#era. El Na&l se incorpora a la atmós#era desde el mar. (e$os de %ste, la contaminación atmos#%rica depende de la presencia de industrias y núcleos de polación, siendo el contaminante principal por su #recuencia de incidencia sore el proceso corrosivo el dióido de a'u#re )2 /*, proveniente del empleo de comustiles sólidos y líquidos que contienen a'u#re.
Factores 9ue fectan los Procesos de Corrosión t4osf=rica (a acción con$unta de los #actores de contaminación y los meteorológicos determinan la
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intensidad y naturale'a de los procesos corrosivos atmos#%ricos, soretodo cuando actúan en #orma imult"nea aumenta sus e#ectos. >ami%n es importante mencionar otros #actores como las condiciones de eposición, la composición del metal y las propiedades del óido #ormado, que cominados entre sí in#luyen en los procesos de corrosión. y cuando actúan simult"neamente, aumentan sus e#ectos. >ami%n es importante mencionar otros #actores como las condiciones de eposición, la composición del metal y las propiedades del óido #ormado, que cominados entre sí in#luyen en los procesos de corrosión. (a característica atmos#%rica m"s importante que se relaciona directamente con el proceso de corrosión es la humedad, que es el origen del electrolito necesario en el proceso electroquímico. (a #igura C.muestra la relación que eiste entre la corrosión atmos#%rica y el espesor de la capa del electrolito sore la super#icie met"lica.
Figura ' /elación entre la Corrosión t4osf=rica 8 los Par34etros Meteorológicos
. En la #igura C se oserva que en espesores peque+os la corrosión no eiste, pues la resistencia óhmica de la capa del electrolito sore la super#icie met"lica es muy grande y la disolución del metal es di#ícil. -l aumentar el espesor disminuyen la resistencia de la capa del electrolito y la polari'ación catódica, lo que origina un aumento en la velocidad de corrosión hasta que alcan'a un nivel m"imo, que disminuye despu%s con el aumento del espesor. En esta 'ona, la reacción catódica es determinante en el proceso de corrosión. y la polari'ación anódica pierden importancia, pues la di#usión de oígeno en la super#icie met"lica es muy lenta y por tanto determinante del proceso gloal.
Conta4inación t4osf=rica e puede de#inir la contaminación atmos#%rica como la presencia en el aire de sustancias etra+as, sean %stas gaseosas, sólidas o la cominación de amas, en cantidad y durante un tiempo de permanencia que puede provocar e#ectos nocivos para la salud humana y un deterioro de los ienes de uso y del paisa$e En relación a su toicidad, los contaminantes producen e#ectos nocivos en el ser humano y su medio amiente, como irritación en los o$os, nari' y garganta. -dem"s, atacan a muchos metales y materiales de construcción, deterioran equipo el%ctrico, 36
super#icies pintadas, etc. (os contaminantes atmos#%ricos de mayor importancia sonI partículas suspendidas totales, tales como0 O'ono )2 8*, y otros &omo Monóido de &arono )&2*0 !ióido de &arono ( C 0 2 ) 0 Nitrógeno ( N 2 ) y !ióido de -'u#re ( S 0 2 ) . >odos estos componentes contaminantes de la atmós#era tienen una gran importancia, ya que la mayoría de ellos $uegan un papel importante en la corrosión.
Conta4inantes ue Influ8en so7re la Aelocidad de Corrosión El &loruro de odio )Na&l* y el !ióido de -'u#re ( S 0 2 ) son los principales contaminantes corrosivos de la atmós#era. En la #igura 52 se presenta la correlación entre los niveles de concentración de !ióido de -'u#re yFo &loruro de odio y la velocidad de corrosión Figura $" /elación de la velocidad de corrosión del ierro con la conta4inación 8 la >u4edad at4osf=rica.
En la #igura 52 se oserva que la velocidad de corrosión, en estos casos es alta >ami%n es importante mencionar al sul#uro de hidrógeno, que es el responsale del deslustre de core y plata, los compuestos nitrogenados que en solución incrementan la humedad en la super#icie de los metales, las partículas inertes )silicio* y las partículas asorentes )carón de le+a*, tami%n tienen in#luencia sore la velocidad de corrosión, materiales de$ados como deshechos, como es el caso de restos de materiales de construcción, pinturas, yesos, etc. En esta #igura la velocidad de corrosión aparece otenida como una super#icie de respuesta.
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Entre los contaminantes, el !ióido de -'u#re tiene una importancia especial en los procesos de corrosión atmos#%rica, a causa de su incidencia directa en la velocidad de corrosión de los metales epuestos a la atmós#era. (os metales no #errosos consumen )O /* en las reacciones de corrosión, y sus productos principales son los sul#atos met"licos, mientras que en la oidación del hierro y reservorio de gran cantidad de tra'as de especies gaseosas. (a gran mayoría de las especies tra'a que llegan a la atmós#era est"n en el acero los ul#atos @errosos )@e* son hidroli'ados #ormando óidos y por lo común se genera "cido sul#úrico. Una característica importante del )O /* es que es m"s solule que el oígeno, lo cual origina que cuando se producen concentraciones muy a$as en la atmós#era pueden otenerse películas de humedad sore la super#icie met"lica con altas concentraciones de !ióido de -'u#re, lo cual ocasiona el deterioro de la misma. Esto tiene una gran importancia, ya que estudios atmos#%ricos asados en t%cnicas de química analítica y en computadoras de alto poder resolutivo han llegado a la conclusión de que la composición de la atmós#era se ha convertido en un estado de #ase reducida. -quí se tiene por e$emplo al ul#uro de Bidrógeno ( H 2 S ) 0 -moniaco ( NH 3 ) y Metano ( CH 4 ) , etc.0 en camio, las sustancias que regresan de la atmós#era a la super#icie terrestre, usualmente por dilución en las gotas de lluvia o por sedimentación, est"n altamente oidadas, como es el caso del cido ul#úrico ( H 2 S 0 4 ) 0 cido Nítrico0 !ióido de &arono ( C 0 2 ) , etc. El escalón entre estas especies reducidas y las oidadas lo constituyen las reacciones #otoquímicas atmos#%ricas, dando lugar de esta manera a un ciclo en el cual los gases reducidos son incorporados a la atmós#era, se oidan #otoquímicamente y regresan a la super#icie terr estre. - principios de siglo se consideraa que las especies atmos#%ricas reducidas eran oidadas por el O'ono ( 0 3 ) y el Peróido de Bidrógeno ( H 2 0 2 ) , noción sostenida por la química atmos#%rica cl"sica y que ha persistido durante muchos a+os. -ctualmente son considerados responsales de la mayor parte de estas oidaciones los radicales lires de alta reactividad, como el Bidróilo y el Bidroperoilo, que est"n presentes en la atmós#era en concentraciones del orden de las 52 ppm0?. (os radicales de hidroilo #recuentemente reaccionan con monóido de carono o metano, según lo siguienteI C 0 + 0 H − ⇒ C 0 2 + H + −
)8*
+
CH 4 + 0 H ⇒ CH 3 + H 2 0
)9*
(os metales no #errosos consumen !ióido de -'u#re )O /* en las reacciones de corrosión, y sus productos principales son los sul#atos met"licos, mientras que en la oidación del hierro y del acero los sul#atos #errosos, como el ul#uro @erroso )@e*, por e$emplo, se pueden hidroli'ar en peque+as cantidades, proceso que permite la #ormación de óidos de hierro, y general peque+as cantidades de -cido ul#úrico ( H 2 S 0 4 ) , aunque desde luego estos no tiene
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ningún sustento del punto de vista químico, las sales #ormadas son de muy a$a soluilidad. Una característica importante del O / es que es m"s solule que el oígeno, lo cual origina que cuando se producen concentraciones muy a$as en la atmós#era pueden otenerse películas de humedad sore la super#icie met"lica con altas concentraciones de O /, lo cual ocasiona el deterioro de la misma. Esto tiene una gran importancia, ya que estudios atmos#%ricos asados en t%cnicas de química analítica y en computadoras de alto poder resolutivo han llegado a la conclusión de que la composición de la atmós#era se ha convertido en un reservorio de gran cantidad de tra'as de especies gaseosas. (as reacciones químicas entre los constituyentes mayoritarios de la tropós#era son pr"cticamente ineistentes0 en camio, la #ormación de muchas especies químicas activas a$o la in#luencia de la lu' solar produce un r"pido incremento de reacciones en cadena que desempe+an un papel muy importante en la presencia de tra'as en la composición de la atmós#era. Una de las principales di#erencias entre la química de la tropós#era y la de la estratós#era son los #otones ultravioleta, que tienen energía su#iciente para romper el enlace oígeno, OGO. Esta reacción conduce a la #ormación de o'ono y eplica la presencia de mayores cantidades de o'ono en la estratós#era que en la tropós#era. (as corrientes de convección de los vientos dominantes en las capas a$as de la atmós#era ocasionan que se produ'ca un cierto estancamiento en cada hemis#erio, de manera que la di#usión de los gases presentes en la tropós#era tarda cerca de dos meses en homogenei'arse en el hemis#erio sur o norte y unos dos a+os en hacerlo en toda la tropós#era. (a gran mayoría de las especies tra'a que llegan a la atmós#era est"n en estado de #ase reducida )B /, NB8, &B9, etc.*0 en camio, las sustancias que regresan de la atmós#era a la super#icie terrestre, usualmente por dilución en las gotas de lluvia o por sedimentación, est"n altamente oidadas )B /29, BNO8, &O/, etc.*. El escalón entre estas especies reducidas y las oidadas lo constituyen las reacciones #otoquímicas atmos#%ricas, dando lugar de esta manera a un ciclo en el cual los gases reducidos son incorporados a la atmós#era, se oidan #otoquímicamente y regresan a la super#icie terr estre. - principios de siglo se consideraa que las especies atmos#%ricas reducidas eran oidadas por el o'ono y el peróido de hidrógeno, noción sostenida por la química atmos#%rica cl"sica y que ha persistido durante muchos a+os. -ctualmente son considerados responsales de la mayor parte de estas oidaciones los radicales lires de alta reactividad, como el hidróilo y el hidroperoilo, que est"n presentes en la atmós#era en concentraciones del orden de las 52 ppm, ?. (as especies químicas se+aladas tienen un electrón no apareado en la capa eterior y esto les da a#inidad para adicionar un segundo electrón, el que las hace actuar como oidantes poderosos en las peque+as concentraciones en que se encuentran. !e todos los radicales lires presentes en la atmós#era, el hidróilo parece ser el de mayor incidencia. (a producción del radical hidroilo se inicia con la #otólisis del o'ono.
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Ciclo t4osf=rico de Nitrógeno (os principales compuestos de nitrógeno presentes en la atmós#era son las #ormas oidadas NO, N2 / y BNO8, que est"n relacionadas químicamente entre sí por una serie de reacciones cíclicas. (a #uente principal de óido de nitrógeno atmos#%rico es la reacción entre el oígeno y el nitrógeno del aire empleado en procesos de comustión a temperaturas elevadas (os productos de la reacción #orman una me'cla comple$a de sustancias, en la cual el o'ono se encuentra en gran aundancia. Ciclo t4osf=rico del 6ufreI El hecho de que la presencia de compuestos de a'u#re redu'ca la calidad del aire y aumente la acide' del agua de lluvia ha provocado un aumento del inter%s en el conocimiento del ciclo atmos#%rico del a'u#re, y aun cuando la química atmos#%rica de este elemento es complicada y no se conoce a #ondo, sí se ha logrado identi#icar la mayor parte de los compuestos correspondientes. El principal compuesto de a'u#re presente en la atmós#era es el dióido, el cual puede ser introducido directamente a partir de los procesos de comustión de comustiles #ósiles o puede provenir de la oidación de las #ormas reducidas del a'u#re El hecho de que la presencia de compuestos de a'u#re redu'ca la calidad del aire y aumente la acide' del agua de lluvia ha provocado un aumento del inter%s en el conocimiento del ciclo atmos#%rico del a'u#re, y aun cuando la química atmos#%rica de este elemento es complicada y no se conoce a #ondo, sí se ha logrado identi#icar la mayor parte de los compuestos correspondientes. El principal compuesto de a'u#re presente en la atmós#era es el dióido de a'u#re ( S 0 2 ) , el cual puede ser introducido directamente a partir de los procesos de comustión de comustiles #ósiles o puede provenir de la oidación de las #ormas reducidas del a'u#re, procedentes principalmente de procesos iog%nicos El proceso #inal es la conversión de O / en "cido sul#úrico y la incorporación de este "cido a las gotas de niela y a los aerosoles. Esta oidación puede ser iniciada por la reacción en #ase gaseosa del dióido de a'u#re con el radical hidróilo, por las reacciones en #ase líquida en las gotas de niela, que incluyen el dióido de a'u#re disuelto y agentes oidantes tales como peróido de hidrógeno o el o'ono, o por reacciones en las super#icies sólidas de los aerosoles. (a separación de los aerosoles y gotas de niela que contienen B /O9 en #orma de precipitaciones devuelve el a'u#re a la super#icie de la >ierra y cierra el ciclo del a'u#re atmos#%rico, en la #igura 55 se oserva las reacciones del &iclo atmos#%rico de a'u#re. En la #igura 55 se oservan los principales compuestos del -'u#re, que se pueden encontrar en la atmós#era, y que de una #orma u otra son participantes del proceso de corrosión. (as predicciones de corrosión o agresividad de las atmós#eras pueden servir como orientación respecto a las medidas protectoras que deen adoptarse para la conservación de una estructura met"lica, y se tendr"n en cuenta en la plani#icación de una ora, para especi#icar el metal o aleación que hay que utili'ar, el tipo de recurimiento protector y sus características, si es que se emplea alguno y la #recuencia del mantenimiento. Esta #recuencia de 40
mantenimiento tiene estar ien plani#icada, y se dee de reali'ar siempre, de tal manera que se pueda estalecer un uen control del proceso de corrosión, y por ende mayor duración de los equipos. Figura $$ Ciclo t4osf=rico del 6ufreI
Cali7ración de la gresividad de la t4ósfera Esto es el potencial de la atmós#era para provocar corrosión en metales o aleaciones, se puede medir en ase a los par"metros amientales )temperatura, humedad y contaminación* Para poder determinar la corrosividad de una atmós#era)hailidad de la atmós#era para provocar corrosión en un sistema dado* es necesario relacionar entre sí todos los #actores que la a#ectan, y muy especialmente aquellos que han demostrado tener una especial in#luencia en el proceso de corrosión, como lo sonI a.< ie4po de u4ectaciónI Periodo durante el cual una super#icie met"lica esta cuierta por una película de electrolitos, que estimula signi#icativamente la corrosión atmos#%rica 7.< Categoría de la Conta4inación I &aracterística cualitativa o cuantitativa determinada convencionalmente, que se+ala la cantidad de sustancias químicas activas, gases corrosivos o partículas suspendidas en el aire, tanto naturales como producidas por el homre, di#erentes de los compuestos ordinarios del aire. c.< ipo de t4ósfera; &aracteri'ación de la atmós#era sore la ase de un apropiado criterio de clasi#icaciónI industrial, marina, urana, etc., o de #actores operacionales complementariosI química, etc%tera. 2a 2luvia ,cida (a oidación del !ióido de -'u#re y la incorporación de "cido sul#úrico en las gotas de niela pueden aumentar la acide' de las precipitaciones de la misma #orma en que lo hacen la oidación y la separación de los óidos de nitrógeno, de manera que las regiones con altos niveles de Zidos de -'u#re y de Nitrógeno tienen con cierta #recuencia lluvias "cidas. (a lluvia normal, no contaminada, tiene un pB de aproimadamente ;.=, acide' deida a la presencia de cido &arónico ( H 2 C 0 3 ) , #ormado en la atmós#era por cominación del !ióido de &arono y el -gua. (a lluvia "cida se 41
caracteri'a por un pB in#erior a ;,= y contiene peque+as pero signi#icativas cantidades de cido ul#úrico y cido Nítrico, los cuales tienen una alta in#luencia en los procesos corrosivos. En de#initiva, se puede decir que las deposiciones atmos#%ricas sore la super#icie terrestre se pueden producir en #orma de gas, partículas, aerosoles y precipitaciones. us e#ectos sore el ecosistema terrestre son muy importantes, y uno de los m"s agresivos es el de la corrosión de los metales. (a trascendencia del proceso de la corrosión $usti#ica la úsqueda continua de relaciones, empíricas o teóricas, entre velocidad de corrosión y #actores atmos#%ricos. (as predicciones de corrosión o agresividad de las atmós#eras pueden servir como orientación respecto a las medidas protectoras que deen adoptarse para la conservación de una estructura met"lica, y se tendr"n en cuenta en la plani#icación de una ora, para especi#icar el metal o aleación que hay que utili'ar, el tipo de recurimiento protector y sus características si es que se emplea alguno y la #recuencia del mantenimiento. >odo esto tiene una gran importancia, ya que al utili'ar los materiales adecuado disminuye la corrosión in omitir la importancia de las #ormas de corrosión, se considera una de las m"s importantes, o que ocurre con mayor #acilidad es la &orrosión Electroquímicas de Materiales y &orrosión El &loruro de odio )Na&l* y el !ióido de -'u#re )O/* son los principales contaminantes corrosivos en la atmós#era. El &loruro de odio es un contaminante natural, el cual llega a la atmós#era proveniente del mar, denomina -tmós#era Marina. Mientras que el !ióido de -'u#re se encuentra en el aire, y es originado principalmente por la comustión de comustiles #ósiles. (os niveles m"s altos de contaminación sul#urosa se registran en las "reas industriales y en las grandes ciudades El grado de contaminación salina depende de la distancia al mar. M"s all" de unos pocos cientos de metros del orde del mar, la salinidad y la velocidad de corrosión suelen decaer ostensilemente. (a humedad relativa es importante en el grado de corrosión atmos#%rica. El hierro desnudo no se corroe en 'onas uranas ni industriales con una humedad relativa amiental menor de 123. (a humedad crítica est" asociada con la naturale'a higroscópica del sólido contaminante presente, como la de los productos de corrosión. us valores oscilan entre el ;2 y el 123 en el -cero, &ore, Níquel y &inc. (as partículas de polvos en suspensión en la atmós#era, en con$unción con la humedad, #orman celdas de corrosión por aireación di#erencial en la super#icie. - trav%s de la asorción del !ióido de -'u#re ) O/* tami%n pueden acelerar la corrosión en la 'ona de contacto con el metal El agua de lluvia puede liiviar inhiidores solules de revestimientos protectores, así como productos de corrosión con características similares. Uno de los #actores que determina primariamente la intensidad del proceso corrosivo en la atmós#era es la composición química de la misma. El !ióido de -'u#re )2/* y el &loruro de odio )Na&l* son los agentes corrosivos m"s comunes de la atmós#era. El &loruro de odio se incorpora a la atmós#era desde el mar. (e$os de %ste, la contaminación atmos#%rica depende de la
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presencia de industrias y núcleos de polación, siendo el contaminante principal por su #recuencia de incidencia sore el proceso corrosivo el dióido de a'u#re, proveniente del empleo de comustiles sólidos y líquidos que contiene a'u#re, componentes de alta peligrosidad, del punto de vista de contaminación atmos#%rica, y por ende tami%n producto de la corrosión atmos#%rica. En la industria se puede se+alar que la corrosión es su enemigo número uno, en vista que el costo anual de los da+os ocasionados por la corrosión y de los programas para comatirla e#ica'mente, asciende a muchos millones de pesos en todo el mundo. Esto no es tan sorprendente cuando se considera que la corrosión se presenta en todas partes, da+ando con di#erente severidad a todos los metales. El costo aquí se+alado no incluye, el costo que esta relacionado con el costo del valor improductivo originado en los paros oligatorios de la producción, mientras se reali'an traa$os de reparación y pintura, adem"s de otros costos, provocados por la corrosión, llevan los gastos a ci#ras muy grandes. Pero, aunque la corrosión es inevitale y ataca en aire, agua y tierra, su acción destructiva puede reducirse consideralemente escogiendo los metales y aleaciones m"s apropiados para el amiente y condiciones que deen soportar, dise+ando de un modo adecuado los o$etos y sore todo con un uen programa de protección. En la escogencia del sistema apropiado de protección. Es decir seleccionador los materiales que sean m"s resistentes a la corrosión. Esto, es una de las principales #unciones del ingeniero de mantenimiento, pero para lograrlo es necesario conocerI a.GEl proceso de la corrosión y las #ormas como se presenta. .G(os agentes corrosivos y su agresividad. c.G(as normas "sicas del dise+o de los o$etos para la protección anticorrosiva. d.G(as pinturas, sus propiedades, preparación de super#icie, usos y aplicación, e.G(as normas de seguridad para el mane$o, aplicación y almacenamiento de pinturas. El control de la corrosión es de suma importancia para preservar los equipos, tuerías o cualquier otra pie'a de metal para evitar perdidas, ya que no se pude impedir completamente la perdida de los metales por corrosión0 aunque en los últimos a+os se han suscitado grandes avances en la detección y control de la corrosión. En la pr"ctica es casi imposile eliminar la corrosión y la aplicación de la ingeniería en este campo radica mas en su control que en su eliminación, siendo necesario tomar en cuenta el proceso corrosivo desde el dise+o de las instalaciones y no despu%s de tenerlas en operación, en cuanto a una empresa se re#iere. Para traa$ar en prolemas de corrosión, es necesario saer donde empe'ar y tener el conocimiento "sico para reconocer la corrosión Jcómo se produceK, Jcómo impedir su severidadK JDu%
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herramientas son necesarias, t%cnicas de inspección, variale de dise+o que a#ectan a la misma, selección de materiales y la #orma de aplicar la in#ormación del prolema corrosivoK >odos los metales y las aleaciones son susceptiles a su#rir el proceso de corrosión, y no eiste material que no lo resista, inclusive el oro conocido por su increíle resistencia a la atmós#era, se corroe si se tiene el contacto con el mercurio a temperatura amiente.
Pro8ecto 8 Fa7ricación de Materiales; (os #racasos deidos a la corrosión pueden ser #recuentemente eliminados modi#icando apropiadamente el dise+o sin necesidad de camiar el tipo de acero. (a #orma de las $untas, la continuidad de la super#icie y la concentración de las tensiones deer"n ser tomadas en consideración. (as soldaduras a tope son pre#eriles a las soldaduras en solapa, y se deer"n utili'ar uenos m%todos de soldadura. El uso de pie'as complementarias, tales como planchas o placas de re#uer'o rodeadas de costuras o cordones de soldadura, deer" ser reducido al mínimo ya que esto produce tensiones iaiales di#íciles de eliminar por tratamiento t%rmico. &uando se tengan que su$etar patas de acero dulce a un tanque de acero inoidale, se deer" soldar las patas primeramente a un asiento de acero inoidale que, a su ve', ser" soldado al #ondo del tanque. &on esto se evita la di#usión del carono en el acero inoidale del tanque. >odo el equipo deer" ser meticulosamente limpiado a #ondo para eliminar toda contaminación producida por óidos, polvo de hierro, partículas procedentes de las herramientas, #undente de soldadura, suciedades y sustancias org"nicas, ya que todas estas animalidades en los materiales incrementan la corrosión., adem"s se saes que estas sustancias etra+as pueden ser eliminadas limpi"ndolas a chorro o por decapado. Una uena solución para el decapado consiste en el 52 por ciento de "cido nítrico y el 5 por ciento de "cido #luorhídrico. Un a$uste de#ectuoso causa tensiones al #or'ar las pie'as para ponerlas en posición. &uando se #arican pie'as para una unidad que dea contener material corrosivo, ser" prudente re#ormar las pie'as que a$usten mal y recocerlas de manera que las pie'as en cuestión se a$usten limpiamente en el recipiente. El con#ormar en #río, tal como el cilindrar tuos en la chapa, son traa$os que deerían reducirse al mínimo. &omo es di#ícil reproducir en los ensayos de laoratorio las verdaderas condiciones que se presentan en la pr"ctica, los resultados de dichos ensayos solamente podr"n servir de guía. (os datos sore la corrosión pulicados como resultado de distintos ensayos, pueden estar asados sore unas condiciones químicas, temperaturas, velocidades y aireación que di#ieran de las de la solución química que dea ser manipulada. Por este motivo y siempre que sea posile se deer" utili'ar para los ensayos pr"cticos, el equipo eistente y procedimientos similares o comparales. En los ensayos de corrosión deer"n incluirse muestras de los artículos por #aricar con el #in de poder $u'gar del valor de los m%todos de #aricación propuestos. (as muestras soldadas y sensiili'adas permiten apreciar el depósito de soldadura y l a 'ona in#luenciada por el calor en el amiente corrosivo al que han de poder resistir. &onvendr" someter a ensayos proetas con corrosión por #atiga y sometidas a varios
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niveles de es#uer'o o tensión con el #in de poder apreciar la susceptiilidad del acero al agrietamiento una ve' terminadas de #aricar. Es esencial que los resultados de los ensayos sean apreciados en su $usto valor. -lgunas de la reacciones de corrosión pueden dar como resultado un deterioro r"pido del metal, en tanto que otras pueden ser autoetinguiles, de manera que las propiedades del metal permane'can pr"cticamente inalteradas. El termino control de corrosión usado en un sentido mas amplio, es la regulari'ación de una reacción de corrosión para lograr un o$etivo especi#ico. -plicando los metales empleados en construcción de equipos de proceso, representa la regulari'ación de las reacciones de corrosión de manera que las propiedades #ísicas y mec"nicas de metal pueden ser tenidas en cuentas, para evitar al m"imo que ocurra la corrosión. (a verdad es que "sicamente todos los m%todos que eisten para lograr controlar la corrosión de los materiales met"licos, son intentos para inter#erir con el mecanismo de corrosión, de tal manera que se pueda hacer que %ste sea lo m"s ine#iciente posile. Por e$emplo, disminuyendo el #lu$o de electrones entre los componentes met"licos de la celda de corrosión por el aumento de la resistencia el%ctrica del metal, de alguna manera disminuiría la corriente de corrosión y, por tanto, la velocidad de corrosión. Esto no es practicale generalmente, pero disminuir el #lu$o de corriente en el componente electrolítico de la celda de corrosión produciría el mismo e#ecto, y esto sí es practicale. !ado que para que eista un proceso de corrosión, dee #ormarse una pila o celda de corrosión y, por tanto, un "nodo, un c"todo, un conductor met"lico y una solución conductora, adem"s de una di#erencia de potencial entre los electrodos o 'onas anódicas y catódicas, la eliminación de alguno de los componentes esenciales de la mencionada pila, podría llegar a detener el proceso. En la pr"ctica, eisten tres maneras de lograr lo anterior y por tanto de luchar contra la corrosiónI
a.<isla4iento el=ctrico del 4aterial. Esto puede lograrse mediante el empleo de pinturas o resinas, depósitos met"licos de espesor su#iciente o por aplicación de recurimientos diversos. !e esta #orma, se puede lograr aislar el metal del contacto directo con el medio agresivo )agua, suelo0 atmós#era, etc.*. 7.< Ca47iando el sentido de la corriente en la pila de corrosión. &onectando el%ctricamente, por e$emplo, el acero con un metal m"s activo )&inc o Magnesio* se puede llegar a suprimir la corrosión del acero, ya que de$ar" de actuar como "nodo y pasar" a comportarse como c"todo, de$ando el papel de "nodo al metal m"s activo )cinc o magnesio*. Este es el principio de la protección &atódica. c.< Polari6ación del 4ecanis4o electro9uí4ico Esto se puede lograr ien eliminando el oígeno disuelto, ien mediante la adición en el medio agresivo de ciertas sustancias llamadas inhiidores, las cuales pueden llegar a polari'ar uno de los electrodos de la pila de corrosión y por lo tanto, llegar a detener o cuanto menos disminuir sus e#ectos. En la pr"ctica, lo anterior conlleva una modi#icación del entorno o medio amiente, al cual est" epuesto el metal. , al mirar con un poco m"s de detalle, en qu% consisten cada una de las tres maneras propuestas de luchar contra la corrosión, se tieneI
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$.
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resistencia a la corrosión. El proceso consiste en calentar la super#icie met"lica en contacto con polvo de cinc, polvo de aluminio o un compuesto gaseoso de cromo. e otienen capas de un considerale espesor. Propiedades Físicas de los /ecu7ri4ientos Met3licos; :e#iri%ndonos al caso del acero como el material de m"s amplia utili'ación, la selección de un determinado recurimiento met"lico se puede e#ectuar y $usti#icar sore la ase de una de las siguientes propiedades #ísicas, cuando se trata de proteger de una manera e#ica' y económica la super#icie del acero en condiciones determinadasI
I4per4ea7ilidad, esto es, que el recurimiento sea continuo y de espesor su#iciente, lo cual permitir" aislar la super#icie del acero de los agentes agresivos. /esistencia 4ec3nica de los 4etales utili'ados en los recurimientos, para garanti'ar una uena resistencia a los choques, ro'amientos ligeros o accidentales, etc. 1uena ad>erencia al acero. Posi7ilidad de proporcionar superficies pulidas o mates, capaces de con#erir a los o$etos un acaado con #ines decorativos. Para otener uenos resultados con los recurimientos met"licos, hay que tener en cuenta una serie de operaciones que deen llevarse a cao con anterioridad a la aplicación del recurimiento. Estado de la superficie a proteger. Preparación de la superficie (a limpie'a y puesta a punto de la super#icie del acero antes de la aplicación de un recurimiento met"lico, son operaciones indispensales, sea cual sea el procedimiento de aplicación escogido. !e la calidad de la preparación de la super#icie depender" la adherencia y, en consecuencia, la e#icacia de la capa protectora. egún el estado actual de la super#icie por proteger, m"s o menos oidada, se puede seleccionar el procedimiento mec"nico de limpie'a m"s adecuado, desde el granallado, chorreado de arena, pasando por una limpie'a química o electroquímica, como los a+os "cidos, con corriente el%ctrica o sin ella, ya que de todas #ormas el proceso puede ser llevado a cao, sin mayores prolemas. (a selección de un recurimiento est" en #unción de las dimensiones de los o$etos y de la etensión de la super#icie que se quiere recurir. (os procedimientos que se aplican en recintos como hornos, cuas electrolíticas o crisoles, sólo pueden utili'arse para aquellas pie'as cuyas dimensiones no est"n limitadas por su capacidad. Esto es v"lido para la galvani'ación, electrólisis, tratamientos t%rmicos. Por el contrario, la metali'ación con pistola permite e#ectuar recurimientos met"licos independientemente de las dimensiones de la pie'a, en ra'ón de la movilidad del equipo. Por e$emplo, si se trata de hacer un recurimiento de cinc o cadmio sore unos tornillos, la operación se puede reali'ar mediante una electrólisis.
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Para proteger un ote de acero con un recurimiento de cinc, se puede recurrir a la galvani'ación en caliente. En #in, si se trata de proteger una ora de arte o la puerta de una esclusa, se dee de recurrir al cinc proyectado por una pistola de metali'ación. >anto la naturale'a como el espesor del metal protector son #unción de muchos par"metros, entre los cuales uno de los m"s importantes es el precio. -simismo, es muy importante conocer con la mayor precisión posile el medio amiente al cual va a estar sometida la pie'a. En lo que cierne a los medios naturales, dee conocerse si es posile si se trata de una atmós#era eterior )y en este caso es de mucha ayuda conocer el tipo de atmós#eraI rural, urana, 6ndustrial, marina, etc.* o interior )climati'ada, con cale#acción, etc.*. Para los entornos di#erentes a los naturales, es preciso conocer la mayor in#ormación posile sore la composición química del medio, impure'as eventuales, estado #ísico, temperatura, etc. Por e$emplo, los recurimientos de cinc aguantan el contacto con soluciones de pB comprendido entre = y 550 los recurimientos de esta+o son convenientes en contacto con ciertos productos alimenticios, etc. Procedimientos de aplicación (os procedimientos m"s comúnmente empleados en la pr"ctica para otener recurimientos met"licos sore el acero sonI inmersión en un metal 0 metali'ación por proyección con pistola 0Electrólisis tratamientos termoquímicos de di#usión 0 placado (os procedimientos de aplicación son de suma importancia en cuanto a la e#icacia de la protección contra la corrosión, pues tanto el espesor, porosidad, como la naturale'a misma de las capas otenidas son #unción del procedimiento de aplicación. -sí, por e$emplo, los recurimientos electrolíticos que tienen espesores de algunos micrones, se reservan generalmente para su utili'ación en medio poco agresivo. En camio, los recurimientos otenidos por inmersión en un metal #undido tienen espesores mayores. (os recurimientos otenidos mediante proyección permiten otener espesores m"s grandes y per#ectamente controlales. e utili'an especialmente en condiciones severas de corrosión. El placado del acero permite asociar a la calidad mec"nica del soporte, la resistencia a la corrosión del recurimiento, si todo esta dentro de la norma har" una mayor e#iciencia. (a selección entre los di#erentes procedimientos de aplicación de los recurimientos met"licos se reali'a, pues, siguiendo criterios tales comoI el espesor de protección, dimensión de las pie'as, agresividad del medio, duración prevista, etc. Muy revemente vamos a descriir cada uno de los procedimientos citados. 6nmersión en un metal en #usión !espu%s de una adecuada preparación super#icial )un decapado "cido por e$emplo*, las pie'as de acero se sumergen moment"neamente en un a+o de un metal en #usión. Esta operación puede reali'arse para una sola pie'a o para un con$unto, o tami%n en continuo para productos siderúrgicos como tuerías l"minas, tre#ilados, etc. >al t%cnica se utili'a haitualmente para los recurimientos de cinc )galvani'ación en caliente*, aluminio )alumini'ado*, esta+o y plomo.
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!espu%s del en#riamiento, las pie'as ya recuiertas pueden someterse a un tratamiento complementario de pasivación en ciertos casos. Metali'ación por proyección con pistola El espesor del recurimiento se puede controlar #"cilmente por el operador y puede variar según la naturale'a del metal proyectado y el resultado que se espera otener. (a mayoría de los metales o aleaciones pueden aplicarse de esta maneraI cinc, aluminio, acero inoidale, esta+o, plomo, níquel, core, etc.
Electrólisis !espu%s de una cuidadosa preparación super#icial que incluye un decapado "cido, seguido de neutrali'ación y lavado, las pie'as por tratar se sumergen en soluciones que contienen sales de los metales a depositar. (as pie'as se colocan en posición catódica, conectadas al polo negativo de un generador, el cual a$o la acción de la corriente el%ctrica proporcionada por el generador, el acero se recure del metal contenido en el a+o o ien puede ser suministrado por un "nodo solule del metal en cuestión. (os metales corrientemente depositados por vía electroquímica sonI cromo &ore )&u*, Níquel )Ni*, &inc )Hn*, &admio )&d* y Esta+o )n*. rata4ientos er4o9uí4icos de Difusión (os tratamientos termoquímicos de di#usión, tami%n conocidos como cementación, consisten en colocar las pie'as de acero a tratar en una me'cla de polvo met"lico y de enla'ante )cemento* en un recinto a alta temperatura. El metal protector )recurimiento* se di#unde super#icialmente en el metal ase y #orma una capa e#ica' contra la corrosión. (os metales corrientemente aplicados por este m%todo son &inc y -luminio. Placado !espu%s de un tratamiento super#icial especial, la l"mina del metal para aplicar y el metal ase se someten a un proceso de colaminación en caliente, oteni%ndose al #inal l"mina de acero recuierta del metal aplicado. Este proceso puede e#ectuarse sore una o las dos caras de la l"mina del acero. El mantenimiento industrial con pinturas es una inversión que paga ecelentes dividendos a muy corto pla'o. Para reali'arlo eitosamente son indispensalesI la selección de productos apropiados, la preparación cuidadosa de la super#icie y la aplicación correcta de las pinturas. Otros aspectos importantes para un uen mantenimiento sonI la determinación de #echas y horas para reali'ar el traa$o, la disponiilidad Gde personal, materiales y equipos y el c"lculo gloal de los costos del programa. El costo del mantenimiento industrial con pinturas se mide en pesos por metro cuadrado de super#icie protegida por a+o. in emargo, el valor real de cualquier programa. de mantenimiento con pintura, se dee considerar de acuerdo con la duración de la protección que proporciona. (a inversión inicial en un mantenimiento inadecuado puede resultar aparentemente económica, si se mira a muy corto pla'o. Pero cuando se considera la duración reducida de la protección, que oliga a renovar con demasiada #recuencia el mantenimiento, los costos se elevan gradualmente, no sólo por el valor aumentado de los materiales, equipos y mano de ora, sino
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tami%n por aquellos costos adicionales que generan los paros y retrasos de la producción mientras se e#ectúa el mantenimiento -dem"s, un mantenimiento inapropiado #acilita el ataque del medio amiente a tal punto que muchas veces resulta necesario reempla'ar partes irremedialemente da+adas, con lo cual el costo aumenta todavía m"s .Para el pro#esional del mantenimiento industrial con pinturas, cuya principal responsailidad es mantener en uen estado las maquinarias y equipos que se le han con#iado, dee ser asolutamente claro que los costos se deen considerar según la duración de la protección que proporcionan. El proceso de corrosión es acelerado por el oígeno, el agua, los productos químicos o iológicos, la temperatura y el camio en la composición #ísicoG química del material. -parte de otras clasi#icaciones, la corrosión puede ocurrir por ataque directo en seco )oidación* o en húmedo )electroquímica*. En seco ocurre por contacto con vapores o gases, sin la presencia de líquidos, y est" asociada a menudo con altas temperaturas0 por e$emplo, en quemadores de gas. En húmedo se presenta en medios líquidos, por rociado o inmersión0 por e$emplo, en el casco de un arco.
ipos de Corrosión Para evaluar los da+os producidos por la corrosión es muy conveniente clasi#icarlos según la #orma como se producenI &uando la super#icie del metal se corroe en una #orma casi uni#orme se dice que la corrosión es de tipo super#icial. Es la #orma m"s enigna o menos peligrosa pues el material se va gastando gradualmente etendi%ndose en #orma homog%nea sore toda la super#icie met"lica y su penetración media es igual en todos los puntos. Un ataque de este tipo permite evaluar #"cilmente y con astante eactitud la vida de servicio de los materiales epuestos a %l. - veces el ataque se pro#undi'a mas en algunas partes pero sin de$ar de presentar el car"cter de ataque general constituyendo un caso intermedio entre corrosión uni#orma y corrosión locali'ada, en este caso se dice que se trata de una corrosión en placas. En la #igura 5/ se presenta un esquema de los di#erentes tipos de corrosiónI Figura $) Diferentes ipos de Corrosión;
(a corrosión general es la #orma m"s común que se puede encontrar y la m"s importante en t%rminos de p%rdidas económicas. e caracteri'a por un ataque 50
m"s o menos uni#orme en toda la super#icie epuesta con solamente variaciones mínimas en la pro#undidad del da+o. En las estructuras se pueden usar recurimientos especiales para minimi'ar el ataque de la corrosión. Eiste otra #orma de corrosión, conocida como corrosión por picadura que se presenta cuando una super#icie met"lica que ha sido pasivada se epone a un medio agresivo. !urante el picado, el ataque se locali'a en puntos aislados de la super#icie met"lica pasiva y se propaga hacia el interior del metal #ormando en ocasiones túneles microscópicos. (a corrosión se puede presentar de varias #ormas que di#ieren en apariencia. Por lo general los requisitos para que se presente la corrosión son dosI
a.< Un Metal o leación 0uscepti7les . (os componentes, como el -ceros de alta resistencia, latones y aceros inoidales, y aleaciones comunes de aluminio, acero, Bierro, etc. son susceptiles a la corrosión. ).< Un Medio 47iente Especifico. Por lo general un amiente húmedo o salado, un amiente lleno de iones especí#icos, son propensos a la corrosión. (a corrosión puede clasi#icarse según la #orma en que se mani#iesta. &ada #orma pude identi#icarse por simple oservación. (os tipos de corrosión son los siguientesI &orrosión uni#orme [ &orrosión galv"nica &orrosión por celda de concentración &orrosión selectiva &orrosión interganular &orrosión G es#uer'o &orrosión Q Erosión (a corrosión ocurre en muchas y muy variadas #ormas, pero su clasi#icación
a.< Naturale6a de la 0ustancia Corrosiva; (a corrosión puede ser clasi#icada como húmeda o seca, para la primera se requiere un líquido o humedad mientras que para la segunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta temperaturas, es posile que a$o esas condiciones pueda ocurrir la siguiente reacciónI Fe + H 2 S ⇒ FeS + H 2 );* 7.< Mecanis4o de Corrosión. Este comprende las reacciones electroquímicas o ien, simplemente las reacciones químicas que se llevan a cao en el proceso de corrosión. >odas estas reacciones tienen un #undamento claro y preciso en el proceso de corrosión. Por reacción química directa o reacción electroquímica. (a cominación directa sucede cuando eiste una reacción entre el metal y otros elementos o compuestos no met"licos (a corrosión por reacción electroquímica sucede en presencia de líquidos conductores de electricidad )electrolito*. (a mayor parte de la corrosión es causada por líquidos. (a teoría electroquímica se relaciona con el #uncionamiento de una celda galv"nica, que tras#orma la energía química en energía el%ctrica, por medio de reacciones de oido reducción. - estas celdas galv"nicas tami%n se les conoce con el nomre de pila voltaica. En el electrodo eiste una reacción anódica y una reacción catódica, los electrones que se pierden en la oidación pasan a trav%s del puente salino al c"todo. (a di#erencia del potencial que se mide en el voltímetro, es una media de la tendencia de un metal a perder o 51
ganar electrones y recie el nomre de potencial de oidación o potencial electrodo. (a determinación del potencial de oidación de un metal es di#ícil de determinar deido a que la corriente solo puede #luir en un circulo completo, si se elimina el "nodo o el c"todo de una celda no hay #lu$o de corriente y no es posile determinar su di#erencia de potencial. Por est" ra'ón es imposile determinar el valor asoluto de un electrodo de un solo metal. Es por, ello que se utili'an los electrodos se re#erencia.
c. pariencia del Metal Corroído . (a corrosión puede ser uni#orme y entonces el metal se corroe a la misma velocidad en toda su super#icie, o ien, puede ser locali'ada, en cuyo caso solamente resultan a#ectadas "reas peque+as. (a clasi#icación por apariencia, uni#orme o locali'ada, es muy útil para una discusión preliminar que en caso de requerirse en #orma m"s completa, necesita del estalecimiento de las di#erencias entre la corrosión locali'ada de tipo macroscópico y el ataque microscópico local En el ataque microscópico, la cantidad de metal disuelto es mínima y puede conducir a da+os muy considerales antes de que el prolema sea visile. (os principales tipos de corrosión sonI Corrosión -alv3nica 8 Unifor4e Esta #orma de corrosión ocurre cuando el deterioro se presenta en toda la super#icie. En este tipo de ataque los camios super#iciales tienden a ser graduales o uni#ormes. >al ataque puede o no acarrear la #ormación de productos de corrosión. (a corrosión uni#orme es la #orma m"s común de la corrosión y puede ser húmeda o seca, electroquímica o química, siendo necesario seleccionar los materiales de construcción y los m%todos de protección como pinturas, para controlarla. 2a Corrosión Unifor4eI Este tipo de corrosión puede ser descrita como una reacción de corrosión que ocurre por igual en toda la super#icie del material causando una p%rdida general del meta. Esta es la #orma m"s común de la corrosión y puede ser húmeda o seca, electroquímica o química, por lo que es necesario seleccionar los materiales de construcción y los m%todos de protección para controlarla Por otra parte, la corrosión uni#orme es la #orma m"s #"cil de medir, por lo que las #allas inesperadas pueden ser evitadas simplemente por inspección regular. (a corrosión uni#orme se presenta cuando el material no ehie di#erencias en su microestructura y el amiente que lo rodea tiene una composición uni#orme. >oda el "rea super#icial se corroe a la misma velocidad y se puede predecir la p%rdida de material en un cierto período de tiempo. El hecho de que el da+o que se produce sea previsile hace que la corrosión uni#orme sea menos seria que la locali'ada. No ostante, la corrosión que se etiende sore toda la super#icie produce una mayor contaminación en el medio amiente. i la corrosión es severa, la cantidad de material disuelto ser" apreciale. Eisten talas que reportan datos de velocidad de corrosión )uni#orme* para di#erentes materiales en distintos medios.
2a corrosión galv3nica se presenta cuando dos metales distintos sumergidos en un electrolito se hallan en contacto, la di#erencia entre sus potenciales de disolución tender" a hacer circular una corriente de un metal al otro a trav%s de
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la solución, volviendo dicha corriente al primer metal a trav%s del contacto met"lico. Esta corriente incrementar" la corrosión en un metal, haci%ndola disminuir algo en el otro. El metal o aleación que su#re el aumento de corrosión es el m"s activo y tiene el potencial de disolución mayor )m"s electronegativo*. El otro, m"s nole, tiene un potencial m"s electropositivo y es el c"todo. Este tipo de corrosión puede ser controlada por el uso de aislamientos o restringiendo el uso de uniones de metales cuando ellos #orman di#erencias de potencial muy grande en el medio amiente en que se encuentran. Para predecir la corrosión galv"nica simplemente se utili'an las talas de potencia, lo que permite deducir el "nodo y c"todo sin mayores prolemas. (a di#erencia en potencial el%ctrico entre los metales di#erentes y sirve como #uer'a directri' para el paso de la corriente el%ctrica a trav%s del agente corrosivo, de tal #orma que el #lu$o de corriente corroe uno de los metales del par #ormado. Mientras m"s grande es la di#erencia de potencial entre los metales, mayor es la proailidad de que se presente la corrosión galv"nica dei%ndose notar que este tipo de corrosión sólo causa deterioro en uno de los metales, mientras que el otro metal del par casi no su#re da+o. El metal que se corroe recie el nomre de metal activo, mientras que el que no su#re da+o se le denomina metal m"s nole. (a relación de "reas entre los dos metales es muy importante, ya que un "rea muy grande de metal nole comparada con el metal activo, acelerar" la corrosión, y por el contrario, una mayor "rea del metal activo comparada con el metal nole disminuye el ataque del primero. (a corrosión galv"nica a menudo puede ser reconocida por el incremento del ataque $unto a la unión de los metales, y este tipo puede ser controlado por el uso de aislamientos o restringiendo el uso de uniones de metales cuando ellos #orman di#erencias de potencial muy grande en el medio amiente en el que se encuentran. (a di#erencia de potencial puede ser medida, utili'ando como re#erencia la serie galv"nica de los metales y aleaciones que se presentan m"s adelante, en la serie de los potenciales tipo )est"ndar* de óido de reducción. Otro m%todo para reducir la corrosión galv"nica, es evitar la presencia de grandes "reas de metal nole con respecto a las de metal activo. (a magnitud de la di#erencia de potencial no aporta in#ormación acerca de la velocidad a la que ocurrir" el proceso, que depender" de numerosos #actores tales como el "rea relativa del c"todo y el "nodo, de la composición del electrolito, de la temperatura, de la polari'ación. &uando dos metales est"n en contacto y amos est"n sumergidos en un electrolito #luir" corriente a trav%s de ellos. El menos nole, es decir aquel que tenga mayor poder para actual en el proceso de oidación ser" el que actuar" como "nodo, mientras que, el que tenga mayor #acilidad para reciir electrones ser" el c"todo. En conclusión se puede se+alar que se puede producir un da+o severo por corrosión cuando dos o m"s metales distintos se acoplan el%ctricamente. Esto se conoce como corrosión galv"nica y resulta por la eistencia de una di#erencia de potencial entre los metales acoplados que causa un #lu$o de corriente entre ellos. El metal m"s activo padece una corrosión mas acelerada, mientras que la corrosión en los miemros menos activos se retarda o se elimina.
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Corrosión por grieta4iento Este tipo de corrosión es el resultado del e#ecto cominado entre corrosión y es#uer'os de tracción. -llí donde esto ocurre, la corrosión sola no haría producido rotura por agrietamiento. !el mismo modo, si no huiera eistido corrosión, los es#uer'os no harían producido rotura por agrietamiento. &oncretamente, el agrietamiento por tensocorrosión es el resultado de la corrosión y es#uer'os de tracción est"ticos. (as condiciones amientales en una grieta, pueden con el tiempo volverse muy di#erentes a las eistentes en una super#icie limpia y aierta, por lo que un medio amiente muy agresivo puede desarrollar y causar corrosión en las grietas. El agrietamiento por corrosión y es#uer'os es una #alla corrosiva en la que se #orman las grietas de un componente a$o la acción cominada de es#uer'os mec"nicos y un medio amiente agresivo. (os es#uer'os y el medio amiente agresivo se unen para ocasionar una #alla súita. (a corrosión por agrietamiento puede aparecer como resultado de la corrosión únicamente y se denomina #atiga por corrosión o de la cominación de es#uer'os periódicos o est"ticos, que se conoce como agrietamiento por corrosión y es#uer'os. (as condiciones amientales en una grieta, pueden con el tiempo volverse muy di#erentes de las eistentes en una super#icie limpia y aierta, por lo que un medio amiente muy agresivo puede desarrollar y causar corrosión en las grietas (as grietas o hendeduras generalmente se encuentran en los empaques, traslapes, tornillos, remaches, etc., y tami%n pueden #ormarse por depósitos de suciedad, productos de la corrosión y raspaduras en las películas de recurimiento. (a corrosión por agrietamiento, generalmente se atriuye a los siguientes #actoresI &amios de acide' en la grieta o hendidura.0 Escase' de oígeno en la grieta.0 !esarrollo de iones di#erentes en la hendidura. S -gotamiento de 6nhiidor en la grieta. -l igual que todas las #ormas de corrosión locali'ada, la corrosión por agrietamiento no ocurre en todas las cominaciones metalGagente corrosivo, y algunos materiales son m"s susceptiles para producirla que otros, como por e$emplo aquellos que dependen de las películas protectoras de óido #ormadas por el aire para adquirir su resistencia a la corrosión, tal y como sucede con el acero inoidale y el elemento >itanio )>l*. Estos materiales pueden ser aleados para me$orar su resistencia y el dise+o deer" hacerse de tal manera, que se redu'can las hendiduras, tratando de mantener las super#icies limpias para comatir este tipo de corrosión. (as condiciones amientales, estas condiciones $uegan un importante papel en los procesos de corrosión, ya que por e$emplo, en una grieta, pueden con el tiempo volverse muy di#erentes de las eistentes en una super#icie limpia y aierta, por lo que un medio amiente muy agresivo puede desarrollar y causar corrosión en las grietas. (as grietas o hendeduras generalmente se encuentran en los empaques, traslapes, tornillos, remaches, etc., y tami%n pueden #ormarse por depósitos de suciedad, productos de la corrosión y raspaduras en las películas de recurimiento (a corrosión por agrietamiento, generalmente se atriuye a los siguientes #actoresI a.GG &amios de acide' en la grieta o hendidura.
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.G.G Escase' de Oígeno en la grieta. c.G.G !esarrollo de iones di#erentes en la hendidura. d.GG -gotamiento de 6nhiidor en la grieta. -l igual que todas las #ormas de corrosión locali'ada, la corrosión por agrietamiento no ocurre en todas las cominaciones metalGagente corrosivo, y algunos materiales son m"s susceptiles para producirla que otros, como por e$emplo aquellos que dependen de las películas protectoras de óido #ormadas por el aire para adquirir su resistencia a la corrosión, tal y como sucede con el acero inoidale y el titanio. Estos materiales pueden ser aleados para me$orar su resistencia y el dise+o deer" hacerse de tal manera, que se redu'can las hendiduras, tratando de mantener las super#icies limpias para comatir este tipo de corrosión.
Evaluación de la Corrosión Por grieta4iento I Eisten muchos tipos de grietas, con respecto a su pro#undidad, medida en la super#icie, hay grietas super#iciales, pro#undas y continuas. &on respecto a la dirección en la super#icie, hay dos tipos principales0 grietas de mapa, o grietas modelos, que son m"s ien grietas cortas, distriuidas uni#ormemente y que corren en todas las direcciones, #ormando casi siempre una #igura que se aproima a una he"gono0 este tipo de grietas, indica retracción de las capas super#iciales causadas por el hormigón de las capas intermedias o #ondo, la mayoría de las veces por grandes nidos de piedras. El otro tipo importante de grietas, es la grieta sola y continua, que ocurre en direcciones de#inidas, a menudo en paralelo y a intervalos de#inidos0 este tipo indica una retracción en la dirección perpendicular a ella. -dem"s, eisten grietas internas, alrededor de grandes nidos de agregados, es posile que #allas de compresión, se originen en tales grietas. >ami%n hay grietas originadas en el hormigón #resco )capilares* y grietas que se originan despu%s del #raguado como las grietas incipientes en el hormigón #resco, las cuales vienen a descurirse m"s tarde, sólo si otra in#luencia o #actor viene a actuar como decantador. (as grietas recogen polvo, asuras, agregados y escomros, aparte de dar #acilidades de vida a organismos s%siles. Pero originalmente las grietas, se producen para permitirle al hormigón moverse hacia amos lados y así ayudar a las #atigas internas. Este movimiento llega a ser restringido o se anula, cuando las grietas se llenan de material y el hormigón adyacente puede entonces desmoronarse agrand"ndose la grieta. -lgunas grietas son se+al evidente de que el hormigón est" a$o un deterioro interno .
Corrosión por Erosión (a corrosión por erosión, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco pro#undas de #ondo terso y el ataque puede presentar una distriución direccional deido al camino seguido por el agente agresivo, cuando se mueve sore la super#icie del metal. (a corrosión por erosión se presenta normalmente en 'onas donde disminuye la sección de paso o eiste camio de dirección. Puede producirse principalmente en toeras de entrada o salida, en toeras opuestas de tuerías o depósitos, en de#lectores de choque, en codos y en v"lvulas donde eiste estrangulamiento o
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camio de dirección. (a corrosión por erosión puede ser evitada por camios de dise+o o por selección de materiales m"s resistentes. &uando el movimiento del medio corrosivo sore la super#icie met"lica incrementa la velocidad de ataque deido a desgaste mec"nico, este recie el nomre de corrosión por erosión (a importancia relativa del desgaste mec"nico y la corrosión, es a menudo di#ícil de estalecer y varia grandemente de una situación a otra, y el mecanismo de la erosión generalmente se atriuye a la remoción de películas super#iciales protectoras, como por e$emplo, películas de óido #ormadas por el aire, o ien, productos adherentes de la corrosión. (a corrosión por erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turulencia, choque, etc., y #recuentemente se oserva en impulsores de omas, agitadores y en codos y camios de dirección de tuerías. (os líquidos con suspensión conteniendo partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de prolema. (a corrosión por erosión puede ser evitada por camios de dise+o o por selección de materiales m"s resistentes. (os líquidos con suspensión conteniendo partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de prolema. (a corrosión por erosión puede ser evitada por camios de dise+o o por selección de materiales m"s resistentes, a la corrosión. (a corrosión por erosión, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco pro#undas de #ondo terso, y el ataque puede presentar tami%n una distriución direccional deido al camino seguido por el agente agresivo cuando se mueve sore la super#icie del metal (a corrosión por erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turulencia, choque, etc., y #recuentemente se oserva en impulsores de omas, agitadores y en codos y camios de dirección de tuerías. (os líquidos con suspensión conteniendo partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de prolema. (a corrosión por erosión puede ser evitada por camios de dise+o o por selección de materiales m"s resistentes.
Corrosión por Picadura (a corrosión por picadura se presenta por la #ormación de ori#icios en una super#icie relativamente que no ha sido atacada y las picaduras pueden tener varias #ormas (a #orma de una picadura es a menudo responsale de su propio avance, por las mismas ra'ones mencionadas en la corrosión por agrietamiento, es decir, una picadura puede ser considerada como una grieta o hendidura #ormada por si misma. Para reducir la corrosión por picadura se necesita una super#icie limpia y homog%nea, por e$emplo, un metal homog%neo y puro con una super#icie muy pulida deer" ser generalmente, mucho m"s resistente que una super#icie que tenga incrustaciones, de#ectos o rugosidad. (a corrosión por picadura es un proceso lento que puede llevarse meses y a+os antes de ser visile, pero que naturalmente, causar" #allas inesperadas. El peque+o tama+o de la picadura y las minúsculas cantidades de metal que se disuelven al #ormarla, hacen que la detección de %sta sea muy di#ícil en las etapas iniciales. (a limpie'a de la super#icie y la selección de materiales conocidos, resistentes a la #ormación de picaduras en un medio amiente
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determinado, es generalmente el camino m"s seguro para evitar este tipo de corrosión. (a susceptiilidad a este tipo de corrosión aumenta por la presencia de entallas, de#ectos super#iciales, roturas de las capas de óido o películas de metal o condiciones especiales en los límites del grano. En la #igura 58 se presenta un proceso de corrosión por picadura., donde se oservan la #ormación de cristales de ul#uro @erroso, y &aronato @erroso, como producto Figura $& Corrosión por Picadura
de la corrosiónI (as picaduras son una parte locali'ada de corrosión en la que el ataque esta con#inado a muchas cavidades peque+as en la super#icie del metal. (as cavidades que se #orman pueden variar en cantidad, tama+o y #orma. (as picaduras pueden contriuir de manera importante a una #alla general, en componentes su$etos a es#uer'os muy altos, dando como consecuencia la #alla por corrosión a$o tensión. El picado se puede presentar en varios metales y aleaciones, pero los aceros inoidales y las aleaciones de aluminio son susceptiles en especial a este tipo de degradación.
Corrosión Intergranular o Intercristalina Para entender este tipo de ataque es necesario considerar que cuando un metal #undido se cuela en un molde, su solidi#icación comen'ó con la #ormación de núcleos al a'ar, cada uno de los cuales crece en un arreglo atómico regular para #ormar lo que se conoce con el nomre de granos o cristales. in emargo, deido a la nucleación al a'ar, los planos de los "tomos en las cercanías de los granos no enca$an per#ectamente ien y el espacio entre ellos recie el nomre de límite de grano. (os límites del grano son a veces atacados en #orma pre#erencial por un agente corrosivo y el ataque se relaciona con la segregación de elementos especí#icos o por la #ormación de un compuesto limite. Este tipo de corrosión generalmente ocurre, porque el agente corrosivo ataca el limite del grano o una 'ona adyacente a este, 'ona que ha perdido un elemento necesario para tener una resistencia a la corrosión adecuada. En un caso severo de corrosión intercristalino, hay granos enteros que se desprenden deido al deterioro completo de sus limites, en cuyo caso, la super#icie aparecer" rugosa y se sentir" rasposa deido a la p%rdida de los granos. El #enómeno de limite de grano que causa la corrosión intercristalina, es sensile al calor por lo que la corrosión de este tipo, es un suproducto de un tratamiento t%rmico como la soldadura o el relevado de es#uer'o y puede ser
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corregido por otro tipo de tratamiento t%rmico o por el uso de una aleación modi#icada. El arreglo atómico y los espaciamientos entre las capas de los granos, son los mismos en todos los cristales de un metal dado0 sin emargo, deido a la nucleación al a'ar, los planos de los "tomos en las cercanías de los granos no enca$an per#ectamente ien y el espacio entre ellos recie el nomre de límite de grano. i, por e$emplo se diu$a una línea de /,.; cm de longitud sore la super#icie de una aleación, esta deer" cru'ar aproimadamente 5 222 límites de grano Un tratamiento t%rmico inadecuado del acero inoidale puede producir una :etícula de &aruros en los aceros con m"s del 2,283 de carono, o sin adición de >itanio. El metal que contenga tal retícula es susceptile de corrosión intergranular que podr" ser causa de #racaso en condiciones muy corrosivas y reducir la duración útil en muchos servicios relativamente ligeros. (os procedimientos normales de soldadura introducen en el metal la susceptiilidad a la precipitación de los caruros. Due el acero sea susceptile de corrosión intergranular no signi#ica necesariamente que ser" atacado por ella. En servicio, el resultado puede ser satis#actorio. Pero la posiilidad de corrosión intergranular deer" ser tenida en cuenta siempre que no quede ecluida según la eperiencia previa. (a precipitación de caruros puede ser eliminada por uno de los tres procedimientos indicados a continuaciónI
a.< Por /ecocido; una ve' terminadas las operaciones de elaoración y de soldadura, el acero deer" ser calentado hasta una temperatura lo su#icientemente alta para disolver los caruros, lo que es generalmente entre 528= \& y 55;2 \&, para en#riarlo luego con la rapide' su#iciente para evitar que se vuelva a precipitar el caruro y utili'ando para ello un chorro de aire o agua. Un tratamiento t%rmico locali'ado en la 'ona inmediatamente adyacente a la soldadura no da resultados satis#actorios. Para un recocido e#ectivo, toda la pie'a deer" ser calentada y apropiadamente en#riada con rapide'. 7.< Utili6ando acero 9ue contenga 4enos de "?"& de car7ono. c.< Utili6ando un acero esta7ili6ado ElI el >itanio se comina con el carono y evitan las precipitaciones per$udiciales. (os aceros estaili'ados son necesarios para todo servicio que implique prolongadas eposiciones a las temperaturas entre 9/= & y A15 &. El peligro inherente a la precipitación de caruro de cromo ha llegado a ser tan ien conocido y tan #"cilmente evitado que ocurran pocos #racasos deidos a esta causa Corrosión de Fractura 8o por ensión (a acción con$unta de un es#uer'o de tensión y un medio amiente corrosivo, dar" como resultado en algunos casos, la #ractura de una aleación met"lica. (os es#uer'os que causan las #racturas provienen de traa$os en #río, soldadura, tratamientos t%rmicos, o ien, pueden ser aplicados en #orma eterna durante la operación del equipo. -lgunas de las características de la corrosión de #ractura por tensión, son las siguientesI Para que esta corrosión eista, se requiere de un es#uer'o de tensión. (as #racturas se presentan queradi'as en #orma macroscópica, mientras que las #allas mec"nicas de la misma aleación, en ausencia de un agente corrosivo
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especí#ico, generalmente presentan ductiilidad. (a corrosión por es#uer'os depende de las condiciones metalúrgicas de la aleación. (a acción con$unta de un es#uer'o de tensión y un medio amiente corrosivo, dar" como resultado en algunos casos, la #ractura de una aleación met"lica. (a mayoría de las aleaciones son susceptiles a este ataque, pero a#ortunadamente el número de cominaciones aleaciones corrosivas que causan este prolema, son relativamente pocas. in emargo, hasta la #echa, este es uno de los prolemas metalúrgicos m"s serios. (os es#uer'os que causan las #racturas provienen de traa$os en #río, soldaduras, tratamiento t%rmico, o ien, pueden ser aplicados en #orma eterna durante la operación del equipo. (as #racturas pueden seguir caminos 7nter cristalinos o transcristalinos que a menudo presentan una tendencia a la rami#icación. -lgunas de las características de la corrosión de #ractura por tensión, son las siguientesI a.G Para que esta corrosión eista, se requiere un es#uer'o de tensión. .G(as #racturas se presentan queradi'as en #orma macroscópica, mientras que las #allas mec"nicas de la misma aleación, en ausencia de un agente corrosivo especi#ico, generalmente presentan ductiilidad. c.G (a corrosión por es#uer'os depende de las condiciones metalúrgicas de la aleación. d.G -lgunos medios amientes especí#icos, generalmente causan #ractura en una aleación dada. El mismo medio amiente no causa #racturas en otras aleaciones. e.G (a corrosión por es#uer'o puede ocurrir en medios amientes considerados no agresivos para una aleación dada, por e$emplo la velocidad de corrosión uni#orme es a$a hasta que se presenta una #ractura. #.G (argos periodos de tiempo, a menudo a+os, pueden pasar antes de que las #racturas sean visiles, pero entonces al presentarse, se propagan r"pidamente con el resultado de una #alla inesperada. g.G (a corrosión por es#uer'o, no est" completamente entendida en la mayoría de los casos0 sin emargo, en la actualidad se dispone de muchos datos para ayudar al ingeniero a evitar este prolema. Para comatir la corrosión de #racturas yFo por tensión, es necesario reali'ar el relevado de es#uer'o o seleccionar un material m"s resistente. El t%rmino de #ragili'ación por hidrógeno se con#unde #recuentemente con la corrosión de #ractura por tensión, deido a que el hidrógeno desempe+a una #unción en algunos casos de %sta y para distinguir la #ragili'ación por hidrógeno de la corrosión de #ractura por tensión, es conveniente $u'gar los siguientes conceptosI
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a.G (a #ractura deido al hidrógeno introducido en el metal sin corrosión de %ste, por e$emplo, en la protección catódica, no es de#initivamente corrosión de #ractura por tensión. .G (a #ractura deido al hidrógeno producida por una alta velocidad de corrosión uni#orme como en el decapado, tampoco es corrosión de #ractura por tensión porque no se necesita tener un es#uer'o mientras el hidrógeno se produce y la #ractura se presenta posteriormente cuando la tensión es aplicada despu%s de la reacción corrosiva con lieración de hidrógeno. c.G &uando el hidrógeno se produce por corrosión local en una #ractura o picadura sore un metal sometido a es#uer'o de tensión y resulta una propagación en la #ractura, entonces sí se considera que la corrosión pertenece al tipo de corrosión de #ractura por tensión. El ataque por hidrógeno es el que se produce por la reacción del hidrógeno con los caruros del acero #ormando metano y dando lugar a la #ormación de ampollas, huecos internos, decaruri'ación, etc. El hidrógeno puede migrar desde la super#icie hacia las inclusiones interiores donde se nuclea y genera aumento de presión que da lugar a de#ormaciones y rupturas.
2a Corrosión por Fatiga , es una #orma especial del tipo de corrosión de #ractura por tensión y se presenta en ausencia de medios corrosivos, deido a es#uer'os cíclicos repetidos. Estas #allas son muy comunes en estructuras sometidas a viración continua. (a corrosión por #atiga, se incrementa naturalmente con la presencia de un medio agresivo, de tal #orma que el es#uer'o necesario para producir la corrosión por #atiga, se reduce en algunas ocasiones hasta la mitad del necesario, para producir la #alla en aire seco. (os m%todos para evitar la corrosión por #atiga, necesitan prevenir la #ractura producida por %sta desde el principio, ya que es muy di#ícil reali'ar un alto a la propagación de las #racturas, una ve' que se inician. !e lo indicado anteriormente, se ve la necesidad de reconocer en primer lugar, las di#erentes #ormas en las que se presenta la corrosión para así tomar medidas pertinentes que permitan estalecer los m%todos correctivos para atenuarla, los cuales son me$or comprendidos si se conoce la teoría de la corrosión. (a corrosión por #atiga, es una #orma especial del tipo de corrosión de #ractura por tensión y se presenta en ausencia de medios corrosivos, deido a es#uer'os cíclicos repetidos. Estas #allas son muy comunes en estructuras sometidas a viración continua. (a corrosión por #atiga, se incrementa naturalmente con la presencia de un medio agresivo, de tal #orma que el es#uer'o necesario para producir la corrosión por #atiga, se reduce en algunas ocasiones hasta la mitad del necesario, para producir la #alla en aire seco (os m%todos para evitar la corrosión por #atiga, necesitan prevenir la #ractura producida por %sta desde el principio, ya que es muy di#ícil detener la propagación de las #racturas, una ve' que se inician. !e lo indicado anteriormente, se ve la necesidad de reconocer en primer lugar, las di#erentes #ormas en las que se presenta la corrosión para así tomar medidas pertinentes que permitan estalecer los m%todos correctivos para atenuarla, los cuales son
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me$or comprendidos si se conoce la teoría de la corrosión. . (os di#erentes tipos de corrosión se esquemati'an en la #igura 5/. >al, como se oserva en la #igura 5/ la corrosión en los metales muestra #ormas di#erentes que van desde un ataque uni#orme y generali'ado, hasta el ataque aislado en determinadas "reas de la super#icie. En amos casos, puede ir acompa+ado de otro tipo de #allas como erosión o #atiga, que ocasionan serios prolemas a la industria, soretodo en la industria del gas, ya que si la velocidad del gas tiene un alto valor, causar" graves prolemas de erosión a los equipos. (a corrosión por #atiga es otro de los riesgos que han de ser eliminados. &asi todos los metales y aleaciones, incluso el acero austenítico inoidale, pueden #allar al agrietarse o querarse deido a la corrosión por #atiga en condiciones que impliquen es#uer'os aplicados o tensiones residuales cominadas con agentes ligeramente corrosivos. (as soluciones de cloruro son de lo m"s per$udicial al provocar el agrietamiento de los aceros inoidales austeníticos El mecanismo causante de la corrosión por #atiga todavía no ha sido determinado. Es principalmente transgranular y puede ir acompa+ado de ataques de picado. on muy susceptiles las pie'as que han estado sometidas a un #uerte traa$o en #río, pero el acero recocido puede tami%n agrietarse cuando se le somete a condiciones di#íciles. Es m"s #"cil que el agrietamiento se produ'ca en soluciones calientes que en las #rías. >ensiones #uertes y d%iles en el mismo elemento producen una condición que #"cilmente puede conducir a la corrosión por #atiga en presencia de cloruros. Ba sido investigado cierto número de #racasos deidos a planchas per#oradas. (as grietas en #orma de rayos que parten de los taladros son típicas del agrietamiento deido a la corrosión por #atiga. (os productores canadienses han resuelto este prolema completamente recociendo a #ondo las planchas despu%s de taladradas. (os aceros inoidales, estirados, emutidos o traa$ados en #río se agrietan #"cilmente en sistemas que contengan ul#uro de Bidrógeno ( H 2 S ) acuoso. !istintos medios, incluso las soluciones c"usticas calientes a$o presión, han causado el agrietamiento según ha sido in#ormado, aunque en la mayoría de estos casos pueden haer sido causadas por impure'as no oservadas contenidas en el cloruro. Para eliminar completamente las tensiones internas, sin per$uicio para la resistencia a la corrosión, se deer" recocer por encima de C/= &, con en#riamiento r"pido para que los caruros permane'can en solución. &omo no es posile hacer esto con los recipientes grandes, un tratamiento de revenido a =9A & puede ser su#iciente para reducir las tensiones residuales. &uando se utili'a acero inoidale como #orro para un recipiente de acero al carono no ser" posile aligerar las tensiones deido a que los coe#icientes de epansión son muy di#erentes. (o mismo ocurre cuando se trata de recipientes de acero inoidale que lleven soldados re#uer'os, soportes o su$eciones de acero al carono. Para evitar la corrosión por #atiga, se dee de prever lo siguienteI
a.< Evitar la cu4ulación de 0ales Corrosivas. Estas sales pueden se procedentes del material aislante, del goteo o de pulveri'aciones o salpicaduras corrosivas en el "rea del recipiente.
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7.asI Especi#icar que las planchas per#oradas deer"n ser tratadas para eliminar completamente las tensiones interiores despu%s de haer sido taladradas, si han de ser utili'adas como pantalla para operaciones de las que se sae corren el riesgo de que se produ'ca corrosión, todo esto hay que tenerlo ien en cuenta, ya que cualquier #alla que ocurra, ser" una especie de catali'ador para la corrosión. d.< Elegir u7os de 7uena Concentricidad; Elegir tuos con uena concentricidad y con unos límites de tolerancia muy estrechos en el grueso de las paredes, para los haces de tuos destinados a los intercamiadores de calor, con el #in de evitar tensiones elevadas y desiguales cuando se los curva para los distriuidores. e.< Evitar Uniones con 0oldadura; Evitar el unir por soldadura metales con coe#icientes de dilatación di#erentes cuando el recipiente dea ser calentado durante las operaciones. Corrosión por endiduras I (a corrosión por hendiduras es un tipo que se presenta en espacios con#inados o hendiduras que se #orman cuando los componentes est"n en contacto estrecho. Para que se presente la corrosión por hendidura, la hendidura dee ser muy cerrada, con dimensiones menores a un milímetro. -unque no se han de#inido los limites de la recha, es conocido que este tipo de corrosión no se presenta en espacios m"s grandes. Para que se presente la corrosión por hendiduras no es necesario que las dos super#icies de aproimación sean met"licas. >ami%n se ha reportado corrosión por hendiduras #ormadas por varios materiales no met"licos )polímeros, as#altos, vidrio, neopreno* en contacto con super#icies met"licas. El hecho de que esto pueda ocurrir es de una importancia especial en la aplicación y selección de materiales de $untas de dilatación, apoyos, etc.
2a Corrosión por Cavitación 8 Desgaste son #ormas especiales de la corrosión por erosión. (a primera es causada por la #ormación y colapso de uru$as de vapor en la super#icie del metal. (as altas presiones producidas por este colapso pueden disolver el metal, remover las partículas protectoras, etc. 2a corrosión por desgaste ocurre cuando las pie'as de metal se desli'an una sore la otra, causando da+o mec"nico a una o amas pie'as y el desli'amiento es generalmente un resultado de la viración. (a corrosión se cree que $uega uno de los siguientes papelesI el calor de la #ricción oida el metal y a continuación el óido se desgasta, o ien, la remoción mec"nica de las partículas protectoras de óido, o los productos de la corrosión resultantes, dan como resultado la eposición de super#icies limpias del metal al medio agresivo, en tal #orma que el #enómeno corrosivo se acelera. (a corrosión por desli'amiento se atenúa utili'ando materiales de construcción m"s duros, empleando luricación o ien incrementando la #ricción hasta un punto tal en que el desli'amiento es imposile.
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Corrosión por EBfoliación 8 Disolución 0electiva (a corrosión por e#oliación es una corrosión susuper#icial que comien'a sore una super#icie limpia, pero que se esparce dea$o de ella y di#iere de la corrosión por picadura en que el ataque tiene una apariencia laminar. &apas completas de material son corroídas y el ataque es generalmente reconocido por el aspecto escamoso y en ocasiones ampollado de la super#icie. -l #inal del ataque, una muestra tiene la apariencia de un ma'o de ara$as en la cual algunas cartas han sido etraídas. Este mecanismo es ien conocido en las aleaciones de aluminio y se comate utili'ando aleaciones y tratamientos t%rmicos. (a corrosión por disolución selectiva se produce al e#ectuarse la remoción de uno de los elementos de una aleación siendo el e$emplo m"s común la eliminación del &inc en aleaciones de &oreG &inc, conocido con el nomre de de'inci#icación. Este #enómeno corrosivo produce un metal poroso que tiene propiedades mec"nicas muy pores y oviamente el remedio a este caso es el empleo de aleaciones que no sean susceptiles a este proceso. 2a corrosión por eBfoliación es una corrosión susuper#icial que comien'a sore una super#icie limpia, pero se esparce dea$o de ella y di#iere de la corrosión por picadura en que el ataque tiene una apariencia laminar. &apas completas de material son corroídas y el ataque es generalmente reconocido por el aspecto escamoso y en ocasiones ampollado de la super#icie. -l #inal del ataque, una muestra tiene la apariencia de un ma'o de ara$as en el cual algunas de las cartas han sido etraídas. Este mecanismo es ien conocido en las aleaciones de aluminio y se comate utili'ando aleaciones y tratamientos t%rmicos. 2a corrosión por disolución selectiva se produce al e#ectuarse la remoción de uno de los elementos de una aleación siendo el e$emplo m"s común la eliminación del &inc en aleaciones de core conocido con el nomre de de'inci#icación. Este proceso corrosivo produce un metal poroso que tiene propiedades mec"nicas muy pores y oviamente el remedio a este caso es el empleo de aleaciones que no sean susceptiles a este proceso. 2a Corrosión 2ocali6ada; Este tipo de corrosión, por lo general se estalece en sitios pocos visiles y pasa desaperciido hasta que se rompe la pie'a 2a Corrosión por altas e4peraturas . Esta #orma de corrosión por altas temperaturas se origina en posiles #allas de di#usión de #ases sólidas del metal, con la cual se modi#ica la aleación original y se posiilita el ataque selectivo. -lgunas #ormas de corrosión por altas temperaturas sonI Oidación en seco por ataque de Oígeno, &arono o -'u#re, agravado por la #ormación de gases que hacen #r"gil el metal. &orrosión por trans#erencia de masa )solución de %sta en un punto y acumulación en otro*. &orrosión ocasionada por destrucción de las capas protectoras M metal, por contacto con #undentes como compuestos de Plomo, -'u#re o Pentóido de ?anadio ( 2 05 ) . (a corrosión por altas temperaturas se agrava por camios de las mismas, ya que %stos originan agrietamientos por tensión del metal y desprendimiento de los productos de la corrosión )erosión*, lo que deilita el metal haci%ndolo m"s propenso al ataque del medio amiente. En la #igura 59 se presenta un proceso 63
de corrosión causado por alta temperatura. e sae que esta #orma de corrosión se incrementa a medida que aumenta el valor de la temperatura. (a gravedad se sucede, ya que se puede producir agrietamiento por tensión del metal corroído, y por lo tanto desprendimiento de los productos de la corrosión. En la #igura 59 se pueden oserva la #ormación de cristales de ul#ato y &aronato @erroso, como producto de la corrosión. (os cristales de color amarillo corresponden al ul#uro @erroso, mientras que los grises son del &aronato @erroso. Figura $# Corrosión Inducida por ltas e4peraturas;
Corrosión Inducida por la Conta4inación del gua (as aguas naturales son medios comple$os, en evolución permanente, que se pueden considerar en una primera aproimación como disoluciones de di#erentes especies químicas en agua. (as especies m"s aundantes son los cationes comoI &alcio ( Ca 2 ) 0 Magnesio ( Mg 2 ) 0 odio ( Na ) 0 Bierro @erroso ( Fe 2 ) , etc., y -niones comoI
+
+
+
−
(a agresividad de un agua depende de su capacidad para conducir la corriente el%ctrica. Un agua poco conductora ocasionar" que la actividad de las pilas de corrosión que se puedan #ormar en la misma sea peque+a, ya que el circuito el%ctrico que se cierra a trav%s de ella presenta una resistencia el%ctrica elevada. En el agua de mar0 cuya conductividad es muy alta por la gran cantidad de iones presentes, la actividad de los procesos de corrosión es tan alta, que en lapsos muy cortos se pueden originar #enómenos muy graves, tanto para la industria como para los seres humanos. Un agua dulce y una de mar constituyen casos etremos, y entre amos eisten una gran variedad de aguas cuya agresividad #rente a los metales varía en #unción de su composición y #actores como la concentración de oígeno disuelto, pB, temperatura, concentración de cloruros y sul#atos, agitación y velocidad del medio, etc%tera. El agua de mar se caracteri'a por la gran estailidad de sus propiedades #isicoquímicas, y sore todo por su salinidad, que varía entre 82 y 813. Por salinidad se entiende la cantidad de sales anhidras contenidas en 5 Rg de agua de mar, lo cual puede determinarse evaporando 5 Rg de esta agua de mar y
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pesando el residuo seco. El acero y el acero galvani'ado son especialmente atacados en estas condiciones, ocasion"ndose prolemas en todas aquellas estructuras sumergidas que no est%n su#icientemente protegidas )por e$emplo, con protección catódica*. i ien la corrosión microiológica o acteriana no es un prolema nuevo en los #ondos marinos, su incidencia en la #alla de muchos sistemas sumergidos ha ido en aumento en los últimos a+os, al crecer la contaminación en las 'onas aleda+as a las costas, todo lo cual incrementa el proceso de corrosión, y seguir" en incremento, mientras haya contaminación de las aguas. &omo puede verse, las #ormas de corrosión pueden ser muy diversas. El prolema es comple$o porque los #actores motivadores son muy diversos. Entre los m"s importantes se encuentran las condiciones del #lu$o, la composición de los ductos y las características iológicas y #isicoquímicas del agua. &ae se+alar que la presencia en el agua de determinadas #loras acterianas )acterias sul#atoGreductoras y #erroacterias* incide directamente en el aumento de la corrosión del sistema. (as características químicas del agua pueden #avorecer m"s la presencia de esta #lora acteriana que acelerar" el #enómeno. -sí, por e$emplo, el mecanismo de los procesos de corrosión del hierro por procedimientos químicoGiológicos puede eplicarse y entenderse con ayuda del esquema presentado en la #igura 5;.
Figura $+ Mecanis4o uí4ico< 1iológico en los Procesos de Corrosión del ierro en Medio cuoso.
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En la #igura 5; se presentan la gran mayoría de las reacciones que conllevar"n a que se produ'ca en proceso de corrosión del Bierro inducida por el agua. El esquema de la #igura es representativo de la corrosión acteriana del hierro por el desul#ovirio, de la cual se otiene, como producto de corrosión, el ul#uroso @erroso, y tami%n la Berrumre. Este último proceso puede ocurrir por la oidación del Bidróido @erroso, las reacciones que ocurren sonI 4 Fe + S 0 −42 + 4 H 2 0 ⇒ FeS + 3 Fe(0 H ) 2 + 20 H −
)=* En relación con las características #isicoquímicas del agua, cae enumerar las siguientesI temperatura, pB, sales disueltas, oígeno y ióido de carono disueltos, y pr"cticamente todos los cationes y aniones que intervienen en la composición mineralógica normal del aguaI cloruros, icaronatos, caronatos, sul#atos, sodio, calcio, magnesio, etc%tera. (as sales corrosivas m"s importantes son los cloruros ( Cl ) Muchas aguas suterr"neas contienen cloruros provenientes de procesos de contaminación )in#iltración de aguas super#iciales provenientes de actividades mineras, de tiraderos industriales y de #enómenos de intrusión marina, #undamentalmente*, y las aguas super#iciales est"n cada ve' m"s contaminadas por deposiciones antropog%nicas. &oncentraciones de cloruros superiores a 522 )mgF(* en aguas de dure'a mediana pueden causar prolemas de corrosión, crecientes en #orma eponencial, de tal manera que concentraciones de iones cloruro de 5 )gF(* −
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provocan r"pidamente la destrucción por corrosión de metales como el hierro y el acero inoidale. -simismo, la presencia de sales disueltas modi#ica la estructura de las posiles incrustaciones eistentes, volvi%ndolas porosas y heterog%neas, de tal #orma que no constituyen una protección de las super#icies met"licas. >ami%n se pueden #ormar 'onas de aireación di#erencial, al asorerse el oígeno presente en el agua. En cuanto a los sul#atos ( S 0 −42 ) , en principio son poco corrosivos, aunque intervienen en el ciclo del a'u#re y en sistemas anóicos pueden contriuir a la #ormación de "cido sul#hídrico )B /* compuesto muy agresivo que provoca prolemas de corrosión muy serios. El poder corrosivo de los sul#atos aumenta al asociarse a los cloruros especialmente en aguas landas, de a$a alcalinidad y que no est%n saturadas con &aronato del &alcio )&a&O 8*. (a presencia del catión &alcio ( Ca 2 ) en el agua, asociada al equilirio calcoGcarónico puede contriuir0 en aguas incrustantes, a proteger el sistema #rente a la corrosión. El tradicional aioma de que un agua incrustante no es corrosiva dee mane$arse con cuidado. +
(a presencia de un agua estale o soresaturada en relación al &aronato de &alcio, aun cuando es una condición satis#actoria para la prevención de la corrosión, es un remedio que tiene muchas limitaciones. En la #ormación de una película protectora sore el metal no sólo hay que tomar en cuenta los datos típicos que se reúnen para deducir el pB de saturación del &aronato de &alcio, aunque algunas veces %stos pueden dar una idea astante aproimada. En las aguas potales eisten o pueden eistir muchas especies químicas que a#ectan de muy distinto modo la corrosión de los metales. -sí, mientras una cierta dure'a c"lcica y una alcalinidad su#iciente #avorecen la #ormación de una capa protectora de )&a&O8*, la presencia de ciertas sales disueltas de &loruros, ul#atos y Nitratos, en concentraciones que sorepasen un cierto umral, puede camiar radicalmente las características de dicha capa protectora, lo cual ocasiona un mayor ataque al metal ase. (os iones agresivos inter#ieren en el depósito de la capa protectora, y es conocido el e#ecto detrimental de los iones cloruro en la corrosión de los metales. En cuanto a las especies contaminantes que pueden estar presentes en el agua y que ayudan en el proceso de corrosión, hay que citar de nuevo a los -niones de Nitrato ( N 0 3− ) El eceso de nitratos es determinante para la clasi#icación de agua como no potale, por la incidencia que tienen dichos aniones sore la polación, especialmente la in#antil, ya que se pueden cominar con la hemogloina de la sangre. (a contaminación por nitratos es especialmente signi#icativa en las comunidades rurales, donde los po'os de captación de agua, la mayoría de las veces artesanales y de poca pro#undidad, #acilitan una contaminación acteriológica y química de nitratos. e ha encontrado que eiste una relación directa entre la concentración de nitratos y las pr"cticas agrícolas, ya que las concentraciones m"imas se han otenido en %pocas en que se aplica una mayor cantidad de aono )aonos
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químicos nitrogenados* El prolema se agudi'a en las aguas de aastecimiento, en las cuales la poca pro#undidad de los niveles #re"ticos y la permeailidad de los materiales próimos a la super#icie hacen que su vulnerailidad a dicha contaminación sea muy acentuada. (a concentración m"ima permitida de nitratos en un agua, para que sea potale, es de ;2 )mgF(*. -sí, en las redes de distriución de agua potale en las cuales se mantenga un uen control de la potailidad de la misma, no se presentan prolemas de corrosión graves.
Corrosión 1iológica o 1acteriana; !esde hace mucho tiempo se conoce el papel que desempe+an las acterias en los procesos de corrosión met"lica (os microorganismos constituyen un vasto mundo de seres unicelulares etendidos por toda la ios#era, y desempe+an un importante papel en la naturale'a. 4ran número de ellos, en el suelo o en el agua, descomponen activamente la materia org"nica y los minerales, participando así en los ciclos naturales del carono, nitrógeno y a'u#re. !urante los procesos iológicos se #orman numerosos productos. Bay productos #inales de comustión, como lo son el !ióido de &arono y -gua )&O / y B/O*, adem"s de los, como Bidrógeno ( H 2 ) , Nitrógeno ( N 2 ) y Oígeno ( 0 2 ) 0 sustancias, como el -moniaco ( NH 3 ) , -gua Oigenada ( H 2 0 2 ) , -'u#re )*, etc. productos "cidos o alcalinos. >odos estos productos se acumulan en el medio, modi#icando de #orma continua su composición. &iertas acterias son capaces de e#ectuar su síntesis a partir del agua, del anhídrido carónico )&O /* y de algunas sales minerales0 %stas son las acterias autótro#as. e consideran como acterias heterótro#as las especies incapaces de e#ectuar por sí mismas la síntesis de todos sus #actores de crecimiento. >odos estos productos se acumulan en el medio, modi#icando de #orma continua su composición. &iertas acterias son capaces de e#ectuar su síntesis a partir del agua, del anhídrido carónico )&O /* y de algunas sales minerales0 %stas son las acterias autótro#as. e consideran como acterias heterótro#as las especies incapaces de e#ectuar por sí mismas la síntesis de todos sus #actores de crecimiento. (a actividad metaólica de los microorganismos puede provocar directa o indirectamente un deterioro del metal por procesos de corrosión. (as consecuencias de esta actividad pueden serI a.
7.
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contenga oígeno, mientras que los anaeróicos medran en un amiente virtualmente desprovisto de oígeno atmos#%rico. Un e$emplo de microorganismos anaeróicos lo constituyen las acterias de reducción de sul#atos, las cuales #omentan la corrosión. (os sul#atos en suelos ligeramente "cidos a alcalinos )pB de = a C* los reducen esas acterias, para #ormar sul#ato de calcio y sul#uro de hidrógeno. &uando estos compuestos entran en contacto con las tuerías de hierro suterr"neas, se produce una conversión del hierro a sul#uro de hierro. Puesto que esas acterias medran en esas condiciones, seguir"n #omentando esta reacción, hasta que se produ'ca una #alla de la tuería. (a corrosión iológica o acteriana se caracteri'a por un deterioro de un metal causado directa o indirectamente por acterias, moho y hongo en #orma individual y cominada. En estos casos el mecanismo de corrosión son ataques activos de sustancias producidas iológicamente. -quí es la interacción de organismos con materiales para producir reacciones químicas corrosivas, acelera directamente o estalece nuevas reacciones electroquímicas corrosivas, tami%n se puede #ormar sustancias corrosivas como "cidos y amoníaco. En general el ataque activo produce una corrosión intensa y locali'ada con una mayor incidencia en las per#oraciones. >ami%n eisten los ataques pasivos de sustancias producidas iológicamente. En este caso el desgaste es una consecuencia directa de la iomasa y los productos iológicos, implica una corrosión dea$o de los depósitos y aarca grandes "reas (a actividad metaólica de los microorganismos pueden provocar directa o indirectamente un deterioro del metal por procesos de corrosión (os microorganismos que se asocian a la corrosión son de dos tiposI aeróicos y anaeróicos. (os aeróicos crecen con #acilidad en un amiente que contenga Oígeno ( 0 2 ) , mientras que los anaeróicos medran en un amiente virtualmente desprovisto de oígeno atmos#%rico. Un e$emplo de microorganismos anaeróicos lo constituyen las acterias de reducción de sul#atos, las cuales #omentan la corrosión. (os sul#atos en suelos ligeramente "cidos a alcalinos con un valor del pB de = a C los reducen esas acterias, para #ormar ul#ato de &alcio ( CaS 0 4 ) y ul#uro de Bidrógeno ( H 2 S ) . &uando estos compuestos entran en contacto con las tuerías de Bierro suterr"neas, se produce una conversión del Bierro a ul#uro de Bierro ( FeS ) . Puesto que esas acterias medran en esas condiciones, seguir"n #omentando esta reacción, hasta que se produ'ca una #alla de la tuería. (as sul#atoacterías en el proceso de iocorrosión anaeroia actuarían como despolari'adoras del Bierro en la región catódica, en donde las principales reacciones sonI :eacción -nódica I Fe ⇒ Fe +2 + 2e
)1*
:eacción &atódica I 2 H + + 2e ⇒ H 2
)A*
:eacción de !espolari'ación &atódicaI S 0 −42 + 10 H + + 8e ⇒ H 2 S + 4 H 2 0
)C*
69
:eacción de Producto de la &orrosiónI Fe +2 + S −2 ⇒ FeS
)52*
:eacción Producto de la &orrosiónI 3 Fe +2 + 60 H − ⇒ 3 Fe( 0 H ) 3
)55*
:eacción &ompletaI 4 Fe + S 0 −42 + 4 H 2 0 ⇒ 3 Fe( 0 H ) 3 + FeS + 20H −
)5/*
(as reacciones química reali'adas en este proceso conllevan a concluir que la sul#atoacterias incrementan la corrosión del metal a trav%s de un e#ecto directo )retiran hidrógeno* y otro indirecto, que es la producción de ul#uro de Bidrógeno, compuesto que puede ser altamente corrosivo. (a corrosión microiana puede de#inirse como un proceso metaólico acteriano que origina o acelera la destrucción de los metales. (os microorganismos in#luyen sore los procesos de corrosión a trav%s de mecanismos que les permiten adquirir la energía necesaria para las actividades vitales. Esta energía puede adquirirse a trav%s de tres mediosI
a.< /espiración ero7ía? que consiste en la eliminación progresiva de hidrógeno de los sustratos org"nicos. El hidrógeno es oidado por el oígeno del aire. 7.< /espiración naero7ia; en la cual el sustrato org"nico es tami%n oidado por eliminación de hidrógeno, y %ste reduce los compuestos inorg"nicos. c.< Fer4entación; proceso anaeroio en el cual el sustrato org"nico no es completamente oidado. -l igual que la corrosión, los procesos metaólicos se asan en la trans#erencia de iones hidrógeno o de electrones. (a actividad de los microorganismos corresponde a valores de pB del medio que son tami%n muy #avorales a la corrosión. (os microorganismos que desempe+an un papel en la corrosión pueden clasi#icarse de dos manerasI del punto de vista #isiológico y los taonómicos. e piensa, generalmente, que la corrosión de los metales se dee a las acterias anaeroias, por e$emplo, el desulfovi7rio. in emargo, eisten diversos tipos de acterias que hay que tener muy en cuenta desde el punto de vista de la corrosión, como las acterias del hierro, t>io7acterias? y las acterias aeroias que producen "cido sul#hídrico. (os cultivos microianos son casi siempre sistemas #uertemente reductores. (a actividad metaólica de las acterias, resultante de su crecimiento y de su nutrición, sólo es posile gracias a la energía suministrada por la oidación de los elementos nutritivos que ocasionan condiciones de reducción en el medio. (as acterias aeroias reducen los medios hasta un cierto nivel, que en general es moderado, aunque en algunos casos se llega a niveles altos. (as anaeroias presentes se aprovechan de estas nuevas condiciones y proli#eran a su ve'. -sí, los #enómenos de óidoGreducción desempe+an un papel muy importante en los procesos iológicos
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(as acterias m"s comunes se desarrollan a potenciales próimos o in#eriores a 2 y pB comprendidos entre = y C, 'onas #avorales a la corrosión. Esto quiere decir que si en un medio donde hay acterias, que eisten en todas partes en la naturale'a los aportes nutritivos de origen org"nico son su#icientes, las acterias entran r"pidamente en actividad, multiplic"ndose y metaoli'ando di#erentes sustancias. Estos procesos ocasionan, de #orma autom"tica, la disminución del potencial redo, originando las condiciones electroquímicas #avorales a la corrosión. i estas condiciones eistían ya, por la naturale'a del medio, ser"n activadas, y si no eistían ser"n el origen de la corrosión. (os microorganismos no pueden desarrollarse m"s que en determinadas condiciones de pB. Para cada grupo microiano eisten pB límites y un pB óptimo. En general, los medios neutros convienen a las acterias heterótro#as que puelan los medios naturales. (os límites de crecimiento de estas acterias oscilan entre los pB de ;,; a A,;. El potencial de oidación de las acterias se puede medir, y la intensidad de la oidación se caracteri'a por la p%rdida de electrones. No hay di#icultad en medir estas ganancias o p%rdidas de electrones con la ayuda de un potenciómetro, utili'ando un electrodo de platino y un electrodo de re#erencia. i una sustancia puede ceder electrones a un electrodo inerte y la sustancia oidada puede reciir electrones de este electrodo, se dice que es una sustancia electroactiva.
Corrosión naero7íaI (a corrosión anaeroia, originada por el desulfovi7rio, se oservó por primera ve' en el suelo de los Países
En el caso de una pila de corrosión sencilla eiste una interacción entre los productos originados por las reacciones anódicas y catódicas. El hidróido #erroso [ Fe( 0 H ) 2 ] , posilemente es un resultado de los iones #errosos, #ormados en el "nodo y los iones hidróilos ( 0 H ) , #ormados en el c"todo, en vista que en este caso la reacción catódica esI −
0 2 + 2 H 2 0 + 4e ⇒ 40 H −
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)5;*
(a carga negativa de los iones hidróilo dar" lugar a que estos iones migren en la solución hacia las "reas anódicas, en las cuales hay un eceso de carga positiva, deido a la presencia de los iones #errosos #ormados. El hidróido #erroso se #orma cuando amos iones con carga opuesta se encuentran, reaccionan y se precipita el correspondiente hidróido. (a reacción es la siguienteI +2 − Fe + 20 H ⇒ Fe(0 H ) 2 )5=* Este Bidróido @erroso se oida a Bidróido @%rrico, @e)OB* 8, la conocida Berrumre, reacción que por el oígeno disuelto en el agua, que sirve de electrolito, y se escrie de la siguiente #ormaI 4 Fe(0 H ) 2
+ 0 2 + 2 H 2 0 ⇒ 4 Fe(0 H ) 3
)51*
(a #igura 5= ilustra en #orma esquem"tica este proceso
Figura $% Proceso de For4ación del idróBido F=rrico
(a #igura 5= representa el diagrama, donde ocurre la #ormación del Bidróido @erroso y su posterior conversión a Bidróido @%rrico. En la #igura se oserva la 'ona catódica y anódica, dando con ello origen a una típica reacción electroquímica, y por ende un proceso de corrosión electroquímico, donde el producto #inal es la herrumre, que uno de los principales productos de la corrosión del Bierro. -unque el desulfovi7rio, causa la corrosión del hierro y del acero en ausencia de aire, queda patente, con lo indicado anteriormente, que el oígeno es necesario en los procesos electroquímicos de corrosión, en los cuales se produce el Bidróido @erroso y el Bidróido @%rrico como productos resultantes, donde ser" necesario anali'ar la relación eistente entre los dos mecanismos de corrosión, el de oidación y el acteriano. (a teoría electroquímica de la corrosión acteriana del acero por el desulfovi7rio #ue pulicada por primera ve' en 5C89, por ?on Lol'ogenGuhr. 72
in emargo, esta acteria se asoció con la corrosión y deterioro de las tuerías enterradas en Bolanda mucho antes, en 5C/8. -unque el mecanismo electroquímico de la corrosión acteriana ha sido proado y aceptado, investigaciones posteriores han puesto de mani#iesto que no es el único mecanismo a trav%s del cual el desulfovi7rio ataca al hierro y al acero. El mecanismo electroquímico de corrosión dispone de varias especies de desulfovi7rio, las cuales producen la en'ima hidrogenasa. En la #igura 51 se presenta un esquema representativo de un proceso de corrosión acteriana, donde se produce una uru$a de gas de hidrógenoI
Figura $( Es9ue4a de un Proceso de Corrosión 1acteriana del ierro;
En la #igura 51 se oserva que de la reacción en las "reas catódicas resulta la #ormación de hidrógeno molecular ( H 2 ) , sore la super#icie del c"todo. En soluciones neutras, como las de cloruro de sodio, la #ormación de hidrógeno y su evolución como hidrógeno gaseoso son muy lentas. Tste puede ser el origen de la #ormación de uru$as de hidrógeno sore la super#icie catódica. &uando esto sucede, esta película de uru$as de hidrógeno #ormada sore el c"todo puede ocasionar tal disminución de la velocidad de corrosión, que puede llegar a detenerla completamente. Este #enómeno se conoce con el nomre de polari'ación catódica, proceso de gran importancia en el proceso de corrosión. (a hidrogenasa es una sustancia org"nica que catali'a la oidación del hidrógeno )es decir catali'a la trans#erencia de electrones*, activando, por tanto, la despolari'ación catódica, según la siguiente reacciónI 0 2 + 2 H 2 0 ⇒ 2 H 2 0 + !nerg"a )5A* !urante algún tiempo se llegó a pensar que sólo estas especies de desulfovi7rio , las que producían la en'ima, causaan la corrosión del hierro y del acero. in emargo, actualmente se sae que tanto en las especies que producen hidrogenasa como en aquellas que no la producen la velocidad de corrosión es lineal y aproimadamente igual. Esto se dee a que la película parcialmente protectora de sul#uro #erroso no se #orma sore la super#icie del metal. (a velocidad de corrosión depende de la naturale'a y comportamiento de la película sul#urosa #ormada sore la super#icie del metal. &on una película
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parcialmente protectora, #ormada sore la super#icie del metal, la velocidad de corrosión originada por la hidrogenasa positiva #ue mucho mayor que la originada por la hidrogenasa negativa. (a acción corrosiva de la hidrogenasa negativa permite suponer que la corrosión ocurre como resultado del "cido ac%tico #ormado en la inter#ase metalFsul#uro #erroso. Es evidente tami%n que hay corrosión por el simple ataque del sul#uro de hidrógeno generado por estos organismos sore el hierro y el acero, dando lugar así a la #ormación y precipitación de sul#uro #erroso negro. (os iones sul#uro que así se #orman actúan, por otro lado, como despolari'antes anódicos, al reaccionar con los iones #errosos para #ormar el sul#uro #erroso.
Corrosión ero7ía; -l igual que las acterias anaeroias, las aeroias pueden ser tami%n el origen de #uertes corrosiones. Por un lado, ocasionan la #ormación de "cido sul#úrico y, por otro, #orman sore el metal precipitados que, al quedar adheridos en #orma aislada, originan procesos de aireación di#erencial y, por lo tanto, de #ormación de picaduras. Estas acterias est"n representadas por las acterias #erruginosas y los thioacillus . a.<1acterias Ferruginosas; Estas acterias est"n muy etendidas en la naturale'a0 se las encuentra, a veces, en gran aundancia en aguas que contienen sales #errosas disueltas. ?an siempre asociadas a depósitos de hidróido #%rrico. Eisten dos tipos de acterias #erruginosasI las unicelulares y las pluricelulares. (as verdaderas acterias #erruginosas son aeroias y, en principio, autótro#a s. e caracteri'an por acumular hidróido #%rrico alrededor de sus c%lulas, lo que origina que en sus proimidades apare'can 'onas manchadas con el conocido color de la herrumre. (a m"s conocida es la 4allionella. (a cl"sica reacción de su metaolismo es la siguienteI 4 Fe( HC 0 3 ) 2
+ 2 H 2 0 + 0 2 ⇒ 4 Fe(0 H ) 3 + 8C 0 2 + !nerg"a
)5C*
Estas acterias son el origen de la #ormación de incrustaciones sore la super#icie met"lica y, por lo tanto, de procesos de aireación di#erencial que desemocan en la #ormación de picaduras. En la reacción se produce la #ormación de la Berrumre, que el un símolo de los corrosión del Bierro. (as acterias >hioacillaceae son aeroias autótro#as, y se caracteri'an por crear en el medio donde se multiplican una reacción #uertemente "cida. u pB óptimo de crecimiento se sitúa entre 8 y 9, y se pueden incluso cultivar a pB 2./G2.=. >odos los metales susceptiles al ataque por "cido sul#úrico diluido )523* su#rir"n una #uerte corrosión en presencia de estas acterias. Estas acterias son el origen de #ormación de pB muy a$os, concretamente de #ormación de )B/O9*. En suelos que contengan Piritas ( FeS 2 ) pueden ocasionar #uertes corrosiones en cualquier estructura que pueda estar a$o sus e#ectos. Por último, cae se+alar que el medio marino, de pB próimos a 1,;GA, es siempre #avorale al crecimiento microiano. !esde el momento en que las partículas cargadas de microios se depositan en la super#icie de los metales 74
para constituir la película microiana )lo cual puede suceder en pocas horas*, las acterias entran en actividad y provocan la disminución del potencial redo. (as condiciones de corrosión se reali'an in situ y el deterioro del metal aparece en unos días. - modo de conclusión de todo lo anterior, es importante se+alar que si no eisten las condiciones para que haya corrosión en un determinado medio, las acterias pueden crearlas, a condición )para las heterótro#as* de que eista en el medio un contenido de materia org"nica. &uanto mayor sea la cantidad de materia org"nica contenida en un electrolito, mayores ser"n los g%rmenes y mayor y m"s intensa la actividad ioquímica, y por lo tanto, la corrosión.
Corrosión Electro9uí4ica En presencia de un medio acuoso, la corrosión es de naturale'a electroquímica. >al corrosión es un proceso espont"neo que denota la eistencia de una 'ona anódica )que su#re la corrosión*, una 'ona catódica y un electrolito, adem"s del contacto met"lico, siendo imprescindile la presencia de todos estos elementos para que este tipo de corrosión pueda eistir )se requiere asimismo de contacto el%ctrico entre la 'ona anódica y la catódica*. El t%rmino "nodo se emplea para descriir aquella porción de una super#icie met"lica en la que tiene lugar la corrosión )disolución* y en la cual se lieran electrones como consecuencia del paso del metal en #orma de iones, al electrolito. (a reacción que sucede en el "nodo, por e$emplo para el caso del Bierro esI Fe( s ) + electrolit o ⇒ Fe +2 + 2electrones )/2* (o que indica que es una reacción de oidación &omo los electrones, en un conductor met"lico, se mueven en sentido opuesto al convencional. (o que indica que en el "nodo la corriente el%ctrica sale del metal para entrar a la solución El t%rmino c"todo se aplica a la porción de una super#icie met"lica en la cual los electrones producidos en el "nodo se cominan con determinados iones presentes en el electrolito. (as reacciones catódicas m"s comunes sonI 2 H + + 2e ⇒ H 2 ( g ) 0 2 + 2 H 2 0 + 4e ⇒ 40 H − 0 2 + 4 H + + 4e ⇒ 2 H 2 0
)/5* )//* )/8*
En la #igura 5A se presenta un esquema de un proceso de corrosión electroquímica, donde se oservan los cuatro componentes necesario )ando, c"todo, electrolito y contacto met"lico*, para que la reacción de corrosión electroquímica se lleve a cao en #orma espont"nea. Figura $* Corrosión Electro9uí4ica del ierro;
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En la #igura 5C se presenta una #igura, donde se representa una típica reacción electroquímica y que #orma una pila galv"nica o pila de corrosiónI Figura $' /eacción Electro9uí4ica
En la #igura 5C e oserva la dirección del #lu$o de corriente de electrones entre el c"todo y el "nodo de una celda de corrosión (as #lechas representan corrientes el%ctricas #luyendo a la solución desde el "nodo al c"todo, que el polo positivo y regresando desde el c"todo al "nodo a trav%s de un hilo met"lico conductor (a corrosión m"s #recuente es toda de naturale'a electroquímica y resulta de la #ormación de multitud de 'onas anódicas y catódicas sore la super#icie met"lica, siendo el electrolito, caso de no estar el metal sumergido o enterrado, el agua de condensación de la atmós#era, para lo cual se necesita que la humedad relativa del aire sea del orden del 123 o superior. El proceso de disolución de un metal en un "cido es igualmente un proceso electroquímico. (a in#inidad de uru$as que aparecen sore la super#icie met"lica corresponden a la #ormación de hidrógeno ( H 2 ) , gaseoso, poniendo de mani#iesto la eistencia de in#initos c"todos, mientras en los "nodos se va disolviendo el metal. -l camiar continuamente de posición estas 'onas anódicas y catódicas, llega un momento en que el metal se disuelve continuamente. Este tipo de corrosión se caracteri'a porque casi siempre es m"s pronunciada en una 'ona que en otras, y su #orma de mani#estarse m"s característica es la aparición de picaduras.
76
(a corrosión electroquímica es un proceso espont"neo, que tiene una gran importancia en la industria petrolera, y por ende en la industria del gas, para que eiste esta corrosión simplemente tiene que eiste una 'ona anódica, catódica, electrolito y contacto met"lico. (a corrosión electroquímica denota siempre la eistencia de una 'ona anódica )la que su#re la corrosión*. (as reacciones anódicas de mayor importancia en la corrosión electroquímicas sonI +2
+ 2e
)/9*
Al ⇒ Al 3
+
+ 3e
)/;*
+2
+ 2e
)/=*
Fe ⇒ Fe
Zn ⇒ Zn
Mg ⇒ Mg +2
)/1*
+ 2e
(os electrones que de$an lires estas reacciones anódicas se trasladan hasta la 'ona catódica. (as reacciones catódicas de mayor importancia sonI 0 2 + 4e ⇒ 20 −2
)/A*
2 H 2 0 + 0 2 + 4e ⇒ 40 H −
)/C*
2 H + + 2e ⇒ H 2
)82*
En este caso se tiene que la reacción )/C* tiene lugar cuando en el medio húmedo no hay oígeno disuelto0 esa reacción de agua y oígeno reacciona con los electrones que quedaron disponiles de la o las reacciones anódicas o reacción de corrosión, para dar como resultado la #ormación de iones Ohidrilos ( 0 H ) . :ecordando que estos iones son los causantes principales de al alcalinidad del medio. (uego se puede decir que la reacción )/C* incrementa la alcalinidad del medio corrosivo, −
(a reacción )82* consumo los electrones provenientes de las o las reacciones anódicas de corrosión, pero en este caso el producto resultante es la #ormación de uru$as de Bidrógeno gaseoso. (a presencia de iones Bidrógeno en un medio húmedo es común en los procesos, que ocurren en un medio "cido, pero a medida que son consumidos los iones de Bidrógeno por la reacción catódica del Bidrógeno el medio pierde el car"cter "cido Dui'"s sea importante se+alar que si no eistieran las reacciones catódicas capaces de consumir los electrones, que se generan en la reacción anódica, el proceso de corrosión se detendría. En vista que de acuerdo a las leyes "sicas de electricidad no se pueden acumular los electrones. Es, por ello que hay personas que creen que se puede prever el proceso de corrosión, si se neutrali'an la posiilidad de que eistan reacciones catódicas, y para ello aplican sustancias que sean capaces de consumir los electrones que lieran las reacciones anódicas.
77
Electro9uí4icaI Esta es una disciplina que estudia las trans#ormaciones #isicoquímicas que se producen en la inter#ase conductor electrónico Fconductor iónico cuando la misma es atravesada por una corriente el%ctrica. !e ese modo la corriente que circula en una #ase como un #lu$o de electrones requiere de un proceso super#icial para lograr su continuidad como un #lu$o de iones. Este proceso super#icial, denominado reacción electroquímica o reacción de electrodo es el que posiilita la producción de sustancias, el almacenamiento y conversión de energía, la corrosión de materiales, etc. (a electroquímica contriuye a la ciencia y tecnología de materiales con numerosos procedimientos y alternativas. Un primer aspecto es la generación de materiales tales comoI deposición catódica de metales y compuestos tanto en #orma compacta, porosa o pulverulenta, producción de materiales compuestos del tipo &ermet y Polymet o la generación anódica de especies oidadas, por e$emplo óidos puros o mitos, empleadas para electrodos o en otras "reas. Una segunda contriución es la caracteri'ación por m%todos electroquímicos de materiales a ser usados en otras disciplinas. Por último, aporta herramientas para el estudio de la corrosión de los materiales, comprensión de los #enómenos de deterioro y permite la implementación de procedimientos para su control. (a electroquímica es primordialmente el estudio del #enómeno de oidoG reducción. (as relaciones entre camios químicos y energía el%ctrica tienen importancia teórica y practica. (as relaciones químicas pueden utili'arse para producir energía el%ctrica en pilas que se llaman pilas voltaicas o galv"nicas, que para el caso de la corrosión, tami%n recien el nomre de Pilas de &orrosión
Naturale6a Electro9uí4ica de la Corrosión . (os prolemas de corrosión que ocurren en la producción industrial son deidos a la presencia de agua. Estando esta presente en grandes o peque+as cantidades siempre ser" necesaria para el proceso de corrosión. (o que indica que la corrosión en presencia de agua es un proceso electroquímico, lo cual quiere decir que hay #lu$o de corriente el%ctrica en el proceso de corrosión y para que esto #luya tiene que eistir una #uer'a impulsora, la cual actúa como una #uente potencial y con esto se completa el circuito el%ctrico. (a #uente potencial en este proceso es la energía almacenada por el metal durante el proceso de re#inación. egún el metal es la cantidad de energía en su re#inación y por eso tendr"n di#erentes tendencias a corroerse. (a magnitud de esta #uer'a impulsora generada por el metal cuando esta en contacto con una solución acuosa se llama potencial del metal. Este valor se relaciona con la energía que se liera cuando el metal se corroe. Esta energía que se liera, es la que permite que la reacción ocurra, sin mayores prolemas, dando con ello el inicio del proceso de corrosión, lo que indica un gran prolema para la industria. Circuito El=ctrico de la Corrosión. En con$unto con la #uente de volta$e dee eistir un circuito completo0 este consiste en dos partesI a.< .,nodo. Es la porción de la super#icie del metal que se esta corroyendo. Es el lugar donde el metal se disuelve y pasa a la solución. -quí el metal se oida, proceso que ocurre en la reacción de oidación, por lo tanto el elemento se
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convierte en un agente reductor, aumenta su estados de oidación. (o que signi#ica que los "tomos met"licos pierden electrones y pasan a la solución como iones. (os "tomos contienen la misma cantidad de protones y electrones y al ocurrir una perdida de electrones ocurre un eceso de carga positiva lo que resulta un ión positivo.
7.< C3todo. Es la cantidad de super#icie met"lica que no se disuelve y es el sitio de otra reacción química necesaria para que ocurra el proceso de corrosión. (os electrones que se lieran del metal en el "nodo via$an hasta la 'ona catódica en donde se consumen por la reacción de un agente oidante presente en el agua. El consumo de electrones se llama reacción de reducción. c.< Electrolito. Para que se complete el circuito el%ctrico la super#icie met"lica, tanto como el c"todo como el "nodo, deen estar cuiertas por una solución conductora de electricidad, es decir, de electrolito. El electrolito conduce la corriente del "nodo al c"todo y luego vuelve al "nodo a trav%s del metal, completando el circuito. (a cominación de estos tres componentes es conocido como celdas de corrosión. Co4posición del electrolito. Eisten dos aspectos por los cuales la composición del electrolito a#ecta la corrosión0 primero a#ecta la conductiilidad y segundo el potencial de corrosión "sico del sistema, este último se relaciona por la presencia o no de agentes oidantes en la solución los cuales son importantes para construir la parte catódica de la celda de corrosión. En la #igura /2 se presenta una &elda de &oncentración típica, denominada tami%n &elda de &orrosión. Figura )" Celda de Corrosión o Celda -alv3nica
(a #igura /2 presenta una típica reacción de corrosión, en donde el nodo de Bierro se oida para aumentar la concentración de los iones @errosos ( Fe 2 ) de la solución Una celda de corrosión es una celda o pila galv"nica en la cual las reacciones electroquímicas que tienen lugar conducen a la corrosión. Una celda de corrosión de dimensiones muy peque+as )por e$emplo una dimensión menor a )V 2,5 mm* se conoce como &elda de -cción (ocali'ada o Microcelda. +
79
(as &eldas (ocales o Micropilas se dan, por e$emplo, en aleaciones multi#"sicas o en metales con recurimientos que presentan uena conductividad el%ctrica o en inclusiones de óidos, sul#uros, carón, etc. (a acción de estas celdas a menudo conduce a un ataque locali'ado, tal como picaduras o corrosión a$o tensión Una celda electroquímica es una cominación del tipo siguienteI a.G &onductor electrónico )metal* .G &onductor 6ónico )electrolito*, y c.G &onductor electrónico )metal* En la celda electrolítica pueden tener lugar procesos electroquímicos con el paso de una corriente el%ctrica. i la celda electroquímica produce energía el%ctrica, causada por el consumo de energía química, se dice que se tiene una celda galv"nica o pila. i, en camio, la celda electroquímica consume corriente de una #uente de corriente eterna, almacenando como consecuencia energía química, se dice que se tiene una celda electrolítica. Para la notación de los dos electrodos en una celda electroquímica )galv"nica o electrolítica* son v"lidas las siguientes de#iniciones generalesI El "nodo es el electrodo en el cual, o a trav%s del cual, la corriente positiva pasa hacia el electrolito. El c"todo es el electrodo en el cual entra la corriente positiva proveniente del electrolito. 4eneralmente, se toman como v"lidas las siguientes reglasI a.G (a reacción anódica es una oidación y la reacción catódica una reducción. .G (os aniones )iones negativos* migran hacia el "nodo y los cationes )iones positivos* hacia el c"todo . Bay que hacer notar que particularmente en una celda galv"nica, llamada tami%n pila seca, la corriente positiva #luye del polo positivo hacia el negativo en el circuito eterno, mientras que dentro de la celda, la corriente positiva #luye del polo negativo hacia el positivo.
Descripción del Proceso de Corrosión -alv3nico o Electro9uí4ico . En t%rminos generales se puede se+alar que (a corrosión ocurre con la #ormación de iones y lieración de electrones en una super#icie anódica, donde se lleva a cao la oidación y deterioro del material, en la super#icie catódica dee haer captación de los electrones generados en el "nodo. En la #igura /5 se muestra un proceso de corrosión electroquímica. En la #igura /5 se oserva, que, el "nodo es representado por una l"mina de Bierro, el cual esta introducido de una solución de iones @errosos ( Fe 2 ) de concentración 5 molal )5m*, mientras que el c"todo esta #ormado por un electrodo de gas de hidrógeno a la presión de 5 atm Este electrodo esta dentro de una solución 5 molal de ( H ) El contacto met"lico est" representado por un Figura )$ Descripción del proceso de Corrosión Electro9uí4ico +
+
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cale que va del "nodo al c"todo y como electrolito una solución de "cido clorhídrico )B&l* en agua lire de oígeno. (as l"minas poseen potenciales de oidación di#erentes, lo que produce un #lu$o de electrones desde el "nodo hacia el c"todo por e#ecto del proceso de oidación. En el "nodo se producen dos electrones por cada ión de Bierro en #orma met"lica que se desprende a la solución0 al mismo tiempo, el c"todo consume estos electrones para producir una uru$a de gas de hidrógeno, la cual se liera en #orma de gas a la atmós#era o se adhiere a la super#icie catódica (as reacciones anódica y catódica ocurren al mismo tiempo y a velocidades equivalentes, pero la corrosión ocurre solamente en las "reas que sirven de "nodos
Corrosión -alv3nica; Para que eista corrosión galv"nica es necesaria, tanto la presencia de una 'ona anódica y catódica, adem"s de un electrolito. -dem"s de una uena unión el%ctrica entre "nodos y c"todos, para que este tipo de corrosión pueda tener lugar. (a corrosión m"s #recuente siempre es de naturale'a electroquímica y resulta de la #ormación sore la super#icie met"lica de multitud de 'onas anódicas y catódicas0 el electrolito es, en caso de no estar sumergido o enterrado el metal, el agua condensada de la atmós#era, para lo que la humedad relativa deer" ser del 123. El proceso de disolución de un metal en un "cido es igualmente un proceso electroquímico. (a in#inidad de uru$as que aparecen sore la super#icie met"lica revela la eistencia de in#initos c"todos, mientras que en los "nodos se va disolviendo el metal. simple vista es imposile distinguir entre una 'ona anódica y una catódica, dada la naturale'a microscópica de las mismas. -l camiar continuamente de posición las 'onas anódicas y catódicas, llega un momento en que el metal se disuelve totalmente. i se asume, que este es un caso especí#ico de corrosión en una tuería que transporta #luidos petroleros. Para dar una eplicación m"s precisa de la corrosión electroquímica, hay que recurrir al concepto de &eldas 4alv"nica o &eldas de &orrosión, mostrada en la #igura /2
81
(a #igura /2 representa una pila de corrosión, la cual est" caracteri'ada por tener los componentes "sicos para que un proceso de corrosión ocurra, que sonI dos #ases el%ctricamente conductoras. En este caso el Bierro y &ore met"lico, un medio acuoso en donde eistan iones conductores de la corriente el%ctrica, que en este caso corresponde a una solución de &loruro de odio )Na&l* y, para cerrar el circuito, un conductor el%ctrico que una a las dos #ases conductoras. (a corrosión ocurre, porque hay una reacción electroquímica, y por ende har" #lu$o de electrones y trans#ormaciones químicas que se llevan a cao simult"neamente en 'onas catódicas y anódicas. (o que ocurre en la #igura /2 es que cuando dos metales di#erentes, que tienen, por lo tanto reactividades di#erentes, son sumergidos en una misma solución conductora, que se denomina electrolito, y son conectados el%ctricamente entre sí, se tendr" un #lu$o de electrones del metal m"s activo o anódico hacia el metal m"s nole o catódico, de$ando al material anódico con una de#iciencia de electrones. Esto trae como consecuencia que el metal m"s activo o "nodo se disuelva, es decir, se corroa, en el proceso de corrosión a trav%s de la reacción de oidación o reacción anódica, que en este caso especí#ico es el elemento Bierro, donde se producen iones @errosos ( Fe 2 ) ,para lo cual ocurre la siguiente reacciónI +
Fe ⇒ Fe
+2
)85*
+ 2e
(a reacción )85* indica que el Bierro cede electrones al circuito el%ctrico eterno, proceso que se sustenta en la di#erencia de potencial creado por amos el )@e* y )&u*, desde luego esto ocurre porque cada metal tiene una estructura atómica di#erente y, como consecuencia de ello, una reactividad el%ctrica local a trav%s de la inter#ase entre el metal y el medio que lo rodea. -l entrar en contacto el Bierro y el &ore se crea una di#erencia de potencial el%ctrico entre los dos metales, que hace que se mueva un #lu$o de electrones entre ellos. (as partículas met"licas sore la super#icie del electrodo de Bierro, que al inicio de la reacción son neutras ( Fe 0 ) ceden electrones y se convierten en "tomos cargados positivamente, denominados iones @errosos )@e /* los cuales al interaccionar con las mol%culas de agua pasan a la solución como especies solules hidratadas. :eacciones químicas posteriores har"n que estos iones )@e /* se trans#ormen, posilemente en un óido de Bierro de color ro$i'o, como producto de la corrosión, que de seguro viene a ser la BerrumreI (os electrones cedidos por los "tomos de Bierro que pasan la disolución via$an a lo largo del circuito conductor eterno hacia el c"todo, acción que ocurre deido a la di#erencia de potencial creada. En el c"todo los electrones se cominan con otras especies en solución con el #in de alancear la reacción química de corrosión, en donde desde luego tiene que ocurrir una reacción de reducción. El oígeno ( 0 2 ) del aire disuelto en la solución es una de las especies que tienen a#inidad por los electrones y que en cominación con el agua se trans#orma en un anión denominado Ohidrilo ( 0 H ) , para lo cual ocurre la siguiente reacciónI −
82
02
+ 2 H 20 + 4e ⇒ 0H −
)8/*
&ominado la reacción de oidación del hierro, con la reducción del oígeno se produce la siguiente reacciónI Fe
+2
+ 20 H − ⇒ Fe(0 H ) 2
)88*
- la actividad electroquímica de esta naturale'a se le conoce como acción galv"nica, ase de cualquier reacción de corrosión. (a acción galv"nica constituye tami%n el principio de las llamadas pilas secas, lo importante de este proceso es la pila se activa, porque la propia reacción química, produce una #uente de energía, que hace que la reacción ocurra. i se hace re#erencia a un e$emplo de corrosión muy común, como lo el deterioro del acero en la atmós#era, #enómeno común en la industria petrolera. El -cero es una aleación de Bierro )@e* y carono)&* )contenido m"imo de /3 en peso* que presenta di#erentes #ases, producto de la historia metalúrgica del acero, tal como el m%todo usado en su #aricación, la concentración de carono, la presencia de aleaciones, la re#inación del acero y su tratamiento t%rmico, el cual es necesario para imprimirle ciertas propiedades mec"nicas. nivel microscópico, una sección de la pie'a de acero indica que contiene principalmente dos #ases. Una #ase rica en Bierro que, se denomina @errita y otra #ase conteniendo &aruros de Bierro en una matri' de @errita. - esta última #ase se le denomina Perlita. Puesto que son dos #ases di#erentes y amas son conductoras, es #"cil estalecer un par galv"nico con la presencia de un electrolito.
Funciona4iento de una Celda de Corrosión; En la #igura /2 se puede notar que la misma esta con#ormada por un Electrodo de Bierro met"lico )@e*, que en este caso es un alamre de Bierro. El clavo esta introducido en una solución de iones de Bierro, de concentración 5 molal )moles de solutos FRg de solvente*. Este electrodo con#orma una emicelda. El otro electrodo esta con#orma con &ore met"lico )&u*, con#ormado por un alamre de &ore. Este electrodo esta introducido en una solución alcalina 5 molal., dando lugar a la otra semicelda, con#ormando con ello una &elda de 4alv"nica, Pila 4alv"nica o &elda de &oncentración -mos electrodos estas unidos a un instrumento que permita determinar la corriente de la reacción, mientras que cada semicelda se unen a >rav%s de un Puente alino, en este caso con#ormada por una solución saturada de &loruro de -monio. En este, caso se cumple que cuando dos metales di#erentes, que tienen, por lo tanto reactividades di#erentes, son sumergidos en una misma solución conductora, la cual se denomina electrolito, y son conectados el%ctricamente entre sí, tendremos un #lu$o de electrones del metal m"s activo o anódico hacia el metal m"s nole o catódico, de$ando al material anódico con una de#iciencia de electrones. (a consecuencia de esto es que el metal m"s activo o "nodo se disuelva, es decir, se corroa, lo que indica que participa en la reacción de oidación y aumenta su estado de oidación. i se anali'a, lo que ocurre en la #igura /2, que representa una &elda de &orrosión, la cual est" caracteri'ada por tener los componentes "sicos para 83
que un proceso de corrosión ocurra, que sonI dos #ases el%ctricamente conductoras. En este caso el Bierro )@e* y el &ore )&u*, un medio acuoso en donde eistan iones conductores de la corriente el%ctrica y, para cerrar el circuito, un conductor el%ctrico que una a las dos #ases conductoras )los clavos de @e y &u*. Es ien saido que si uno de estos componentes #alla, la corrosión no tendr" lugar. (a corrosión ocurre en lo #undamental como se ha descrito anteriormenteI una reacción electroquímica )porque hay #lu$o de electrones y tami%n trans#ormaciones químicas* que se lleva a cao simult"neamente en 'onas catódicas y anódicas. -hora que es lo que realmente ocurre en la #igura /2, lo sucede a nivel atómico durante un proceso de corrosión. En la 'ona -nódica, que es la 'ona en donde el hierro s% esta destruyendo gradualmente la reacción que aquí ocurre es los iones de Bierro en solución est"n aumentado, es decir que el clavo o alamre de Bierro s% esta disolviendo en su solución, luego la reacción esI Fe ⇒ Fe
+2
)89*
+ 2e
En vista que la reacción )89* es una reacción de oidación, que ocurre en el "nodo de la pila de corrosión, se deduce entonces que el Biero met"lico se oida, lo que indica que aumenta su estado de oidación, y por lo tanto se corroe. -hora si hay una reacción anódica, necesariamente dee de haer una reacción catódica, que en este caso es el alamre o clavo de &ore, en donde la reacción esI Cu
+2
)8;*
+ 2e ⇒ Cu
(a reacción )8;*, es entonces una catódica o de reducción, lo que signi#ica que los iones de core deen de disminuir en la solución. (uego, haría que preguntar como se puede estar seguro que estas son las reacciones, que realmente ocurren, y que de verdad es el Bierro el elemento corroído y no el core, para responder estas preguntas haría que dar una serie de eplicaciones. (o primero sería que para que el proceso ocurra dee de haer una Unidad de Diferencia de Potencial. Para. El caso de la corrosión, esta unidad di#erencial de potencial, sería el potencial de corrosión, o potencial total de la celda, par"metro de mucha importancia, para de#inir el proceso de corrosión. Esta unidad se cuanti#ica en ?oltios. &uando una corriente el%ctrica #luye a trav%s de un alamre conductor, se dice que lo hace porque eiste una di#erencia de potencial entre los dos etremos del alamre. (a di#erencia de potencial entre dos puntos se de#ine como el traa$o e#ectuado )que se mi de en ]oules*, cuando un &ulomio de electricidad se mueve de un punto al otro. - la unidad con que se mide la di#erencia de potencial se le llama voltio y se de#ine como sigueI dos puntos tienen una di#erencia de potencial de 5 voltio cuando se reali'a un traa$o de 5 ]oule por cada &ulomio de electricidad que transita de un punto al otro0 por lo tanto, y se representa a trav%s de la siguiente ecuación matem"ticaI $oule oltio = )8=* Coulom#io
84
(o indica, en la celda de corrosión o galv"nica, tiene un signi#icado. Un par galv"nico, como el que est" presente )@eG&u, es capa' de generar una cierta energía, que permite que el proceso de corrosión se lleve a cao sin prolema En la #igura )/2* el electrolito lo constituir" la humedad que eiste en la atmós#era, la cual #orma películas muy #inas y casi imperceptiles sore la super#icie met"lica. Esta película de agua acumular" y concentrar" ciertos elementos e impure'as que est"n presentes en el aire, tales como el Oígeno ( 0 2 ) , !ióido de &arono ( C 0 2 ) , -nhídrido ul#uroso ( S 0 2 ) , cloruros ( Cl ) , etc., dando como resultado una solución muy conductora y especí#icamente agresiva. En climas secos, con menos del ;23 de humedad relativa, la oidación del hierro es casi despreciale. -sí pues, la pila de corrosión queda constituida, la coneión el%ctrica es la misma pie'a met"lica y el electrolito #ormado sore la estructura a+a a amas #ases. −
(a @errita es siempre m"s anódica que la #ase Perlítica (a corrosión se produce a nivel de microceldas0 millones de ellas est"n distriuidas a lo largo y a lo ancho de la pie'a de acero. El mecanismo heterog%neo de la corrosión tiende a #i$ar las reacciones anódicas y catódicas en sitios de#inidos de la super#icie met"lica. >odo, esto podría hacer pensar que asta la presencia de heterogeneidades, aún dentro de una sola #ase met"lica, para que la corrosión se presente, eistiendo, claro est", la presencia de un electrolito.
Celda Electro9uí4icaI En t%rminos es una cominación de lo siguienteI &onductor Electrónico )metal*
⇒
&onductor 6ónico )electrolito*
⇒
&onductor Electrónico Metal
)81*
En la celda electroquímica pueden tener lugar procesos electroquímicos con el paso de una corriente el%ctrica. i la celda electroquímica produce energía el%ctrica, causada por el consumo de energía química, se dice que se tiene una celda galv"nica o pila. i, en camio, la celda electroquímica consume corriente de una #uente de corriente eterna, almacenando como consecuencia energía química, se dice que se tiene una celda electrolítica.
Conversión de la Energía de una /eacción uí4ica en Energía El=ctrica; e ha estado halando de energías el%ctricas disipadas que provienen de una trans#ormación de las energías originadas en una reacción química, ahora hay que anali'ar como se puede correlacionar la energía química de una reacción con la energía el%ctrica, en #orma de di#erencia de potencial el%ctrico presente en una reacción electroquímica como la es la de corrosión. &uando una reacción química sucede espont"neamente, liera energía. Este tipo de energía puede ser empleada parcialmente para e#ectuar algún tipo de traa$o. Esta #orma de traa$o la termodin"micos denominan Energía (ire de una reacción, que no es otra cosa que la Energía (ire de 4is ( ∆G ) . (a relación entre esta #orma de energía el >raa$o M"imo, se representa a trav%s de la siguiente #órmula. − ∆G =
85
& m%x
)8A*
-l anali'ar la ecuación )8A*, se puede in#erir, que cuando el camio de Energía (ire sea negativo, entonces el proceso ocurrir" en #orma espont"nea, y desde luego el proceso de corrosión se llevar" a cao. (o que indica que la reacción anódica, es decir donde el Bierro se disolvía es termodin"micamente #actile, ya que ha ocurrido un camio en la energía lire asociada con esta reacción. Pero tami%n ha ocurrido algo m"s, esto es, el transporte de dos cargas el%ctricas deido a la di#erencia de potencial eistente entre las dos #ases di#erentes que constituyen el sistema de corrosión - esta di#erencia de potencial se le llama potencial de celda, pero se supone que esta di#erencia de potencial es igual a la di#erencia de los potenciales termodin"micos en equilirio de amas #ases. ?olviendo al transporte de las cargas, es ovio que tuvo que eistir un traa$o para transportarlas de una #ase a otra. - este traa$o se le llama traa$o el%ctrico y se le de#ine como la carga total transportada por mol%cula multiplicada por la di#erencia de potencial eistente entre las dos #ases, lo que matem"ticamente se escrie asíI & el'ctrico
=
nF ∆ !
)8C*
En dondeI)n* es el número de electrones involucrados en la reacción de corrosión0 )@* es la constante de @araday, la cual es igual a C=;22 )]Fmol e*, y ( ∆ ! ) es la suma de los potenciales est"ndar de la celda -quí, el número de electrones transportados )n*, es a#ectado por )@*, una constante de trans#ormación electroquímica llamada @araday y usada para homogenei'ar unidades. &omo no se otiene otro tipo de traa$o de una reacción de corrosión, resulta ser que la cantidad m"ima de traa$o útil que se puede otener de una reacción química se ha trans#ormado en energía el%ctrica, al transportar las cargas entre las dos #ases, es decirI
∆G = − nF ∆ ! (40)
El camio de energía lire de una reacción química es directamente proporcional al potencial de celda generado. Este concepto es muy importante en el tratamiento de pilas secas o húmedas y en #uentes de energía alterna como lo son las celdas de comustile. Para de#inir si un proceso de corrosión electroquímico ocurre en #orma espont"nea o no, se dee de recurrir a la ecuación )92*, ecuación que indica si el proceso se reali'ar" en #orma espont"neo o no
Electrolisis 8 2e8es de Farada8; Sa antes en este traa$o se hi'o re#erencia a la Electroquímica, que es una rama de la química, que estudia las reacciones químicas producidas por la acción de la corriente el%ctrica, llamada Electrolisis. >ami%n se hi'o re#erencia a la producción de una corriente el%ctrica mediante reacciones químicas, denominada Pilas 4alv"nicas o ?oltaicas. Por lo que se puede concluir que la Electrolisis es la ciencia que estudia las reacciones químicas que producen e#ectos el%ctricos y de los procesos químicos causados por la acción de la corriente o volta$es. (as reacciones químicas que 86
intervienen en estos procesos son de tipo redo, o simplemente reacciones de OidoG :educción. (a electrolisis se puede de#inir tami%n, como la parte de la química que trata de la relación entre la corriente el%ctrica y las reacciones químicas, y de la conversión de la energía química en el%ctrica y viceversa. En un sentido m"s amplio la Electrolisis es el estudio de las reacciones químicas que producen e#ectos el%ctricos y de los procesos químicos causados por la acción de las corrientes el%ctricas o volta$es. (a mayoría de los compuestos inorg"nicos y algunos de los org"nicos se ioni'an al #undirse o cuando se disuelven en agua u otros líquidos0 es decir, sus mol%culas se disocian en componentes cargados positiva y negativamente que tienen la propiedad de conducir la corriente el%ctrica. i se coloca un par de electrodos en una disolución de un electrolito )o compuesto ioni'ale* y se conecta una #uente de corriente continua entre ellos, los iones positivos de la disolución se mueven hacia el electrodo negativo y los iones negativos hacia el positivo. -l llegar a los electrodos, los iones pueden ganar o perder electrones y trans#ormarse en "tomos neutros o mol%culas0 la naturale'a de las reacciones del electrodo depende de la di#erencia de potencial o volta$e aplicado a la reacción (a acción de una corriente sore un electrolito puede ser #"cilmente eplicada a trav%s del ul#ato de &ore ( CuS 0 4 ) . i esta sal se disuelve en agua, tendr" una disociación de &ationes con#ormados por los iones de core ( Cu 2 ) y aniones de ul#atos, con#ormado por los iones de ( S 0 −42 ) . -l aplicar una di#erencia de potencial a los electrodos, los cationes de core se mueven hacía el electrodo negativo, allí se descargan, y se depositan en el electrodo como &ore met"lico. (os aniones sul#atos, al descargarse en el electrodo positivo, son inestale y se pueden cominar con el agua de la disolución y #ormando cido ul#úrico ( H 2 S 0 4 ) y Oígeno ( 0 2 ) . (a descomposición del catión, como del anión se denomina Electrolisis. En todo caso amos casos. Es decir, la cantidad de material que se deposita en cada electrodo al pasar la corriente por un electrolito sigue las (eyes de @araday +
2e8es de Farada8I Este cientí#ico reali'o estudios entre los a+os 5A22 y 5A82, y dedu$o dos leyes que relacionan en #orma cuantitativa la relación entre la cantidad de electricidad que pasa por una soluciónI Pri4era 2e8I Esta ley se+ala que la masa de una sustancia involucrada en la reacción de cualquier electrodo es directamente proporcional a sus equivalentes en gramos 0egunda 2e8I Esta se+ala que las masas de las di#erentes sustancias producidas por el paso de la misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus equivalentes en gramos. EBplicación de las 2e8es de Farada8; (a corriente el%ctrica se mide en amperes )-*. (- cantidad de carga el%ctrica se mide en couloms )&*0 el
87
couloms se de#ine como la cantidad de electricidad transmitida en un segundo )s* mediante una corriente de un ampere. Por consiguienteI 5 - ^ 5 &Fs. y 5 & ^ 5 - s (a corriente el%ctrica se hace pasar a trav%s del circuito mediante una di#erencia de potencial el%ctrico, el cual se mide en voltio )?*. e necesita un $oule de traa$o para mover un coulom desde un potencial mas a$o a uno mas alto cuando la di#erencia de potencial es de un voltio. Un voltio, por consiguiente, es igual a un $oule coulom y un volt coulom es una unidad de energía e igual a un $oule. 5 ? ^ 5 ]F&
)95*
5?.&^5]
)9/*
Mientras mayor sea la di#erencia de potencial entre dos puntos en un alamre dado, mayor ser" la corriente que transporte el alamre entre estos dos puntos. Estudios sistem"ticos del #enómeno de la electrólisis llevaron a @araday a descurir la eistencia de una relación de proporcionalidad directa entre la cantidad de sustancia que se separa o se deposita en los electrodos y el producto de la intensidad de corriente que pasa por la disolución por el tiempo que dura dicha corriente. -dem"s estaleció que la cantidad de electricidad )carga el%ctrica* necesaria para depositar una masa del ión considerado igual al cociente entre su mol y su carga neta es la misma para todas las sustancias e igual al @araday. -mas conclusiones se conocen como (eyes de @araday
0iste4as Electro9uí4icos; (a importancia de estos sistemas, en los procesos de &orrosión, es que cuando un sistema contiene especies cargadas, y al menos una de ellas no puede penetrar en todas las #ases del sistema, algunas de las #ases pueden cargarse el%ctricamente. (a sustentación de esta a#irmación se demostró, cuando se estudio la Pila de &orrosión, aunque otro e$emplo de ellos es la Pila de !aniels, que se estudia en los &ursos de ecundaria. Para ellos se tiene .un tro'o de &inc )Hn* met"lico sumergido en una disolución acuosa 5 molal de ul#ato de &inc )HnO 9*, si el sistema se mantiene a una presión y temperatura constantes. >anto la disolución de core como la del &inc contienen iones de &ore ( Cu 2 ) y iones de &inc )Hn /*, que pueden intercamiarse entre las #ases. El metal adem"s tiene electrones y no pueden pasar a la disolución, si suponemos que la disolución de )HnO 9* es muy diluida. +
En este caso, la velocidad inicial con la que los iones Hn / del metal entran en la disolución es mayor que la velocidad con que los iones )Hn /* entran en el metal desde la disolución. Esta p%rdida neta de )Hn /* del metal produce una carga negativa )eceso de electrones* en el Hn. (a carga negativa disminuye la velocidad del proceso )Hn /* )metal* Hn/ )disolución* y aumenta la velocidad de )Hn/* )disolución* Hn / )metal*. @inalmente se alcan'a un equilirio en el que las velocidades de estos procesos opuestos se igualan y la energía de 4is ∆ 4 del sistema alcan'a un mínimo. En el equilirio, el Hn tiene una carga neta entre el Hn y la disolución negativa, y eiste una di#erencia de potencia 88
En t%rminos generales se puede de#inir un sistema electroquímico como un sistema heterog%neo en el que hay una di#erencia de potencial el%ctrico entre dos o m"s #ases. Esta di#erencia de potencial el%ctrico se da como resultado de la trans#erencia de cargas entre las #ases y una distriución no uni#orme de iones, orientación de las mol%culas con materiales dipólares y distorsiones de las distriuciones de carga de las mol%culas próimas a la inter#ase. Es importante mencionar que la di#erencia de potencial de dos #ases en contacto no puede medirse #"cilmente., ya que solo pueden medirse di#erencias de potencial entre dos #ases que tienen la misma composición química, es por ello que para determinar el potencial de una celda se utili'an los electrodos de re#erencia, lo que permite determinar el potencial de una celda.
er4odin34ica de los Procesos Electro9uí4icos Estos. Procesos se pueden estudiar a trav%s de la termodin"mica, para ello se tratara al sistema electroquímico, como si estuviese compuesto por #ases que sean conductores el%ctricos. Este tratamiento sólo se aplicar" a sistemas en los que eista a lo sumo un #lu$o in#initesimal de corriente )puesto que la termodin"mica cl"sica no es aplicale a procesos irreversiles*.En un sistema electroquímico, las #ases generalmente tienen cargas netas di#erentes de cero, y entre las #ases eisten di#erencias de potencial el%ctrico. Estas di#erencias son mínimas. e sae que las cargas netas de las #ases de sistemas electroquímicos se deen a trans#erencia de cantidades de materia demasiado peque+as como para ser detectadas químicamente. &uando las #ases de un sistema electroquímico se ponen $untas para #ormar el sistema se producen cantidades peque+as de trans#erencia de carga en la inter#ase, y son la causa de las di#erencias de potencial en la inter#ase. Co4pro7ar 9ue el Proceso de Corrosión es Electro9uí4ico? ya se ha mencionado que los materiales, y en especial los metales, son otenidos a partir de especies minerales estales en las condiciones naturales. Por tanto, al ser epuestos a las condiciones amientales, una ve' etraídos, tienden a estaili'arse química y energ%ticamente. El paso espont"neo de estos materiales a su estado natural cominado, se lleva a cao a trav%s del proceso de corrosión, proceso que se convierte en el principal responsale directo de la destrucción de materiales constructivos, de los da+os indirectos, que provoca y de los inconvenientes que suponen su sustitución, representando así un verdadero prolema económico, que según ci#ras o#iciales, alcan'a unos cientos de miles de millones de pesetas al a+o. (a corrosión, por tanto, es un proceso a veces inevitale, cuya prevención es di#ícil, pero lo importantes es que es posile y practicale un control y una protección contra el mismo. Potencial de OBido< /educción. e mencionado que las reacciones electroquímicas de corrosión producen potenciales )volta$es* mediles y predeciles, este potencial se simoli'a como ( ! ( ) 0 como es saido, las concentraciones relativas de las especies oidantes y reductoras puede ser medida al determinar el potencial. (a medición se puede reali'ar insertando en la solución un electrodo conductor no reactivo y un electrodo de re#erencia0 la #uer'a electromotri' estalecida entre estos dos electrodos es una #unción del potencial de óido reducción ( ! redox ) , ya que se re#iere a los procesos de 89
reducción y oidación que tienen que ocurrir en el proceso electroquímica, y por ende dar paso al proceso de corrosión. Esta medición es la di#erencia de los volta$es estalecidos en cada electrodo. Esto indica que es necesario determinar tanto los potenciales que ocurren en el proceso de oidación y reducción. (o que indica que se necesita conocer el valor real del potencial de reducción y oidación, para ello se necesita estalecer un potencia est"ndar, del cual se cono'co tanto su potencial de reducción, como su potencia. de oidación. Para ello se utili'a el Potencial Est"ndar del Bidrógeno 4aseoso, la medición arro$aría, precisamente, el potencial de óido reducción real de la solución. &omo el uso de electrodos de hidrógeno gaseoso es di#icultoso y caro, se utili'an electrodos de re#erencia sólidos y astar" corregir el potencial medido mediante el potencial de la re#erencia. (a pr"ctica común es utili'ar electrodos de re#erencia de plataFcloruro de plata o de calomel. Este tipo de electrodo tiene una gran aplicación en el campo de la química analítica, por lo tanto se utili'ación esta ampliamente demostrada
a.< Potencial Est3ndar de idrógenoI Este potencial se #undamenta en la (lamada erie de >ensiones, que se re#iere a la uicación de los elementos químicos en relación al elemento hidrógeno, desde luego har"n elementos químicos que se uiquen a la i'quierda del hidrógeno, mientras que otros lo har"n a la derecha. i se estalece una pila galv"nica, entre un elemento y el hidrógeno. Es decir colocar un electrodo met"lico del elemento introducido en una solución 5molal del elemento, mientras que en la otra semicelda se coloque un electrodo de platino, que contiene gas de hidrógeno a la presión de 5 atm. El electrodo esta introducido en una solución 5 molal de hidrogeniones. e unen las semiceldas a trav%s de un puente salino con#ormado por una solución saturada de &loruro de -monio ( NH 4 Cl ) -l conectar el sistema al un voltímetro o potenciómetro, dee de ocurrir algunas de las siguientes reaccionesI 2 H + + 2e ⇒ H 2 ) +
H 2 ⇒ 2 H + 2e )
reacción de reducción*
)9/*
reacción de disociación*
)98*
(as reacciones )9/ y 98* deen de dar origen a las reacciones siguientesI Me
+n
+ ne ⇒ Me
)99*
+n
)9;*
Me ⇒ Me
+ ne
En amos casos )Me* representa a un metal, desde luego cualquiera sean las reacciones que ocurren dan origen a di#erencia de potencia, lo que indicas que las reacciones )9/0 980 99 y 9;* dan origen a la erie Electromotri' de los Potenciales Est"ndares de Electrodos. Este potencial da una ase m"s cuantitativa a los potenciales est"ndares, lo constituye el dise+o de una escala en donde los diversos metales se colocan en soluciones que contenían sus mismas sales. (as condiciones de medida son muy rígidas, especi#icando
90
precisamente valores id%nticos de temperatura, de presión y de concentración de los electrolitos. -l con$unto de estas condiciones se les conoce como condiciones est"ndares. En la pr"ctica cada metal se oserva en equilirio en una solución de sus propios iones en solución, a una temperatura est"ndar de /; & y a una presión atmos#%rica est"ndar de 5 atmós#era. - manera de eplicar, porque es necesario utili'ar el electrodo de hidrógeno para determinar el potencial de oidoG reducción, ya que de no hacerlo podría ocurrir lo siguienteI &uando un metal )M 5*, se coloca en contacto con sus sales en disolución )M 5n* y es medido en condiciones est"ndares contra otro metal di#erente )M/* haciendo de igual manera contacto con sus sales )M /n*, la lectura de la di#erencia de potencial resultante entre los dos sistemas ser" irrelevante si es que se desconocen los valores asolutos de cada una de las intercaras metalFsolución. !e hecho, es posile conocer el valor asoluto del potencial de cualquier inter#ase metalFsolución, ya que en el mero intento de e#ectuar una medición con cualquier instrumento, siempre se tendr" que emplear una segunda terminar para cerrar el circuito de medida, introduciendo así una segunda inter#ase, cuyo potencial asoluto tami%n se desconoce. Pero, se dee de estar conscientes, pues, de que nunca se podr" saer el potencial verdadero o asoluto de un metal sumergido en una solución de sus propias sales, por e$emplo, El &ore en contacto con una solución saturada de ul#ato de &ore. -nte esta situación, se pensó en seleccionar aritrariamente alguna inter#ase como patrón de re#erencia contra la cual se pudieran medir relativamente todos los dem"s potenciales de electrodo (as reacciones )9/ y 98* se les ad$udico un potencial con valor de 2,222 voltios. (uego se puede determinar el potencial de cualquier elemento, en su propia solución comin"ndolo con el electrodo de hidrógeno (os procesos que tienen lugar en la inter#ase metalGsolución de cualquier metal en contacto con un electrolito )medio agresivo*, no se pueden medir de una manera asoluta )tiene que ser tan sólo relativa*. El metal en contacto con el electrolito tiene, por un lado, tendencia a disolverse, dando origen a la reacción )99*, como tami%n puede que los iones del electrolito se depositen sore el metal, para ello dee de ocurrir )9;*. e ha creado, pues, una di#erencia de potencial entre el metal y el electrolito, potencial que se puede determinar, tomando como re#erencia el electrodo de hidrógeno, al cual en #orma aritraria se le asigno un valor de )o ?oltios*, desde luego, el potencial de un metal cualquiera sumergido en una solución de sus iones de actividad igual a la unidad, corresponde a la #uer'a electromotri' de una pila, en la cual el semielemento metalFsolución de sus iones actúa como polo positivo, o sea de c"todo, y el electrodo de)B /* como polo negativo, o "nodo, según la convención propuesta por la Unión 6nternacional de Duímica Pura y -plicada )6UP-&*, universalmente aceptada. (o anterior se puede representar de una manera esquem"tica comoI
91
En donde una arra indica la presencia de una inter#ase y la dole arra signi#ica la presencia de una unión electrolítica o puente salino entre amos semielementos de la pila. En la convención propuesta, el polo negativo o "nodo se coloca en el lado i'quierdo de la pila, en la #orma en que tiene lugar la reacción de oidaciónI +
H 2 ⇔ 2 H + 2e
)9=*
(os electrones generados en esta reacción pasar"n al otro electrodo, positivo o c"todo, a trav%s de un conductor met"lico eterno, de core por e$emplo, donde los iones ( Me n ) ser"n reducidos. (a reacción gloal del proceso ser" la siguienteI n+ + H 2 + Me ⇒ 2 H + Me )91* +
El potencial de la pila propuesta se puede determinar a partir de ∆ ! ( )ila) = ∆ ! (c%todo ) − ∆ (%nodo)
)9A* 0)
)9C* ( ∆ ! ( )ila ) ) < 0
El primer caso supone, dado que el electrodo de Bidrógeno ( H 2 ) por convenio, se toma con un potencial de cero ( ∆ ! = 0) voltios, que necesariamente el semielemento que actúa como polo positivo dee de tener un potencial de reducción positivo, lo cual en t%rminos energ%ticos equivale a decir que la reacción Me
n+
);2*
+ ne ⇒ Me
Est" despla'ada hacia la derecha. Un voltímetro que uniera los dos semielementos que constituyen la pila deería conectarse de tal manera que el polo negativo )G* se uniera al electrodo de hidrógeno y el polo positivo )* al del metal. Es decir, el polo )*, de mayor potencial siempre )c"todo*, se une a ese mismo polo del voltímetro y el polo )G*, de menor potencial )"nodo*, se une al negativo del voltímetro. En estas condiciones, la di#erencia de potencial medida, correspondiente a la pila #ormada, sería num%ricamente igual al potencial de reducción del semielemento derecho de la pila, )Me nFMe:. i se construyen pilas de estas características, se podrían determinar los potenciales de reducción de todos aquellos semielementos cuyo potencial es positivo o mayor que 2 )el del hidrógeno*. En el segundo caso, al ser el potencial de la pila menor que cero )negativo*, esto implica necesariamente que el #lu$o de electrones ir" en sentido contrario, es decir, que la producción de electrones se deer" a la oidación )disolución* del metal del semielemento de la derechaI 92
Me ⇒ Me
n+
);5*
+ ne
(o cual implica que la reacción est" despla'ada hacia la derecha, #avorecida energ%ticamente. Es tos electrones suministrados ser"n tomados por el otro semielemento, y tendr" lugar la siguiente reacción. +
2 H + ne ⇒ H 2
);/*
(a reacción gloal seríaI +
Me + 2 H ⇔ Me
n+
+ H 2
);8*
>odos aquellos semielementos que unidos a un electrodo normal de hidrógeno den un potencial de pila negativo, con la convención propuesta, tendr"n un potencial de reducción m"s negativo que el del hidrógeno, o sea menor que 2. (as di#icultades operativas que se presentan en el mane$o de un electrodo de hidrógeno, demasiado #r"gil para la mayoría de las aplicaciones pr"cticas, han dado lugar a la utili'ación de otros electrodos de re#erencia que lógicamente deen de reunir determinadas condiciones. -parte de ser mane$ales y de construcción sencilla, la condición #undamental es que el potencial de equilirio de la reacción de óidoGreducción )redo* que tenga lugar en ellos, permane'ca constante respecto al electrodo de hidrógeno. En estas condiciones, en cualquier momento se podría re#erir un potencial al del electrodo de hidrógeno o viceversa.
signación de valores a los potenciales de los ele4entos I (a asignación de los potenciales utili'ando El Electrodo Est"ndar o Normal de Bidrógeno )EEB*. (o que indica que con este electrodo se pueden asignar los potenciales a cualquier elemento. Por e$emplo si se #orma una pila galv"nica con un electro de core sumergido en una solución )5m* de iones de core, y la otra por un electrodo de hidrógeno. (a @uer'a Electromotri' )@EM* de esta pila indicar" un potencial de 2,89 ?oltios, desde luego este es el potencial de la pila, ya que la misma esta #uncionando en condiciones est"ndar, tami%n se compruea que el electrodo de core actúa como c"todo, mientras que el )EEB* actúa como "nodo, es decir que allí ocurren las siguientes reaccionesI :eacción &atódicaI
Cu
+2
);9*
+ 2e ⇒ Cu
:eacción -nódicaI H 2 ⇒ 2 H + + 2e :eacción 4loal
Cu
+2
);;*
+ H 2 ⇒ 2 H + + Cu
);=*
(uego ∆ ! (est%ndar ) = 0,34oltios , es claro que el potencial de la pila es relativo. En este caso el electrodo de hidrógeno actúa como "nodo, ya que el core se encuentra a la derecha del hidrógeno en la escala de tensiones. El EEB tami%n puede actual como c"todo, como por e$emplo si en lugar del core se colocar" al &inc, en las mismas condiciones. En este caso la pila
93
indicaría que el potencial tiene un valor de 2,1= ?oltios. En este caso las reacciones seríanI :eacción -nódicaI Zn ⇒ Zn +2 + 2e );1* :eacción &atódicaI 2 H + + 2e ⇒ H 2
);A*
:eacción 4loal I Zn + 2 H + ⇒ Zn +2 + H 2
);C*
El potencial de esta pila sería 2,1= ?oltios. En general, se puede se+alar, que si el potencial de un electrodo es positivo actuar" como c"todo al conectarlo al EEB, produci%ndose en %l la reducción. Por el contrario, si es negativo actuara como "nodo y en el se dar" la oidación. Por lo tanto, el valor del potencial de un electrodo es una medida de la tendencia en que en el se produ'ca una reducción o oidación, lo que indica la posiilidad que se produ'ca una reacción de corrosión.
Fuer6a Electro4otri6 de los Ele4entos uí4icos I (a #uer'a electromotri' de una celda se mide en voltios y se de#ine como la suma de las di#erencias de potencial que puede producir a trav%s de todos los componentes de un circuito al cual est" conectado, incluyendo la di#erencia de potencial requerida para impulsar la corriente a trav%s de la misma celda. Esta di#erencia de potencias se simoli'a como ( ∆ ! H 0 ) . En este caso el Bidrógeno es el electrodo de tiene un valor de 2 ?oltio. (a )@EM* de una celda en voltios se de#ine entonces como el traa$o total e#ectuado en ]oules por los culomios de electricidad transportados en un circuito en el que la celda est" conectada. (a )@EM* esta taulada para la gran mayoría de los elementos químicos, y se muestra en la >ala 5 (os elementos que aparecen en esta tala con signos positivos, que indican la poca posiilidad que tiene a la corrosión se denominan elementos Noles, y mientras mayor sea el signo positivo mayor ser" la resistencia a la corrosión, como es el caso del oro y Platino por e$emplo. En la tala )5* se puede oservar que al poner en contacto una pila galv"nica con#ormada por electrodos de Bierro y &ore, en sus respectivas soluciones y utili'ando un electrolito. (a posiilidad que los iones de Bierro ( Fe 2 ) se redu'can es muy mínima, ya que la )@EM* tiene signo negativo )G2,99 voltios*. (uego la única reacción posile para el Bierro es la de oidación, ya que en este caso la @uer'a Electromotri' )@EM*, tendr" signo positivo )2,99 voltios*. Mientras que los iones de &ore ( Cu 2 ) , si se reducen ya que la @EM tiene el signo positivo )2,89 voltios*. (uego, para esta pila la reacción #inal esI +
+
Zn + Cu
+2
⇒ Zn +2 + Cu
)=2*
-unque no hay ninguna duda que la reacción )=2* es la reacción total de este proceso, y que el Potencia total es )2,1A voltios*, hay que de$ar ien en claro, que aunque la in#ormación contenida en la tala )5* representa la tendencia termodin"mica de los sistemas destinados a corroerse, sore la ase de que cuanto m"s negativo sea el valor de potencial ( ∆ ! H 0 mayor ser" la tendencia a la corrosión. Pero, claro la serie electromotri' podría eplicar cuantitativamente,
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por e$emplo, la tendencia y el porqu% de una adherencia de core met"lico sore un clavo de acero cuando, este se sumerge en una solución de ul#ato a7la $ Fuer6a Electro4otri6 de Ele4entos uí4ico
( ∆ !
0 H
:eacción de Equilirio +2 Au + 2e ⇒ Au +2 Pt + 2e ⇒ -u Cu
+2
5,12 5,/8 2,89
+ 2e ⇒ Cu
2,A2 2,22
+
+ e ⇒ Ag 2 H + e ⇒ H 2
Ag
+
+2
G2,58 G2,99 G2,12 G2,1= G5,== G/,C8 G/,C2 G/,A1 G/,81 G5,5A G2,/; G2,/A G2,58
+ 2e ⇒ Ni +2 Fe + 2e ⇒ Fe 3 Cr + + 3e ⇒ Cr Ni
Zn
2
+
+3
+
2e ⇒ Zn
+ 3e ⇒ Al
Al +
K + e ⇒ K +2 Ba + 2e ⇒ Ba +2 Ca + 2e ⇒ Ca Mg +2
voltios
+ 2e ⇒ Mg
Mn +
+ 2e ⇒ Mn Ni + 2e ⇒ Ni 2 Co + + 2e ⇒ Co + P# 2 + 2e ⇒ P# 2
+2
&ore ( CuS 0 4 ) . En este caso la #ase nole la constituye el core que se encuentra en disolución y la activa o ase el clavo de acero. (a erie indica que eiste una di#erencia de potencial, a$o condiciones est"ndar, entre el &ore y el Bierro de 2.1A voltios, siendo el Bierro el metal con mayor tendencia a ioni'arse. !e esta manera el &ore que est" en solución como iones core, tomar" los electrones lierados al #ormarse los iones Bierro y pasar" a depositarse como metal sore el clavo. (o que ocurrió aquí, una ve' m"s, #ue la presencia de un par galv"nico. Eisten dos convenciones para la polaridad de la medición del potencial redo ( ! ( ) . (a convención americana, la cual considera el potencial de la solución que rodea al electrodo nole, mientras que la convención europea considera el potencial del electrodo nole )que es num%ricamente id%ntico pero de signo inverso*. (a gran mayoría de los instrumentos de medición de ( ! ( ) utili'an la convención europea. e sae que los valores de ( ! ( ) de muy diversas soluciones se encuentran en (a mayoría de la literatura, pero es necesario en#ati'ar que tales taulaciones se asan en re#erencia a un electrodo de hidrógeno en condiciones est"ndar )temperatura de /; & y presión de 5 atm, mientras que la concentración es 5 molal*. (a teoría electroquímica puede ser anali'ada estudiando el #uncionamiento de una celda galv"nica, que tras#orma la energía química en energía el%ctrica, por
95
medio de reacciones de oido reducción. (a di#erencia del potencial que se mide en el voltímetro, es una media de la tendencia de un metal a perder o ganar electrones y recie el nomre de potencial de oidación o potencial electrodo. (a determinación del potencial de oidación de un metal es di#ícil de determinar deido a que la corriente solo puede #luir en un circulo completo, si se elimina el "nodo o el c"todo de una celda no hay #lu$o de corriente y no es posile determinar su di#erencia de potencial. Por est" ra'ón es imposile determinar el valor asoluto de un electrodo de un solo metal. Esta es la causa por la cual se hacen determinaciones de la cual se atriuye una potencial de oidación a cero, lo cual ocurre en un electrodo de re#erencia. (os electrodos de re#erencia m"s comunes son el coreGsul#ato de core, el de calomel y el hidrógeno .El potencial que se determina en estos electrodos, sean de oidación o de reducción se tomaran el ase a soluciones 5molal de los iones respectivos a una temperatura de /;&0 ya que tanto el potencial de oidación, como de reducción varía con la concentración y con la temperatura. (a serie electro motri' indica lo siguiente, para potenciales de oidación (a tendencia relativa de los metales perder electrones, hace indicar lo siguiente. (os metales que tienen potenciales positivos se oidación se comportan como "nodos con el electrodo de hidrógeno y tienen tendencia a entrar en la solución en #orma de iones, si se toma como e$emplo el &inc ocurre lo siguienteI ⇒ Zn +2 + 2e 2 H + + 2e ⇒ H 2
Zn
)=5*
(os metales que tienen potenciales negativos se comportan como c"todos con el electrodo de hidrógeno y tienen tendencia a salir de la solución, si se toma como e$emplo el &ore, allí sucede lo siguienteI ⇒ 2 H + + 2e + Cu 2 + 2e ⇒ Cu
H 2
)=/*
(os metales que est"n a la i'quierda del Bidrógeno en la escala de tensiones reaccionaran siempre como "nodos con el Bidrógeno, mientras que los que est%n a la derecha lo har"n como c"todo En una solución, un metal despla'ar" a cualquier otro que est% dea$o de %l en la serie electromotri'. Por e$emploI el Bierro reempla'ar" al &ore en una solución de core, en otras palaras, el sul#ato de sore ( CuS 0 4 ) corroer" el Bierro met"lico (a serie dice si un metal ser" atacado por un "cido en #orma espont"nea, es decir, sin suministrar energía. &uando dos metales di#erentes #orman una celda que est" arria en la serie electromotri' actuar" como "nodo y el otro como c"todo
Pasividad; Eisten varias ecepciones en la in#ormación que proporciona la serie electromotri' deidas al #enómeno de pasivación de los metales. -lgunos metales no se comportan como lo indica la serie electromotri'. Por e$emplo, el &romo y el acero inoidale se vuelven pasivos o ehien pasividad deido a la #ormación de una película protectora de su super#icie. Esta película puede ser de Oido de &romo o de oígeno asorido. El aluminio se encuentra en la
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serie cerca de etremo activo, pero en su super#icie puede #ormarse una película de oido de aluminio que lo vuelve pasivo. El Plomo que esta arria del hidrógeno en la serie resiste el "cido sul#úrico menos de C2 3 deido que se #orma una película protectora de sul#ato de plomo, pero si la concentración es mayor a C23, la película se disuelve y el plomo pierde su pasividad volvi%ndose activo. El titanio y las #undiciones de hierro con alto contenido silicio, #orman una película de sílice. !ee en#ati'arse que un metal pasivo puede convertirse en activo si las condiciones del medio amiente camian0 en otras palaras, un metal o una aleación se comportan como activo o como pasivo en relación con algún medio amiente particular.
Ecuación de Nernst; &uando se traa$ando con el potencial, en condiciones di#erentes a las est"ndares el potencial dee de ser corregido por el potencial a las condiciones de operación )Eh* del electrodo de re#erencia, y a la temperatura y presión de operación que se utilice en la aplicación pr"ctica (a #orma general para reali'ar esta conversión es Utili'ar la Ecuación de Nernst, la cual especi#ica que el ( ! ( ) que se oserve, en voltios, ser" una #unción estricta de las actividades relativas de especies oidantes y reductoras, y se representa a trav%s deI ∆ ! ( = ∆ ! !st%ndar − +, ln *xidantes )=8* nF Re ductoras !onde ):* es la constante universal de los gases, )>* es la temperatura de la solución, )@* es la constante de @araday, )n* es el número de electrones de la reacción de oidoG reducción0 ( ∆ ! est%ndar ) es el potencial est"ndar de la reacción, y ( ∆ ! ) es el potencial de la reacción oservada, a las condiciones de temperatura y presión de operación. Por. Nernst se sae que el potencial puede ser predicho, a partir de las actividades de las especies oidantes y reductoras, pues el potencial depende de sus actividades relativas.
/elación entre el Potencial /edoB 8 el p de la 0olución . (os electrodos de sirven de ase para la medición de concentraciones, actividades de iones especí#icos en solución, con tan sólo limitar el paso de iones hacia el electrodo. Una de las principales aplicaciones ha sido el electrodo de pB El sistema actual de medición de pB es, por ecelencia, el electrodo de cominación. u nomre deriva de la pr"ctica inicial en que el electrodo sensor de )B * estaa separado del electrodo de re#erencia0 la cominación de amos en una sola estructura llevó a su nomre actual. in emargo, la pr"ctica industrial sigue utili'ando electrodos de re#erencia y de pB separados, porque permite se+ales m"s con#iales y procedimientos de manutención que, en ciertos casos, resultan m"s controlales y de menor costo. Estos electrodos son, en realidad, sistemas para medición electroquímica del potencial de hidrógeno, si ien comúnmente se les llama electrodos de pB. En el a+o 5C2C, orenson propuso la utili'ación de la escala de pB en lugar de la concentración )actividad, en realidad* de hidrógeno. Propuso la epresión potencial de hidrógeno que se deía epresarI pB ^ Glog)_B`* El pB de una
97
solución se deía determinar midiendo el potencial de una celda voltaica, con#ormada por dos alamres de platino, uno inmerso en la solución a pB desconocido y el otro en una solución a pB conocido y con las dos soluciones conectadas mediante un puente salino convencional y con gas hidrógeno en amos electrodos a una presión conocida. El volta$e de tal celda, de modo similar a cualquier celda voltaica est"ndar, ser" dado por la ecuación de NernstI H + +, H + ln ∆ ! ( = − nF H 2 C nF H 2 M +,
)=9*
En donde el suíndice )&* se re#iere a la celda de concentración conocida mientras que el su índice )M* a la muestra de pB desconocido. (os par%ntesis cuadrados indican actividad molar. Oviamente, si las actividades de B y de B/ en la celda de composición conocida )es decir su &* #uesen unitarias, se estaría traa$ando con el electrodo est"ndar de hidrógeno, así que el primer t%rmino de la ecuación se hace cero. -dem"s, si la presión del hidrógeno gaseoso #uese 5 atmós#era, el denominador del t%rmino a$o logaritmo sería 5 y el potencial es solamente dependiente de la concentración de hidrógeno ioni'ado en la celda que contiene la muestra. -síI
∆ ! ( = −
+, nF
ln [ H + ]Cest%ndar = −0,009 - 591
-dem"s se sae que
∆ ! ( =
0,0591 )H (25C ) ,
)H =
∆ ! (
0,0591
)=;*
luego queda.
a /; &
)==*
Una uena aproimación para el estudio del comportamiento de los distintos materiales en medio acuoso lo constituye el diagrama del Potencial de reducción )Eh* contra -cide' )pB*, el cual se muestra en la #igura //. En la #igura // se oservan distintas 'onas de estailidad, entre las que cae distinguir la 'ona de 6nmunidad, de &orrosión -ctiva y de Pasividad (a 'ona de inmunidad, o 'ona de predominio de las reacciones de reducción, corresponde a la 'ona donde el material se encuentra en condiciones estales (a 'ona de corrosión activa se caracteri'a por el predominio de las reacciones de ceden o !onar electrones, en otras palaras es una reacción de oidación, que causan la destrucción por cominación o disolución continuada del material. El límite entre la 'ona de inmunidad y la de corrosión activa es gradual, al igual que con la de pasividad (a 'ona de pasivación, corresponde a una 'ona de corrosión, donde la #ase #ormada constituye una película protectora, que evita el avance del proceso de corrosión. (a #ormación de imper#ecciones en la misma )pasivación imper#ecta* conlleva la aparición de corrosiones locales )por e$emplo, de picaduras*. Pueden estudiarse para todos los metales las 'onas de inmunidad, de corrosión activa, y de pasivación, pudiendo determinarse para cada caso las condiciones de EhG
98
pB que supone tal comportamiento, lo que ayudar" en cada caso concreto a dise+ar estrategias adecuadas de lucha contra la corrosión. En especial se Figura )) ona de Corrosión? Pasivación e In4unidad del Fe
dee de tomar en cuneta en el diagrama EhGpB para el hierro y el acero, por ser el material m"s usado para construcciones mec"nicas. Tste muestra una 'ona de inmunidad para pB in#eriores a 55, a partir de un potencial est"ndar de G2,;8 ? con respecto al electrodo normal de hidrógeno, o G2,A; ? con respecto a la pila de coreFsul#ato de core, que constituye el #undamento de la protección catódica de aplicación industrial, y cada ve' esta #orma de protección tiene mayor aplicailidad, en la industria, ya que la ciencia ha demostrado su ondad.
Mane5o de los Potenciales O7tenidos con el EEI >odos aquellos semielementos que unidos a un electrodo normal de hidrógeno den un potencial de pila negativo, con la convención propuesta, tendr"n un potencial de reducción m"s negativo que el del hidrógeno, o sea menor que 2. !e esta #orma se construye la serie electroquímica de los metales, representada en la >ala 5 En este caso el Electrodo de Bidrógeno tiene un &omportamiento de un Electrodo de /eferencia -unque, las di#icultades operativas que se presentan en el mane$o de un electrodo de hidrógeno, como electrodo de re#erencia, el cual es demasiado #r"gil para la mayoría de las aplicaciones pr"cticas, han dado lugar a que los valores de @uer'a Electromotri' otenidos con este electrodo, sin tomar en cuenta la gran in#ormación termodin"mica interesante, tenga una serie de cuestionamiento, que provocan que el proceso de otener un electrodo de re#erencia, se haga m"s complicado. Es v"lido el e$emplo siguiente. 99
(a serie no considera considera el e#ecto que tiene una película de óido presente en la super#icie de un metal, la cual tendr" una gran in#luencia en la determinación del potencial est"ndarI -dem"s, en el potencial de equilirio de ese sistema, siendo así que estas situaciones pr"cticas son las que a un ingeniero de planta le gustaría saer. Por e$emplo, la serie considera que tanto el -luminio )-l* como como el &romo &romo )&r* son elemen elementos tos sumame sumamente nte reacti reactivos vos,, como como agente agentess oidantes o agentes corrosivos, ya que sus valores de potencial son )5,== y G2,12 voltios respectivamente* y sin emargo, se sae que amos elementos son muy resistente a la corrosión en condiciones normales y que al &romo incluso se le usa como elemento de aleación en los aceros para imprimirles mayor resistencia a la corrosión. (o que sucede es que la erie no considera la condición oidada tanto del -luminio, como del &romo. &ondición que les hace ser ecepcionalmente resistentes a la corrosión0 la serie sólo considera sus estados activos, es decir, no pasivos. (a serie de @uer'a Electromotri' otenida con Electrodos de :e#erencia de Bidrógeno, tampoco toma en cuenta algunas reacciones que son reacciones muy comunes entre un metal y un medio acuoso, como por e$emplo las reacciones siguientesI Fe + 3 H 2 0 ⇒ Fe(0 H ) 3 Fe
+3
+ 3 H + + 3e
+ 3 H 2 0 ⇒ Fe(0 H ) 3 + 3H +
)=1* )=A*
En este caso, la reacción )=1* representa la reacción que su#re el hierro en contacto con el agua para #ormar el Bidróido @%rrico [ Fe( 0 H ) 3 ] . El equilirio de esta reacción ya no depende solamente de un potencial el%ctrico que haga mover esos tres electrones por mol de @e)OB* 8 #ormado, sino tami%n del pB, es decir, de la acide' del medio, de la concentración de iones )B *. Mientras que la reacción )=A*, tampoco depende del potencial sino sólo del pB del medio, en vista que no hay trans#erencia de electrones, luego es una reacción química, no electroquímica. -mas reacciones y muchas otras son importantes para para sae saerr el esta estado do en que que se enco encont ntra rar" r" una una estr estruc uctu tura ra de acer acero, o, dependiendo del potencial y de la acide' acide' del medio, por e$emplo, e$emplo, si har" o no #ormación de herrumre. i se contara con los equilirios de todas las reacciones posiles entre un metal y el agua, se podría tener una me$or inducción de la tendencia que poseería ese metal ante un con$unto dado de condiciones de potencial y de pB, es decir, se podría decir si hay en el metal tendencia a #ormar óidos o hidróidos, o si su tendencia es a disolverse completamente, como tami%n determinar si, a$o esas condiciones, el metal permanecer" intacto. Es por ello que que se sigu siguió ió inve invest stig igan ando do en este este tópic tópico, o, de tal tal #orm #orma a de epl eplic icar ar las las incongruencias que se deducían la tala de @uer'a Electromotri'. @ue así como hacen algunas d%cadas, el investigador elga Marcel Pourai otuvo esos equilirios, los cuales se muestran en la #igura /8.
100
En la #igura /8 se oservan los di#erentes productos que se #ormar"n en el proceso de corrosión, y que tendr"n in#luencia en la evaluación de la corrosión. En la la #igura se oserva el lugar geom%trico geom%trico donde #orma el Bidróido Bidróido @erroso, Figura )& Diagra4as de Marcel Pour7aiB para el ierro
que tal como se sae posteriormente se puede oidar hasta la #ormación del Bidr Bidró óid ido o @%rr @%rric ico, o, tam tami% i%n n deno denomi mina nado do Berr Berrum umr re, e, que que es el típi típicco representante del proceso de corrosión del hierro. Pourai, tami%n representa los equilirios otenidos, para ello utili'ó gr"#icos como #unción del potencial y del pB a trav%s de unos diagramas que llevan su nomre. En estos diagramas, los equilirios eistentes entre un metal y agua a /;\& son representados por líneas que dependen del potencial, del pB o de amos, delimitando así 'onas termodin"micamente estales en donde el metal eiste en alguna de sus #ormas )disuelto, como óido, o como hidróido, como metal, etc.* (a #igura /8 muestra el diagrama simpli#icado para el Bierro en contacto con agua. Un aspecto importante de los !iagramas de Pourai es que contienen una división natural del campo gr"#ico en tres regiones, las cuales pueden ser clasi#icadas de acuerdo a su conducta de corrosión enI pasividad, corrosión e inmuni inmunidad dad (a (a 'ona 'ona de pasivi pasividad dad,, se aplica aplica para para cuan cuando do el metal metal pose posee e películas oidadas o de hidróidos sore su super#icie que inhien la corrosión. En la 'ona de corrosión, el metal se disuelve activamente, siendo los productos de corro corrosi sión ón solu solul les es.. En cam camio io en la 'ona 'ona de inmu inmuni nida dad, d, el meta metall se encuentra per#ectamente preservado y estale a$o ciertas condiciones muy especiales de potencial y de pB.
Diagra4as de E9uilí7rios er4odin34ico de Pour7aiB .. Estos sistemas de equilírio son de una gran importancia, para el an"lisis de los productos de la corr corros osió ión n En la #igu #igura ra /9, /9, se pres presen enta ta un diag diagra rama ma de Pour Poura ai i para para compuestos de Bierro0 (a disolución met"lica ocurre a trav%s de di#erentes reacciones entre el metal y el electrolito. i la disolución ocurre a trav%s de la #ormación de óidos o hidróidos, el potencial de equilirio correspondiente depende del pB de la 101
solución. (a #ormación de productos solules #avorece la disolución met"lica mientr mientras as que que los produc productos tos insolu insolule less puede pueden n llegar llegar a proteg proteger er al metal metal pasiv"ndolo (os diagramas de Pourai de potencial vs pB, reúnen esta Figura )# Diagra4a de de E9uilí7rio er4odin34ico er4odin34ico de Pour7aiB Pour7aiB
in#ormación en #orma ingeniosa. &onsisten en líneas hori'ontales, verticales y olicuas. (as primeras corresponden corresponden a reacciones reacciones que no dependen dependen del pB, como lo son por e$emplo un metal que se oida perdiendo dos electronesI M ⇒ M
+2
)=C*
+ 2e
(as líneas verticales corresponden a reacciones que dependen del pB pero que son independientes del potencial tales comoI M +2 + 2 H 2 0 + 2 H +
)12*
(as líneas inclinadas se relacionan con reacciones en las cuales hay un intercamio de electrones y camio de pB por e$emploI +
M + 2 H 2 0 ⇒ M (0 H ) 2 + 2 H + 2e
)15*
En la #igura /9 las líneas hori'ontales, verticales y olicuas delimitan 'onas de estailidad para el metal, sus iones, hidróidos, etc. (a 'ona )M* es la de inmunidad a la corrosión, las 'onas ( M 2 ) y ( M 0 −22 ) es donde los productos disueltos son estales, y la 'ona donde los productos #ormados son insolules y di#icultan la disolución posterior es la 'ona de pasividad. -dem"s en las soluciones la estailidad termodin"mica termodin"mica del agua de#ine tres regiones )-, <, &* El plano Potencial EFpB queda por lo tanto dividido en 'onas en la que son termodin"micamente estales distintos productos de corrosión. En la #igura /; se representa un diagrama de Pourai )EF? vs pB* +
En el diagrama EFpB #igura /; limitadas por las líneas punteadas 5 y /. (a 'ona inte interm rmed edia ia )<* )<* es dond donde e el agua agua es term termod odin in"m "mic icam amen ente te esta estal le. e. Esto Estoss diagramas indican entonces para una dada condición de potencial )EFpB* que 102
eiste una tendencia termodin"mica a i* ser inmune a la corrosión, ii* disolverse o iii* #ormar un óido. En este último caso, si ese óido es estale, se dir" que se encontró en una 'ona de pasividad termodin"mica. termodi n"mica. >ami%n >ami%n pueden Figura )+ Diagra4a de Pour7aiB
#ormarse productos oigenados que sean solules, como por e$emplo ( M 0 2−2 ) , que indican que en esa región eistir" corrosión. Por otra parte las líneas 5 y / marcan las 'onas donde de acuerdo al potencial y al pB la reacción de corr corros osió ión n caus causar ar" " la redu reducc cció ión n de los los prot proton ones es del del agua agua )regi )región ón -* o la reducción del oígeno disuelto )región &*. Estos diagramas son de gran utilidad para evaluar cuales son los compuestos #ormados en el proceso de corrosión.
Util Utili6 i6ac ació ión n de otro otross Elec Electr trod odos os de /e /efe fere renc ncia ia (a util utili' i'ac ació ión n de otro otross electrodos de re#erencia, para los cuales el requerimiento es que deen de reunir determinadas condiciones. -parte de ser mane$ales y de construcción sencil sencilla, la, la condic condición ión #undam #undamen ental tal es que el potenc potencial ial de equili equilirio rio de la reacción de óidoGreducción que tenga lugar en ellos, permane'ca constante resp respec ecto to al elec electr trod odo o de hidr hidróg ógen eno. o. En esta estass cond condic icio ione nes, s, en cual cualqu quie ier r mome moment nto o se podr podría ía re#e re#erir rir un pote potenc ncia iall al del del elec electro trodo do de hidr hidróg ógen eno o o viceversa. &omo electrodos de re#erencia se utili'an los siguientesI a.< Electrodo de Calo4elanos. Este electrodo est" #ormado por Mercurio cuierto por una capa de cloruro insolule )calomelanos*, el cual tiene por #órmula )Bg/&l/* en equilirio con una disolución de cloruro pot"sico )&l*, que puede tener una concentración de 2.5 N, 5 N o saturada. El contacto el%ctrico con el mercurio se reali'a por medio de un hilo de platino. Un esquema de este electrodo se presenta en la #igura /= Figura )%; Electrodos de /eferencia Calo4elanos
103
(a reacción del electrodo de calomelanos esI Hg 2 Cl 2 + 2e ⇒ 2 Hg + 2Cl −
)1/*
-sí pues, si el electrodo actúa como "nodo, luego es el polo negativo )G* la reacción es hacia la i'quierda0 si el electrodo electrodo actúa como c"todo, c"todo, donde sería el polo positivo )*, la reacción es hacia la derecha. )-gF-g&l* &l*.. Este Este electr electrodo odo de 7.<. 7.<. Electr Electrod odo o de Plata PlataClo Clorur ruro o de Plata Plata )-gF-g re#erencia Est" #ormado por un hilo de Plata )-g* sore el cual se deposita &lor &lorur uro o de Plat Plata a )-g& )-g&l* l*,, el depó depósi sito to,, por por lo gene genera rall se real reali' i'a a por por vía electroquímica, en una solución de &loruro de odio )Na&l* o &loruro de Potasio Potasio )&l*, en la cual cual el hilo de -g actúa actúa como como "nodo. (a reacció reacción n es la siguiente -g&l eG
-g -g &lG
)18*
y su potencial de equilirio a /; J& esI E ^ 2.///9 2.///9 G 2.2;C log _&lG`.
c.< Electrodo de Cinc @n:. Est" constituido por un loque de Hn de alta pure'a0 generalmente se utili'a una aleación de Hn como la empleada para los "nodos galv"nicos de Hn d.< Eletrodo de co7resulfato de Co7re Co7re )CuCu0O#*. Est" #ormado por una arra arra cilín cilíndr dric ica a de &u sume sumerg rgid ida a en una una solu soluci ción ón de &uO &uO9 saturada. El contacto electrolítico con la solución o suelo se reali'a mediante un puente salino constituido por un tapón de madera. (a reacción de electrodo es Cu ⇒ Cu
+2
)19*
+ 2e
El potencial de equilirio a /;& esI E^2,8922,2/C; log ( Cu 2 ) ? vs ENB el polo positivo )*, la reacción es hacia la derecha. +
Corrosión por Presencia de -ases ,cidos Este proceso de corrosión es ien conocido conocido en la industria industria petrolera petrolera se divide. divide. En la #igura #igura /1 se presenta en #orma esquem"tica la corrosión electroquímica del Bierro en presencia de !ióido de &arono.
104
Para que la corrosión que se muestra en la #igura /1 ocurra, necesariamente tiene que haer agua, en donde la #ormación del &aronato @erroso, típico producto de la corrosión y que ocurre mucho en las plantas de gas, donde hay gases "cidos y agua, con lo cual necesariamente har" o se llevara a cao el proceso de corrosión, que es altamente da+ino para la industria.
a.< Corrosión dulce o corrosión por DióBido de Car7ono @CO ):.IEste tipo de corrosión, representa uno de los principales prolemas que con#ronta la industria petrolera. En vista que el &2 / en presencia de agua lire #orma "cido carónico )B/&28*. El "cido ataca al hierro y #orma icaronato de hierro solule )@e)B&2 8*/*, que al calentarse liera !ióido de &arono )&2 /*, Figura )( Es9ue4a de Corrosión del ierro por DióBido de Car7ono
mientras que el hierro #orma un óido insolule. i en el medio esta presente el ul#uro de Bidrógeno )B /* reaccionar" con este óido para #ormar ul#uro @erroso )@e*. >odo, esto ocasiona deterioros severos en los equipos e instalaciones pertenecientes al "rea de producción, almacena$e y transporte. !eido a su a$o costo el material de construcción mayormente utili'ado es el acero al carono, el cual es altamente susceptile a ser corroído por la presencia de un alto contenido de !ióido de &arono )&O /*. Es necesario entender el proceso de corrosión por &O / para poder predecir, prevenir y atacar sus e#ectos de manera e#ectiva. Tste tipo de corrosión es común en sistemas de transporte de gas que contengan dicho elemento en presencia de agua. El mecanismo de corrosión por &O/, conocida como corrosión dulce envuelve una serie de reacciones químicas que pueden ser divididas en las siguientes etapas
Etapa I. En esta etapa ocurre la reacción entre el dióido de carono )&O /* y en agua. Es decir que el dióido de carono se disuelve en agua #ormando cido &arónico )B/&28*, que un "cido d%il, cre"ndose un amiente sumamente corrosivo. El B /&O8 otenido su#re una dole disociación #ormando en primer lugar iones icaronato )B&2 8G* y luego iones caronatos )&2 8G/*. (as reacciones químicas sonI
C 0 2 + H 2 0 ⇒ H 2C 0 3
105
)1;*
⇔ H + HC 0 3−
)1=*
⇔ H + + C 03−2
)11*
H 2 C 0 3 −
HC 0 3
Etapa II. En esta etapa ocurre el transporte de los reactantes desde la solución hasta la super#icie del metal, proceso que se caracteri'a, según las siguientes reaccionesI H 2 C 0 3 ( solución) ⇒ H 2 C 0 3 (sup er.icie)
)1A*
HC 0 3− ( solución ) ⇒ HC 0 3− (sup er.icie)
)1C*
H + ( solución ) ⇒ H + (sup er.icie )
)A2*
Etapa III. En esta etapa ocurren dos reacciones simult"neamente, siendo una de ellasI la disolución del hierro met"lico )@e* en la intercara metalFelectrolito. Esto signi#ica que el hierro )@e* de la tuería se oida, lo que sería una reacción anódica Fe ⇒ Fe
+2
)A5*
+ 2e
(os iones de hidrógeno )B* #ormados en la dole disociación del "cido carónico se reducen al ganar los dos electrones producidos por la oidación del hierro, la reacción de reducción, que es una reacción que tami%n ocurre en la intercara metal Felectrolito esI 2 H + + 2e ⇒ H 2
)A/*
Etapa IA. En esta etapa se lleva a cao el transporte de los productos del proceso de corrosión desde la super#icie del metal hasta el #luido., en donde las especies disueltas se cominan #ormando una sal, denominada caronato de #erroso )@e&O8 *, proceso que ocurre, según la siguiente reacciónI Fe
+2
+ C 0 3−2 ⇔ FeC 0 3
)A8*
El compuesto caronato #erroso otenido como producto de la corrosión se precipita, deposit"ndose sore la super#icie del metal, donde #orma una capa del compuesto #ormado, proporcionando con ello cierto grado de protección al acero contra una mayor corrosión cuando no es removida )deido a la acción del #lu$o* de la super#icie del metal Una manera de predecir la corrosión por el !ióido de &arono es determinar la presión parcial del gas, la cual se calcula como se muestra a continuaciónI P P (C 0 2 )
=
/ (C 0 2 ) xP ,
=
%C 0 2 xP ,
)A9*
100
!ondeI )PP*^ presión parcial del dióido de carono y)P >*^ presión total del sistema (a norma M:251; de la -sociación Nacional de 6ngeniería de 106
&orrosión )N.-.&.E* y -P6 pulicación N =G5C1= se+ala queI Para presiones parciales de &O / menores de 1 lpca la corrosión es leve Para presiones parciales de &O / que oscilan entre 1 y 82 lpca se asume corrosión moderada Para presiones parciales de &O / mayores de 82 lpca la corrosión es severa Este principio no es siempre aplicale cuando hay presencia de agua salada, ya que las sales disueltas causan tasas de corrosión que se incrementan en #orma ien considerale. (a ley de Benry epresa que la cantidad de gas disuelto en una #ase líquida es directamente proporcional a la presión parcial del gas sore el líquido a una temperatura dada (a ley de Benry epresa que la cantidad de gas disuelto en una #ase líquida es directamente proporcional a la presión parcial del gas sore el líquido a una temperatura dada, este principio de epresa a trav%s de la siguiente ecuaciónI C = HxP P (C 0 2 )
)A;*
!onde )&* ^ concentración del gas en solución y )B*^ constante de Benry
ipos de Corrosión por CO)I6Reda ha clasi#icado la capa de caronato de hierro en la super#icie del metal en tres di#erentes tipos, dependiendo de las propiedades #ísicas de la capa y la temperatura a la cual se #orma. ipo I; (a corrosión es homog%nea y ocurre a temperaturas menores de 592 @ y pB menores de ;, que no contriuyen a la #ormación de una película estale sore el metal. (a disolución del hierro no es alta, peque+as cantidades de )@e&O8* se #orman en la super#icie y por ende el producto de corrosión no cure enteramente la super#icie, y adem"s tiene poca capacidad de adhesión y es arrastrado de la super#icie del metal por el #luido en movimiento, pasando a la solución. ipo III (a corrosión es locali'ada, se de#ine para temperaturas intermedias cercanas a los /5/@. En este rasgo de temperatura se produce la mayor tasa de corrosión y se oservan picaduras en el metal. imult"neamente, comien'a el crecimiento de cristales de )@e&O 8*, sore la super#icie del metal, cre"ndose gran cantidad de sitios de alta y a$a densidad electrónica, de esta manera la capa de )@e&O 8*, ser" heterog%nea de lento crecimiento y porosa, los poros presentes actuar"n como sitios anódicos en el proceso de corrosión, y con ello propician la corrosión locali'ada ipo III; Ocurre a temperaturas superiores a los 8C/@, la corrosión disminuye por la #ormación de una capa delgada, compacta, adherente y de uenas propiedades mec"nicas #ormado un compuesto denominado &aronato @erroso )@e&O8*, aunque en la industria petrolera por lo general se conoce como &aronato de Bierro. (a velocidad de disolución del hierro y la velocidad de #ormación del @e&O 8 son altas, de tal manera que la núcleación de cristales de @e&O8 sore la super#icie es r"pida y uni#orme. -lrededor de los 8C/ @ se oserva un nuevo incremento en la velocidad del Proceso de corrosión, el cual podría atriuirse a la #ormación de un óido de hierro, cuya #órmula es )@e8O9*, disminuyendo la estailidad y protección de la capa de pasivación. En 107
general, podría estalecerse que las velocidades de corrosión por dióido de carono alcan'an un m"imo cuando la temperatura est" por dea$o de /5/ @. En la #igura /A se presenta la in#luencia de la temperatura en la capa protectora de &aronato @erroso. En la #igura /A se presenta la in#luencia de la temperatura en los di#erentes tipos de corrosión, y su relación con la capa protectora, para la tuería de transporte que e$erce el producto de la corrosión #ormado, que en este caso viene siendo el &aronato @erroso.
Factores 9ue influ8en en el Proceso de Corrosión de corrosión por CO).(os #actores que in#luyen sore este proceso de corrosión sonI Figura )* Influencia de la e4peratura en la For4ación de la Capa protectora de Car7onato Ferroso +
Fe
FE
+
&O::O6ZN 4ENE:-(
SITIOS ANÓDICOS
Fe+
CRECIMIENT !E "# PE"IC$"# !E %eC
3
+
F e CORROSIÓN LOCALIZADA
TIPO III: TEMPERATURAS POR ENCIMA DE 302 °F
FeCO
CAPA PROTECTORA
a.< p de la soluciónI desempe+a un rol importante cuando se #orman capas de caronatos, deido a que la soluilidad de %stos disminuye a medida que el pB aumenta. En el nivel de pB medio )9G52*, la velocidad de corrosión est" controlada por la velocidad de transporte del oidante tiende a seguir uno de los tres patrones generales. 7.< e4peraturaI la #ormación y protección que o#rece la capa de caronato de hierro depende de la temperatura. (a velocidad de corrosión tiende a aumentar con#orme se eleva la temperatura El aumento de la temperatura disminuye la soluilidad del &O /. c.< PresiónI (a presión incrementa la soluilidad del &O/ en el agua, provocando la disminución del pB. y la presión parcial de &O / in#luye de tal
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#orma que la velocidad de corrosión se incrementa en #unción de %sta en un orden eponencial de 2.; Q 2.A.
d.< Flu5oI es otra variale muy importante en la corrosión por &O /. El #lu$o en #orma líquida a#ecta las reacciones químicas o electroquímicas en los procesos de corrosión. -sí mismo, puede contriuir a la #ormación de una película estale sore la super#icie del metal por incremento de trans#erencia de masa, pero tami%n puede remover la capa protectora por erosión. e.< ConcentraciónI la concentración de iones inorg"nicos, tales como &alcio0 )&a/* 0 &aronatos )&2 8G/* y @errosos )@e/* en solución acuosa, determinan la #ormación y composición de los productos de corrosión, los cuales pueden ser el &aronato @erroso o ul#uro @errosos, dependiendo del tipo de gas "cido, que predomine. Eisten tami%n otros #actores que a#ectan la corrosión, tales comoI !imensión del sistema.0 :%gimen de #lu$o.0 :elación volum%trica entre #ases. ?elocidad de los #lu$os.0 &aracterísticas #isicoquímicas del medio.0 Material epuesto. y Presencia de sólidos en el #luido. 7. Corrosión ,cida o Corrosión por 0ulfuro de idrógeno @)0: Este tipo de corrosión K se presenta en la industria petrolera asociada a los po'os de producción de hidrocaruros "cidos o gases "cidos )gases o petróleos que contienen a'u#re*. (a presencia de este gas es posile en mayor o menor proporción en #unción del yacimiento en producción. El contenido de a'u#re presente en el gas es producto de ciertas reacciones químicas con mercaptanos ):B* y disul#uros )& /*, así como reacciones metaólicas de organismos microianos anaeroios. El gas B / disuelto en agua en peque+as cantidades, puede crear un amiente sumamente corrosivo. Este tipo de ataque puede ser identi#icado dada la #ormación de una capa negra de sul#uro de hierro sore la super#icie met"lica, la cual es conocida como corrosión general por B/. El mecanismo a$o el cual opera se resume en tres etapas Etapa I. El sul#uro de hidrogeno gaseoso )B /* se disuelve en agua donde ocurre una dole disociación, proceso que ocurre, según lo siguienteI +
−
H 2 S ⇔ H + HS
)A=*
− + −2 HS ⇔ H + S
)A1*
Etapa II. En esta etapa ocurre, la disolución del hierro en la interacara metal Felectrolito, Fe ⇒ Fe
+2
+ 2e
)AA*
Etapa III. (os cationes @erroso )@e /* reaccionan para #ormar ul#uro @erroso, la reacción esI Fe +2 + S −2 ⇔ FeS
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)AC*
(a capacidad protectora de la capa de sul#uro de hierro depender" de las propiedades #ísicas y homogeneidad de la misma. ?arios productos del tipo ) @eby* pueden #ormarse dependiendo de la presión parcial del sul#uro de hidrógeno gaseoso. - presiones parciales de B / por dea$o de 2,5 lpcm., se #orman los productos m"s protectores ) @e y @e /* mientras que por encima de este valor, se #orman productos m"s imper#ectos ) @e CA* que permiten la di#usión del @e / y son menos protectores. En la #igura /C se presenta una muestra del proceso de corrosión por ul#uro de Bidrógeno en tuerías de -cero al &arón. En la #igura /C se puede oservar la #orma de corrosión por sul#uro de hidrógeno y la #ormación del producto de corrosión denominado ul#uro @erroso -dem"s de la corrosión general, se pueden presentar otros dos tipos de corrosión por B /. Estos sonI
Figura )' Corrosión por )0 en u7erías de cero al Car7ón
$.< Corrosión 7a5o tensión en presencia de sul#uros en la cual la resistencia mec"nica de los aceros, la presencia de es#uer'os residuales yFo eternos sistema puede ocurrir )@&P* cuando la presión parcial del B / en el gas es mayor o igual a 2,2; lpcm. -dicionalmente la norma especi#ica que el material dee tener una dure'a superior a // Unidades de dure'a )B:c* para que se considere susceptile a la corrosión a$o tensión en presencia de sul#uros, e indica que es poco proale que en un material con una dure'a menor a la indicada ocurra este tipo de corrosión, pero puede ocurrir corrosión uni#orme causada por B /. (a presión parcial del ul#uro de Bidrógeno .se determina por la siguiente #órmulaI P P ( H 2 S )
= P , / ( H 2 S ) = P , x))m, ( H 2 S ) x10 −6
)C2*
).< grieta4iento inducido por hidrógeno, este tipo de corrosión se simoli'a por las letras )B6&* e. 6nvolucra la #ormación, crecimiento y unión de ampollas internas producto de un mecanismo de #ragili'ación por hidrógeno. Este #enómeno a di#erencia && ocurre en algunos aceros de mediana resistencia que generalmente han sido aceptados para operar en amientes "cidos, según la norma N-&E >MG25G11.(os #actores que promueven este tipo de ataque
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sonI pB "cidos, temperatura entre ;2 y C; @, traa$o en #río, aplicación de es#uer'os eternos no necesariamente por encima del valor de #luencia y a presiones parciales de B / por encima de 2,25; lpcm. En el proceso de corrosión por ul#uro de Bidrógeno, haría que tener en cuenta la reacciónI Fe + H 2 S ⇒ FeS + H 2
)C5*
-unque al parecer para que ocurra el sistema tendría que tener una muy alta temperatura, y entraría en la etapa de la denominada corrosión seca, donde según la literatura, para este caso especí#ica la temperatura deería de tener un mayor de 822 @, en todo caso esta reacción podría ser posile, solo que tiene que ocurrir a temperatura muy altas, y solo sería necesario un #luido que transporte el sul#uro de hidrógeno hasta el lugar, donde pueda llevarse a cao la reacción. c.- Corrosión por efecto co47inado de CO) 8 )0.En la #igura 82 se presenta& Un proceso de &orrosión en la super#icie de la tuería de acero en presencia de ul#uro de Bidrógeno y !ióido de &arono.
Figura &" Corrosión por Efecto Co47inado de H 2 0 8
C 0 2
En la #igura 82 se puede oservar la reacción de corrosión en la tuería0 en el "nodo, el Bierro pasa a la solución en la #orma de ión @erroso ( Fe 2 ) el cual se comina con el sul#uro de hidrógeno y el dióido de carono dependiendo de los constituyentes del #luido electrolítico, estos productos de la corrosión o escamas son precipitados como iones de sul#uro )@e * o de caronato +
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)@e&O8*. El eceso de #lu$o de electrones va desde la región anódica a un sitio donde ellos #orman un c"todo y la reducción ocurre, en #orma espont"nea, ya que en el proceso de reducción, los elementos o mol%culas se ad$unta los electrones y, el proceso, tiene que ser de tal #orma que todos los electrones #ormados en la oidación sean iguales a los tomados en la reducción. Una manera de tomar acción para minimi'ar posiles prolemas de corrosión en po'os productores de hidrocaruros es la de hacer un estimado de la corrosividad del sistema, tomando en cuenta las condiciones que m"s inciden en la iniciación de tal #enómeno. Para reali'ar un an"lisis del sistema y poder estalecer un diagnóstico de la corrosividad del medio donde operan los po'os petroleros, es necesario conocer aspectos relacionados con la producción de &O/, B/ y las características de los #luidos mane$ados, ya que esto permitir" estalecer las acciones que al respecto dean ser tomadas, de tal #orma de poder controlar el proceso de corrosión, con ello evitar los gastos desproporcionados en compuestos químicos, que hay que utili'ar El gas proveniente de los po'os de producción presenta me'cla en concentraciones variales de B /, &O/ y &l G. (a presencia de alguno de estos agentes, en un medio acuosos, es capa' de producir graves da+os por corrosión, pero la cominación de los mismos puede acelerar o disminuir la velocidad de corrosión y la criticidad del da+o esperado. Es importante el e#ecto del B / en la corrosión por &O / y su comportamiento, ya que pueden #ormarse películas de productos de corrosión en #orma competitiva entre sul#uro de hierro) @e* y caronato de hierro ) @e&O 8*, lo que puede, ir en #unción de la temperatura, concentración del agente corrosivo y presión, acelerar o disminuir la velocidad de corrosión, por lo que se considera importante de#inir cu"l de los mecanismos de corrosión ) Por &O / o por B/* es el predominante, antes de determinar el comportamiento de la velocidad de corrosión en un sistema determinado. egún los resultados otenidos por ane la relación entre las presiones parciales de B / y &O/ proporciona un indicativo que permitir" determinar el mecanismo de corrosión predominante en el sistema. Esto ha sido ampliamente discutido, ya que la utili'ación de las presiones parciales no es muy aplicales a los gases reales, pero es lo único que hay.
P ) (C 0 2 ) ≥ 200 &orrosión por &2 / P ( H S ) P 2
)C/*
P P (C 0 2 ) P ( H S ) < 200 &orrosión por ul#uro de Bidrógeno P 2 )C8* E$emplo si una me'cla de gas natural a una presión de 5;22 lpca y temperatura de 582 @, tiene un contenido de A,9;3?F? de &2 / y C;2 ppm,? de B /IJ&u"l ser" el mecanismo de corrosión predominanteK
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= 0,0845 x1500 = 126,75l)ca P P ( H 2 S ) = 950 x1500 x10 6 = 1,43l)ca P P (C 0 2 )
−
5/=,1;F5,98^AA,=9V/22 mecanismo predominante corrosión por B /
2a Corrosión en el 0uelo El terreno o suelo por su contenido variale de humedad, sales y materia org"nica en descomposición es el electrolito m"s comple$o de todos los que se pueden encontrar, en el estudio de la corrosión electroquímica. Por necesidades mec"nicas, económicas y de seguridad, la industria tiene que apoyar sore el suelo y enterrar numerosas y muy variadas estructuras de acero, las cuales se ven sometidas a un proceso de corrosión que en algunos casos puede ser complicado .Para tener un uen control de la corrosión de estas estructuras se han de cominar los dos tipos de protección a nuestro alcanceI un uen recurimiento pasivo, complementado por un sistema de protección catódica adecuado. &on#iar la protección anticorrosiva de una estructura enterrada solamente a la protección catódica, puede hacerse, pero ser" siempre antieconómico si la estructura no es de dimensiones peque+as. El suelo generalmente es un medio heterog%neo en donde se dan muchas variaciones en la velocidad de corrosión de los metales. Un suelo natural contiene los siguientes elementosI arena, arcilla, cal y humus. Estos componentes pueden estar me'clados en el suelo en di#erentes proporciones que dar"n lugar a distintos grados de agresividad. Por lo general, los suelos arenosos, no son agresivos0 los suelos arcillosos en algunas condiciones son agresivos. (os que son agresivos de por sí son las turas, los humus lires de cal y tami%n los suelos cenagosos y de aluvión. (os suelos arti#iciales, esto es los #ormados por escorias y asuras, elementos en putre#acción y residuos humanos e industriales tami%n son agresivos. e designa químicamente corrosión por suelos, a los procesos de degradación que son oservados en estructuras enterradas. (a intensidad depender" de varios #actores tales como el contenido de humedad, composición química, pB del suelo, etc. En la pr"ctica suele utili'arse comúnmente el valor de la resistividad el%ctrica del suelo como índice de su agresividad0 por e$emplo un terreno muy agresivo, caracteri'ado por presencia de iones tales como cloruros, los cuales tendr"n resistividades a$as, por la alta #acilidad de transportación iónica
Corrosión en u7erías Enterradas i el oígeno atmos#%rico no puede penetrar el suelo, lo cual es #recuente en suelos arcillosos o turosos, el hidrógeno producido a consecuencia de la reacción catódica en la estructura enterrada puede llegar a ser eliminado )oidado* por una acción microiana. Este proceso es el resultado de la actividad metaólica de un microorganismo que se desarrolla en ausencia completa de oígeno lire )condiciones anaeroias*.Para oidar el hidrógeno de estos medios nutritivos org"nicos, esta acteria no utili'a el oígeno lire, sino el ión ul#ato S 0 −42 , reduci%ndolo a ul#uro )/G* Uno de los mecanismos m"s comúnmente aceptados para eplicar lo anterior es el siguienteI
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S 0 −42 + 8 H + + 8e ⇒ S −2 + 4 H 2 0 Fe
+2
+ S −2 ⇒ FeS
)C9* )C9*
El resultado neto es que la corrosión continúa y se denomina corrosión anaeroia. (os síntomas característicos en las conducciones met"licas enterradas son el ennegrecimiento local del suelo por la #ormación del sul#uro de hierro y a veces el olor a "cido sul#hídrico. En la #igura 85 se presenta una muestra de corrosión en tuerías enterradasI
gresividad del 0uelo en el Proceso de Corrosión (a velocidad de corrosión est" ligada a la resistividad del terreno. (a resistividad de un terreno depende, en particular, de su estructura, de las dimensiones de sus partículas constituyentes, de su porosidad y permeailidad, del contenido de agua )humedad* y de su contenido de iones. Es ovio, por tanto, que la resistividad de un terreno y especialmente la de los estratos superiores, puede variar notalemente con las estaciones del a+o, la precipitación pluvial, la actividad agrícola e industrial, etc. Pero, la temperatura. no e$erce una in#luencia tan Figura &$ Corrosión Por Fe0 8 FeC" & en u7erías Enterradas;
marcada, a menos que supere el punto de congelación, despu%s de lo cual hay un aumento signi#icativo de la resistividad. i el suelo es muy "cido pueden motivar una r"pida corrosión del metal desnudo, y la agresividad del suelo aumenta con el incremento de la acide'. (a mayor parte de los suelos tienen pB comprendidos entre ;.2 y A.2, en cuyo caso la corrosión depende de otros #actores. En suelos alcalinos parece eistir una cierta correlación entre conductividad y agresividad. En un medio anaeroio es posile predecir la corrosión midiendo el pB y el potencial r%do. Estas medidas permiten estalecer las condiciones que #avorecen la actividad microiológica responsale de la corrosión anaeroia. El pB m"s #avorale es entre ;.; y A.; En estas condiciones, la medida del potencial r%do e#ectuada con un electrodo de platino, permite estalecer si un terreno est" predispuesto al crecimiento de acterias sul#atoreductoras, y por a la corrosión.
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Cin=tica de Corrosión. e sae que la termodin"mica predice si un proceso de corrosión ocurre en la naturale'a o no, pero no puede predecir el tiempo que deería de transcurrir, para que el proceso ocurra. Para ello ser" necesario recurrir a la cin%tica de reacción, de un punto de vista pr"ctico, es interesante conocer a priori la resistencia a la corrosión de un determinado metal o aleación en un medio amiente especí#ico, la verdad lo que se quiere es que la cin%tica indique el tiempo necesario que dee de pasar para que un metal ingrese en el proceso de corrosión. Es decir, para que salga de sistema de equilirio, en el cual se encuentre y pase a otra #orma, ya que la cin%tica puede sore la ase de ensayos en el laoratorio, llegar a estalecer las condiciones amientales m"s #ielmente parecidas a la realidad y, por tanto, estudiar el comportamiento de un metal o varios metales en este medio. (a reali'ación de estos ensayos en el laoratorio puede ser #"cil o etraordinariamente di#ícil, según la naturale'a del medio estudiado. El tiempo que se requiere para que ocurra la oidación completa de un metal o aleación depende de varios #actores, en los cuales est"nI a.< 2a >u4edad del suelo o 4edio corrosivo 7.< 0u contenido salino c.< 2os gases presentes en el 4edio d.< 2a co4posición del 4etal o aleación e.< 2as tensiones residuales 9ue 9uedan en el 4etal al ser fa7ricado f.<2as tensiones 4ec3nicas a 9ue este so4etido el 4etal por su uso i el metal que se esta estudiando y determinar si entra o no en el proceso de corrosión es el &ore )&u*, y que a su ve' el core esta sumergido en una solución conteniendo iones core, y que adem"s la solución no contiene oígeno disuelto.
+ 2e ⇒ Cu ⇒ 2 H + + 2e
)C=*
Es importante se+alar que aquí no ha corrosión del &ore met"lico, cuando este esta introducido en una solución con sus propios iones, pero esto ocurre cuando el core esta siendo comparado con un electrodos de Bidrógeno, pero en ningún caso signi#ica que el &ore met"lico no ingrese en un proceso de corrosión, si las condiciones camian. (as reacciones indican que el potencia de oidación del &ore met"lico es menor que el potencial de oidación del electrodo de Bidrógeno ( ∆ ! oxidacionCu < ∆ H oxidacion H 2 ) . (a conclusión que se
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otiene es que la pie'a de core no se corroe cuando est" en contacto con una disolución de sus propios iones, no hay una trans#ormación química neta. En contraste al caso del &ore, cuando un peda'o de &inc )Hn* se pone en una solución acuosa de sus propios iones, %ste se corroe. Esto es deido a que el desprendimiento de hidrógeno es termodin"micamente posile, y se cumple que ( ∆ ! oxidacion Zn > ∆ ! oxidacion H 2 ) , lo que signi#ica que en la super#icie del metal &inc, se estalecen de inmediato 'onas anódicas y 'onas catódicas las cuales desarrollan entre sí di#erencias de potencial, acarreando como consecuencia de ello un #lu$o neto de electrones de las 'onas anódicas a las catódicas y con ello, el estalecimiento de la corrosión. -sí es que los dos sistemas electroquímicos presentes, uno asado en el equilirio ( Zn ' Zn +2 ) y el otro en el equilirio ( H + ( H 2 , uscan inicialmente mantener un equilirio sore la misma super#icie del metal. in emargo, la corrosión que ocurre lo impide. Por un lado el &inc se disuelve y por el otro el hidrógeno gaseoso se desprende de 'onas met"licas que #uncionan como c"todos, procesos que originan ganancias de electrones, y por ende ayudan en el proceso de corrosión. -l haer corrosión, hay un #lu$o de corriente y por lo tanto ninguno de los sistemas electroquímicos est" en equilirio. !e ahí se desprende que amos sistemas se desvían de sus potenciales de equilirio )se polari'an* y alcan'an un potencial común de electrodo en donde sucede que la corriente anódica de disolución, es decir la velocidad con que se corroe el &inc es igual a la corriente catódica, que no es otra que la velocidad con que se desprende el hidrógeno*. En la #igura 8/, denominado !iagrama de Evans se muestra el an"lisis de este proceso.
Figura &) Diagra4a de Corrosión del Cinc
(o que se+ala la #igura 8/ es que el potencial uni#orme al que se llega sore la super#icie met"lica se llama el potencial de corrosión ( ∆ ! corrosión ) (a velocidad de corrosión puede ser convertida a p%rdida de peso usando las (eyes de @araday, esto se sustenta en que si eiste una disolución de &inc neta, ocurre tami%n un desprendimiento neto de Bidrógeno pero que no hay manera de 116
poder medir o usar el #lu$o de corriente entre los pares galv"nicos estalecidos. >oda esta energía se desperdicia., y no eiste un m%todo adecuado para cuanti#icarlo. En conclusión se puede se+alar, que si durante el proceso de corrosión de un metal se llevan a cao simult"neamente reacciones anódicas y catódicas sore la super#icie de %ste. En las 'onas anódicas el metal se disuelve y en las 'onas catódicas ocurren reacciones de reducción entre el metal y el medio, por e$emplo la reducción de ( H ) . Esto signi#ica que ni las #ases anódicas ni las catódicas se encuentran en su potencial de equilirio egún la #igura 8/ amos potenciales de equilirio son despla'ados a un valor común, el potencial de corrosión, en el cual la velocidad de oidación del metal es igual a la velocidad de reducción del protón ( H ) Por lo general, cuando mide el potencial de un metal sumergido en un medio agresivo, contra un electrodo de re#erencia, lo que realmente se mide es el potencial de corrosión mito, que sería el potencial de la celda galv"nica total. +
+
(a velocidad de corrosión de un proceso, puede tomar diversos valores dependiendo de varios #actores que modi#ican su magnitud destacandoI a.< 2a Densidad de Corriente de Interca47io
7.< 2a Fuer6a 4otri6 para llevar a ca7o la corrosión e sae, que si un metal se corroe es porque hay reacciones anódicas y catódicas que se llevan a cao simult"neamente sore su super#icie. En cada una de las "reas anódicas y catódicas el proceso gloal de una reacción es consumado a trav%s de varias etapas. -sí por e$emplo, en la reacción catódica de desprendimiento del gas hidrógeno, inicialmente el protón solvatado tuvo que migrar y di#undirse hacia el electrodo, su#rir la trans#erencia de un electrón para convertirse en un "tomo solitario de hidrógeno y esperar a que se repitiera la misma operación para que #inalmente el par de "tomos de hidrógeno se unieran #ormando una mol%cula de gas. -lgo similar deió de ocurrir en el "nodo. (a disolución de "tomos met"licos y su conversión #inal en productos de corrosión característicos que permanecen sore la super#icie met"lica o que se di#unden le$os de ella, se haría llevado en varias etapas. &ada etapa tiene su propia velocidad. iendo, luego la velocidad gloal de un proceso considerado esta su$eta, o m"s ien depende de la etapa que se realice m"s lentamente. i un metal que se corroe est"n las etapas de trans#erencia de cargas tanto de oidación como de reducción respectivamente., por lo que se podría pensar que, que el proceso de corrosión transcurra en una sola etapa, sin importar si pertenece a la reacción anódica o a la catódica, lo único que realmente importa es que sea la etapa m"s lenta en cuanto a la velocidad En t%rminos, generales se puede a#irmar que la velocidad de corrosión depender" tanto de las características del material como de las condiciones del medio en el que se encuentra. (a verdad es que se puede controlar los procesos corrosivos para hacerlos mane$ales, pero detener un proceso de corrosión por completo puede ser etremadamente costoso, luego es necesario 117
&onocer a m"imo los #actores capaces de in#luir sore la velocidad del proceso de corrosión. e dee hacer notar que toda discontinuidad o irregularidad que eista en el o$eto met"lico o medio corrosivo constituir" un #actor de aceleración del proceso de corrosión, los principales #actores sonI
a.< Discontinuidad en el Metal. i se hala de una tuería enterrada y sometida a la acción corrosiva del suelo húmedo, provocar" un incremento en la velocidad de corrosión. i el elemento anali'ado es el Bierro, y primero se #orma una mancha de Oido @%rrico, como producto de la corrosión, este oido #ormado tendr" un comportamiento, como un catali'ador de la reacción de corrosión. El oido tendr" un comportamiento catódico #rente al Bierro no oidado, #ormando una pila que acelera el proceso natural de la corrosión del Bierro, desde luego la corrosión de todas #ormas se llevara a cao, pero la #ormación de las manchas servir"n como catali'ador. 7.< Posi7ilidad de For4ación de Pilas -alv3nicas entre Metales. i se tiene una red que transporta gas construida de acero, y se encuentra con una tuería que transporta gas a una casa, siendo la tuería de &ore. El &ore es m"s nole que el acero normal, por lo tanto se #ormar" aquí una pila galv"nica, en la cual el "nodo o 'ona de corrosión estar" con#ormada por la tuería de acero, mientras que el c"todo lo con#ormar" la tuería de &ore, lo que har" que produ'ca corrosión y por ende aumentar" la velocidad de corrosión. c.< Discontinuidad en el Medio Corrosivo . i por e$emplo una tuería de acero que transporta gas, dee de cru'ar un rió o querada, la 'ona de la tuería que este mo$ada. Esta super#icie podr" #"cilmente convertirse en una 'ona anódica, mientras que la 'ona seca sea la 'ona catódica, #orm"ndose por ello una pila galv"nica, donde se incrementar" el proceso de corrosión. d.< Posi7ilidad de For4ase una Pila de ireación; i se tiene por e$emplo una tuería enterrada y parte de ella esta m"s cerca de la super#icie, que el resto de la tuería. En este caso la parte de la tuería que este m"s cerca de la super#icie reciir" m"s oígeno ( 0 2 ) . (uego este gas penetra en el suelo a trav%s del proceso de di#usión, con lo que se produce un proceso de corrosión conocido como &elda o Pila de -ireación !i#erencial. En este caso la 'ona que recie mayor cantidad de oígeno, por estar m"s cerca de la super#icie, tiene mayor #acilidad a que se produ'ca la reacción catódica del Oígeno, mientras que la 'ona m"s enterrada, recie menor cantidad de Oígeno, por lo tanto ser" la 'ona anódica o de corrosión. Este proceso puede ocurrir, tami%n sí una parte de la tuería esta dentro del agua y la otra no. En #orma eperimental se puede determinar el comportamiento o la resistencia de un elemento hacía la corrosión. Por, e$emplo si se necesita evaluar el comportamiento o la resistencia a la corrosión de un acero respecto a un "cido mineral, por e$emplo, cido &lorhídrico )B&l*, astar" con preparar soluciones de di#erente concentración de este "cido y sumergir en cada una de ellas, una muestra del acero que se piensa ensayar. (a resistencia a la corrosión de tal acero se puede evaluar, por e$emplo, por la p%rdida de peso eperimentada antes y despu%s del ensayo, con lo que se otendr" para cada solución ensayada un valor de la velocidad de corrosión que permitir" prever el 118
comportamiento de este acero en unas condiciones muy cercanas a las de su utili'ación. (a reali'ación de estos ensayos, en este caso, no representa ecesivas di#icultades. i se quiere, prever la corrosión en un material de acero que se va a emplear para la construcción del casco de un arco. En vista, que aquí el medio ser" agua de mar es muy di#ícil, por no decir imposile, poder #i$ar en el laoratorio las condiciones amientales en las que se va a encontrar el arco, ya se sae que el agua de mar, es una me'cla de sales, su di#erente composición en cuanto a los mares que pueda surcar el arco, di#erencia de temperaturas y un muy largo tiempo de navegación, etc. En este caso, los ensayos de laoratorio son tremendamente complicados y di#íciles, no siendo casi nunca posile #i$ar las condiciones eperimentales en el laoratorio, siquiera de una manera aproimada a la realidad. on tan numerosos y comple$os los #actores de la corrosión que intervienen en los medios naturales que es pr"cticamente imposile reproducirlos en el laoratorio. (uego de una manera muy general y en #unción del o$etivo perseguido )selección de materiales, estudios de la resistencia a la corrosión o ien del mecanismo de la corrosión, etc.* los ensayos de corrosión se pueden engloar en dos grandes categoríasI 5.G ensayos acelerados reali'ados en el laoratorio0 2.- ensayos de larga duración e#ectuados en los medios naturales.
(a pr"ctica indica, que sería interesante conocer a priori la resistencia a la corrosión de un determinado metal o aleación en un medio amiente especí#ico. ore la ase de ensayos en el laoratorio, se pueden llegar a estalecer las condiciones amientales m"s #ielmente parecidas a la realidad y, por tanto, estudiar el comportamiento de un metal o varios metales en este medio. (a reali'ación de estos ensayos en el laoratorio puede ser #"cil o etraordinariamente di#ícil, según la naturale'a del medio estudiado. Por e$emplo, si se necesita evaluar el comportamiento o la resistencia a la corrosión de un acero respecto a un "cido mineral, por e$emplo, el -cido &lorhídrico )B&l*, astar" con preparar soluciones de di#erente concentración de este "cido y sumergir en cada una de ellas, una muestra del acero que se piensa ensayar. (a resistencia a la corrosión de tal acero se puede evaluar, por e$emplo, por la p%rdida de peso eperimentada antes y despu%s del ensayo. En este caso se otendr" para cada solución ensayada un valor de la velocidad de corrosión que permitir" prever el comportamiento de este acero en unas condiciones muy cercanas a las de su utili'ación. (a reali'ación de estos ensayos, en este caso, no representa ecesivas di#icultades, y los resultados otenidos pueden ser muy ene#iciosos.
M=todos de Evaluación de la Aelocidad de Corrosión (a determinación de la velocidad de corrosión, es un par"metro de gran importancia, ya que permite cuanti#icar la cantidad del material corroído, y los m%todos sonI a.< P=rdida de Peso del MaterialI Este es uno de los m%todos m"s utili'ado &omo su nomre indica, este m%todo consiste en determinar la p%rdida de peso que ha eperimentado un determinado metal o aleación en contacto con
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un medio corrosivo. (a unidad m"s #recuentemente utili'ada para epresar esa p%rdida de peso sonI Mil%simas de Pulgadas por -+o )mpa* -sí por e$emplo, si para una determinada aplicación se puede evaluar, mediante una serie de ensayos previos, la p%rdida de peso de dos aceros en el mismo medio agresivo, se puede tener una idea de qu% material se podr" emplear con mayores garantías, desde un punto de vista de resistencia a la corrosión, sin tener en cuenta otros muchos requerimientos y propiedades.
7.< M=todo Detector de la Per4eación de idrógeno I (a principal venta$a de este m%todo es que no es necesaria la parada de planta para su instalación. e alimenta del oígeno amiental para la reducción del hidrógeno que atraviesa la pared met"lica y que esta asociado al proceso corrosivo, tampoco se requiere #uente de poder eterna para su #uncionamiento. En la #igura 88 se presenta una imagen de este m%todo (a t%cnica de permeación de hidrógeno, tiene diversas aplicaciones, como lo es por e$emploI monitoreo de la corrosión, evaluación de recurimientos, determinación del coe#iciente de di#usión, determinación de la densidad de trampas, estudio del intercamio de hidrógeno entre el metal y el medio. El Figura && Detector de Per4eación de idrógeno
da+o por hidrógeno en aceros esta relacionado con el ingreso, la di#usión y el tratamiento de hidrógeno, todos estos procesos pueden ser estudiados por la t%cnica de permeación de hidrógeno. Un aspecto común a todo estudio e interpretación del sistema metalG hidrógeno es la necesidad de determinar los par"metros de permeación de hidrógeno, tales, como di#usiilidad, soluilidad y permeailidad, todos estos par"metros permiten hacer una uena evaluación del proceso de permeación del hidrógeno. En metalurgia, los prolemas del e#ecto del hidrógeno sore las propiedades mec"nicas de los aceros implican #enómenos tan ne#astos como la #ragili'ación, #racturas retardas o #atiga est"tica, corrosión a$o tensión, ampollamiento, descascaramiento o e#oliación, etc. (a #ragili'ación se produce deido a un proceso de asorción o di#usión de hidrógeno, cuando este se incorpora a la red cristalina de #orma permanente o temporal. En la super#icie de los metales o aleaciones met"licas, se presentan reacciones químicas que disocian la mol%cula de hidrógeno y posiilitan su penetración en la estructura del metal. El transporte de hidrógeno en metales es in#luenciado por la presencia de aprisionadotes, como consecuencia diminuye el porcenta$e de "tomos de hidrógeno transportado. Estoa sitios actúan esencialmente como 120
sumidero de "tomos de hidrógeno y producen propiedades mec"nicas !el metal
alteraciones en las
c.< Medida de la Aariación de las Propiedades Mec3nicas I (a cuanti#icación de la velocidad de corrosión por el m%todo de la medida de la p%rdida de peso supone el caso de la corrosión generali'ada o uni#orme, que es la que su#re el acero con m"s #recuencia. (a corrosión locali'ada supone muy a menudo una p%rdida mínima de material, pero en camio puede alterar dr"sticamente sus propiedades mec"nicas. Por tanto, un control de esas propiedades mec"nicas puede poner de mani#iesto este tipo de ataque. Por e$emplo, un ensayo de tracción permitir" determinar la resistencia del metal atacado en comparación con una proeta del mismo material que no haya sido sometida a las condiciones del medio agresivo. !i#erentes #ormas de corrosión son posiles de detectar y en su caso de controlar, mediante los ensayos y sus variaciones correspondientes en las propiedades mec"nicas (a aplicación masiva de los aceros inoidales ha traído consigo la aparición de nuevas #ormas de corrosión, a las que son especialmente susceptiles %stos. Por e$emplo, los aceros inoidales austeníticos pueden su#rir la llamada corrosión intergranular, deida a una precipitación de &aruros de &romo en los ordes de grano, como consecuencia de un tratamiento t%rmico inadecuado. (a locali'ación de este tipo de corrosión puede reali'arse mediante un eamen metalogr"#ico con un microscopio cl"sico de lu' re#le$ada que permite visuali'ar la estructura super#icial del metal, haciendo presente cualquier tipo de ataque, sea intergranular, como en el caso citado, o ien transgranular. En la actualidad est"n saliendo una serie de elementos, que son m"s resistiles a la corrosión, como lo e$emplo el acero con &romo u otros metales. El desarrollo de los microscopios electrónicos de arrido permite actualmente lograr una ecelente identi#icación de las #ormas de corrosión locali'ada que ocurren en los di#erentes metales y aleaciones. (a presencia, en muchos microscopios electrónicos de arrido, de un anali'ador de rayos b, permite adem"s, un an"lisis puntual y con ello determinar la naturale'a de los constituyentes a#ectados por el proceso de corrosión, así como estudiar la in#luencia de ciertas adiciones y el e#ecto de diversos tratamientos t%rmicos, capaces de modi#icar la estructura del metal o aleación empleado. (a demostrada naturale'a electroquímica de los procesos de corrosión, especialmente de los que tienen lugar a la temperatura amiente o a temperaturas in#eriores a los 522& ha permitido la aplicación de los m%todos electroquímicos modernos, al estudio de la corrosión de los metales y en consecuencia, a la medición de la velocidad de corrosión. >odas las t%cnicas electroquímicas modernas est"n asadas pr"cticamente en el desarrollo de un aparato que se conoce con el nomre de potenciostato, que se muestra en la #igura 89.
Figura &# El Potenciostato
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El potenciostato es un instrumento electrónico que permite imponer a una muestra met"lica colocada en un medio líquido y conductor, un potencial constante o variale, positivo o negativo, con respecto a un electrodo de re#erencia. Este electrodo de re#erencia no #orma parte del circuito de electrólisis y, por el mismo, no circula corriente alguna. u presencia se dee en #orma eclusiva a que sirve de re#erencia para poner a pruea en todo caso -l momento en que el potencial de la proeta met"lica que se est" ensayando. Para cerrar el circuito de electrólisis se utili'a un tercer electrodo, por lo general de un material inatacale por el medio en que se reali'a la eperiencia )platino o gra#ito, por e$emplo*. El #uncionamiento del Potenciosta se puede eplicar de una manera sencilla se puede entender el #uncionamiento del potenciostato, si se toma al Bierro como metal de pruea. i una solución )por e$emplo, un "cido mineral* es muy agresiva con el Bierro, el ataque del metal producir" un paso importante de electrones, en #orma de iones de hierro cargados positivamente, a la solución. Esta producción de electrones es la responsale del alto potencial negativo de disolución del hierro en un medio agresivo. e puede entender #"cilmente que con la ayuda de una #uente eterna de corriente, ser" posile tanto acelerar como #renar esta emisión de electrones y, por consiguiente, aumentar o detener la corrosión del hierro por modi#icación de su potencial. i a partir del valor del potencial de corrosión, y mediante la #uente eterna de potencial, aumentamos %ste en la dirección positiva )anódica*, se puede llegar a otener el llamado diagrama o curva de polari'ación potenciost"tica, la cual es de mucha utilidad para prever y predecir el comportamiento de materiales met"licos en unas condiciones dadas. En la #igura 8; se presenta el diagrama que se otiene para el caso de un acero en una solución de cido ul#úrico.
Figura &+ n3lisis de Corrosión del Fe en H 2 S 0 4
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>odas las t%cnicas electroquímicas modernas est"n asadas pr"cticamente en el desarrollo de un aparato que se conoce con el nomre de potenciostato. El potenciostato es un instrumento electrónico que permite imponer a una m uestra met"lica colocada en un medio líquido y conductor, un potencial constante o variale, positivo o negativo, con respecto a un electrodo de re#erencia. Este electrodo de re#erencia no #orma parte del circuito de electrólisis y, por el mismo, no circula corriente alguna. u presencia se dee eclusivamente a que sirve de re#erencia para poner a pruea en todo momento el potencial de la proeta met"lica que se est" ensayando, todo este proceso es de gran importancia, ya que se puede cuanti#icar la velocidad de corrosión, y por ende determinar el estado de degradación del metal. En la #igura 8= se presenta una #igura, que muestra los principales par"metros que se deen de tener en cuenta en un control de corrosiónI
Figura &% =cnicas para el Monitoreo de la Corrosión;
(a selección de la t%cnica de monitoreo estar" en #unción de las condiciones de operación y de la naturale'a química de los #luidos a ser transportados. - partir de esta in#ormación y considerando las venta$as de las t%cnicas de monitoreo disponiles, se podr"n seleccionar el sistema de detección de la corrosión m"s adecuado, así como la locali'ación m"s apropiada. (a locali'ación de los equipos de monitoreo es uno de los puntos que deen ser considerados a la hora de implantar cualquier sistema de monitoreo. (a escogencia deer" estar re#erida a la predicción del "rea donde eista mayor proailidad de ocurrencia de corrosión severa de acuerdo al tipo de #luido, patrón de #lu$o y el mecanismo de transporte de inhiidor
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i se detecta la presencia de corrosión en tuerías )4asoductos, líneas de plantas de compresión y de proceso*, el siguiente paso es detectar la velocidad de corrosión. Para determinar la corrosión en los sistemas de transporte de gas se pueden utili'ar varios m%todos, la selección de %ste va a depender de las condiciones de operación y de la naturale'a química de los #luidos que se transportan.
Control de Corrosión; (as di#erentes tendencias de los metales a corroerse trav%s de mediciones de laoratorio, es posile construir un cuadro de metales o aleaciones de acuerdo a su tendencia relativa a corroerse. Estas mediciones est"n asadas en el principio de la acción galv"nica que eiste entre dos metales cuando se sumergen en un electrolito común. >odo lo que se necesita para hacer tal cuadro sería medir la di#erencia de potencial entre pares de distintos metales y aleaciones, teniendo una solución conductora común que (os metales se irían ordenando de acuerdo a su mayor o menor tendencia a corroerse Por eperiencia, se ha oservado que los metales que poseen un potencial m"s positivo no su#ren tanto por la corrosión y se les conoce como metales noles Por otro lado, se sae que aquellos metales con potenciales m"s negativos se corroen r"pidamente y se les conoce como metales ase El control de la corrosión es de suma importancia para preservar los equipos, tuerías o cualquier otra pie'a de metal para evitar perdidas, ya que no se pude impedir completamente la perdida de los metales por corrosión0 aunque en los últimos a+os se han suscitado grandes avances en la detección y control de la corrosión. En la pr"ctica es casi imposile eliminar la corrosión y la aplicación de la ingeniería en este campo radica mas en su control que en su eliminación, siendo necesario tomar en cuenta el #enómeno corrosivo desde el dise+o de las instalaciones y no despu%s de tenerlas en operación, en cuanto a una empresa se re#iere. Para traa$ar en prolemas de corrosión, es necesario saer donde empe'ar y tener el conocimiento "sico para reconocer la corrosión. J&ómo se produceK, J&ómo impedir su severidadK JDu% herramientas son necesarias, t%cnicas de inspección, variale de dise+o que a#ectan a la misma, selección de materiales y la #orma de aplicar la in#ormación del prolema corrosivoK >odos los metales y las aleaciones son susceptiles a su#rir el proceso de corrosión, y no eiste material que no lo resista, inclusive el oro conocido por su increíle resistencia a la atmós#era, se corroe si se tiene el contacto con el Mercurio a temperatura amiente -lgunas de la reacciones de corrosión pueden dar como resultado un deterioro r"pido del metal, en tanto que otras pueden ser autoetinguiles, de manera que las propiedades del metal permane'can pr"cticamente inalteradas. El termino control de corrosión usado en un sentido mas amplio, es la regulari'ación de una reacción de corrosión para lograr un o$etivo especi#ico. -plicando los metales empleados en construcción de equipos de proceso, representa la regulari'ación de las reacciones de corrosión Para #lu$os anulares, donde toda la super#icie interna est" humedecida por el #luido, el monitor o proeta puede ser colocado en cualquier posición a trav%s de la sección circun#erencial de la tuería. Para #lu$os turulentos, intermitentes
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yFo estrati#icados, el líquido se uica en la parte in#erior de la tuería, por lo cual la colocación apropiada de las proetas de corrosión ser" lo m"s cercano a la hora = )siguiendo el sentido de las agu$as del relo$* del perímetro circun#erencial del tuo i se dispone de inyección continua de inhiidores, el monitor deer" colocarse antes del punto de inyección y al #inal de la línea, ya que si se compruea que eiste protección al #inal, donde el inhiidor a su#rido cierto grado de dilución, estar" tami%n garanti'ada en las secciones anteriores que han estado epuestas a mayores concentraciones del producto. (a t%cnica de monitoreo a ser utili'ada depende del mecanismo de corrosión predominante en un determinado gasoducto. Para sistemas con a$as concentraciones de &O / las t%cnicas de polari'ación lineal y los cupones de p%rdida de peso pueden ser utili'ados con resultados satis#actorios0 para los casos donde el contenido de B / es alto deen utili'arse inspecciones radiogr"#icas y de ultrasonido porque son las únicas que emiten resultados satis#actorios. (as t%cnicas m"s utili'adas son las siguientes
a.
!ondeI (ν corr ) velocidad de corrosión )mpa*0 W = peso perdido )mg*0 D = densidad de la proeta )gFcm 8*0 A = "rea de la proeta )pulg /*S T = tiempo de eposición en horas. (a principal venta$a de esta t%cnica es su a$o precio y que requiere de un mínimo de atención durante la operación, son #"ciles de instalar y proporcionan in#ormación real. u desventa$a radica en que en la mayoría de los sistemas de gas "cido se requiere de = meses a un a+o de eposición en las "reas de mayor acumulación de agua, para otener medidas de velocidad de corrosión y por otro lado, no detecta las #luctuaciones en las velocidades de corrosión ya que %sta se calcula como un promedio durante todo el tiempo de eposición. (os cupones pueden ser de di#erentes #ormasI circulares, cilíndricos, planos y pueden tener di#erentes tama+os y uicarse en distintas posiciones con respecto al nivel del #luido. in emargo, los m"s útiles son los planos circulares uicados al ras de la pared de la tuería y en el #ondo de la línea, donde se acumulan líquidos.
7.< Pro7etas de /esistencia El=ctrica; En estos casos, por lo general se utili'a una pletina delgada de metal que se epone al medio corrosivo. medida que el alamre se corroe, su di"metro disminuye y su resistencia el%ctrica aumenta. Esto ocurre porque la resistencia, manteniendo la longitud y 125
temperaturas constantes, es directamente proporcional al "rea de la sección transversal del metal. (a resistencia el%ctrica de una sección de un material el%ctricamente conductor, así como la de un metal, puede ser epresada por la ecuaciónI L + = ρ )C1* A
!ondeI R ^ resistencia el%ctrica )ohmioF cm*.0 ρ = resistividad intrínseca del material )ohmio*.0L ^ longitud de la sección )cm*. y A ^ "rea seccional )cm /*. &uando el proceso de corrosión se reali'a en condiciones isot%rmicas, en este caso la resistencia el%ctrica de una especie de longitud determinada, aumenta como el "rea seccional decrece. En consecuencia, la medida de la resistencia el%ctrica puede ser usada para determinar la disminución del metal. (a compensación por el camio de resistividad con la temperatura es proporcionada por el uso de un elemento de re#erencia protegido del proceso de corrosión (a resistencia el%ctrica de un elemento de medida aumenta con la temperatura del mismo modo que lo hace el elemento de re#erencia. (a velocidad de corrosión se determina por los camios de resistencia que son convertidos en p%rdidas de peso del material en intervalos de tiempo determinados.
c.< Deter4inación de ierro 8 Manganeso; (a medición de Bierro disuelto en una corriente de agua producida puede indicar una tasa de p%rdida de metal, los productos de la corrosión deen ser solules en el agua. Por esta ra'ón es aplicale principalmente a corrosión por &O /, en la cual el
la cantidad de material que atraviesan los rayos mayor ser" la reducción de la intensidad. (a asorción de los rayos b es proporcional a la masa de metal que los rayos hayan atravesado, por lo cual los da+os locali'ados aparecen como puntos oscuros en la película. Esto hace muy valiosa a esta herramienta de monitoreo de corrosión, pues no solo puede determinarse la uicación, sino la etensión y #ormas de las picaduras, así como se puede predecir con astante eactitud la pro#undidad de las mismas mediante an"lisis densitom%tricos. Una de las venta$as del uso de la inspección radiogr"#ica, es que permita oservar el estado actual del interior de la tuería sin interrumpir la producción. -dem"s de detectar picaduras tami%n se pueden identi#icar depósitos y tapones en los sistemas.
f.< rata4iento por aponesI se inyecta en el po'o una cantidad de inhiidores su#iciente como para llenar la tuería de producción y se de$a por un corto periodo, durante el cual se #orma la película protectora. (a vida útil de la película #ormada tiene que ser mayor o igual al tiempo transcurrido entre cada tratamiento. g.< rata4iento Continuo; como lo sugiere su nomre, volúmenes continuos de inhiidores se inyectan en la tuería, reponiendo continuamente la película protectora. (a e#iciencia de los inhiidores es a#ectada por varias condiciones del medio amiente y de los materiales. (as condiciones m"s comunes del medio son la temperatura y la velocidad del #luido. - mayor Control del Proceso de Corrosión I <"sicamente todos los m%todos que eisten para lograr controlar la corrosión de los materiales met"licos, son intentos para inter#erir con el mecanismo de corrosión, de tal manera que se pueda hacer que %ste sea lo m"s ine#iciente posile. Por e$emplo, uno podría er es disminuir el #lu$o de electrones entre los componentes met"licos de la celda de corrosión por el aumento de la resistencia el%ctrica del metal, de alguna manera disminuiría la corriente de corrosión y, por tanto, la velocidad de corrosión, tami%n disminuiría. Esto no es practicale generalmente, pero disminuir el #lu$o de corriente en el componente electrolítico de la celda de corrosión produciría el mismo e#ecto, y esto sí es practicale. En vista, que para que eista un proceso de corrosión, dee #ormarse una pila o celda de corrosión y, por tanto, un "nodo, un c"todo, un conductor met"lico y una solución conductora, adem"s de una di#erencia de potencial entre los electrodos o 'onas anódicas y catódicas, la eliminación de alguno de los componentes esenciales de la mencionada pila, podría llegar a detener el proceso de corrosión, aunque desde luego esta aseveración es de car"cter teórico, ya que la corrosión no se puede detener, lo que se hace en retardarla. En la pr"ctica, eisten tres maneras de lograr lo anterior y por tanto de luchar contra la corrosiónI
a.< isla4iento el=ctrico del 4aterial. Esto puede lograrse mediante el empleo de pinturas o resinas, depósitos met"licos de espesor su#iciente o por aplicación de recurimientos diversos. !e esta #orma, se puede lograr aislar el metal del contacto directo con el medio agresivo
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7.< Ca47iando el sentido de la corriente en la pila de corrosión. &onectando el%ctricamente, por e$emplo, el acero con un metal m"s activo, como por e$emplo &inc o Magnesio se puede llegar a suprimir la corrosión del acero, ya que de$ar" de actuar como "nodo y pasar" a comportarse como c"todo, de$ando el papel de "nodo al metal m"s activo c.< Polari6ación del 4ecanis4o electro9uí4ico Esto se puede lograr ien eliminando el Oígeno disuelto, ien mediante la adición en el medio agresivo de ciertas sustancias llamadas inhiidores, las cuales pueden llegar a polari'ar uno de los electrodos de la pila de corrosión y por lo tanto, llegar a detener o cuanto menos disminuir sus e#ectos. En la pr"ctica, lo anterior conlleva una modi#icación del entorno o medio amiente, al cual est" epuesto el metal. -l anali'ar al. &on m"s detalle, en qu% consiste cada una de las tres maneras propuestas de luchar contra la corrosión, quedaI /ecu7ri4iento de Protectores Estos recurimientos se utili'an para aislar el metal del medio agresivo, en primer lugar aquellos recurimientos met"licos y noGmet"licos que se pueden aplicar al metal por proteger, sin una modi#icación notale de la super#icie met"lica. /ecu7ri4ientos no<4et3licos. -quí se puede incluir dentro de %stos las pinturas, arnices, lacas, resinas naturales o sint%ticas. 4rasas, ceras, aceites, empleados durante el almacenamiento o transporte de materiales met"licos ya manu#acturados y que proporcionan una protección temporal. :ecurimientos org"nicos de materiales pl"sticosI Esmaltes vitri#icados resistentes a la intemperie, al calor y a los "cidos. /ecu7ri4ientos 4et3licos; Pueden lograrse recurimientos met"licos mediante la electrodeposición de metales como el Níquel, &inc, &ore, &admio, Esta+o, &romo, etc. 6nmersión en metales #undidosI &inc /educción 9uí4ica )sin paso de corriente*I electrones. Por ese procedimiento se pueden lograr depósitos de Níquel, &ore, Paladio, etc. :ecurimientos #ormados por modi#icación química de la super#icie del metal. (os llamados recurimientos de conversión consisten en el tratamiento de la super#icie del metal con la consiguiente modi#icación de la misma. Entre las modi#icaciones químicas de la super#icie del metal podemos distinguir tres tipos principalesI /ecu7ri4ientos de fosfatoI El #os#atado se aplica principalmente al acero, pero tami%n puede reali'arse sore cinc y cadmio. &onsiste en tratar al acero en una solución diluida de #os#ato de hierro, cinc o manganeso en "cido #os#órico diluido. (os recurimientos de #os#ato proporcionan una protección limitada, pero en camio resultan ser una ase ecelente para la pintura posterior. /ecu7ri4iento de cro4ato. e pueden e#ectuar sore el aluminio y sus aleaciones, magnesio y sus aleaciones, cadmio y cinc. Por lo general, con#ieren un alto grado de resistencia a la corrosión y son una uena preparación para la aplicación posterior de pintura.
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/ecu7ri4ientos producidos por anodi6ado. El anodi'ado es un proceso electrolítico en el cual el metal a tratar se hace anódico en un electrolito conveniente, con el o$eto de producir una capa de óido en su super#icie. Este proceso se aplica a varios metales noG#errosos, pero principalmente al aluminio y a sus aleaciones. Proporciona una uena protección y tami%n resulta un uen tratamiento previo para la pintura posterior. M=todos Preventivos para la Corrosión (a tendencia de los metales a corroerse es un hecho natural y permanente, lo cual puede ser eplicado, según la tala de potenciales. El prolema radica en controlar este e#ecto destructivo con la mayor economía posile, en la #orma t%cnicamente adecuada, optimi'ando los recursos eistentes, y sonI a.< Eli4inación de los Ele4entos Corrosivos I Este procedimiento aarca, evitar descargas accidentales de líquidos corrosivos o agregando inhiidores a líquidos dentro de circuitos cerrados. El uso de inhiidores químicos normalmente se restringe a sistemas de circulación o aastecimiento de agua, a líneas de vapor y condensado y a líneas de salmuera. &omo todos estos sistemas actúan por inmersión en soluciones, su uso en el campo de la manutención es limitado. -dem"s de ello, deer"n tenerse precauciones en cuanto al tipo y cantidad de los productos químicos agregados como inhiidores. Una mala selección de ello o la manutención inadecuada de las concentraciones puede acelerar m"s la corrosión que evitarla. in emargo, si se usa en uena #orma dentro de su campo limitado ayudaran e#icientemente a minimi'ar al prolema a un costo relativamente a$o. El procedimiento de alterar el amiente engloa tami%n otros sistemas, como por e$emplo la instalación de sistemas de aire acondicionado o el uso de desecantes para mantener un amiente seco. Este ultimo es solamente una protección temporal. Materiales /esistentes a la Corrosión Principalmente a su a$o costo y sus uenas propiedades mec"nicas, el Bierro y el acero, son los materiales mas ampliamente usados en construcción industrial. !esa#ortunadamente, estos materiales en la mayoría de los casos tienden a corroerse y a volver a su estado primitivo. Por ello en ciertos casos de corrosión, se pre#iere el empleo de materiales menos activos o aleaciones especiales, para retardar el proceso de degradación. El traa$o a alta temperatura, cominado con elementos químicos altamente corrosivos, produce una solicitación demasiado severa para los materiales o las protecciones corrientes, y en este caso el alto costo inicial de estos productos o aleaciones especiales, es #"cilmente $usti#icale por el largo periodo en que prestan servicios satis#actorios. Entre los metales comúnmente usados en aleaciones con aceros se encuentraI el &romo )&r*, el &ore )&u*, el Níquel )Ni* y el Molideno )Mo*. En otros casos se usan metales como -luminio )-l*, cuyo precio es muy ra'onale. Materiales menos comunes como >itanio )>i* y >antalio )>n* se emplean solamente a$o condiciones muy severas. (a decisión sore cual de estos materiales se usar o que tipo de protección se empleara, depender" en gran parte del tipo de protección se empleara, depender" en gran parte del tipo de amiente y del costo de los m%todos de alternativa.
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2os In>i7idores de la Corrosión (os inhiidores son sustancias químicas que protegen al metal contra el ataque electroquímico de soluciones agresivas. on usados ampliamente por la industria para modi#icar el comportamiento de las aguas, a e#ectos de un me$or control de la corrosión El principio del #uncionamiento de los inhiidores es #ormar en la super#icie misma de los electrodos de la pila causante de la corrosión, sea un compuesto insolule, sea la #i$ación de una determinada materia org"nica, con el o$eto de polari'ar la pila de corrosión. El comportamiento de los inhiidores de corrosión puede ser muchas veces peligroso, ya que en #unción de la concentración o de las circunstancias, pueden $ugar tanto el papel de inhiidores como de estimuladores de la corrosión (os hay de dos tipos, aunque a veces se utili'a una cominación de amos.
In>i7idores nódicos (a disolución del acero en aguas de pB neutro tiene lugar en "nodos asociados con de#ectos en la capa super#icial del óido #ormado sore el acero. En camio, la reacción catódica puede ocurrir en cualquier lugar de la super#icie. (a cominación de "nodos muy peque+os y una gran super#icie catódica, conduce a la llamada corrosión locali'ada )picaduras*. (os inhiidores anódicos actúan #ormando un compuesto insolule Oido @%rrico ( Fe2 0 3 ) , el cual precipita en los lugares anódicos, evitando la reacción anódica y por tanto, inhiiendo todavía m"s la corrosión. 2os in>i7idores catódicos , en camio, actúan sore toda la super#icie y son menos e#icaces. :educen la corrosión mediante la #ormación de una capa o película de alta resistencia el%ctrica sore la super#icie, la cual #unciona como una arrera para la corriente de corrosión. Uno de los principales prolemas de los inhiidores anódicos es que tienen que estar presentes en una concentración su#iciente, con el o$eto de asegurar que cualquier posile de#ecto en la película de óido ser" cuierto, ya que, de lo contrario puede ocurrir una corrosión por picaduras )locali'ada* muy intensa. Este riesgo se puede minimi'ar utili'ando los llamados sistemas de inhiidores de e#ecto sinerg%tico, los cuales, "sicamente, son me'clas de inhiidores anódicos y catódicos. El constituyente catódico disminuye la velocidad de corrosión y así permite al constituyente anódico sellar la capa de óido con una concentración mucho menor que si estuviera actuando solo. -ctualmente, los sistemas de inhiidores que se est"n empleando para el control de la corrosión de aguas son de este tipo, por e$emplo, el sistema cromatoFpoli#os#ato de cinc. En los medios "cidos, los cuales disuelven la película super#icial protectora de óido #ormada sore el acero, los inhiidores anteriores, oviamente, no tienen e#ecto. En este caso se emplean los llamados inhiidores de adsorción especí#ica, los cuales son mol%culas org"nicas que aíslan el metal del medio "cido, protegiendo la super#icie por adsorción. -lgunos inhiidores de adsorción actúan predominantemente sore la reacción anódica, mientras otros lo hacen sore la catódica.
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Bay que tener muy presente cuando se emplean estos inhiidores que los procesos de adsorción, muy a menudo son muy especí#icos y est"n a#ectados por muchos #actores, como la temperatura, la velocidad de #lu$o del medio y las impure'as presentes en la super#icie met"lica. >odos estos #actores deen ser evaluados cuidadosamente, antes de recomendar el uso de un inhiidor de adsorción. El empleo de los inhiidores de la corrosión, entra dentro del control de %sta por modi#icación del medio amiente. (os amientes m"s comunes asociados con la corrosión son de tres tiposI aguas, la atmós#era y los suelos. En el caso del agua hay que tener en cuenta todos los aspectos de la composición de %sta. >odas las aguas que est"n en contacto con metales, tanto en los procesos industriales como de otra naturale'a, provienen sea del agua de mar, sea del agua de lluvia. Por tanto, puede haer una gran variación en su composición química. El principal m%todo de tratamiento de aguas para control de la corrosión es la eliminación del oígeno disuelto, $unto con la adición de inhiidores. (a presencia de oígeno disuelto en el agua acelera la reacción catódica y, consecuentemente, la velocidad de corrosión aumenta en proporción a la cantidad de oígeno disponile en el c"todo. (a eliminación tanto del oígeno disuelto como del anhídrido carónico )&O /* de las aguas, antes de su uso, constituye un camino importante para el control de la corrosión no sólo del hierro y acero, sino tami%n del core, ronce, cinc y plomo. El oígeno puede ser eliminado por medios #ísicos deGaireación o químicosGde activación. (a de aireación se puede llevar a cao suiendo la temperatura, a$ando la presión o purgando el agua por paso de un gas inerte. (a de activación química se reali'a por tratamiento del agua con hidracina o sul#ito sódico. Por lo que se re#iere a la atmós#era hay que tener en cuenta que la corrosión depende #undamentalmente de dos #actoresI la presencia de contaminantes )partículas sólidas en suspensión, impure'as gaseosas como el anhídrido sul#uroso, )O /* y el contenido de humedad del aire. (a humedad relativa es muy importante al considerar los prolemas relacionados con la corrosión atmos#%rica. El Bierro lire de óido no desarrolla la herrumre en aquellas atmós#eras cuya humedad relativa es del 123 o menor. En general, para cualquier metal que se pueda corroer en la atmós#era, hay un valor crítico de la humedad relativa, por dea$o del cual no se corroe. Este valor crítico de la humedad est" determinado grandemente por la naturale'a higroscópica de algún contaminante sólido que pueda estar presente y por la del producto o productos de corrosión #ormados. !e aquí la gran in#luencia e$ercida por los contaminantes atmos#%ricos.
Control de la Corrosión t4osf=rica I (os m%todos de control m"s e#ectivos para minimi'ar la corrosión atmos#%rica tendrían que ver con la modi#icación de la atmós#era, eliminando los contaminantes, particularmente el O /. Esto no puede reali'arse en el eterior y dee recurrirse a la protección de las estructuras y equipos sometidos a la intemperie, por alguno de los m%todos citados anteriormente )pinturas, recurimientos met"licos, etc.*.
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(a corrosión en los suelos se parece en muchos aspectos a la corrosión por las aguas. En amos casos, el electrolito contiene sustancias disueltas que alteran su comportamiento. (a corrosión de un suelo puede camiar de un "rea a otra por simple camio de composición. (os principales #actores que determinan cu"ndo un suelo es susceptile de ser agresivo con respecto a una estructura met"lica enterrada sonI la humedad, el acceso de oígeno )aireación*, conductividad el%ctrica )la cual est" in#luenciada por la presencia de sales disueltas* y el pB del suelo. No hay que olvidar que muchos prolemas de corrosión de metales enterrados provienen de las llamadas corrientes el%ctricas par"sitas o vagaundas, producidas por e$emplo por los trenes el%ctricos. &omo ya se ha indicado, el m%todo m"s utili'ado para prevenir la corrosión de metales o estructuras enterradas es la protección catódica, $unto con un adecuado revestimiento )tela as#"ltica por e$emplo*.
0elección de 4ateriales en 4edios agresivos El control de la corrosión es sólo uno de los muchos #actores que intervienen en la selección de un material. El ingeniero de materiales al e#ectuar una determinada selección dee tener en cuenta una serie de #actores, como propiedades #ísicas y mec"nicas del material, resistencia a la corrosión, disponiilidad, #acilidad de traa$o, etc., adem"s de los aspectos económicos, antes que pensar en el material en sí mismo. (a selección deería reali'arse en ase al material m"s económico, pero que reuniera la cominación de propiedades necesarias para el uso que se le va a dar, ya que la selección del material adecuado, tiene una #uerte importancia en el control de corrosión. (as consideraciones económicas son muy importantes, así como el tiempo de vida esperado para el equipo e instalación. No se trata, por e$emplo, de esperar un material m"s arato, si el costo de la demora puede llegar a ser mayor que el de un material m"s caro, pero del que se tiene una disponiilidad inmediata. >ampoco se trata de seleccionar un material muy resistente a la corrosión, y por lo general muy caro, que supere largamente la duración prevista para el equipo. (o mismo puede aplicarse en el caso de los recurimientos. El control de la corrosión dee reali'arse, siempre que sea posile, desde la etapa misma del dise+o del componente o de la planta. Evitar dentro de las limitaciones del propio dise+o la #ormación de huecos o cavidades en los cuales pueda quedar atrapada el agua, eliminar el contacto directo de metales disímiles )pares galv"nicos*, así como proporcionar un acceso #"cil para un posterior y plani#icado mantenimiento por pintura durante el servicio, por e$emplo, constituyen alguna de las normas de uena pr"ctica que ayudar"n a un me$or control de la corrosión. ipos de Materiales Disponi7les Sa que la corrosión es un proceso electroquímico, un camino evidente para evitarla es el empleo de materiales químicamente resistentes. Pl"sticos, cer"micas, vidrios, gomas, asesto y cemento entran dentro de esta categoría. El prolema es que en muchos casos no tienen o no reúnen aquellas otras propiedades di#erentes a la resistencia a la corrosión como para satis#acer los requerimientos de servicio. Esto es verdad, en vista que el proceso electroquímica es una #orma de corrosión. (os metales di#ieren mucho en cuanto a su resistencia a la corrosión. Por e$emplo, los metales noles como el platino y el oro son inherentemente
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resistentes a muchos medios agresivos0 el cromo y el titanio tienen una uena resistencia a la corrosión0 el acero, el cinc y el magnesio se corroen #"cilmente. (a resistencia a la corrosión intrínseca de un metal depende de muchos #actores, incluyendo su posición en la serie galv"nica, así como la adherencia y compacidad de la película #ormada en su super#icie en contacto con el aire o el medio de servicio. &on una película de óido protectora, el material se comporta como un metal nole, en el supuesto de que eista su#iciente oígeno en el medio como para reparar los de#ectos en la película, a medida que se #ormen. (os aceros inoidales me$oran sus características de resistencia a la corrosión en medios oidantes o de uena aireación, que aseguran el mantenimiento de su película protectora super#icial, pero est"n su$etos a corrosión por picaduras, por hendiduras y corrosión a$o tensión en ciertos medios especí#icos, y son resistentes a la corrosión atmos#%rica, "cido nítrico, algunas concentraciones de "cido sul#úrico y muchos "cidos org"nicos. El -luminio o#rece una uena resistencia a la corrosión atmos#%rica y a muchos otros medios agresivos, como por e$emploI "cido ac%tico, "cido nítrico "cidos grasos, atmós#eras sul#urosas, etc. e #arican aleaciones de aluminio con peque+as adiciones de otros metales, principalmente con el o$eto de me$orar sus propiedades mec"nicas y #ísicas las aleaciones -luminio Magnesio y -luminio Manganeso son las que presentan una mayor resistencia a la corrosión, seguidas por las aleaciones de -luminioMagnesioilicio y -luminioilicio. En camio las aleaciones de aluminio que contienen core son las que presentan menor resistencia a la corrosión. El níquel es resistente a los "lcalis en #río y caliente, "cidos org"nicos y "cidos inorg"nicos no oidantes diluidos, así como a la atmós#era. (a adición de core me$ora su resistencia a la corrosión en los medios reductores y en el agua de mar. El cromo aumenta su resistencia a la corrosión en los medios oidantes. (a presencia de molideno como aleante tami%n aumenta la resistencia en condiciones reductoras. (a adición de core y molideno me$ora la resistencia a la corrosión tanto en medios reductores como oidantes.
Protección Catódica. En vista que la corrosión de los metales en amientes húmedos es de naturale'a electroquímica, una aproimación lógica para intentar parar la corrosión sería mediante m%todos electroquímicos. (os m%todos electroquímicos para la protección contra la corrosión requieren de un camio en el potencial del metal para prevenir o al menos disminuir su disolución (a protección catódica, en este sentido, es un tipo de protección )electroquímico* contra la corrosión, en el cual el potencial del electrodo del metal en cuestión se despla'a en la dirección negativa. (a protección catódica es una t%cnica de control de la corrosión, que est" siendo aplicada cada día con mayor %ito en el mundo entero, en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de gasoductos, oleoductos, acueductos, etc, para transportar petróleo, productos terminados, agua0 así
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como para tanques de almacenamientos, cales el%ctricos y tele#ónicos enterrados y otras instalaciones importantes. En la pr"ctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, core, plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos. !e igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión a$o tensiones, corrosión intergranular, picaduras o tanques generali'ados. &omo condición #undamental las estructuras componentes del o$eto a proteger y del elemento de sacri#icio o ayuda, deen mantenerse en contacto el%ctrico e inmerso en un electrolito.
Funda4ento de la Protección Catódica; &omo se ha se+alado, para que eista la corrosión electroquímica o húmeda, es #undamental que se ponga en #uncionamiento una pila galv"nica que denota la eistencia de un "nodo, un c"todo y un electrolito. En el momento en que uno de estos tres elementos "sicos para el #uncionamiento de una pila #alle, %sta de$ar" de #uncionar y por tanto se detendr" la corrosión (os sistemas de protección contra la corrosión est"n asados en la eliminación de alguno de estos elementos o en hacerlos inoperantes. El procedimiento que elimina todos los "nodos de la super#icie met"lica haci%ndola toda catódica, se conoce con el nomre de protección catódica. (a protección catódica es un m%todo electroquímico cada ve' m"s utili'ado hoy en día, el cual aprovecha el mismo principio electroquímico de la corrosión, transportando un gran c"todo a una estructura met"lica, ya sea que se encuentre enterrada o sumergida. Para este #in ser" necesaria la utili'ación de #uentes de energía eterna mediante el empleo de "nodos galv"nicos, que di#unden la corriente suministrada por un trans#ormadorGrecti#icador de corriente. El mecanismo, consecuentemente implicar" una migración de electrones hacia el metal a proteger, los mismos que via$ar"n desde "nodos eternos que estar"n uicados en sitios plenamente identi#icados, cumpliendo así su #unción (uego despu%s de anali'adas algunas condiciones especialmente desde el punto de vista electroquímico dando como resultado la realidad #ísica de la corrosión, despu%s de estudiar la eistencia y comportamiento de "reas especí#icas como nodoG&"todoGElectrolito y el mecanismo mismo de movimiento de electrones y iones, llega a ser ovio que si cada #racción del metal epuesto de una tuería o una estructura construida de tal #orma de coleccionar corriente, dicha estructura no se corroer" porque sería un c"todo. (a verdad es que la protección catódica reali'a eactamente lo epuesto #or'ando la corriente de una #uente eterna, sore toda la super#icie de la estructura .Mientras que la cantidad de corriente que #luye, sea a$ustada apropiadamente venciendo la corriente de corrosión y, descarg"ndose desde todas las "reas anódicas, eistir" un #lu$o neto de corriente sore la super#icie, llegando a ser toda la super#icie un c"todo Para que la corriente sea #or'ada sore la estructura, es necesario que la di#erencia de potencial del sistema aplicado sea mayor que la di#erencia de potencial de las microceldas de corrosión originales.
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(a protección catódica #unciona gracias a la descarga de corriente desde una cama de "nodos hacia tierra y dichos materiales est"n su$etos a corrosión, por lo que es deseale que dichos materiales se desgasten )se corroan*a menores velocidades que los materiales que protegemos. >eóricamente, se estalece que el mecanismo consiste en polari'ar el c"todo, llev"ndolo mediante el empleo de una corriente eterna, m"s all" del potencial de corrosión, hasta alcan'ar por lo menos el potencial del "nodo en circuito aierto, adquiriendo amos el mismo potencial elimin"ndose la corrosión del sitio, por lo que se considera que la protección catódica es una t%cnica de Polari'ación &atódica (a protección catódica no elimina la corrosión, %ste remueve la corrosión de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente. Para su #uncionamiento pr"ctico la protección catódica requiere de un electrodo auiliar )"nodo*, una #uente de corriente continua cuyo terminar positivo se conecta al electrodo auiliar y el terminar negativo a la estructura a proteger, #luyendo la corriente desde el electrodo a trav%s del electrolito llegando a la estructura. 6n#luyen en los detalles de dise+o y construcción par"metro de geometría y tama+o de la estructura y de los "nodos, la resistividad del medio electrolito, la #uente de corriente, etc. (a protección catódica para controlar el proceso de corrosión de estructuras met"licas suterr"neas o sumergidas se lleva a cao de dos manerasI
a. ,nodos de 0acrificio. Este esta relacionado con unir un material que sea m"s electronegativo que el que se desea proteger 7.< In8ectando corriente directa negativa a la estructura que se desea proteger, conocido como protección catódica con corriente i4presa. 2os ,nodos de 0acrificio, tami%n se denomina ,nodos -alv3nicos e #undamenta en el mismo principio de la corrosión galv"nica, en la que un metal m"s activo es anódico con respecto a otro m"s nole, corri%ndose el metal anódico. En la protección catódica con "nodos galv"nicos, se utili'an metales con propiedades irreversilemente anódicas conectados a la tuería a proteger, dando origen al sacri#icio de dichos metales por corrosión, descargando su#iciente corriente, para la protección de la tuería. (a di#erencia de potencial eistente entre el metal anódico y la tuería a proteger, es de a$o valor porque este sistema se usa para peque+os requerimientos de corriente, y, peque+as estructuras y en medio de a$a resistividad &omo conclusión se puede se+alar que, esta t%cnica se #undamenta, en conectar el%ctricamente uno o varios "nodos cuyo potencial de reducción sea mucho menor al del elemento a proteger, y por un simple e#ecto de pila galv"nica, se otiene la protección de dicho elemento, al destruirse el "nodo. (a reali'ación de la protección catódica con "nodos de sacri#icio o galv"nicos se lleva a cao normalmente con tres metales característicos, que son &inc )Hn*0 Magnesio )Mg*0 -luminio )-l* y sus aleaciones. El &inc ha sido siempre el material anódico cl"sico, y es el pionero en el desarrollo de la protección catódica. (os "nodos de aleaciones de Magnesio han sido tami%n utili'ados 135
con %ito0 principalmente se emplean para la protección de estructuras que requieren de una polari'ación r"pida, o en medios agresivos de resistividad elevada, como los suelos. El -luminio es un material anódico de gran inter%s por sus características electroquímicas. in emargo, la otención de aleaciones de aluminio adecuadas para "nodos de sacri#icio ha sido m"s lenta que las de los dos otros metales, que en los últimos a+os han tenido un gran desarrollo. Un metal tendr" car"cter anódico respecto de otro si su potencia de oidación es mayor que el potencial del metal que se quiere proteger -sí, por e$emplo, el Bierro ( ∆ ! *xidación = 0,44voltios ) ser" anódico con relación al &ore ( ∆ ! *xidación = −0,34voltios ) y catódico respecto al &inc ( ∆ ! *xidación = 0,76voltios ) .El metal que actúa como "nodo se sacri#ica )se disuelve* en #avor del metal que actúa como c"todo, todo esto tiene una gran importancia en el control de la corrosión, ya que se permite mantener el elemento químico, que no se quiere que se corroe, esto se muestra en la #igura 81
Características de un ,nodo -alv3nico; El "nodo dee tener un potencial de disolución lo su#icientemente negativo, para polari'ar la estructura de acero que normalmente se protege in emargo el potencial no dee de ser ecesivamente negativo, ya que eso motivaría un gasto superior, con un innecesario paso de corriente. &orriente su#icientemente elevada, por unidad de peso de material consumido
En t%rminos generales se puede se+alar que en la protección catódica con "nodos galv"nicos, se utili'an metales #uertemente anódicos conectados a la 136
tuería a proteger, dando origen al sacri#icio de dichos metales por corrosión, descargando su#iciente corriente, para la protección de la tuería. (a di#erencia de potencial eistente entre el metal anódico y la tuería a proteger, es de a$o valor porque este sistema se usa para peque+os requerimientos de corriente, peque+as estructuras y en medio de a$a resistividad.
ipos de ,nodos de 0acrificio Utili6ados &onsiderando que el #lu$o de corriente que se origina en la di#erencia de potencial eistente entre el metal a proteger y el "nodo, %ste último deer" ocupar una posición m"s elevada en la erie 4alv"nica (os "nodos galv"nicos que con mayor #recuencia se utili'an en la protección catódica sonI a.< Magnesio Estos "nodos tienen un alto potencial con respecto a la relación ( ∆ ! *xidación = 2,36voltios ) al Bierro y est"n lires de pasivación. Est"n dise+ados para otener el m"imo rendimiento posile, en su #unción de protección catódica. (os "nodos de Magnesio son apropiados para oleoductos, po'os, tanques de almacenamiento de agua, incluso para cualquier estructura que requiera protección catódica temporal. 7.< Cinc. Este electrodo se utili'a en estructuras met"licas inmersas en agua de mar o en suelo c.< lu4inio, se utili'a en estructuras inmersas en agua de mar. En general los "nodos galv"nicos se emplean cuando la cantidad de corriente protectora que se necesita es peque+a o dee estar ien distriuida, por e$emplo a lo largo de una tuería desnuda. in emargo, eisten límites, el agua y el suelo deen tener la su#iciente a$a resistividad como para que la corriente generada por el "nodo sea de uso pr"ctico. En cualquier instalación de protección catódica, es importante que los "nodos est%n instalados apropiadamente, lo cual signi#ica un "nodo y el suelo que lo rodea. &uando es posile, el "nodo se dee uicar en suelos de a$a resistencia tales como arro. Por último se pueden desarrollar lentamente, películas calc"reas en estructura protegidas catódicamente con el paso del tiempo. -unque ellas, desde un punto de vista convencional, son recurimientos pores, pueden reducir los requerimientos de corriente en un ;23 o m"s de una gran ayuda en la protección catódica enterrada.
/elleno 1acLfill; Para me$orar las condiciones de operación de los "nodos en sistemas enterrados, se utili'an algunos rellenos entre ellos el de odo esto es de gran importancia en la protección catódica, ya que ayuda al control del proceso y de la corrosión, y por ende tiene car"cter t%cnico industrial. 137
Características Electro9uí4icas de los ,nodos -alv3nicos (as propiedades que deen reunir los materiales anódicos para que puedan ser utili'ados como tales en la pr"ctica, remiten, al Hn, -l y al Mg como metales seleccionados. Otros posiles candidatos, son los metales alcalinos )(i, Na, * y los alcalinoGt%rreos, tales como
2as principales venta5as del e4pleo de 3nodos de sacrificio son I a.G @uncionan independientemente de una #uente de energía el%ctrica. u instalación es simple, y si despu%s de una inspección no se otienen los niveles deseados de protección, pueden #"cilmente a+adirse nuevos "nodos .G Nunca pueden estar incorrectamente unidos a la estructura No hay que e$ercitar #unciones de control del sistema sino sólo la toma de potencial.[ !i#ícilmente se dan prolemas por soreprotección c.G Es #"cil otener distriuciones uni#ormes de potencial en una estructura.
2as desventa5as son; a.Gólo se pueden emplear en medios de a$as resistividades.[ on necesarias grandes cantidades de "nodos para proteger grandes super#icies. .G En instalaciones enterradas, la sustitución al cao de los a+os supone un elevado coste de ora civil. (a reali'ación de la protección catódica con "nodos de sacri#icio o galv"nicos se lleva a cao normalmente, con los metales antes se+alados.. El &inc ha sido siempre el material anódico cl"sico, y es el pionero en el desarrollo de la
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protección catódica. El aluminio es un material anódico de gran inter%s por sus características electroquímicas. in emargo, la otención de aleaciones de aluminio adecuadas para "nodos de sacri#icio ha sido m"s lenta En t%rminos generales se puede se+alar que, un metal tendr" car"cter anódico respecto de otro si se encuentra arria de %l en la escala de tensiones, por e$emplo, el Bierro ser" anódico con relación al core y catódico respecto al &inc. El metal que actúa como "nodo se sacri#ica )se disuelve* en #avor del metal que actúa como c"todo (as propiedades que deen reunir los materiales anódicos para que puedan ser utili'ados como tales en la pr"ctica, remiten a los elementos )Hn0 mg y -l* En una reacción electroquímica, un metal se disuelve de acuerdo con las leyes de @araday, las cuales dicen que, pr"cticamente, el paso de una cantidad de corriente de C=.;22 culomios disuelve una cantidad equivalente de cualquier elemento químico. Por tanto, si una cantidad de electricidad de)D* couloms , la cantidad de metal disuelto ser"I 2 (culom#ios) x
1e1uiv 96500culom#ios
-dem"s I (uego se tiene queI
x
1mol
ne1uiv 2
P = Ι xtx
x
P & A( g ) 1mol
= Ι xt
P & A nx96500
=
)( g )
)CA* )CC* )522*
!ondeI P ^ gramos de metal disuelto0 t^ tiempo en )s*0 P.-^ peso atómico del metal en )gFgmol*0 n^ estado de oidación del metal, y Ι = 6ntensidad de la corriente en -mperesI
Intensidad de la Corriente nódica - partir de las leyes de @araday se puede calcular la intensidad de corriente que es capa' de suministrar 5 Rg de metal en su actuación anódica. el valor otenido a partir de las leyes de @araday equivale a un rendimiento electroquímico del 5223, que como ya se ha indicado, nunca se puede alcan'ar en la pr"ctica. (a pila #ormada por el "nodo galv"nico y su estructura dar"n un valor m"imo de corriente en el instante de iniciar su #uncionamiento, el cual decrecer" despu%s por los procesos de polari'ación que tienen lugar en los electrodos. Protección Catódica a rav=s de la corriente I4presa Este sistema de protección catódica con corriente impresa se llevó a cao aproimadamente cien a+os despu%s que el de "nodos galv"nicos. En este sistema de protección catódica se utili'a la corriente suministrada por una #uente continua para imprimir la corriente necesaria para la protección de una estructura Este procedimiento consiste en unir el%ctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo negativo de una #uente de alimentación de corriente continua )pura o recti#icada* y el positivo con un electrodo auiliar que cierra el circuito. (os electrodos auiliares se hacen de chatarra de hierro, aleación de #errosilicio, gra#ito, titanio platinado, etc. Es completamente indispensale la eistencia del electrolito )medio agresivo* que completa el con$unto para que se realice el proceso electrolítico. Este sistema de protección catódica tiene la característica de que utili'a como "nodo 139
dispersor de la corriente )electrodo auiliar*. Es lógico que no es #"cil determinar cual m%todo de protección es adecuado utili'ar en un determinado caso materiales met"licos que en mayor o menor grado se consumen con paso de la corriente. in emargo, el intercamio necesario de corriente con %l electrolito tiene lugar a trav%s de reacciones electroquímicas, las cuales dependen tanto del material anódico, como del amiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que %ste suministra. Por e$emplo, el caso en el caso de un "nodo .de chatarra de Bierro o de acero al carono, la reacción electródica es la disolución del Bierro Fe ⇒ Fe
+2
+ 2e
)525*
(uego el "nodo se consume con el tiempo En el sistema de corriente impresa se mantiene el mismo principio #undamental de la protección catódica, pero tomando en cuenta las limitaciones del material, costo y di#erencia de potencial con los "nodos de sacri#icio, se ha ideado este sistema mediante el cual el #lu$o de corriente requerido, se origina en una #uente de corriente generadora continua regulale o, simplemente se hace uso de los recti#icadores, que alimentados por corriente alterna o#recen una corriente el%ctrica continua apta para la protección de la estructura. (a corriente eterna disponile es impresa en el circuito constituido por la estructura a proteger y la cama anódica. (a dispersión de la corriente el%ctrica en el electrolito se e#ectúa mediante la ayuda de "nodos inertes cuyas características y aplicación dependen del electrolito. El terminar positivo de la #uente dee siempre estar conectado a la cama de "nodo, a #in de #or'ar la descarga de corriente de protección para la estructura. Este tipo de sistema trae consigo el ene#icio de que los materiales a usar en la cama de "nodos se consumen a velocidades menores, pudiendo descargar mayores cantidades de corriente y mantener una vida m"s amplia. En virtud de que todo elemento met"lico conectado o en contacto con el terminar positivo de la #uente e inmerso en el electrolito es un punto de drena$e de corriente #or'ada y por lo tanto de corrosión, es necesario el mayor cuidado en las instalaciones y la eigencia de la me$or calidad en los aislamientos de cales de interconeión
,nodos Utili6ados en la Corriente I4presaI >odos estos "nodos van consumi%ndose a mayor o menor velocidad con el paso de la corriente. -sí, por e$emplo, la chatarra de hierro se consume muy r"pidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. - continuación se descrien revemente cada uno de estos electrodos. los principales sonI a.< C>atarra de >ierroI Por su economía es a veces utili'ado como electrodo dispersor de corriente Este tipo de "nodo puede ser aconse$ale su utili'ación en terrenos de resistividad elevada y es aconse$ale se rodee de un relleno arti#icial constituido por carón de coque. El consumo medio de estos lechos de dispersión de corriente es de C gF-m-+o
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.G Ferrosilicio; Este "nodo es recomendale en terrenos de media y a$a resistividad. e coloca en el suelo hincado o tumado rodeado de un relleno de carón de coque. - intensidades de corriente a$a de 5 -mper, su vida es pr"cticamente ilimitada, siendo su capacidad m"ima de salida de corriente de unos 5/ a 5; -mper por "nodo. u consumo oscila a intensidades de corriente altas, entre o.; a 2.C gF-mp-+o. u dimensión m"s normal es la correspondiente a 5;22 mm de longitud y 1; mm de di"metro
c.< -rafito; Puede utili'arse principalmente en terrenos de resistividad media y se utili'a con relleno de gra#ito o carón de coque. Es #r"gil, por lo que su transporte y emala$e dee ser de cuidado. us dimensiones son variales, su longitud oscila entre 5222G/222 mm, y su di"metro entre =2G522 mm, son m"s ligeros de peso que los #errosilicios. (a salida m"ima de corriente es de 8 a 9 amperios por "nodo, y su desgaste oscila entre 2.; y 5 gF-m-+o d.< itanio
Aenta5as 8 2i4itaciones del M=todo de Protección Catódica con Corriente I4presa; (as venta$as y desventa$as que presenta el m%todo de protección catódica por corriente impresa se resumen en el cuadro /. Esencialmente, se puede decir que este m%todo es m"s conveniente que el de los "nodos de sacri#icio, cuando se tratan de proteger estructuras muy grandes o con una gran demanda de corriente y cuando la resistividad del amiente es elevada, como en el caso de los suelos. Una gran venta$a de este m%todo es su 141
posiilidad de proteger una gran super#icie con un solo "nodo. Por otra parte, tanto la di#erencia de potencial
2as Aenta5as del uso de la Corriente I4presa son; a.< (a posiilidad de tener tensiones altas, para proteger grandes super#icies, incluso no recuiertas, y en medios de altas resistividades. .G(a necesidad comparada de menor número de "nodos. c.GPueden controlarse las prestaciones del sistema, a$ustando la tensión o corriente de salida. c.G&on el uso de sistemas autom"ticos, se garanti'a una correcta protección y nunca soreprotección, pudi%ndose adem"s enviar controles del #uncionamiento del sistema mediante comunicaciones especí#icas )digitales, analógicas, radio* d.G(a centrali'ación del lecho de "nodos #acilita la instalación y los traa$os suplementarios. e.GPermiten un mayor control y seguimiento de la protección, incluso permite almacenar medidas periódicas de #orma autom"tica, al incorporar procesos in#orm"ticos. Desventa5as; a.G (a necesidad de una #uente de energía eterna. .G(a posiilidad de soreprotección, y los da+os que %sta pueda ocasionar, cuando el sistema est" mal a$ustado, o si se implementa un sistema sin regulación autom"tica. c.G(a di#icultad de otener una distriución uni#orme en elementos de #ormas comple$as. d.GEl riesgo de que si la coneión al elemento a proteger se destruya, y con ello se inicie una corrosión acelerada por corrientes vagaundas sore el mismo. En t%rminos generales se puede se+alar que (a Protección &atódica con &orriente 6mpresa, que es cuando la corriente el%ctrica pasa a trav%s de una solución electrolítica.. -dem"s, hay que hacer notar que es completamente indispensale la eistencia del electrolito que completa el con$unto para que se realice el proceso electrolítico. Este sistema de protección catódica tiene la característica de que se utili'a como "nodo dispersor de la corriente )electrodo auiliar* materiales met"licos que en mayor o menor grado se consumen con el paso de la corriente. in emargo, el intercamio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a trav%s de reacciones electroquímicas, las cuales dependen tanto del material anódico, como del amiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de
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corriente que %ste suministra. (uego se puede concluir que la protección catódica por corriente impresa consiste en otener la corriente el%ctrica de protección al sistema corrosivo a partir de una #uente eterna, ya sea de un suministro de energía el%ctrica o de celda de energía #oto voltaica o eólica. En la #igura 8A se muestra en #orma esquem"tica un sistema de protección por corriente impresa. En la #igura 8A se oserva que un sistema de instalación de protección por corriente impresa consta deI Un trans#orecti#icador o unidad central de potencia Un lecho de "nodos dispersor de la corriente en el medio conductor )suelo, agua* Unos conductores de unión para polo positivo del recti#icador hasta el lecho de "nodos, y desde el polo negativo hasta los elementos a proteger. (as unidades centrales de potencia est"n preparadas para regular la corriente o el volta$e de salida. !e esta #orma, eisten dos sistemas di#erentesI (as unidades con regulación manual de la salida (as unidades con regulación autom"tica y manual de la corriente y tensión de salida para mantener esta corriente se utili'an una serie de instrumentos, tales comoI
a.< /ectificadores. Estos son aparatos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido Estos aparatos se alimentan con corriente alterna (a tensión de salida puede a$ustarse según las necesidades. 7.< Un voltí4etro permite controlar la tensión de salida y un amperímetro la intensidad total. Figura &* 0iste4a de Protección de la Corrosión por Corriente I4presa
c.< ,nodos uBiliares Criterios de Protección; &uando se aplica protección catódica a una estructura, es etremadamente importante saer si esta se encontrar" realmente protegida contra la corrosión en toda su plenitud. ?arios criterios pueden ser adoptados para comproar que la estructura en mención est" 143
eenta de riesgo de corrosión, asados en unos casos en #unción de la densidad de corriente de protección aplicada y otros en #unción de los potenciales de protección otenidos. No ostante, el criterio m"s apto y universalmente aceptado es el de potencial mínimo que dee eistir entre la Mínimo que dee eistir entre la estructura y terreno, medición que se reali'a con un electrodo de re#erencia.
/esistividad del 0uelo; &uando se dise+a protección catódica o simplemente cuando se estudia la in#luencia de la corrosión en un medio en el cual se instalar" equipos o se tender" una línea, es necesario investigar las características del medio, entre estas características, relacionada directamente con el #enómeno corrosivo se encuentra la resistividad del medio. (a resistividad es la recíproca de la conductividad o capacidad del suelo para conducir corriente el%ctrica. En la pr"ctica se e$ecutan medidas de resistencia de grandes masas de material y se calcula un valor promedio para el mismo & (as "reas de menor resistividad son las que tienden a crear 'onas anódicas en la estructura, pero así mismo son las 'onas m"s aptas para instalación de las camas de "nodos En la pr"ctica se reali'o esta medida empleando un voltímetro y un amperímetro o ien instrumentos especiales
Co4paración Entre los dos 0iste4as de Protección; a.< ,nodos -alv3nicos No requieren potencia eterna0 ?olta$e de aplicación #i$o0 -mpera$e limitado0 -plicale en casos de requerimiento de corriente peque+a, económico hasta ; amperios0 til en medios de a$a resistividad0 (a inter#erencia con estructuras enterradas es pr"cticamente nula0 ólo se los utili'a hasta un valor límite de resistividad el%ctrica hasta ;222 ohmGcm0 Mantenimiento simple. 7.< Corriente I4presa :equiere potencia eterna ; ?olta$e de aplicación variale0 -mpera$e variale0 til en dise+o de cualquier requerimiento de corriente sore ; amperios0 -plicales en cualquier medio0 Es necesario anali'ar la posiilidad de inter#erencia0 irve para "reas grandes0 Mantenimiento no simple0 :esistividad el%ctrica ilimitada0 &osto alto de instalación Protección Catódica Fotovoltaica. (a utili'ación de esta #orma de protección contra la corrosión, por los costos que hay que utili'ar para proveer de energía el%ctrica, adem"s tami%n el precio de la etensión de las líneas de energía ha aumentado signi#icativamente. Es por ello que, la energía #otovoltaica se ha convertido en una #uente energ%tica pre#erida en muchas aplicaciones, entre las cuales est" la protección catódica, se sae que una #orma común de protección catódica es la denominada &orriente 6mpresa, la que consiste en aplicar corriente entre la estructura enterrada o sumergida y un "nodo. !e esta #orma se #uer'a una reversión de la corriente, y con ello una disminución del proceso de corrosión. Esta energía puede ser provista, sin ninguna di#icultad por una &elda @otovoltaica, y con ello disminuir los costos operacionales
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(a palara #otovoltaica se compone de dos t%rminosI @oto ^ (u', ?oltaica ^ Electricidad. Es un dispositivo que convierte directamente la lu' solar en electricidad. (as celdas #otovoltaicas est"n hechas de materiales especiales llamados 0e4iconductores? uno de estos materiales es ilicio )i*, que es el material m"s usado. &uando la lu' solar choca en la celda una cierta porción de ella es asorida dentro del material semiconductor. Esto signi#ica que la energía de la lu' asorida es trans#erida al semiconductor. (a energía golpea los electrones lires permiti%ndoles #luir liremente. >odas las celdas #otovoltaicas )@?* tienen uno o m"s campos el%ctricos que actúan para #or'ar a los electrones lierados por la acción de la lu' para #luir en una cierta dirección. Este #lu$o de electrones es una corriente y poniendo los contactos de metal en la parte superior e in#erior de la celda )@?* se puede otener la corriente para usarla eternamente. Esta corriente $unto con el volta$e de celda, de#ine la potencia que puede entregar la celda solar. En la celda #otovoltaica cuando electrones que #luyen, se convierten en la corriente y el campo el%ctrico, mientras que la celda constituye el volta$e. &on la corriente y volta$e se tiene la potencia de la celda. Una de las principales venta$as de la celda #otovoltaica puede asorer alrededor del /;3 de la lu' solar esto es porque la lu' visile es sólo una parte del espectro electromagn%tico. S la radiación electromagn%tica no es monocrom"tica. (a lu' puede ser separada en di#erentes longitudes de onda, por lo que la convierten en una #uente el%ctrica de gran utilidad.
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