corrosion

CORROSIN

Definicin

La corrosin se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroqumico por su entorno. De manera ms general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma ms estable o de menor energa interna. Siempre que la corrosin est originada por una reaccin electroqumica (oxidacin), la velocidad a la que tiene lugar depender en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestin. Otros materiales no metlicos tambin sufren corrosin mediante otros mecanismos.

DAO ECONOMICO

La corrosin causa un enorme dao a la economa de los pases. Esto se manifiesta en la prdida irreversible anualmente de millones de toneladas de metales. Por ejemplo, a causa de la corrosin se pierde cerca del 10% de todo el metal ferroso producido.En una serie de industrias, aparte de las prdidas, los xidos de los metales formados como resultado de la corrosin, impurifican los productos. Para evitarlo se generan gastos adicionales, especialmente en la industria alimenticia y en la fabricacin de reactivos qumicamente puros etc.

Proteccin contra la corrosin

Eleccin del material

La primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios, cermicas, polmeros (plsticos), etc. La eleccin tambin debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicacin (masa de la pieza, resistencia a la deformacin, al calor, capacidad de conducir la electricidad, etc.).

Dominio del ambiente

Cuando se trabaja en ambiente cerrado (por ejemplo, un circuito cerrado de agua), se pueden dominar los parmetros que influyen en la corrosin; composicin qumica (particularmente la acidez), temperatura, presin... Se puede, v.g., agregar productos llamados "inhibidores de corrosin". Un inhibidor de corrosin es una sustancia que, aadida a un determinado medio, reduce de manera significativa la velocidad de corrosin. Las sustancias utilizadas dependen tanto del metal a proteger como del medio, y un inhibidor que funciona bien en un determinado sistema puede incluso acelerar la corrosin en otro sistema.

Inhibidores de la corrosin

Los inhibidores de corrosin, son productos que actan ya sea formando pelculas sobre la superficie metlica, tales como los molibdatos, fosfatos o etanolaminas, o bien entregando sus electrones al medio. Por lo general los inhibidores de este tipo son azoles modificados que actan sinrgicamente con otros inhibidores tales como nitritos, fosfatos y silicatos. La qumica de los inhibidores no est del todo desarrollada an. Su uso es en el campo de los sistemas de enfriamiento o disipadores de calor tales como los radiadores, torres de enfriamiento, calderas y "chillers". El uso de las etanolaminas es tpico en los algunos combustibles para proteger los sistemas de contencin (como tuberas y tanques).Tipos de corrosin

Corrosin electroqumica o polarizadaLa corrosin electroqumica se establece cuando en una misma superficie metlica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy prximas entre s en donde se establece una migracin electrnica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidacin ms elevado, llamado rea andica hacia aquella donde se verifica el potencial de reduccin ms bajo, llamado rea catdica.

Corrosin por oxgeno

Este tipo de corrosin ocurre generalmente en superficies expuestas al oxgeno diatmico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presin elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosin en las mquinas trmicas (calderas de vapor) representa una constante prdida de rendimiento y vida til de la instalacin.

Corrosin microbiolgica

Es uno de los tipos de corrosin electroqumica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosin en las superficies metlicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrgeno-dependientes que usan el hidrgeno disuelto del agua en sus procesos metablicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su accin est asociada al pitting (picado) del oxgeno o la presencia de cido sulfhdrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias.

Corrosin por presiones parciales de oxgenoEl oxgeno presente en una tubera por ejemplo, est expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es ms aireada que otra prxima a ella y se forma una pila. El rea sujeta a menor aireacin (menor presin parcial) acta como nodo y la que tiene mayor presencia de oxgeno (mayor presin) acta como un ctodo y se establece la migracin de electrones, formndose xido en una y reducindose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosin es comn en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxgeno.

Corrosin galvnica

Es la ms comn de todas y se establece cuando dos metales distintos entre s actan como nodo uno de ellos y el otro como ctodo. Aquel que tenga el potencial de reduccin ms negativo proceder como una oxidacin y viceversa aquel metal o especie qumica que exhiba un potencial de reduccin ms positivo proceder como una reduccin. Este par de metales constituye la llamada pila galvnica. En donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta los electrones.

Corrosin por actividad salina diferenciadaEste tipo de corrosin se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metlica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvnica en donde la superficie expuesta a la menor concentracin salina se comporta como un nodoUniforme:

La corrosin uniforme puede ser descrita como una reaccin de corrosin que ocurre por igual en toda la superficie del material, causando un prdida general del metal.

Erosin:

La corrosin por erosin est causada o acelerada por el movimiento relativo de la superficie de metal y el medio. Se caracteriza por rascaduras en la superficie paralelas al movimiento.La erosin suele prevalecer en aleaciones blandas (por ejemplo, aleaciones de cobre, aluminio y plomo).Las aleaciones que forman una capa pasivante muestran una velocidad limite por encima de la cual la erosin aumenta rpidamente. Otros factores como turbulencia, cavitacin, o efectos galvnicos pueden aumentar la severidad del ataque.Intergranular:

La corrosin intergranular se refiere a la corrosin selectiva de los lmites de grano en metales y aleaciones.Los lmites de grano son zonas de alta energa debido a la gran proporcin de dislocaciones en la estructura natural del material.Este ataque es muy comn en algunos aceros inoxidables y aleaciones de nquel.

Exfoliacin:

Corrosin en los lmites de grano paralelos a la superficie del metal donde los productos de corrosin separan el metal. Tambin llamada corrosin laminar.

Corrosin bajo tensin:

Ataque de un material por la accin conjunta de dos causas: qumica (agresivo qumico) y fsica (tensin mecnica). Por separado, ninguna ataca al material.La progresin de la corrosin bajo tensin es de tipo arbreo. Sigue los lmites de los cristales (corrosin por lmite de grano o corrosin intergranular).

Por fatiga:

Producida por la unin de una tensin cclica y de un agente corrosivo. El ataque es transgranular (rotura recta).

Corrosin por rozamiento:

El ataque ocurre cuando dos piezas de metal se deslizan un encima del otro y causan daos mecnicos a uno o a los dos elementos.En algunos casos, el calor de friccin oxida el metal y su xido se elimina. En otros casos, la eliminacin mecnica de la capa pasivante expone la superficie limpia del metal a los ataques corrosivos.

Ataque por hidrgeno:

A temperaturas elevadas y presin parcial de hidrgeno alta, hidrogeno penetra el acero al carbono, reaccionando con el carbn del acero para formar metano. La presin generada causa una perdida de ductilidad (fragilizacin por hidrgeno, "hydrogenembrittlement") y fallos por rotura o formacin de burbujas en el acero. La eliminacin de carbono del acero (descarburizacin) provoca el descenso de la resistencia del acero.

Prdida selectiva:

Es el proceso donde un elemento especfico es eliminado de una aleacin debido a una interaccin electroqumica con el medio. La deszincacin de aleaciones de latn es el ejemplo ms comn de este tipo de corrosin. Suele ocurrir cuando el metal es expuesto a aguas blandas y puede ser acelerada por concentraciones altas de dixido de carbono y la presencia de iones cloruro.

pH de la solucin:

se estudia el la velocidad de corrosin dependiendo del pH de la solucin y del material que del cual est fabricado el componente.

Temperatura: la velocidad de corrosin tiende a aumentar si aumente la t.

Agentes oxidantes:

la mayor parte de la corrosin observada en la prctica se da en condiciones en que la oxidacin del hidrgeno para dar agua es una parte necesaria del proceso de corrosin. Por esta razn los agentes oxidantes son con frecuencia potentes aceleradores del proceso de corrosin. Aunque pueden acelerar la corrosin de unos materiales, pueden en cambio retardar la que se produzca en otros mediante formacin de xidos en superficie o absorcin de capas de oxgeno que las hacen resistentes a los ataques qumicos.

La Corrosin en la Industria y sus Procesos.

Como se mencion en un principio, la mayor problemtica de la corrosin es la destruccin del metal al que afecta. Ahora intentaremos ver un enfoque desde la industria, el sector ms afectado por la corrosin, a cerca de los ataques que este proceso causa. Podemos hablar desde fracturas, hasta fugas en tanques, disminucin de la resistencia mecnica de las piezas y muchas otras maneras de efectos por los ataques. An as, lo peor de todo es que si no son prevenidas estas clases de ataques por corrosin, la seguridad de las personas es algo que se ve permanentemente afectado.

EFECTOS DE LA CORROSION

El efecto de la corrosin es, en el peor de los casos, la destruccin total de un componente, pero tambin da lugar a otros problemas, que por menos contundentes no dejan de ser perjudiciales y, en algunos casos, peligrosos para la seguridad de las personas. Por citar algunos se podra hablar de inicios de fractura, fugas en tanques o conducciones, merma de resistencia mecnica en estructuras o en partes de mquina, desviaciones del funcionamiento normal de equipos, contaminacin debida a las sustancias que se producen en la corrosin y perjuicio en el Color resultante de la oxidacin del hierroRelacin de los diferentes productos resultantes de la oxidacin del hierro y sus respectivos colores:Fe (II):- Fe(OH)2 verde - FeO Negro - Fe2C2O4 amarillo - FeCO3 verde - Fe2(CN)6Fe blanco - Fe4[Fe(CN)6]3 azul - SFe negroFe (III):- Fe2O3 rojo - Fe(OH)3 pardo - (Ac)2Fe(OH) pardo - Fe4[Fe(CN)6]3 azul - FePO4 amarillo

LA FSICA Y LA QUMICA DE LA CORROSIN.

Todos los metales que conocemos poseen diferentes tendencias a corroerse. Es decir, unos sern ms resistentes que otros a reaccionar frente a un mismo medio. Ejemplo de esto son el oro y el hierro en agua dulce. El primer metal posee una alta inmunidad frente al agua, conservando inalteradas todas sus propiedades fsicas y qumicas. En cambio el hierro se degrada y poco a poco se transforma en otro compuesto. El cuestionarnos el porqu de tal diferencia entre uno y otro metal, es regresar a los orgenes automticos de los elementos qumicos, es decir, a la estructura y composicin atmica de los metales en s.

Una reaccin de corrosin puede expresarse parcialmente por la ionizacin de un metal, es decir, el proceso por el cual un tomo metlico pierde electrones y queda cargado con un exceso de cargas positivas (iguales a las cargas negativas de los electrones que se perdieron). Dicha entidad cargada constituye un in positivo o catin.

M M+n + ne Siendo M un metal de valencia n, M+n su forma inica y e el nmero de electrones cedidos

CELDAS GALVNICAS

Cuando dos metales diferentes, que tienen, por lo tanto reactividades diferentes, son sumergidos en una misma solucin conductora, a la cual llamamos electrolito, y son conectados elctricamente entre s, tendremos un flujo de electrones del metal ms activo o andico hacia el metal ms noble o catdico, dejando al material andico con una deficiencia de electrones. Esto trae como consecuencia que el metal ms activo o nodo se disuelva, es decir, se corroa.

A la actividad electroqumica de esta naturaleza se le conoce como accin galvnica, base de cualquier reaccin de corrosin. La accin galvnica constituye tambin el principio de las llamadas pilas "secas" que todos conocemos. Se empieza a ver que un metal que se corroe es anlogo a un sistema capaz de producir energa electroqumica, tal como lo es una pila. En estos sistemas tambin se establece la formacin de un par galvnico, una diferencia de potencial producida por la presencia de dos fases diferentes y un electrolito entre ambas fases. Supongamos que establecemos la celda galvnica mostrada en la siguiente figura.

El electrolito lo constituir la humedad que existe en la atmsfera, la cual forma pelculas muy finas y casi imperceptibles sobre la superficie metlica. Esta pelcula de agua acumular y concentrar ciertos elementos e impurezas que estn presentes en el aire, tales como el oxgeno, bixido de carbono, anhdrido sulfuroso, cloruros, etc., dando como resultado una solucin muy conductora y especficamente agresiva. En climas secos, con menos del 50% de humedad relativa, la oxidacin del hierro es casi despreciable. As pues, la pila de corrosin queda constituida a la conexin elctrica

CONVERSIN DE LA ENERGA DE UNA REACCIN QUMICA EN ENERGA ELCTRICA Hemos estado hablando de energas elctricas disipadas que provienen de una transformacin de las energas originadas en una creacin qumica. El objetivo de esta seccin es el de correlacionar la energa qumica de una reaccin con la energa elctrica, en forma de diferencia de potencial elctrico presente en una reaccin electroqumica como lo es la de corrosin. Cuando una reaccin qumica sucede espontneamente, libera energa. Este tipo de energa puede ser empleada parcialmente para efectuar algn tipo de trabajo, y es a lo que los termodinmicos denominan energa libre de una reaccin y la representan como G. Si el cambio de energa libre en una reaccin es igual al trabajo reversible total que se puede realizar, esto se puede representar de la siguiente manera: G = W

A travs de mediciones de laboratorio, es posible construir un cuadro de metales o aleaciones de acuerdo a su tendencia relativa a corroerse. Todo lo que necesitaramos para hacer tal cuadro sera medir la diferencia de potencial entre pares de distintos metales y aleaciones, teniendo una solucin conductora comn que bien podra ser agua de mar. Los metales se iran ordenando de acuerdo a su mayor o menor tendencia a corroerse. A tal enumeracin se le conoce como Serie Galvnica, en donde el arreglo de los metales depender del electrolito.

Extremo nobleoroacero inoxidable (pasivo)nquel (pasivo)cobrebronce al aluminionquel (activo)latn navalestaoacero inoxidable (activo)hierro forjadoaluminioExtremo basecincmagnesioA la lista de metales en equilibrio con sus propios iones junto con sus potenciales estndares obtenidos de tales mediciones, se les llama la Serie de Fuerza Electromotriz, de la cual se ofrece una versin muy reducida en la tabla siguiente. Reaccin en Equilibrio NOBLEEH (volts)Au+21/2 O2Pt+2Ag+1Cu+22H+Ni+2Fe+2Cr+3Zn+2Al+3+ 2e+ 2H++ 2e+ 1e+ 2e+ 2e+ 2e+ 2e+ 3e+ 2e+ 3e= Au+ 2e = H2O= Pt= Ag= Cu= H2= Ni= Fe= Cr= Zn= Al+ 1.7+ 1.23+ 1.20+ 0.80+ 0.34 0.00 (por definicin)- 0.13- 0.44- 0.70- 0.76- 1.66BASE Mtodo de Evansla velocidad de corrosin puede evaluarse por el mtodo de Evans. Este mtodo consiste en unir las dos piezas de metal a travs de una resistencia variable y medir tanto la intensidad que recorre el circuito exterior como el potencial de cada pieza. Al disminuir manualmente la resistencia, la corriente que circula aumenta, pudindose trazar las curvas de polarizacin de ambos metales. La prolongacin de los tramos rectos en la representacin proporciona las caractersticas de funcionamiento del sistema en cortocircuito, es decir cuando los metales se encuentran en contacto. La intensidad y el potencial de corrosin pueden obtenerse grficamente de este modo. Diagramas de Evans.