corrosion y recubrimientos ales

8/8/2019 Corrosion y Recubrimientos ales

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CORROSION: CONTROL Y PROTECCION

Ing. Fredy Vidal Gmez

1. INTRODUCCION

El costo anual de los daos ocasionados por la corrosin y de los programas paracombatirla eficazmente, asciende a muchos millones de dlares en todo el mundo. Esto noes tan sorprendente cuando se considera que la corrosin se presenta en todas partes,daando con diferente severidad a todos los metales.

Si aadimos a ese costo el valor del tiempo improductivo originado en los parosobligatorios de la produccin, mientras se realizan trabajos de reparacin y pintura,tendremos una suma exorbitante de dinero gastado en la lucha contra la corrosin

Pero, aunque la corrosin es inevitable y ataca en aire, agua y tierra, su accin destructivapuede reducirse considerablemente escogiendo los metales y aleaciones ms apropiadospara el ambiente y condiciones que deben soportar, diseando de un modo adecuado losobjetos y sobre todo con un buen programa de proteccin.

El ingeniero que trabaja en problemas de corrosin necesita saber donde empezar y tenerun conocimiento bsico para reconocer la corrosin, cmo se produce, cmo impedir suseveridad, qu herramientas son necesarias, tcnicas de inspeccin, variables de diseoque afectan a la corrosin, seleccin de materiales y la forma de interpretar y aplicar lainformacin del problema corrosivo, as como saber donde obtener ayuda.

Todos los metales y aleaciones son susceptibles de sufrir el fenmeno de corrosin, no

habiendo material til para todas las aplicaciones. Por ejemplo el oro, conocido por suexcelente resistencia a la atmsfera, se corroe si se pone en contacto con mercurio atemperatura ambiente. Por otra parte el acero no se corroe en contacto con el mercurio,pero rpidamente se oxida expuesto a la atmsfera.

Afortunadamente se tienen bastantes metales que pueden comportarse satisfactoriamenteen medios especficos y tambin se tienen mtodos de control de la corrosin que reducenel problema. Los paros de las plantas pueden ocurrir y ocurren como un resultado de lacorrosin, provocando gastos directos e indirectos de aspecto econmico y humano.

Dentro de los aspectos econmicos tenemos:

a) Reposicin del equipo corrodo.b) Coeficiente de seguridad y sobre diseo para soportar la corrosin.c) Mantenimiento preventivo como la aplicacin de recubrimientos.d) Paros de produccin debida a fallas por corrosin.e) Contaminacin de productos.f) Prdida de eficiencia ya que los coeficientes de seguridad, sobre diseo de equipo

y productos de corrosin por ejemplo, decrecen la velocidad de transmisin decalor en cambiadores de calor.

g) Prdida de productos valiosos.h) Dao de equipo adyacente a aquel en el cual se tuvo la falla de corrosin.

Dentro de los aspectos humanos y sociales tenemos:


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a) La seguridad, ya que fallas violentas pueden producir incendios, explosiones y

liberacin de productos txicos.b) Condiciones insalubres por ejemplo, contaminaciones debido a productos del

equipo corrodo o bien un producto de la corrosin misma.c) Agotamiento de los recursos naturales, tanto en metales como en combustibles

usados para su manufactura.d) Apariencia, ya que los materiales corrodos generalmente son desagradables a lavista.

Naturalmente, estos aspectos sociales y humanos tambin tienen sus aspectoseconmicos y podemos ver claramente que hay muchas razones para controlar lacorrosin.

2. FUNDAMENTOS BASICOS DE LA CORROSION.

2.1. CONCEPTO.

La corrosin puede definirse como la destruccin o deterioro de un material debido a unareaccin qumica o electroqumica con el medio ambiente. Tambin se puede definir

como el proceso mediante el cual los materiales tienden a abandonar el estado detransformacin a que el hombre los someti, para regresar a su estado natural primitivo.Este proceso es acelerado por el oxgeno, el agua, los productos qumicos o biolgicos,la temperatura y el cambio en la composicin fsico-qumica del material.

Aparte de otras clasificaciones, la corrosin puede ocurrir por ataque directo en seco(oxidacin) o en hmedo (electroqumica). En seco ocurre por contacto con vapores ogases, sin la presencia de lquidos, y est asociada a menudo con altas temperaturas;por ejemplo, en quemadores de gas. En hmedo se presenta en medios lquidos, porrociado o inmersin; por ejemplo, en el casco de un barco.

2.2. FORMAS DE CORROSIN

La corrosin ocurre en muchas y muy variadas formas, pero su clasificacingeneralmente se basa en uno de los tres siguientes factores:

Naturaleza de la sustancia corrosiva. La corrosin puede ser clasificada como hmedao seca, para la primera se requiere un lquido o humedad mientras que para lasegunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta temperatura.

Mecanismo de corrosin. Este comprende las reacciones electroqumicas o bien, lasreacciones qumicas.

Apariencia del metal corrodo. La corrosin puede ser uniforme y entonces el metal secorroe a la misma velocidad en toda su superficie, o bien, puede ser localizada, encuyo caso solamente resultan afectadas reas pequeas.

La clasificacin por apariencia, uniforme o localizada, es muy til para una discusinpreliminar que en caso de requerirse en forma ms completa, necesita delestablecimiento de las diferencias entre la corrosin localizada de tipo macroscpico y elataque microscpico local.

En el ataque microscpico, la cantidad de metal disuelto es mnimo y puede conducir adaos muy considerables antes de que el problema sea visible.


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2.3. CORROSION UNIFORME

El ataque uniforme sobre grandes reas de una superficie metlica es la forma mscomn de la corrosin y puede ser hmeda o seca, electroqumica o qumica, siendonecesario seleccionar los materiales de construccin y los mtodos de proteccin comopintura, para controlarla.

Por otra parte, la corrosin uniforme es la forma ms fcil de medir, por lo que las fallasinesperadas pueden ser evitadas simplemente por inspeccin regular.

Sin Corrosin Corrosin Uniforme

Corrosin Uniforme

CORROSION

Uniforme Localizada

Macroscpica

GalvnicaErosinAgrietadoPicaduraExfoliacinAtaque Selectivo

Microscpica

IntergranularFractura por corrosinBajo Tensin


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2.4. CORROSION GALVANICA

La corrosin galvnica se presenta, cuando dos metales diferentes en contacto oconectados por medio de un conductor elctrico, son expuestos a una solucinconductora. En este caso, existe una diferencia en potencial elctrico entre los metalesdiferentes y sirve como fuerza directriz para el paso de la corriente elctrica a travs delagente corrosivo, de tal forma que el flujo de corriente corroe uno de los metales del parformado.

Mientras ms grande es la diferencia de potencial entre los metales, mayor es laprobabilidad de que se presente la corrosin galvnica debindose notar que este tipo decorrosin slo causa deterioro en uno de los metales, mientras que el otro metal del parcasi no sufre dao.

El metal que se corroe recibe el nombre de metal activo, mientras que el que no sufredao se le denomina metal ms noble.

La relacin de reas entre los dos metales es muy importante, ya que un rea muygrande de metal noble comparada con el metal activo, acelerar la corrosin, y por elcontrario, una mayor rea del metal activo comparada con el metal noble disminuye elataque del primero.

La corrosin galvnica a menudo puede ser reconocida por el incremento del ataquejunto a la unin de los metales, este tipo puede ser controlado por el uso de aislamientoso restringiendo el uso de uniones de metales cuando ellos forman diferencias depotencial muy grande en el medio ambiente en el que se encuentran. La diferencia depotencial puede ser medida, utilizando como referencia la serie galvnica de los metalesy aleaciones que se presentan ms adelante, en la serie de los potenciales tipo(Standard) de xido de reduccin.

Otro mtodo para reducir la corrosin galvnica, es evitar la presencia de grandes reasde metal noble con respecto a las de metal activo.

Corrosin Galvnica

Serie Galvnica En Agua De Mar a 24:C

Material Potencial Grafito +0.25Platino +0.15Zirconio -0.04Ac. Inoxidable AISI 316 (pasivo) -0.05Ac. Inoxidable AISI 304 (pasivo) -0.08Aleacin Monel 400 -0.08Titanio -0.10Plata -0.13


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Ac. Inoxidable AISI 410 (pasivo) -0.15Ac. Inoxidable AISI 316 (activo) -0.18Nquel -0.20Bronce M -0.23Ac. Inoxidable AISI 430 (pasivo) -0.22Aleacin de Cobre (70Cu-30Ni) -0.25Aleacin de Cobre (90Cu-10Ni) -0.28Bronce G -0.31Aleacin de Cobre -0.32Cobre -0.36Ac. Inoxidable AISI 410 (activo) -0.52Ac. Inoxidable AISI 304 (activo) -0.53Ac. Inoxidable AISI 430 (activo) -0.57Acero al Carbono -0.61Acero Moldeado -0.61Aluminio -0.79Zinc -1.03

Corrosin Galvnica Entre Algunos Metales

Aluminio Latn Bronce Cobre Acerogalvan. HierroAcero Plomo AceroInox. ZincAluminio 1 1 1 3 2 2 3 3

Latn 1 2 1 2 1 1Cobre 1 2 2 1 1 2 1 1Acerogalvan. 3 1 2 1 2 3 2 3

Estao 1 2 2 3 2 1 2 1 1Plomo 2 2 2 2 3 3 2 3

Acero Inox. 3 1 1 1 2 2 2 1Zinc 3 1 1 1 3 1 3 11 La corrosin galvnica se producir con el contacto.2 La corrosin galvnica puede ocurrir (depende del medio).3 No existe corrosin galvnica entre estos metales

2.5. CORROSION POR EROSIONCuando el movimiento del medio corrosivo sobre la superficie metlica incrementa lavelocidad de ataque debido a desgaste mecnico, este recibe el nombre de corrosin porerosin. La importancia relativa del desgaste mecnico y la corrosin, es a menudo difcilde establecer y varia grandemente de una situacin a otra, y el mecanismo de la erosingeneralmente se atribuye a la remocin de pelculas superficiales protectoras, como porejemplo, pelculas de xido formadas por el aire, o bien, productos adherentes de lacorrosin.

La corrosin por erosin, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco profundasde fondo terso, como se ve en la figura No. 1d, y el ataque puede presentar tambin una


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distribucin direccional debido al camino seguido por el agente agresivo cuando semueve sobre la superficie del metal.

La corrosin por erosin prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia, choque,etc., y frecuentemente se observa en impulsores de bombas, agitadores y en codos ycambios de direccin de tuberas. Los lquidos con suspensin conteniendo partculasslidas duras pueden igualmente causar este tipo de problema.

La corrosin por erosin puede ser evitada por cambios de diseo o por seleccin demateriales ms resistentes.

La corrosin por cavitacin y desgaste (fretting) son formas especiales de la corrosinpor erosin. La primera es causada por la formacin y colapso de burbujas de vapor enla superficie del metal. Las altas presiones producidas por este colapso pueden disolverel metal, remover las partculas protectoras, etc.

La corrosin por desgaste (fretting) ocurre cuando las piezas de metal se deslizan unasobre la otra, causando dao mecnico a una o ambas piezas y el deslizamiento esgeneralmente un resultado de la vibracin.

La corrosin se cree que juega uno de los siguientes papeles: el calor de la friccin oxidael metal y a continuacin el xido se desgasta, o bien, la remocin mecnica de laspartculas protectoras de xido, o los productos de la corrosin resultantes, dan comoresultado la exposicin de superficies limpias del metal al medio agresivo, en tal formaque el fenmeno corrosivo se acelera.

La corrosin por deslizamiento se atena utilizando materiales de construccin msduros, empleando lubricacin o bien incrementando la friccin hasta un punto tal en queel deslizamiento es imposible.

Erosin Abrasin

2.6. CORROSION POR AGRIETAMIENTO

Las condiciones ambientales en una grieta, pueden con el tiempo volverse muydiferentes de las existentes en una superficie limpia y abierta, por lo que un medioambiente muy agresivo puede desarrollar y causar corrosin en las grietas.

Las grietas o hendeduras generalmente se encuentran en los empaques, traslapes,tornillos, remaches, etc., y tambin pueden formarse por depsitos de suciedad,productos de la corrosin y raspaduras en las pelculas de recubrimiento.

La corrosin por agrietamiento, generalmente se atribuye a los siguientes factores:a).- Cambios de acidez en la grieta o hendidura.b).- Escasez de oxgeno en la grieta.c).- Desarrollo de iones diferentes en la hendidura.d).- Agotamiento de Inhibidor en la grieta.


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Al igual que todas las formas de corrosin localizada, la corrosin por agrietamiento noocurre en todas las combinaciones metal-agente corrosivo, y algunos materiales son mssusceptibles para producirla que otros, como por ejemplo aqullos que dependen de laspelculas protectoras de xido formadas por el aire para adquirir su resistencia a lacorrosin, tal y como sucede con el acero inoxidable y el titanio. Estos materiales puedenser aleados para mejorar su resistencia y el diseo deber hacerse de tal manera, quese reduzcan las hendiduras, tratando de mantener las superficies limpias para combatireste tipo de corrosin.

Agrietamiento

2.7. CORROSION POR PICADURA

La corrosin por picadura se presenta por la formacin de orificios en una superficierelativamente inatacada y las picaduras pueden tener varias formas.

La forma de una picadura es a menudo responsable de su propio avance, por lasmismas razones mencionadas en la corrosin por agrietamiento, es decir, una picadurapuede ser considerada como una grieta o hendidura formada por si misma.

Para reducir la corrosin por picadura se necesita una superficie limpia y homognea,por ejemplo, un metal homogneo y puro con una superficie muy pulida deber sergeneralmente, mucho ms resistente que una superficie que tenga incrustaciones,defectos o rugosidad.

La corrosin por picadura es un proceso lento que puede llevarse meses y aos antes deser visible, pero que naturalmente, causar fallas inesperadas. El pequeo tamao de lapicadura y las minsculas cantidades de metal que se disuelven al formarla, hacen quela deteccin de sta sea muy difcil en las etapas iniciales.

La limpieza de la superficie y la seleccin de materiales conocidos, resistentes a laformacin de picaduras en un medio ambiente determinado, es generalmente el caminoms seguro para evitar este tipo de corrosin.

Picadura Equipos con corrosin por Picadura


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ataca preferencialmente el lmite de grano o una zona adyacente a l, que ha perdido unelemento necesario para tener una resistencia a la corrosin adecuada.

En un caso severo de corrosin nter cristalina, granos enteros se desprenden debido ala deterioracin completa de sus lmites, en cuyo caso, la superficie aparecer rugosa alojo desnudo y se sentir rasposa debido a la prdida de los granos.

El fenmeno de lmite de grano que causa la corrosin Inter cristalina, es sensible alcalor por lo que la corrosin de este tipo, es un subproducto de un tratamiento trmicocomo la soldadura o el relevado de esfuerzos y puede ser corregido por otro tipo detratamiento trmico o por el uso de una aleacin modificada.

Intergranular

2.11. CORROSION DE FRACTURA POR TENSIONLa accin conjunta de un esfuerzo de tensin y un medio ambiente corrosivo, dar comoresultado en algunos casos, la fractura de una aleacin metlica. La mayora de lasaleaciones son susceptibles a este ataque, pero afortunadamente el nmero decombinaciones aleacin corrosivo que causan este problema, son relativamente pocas.Sin embargo, hasta la fecha, este es uno de los problemas metalrgicos ms serios.

Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en fro, soldadura,tratamiento trmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operacindel equipo.

Las fracturas pueden seguir caminos nter cristalinos o transcristalinos que a menudo

presentan una tendencia a la ramificacin.Algunas de las caractersticas de la corrosin de fractura por tensin, son las siguientes:

a) Para que esta corrosin exista, se requiere un esfuerzo de tensin.b) Las fracturas se presentan quebradizas en forma macroscpica, mientras que las

fallas mecnicas de la misma aleacin, en ausencia de un agente corrosivoespecifico, generalmente presentan ductibilidad.

c) La corrosin por esfuerzos depende de las condiciones metalrgicas de la aleacin.d) Algunos medios ambientes especficos, generalmente causan fractura en una

aleacin dada. El mismo medio ambiente no causa fracturas en otras aleaciones.e) La corrosin por esfuerzo puede ocurrir en medios ambientes considerados no

agresivos para una aleacin dada, por ejemplo la velocidad de corrosin uniforme es

baja hasta que se presenta una fractura.f) Largos periodos de tiempo, a menudo aos, pueden pasar antes de que las fracturassean visibles, pero entonces al presentarse, se propagan rpidamente con elresultado de una falla inesperada.

g) La corrosin por esfuerzo, no est completamente entendida en la mayora de loscasos; sin embargo, en la actualidad se dispone de muchos datos para ayudar alingeniero a evitar este problema.

Para combatir la corrosin de fracturas por tensin, es necesario realizar el relevado deesfuerzo o seleccionar un material ms resistente.


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El trmino de fragilizacin por hidrgeno se confunde frecuentemente con la corrosinde fractura por tensin, debido a que el hidrgeno desempea una funcin en algunoscasos de sta y para distinguir la fragilizacin por hidrgeno de la corrosin de fracturapor tensin, es conveniente juzgar los siguientes conceptos:

a) La fractura debido al hidrgeno introducido en el metal sin corrosin de ste, porejemplo, en la proteccin catdica, no es definitivamente corrosin de fractura portensin.

b) La fractura debido al hidrgeno producida por una alta velocidad de corrosinuniforme como en el decapado, tampoco es corrosin de fractura por tensin porqueno se necesita tener un esfuerzo mientras el hidrgeno se produce y la fractura sepresenta posteriormente cuando la tensin es aplicada despus de la reaccincorrosiva con liberacin de hidrgeno.

c) Cuando el hidrgeno se produce por corrosin local en una fractura o picadura sobreun metal sometido a esfuerzo de tensin y resulta una propagacin en la fractura,entonces s se considera que la corrosin pertenece al tipo de corrosin de fracturapor tensin.

Fractura por corrosinBajo tensin

2.12. CORROSION BAJO FATIGA

La corrosin por fatiga, es una forma especial del tipo de corrosin de fractura portensin y se presenta en ausencia de medios corrosivos, debido a esfuerzos cclicosrepetidos. Estas fallas son muy comunes en estructuras sometidas a vibracin continua.

La corrosin por fatiga, se incrementa naturalmente con la presencia de un medioagresivo, de tal forma que el esfuerzo necesario para producir la corrosin por fatiga, sereduce en algunas ocasiones hasta la mitad del necesario, para producir la falla en aireseco.

Los mtodos para evitar la corrosin por fatiga, necesitan prevenir la fractura producidapor sta desde el principio, ya que es muy difcil detener la propagacin de las fracturas,una vez que se inician.

Corrosin bajoFatiga


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3. EVALUACION DEL MEDIO AMBIENTE EN LA PROTECCION ANTICORROSIVA

La evaluacin correcta del medio ambiente es fundamental para el xito de cualquierprograma de proteccin contra la corrosin. Los ingenieros de mantenimiento y los contratistasde pintura deben observar con cuidado las condiciones ambientales donde se encuentra elmetal que se va a proteger, para descubrir los agentes corrosivos que se tienen que combatir.

La consideracin de la ubicacin geogrfica proporciona una serie de factores caractersticosrelacionados con las atmsferas, 'las aguas y los suelos.

3.1. LAS ATMOSFERAS.

De composicin relativamente constante, sus componentes corrosivos son: oxgeno, aguay bixido de carbono. De los tres, el contenido de agua vara desde muy bajo en zonasdesrticas hasta muy alto en tropicales y marinas. Sin embargo, aunque resulta ser elprincipal factor de corrosin atmosfrica, al aumentar considerablemente (humedad relativaalta) origina lluvias que resultan benficas porque lavan muchos agentes corrosivos de losmetales. Tambin los niveles de oxgeno y bixido de carbono pueden presentarvariaciones en zonas industrializadas, debido principalmente a la polucin.

Teniendo en cuenta la situacin geogrfica y el grado de contaminacin, las atmsferas sepueden clasificar en:

3.1.1. ATMOSFERAS NORMALES

La carencia de contaminantes disminuye considerablemente su agresividad, a pesar deque son muy ricas en oxgeno. La humedad relativa, temperatura e ndice de precipitacinpluvial varan de acuerdo con la ubicacin geogrfica.

3.1.2. ATMOSFERAS INDUSTRIALES:

Se caracterizan por su contaminacin con holln, cenizas, compuestos azufrados yproductos qumicos que resultan de procesos industriales cuyos residuos son desechados

en ellas.

Los compuestos azufrados permanecen mucho tiempo en el aire, son muy agresivos y,aunque se oxidan parcialmente con el oxgeno, al contacto con la humedad forman cidosulfrico que reacciona con los metales formando sulfatos.

En general, las atmsferas industriales son - muy corrosivas por cuanto sirven como mediode difusin de infinidad de productos qumicos. Por ello es necesario analizar sucomposicin a fin de proteger los objetos que estn sometidos a su influencia. En unafbrica, por ejemplo, la atmsfera puede ser totalmente diferente de una seccin a otra,segn los productos que en ellas se elaboren y la contaminacin que generen. Otrosmateriales corrosivos, contaminantes atmosfricos, pueden ser arrastrados por el vientodesde otras reas.

3.1.3 ATMOSFERAS MARINAS:

Su composicin est enriquecida por la humedad elevada y especialmente por sales yarenas abrasivas. La temperatura ambiente muy elevada y a menudo la contaminacinindustrial son factores que se deben considerar.

Sobre las atmsferas marinas es interesante anotar que su influencia puede llegar adistancias de 100 kilmetros en el continente.


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3.2. LAS AGUAS.

Los efectos corrosivos del agua dependen de la cantidad y tipo de sales y slidos que seencuentren disueltos en ella. Considerando su actividad corrosiva, las aguas se puedenclasificar as:

3.2.1 AGUAS DE ALTA PUREZA:Contienen concentraciones muy bajas de slidos y gases disueltos en ellas, lo quedisminuye considerablemente su poder corrosivo.

3.2.2 AGUAS DE VAPOR CONDENSADO:

Aunque con un bajo contenido de sales solubles, pueden tener cantidades significativas debixido de carbono, oxgeno y otros gases disueltos que aumentan su accin corrosiva. Elbixido de carbono disuelto en agua a temperatura de condensacin, forma cidocarbnico sumamente corrosivo para el acero.

3.2.3 AGUAS DULCES:

Provienen de lagos, ros y manantiales. Su corrosividad vara por: el contenido de cidosresultantes del lavado de suelos, descomposicin de animales y plantas, grado deoxigenacin, temperatura y sales formadoras de pelcula (corno carbonatos de calcio ysodio), que al precipitarse sobre el metal actan como inhibidoras de la corrosin.

3.2.4 AGUAS MARINAS:

Los efectos corrosivos del agua del mar son causados por: salinidad, contenido deoxgeno, organismos biolgicos, temperatura y agitacin.

Las aguas marinas contienen un alto porcentaje de sales (3.4% por pesoaproximadamente) y su exceso de iones fuertes las hacen ligeramente alcalinas (pH: 8).

Por consiguiente, producen una severa corrosin galvnica.En los puertos la composicin vara por la contaminacin industrial hacindolas mscorrosivas. El oxgeno y su mayor concentracin en la superficie, aumenta la agresividad amenor profundidad y en zonas de salpiques.

A pesar de los millares de organismos vivos que contienen las aguas M mar, muy pocosproducen incrustaciones ("fouling"), pero stos son suficientes para atacar seriamente losmetales.

Las temperaturas elevadas de las reas marinas aumentan la corrosin, complicndosems an por la precipitacin de sales de calcio y magnesio que forman escamas sobre elmetal. Tambin las arenas llevadas por la brisa erosionan las defensas de los metales

facilitando su destruccin.3.3. LOS SUELOS.

La actividad corrosiva de los suelos est determinada por su acidez, contenido dehumedad, sales y oxgeno, actividad bacterial textura y resistencia elctrica. La acidez esalta en suelos hmedos y pantanosos y baja en secos y aireados. La humedad influye muypositivamente en la corrosin de los metales, pero si es excesiva desplaza el oxgeno ydisminuye la agresividad.

Las sales solubles pueden aumentar la agresividad de los suelos, pero cuando la cantidad(de sales) es excesiva, baja la acidez y disminuye la corrosin.


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El contenido de oxgeno est relacionado directamente con la humedad y la textura delsuelo. Si ste es compacto, muy hmedo o con demasiada vegetacin, el oxgenodisminuir proporcionalmente.

La naturaleza compleja de los suelos dificulta la determinacin del grado de corrosin; peroeso es necesario analizarlos para conocer su agresividad.

4. OTROS AGENTES CORROSIVOS

La agresividad de los productos qumicos y alimenticios, que veremos a continuacin,depende de la composicin, el estado lquido, slido o gaseoso en que se encuentren y laforma como se establece el contacto con el metal: directo, inmersin, salpique o rociado. La'gravedad M dao puede aumentar con la temperatura, concentracin, pureza y naturalezaqumica de cada producto.

4.1. LOS CIDOS.

De acuerdo con su naturaleza los cidos se clasifican en dos grupos: minerales, como el

sulfrico y el clorhdrico y orgnicos como el actico y el ctrico. Sin embargo, tratndosede la corrosin, los cidos se pueden agrupar en tres categoras: fuertes, oxidantes ydbiles.

Los cidos fuertes como el sulfrico, se separan rpidamente en partculas cargadas deelectricidad. Los cidos oxidantes como el ntrico, adems de dividirse en partculascargadas elctricamente, aceleran la corrosin formando una verdadera batera, donde elmetal acta como polo positivo (nodo) y el cido como negativo (ctodo) disolvindose elmetal. Los cidos dbiles, como el actico y los dems M grupo orgnico, son incapacesde separarse en partculas con carga elctrica, siendo sta la causa de su debilidad.

Varios factores afectan la agresividad de los cidos. Los ms importantes son:

- La presencia del oxgeno: Aumenta el ataque corrosivo.

La concentracin del cido: En unos casos aumenta y en otros disminuye la corrosividad.

La solubilidad de los productos resultantes de la reaccin cido-metal: Los ms solublescausan mayor deterioro.

Las temperaturas elevadas: Por una parte provocan la disminucin del oxgeno reduciendola corrosin; pero por otra, promueven una mejor difusin del cido y solubilizacin de losproductos resultantes de la reaccin, con lo cual aumenta el dao al metal.

La velocidad: El aumento en la velocidad del movimiento de un cido o un metal que estnen contacto entre s, acelera la corrosin.

4.1.1 ACIDOS FUERTES:

4.1.1.1 ACIDO SULFURICO: Es un cido no oxidante que destruye rpidamente losmetales an en ausencia de oxgeno. Su mximo grado de corrosin ocurre aconcentraciones de 60 a 70%. A mayor concentracin es menos corrosivo porque sereduce la carga elctrica de sus partculas y adems porque al reaccionar con los metalesforma sales (sulfatos) que actan como capas protectoras. Con el calor Ia actividad delcido sulfrico aumenta proporcionalmente.

4.1.1.2 ACIDO CLORHIDRICO: Es ms activo que el sulfrico y ataca la mayora de losmetales y aleaciones comunes, an en concentraciones relativamente bajas. Los factores


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que explican su alta corrosividad son: las sales que forma al reaccionar con los metalesson muy solubles, tiene poca tendencia a producir sales insolubles y su in cloruro es degran movilidad.

La actividad del cido clorhdrico aumenta con la aireacin, temperatura elevada eimpurezas oxidantes que pueda contener (cloruro frrico por ejemplo).

4.1.1.3 ACIDO FLUORHIDRICO: Su conducta es sorprendente porque ataca aleacioneshierro-silicio, porcelana y vidrio que resisten la mayora de los cidos. En cambio elmagnesio, de muy pobre resistencia a los cidos, es prcticamente inmune al cidofluorhdrico en soluciones por encima del 5%, lo cual es explicable por la formacin defluoruros que retardan el ataque al metal. La aireacin, aumento de temperatura eimpurezas oxidantes activan el poder destructor de este cido. Por el contrario, el aumentode la concentracin reduce la accin a tal punto que, por encima del 80%, a temperaturasmoderadas, el acero resiste el cido fluorhdrico formando fluoruros de hierro que soninsolubles a altas concentraciones y actan como pelcula protectora.

4.1.1.4 ACIDO FOSFORICO: Su agresividad es comparable a la del cido sulfrico,dependiendo mucho de las impurezas oxidantes que pueda contener. La velocidad,aireacin y aumento de temperatura agravan el ataque.

4.1.2 ACIDOS OXIDANTES:

4.1.2.1 ACIDO NITRICO: Es un cido fuerte. nicamente los metales como el aluminio,titanio y acero estaado resisten su contacto porque al reaccionar con l forman capas dexido que actan como aislantes entre el cido y el metal. En concentraciones por encimadel 70% las caractersticas del cido ntrico cambian y puede convertirse en fumanteblanco, con un 2% de agua y un 2% de bixido de nitrgeno, o en fumante rojo, con 2 a 3%de agua y 20 a 25% de bixido de nitrgeno. De acuerdo con investigaciones, por debajode 3.2% de contenido de agua, la agresividad del cido ntrico aumenta notoriamente.

4.1.2.2 OTROS ACIDOS OXIDANTES: Mencionaremos aqu los cidos perclrico,hipocloroso y crmico. De los tres, el perclrico y el crmico son fuertes, estables y formansobre el metal una capa de xidos muy gruesa. El hipocloroso corroe rpidamente el metal.

4.1.3 ACIDOS DEBILES:

4.1.3.1 ACIDO ACETICO: Es el ms importante de los cidos dbiles, si tenemos encuenta la cantidad producida en el mundo. Su agresividad con los metales aumenta con latemperatura a concentraciones elevadas.

4.1.3.2 ACIDO FORMICO: Es el ms fuerte y corrosivo de los cidos orgnicos.

4.1.3.3 ACIDOS MALEICO Y LACTICO: Ms agresivos que el actico, promueven ataqueintergranular en los metales.

4.1.3.4 ACIDOS CITRICO Y TARTARICO: Se utilizan en la industria de alimentos y aunquenormalmente su actividad corrosiva es baja, aumenta a temperaturas elevadas.

4.1.3.5 ACIDOS GRASOS: El ms corrosivo de este grupo es el cido esterico.

4.1.3.6 ACIDO NAFTENICO: Presenta problemas de corrosin en la industria petrolera,debido especialmente a las temperaturas elevadas de los procesos.


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4.2. LOS ALCALIS.

Compuestos qumicos conocidos tambin como bases o hidrxidos, se pueden clasificarsegn el grado de separacin (disociacin) de sus elementos en tres grupos: fuertes, comola soda y la potasa custicas, intermedios, como los hidrxidos brico y clcico, y dbilescomo el amonaco y las aminas,

Los lcalis no son tan corrosivos como los cidos por las siguientes razones: 1) Contienenpoco o ningn hidrgeno, 2) Los productos resultantes de su ataque al metal sonfrecuentemente insolubles y 3) Su efecto corrosivo es el resultado de la afinidad quepuedan tener con el metal.

La reaccin ms comn de los lcalis es la formacin de sales dobles, sales alcalinas ohidrxidos dobles. Las sales y los hidrxidos dobles son solubles y por lo tanto no puedenformar capas protectoras del metal. El aire interviene en la reaccin acelerando el ataqueque se presenta como una "oxidacin en puntos", resultante de una "corrosin galvnica".

Otro fenmeno relacionado con el ataque de los lcalis, es la fatiga del metal por corrosin,conocida como "agrietamiento custico", que se observa principalmente en el hierro y el

acero en contacto con soluciones de soda u otros lcalis fuertes.4.3. LAS SALES.

Existen muchos tipos de sales y su agresividad con los metales es muy diferente. Por esocada una requiere una atencin particular para determinar su poder corrosivo- Sinembargo, de acuerdo con su reaccin al disolverse en agua, las sales se pueden clasificarcomo: neutras, neutras oxidantes, alcalinas y alcalinas oxidantes. Vanse ejemplos en latabla de sales

Es difcil generalizar acerca de la agresividad de las sales, pero se puede afirmar que lassales neutras, neutras oxidantes y alcalinas normalmente no son tan corrosivas como lassales cidas, cidas oxidantes y alcalinas oxidantes.

Teniendo en cuenta la conductividad elctrica de la mayora de las soluciones salinas, seconcluye que promueven la "corrosin galvnica". Otra condicin muy importante paraconsiderar es la solubilidad; por ejemplo, los haluros y los nitratos son muy solubles yforman poca o ninguna capa protectora del metal. Los silicatos y carbonatos por su pobresolubilidad no son tan corrosivos y los sulfatos forman productos solubles pero no Son tanactivos como los haluros.Condiciones especiales de concentracin, presencia de agentes oxidantes, efectos develocidad y temperatura afectan la actividad corrosiva de las sales en solucin acuosa. Noobstante, se debe destacar que la concentracin de sales oxidantes no es siempre unfactor definitivo para la determinacin del poder oxidante. Los cromatos, por ejemplo, sonms agresivos que las sales frricas; pero stas ocasionan una corrosin ms rpida. Delmismo modo, los nitratos tienen mayor poder oxidante que los nitritos que son mscorrosivos.

CLASIFICACION DE ALGUNAS SALES INDUSTRIALES SALES NEUTRAS

Cloruro de Sodio Sulfato de Sodio Sulfato de Calcio

Cloruro de Potasio Sulfato de Potasio

SALES NEUTRAS OXIDANTES

Nitrato de Sodio Cromato de Sodio Permanganato de Potasio


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Nitrato de Potasio Clorato de Sodio

SALES ACIDAS

Cloruro de Magnesio Sulfato de Aluminio Sulfato Acido de Sodio

Cloruro de Calcio Sulfato de Amonio

SALES ACIDAS OXIDANTES

Cloruro, Nitrato y Cloruro, Nitrato y

Sulfato Cprico Sulfato Mercrico

Cloruro, Nitrato y Sulfato Frrico

SALES ALCALINAS

Sulfito de Sodio Fosfato Trisdico

Silicato de Sodio Carbonato de Sodio

SALES ALCALINAS OXIDANTES

Hipoclorito de Sodio Hipoclorito de Calcio

4.4. EL AZUFRE Y SUS COMPUESTOS.

El azufre y sus compuestos se pueden clasificar cerca del oxgeno por sus efectoscorrosivos. Como el oxgeno, el azufre se combina directamente con los metales y con elhidrgeno.,

Muchos metales se encuentran como su]furos en la naturaleza y lo mismo que los xidos,tienen tendencia definida a regresar a su estado natural; pero el azufre no reacciona atemperatura ambiente, probablemente porque es insoluble en agua. Para volverse activoes necesario que adopte una forma soluble combinndose con otros elementos. Lasformas solubles del azufre son: sulfuro de hidrgeno, bixido de azufre y trixido de azufre;stos compuestos representan tres grados de oxidacin y como agentes corrosivos elbixido de azufre es el ms activo de los tres. Solubilizado en agua, el bixido de azufre

proporciona la acidez y poder oxidante suficientes para corroer rpidamente los metales;adems, por ser ms soluble que el hidrgeno, puede llegar en mayor cantidad a unasuperficie metlica ocasionando un dao superior al ocasionado por el oxgeno.

4.5. LOS HALOGENOS.

Los halgenos son un importante grupo de elementos qumicos donde estn incluidos elflor, cloro, bromo y yodo. A pesar de su alta reactividad, los halgenos no atacan a lamayora de los metales a temperaturas normales y los productos resultantes de su ataqueal metal, son sales insolubles que forman pelcula protectora. Sin embargo, la actividadcorrosiva aumenta considerablemente con la humedad, debido a la formacin de un cido


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y un agente oxidante por reaccin. El aumento de la temperatura acelera el ataque de loshalgenos hmedos o secos.

4.6. LOS COMPUESTOS ORGANICOS.

La mayora de los compuestos orgnicos no son corrosivos. As, por ejemplo, losdisolventes hidrocarburos, alcoholes, cetonas y esteres generalmente no atacan losmetales y cuando ello ocurre es debido a contaminantes inorgnicos. La falta de actividadcorrosiva de stos compuestos se atribuye a que no se separan en partculas cargadas deelectricidad (no ionizan) en soluciones acuosas y no reaccionan con el metal para formarcidos o lcalis. Adems, son malos conductores de la electricidad.

Existen, desde luego, algunos compuestos orgnicos que pueden atacar los metales. Entreellos estn los cidos orgnicos, anhdricos, aldehdos, compuestos halogenados oazufrados, cuya actividad corrosiva est influenciada grandemente por la concentracin,temperatura presencia o ausencia de oxgeno, impurezas oxidantes y velocidad del flujodel compuesto orgnico sobre el metal o de ste en el compuesto.

4.7. LOS ALIMENTOS.

Los alimentos son compuestos orgnicos de naturaleza alcalina dbil (como los vegetalesy las carnes cocidas) o cidos (como algunas frutas y eches). Algunos contienen adems,compuestos azufrados (carnes y legumbres) que pueden promover la oxidacin del metal.Este riesgo se reduce considerablemente almacenando a bajas temperaturas y eliminandoal mximo el oxgeno.

Considerando la agresividad de los alimentos, el problema real no es el dao del metalsino el efecto que produce. Una corrosin no detectable del envase puede arruinarcompletamente el producto cambindole el color o el sabor. En alimentos cocidos lascondiciones dbilmente alcalinas o cidas se inhiben, reduciendo al mnimo el oxgenodurante los procesos. An as, en perodos de tiempo muy prolongados, se corre el riesgode que se presente alguna "corrosin en puntos" en los envases metlicos que los

contienen.

Algunas frutas y otros alimentos (leches) tienen suficiente cido (mlico, tartrico, ctrico,actico, lctico) que puede reaccionar con el metal, especialmente si hay suficienteoxgeno presente. Afortunadamente, en el caso de las frutas, ciertos constituyentes inhibenla accin de los cidos.

La leche es ligeramente cida y durante su transporte atrapa suficiente aire volvindosecon ello corrosiva; al calentarla forma una pelcula de casena que protege el metal; peroeso no sucede durante el enfriamiento. En la preparacin de derivados (quesos, yogurt) laleche se deja vinagrar hasta cierto punto y con el aire presente se crea una condicinptima para la oxidacin de la mayora de los metales que estn en contacto con ella.

4.8. LOS GASES.

Un nmero considerable de gases que se encuentran formando parte de la atmsfera, seutilizan como materia prima de procesos industriales o resultan como subproductos quepueden convertirse en contaminantes. Oxgeno, hidrgeno, nitrgeno, monxido decarbono, bixido de carbono y gases raros como helio, argn y nen son algunosejemplos. A temperatura ambiente ninguno es corrosivo, si est seco. Slo el oxgeno y elbixido de carbono son particularmente agresivos cuando contienen humedad. El bixidode carbono en agua, forma cido carbnico que, a pesar de ser un cido dbil, atacaseveramente el metal a temperaturas de 1290C (20001F).


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Exceptuando los gases raros, los dems gases son corrosivos a temperaturas elevadas. Eloxgeno, por ejemplo, oxida rpidamente los metales. El hidrgeno penetra en ellosagrietndolos. El nitrgeno forma nitrilos y el monxido y bixido de carbono puedencarburizar el metal.

5. QUMICA Y ELECTROQU MICA DE LA CORROSIN.

La corrosin como una reaccin qumica, para poder comprender el fenmeno corrosivo comoel resultado de una reaccin qumica, es necesario disponer de algunos principios elementalesde qumica, los cuales se enunciarn brevemente a continuacin.

5.1. CORROSIN EN CIDOS.

Es de todos conocidos que una de las formas de obtener hidrgeno en el laboratorio, escolocar un pedazo de zinc metlico dentro de un vaso conteniendo un cido diluido, talcomo el clorhdrico o el sulfrico.

Al depositarse el zinc en la solucin cida, el zinc se ataca rpidamente desprendindoseel hidrgeno, tal y como se indica en las reacciones 1 y 2.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1)Zn + H2 SO4 = ZnSO4 + H2 (2)

Otros metales tambin son corrodos o disueltos por medio de cidos liberando hidrgeno.

Fe + 2HCI = FeCI2 + H2 (3)2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2 (4)

Las reacciones 3 y 4 muestran que el fierro y aluminio tambin son corrodos por el cidoclorhdrico.

5.2. CORROSIN EN SOLUCIONES NEUTRAS Y ALCALINAS.

La corrosin de los metales tambin puede presentarse en agua limpia, agua de mar,soluciones salinas y soluciones alcalinas o bsicas. En la mayora de estos sistemas, lacorrosin solamente ocurre cuando stas contienen oxgeno disuelto. Las solucionesacuosas disuelven rpidamente el oxgeno del aire, siendo ste la fuente de oxgenorequerida en los procesos corrosivos. La corrosin ms familiar de este tipo, es laoxidacin del fierro cuando se expone a una atmsfera hmeda o bien en agua.

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe (OH)3 (5)

Esta reaccin muestra que el fierro se combina con el agua y el oxgeno para darnos lasustancia insoluble de color caf rojizo que es el hidrxido frrrico.

Durante la oxidacin en la atmsfera, existe la oportunidad de que el producto de lareaccin se seque, por lo que el hidrxido frrrico se deshidrata y forma el xido caf rojizoque es tan familiar.

2Fe (OH)3 = Fe2 O3 + 3H2O (6)

Reacciones similares se presentan cuando el zinc se expone al agua o en aire hmedo.

2Zn + 2H2O + O2 = 2Zn (OH)2 (7)Zn (OH)2 = ZnO + H2O (8)


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El xido de zinc resultante es el depsito blanco que se observa en los equiposgalvanizados.

5.3. CORROSIN EN OTROS SISTEMAS.

Los metales tambin pueden ser atacados en soluciones que no contengan oxgeno ocidos. Las soluciones tpicas para este proceso son aquellas soluciones denominadasoxidantes que contienen sales frricas y compuestos cpricos en los que la corrosin sepresenta de acuerdo con las siguientes reacciones:

Zn + 2FeCl3 = ZnCl2 + 2FeCl2 (9)Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu (10)

Es pertinente notar que en la reaccin 9 el cloruro frrrico cambia a cloruro ferroso amedida que el zinc se corroe. En la reaccin 10 el zinc reacciona con el sulfato de cobrepara formar la sal soluble de sulfato de zinc, obtenindose adems un depsito esponjosode cobre metlico sobre la superficie del zinc. Por esta razn, las reacciones similares asta reciben el nombre de reacciones de sustitucin metlica.

5.4. PRODUCTOS DE LA CORROSIN.

El trmino productos de la corrosin se refiere a las substancias obtenidas durante lasreacciones de corrosin y estas pueden ser solubles como en el caso del cloruro de zinc ydel sulfato de zinc o insolubles como en el caso del xido de fierro e hidrxido de fierro.

La presencia de los productos de la corrosin es una de las formas por las cuales sedetecta sta, por ejemplo el xido. Sin embargo, es conveniente notar que los productosinsolubles de la corrosin no siempre son visibles, por ejemplo al exponer una pieza dealuminio al aire, se forma una pelcula de xido casi invisible que protege al metal de unataque posterior y la pelcula es casi invisible porque es extraordinariamente delgada,siendo esta la razn del uso extensivo del aluminio en la construccin de ventanas,icanceles y molduras automotrices.

5.5. ELECTROQUMICA DE LA CORROSIN.

Reacciones electroqumicas; una reaccin electroqumica se define como una reaccinqumica en la cual existe una transferencia de electrones, es decir, es una reaccinqumica que comprende el fenmeno de oxidacin y reduccin.

Como la corrosin metlica es casi siempre un proceso electroqumico, es muy importantecomprender la naturaleza bsica de las reacciones electroqumicas.

La definicin anterior de reaccin electroqumica puede ser mejor comprendida observandoen detalle una reaccin tpica de corrosin, as por ejemplo la reaccin del zinc con el cidoclorhdrico, queda mejor expresada recordando que el cido clorhdrico y el cloruro de zinc

estn ionizados en soluciones acuosas, por lo que podemos escribir:Zn + 2H+ + 2Cl- = Zn++ + 2Cl- + H2 (11)

Cuando la reaccin se escribe en esta forma es obvio que el in cloruro no participa enforma directa en la reaccin puesto que el in cloruro aparece en ambos miembros de laecuacin y no es alterado por la reaccin de corrosin, es decir, la valencia del in cloruropermanece sin cambio.

De acuerdo a lo anterior, la ecuacin 11 se puede escribir en forma simplificada como:

Zn + 2H+ = Zn++ + H2 (12)


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Esta ltima ecuacin indica que la corrosin del zinc en cido clorhdrico consistesimplemente en la reaccin entre el zinc y los iones hidrgeno que producen iones zinc ygas hidrgeno.

Durante esta reaccin el zinc es oxidado a iones zinc es decir, la valencia del zinc seincrementa y simultneamente los iones hidrgeno son reducidos a gas hidrgenodisminuyendo su valencia.

Por lo anterior, la reaccin 12 puede ser simplificado an ms al dividirla en una reaccinde oxidacin y una reaccin de reduccin.

Zn = Zn++ + 2e (13)

Oxidacin (reaccin andica)

2H+ + 2e = H2 (14)

Reduccin (reaccin catdica) cuya suma nos da:

Zn + 2H+ = Zn++ + H2 (12)

Una reaccin de oxidacin tal como la ecuacin 13, significa un incremento en el estado deoxidacin o valencia con produccin de electrones y en forma similar, la reaccin dereduccin representa una disminucin en el estado de oxidacin o valencia y el consumode electrones tal y como se ve en la ecuacin 14.

La suma de las reacciones 13 y 14 nos dan la reaccin total (reaccin No. 12).

En trminos de corrosin, una reaccin de oxidacin recibe el nombre de reaccin andica,mientras que a la reaccin de reduccin se le denomina reaccin catdica.

Todo proceso de corrosin necesita por lo menos una reaccin de oxidacin y unareaccin de reduccin, por lo que podemos resumir que las reacciones de corrosin sonelectroqumicas en naturaleza y debido a esto es posible dividir el proceso de la corrosin,en reacciones andicas y reacciones catdicas que permiten simplificar la presentacin dela mayora de los procesos.

5.6. REACCIONES ANDICAS.

Durante el ataque corrosivo la reaccin andica siempre es la oxidacin de un metal a unestado superior de valencia, por ejemplo las reacciones 1, 2, 3, y 4.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 (1)Zn + H2 SO4 = ZnSO4 + H2 (2)

Fe + 2HCI = FeCI2 + H2 (3)2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2 (4)

Todas ellas, representan la reduccin de los iones hidrgeno a gas hidrgeno en formasemejante a la reaccin 14 y la nica diferencia entre ellas, es la naturaleza de susprocesos andicos de oxidacin. Lo anterior permite ver que la reaccin por cidos es muysimple ya que en cada caso, la reaccin catdica es simplemente el desprendimiento degas hidrgeno de acuerdo a lo explicado en la reaccin 14.

Este desprendimiento de hidrgeno ocurre con una gran variedad de metales y de cidos,tales como el clorhdrico, sulfrico, fluorhdrico, actico, frmico y otros cidos orgnicossolubles en agua.


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Separando las reacciones 1, 2, 3 y 4 en reacciones andicas y catdicas, vemos que lasecuaciones 1 y 2 representan la oxidacin del zinc a sus iones, tal como se indica en lassiguientes reacciones andicas:

Zn = Zn+2 + 2e (13)Fe = Fe+2 + 2e (18)Al = Al+3 + 3e (19)

De acuerdo con estas reacciones, la reaccin andica se puede representar en formageneral como sigue:

M = M+n + ne (20)

Es decir, la corrosin del metal M da por resultado su oxidacin para formar iones convalencia +n y la liberacin de n electrones.

El valor de n depende de la naturaleza del metal, as por ejemplo, la plata es monovalentemientras que otros metales como el fierro, titanio y uranio son polivalentes y algunospueden tener cargas positivas tan elevadas como 8. La ecuacin 20 es entonces general yse aplica a todas las reacciones de corrosin.

5.7. REACCIONES CATDICAS.

Hay varias reacciones catdicas que se encuentran durante la corrosin de los metales,tales como las que se enlistan a continuacin: Desprendimiento de hidrgeno

2H+ + 2e = H2 (4)

Reduccin de oxgeno (en soluciones cidas)

O2 + 4H+ + 4e = 2H2 O (21)

Reduccin de oxgeno (en soluciones neutras o alcalinas)

O2 + 2H2 O + 4e = 4OH (22)

Reduccin de iones metlicos

Fe+3 + 1e = Fe+2 (23)

Depsito de metal

Cu+2 + 2e = Cu (24)La reduccin de iones hidrgeno con desprendimiento de hidrgeno ya fue considerada yno se discutir ms.

La reduccin del oxgeno, ecuaciones 21 y 22, es una reaccin catdica muy comn yaque el oxgeno est presente en la atmsfera y las soluciones estn expuestas a la misma.

La reduccin de iones metlicos y el depsito de metales aunque es menos frecuente,causa

Problemas de corrosin muy severos.


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Todas estas reacciones tienen en comn que consumen electrones y todas las reaccionesde corrosin son simplemente combinaciones de una o ms de las reacciones catdicasindicadas, unidas con una reaccin andica similar a la ecuacin 20.

Podemos establecer entonces que la mayora de los casos de corrosin metlica puedenser reducidos a estas seis ecuaciones ya sea en forma aislada o en combinaciones, as porejemplo, el zinc se corroe en agua o aire hmedo en la siguiente forma:

2Zn = 2Zn+2 + 4e oxidacin (25)

O2 + 2H2 O + 4e = 4 OH reduccin (22)

2Zn + 2H2 O + O2 = 2Zn+2 + 4OH- 2Zn(OH)2 (26)

Los productos de esta reaccin son iones zinc Zn+2 y iones OH- , que inmediatamentereaccionan para formar el hidrxido de zinc Zn(OH)2 , insoluble.

Durante la corrosin pueden ocurrir ms de una reaccin de oxidacin y de reduccin, aspor ejemplo, durante el ataque de una aleacin, los tomos de los componentes metlicospasan a la solucin en forma de iones, como sucede con la aleacin de cromo fierro endonde tanto el cromo como el fierro son oxidados a iones.

Al considerar la corrosin del zinc en una solucin de cido clorhdrico conteniendooxgeno disuelto, hay la posibilidad de dos reacciones catdicas; el desprendimiento delhidrgeno y la reduccin del oxgeno, por lo que la velocidad de corrosin del zinc seincrementa. Lo anterior indica que las soluciones cidas conteniendo oxgeno disuelto oexpuestas al aire, son generalmente ms corrosivas que los cidos exentos de aire y comoconclusin se puede establecer que la remocin del oxgeno de las soluciones cidas lashace menos corrosivas. Este es un mtodo comn para reducir la corrosividad de muchosmedios ambientes en los que la remocin del oxgeno puede hacerse por medios qumicoso mecnicos.


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6. FENMENOS DE POLARIZACIN.

Es inters primordial del ingeniero de corrosin, el conocer la velocidad a la cual sedesarrollan las reacciones catdicas y andicas que puede ser determinada por variosmtodos fsicos y qumicos.

Cuando una reaccin electroqumica se retarda, se dice que esta polarizada y hay dos tiposdiferentes de polarizacin que son: polarizacin de activacin y polarizacin porconcentracin.

La polarizacin por activacin se refiere a aquellos factores retardadores de la reaccin queson inherentes a la reaccin misma como por ejemplo, la velocidad a la cual los ioneshidrgeno se reducen a gas hidrgeno.

La polarizacin por activacin, es funcin de varios factores que incluyen la velocidad detransporte del electrn al ion hidrgeno en la superficie metlica, que naturalmente esinherente de un metal en especial y depende de la concentracin de iones hidrgeno y de latemperatura del sistema, por lo que la velocidad de desprendimiento del hidrgeno es muydiferente para cada metal.

Por otra parte, la polarizacin por concentracin se refiere al retardo de la reaccinelectroqumica como un resultado de los cambios de concentracin en la solucin adyacente ala superficie metlica.

Si la reaccin procede a muy alta velocidad y la concentracin de iones hidrgeno de lasolucin es baja, se puede ver que la regin cercana a la superficie metlica se agota en susiones hidrgeno puesto que son consumidos en la reaccin qumica. Bajo estas condiciones,la reaccin es controlada por la velocidad de difusin de los iones hidrgeno a la superficiemetlica.

La polarizacin por activacin es generalmente el factor que controla la corrosin en cidosfuertes, mientras que la polarizacin por concentracin predomina cuando la concentracin delas especies activas es baja, por ejemplo, en cidos diluidos o en soluciones salinas y aguacon oxgeno, ya que la solubilidad del oxgeno es muy baja en soluciones acuosas y en agua.


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El conocimiento del tipo de polarizacin que se presenta es muy til ya que permite predecirlas caractersticas del sistema corrosivo, por ejemplo, entonces cualquier incremento en lavelocidad de difusin de las especies activas como H+ deber incrementar la velocidad decorrosin y en un sistema de esta naturaleza, la agitacin del lquido tiende a incrementar lavelocidad de corrosin del metal. Por otra parte, si la reaccin catdica se controla porpolarizacin por activacin, entonces la agitacin no tendr ningn efecto en la velocidad decorrosin, lo cual confirma que el conocimiento del tipo de polarizacin presente permite hacerpredicciones muy tiles concernientes al efecto relativo que sobre la velocidad de corrosinpuede ser producida por el aumento de velocidad de flujo de un lquido en una tubera.

7. POTENCIAL DE CORROSIN.

El potencial de un metal que se corroe es muy til en los estudios de corrosin y se puedeobtener fcilmente en el laboratorio y en condiciones de campo y se determina midiendo ladiferencia de potencial existente entre el metal sumergido en un medio corrosivo y unelectrodo de referencia apropiado.

Los electrodos de referencia ms utilizados son el electrodo saturado de calomel, el electrodode cobre sulfato de cobre y el electrodo de platino hidrgeno.

La medicin de la diferencia de potencial entre el metal que se corroe y el electrodo dereferencia se lleva a cabo con la ayuda de un potencimetro.

Al medir y reportar los potenciales de corrosin es necesario indicar la magnitud y el signo devoltaje obtenido.

La magnitud y el signo del potencial de corrosin es una funcin del metal, composicin delelectrolito y temperatura y agitacin del mismo.

7.1. POTENCIALES DE OXIDO REDUCCIN.

El potencial de xido reduccin se refiere al potencial relativo de una reaccinelectroqumica en condiciones de equilibrio por lo que las reacciones deben proceder a lamisma velocidad en ambas direcciones.

Estos potenciales tambin son conocidos con el nombre de potenciales Redox, potencialde media celda y serie de fuerzas electromotrices.


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7.2. CRITERIO PARA CORROSIN.

Los potenciales de xido reduccin son muy tiles ya que pueden ser utilizados parapredecir si un metal es o no corrodo en un medio ambiente dado. Esto se puedeestablecer por medio de la siguiente regla generalizada: En cualquier reaccinelectroqumica la media celda ms negativa tiende a oxidarse, mientras que la media celdams positiva tiende a reducirse.

Aplicando esta regla al caso del zinc que se corroe en soluciones cidas, podemos ver quela media celda zinc metlico iones zinc, es ms negativa que la media celda iones hidrgeno hidrgeno gaseoso, por lo que aplicando la regla anterior se ve que el zincdeber ser corrodo en soluciones cidas.

Se puede ver que todos los metales que tienen potenciales Redox ms negativos que lamedia celda iones hidrgeno gas hidrgeno, sern corrodos por soluciones cidas locual incluye a metales como el plomo, estao, nquel, fierro y aluminio junto con losmetales con potenciales negativos.

Por otra parte, el cobre, mercurio, plata, paladio y los otros metales con potenciales mspositivos que la media celda iones hidrgeno gas hidrgeno, no sern corrodos porsoluciones cidas, es decir, el cobre por ejemplo, podra ser un buen material para guardarcidos, sin embargo el cobre se corroe si el cido contiene oxgeno ya que el potencialRedox del cobre es menos positivo que el potencial de las dos medias pilas de oxgeno, taly como se muestra en la tabla de los potenciales redox a 25o C..

Au = Au +3 + 3e 1.42 NoblePt = Pt+2 + 2e 1.2

O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 1.23

Pd = Pd++ + 2e 0.83Ag = Ag+ + e 0.799

2Hg = Hg2++ + 2e 0.798Fe+3 + e = F +22 0.771

O2+ 2H

2O + 4e = 4OH 0.401

Cu = Cu+2 + 2e 0.34Sn+4 + 2e = Sn +2 0.154

2H+ + 2e = H2 0.000 ReferenciaPb = Pb+2 + 2e -0.126Sn = Sn+2 + 2e -0.140

Ni = Ni+2 + 2e -0.23Co = Co+2 + 2e -0.27

Cd = Cd+2 + 2e -0.402Fe = F+2 + 2e -0.44Cr = Cr+3 + 3e -0.71

Zn = Zn+2 + 2e -0.763Al = Al+3 + 3e -1.66

Mg = Mg

+2

+ 2e -2.38Na = Na+ + e -0.71K = K+ + e -2.92 Activo

8. DIAGRAMAS DE POTENCIAL ION PH.

El uso de los potenciales Redox puede ser extendido, graficando los potencialesRedox comofuncin del pH de la solucin. Estos diagramas se conocen como diagramas de Pourbaix y seelaboran utilizando clculos electroqumicos, datos de solubilidad y constantes de equilibrio.

Es necesario recordar que el pH es simplemente el logaritmo negativo de la concentracin deiones hidrgeno de tal manera que un pH de 7 indica que se tiene 10-7 iones gramo de hidrgeno


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por litro de solucin y corresponde a una solucin neutra, mientras que un pH = 0 representa unasolucin muy cida y un pH = 14, es una solucin muy alcalina.

El diagrama de Pourbaix para el sistema Fe H2O (figura 7) permite ver que a potenciales mspositivos que 0.6 volts y pH menor que nueve, los iones ferrosos son la substancia estable por loque el fierro deber corroerse en estas condiciones suministrando iones Fe+2 tal y como se indicaen la ecuacin 18.

En otras regiones del diagrama se puede ver que la corrosin del fierro produce iones frricos,hidrxido ferroso y en condiciones muy alcalinas iones complejos de fierro.El principal uso de los diagramas de Pourbaix, que pueden ser constituidos para todos los metalesson:

El diagrama de Pourbaix para el sistema Fe H2O (permite ver que a potenciales ms positivosque 0.6 volts y pH menor que nueve, los iones ferrosos son la substancia estable por lo que elfierro deber corroerse en estas condiciones suministrando iones Fe+2 tal y como se indica en laecuacin 18.

En otras regiones del diagrama se puede ver que la corrosin del fierro produce iones frricos,hidrxido ferroso y en condiciones muy alcalinas iones complejos de fierro.

El principal uso de los diagramas de Pourbaix, que pueden ser constituidos para todos los metalesson:

1.- Predecir si hay o no corrosin.2.- Estimar la composicin de los productos de la corrosin.3.- Predecir cambios del medio ambiente que ayuden a prevenir o reducir el ataque corrosivo.

En el diagrama de Pourbaix en el sistema fierro agua, la regin oscura indica que el fierro no secorroe bajo estas condiciones de potencial y pH, es decir si el potencial de corrosin del fierro sehace suficientemente negativo, por ejemplo 1.2 volts, el fierro no se corroer en ningn sistemaque vari desde pH muy cido hasta pH muy bsico.Esta observacin es le fundamento de la proteccin catdica del fierro.


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9. CORROSIN GALVNICA.

En las instalaciones de planta, se emplean una gran variedad de metales y aleaciones diferentes,que a menudo estn en contacto fsico y elctrico. Este contacto o acoplamiento de metalesdiferentes algunas veces causa velocidad de corrosin elevada, que recibe el nombre de corrosingalvnica.

La corrosin galvnica se presenta cuando se tienen las siguientes condiciones

1. Cuando se conectan metales diferentes, el ms activo o metal andico se corroe msrpidamente que el metal ms noble o metal catdico tiende a protegerse.

2. A medida que la diferencia de potencial entre los dos metales se incrementa, la corrosingalvnica tambin aumenta. Un ejemplo de la corrosin galvnica se presenta al conectartuberas de aluminio y de fierro que dan como resultado una mayor velocidad de corrosinen la tubera de aluminio.

La corrosin galvnica se presenta tambin con mucha frecuencia en cambiadores de calor dondelos tubos generalmente son de cobre, mientras que el resto del cambiador de calor es de acero.En estas condiciones, la parte de acero funciona andicamente disolvindose mientras que lostubos de cobre funcionan catdicamente protegindose.

En el problema planteado del cambiador de calor se puede ver el efecto que las reas de losdiferentes metales tienen en el fenmeno corrosivo y puede establecerse que a medida que lareaccin del rea catdica a rea andica se aumenta, la velocidad de corrosin se acelera.

9.1. RECONOCIMIENTO DE LA CORROSIN GALVNICA.

Antes de discutir la forma de prevenir la corrosin galvnica, es necesario asegurarsede que este tipo de corrosin est ocurriendo para lo cual es necesario que coincidan trescondiciones:

1. Presencia de dos metales electroqumicamente diferentes.2. Contacto elctrico entre los dos metales diferentes.3. Los metales debern estar expuestos a un electrolito.

9.2. PREVENCIN DE LA CORROSIN GALVNICA.

Hay varias formas para evitar la corrosin galvnica y pueden ser usadas en forma aisladao combinadas y naturalmente, los mtodos de prevencin, se basan en el conocimiento delmecanismo de la corrosin galvnica.La forma de prevenir este tipo de corrosin se puede hacer con los siguientes mtodos:

1. Evitando el uso de metales diferentes siempre que esto sea posible. Si esto no esprctico, tratar de usar metales que estn lo ms cercano posible entre s en laserie galvnica.

2. Es necesario evitar una relacin de reas desfavorables, es decir, bajo ningunacircunstancia conectar una pequea rea andica a una gran rea catdica.3. Si se utilizan metales diferentes, aislar elctricamente uno del otro, instalando

juntas de aislamiento.4. Si se necesita utilizar metales diferentes, y no pueden ser aislados, las partes

andicas debern ser diseadas de manera de poderlas reemplazar fcilmente oconstruirlas de materiales ms gruesos para alargar la vida del equipo bajo losefectos de la corrosin.


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10. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCION FRENTE A LA CORROSION

La proteccin frente a la corrosin constituye un mbito tecnolgico interdisciplinario que combina,adems de la electroqumica, aspectos de la metalurgia, la ciencia de los materiales, la ingenieraqumica y la mecnica. En su estudio intervienen tantos factores que no se puede pensar en unasolucin universal. Los principales factores que se deben considerar son: naturaleza y estado delmetal, medio en que se encuentra y tipo de contacto entre el metal y el medio. Los procedimientosgeneralmente aplicados para la proteccin contra la corrosin pueden clasificarse en cuatrogrupos principales:1. Proteccin por empleo de inhibidores de la corrosin.2. Proteccin por empleo de metales auto protectores.3. Proteccin catdica.4. Proteccin por aplicacin de recubrimientos.

4.1. Proteccin por recubrimientos metlicos.4.2. Proteccin por recubrimientos inorgnicos.4.3. Proteccin por recubrimientos de naturaleza orgnica.

10.1. PROTECCIN POR EMPLEO DE INHIBIDORES DE LA CORROSIN

Para que la corrosin de un metal pueda tener lugar, es necesario que ste se halle encontacto con un medio conductor de iones. Por ello, en algunos casos, la modificacin delmedio electroltico constituye una estrategia adecuada de lucha frente a la corrosin. Unaposible va es la eliminacin de las especies causantes de la corrosin. Esta tecnologa incluyela eliminacin del oxgeno disuelto en el agua por evacuacin, saturacin con nitrgeno oadicin de sustancias destructoras de oxgeno, as como la eliminacin de cidos porneutralizacin, de sales disueltas por intercambio inico u smosis inversa, de humedad en elaire mediante gel de slice o un aumento de temperatura, o de partculas slidas.

Sin embargo, la va ms utilizada para la modificacin del medio que rodea al metal a protegeres la utilizacin de inhibidores de la corrosin, es decir, de especies orgnicas o inorgnicasque, cuando son aadidas en baja concentracin, dan lugar a un descenso en la velocidad decorrosin, debido a la formacin de un compuesto insoluble sobre la superficie del metal.La tecnologa supone una aproximacin interesante al problema de la lucha frente a lacorrosin en aquellos casos en que un metal deba estar en contacto con una disolucinacuosa, particularmente cuando esta disolucin forma parte de un sistema cerrado (porejemplo, en sistemas de calentamiento o enfriamiento).

El mecanismo de actuacin de un inhibidor de la corrosin puede ser catdico o andico.Como inhibidores andicos se pueden destacar los cromatos, los nitritos y los nitratos,utilizados en la pasivacin del acero en disolucin acuosa, en circuitos de refrigeracin, ensalmueras, como aditivos para pinturas, en instalaciones desalinizadoras, etc. Entre losinhibidores catdicos se pueden destacar los compuestos de arsnico, bismuto y antimonio,empleados en baos de decapado y en circuitos de refrigeracin.

La tendencia actual es hacia el desarrollo y utilizacin de inhibidores que no incorporenmetales txicos en su formulacin.

10.2. PROTECCIN POR EMPLEO DE METALES AUTOPROTECTORES

Otro de los mtodos utilizados para la proteccin contra la corrosin es el empleo de metalesauto protectores, es decir, de metales estructurales que tengan la suficiente resistencia contrala corrosin como para que sea innecesaria la aplicacin de protecciones adicionales.Metales puros como el cromo, el nquel, el platino, el oro, el tantalio y el wolframio, entreotros, son muy resistentes a la corrosin atmosfrica y a la accin de muchos cidos, pero suelevado precio impide su utilizacin salvo para aplicaciones cientficas. En cambio, se emplean


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mucho las aleaciones y superaleaciones auto protectoras, que son ms econmicas y ademstienen, en general, mejores caractersticas que los metales puros.

Las aleaciones que ms se emplean son los aceros inoxidables, las aleaciones de base hierroy las aleaciones de nquel. La utilizacin de aceros inoxidables est extendida a todas lasreas y sus aplicaciones son innumerables. Su accin protectora proviene de la presencia delcromo, el cual forma en la superficie de la pieza una capa de xido compacta e impermeableque protege al resto del metal de la corrosin. Los aceros inoxidables contienen tambincantidades variables de otros elementos como nquel, wolframio, molibdeno, titanio, etc., cuyamisin es aumentar la resistencia a la corrosin en ciertos casos particulares. Por otro lado, apesar de que el hierro no posee una buena resistencia a la corrosin, la introduccin de otroselementos hace que las aleaciones de base hierro como hierrro-cromo- nquel, hierro- nquel-molibdeno o hierro-nquel-cobre-manganeso posean una alta resistencia a la corrosin. De ahlas investigaciones que actualmente se estn desarrollando en torno a este tipo de aleacionespara aplicaciones en las industrias aeronutica y de automocin.

Sin embargo, los materiales metlicos de ltima generacin, y en los que se basarn losfuturos desarrollos en metales auto protectores, son los conocidos como superaleaciones. Ladenominacin proviene del gran nmero de elementos que intervienen en su composicin paralograr las excelentes propiedades que ofrecen de resistencia mecnica, comportamiento frentea la fatiga termomecnica y la fluencia a temperaturas elevadas y, sobre todo, resistenciafrente a la corrosin incluso en ambientes extremadamente agresivos. Es por ello que sonampliamente utilizadas en las industrias aeroespaciales y aeronuticas para la fabricacin deturbinas y motores a reaccin. Las superaleaciones que tienen hoy en da mayor campo deaplicacin son las de base nquel. Los elementos que se adicionan para componer este tipo dealeaciones son muy numerosos.

De acuerdo con su papel se pueden agrupar en promotores de la resistencia a la corrosin(cromo, principalmente, y tambin molibdeno, wolframio, vanadio, niobio, tantalio, hierro ycobalto), formadores de la fase g (aluminio, titanio, niobio, tantalio y vanadio) y formadores decarburos o compuestos nter metlicos (titanio, tantalio, niobio, zirconio, magnesio, boro,carbono y hafnio).

10.3. PREVENCIN DE LA CORROSIN POR MTODOS ELECTROQUMICOS.

La proteccin catdica se utiliza cuando un metal se hace ms catdico o negativo,imprimindose una corriente elctrica, conectndolo con otro metal ms activo que el metal delequipo que se desea proteger. Por ejemplo, cuando un equipo de acero se conecta a unapieza de zinc, el zinc se corroe dando proteccin al fierro, en este caso el zinc es el metalandico y recibe el nombre de nodo de sacrificio, mientras que el acero funciona comoctodo recibiendo proteccin.En el Siguiente captulo se indicar la forma en que se estudia la prevencin de la corrosinpor medio de la proteccin catdica.

10.3.1. PROTECCIN CATDICA

La proteccin catdica es una tcnica de control de la corrosin, que est siendo aplicadacada da con mayor xito en el mundo entero, en que cada da se hacen necesarias nuevasinstalaciones de ductos para transportar petrleo, productos terminados, agua; as como paratanques de almacenamientos, cables elctricos y telefnicos enterrados y otras instalacionesimportantes.

En la prctica se puede aplicar proteccin catdica en metales como acero, cobre, plomo,latn, y aluminio, contra la corrosin en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos.De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosin bajo tensiones porcorrosin, corrosin intergranular, picaduras o tanques generalizados.


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Como condicin fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y delelemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto elctrico e inmerso en unelectrolito.

Aproximadamente la proteccin catdica presenta sus primeros avances, en el ao 1824, enque Sir. Humphrey Davy, recomienda la proteccin del cobre de las embarcaciones, unindolocon hierro o zinc; habindose obtenido una apreciable reduccin del ataque al cobre, a pesarde que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferacin de organismos marinos,habindose rechazado el sistema por problemas de navegacin.

En 1850 y despus de un largo perodo de estancamiento la marina Canadiense mediante unempleo adecuado de pinturas con antiorganismos y anticorrosivos demostr que era factible laproteccin catdica de embarcaciones con mucha economa en los costos y en elmantenimiento.

10.3.2. Fundamento de la proteccin catdica

Luego de analizadas algunas condiciones especialmente desde el punto de vistaelectroqumico dando como resultado la realidad fsica de la corrosin, despus de estudiar la

existencia y comportamiento de reas especficas como Anodo-Ctodo-Electrlito y elmecanismo mismo de movimiento de electrones y iones, llega a ser obvio que si cada fraccindel metal expuesto de una tubera o una estructura construida de tal forma de coleccionarcorriente, dicha estructura no se corroer porque sera un ctodo.

La proteccin catdica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente de una fuenteexterna, sobre toda la superficie de la estructura.

Mientras que la cantidad de corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente venciendo lacorriente de corrosin y, descargndose desde todas las reas andicas, existir un flujo netode corriente sobre la superficie, llegando a ser toda la superficie un ctodo.

Para que la corriente sea forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia de

potencial del sistema aplicado sea mayor que la diferencia de potencial de las microceldas decorrosin originales.

La proteccin catdica funciona gracias a la descarga de corriente desde una cama de nodoshacia tierra y dichos materiales estn sujetos a corrosin, por lo que es deseable que dichosmateriales se desgasten (se corroan)a menores velocidades que los materiales queprotegemos.

Tericamente, se establece que el mecanismo consiste en polarizar el ctodo, llevndolomediante el empleo de una corriente externa, ms all del potencial de corrosin, hastaalcanzar por lo menos el potencial del nodo en circuito abierto, adquiriendo ambos el mismopotencial eliminndose la corrosin del sitio.

10.3.3. Polarizacin catdica.

La proteccin catdica no elimina la corrosin, ste remueve la corrosin de la estructura a serprotegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente.

Para su funcionamiento prctico requiere de un electrodo auxiliar (nodo), una fuente decorriente continua cuyo terminal positivo se conecta al electrodo auxiliar y el terminal negativoa la estructura a proteger, fluyendo la corriente desde el electrodo a travs del electrolitollegando a la estructura.


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Influyen en los detalles de diseo y construccin parmetro de geometra y tamao de laestructura y de los nodos, la resistividad del medio electrolito, la fuente de corriente, etc.

10.3.4. Consideraciones de diseo para la proteccin catdica en tuberas enterradas

La proyeccin de un sistema de proteccin catdica requiere de la investigacin decaractersticas respecto a la estructura a proteger, y al medio.

Respecto a la estructura a proteger

1. Material de la estructura;2. Especificaciones y propiedades del revestimiento protector (si existe);3. Caractersticas de construccin y dimensiones geomtricas;4. Mapas, planos de localizacin, diseo y detalles de construccin;5. Localizacin y caractersticas de otras estructuras metlicas, enterradas o sumergidas

en las proximidades;6. Informacin referente a los sistemas de proteccin catdica, los caractersticos

sistemas de operacin, aplicados en las estructuras aledaas;7. Anlisis de condiciones de operacin de lneas de transmisin elctrica en alta tensin,

que se mantengan en paralelo o se crucen con las estructuras enterradas y puedancausar induccin de la corriente;8. Informacin sobre todas las fuentes de corriente continua, en las proximidades y

pueden originar corrosin;9. Sondeo de las fuentes de corriente alterna de baja y media tensin, que podran

alimentar rectificadores de corriente o condiciones mnimas para la utilizacin defuentes alternas de energa;

Respecto al medio

Luego de disponer de la informacin anterior, el diseo ser factible complementando lainformacin con las mediciones de las caractersticas campo como:

1. Mediciones de la resistividad elctrica a fin de evaluar las condiciones de corrosin aque estar sometida la estructura. Definir sobre el tipo de sistema a utilizar; galvnico ocorriente impresa y, escoger los mejores lugares para la instalacin de nodos;

2. Mediciones del potencial Estructura- Electrolito, para evaluar las condiciones decorrosividad en la estructura, as mismo, detectar los problemas de corrosinelectroltica;

3. Determinacin de los lugares para la instalacin de nodo bajo los siguientesprincipios:

a. Lugares de baja resistividad.b. Distribucin de la corriente sobre la estructura.c. Accesibilidad a los sitios para montaje e inspeccin

4. Pruebas para la determinacin de corriente necesaria; mediante la inyeccin decorriente a la estructura bajo estudio con auxilio de una fuente de corriente continua yuna cama de nodos provisional. La intensidad requerida dividida para rea, permitirobtener la densidad requerida para el clculo;

Sistemas de proteccin catdica

a) nodo galvnico o de sacrificio

Se fundamenta en el mismo principio de la corrosin galvnica, en la que un metal msactivo es andico con respecto a otro ms noble, corroyndose el metal andico.


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En la proteccin catdica con nodo galvnico, se utilizan metales fuertemente andicosconectados a la tubera a proteger, dando origen al sacrificio de dichos metales porcorrosin, descargando suficiente corriente, para la proteccin de la tubera.

La diferencia de potencial existente entre el metal andico y la tubera a proteger, es debajo valor porque este sistema se usa para pequeos requerimientos de corriente,pequeas estructuras y en medio de baja resistividad.

Caractersticas de un nodo de sacrificio

1. Debe tener un potencial de disolucin lo suficientemente negativo, para polarizar laestructura de acero (metal que normalmente se protege) a -0.8 V. Sin embargo elpotencial no debe de ser excesivamente negativo, ya que eso motivara un gastosuperior, con un innecesario paso de corriente. El potencial prctico de disolucinpuede estar comprendido entre -0.95 a -1.7 V;

2. Corriente suficientemente elevada, por unidad de peso de material consumido;3. Buen comportamiento de polarizacin andica a travs del tiempo;4. Bajo costo.

Tipos de anodos

Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia de potencial existenteentre el metal a proteger y el nodo, ste ltimo deber ocupar una posicin ms elevadaen la tabla de potencias (serie electroqumica o serie galvnica).

Los nodos galvnicos que con mayor frecuencia se utilizan en la proteccin catdica son:Magnesio, Zinc, Aluminio.

Magnesio: Los nodos de Magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro y estnlibres de pasivacin. Estn diseados para obtener el mximo rendimiento posible, en sufuncin de proteccin catdica. Los nodos de Magnesio son apropiados para oleoductos,pozos, tanques de almacenamiento de agua, incluso para cualquier estructura que

requiera proteccin catdica temporal. Se utilizan en estructuras metlicas enterradas ensuelo de baja resistividad hasta 3000 ohmio-cm.

Zinc: Para estructura metlica inmersas en agua de mar o en suelo con resistividadelctrica de hasta 1000 ohm-cm.

Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar.

Relleno Backfill

Para mejorar las condiciones de operacin de los nodos en sistemas enterrados, seutilizan algunos rellenos entre ellos el de Backfill especialmente con nodos de Zinc y

Magnesio, estos productos qumicos rodean completamente el nodo produciendo algunosbeneficios como:

Promover mayor eficiencia; Desgaste homogneo del nodo; Evita efectos negativos de los elementos del suelo sobre el nodo; Absorben humedad del suelo manteniendo dicha humedad permanente.

La composicin tpica del Backfill para nodos galvnicos est constituida por yeso(CaSO4), bentonita, sulfato de sodio, y la resistividad de la mezcla vara entre 50 a 250ohm-cm.


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Diseo de instalacin para nodo galvnico

Caractersticas de los nodos galvnicos

nodo Eficiencia Rendimientoam-hr/kg

Contenidode energaam-hr/kg

Potencial detrabajo(voltio)

Relleno

Zinc 95% 778 820 -1.10 50% yeso;50% bentonita

Magnesio 95% 1102 2204 -1.45 a -1.70 75% yeso;20%bentonita;5% so4na2

Aluminio 95% 2817 2965 -1.10

b) Corriente impresa

En este sistema se mantiene el mismo principio fundamental, pero tomando en cuenta laslimitaciones del material, costo y diferencia de potencial con los nodos de sacrificio, se haideado este sistema mediante el cual el flujo de corriente requerido, se origina en unafuente de corriente generadora continua regulable o, simplemente se hace uso de losrectificadores, que alimentados por corriente alterna ofrecen una corriente elctricacontinua apta para la proteccin de la estructura.

La corriente externa disponible es impresa en el circuito constituido por la estructura aproteger y la cama andica. La dispersin de la corriente elctrica en el electrolito seefecta mediante la ayuda de nodos inertes cuyas caractersticas y aplicacin dependendel electrolito.

El terminal positivo de la fuente debe siempre estar conectado a la cama de nodo, a fin deforzar la descarga de corriente de proteccin para la estructura.


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Este tipo de sistema trae consigo el beneficio de que los materiales a usar en la cama denodos se consumen a velocidades menores, pudiendo descargar mayores cantidades decorriente y mantener una vida ms amplia.

En virtud de que todo elemento metlico conectado o en contacto con el terminal positivode la fuente e inmerso en el electrolito es un punto de drenaje de corriente forzada y por lotanto de corrosin, es necesario el mayor cuidado en las instalaciones y la exigencia de lamejor calidad en los aislamientos de cables de interconexin

nodos utilizados en la corriente impresa

Chatarra de hierro: Por su economa es a veces utilizado como electrodo dispersor decorriente. Este tipo de nodo puede ser aconsejable su utilizacin en terrenos deresistividad elevada y es aconsejable se rodee de un relleno artificial constituido por carbnde coque. El consumo medio de estos lechos de dispersin de corriente es de 9Kg/Am*Ao

Ferrosilicio: Este nodo es recomendable en terrenos de media y baja resistividad. Secoloca en el suelo hincado o tumbado rodeado de un relleno de carbn de coque. A

intensidades de corriente baja de 1 Amp, su vida es prcticamente ilimitada, siendo sucapacidad mxima de salida de corriente de unos 12 a 15 Amp por nodo. Su consumooscila a intensidades de corriente altas, entre o.5 a 0.9 Kg/Amp*Ao. Su dimensin msnormal es la correspondiente a 1500 mm de longitud y 75 mm de dimetro.

Grafito: Puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media y se utiliza conrelleno de grafito o carbn de coque. Es frgil, por lo que su transporte y embalaje debeser de cuidado. Sus dimensiones son variables, su longitud oscila entre 1000-2000 mm, ysu dimetro entre 60-100 mm, son ms ligeros de peso que los ferrosilicios. La salidamxima de corriente es de 3 a 4 amperios por nodo, y su desgaste oscila entre 0.5 y 1Kg/Am*Ao

Titanio-Platinado: Este material est especialmente indicado para instalaciones de agua

de mar, aunque sea perfectamente utilizado en agua dulce o incluso en suelo. Sucaracterstica ms relevante es que a pequeos voltajes (12 V), se pueden sacarintensidades de corriente elevada, siendo su desgaste perceptible. En agua de mar tiene,sin embargo, limitaciones en la tensin a aplicar, que nunca puede pasar de 12 V, ya queha tensiones ms elevadas podran ocasionar el despegue de la capa de xido de titanio y,por lo tanto la deterioracin del nodo. En aguas dulces que no tengan cloruro puedenactuar estos nodos a tensiones de 40-50 V.

Fuente de corriente

El rectificador

Es un mecanismo de transformacin de corriente alterna a corriente continua, de bajovoltaje mediante la ayuda de diodos de rectificacin, comnmente de selenio o silicio ysistemas de adecuacin regulable manual y/o automtica, a fin de regular lascaractersticas de la corriente, segn las necesidades del sistema a proteger

Las condiciones que el diseador debe estimar para escoger un rectificador son:

1. Caractersticas de la corriente alterna disponible en el rea (voltios, ciclos, fases);2. Requerimiento mximo de salida en C.D (Amperios y Voltios);3. Sistemas de montaje: sobre el piso, empotrado en pared, en un poste;4. Tipos de elementos de rectificacin: selenio, silicio;5. Mxima temperatura de operacin;


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6. Sistema de seguridad: alarma, breaker, etc;7. Instrumentacin: Voltmetros y Ampermetros, sistemas de regulacin;

Otras fuentes de corrientes

Es posible que habiendo decidido utilizar el sistema de corriente impresa, no se dispongaen la zona de lneas de distribucin de corriente elctrica, por lo que sera convenienteanalizar la posibilidad de hacer uso de otras fuentes como:

Bateras, de limitada aplicacin por su bajo drenaje de corriente y vida limitada; Motores generadores; Generadores termoelctricos;

c) Comparacin de los sistemas

A continuacin se detalla las ventajas y desventajas de los sistemas de proteccincatdica;

Anodos galvnicos Corriente impresaNo requieren potencia externa Requiere potencia externa

Voltaje de aplicacin fijo Voltaje de aplicacin variable

Amperaje limitado Amperaje variable

Aplicable en casos de requerimiento decorriente pequea, econmico hasta 5amperios

Util en diseo de cualquier requerimientode corriente sobre 5 amperios;

Util en medios de baja resistividad Aplicables en cualquier medio;

La interferencia con estructuras

enterradas es prcticamente nula

Es necesario analizar la posibilidad de

interferencia;Slo se los utiliza hasta un valor lmitede resistividad elctrica hasta 5000 ohm-cm

Sirve para reas grandes

Mantenimiento simple Mantenimiento no simple

Resistividad elctrica ilimitada

Costo alto de instalacin

Medias celdas de referencia

La fuerza electromotriz (FEM) de una media celda como constituye el sistema Estructura -Suelo o independientemente el sistema cama de nodos -Suelo, es posible medirlamediante la utilizacin de una media celda de referencia en contacto con el mismoelectrolito.

Las medias celdas ms conocidas en el campo de la proteccin catdica son:

HIDROGENO O CALOMELO (H+/H2) ZINC PURO (Zn/Zn++) PLATA-CLORURO DE PLATA (Ag/AgCl) COBRE-SULFATO DE COBRE (Cu/SO4Cu)


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La media celda de Hidrgeno tiene aplicacin prctica a nivel de laboratorio por lo exacto ydelicado. Tambin existen instrumentos para aplicacin de campo, constituida por solucinde mercurio, cloruro mercurioso, en contacto con una solucin saturada de cloruro depotasio que mantiene contacto con el suelo.

La media celda de Zinc puro para determinaciones en suelo, siendo condicin necesariapara el uso un grado de pureza de 99.99%, es utilizado en agua bajo presiones quepodran causar problemas de contaminacin en otras soluciones y tambin comoelectrodos fijos.

La media celda Plata-Cloruro de plata de poco uso pese a ser muy estable, se utilizanespecialmente en instalaciones marinas. Ms comnmente utilizados en los anlisis deeficiencia de la proteccin catdica son las medias celdas de Cobre-Sulfato de cobredebido a su estabilidad y su facilidad de mantenimiento y reposicin de solucin

La proteccin del acero bajo proteccin catdica se estima haber alcanzado el niveladecuado cuando las lecturas del potencial-estructura-suelo medidos con las diferentesceldas consiguen los siguientes valores:

ELECTRODO LECTURAAg-AgCl -0.800V

Cu-SO4Cu -0.850V

Calomel -0.77V

Zn puro +0.25V

Criterios de proteccin

Cuando se aplica proteccin catdica a una estructura, es extremadamente importante

saber si esta se encontrar realmente protegida contra la corrosin en toda su plenitud.Varios criterios pueden ser adoptados para comprobar que la estructura en mencin estexenta de riesgo de corrosin, basados en unos casos en funcin de la densidad decorriente de proteccin aplicada y otros en funcin de los potenciales de proteccinobtenidos.

No obstante, el criterio ms apto y universalmente aceptado es el de potencial mnimo quedebe existir entre la estructura y terreno, medicin que se realiza con un electrodo dereferencia. El criterio de potencial mnimo se basa en los estudios realizados por elProfesor Michael Pourbaix, en 1939, quin estableci a travs de un diagrama de potencialde electrodo Vs pH del medio, un potencial mnimo equivalente a -850 mv con relacin alelectrodo de referencia cobre-sulfato de cobre, observando una zona definida por la

inmunidad del acero.

Los criterios de potencial mnimo de proteccin que se utilizar es de 850 mv respecto alCu/SO4Cu como mnimo y permitiendo recomendar as mismo, un mximo potencial deproteccin que pueda estar entre los 1200 mv a -1300 mv, sin permitir valores msnegativos, puesto que se corre el riesgo de sobre proteccin, que afecta de sobre maneraal recubrimiento de la pintura, ya que hay riesgos de reaccin catdica de reduccin dehidrgeno ga

corrosion y recubrimientos ales

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