trabajo de corrosion
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Suelo
Es la cubierta superficial de la mayoría de la superficie continental de la Tierra. Es
un agregado de minerales no consolidados y de partículas orgánicas producidas por la
acción combinada del viento, el agua y los procesos de desintegración orgánica.
Los suelos cambian mucho de un lugar a otro. La composición química y la
estructura física del suelo en un lugar dado están determinadas por el tipo de material
geológico del que se origina, por la cubierta vegetal, por la cantidad de tiempo en que ha
actuado la meteorización, por la topografía y por los cambios artificiales resultantes de las
actividades humanas. Las variaciones del suelo en la naturaleza son graduales, excepto las
derivadas de desastres naturales. Sin embargo, el cultivo de la tierra priva al suelo de su
cubierta vegetal y de mucha de su protección contra la erosión del agua y del viento, por lo
que estos cambios pueden ser más rápidos. El conocimiento básico de la textura del suelo
es importante para los ingenieros que construyen edificios, carreteras y otras estructuras
sobre y bajo la superficie terrestre por necesidades mecánicas, económicas y de seguridad,
las cuales se ven sometidas a un proceso de corrosión que en algunos casos puede ser
complicado.
El terreno o suelo por su contenido variable de humedad, sales y materia orgánica
en descomposición es el electrolito más complejo de todos los que se pueden encontrar
El suelo generalmente es un medio heterogéneo en donde se dan muchas
variaciones en la velocidad de corrosión de los metales. Un suelo natural contiene los
siguientes elementos: arena, arcilla, cal y humus. Estos componentes pueden estar
mezclados en el suelo en diferentes proporciones que darán lugar a distintos grados de
agresividad.
Naturaleza del suelo
Los componentes primarios del suelo son:
Compuestos inorgánicos, no disueltos, producidos por la meteorización y la
descomposición de las rocas superficiales.
Los nutrientes solubles utilizados por las plantas.
Distintos tipos de materia orgánica, viva o muerta
Gases y agua requeridos por las plantas y por los organismos subterráneos.
La naturaleza física del suelo está determinada por la proporción de partículas de
varios tamaños. Las partículas inorgánicas tienen tamaños que varían entre el de los trozos
distinguibles de piedra y grava hasta los de menos de 1/40.000 centímetros. Las grandes
partículas del suelo, como la arena y la grava, son en su mayor parte químicamente
inactivas; pero las pequeñas partículas inorgánicas, componentes principales de las arcillas
finas, sirven también como depósitos de los que las raíces de las plantas extraen nutrientes.
El tamaño y la naturaleza de estas partículas inorgánicas diminutas determinan en gran
medida la capacidad de un suelo para almacenar agua.
La parte orgánica del suelo está formada por restos vegetales y restos animales,
junto a cantidades variables de materia orgánica amorfa llamada humus. La fracción
orgánica representa entre el 2 y el 5% del suelo superficial en las regiones húmedas, pero
puede ser menos del 0.5% en suelos áridos o más del 95% en suelos de turba.
El componente líquido de los suelos, denominado por los científicos solución del
suelo, es sobre todo agua con varias sustancias minerales en disolución, cantidades grandes
de oxígeno y dióxido de carbono disueltos. Los principales gases contenidos en el suelo son
el oxígeno, el nitrógeno y el dióxido de carbono.
Clases de suelo
Los suelos muestran gran variedad de aspectos, fertilidad y características químicas
en función de los materiales minerales y orgánicos que lo forman. El color es uno de los
criterios más simples para calificar las variedades de suelo. La regla general, aunque con
excepciones, es que los suelos oscuros son más fértiles que los claros. La oscuridad suele
ser resultado de la presencia de grandes cantidades de humus. A veces, sin embargo, los
suelos oscuros o negros deben su tono a la materia mineral o a humedad excesiva; en estos
casos, el color oscuro no es un indicador de fertilidad.
La textura general de un suelo depende de las proporciones de partículas de distintos
tamaños que lo constituyen. Las partículas del suelo se clasifican como arena, limo y
arcilla. Las partículas de arena tienen diámetros entre 2 y 0,05 mm, las de limo entre 0,05 y
0,002 mm, y las de arcilla son menores de 0,002 mm. En general, las partículas de arena
pueden verse con facilidad y son rugosas al tacto. Las partículas de limo apenas se ven sin
la ayuda de un microscopio y parecen harina cuando se tocan. Las partículas de arcilla son
invisibles si no se utilizan instrumentos y forman una masa viscosa cuando se mojan.
En función de las proporciones de arena, limo y arcilla, la textura de los suelos se
clasifica en varios grupos definidos de manera arbitraria. Algunos son: la arcilla arenosa, la
arcilla limosa, el limo arcilloso, el limo arcilloso arenoso, el fango arcilloso, el fango, el
limo arenoso y la arena limosa.
Por lo general, los suelos arenosos, margo-arenosos, margo-calcáreos y
calcáreos no son agresivos; los suelos arcillosos en algunas condiciones son agresivos.
Los que son agresivos de por sí son las turbas, los humus libres de cal y también los
suelos cenagosos y de aluvión. Los suelos artificiales, esto es los formados por
escorias y basuras, elementos en putrefacción y residuos humanos e industriales
también son agresivos.
Corrosión por suelo
Son los procesos de degradación que son observados en estructuras enterradas. La
intensidad dependerá de varios factores tales como el contenido de humedad, composición
química, pH del suelo, etc. En la práctica suele utilizarse comúnmente el valor de la
resistividad eléctrica del suelo como índice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy
agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrán resistividades
bajas, por la alta facilidad de transportación iónica.
Predicción en la corrosividad de los suelos
Nota: Se toma como referencia el acero y algunas de las variables que se analizan están
relacionas entre sí.
Factores que influyen en la corrosión de estructuras enterradas
Desde hace años se ha desarrollado una metodología especial para determinar el
grado de agresividad corrosiva del terreno lo cual permite no solamente dar soporte técnico
a sus inspecciones de campo sino también determinar de manera precisa cuales son los
factores más influyentes por los cuales se presenta corrosión en una estructura metálica. El
fenómeno de la corrosión en suelos es bastante complejo, con una multitud de variables
involucradas. Se presentan reacciones químicas que involucran la mayoría de los
elementos presentes en la composición del suelo, muchas de las cuales no están
completamente comprendidas.
Aireación (permeabilidad): Se basa en la cantidad de oxigeno y humedad que
alcanza el metal y afecta el proceso corrosivo; los metales que se encuentran bajo
tierras con un bajo contenido de oxigeno son generalmente anódicos cuando se
comparan con aquellos con alto contenido de oxigeno. En general un suelo muy
bien aireado tiende a disminuir la corrosión debido a que impide la retención de la
humedad.
Resistividad del suelo: Cuando se diseña protección catódica o simplemente
cuando se estudia la influencia de la corrosión en un medio en el cual se instalará
equipos o se tenderá una línea, es necesario investigar las características del medio,
entre estas características, relacionada directamente con el fenómeno corrosivo se
encuentra la resistividad del medio.
La resistividad de un terreno es la recíproca de la conductividad o capacidad del
suelo para conducir corriente eléctrica, y va a depender de su estructura, de las dimensiones
de sus partículas constituyentes, de su porosidad y permeabilidad, del contenido de agua
(humedad) y de su contenido de iones.
La resistividad de un terreno y especialmente la de los estratos superiores, puede
variar notablemente con las estaciones del año, la precipitación pluvial, la actividad
agrícola e industrial, etcétera. En cambio, la temperatura no ejerce una influencia tan
marcada, a menos que supere el punto de congelación, después de lo cual hay un aumento
significativo de la resistividad.
Por ejemplo, en lo que se refiere a un suelo arcilloso, con un 5% de humedad, dicho
suelo puede presentar una resistividad de 10 000 ohm-m, en cambio, con un 20% de
humedad, la resistividad disminuye hasta 100 ohm-m.
Resistividad ohm-cm Características
bajo 900 Muy corrosivo
900 a 2300 Corrosivo
2300 a 5000 Moderadamente
corrosivo
5000 a 10000 Medio corrosivo
Sobre 10000 Menos corrosivo
Medición de la resistividad del suelo
Para determinar si puede utilizarse la protección catódica para prevenir la corrosión
de una estructura enterrada, se debe conocer, en primer lugar, cómo medir la resistividad
del suelo o terreno. En la práctica se realiza esta medida empleando un voltímetro y un
amperímetro o bien instrumentos especiales como el vibro-Graund. La unidad de
resistividad del suelo es el ohm-centímetro (-cm). La resistividad de un suelo
determinado es igual numéricamente a la resistencia que ofrece el terreno contenido en un
cubo de 1 cm de arista, que se mide entre las caras opuestas del cubo.
La resistividad ( ) en W-cm es numéricamente igual que la resistencia (R) en ohms en un
cubo de un cm de arista.
Resistencia de un sólido rectangular.
Caja de suelo.
La resistencia de un sólido rectangular está dada por:
En donde W, L y D son las dimensiones (en cm), y es la resistividad (en cm)
para que las unidades sean consistentes. La resistencia entre dos terminales de forma y
tamaño cualquiera, en contacto con un terreno, está determinada por la relación entre el
tamaño y la distancia entre las terminales y por la resistividad del suelo. En casos sencillos
se puede determinar la resistencia, pero la complejidad matemática a menudo es muy
grande.
Determinación de la resistividad por el método de los cuatro electrodos
En la práctica de la ingeniería de la corrosión se requiere medir la resistividad de
grandes extensiones y a menudo, a una cierta profundidad. Para ello se utiliza el método de
Wenner, más conocido como método de los 4 electrodos. El circuito básico se presenta en
la figura.
Método de Wenner o de los cuatro electrodos.
pH: Es un factor de gran importancia ya que de éste dependen muchas reacciones
que intervienen en la corrosión, tanto química como electroquímica. Se han creado
diagramas, los que son de gran utilidad para relacionar el pH del medio, con el
potencial (en Volts) que afecta al metal, el cual puede ser inmune, corrosivo o
susceptible a pasivarse.
En lo que se refiere a la acidez, los suelos muy ácidos (pH <5.5) pueden motivar
una rápida corrosión del metal desnudo, y la agresividad del suelo aumenta con el
incremento de la acidez (disminución del pH), pero estos valores de pH no son normales.
La mayor parte de los suelos tienen pH comprendidos entre 5.0 y 8.0, en cuyo caso la
corrosión depende de otros factores. Los terrenos generalmente suelen ser de tipo alcalino,
condiciones en las cuales el terreno no resulta ser muy agresivo; en estos parece existir una
cierta correlación entre conductividad y agresividad.
Características de corrosividad del suelo basadas en acidez total, resistividad, drenaje,
textura y aireación.
corrosividad Acidez total
Meq/100g
Resistividad
.cm
Relación
Drenaje/Textura
Permeabilidad
Agua/aire
Muy Baja <4 >10000 Suelos con
drenaje excesivo,
textura gruesa
Rápida a muy
rápida
Baja 4 a 8 5000-10000 Suelos con buen
drenaje, textura
moderadamente
gruesa. Suelos
Moderada a
rápida
con drenaje
bastante pobre,
textura gruesa.
Moderada 8 a 12 2000-5000 Suelos con buen
drenaje, textura
moderadamente
fina. Drenaje
moderadamente
bueno, textura
media. Suelos
con drenaje
bastante pobre,
textura
moderadamente
gruesa. Drenaje
muy pobre, nivel
freático alto y sin
fluctuaciones.
Moderada
Alta 12 a 16 1000-2000 Drenaje bueno o
moderadamente
bueno, textura
fina o
moderadamente
fina. Drenaje
bastante pobre,
textura
moderadamente
fina o media.
Drenaje pobre,
textura
moderadamente
Lenta a muy
lenta; saturado
fina a gruesa.
Suelos con
drenaje muy
pobre, nivel
freático que
fluctúa a menos
de un metro de la
superficie
Muy Alta > 16 <1000 Drenaje de
bastante pobre a
muy pobre,
textura fina.
Turba, humus
con nivel freático
fluctuante
Muy lenta;
saturado
Contenido de iones
Mientras más concentración mas conductor el suelo.
Ciertos iones que tienen el efecto opuesto son el calcio y el magnesio.
Sales más comunes son: Silicatos, Carbonatos, Calcio, Magnesio, Óxidos de
aluminio e hierro insolubles, Sales de cloruro y sulfato.
Contenido de humedad:
Se presentan tres casos:
En terrenos muy húmedos la reacción anódica se despolariza, alto control catódico.
Cuando el suelo es muy seco corrosión bajo control anódico (baja resistencia).
Los terrenos agresivos son por lo tanto, aquellos que presentan niveles intermedios
de humedad.
Básicamente existen tres fuentes de agua:
Agua gravitacional.
Agua capilar.
Agua subterránea.
En términos generales se asume:
Humedad> 20%: Corrosión uniforme (poco agresiva).
Humedad< 20%: Corrosión por picadura (muy agresiva).
Terreno seco: Corrosión despreciable o uniforme.
Nota: La corrosión máxima se da en un suelo con alternancias seco/húmedo y
anaerobio/aerobio; se exaltan las pilas de concentración de oxígeno y la actividad biológica:
Humedad relativa: 50-95% → corrosión en macrocélulas.
Humedad relativa: 5-95% → corrosión en microcélulas.
Potencial Redox (ORP): No es una medición de la concentración de oxígeno, sino
un indicador de la capacidad reductora/oxidante del suelo. Se ha demostrado que el
ORP aun siendo un valor abstracto puede ser de ayuda en la predicción de la
corrosividad en suelos.
La medición se realiza con ayuda de un electrodo de referencia de Cu/CuSO4
saturado y un voltímetro de alta impedancia de entrada. Con el potencial redox es posible
determinar si el área de la tubería enterrada funciona catódica o anódicamente. Si el valor
medido da negativo la zona enterrada es catódica y si se mide un potencial más positivo la
zona será anódica.
En la práctica, este tipo de determinaciones sólo es posible en estructuras no
revestidas, en cuanto que la corriente en éstas es lo suficientemente elevada como para dar
lugar a caídas óhmicas importantes en el terreno y debido a esto, medir diferencias de
potencial apreciables cuando se traslada el electrodo de referencia de un punto a otro.
Microorganismos: Bacterias sulfato reductoras las cuales se han identificado como
las responsables de los más severos casos de corrosión. Se presenta en condiciones
anaerobias.
En un medio anaerobio es posible predecir la corrosión midiendo el pH y el
potencial rédox. Estas medidas permiten establecer las condiciones que favorecen la
actividad microbiológica responsable de la corrosión anaerobia. El pH más favorable es
entre 5.5 y 8.5 (neutro). En estas condiciones, la medida del potencial rédox efectuada con
un electrodo de platino, permite establecer si un terreno está predispuesto al crecimiento de
bacterias sulfatoreductoras.
La apreciación de la agresividad del suelo es importante entre otros aspectos para:
Definir la protección anticorrosiva de una tubería proyectada.
Explicar los deterioros por corrosión presentados.
Definir los parámetros de diseño en materia de cálculo de protección catódica.
Proyección de velocidades de corrosión.
Tipos de corrosión por suelo
Corrosión por micro o por macropilas:
Micropilas: se define como corrosividad absoluta del terreno son generadas por
heterogeneidades en la superficie del metal o del medio y produce una corrosión de
tipo uniforme y no suelen ser severo.
Cabe destacar que las zonas anódicas y catódicas se hallan muy próximas entre sí.
La resistencia interna de estas pilas es prácticamente nula y no depende o depende muy
poco de la resistividad del medio.
Es función de:
Características físicas: estructura, granulometría, interacción suelo/agua.
Propiedades químicas: pH, acidez total, alcalinidad total, tipo y concentración de
iones solubles en agua.
Propiedades biológicas: colonias de bacterias reductoras de sulfato.
Macropilas: Constituyen la corrosividad relativa y se originan principalmente por
fenómenos de aireación diferencial presentando corrosión localizada y de alta
agresividad. En este tipo de corrosión el terreno es altamente conductor y puede
formar zonas anódicas- catódicas separadas por una distancia considerable.
Es función de:
Aireación diferencial.
Heterogeneidades del suelo (aireación diferencial): la tubería o cable pasa por
suelos de diferente contenido en agua y en oxígeno.
Heterogeneidad del metal: inclusiones no metálicas o aparición de otras fases:
descincificación, grafitización.
Pares galvánicos.
Corrosión galvánica: La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se
pueden encontrar y es una forma de corrosión acelerada y altamente destructiva para
los metales la cual se genera cuando dos metales distintos (con distinto par redox) se
unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución
conductiva). Los dos metales se convierten uno en ánodo y otro en cátodo; aquel
metal que manifieste un potencial de reducción predominantemente negativo
generara oxidación y aquel metal que manifieste un potencial de reducción
predominantemente positivo generara una reducción.
El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones,
dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa
cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión.
Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que
cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo
electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el ánodo) y
así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del
metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples. Quizá la
problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante común se presente
en variadas formas y muy seguido.
Se puede incluir en este tipo de corrosión el caso de la asociación de un conducto
viejo (oxidado) con uno nuevo. El metal oxidado (pasivado) es siempre más noble que el
metal nuevo, ya que tiene un potencial más elevado; por tanto, este último sufrirá los
efectos de la corrosión.
Un ejemplo de corrosión galvánica es cuando una tubería subterránea produce la
formación de una pila galvánica en la cual una torre de alta tensión interactúa con grafito
solidificado y soterrado, con un terreno que actúe de alguna forma como solución
conductiva.
A veces ocurre que de un conducto principal de acero se sacan conductos derivados
en cobre o acero galvanizado; en el primer caso se atacara el acero y en el segundo se
disolverá el Zn (del galvanizado).
(a) Corrosión de una conducción principal de acero por la conexión de una derivación de
cobre. (b) Disolución del zinc de una tubería de acero galvanizado que ha sido conectada a
una conducción principal de acero.
Hay que señalar, desde el punto de vista práctico, que este fenómeno es válido para
metales tan parecidos como el acero y la fundición. Un caso frecuente en los explotadores
de canalizaciones enterradas es el de la corrosión de los tornillos de acero de unión de las
bridas de los tubos de fundición. Si a una tubería de acero o fundición le colocamos un
accesorio de aleación de cobre, como latón o bronce, la diferencia de materiales hará que se
forme una pila de corrosión, en donde en este caso el acero o fundición sufrirá la oxidación.
Nota: Para entender mejor la Corrosión Galvánica, es importante conocer cierta
información relevante respecto al proceso de electrolisis. En una pila galvánica, la reacción
química produce un flujo de corriente eléctrica. Es decir, la energía química se convierte en
energía eléctrica y en una célula electrolítica, el flujo de corriente produce una reacción
química. Es decir, la energía eléctrica proporcionada por una fuente externa, se convierte en
energía química.
Corrientes vagabundas: Con el término corrientes vagabundas o parásitas se
designa a aquellas corrientes eléctricas que circulan en el suelo fuera de los circuitos
previstos. La intensidad de estas corrientes con frecuencia es variable y depende
esencialmente de la naturaleza y funcionamiento de la fuente que las emite: tracción
eléctrica, subestaciones, entre otras.
La corriente eléctrica busca siempre recorridos de menor resistencia y por esta razón
sigue con facilidad las canalizaciones metálicas enterradas y en particular las envolturas
metálicas de los cables eléctricos y telefónicos.
La corrosión se produce siempre en los lugares en donde la corriente sale de la
estructura que ha recorrido, provocando una disolución anódica tanto más peligrosa cuanto
más localizada esté.
Mecanismo de corrosión de una tubería por efecto de las corrientes vagabundas que
provienen de un sistema de tracción eléctrica.
La entrada de la corriente constituiría la región catódica y la salida la anódica, si la
relación de áreas favorece la zona catódica se puede originar un ataque severo en la región
anódica.
Corrosión por picaduras: Ocurre como un proceso de disolución anódica local
donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un
cátodo mucho mayor. Es altamente localizada, se produce en zonas de baja
corrosión generalizada (superficies con poca o casi nula corrosión generalizada) y el
proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas “picaduras” en el cuerpo que
afectan.
Este tipo de corrosión puede tener diferentes causas, en particular la existencia de
una solución de continuidad en una capa protectora que recubre el metal, o la presencia en
la superficie de pequeñas gotas de un electrolito. Aunque la cantidad de metal atacado sea
pequeña, este tipo de corrosión resulta muy peligroso, ya que se produce en profundidad y
puede producir la perforación rápida de gruesas chapas.
Nota: La aparición de la corrosión por picadura se puede deber a fenómenos muy locales
de aireación diferencial, fallos muy locales en revestimientos como poros o grietas, zonas
muy reducidas de salida de corrientes vagabundas, regiones de resquicio y efectos de
aniones agresivos como el cloruro en cercanías al mar.
Corrosión por presiones parciales de oxigeno: El oxígeno presente en una tubería
está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es
más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor
aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia
de oxígeno (mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de
electrones, formándose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este
tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen
obturaciones de oxígeno.
Corrosión por aireación superficial: También llamado efecto Evans, en honor al
científico que puso en evidencia este tipo de corrosión por suelo. Se produce en
superficies planas, en sitios húmedos y con suciedad. El depósito de suciedad
provoca en presencia de humedad la existencia de un entorno más
electronegativamente cargado. Esto se debe a que en cualquier electrolítico que se
pueda pensar que sea homogéneo existen frecuentemente diferencias en la
concentración de aire disuelto.
Si una tubería metálica se encuentra en un terreno donde exista una concentración
diferente de oxígeno, la parte menos oxigenada será la zona anódica y por tanto será la que
sufrirá los efectos de la corrosión. Este fenómeno se verá agravado si la tubería, a partir de
una cierta longitud, atraviesa terrenos de sus componentes y por tanto mayores sus
diferencias en la concentración de oxígeno de naturaleza diferente, ya que puede ser muy
distinta la permeabilidad al aire en cada uno.
Corrosión de una tubería que atraviesa terrenos de naturaleza diferencial.
Corrosión microbiológicas: Se dan por bacterias sulfatorreductoras especialmente
del genero desulfovibro. Estas bacterias causan la corrosión produciendo un
producto altamente corrosivo, acido sulfhídrico, a partir de sulfatos, que en contacto
con hierro puede causar su deterioro.
Medidas preventivas
La principal medida preventiva a considerar es realizar un buen diseño: este
quizá el método más efectivo para el control de la corrosión, ya que si hace un buen
diseño y una buena planeación se puede evitar dicho fenómeno, a continuación se
enumeraran algunas reglas generales que se deben seguir:
Se debe tener en cuenta la acción penetrante de la corrosión junto con los
requerimientos de la fuerza mecánica cuando se considere el espesor del metal
utilizado. Esto se utiliza para tuberías y tanques que contengan líquidos.
Son preferibles los recipientes soldados que los remachados para reducir la
corrosión por grieta
Se deben usar preferiblemente metales galvánicamente similares para prevenir para
prevenir la corrosión galvánica. Si se atornillan metales no similares
galvánicamente se deben usar arandelas no metálicas para eliminar contactos
eléctricos entre los materiales.
Es preciso evitar tensión excesiva y concentraciones de tensión en entornos
corrosivos, para prevenir la ruptura por corrosión por esfuerzos, especialmente en
aceros inoxidables, latones y otros materiales susceptibles a este tipo de corrosión.
Se deben evitar recodos agudos en sistemas de tuberías por donde circulan fluidos.
En estas áreas donde cambia la dirección del fluido bruscamente se potencia la
corrosión por erosión.
Se deben diseñar los tanques y recipientes de una manera que sean fáciles de limpiar
y desaguar, ya que el estancamiento de sustancias corrosivas provoca la aparición
de celdas por concentración.
Se debe hacer un diseño eficiente de aquellas piezas que se espera queden
inservibles en poco tiempo, para que sean fáciles de reemplazar.
Es importante también diseñar sistemas de calefacción que no den lugar a zonas
puntuales calientes, los cambios de calor ocasionan corrosión.
Rodear el metal con un medio menos corrosivo.
Drenar o secar la zanja.
Cambiar el medio por otro menos corrosivo.
Mezclarlo con algún producto químico para neutralizar su corrosividad, cal
por ejemplo.
Utilizar inhibidores: Los inhibidores de corrosión, son productos que actúan ya sea
formando películas sobre la superficie metálica, tales como los molibdatos, fosfatos
o etano laminas, o bien entregando sus electrones al medio. Por lo general los
inhibidores de este tipo son asoles modificados que actúan sinérgicamente con otros
inhibidores tales como nitritos, fosfatos y silicatos. La química de los inhibidores no
está del todo desarrollada aún. Su uso es en el campo de los sistemas de
enfriamiento o disipadores de calor tales como los radiadores, torres de
enfriamiento.
El uso de las etanolaminas es típico en algunos combustibles para proteger los
sistemas de contención (como tuberías y tanques).Y además la inhalación es mala para los
pulmones Se han realizado muchos trabajos acerca de inhibidores de corrosión como
alternativas viables para reducir la velocidad de la corrosión en la industria. Extensos
estudios sobre IC y sobre factores que gobiernan su eficiencia se han realizado durante los
últimos 20 años. Los cuales van desde los más simples que fueron a prueba y error y hasta
los más modernos los cuales proponen la selección del inhibidor por medio de cálculos
teóricos.
La adición de inhibidores que son principalmente catalizadores de retardo
disminuye las probabilidades de corrosión. Los inhibidores son de varios tipos: los
inhibidores de absorción que forman una película protectora, los inhibidores barrenderos
que eliminan oxigeno. En general, los inhibidores son agentes químicos, añadidos a la
solución de electrolito, emigran preferentemente hacia la superficie del ánodo o del cátodo
y producen una polarización por concentración o por resistencia.
Corriente impresa
La resistividad del medio o electrolito no constituye una limitación seria
para el sistema de corriente impresa, una vez ajustada la diferencia de
potencial necesaria para proporcionar dicha corriente.
Este sistema es el indicado para estructuras medias y grandes.
El sistema necesita de un seguimiento operacional, especialmente de una
inspección periódica del equipo de impresión de corriente. La inspección de
los ánodos puede ser menos frecuente ya que están proyectados para una
vida útil de 20 años o más.
Es recomendable para estructuras que puedan presentar problemas de
corrientes parásitas o vagabundas, ya que permite su control.
El sistema de corriente impresa permite un amplio intervalo de regulación
mediante la variación del voltaje de salida de los equipos para la impresión
de la corriente, siempre y cuando se proyecte en forma adecuada.
En general, el costo inicial es mayor que el de un sistema de ánodos
galvánicos, a menos que se trate de una estructura muy grande y diseñada
para una vida útil larga.
Este sistema está sujeto a interrupciones en su funcionamiento como
consecuencia de fallos en el suministro de energía eléctrica y defectos en el
equipo propio para la impresión de la corriente.
Tiene la posibilidad de inversiones de polaridad.
Cambiar el metal por otro más resistente a la corrosión.
Cambiar tanques de acero por plásticos con fibra de vidrio reforzado.
Reemplazar el tramo afectado, pero tener en cuenta que se debe aislar
eléctricamente.
Aislar el metal del medio (Recubrimientos): Los recubrimientos se aplican
mediante capas finas que separen el ambiente corrosivo del metal, es decir que
puedan servir como ánodos sacrificables que puedan ser corroídos en lugar del
metal subyacente.
En ocasiones es suficiente una simple pintura asfáltica puestos que las pinturas
constituyen uno de los métodos de prevención más común en la protección
anticorrosivas de estructuras enterradas.
Los tiempos de vida útil estimados se encuentran entre 8 a 10 años.
En algunos casos es necesario hacer recubrimientos con material inorgánico, que es
el más recomendable en estructuras enterradas y los más usados son el vidrio y los
cerámicos, estos recubrimientos proporcionan acabados tersos y duraderos. Aunque
si se expone un pequeño lugar anódico se experimenta una corrosión rápida pero
fácil de localizar.
Utilizar protección catódica: Es un método electroquímico cada vez más utilizado
hoy en día, el cual aprovecha el mismo principio electroquímico de la corrosión,
transportando un gran cátodo a una estructura metálica que se encuentre enterrada.
Para este fin será necesaria la utilización de fuentes de energía externa mediante el
empleo de ánodos galvánicos, que difunden la corriente suministrada por un
transformador-rectificador de corriente.
El mecanismo, consecuentemente implicará una migración de electrones hacia el
metal a proteger, los mismos que viajarán desde ánodos externos que estarán ubicados en
sitios plenamente identificados, cumpliendo así su función.
Cuando se aplica protección catódica a una estructura, es extremadamente
importante saber si esta se encontrará realmente protegida contra la corrosión en toda su
plenitud. Varios criterios pueden ser adoptados para comprobar que la estructura en
mención está exenta de riesgo de corrosión, basados en unos casos en función de la
densidad de corriente de protección aplicada y otros en función de los potenciales de
protección obtenidos.
En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre,
plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios
acuosos.
Un suelo con alto contenido de sales o baja resistividad es deseable para la
localización del ánodo. La protección catódica confiere protección a cualquier área en que
el revestimiento haya quedado incompleto o deteriorado.
Protección con ánodos de sacrificio
Se une eléctricamente la tubería de hierro al ánodo galvánico, generalmente Zn o
Mg. Un esquema simple de montaje está representado en la figura que se mostrara al
finalizar el párrafo. La distancia mínima entre el ánodo y la tubería debe ser de 3 metros y
deben utilizarse cables de conexión de bastante grosor para evitar las caídas de tensión. Hay
que cuidar también muy particularmente la unión del cable con el alma de acero del ánodo.
Este cable debe de estar siempre bien aislado evitando un consumo innecesario de corriente
para lograr su protección.
Esquema del montaje de un sistema de protección catódica de una tubería
enterrada con un ánodo de sacrificio.
Cuando los ánodos están en contacto directo con el suelo, se recubren con
frecuencia de una capa muy resistente. Esta capa ocasiona un aumento sensible de la
resistencia de los ánodos con tendencia a pasivarlos, hasta el punto de hacerlos inoperantes.
Para remediar la influencia desfavorable de estos factores sobre el proceso de disolución de
los ánodos de sacrificio, se coloca a su alrededor un medio químico artificial. Este medio
químico, que podemos llamar "activador" (véase la figura 44), es más conocido en la
terminología de la ingeniería de la corrosión por la palabra inglesa "backfill", y debe ejercer
tres funciones principales:
1) Reducir la resistencia de contacto ánodo-suelo.
2) Estabilizar el potencial del ánodo, evitar la polarización y asegurar una fuente
segura de corriente.
3) Mejorar el rendimiento, disminuyendo la corrosión espontánea y consiguiendo un
ataque del ánodo uniforme.
Numerosos productos químicos han sido utilizados en la composición del "activador
o backfill", como por ejemplo la arcilla ordinaria, la bentonita, el sulfato de calcio, la cal, el
hidróxido de sodio, el dicromato de sodio, el cloruro de sodio, el sulfato de sodio, el de
magnesio, etc. Los activadores a veces están constituidos por un solo compuesto, pero lo
más frecuente es que sean mezclas binarias o ternarias. Entre los productos citados, el yeso
y la bentonita son los de uso más corriente, ya que permiten preparar activadores muy
eficaces, posiblemente en virtud de su propiedad de retener el agua.
El empleo de la mezcla formada por arcilla y yeso para los ánodos de Zn permite
obtener un rendimiento elevado. En la práctica, las mezclas de yeso y arcilla se realizan en
las siguientes proporciones:
Arcilla 50 %- yeso 50 %
Arcilla 25%- yeso 75 %
Nota: existen varios medios para prevenir los distintos tipos de corrosión en estructuras
enterradas, sin embargo, el más usado ampliamente es una combinación de protección
catódica y recubrimientos orgánicos en los metales.
Fundamento de la protección catódica
Luego de analizadas algunas condiciones especialmente desde el punto de vista
electroquímico dando como resultado la realidad física de la corrosión, después de estudiar
la existencia y comportamiento de áreas específicas como Anodo-Cátodo-Electrólito y el
mecanismo mismo de movimiento de electrones y iones, llega a ser obvio que si cada
fracción del metal expuesto de una tubería o una estructura construida de tal forma de
coleccionar corriente, dicha estructura no se corroerá porque sería un cátodo.
La protección catódica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente de una
fuente externa, sobre toda la superficie de la estructura.
Mientras que la cantidad de corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente
venciendo la corriente de corrosión y, descargándose desde todas las áreas anódicas,
existirá un flujo neto de corriente sobre la superficie, llegando a ser toda la superficie un
cátodo.
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 de corrosión originales.
La protección catódica funciona gracias a la descarga de corriente desde una cama
de ánodos hacia tierra y dichos materiales están sujetos a corrosión, por lo que es deseable
que dichos materiales se desgasten (se corroan) a menores velocidades que los materiales
que se protege.
Teóricamente, se establece que el mecanismo consiste en polarizar el cátodo,
llevándolo mediante el empleo de una corriente externa, más allá del potencial de
corrosión, hasta alcanzar por lo menos el potencial del ánodo en circuito abierto,
adquiriendo ambos el mismo potencial eliminándose la corrosión del sitio.
Consideraciones de diseño para la protección catódica en tuberías enterradas
La proyección de un sistema de protección catódica requiere de la investigación de
características respecto a la estructura a proteger, y al medio.
Respecto a la estructura a proteger
Material de la estructura.
Especificaciones y propiedades del revestimiento protector (si existe).
Características de construcción y dimensiones geométricas.
Mapas, planos de localización, diseño y detalles de construcción.
Localización y características de otras estructuras metálicas, enterradas o
sumergidas en las proximidades.
Información referente a los sistemas de protección catódica, los característicos
sistemas de operación, aplicados en las estructuras aledañas.
Análisis de condiciones de operación de líneas de transmisión eléctrica en alta
tensión, que se mantengan en paralelo o se crucen con las estructuras enterradas
y puedan causar inducción de la corriente.
Información sobre todas las fuentes de corriente continua, en las proximidades y
pueden originar corrosión.
Sondeo de las fuentes de corriente alterna de baja y media tensión, que podrían
alimentar rectificadores de corriente o condiciones mínimas para la utilización
de fuentes alternas de energía.
Respecto al medio
Luego de disponer de la información anterior, el diseño será factible
complementando la información con las mediciones de las características campo como:
Mediciones de la resisitividad eléctrica a fin de evaluar las condiciones de
corrosión a que estará sometida la estructura. Definir sobre el tipo de sistema a
utilizar; galvánico o corriente impresa y, escoger los mejores lugares para la
instalación de ánodos.
Mediciones del potencial Estructura-Electrólito, para evaluar las condiciones de
corrosividad en la estructura, así mismo, detectar los problemas de corrosión
electrolítica.
1. Lugares de baja resistividad.
2. Distribución de la corriente sobre la estructura.
3. Accesibilidad a los sitios para montaje e inspección.
Determinación de los lugares para la instalación de ánodo bajo pruebas para la
determinación de corriente necesaria; mediante la inyección de corriente a la
estructura bajo estudio con auxilio de una fuente de corriente continua y una
cama de ánodos provisional. La intensidad requerida dividida para área,
permitirá obtener la densidad requerida para el cálculo.
Protección anódica: es un método similar que consiste en recubrir el metal con una
fina capa de óxido para que no se corroa. Existen metales como el Aluminio que al
contacto con el aire son capaces de generar espontáneamente esta capa de óxido y
por lo tanto, se hacen resistentes a la corrosión. Aún así, la capa de óxido que
recubre al metal no puede ser cualquiera. Tiene que ser adherente y muy firme, ya
que de lo contrario no serviría para nada. Por ejemplo, el óxido de hierro no es
capaz de proteger al hierro, porque no se adquiere a él en la forma requerida.