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• Erick Alderete

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN

INTRODUCCIÓN Los procesos de corrosión metálica han sido conocidos desde tiempo y sus efectos han sido valorados como un importante coste para las economías de los diferentes países, con porcentajes sobre el producto interior bruto que en ocasiones se valoran en el entorno del 4%. Los edificios no se libran de estos efectos y durante centurias han sido remisos a la hora de admitir en su seno metales como el hierro habida cuenta de la su propensión a corroerse. Hoy día es prácticamente inconcebible, en la edificación convencional, otro caso son los intentos de construcción alternativa, la no inclusión masiva de metales en estructuras, carpinterías, cerrajerías, instalaciones, etc. metales que, en general, por no pertenecer a los denominados “nobles”1, encontrarán, si no se les impide, el camino para volver a formas termodinámicamente más estables. Este camino hacia los óxidos o sales donde, en realidad, se encuentran en la naturaleza supone lo que aquí describiremos como corrosión metálica.

Corrosión de las armaduras de una viga tonel desprendimiento del hormigón de recubrimiento.

Estos procesos de degradación van a estar siempre condicionados por dos aspectos fundamentales: o Las características intrínsecas de los metales o aleaciones metálicas constituyentes de los elementos constructivos. o Las circunstancias medioambientales en que estos elementos se ubiquen, lo que depende no solamente de la ubicación del edificio sino también y en gran medida, de la ubicación del elemento dentro de la construcción. Los metales que se emplean en los edificios pueden ser muy variados máxime si se tienen en cuenta que en muchas ocasiones se presentan 1

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN en forma de aleaciones. Cada uno de ellos tiene un determinado comportamiento en cuanto a su tendencia a corroerse y a formar o no, capas que obstaculicen o incluso inhiban el proceso como es el caso de las capas de alúmina sobre el aluminio. Por otra parte, una barra de acero puede tener una larga vida sumergida en el buen hormigón de una estructura bien diseñada y, por el contrario, una efímera vida formando parte de una barandilla de un edificio frente al mar. La adición de cromo y níquel en determinados proporciones, al acero, durante su proceso de conformación, harían variar notablemente el comportamiento de esta misma barandilla en el mismo ambiente. En todos los casos el hierro es el elemento metálico base pero sus circunstancias son distintas como también lo son las condiciones de protección a las que se encuentra sometido. No han de olvidarse obviamente matices como las circunstancias derivadas del uso y mantenimiento que, en determinadas ocasiones son decisivas en el retardo o activación de los procesos de degradación no ya solamente metálica sino de cualquier otro proceso de deterioro de los edificios. El estudio de la corrosión metálica supera rápidamente los límites de la técnica y se adentra en complejidades científicas importantes lo que hace que en este trabajo se trate, únicamente de establecer los fundamentos básicos de los procesos de corrosión y traducirlos, en la medida de las posibilidades en criterios, razonablemente basados, para actuar en el terreno técnico fundamentalmente de la prevención de la degradación metálica. La primera parte de estas páginas se dedica a describir aspectos básicos de la corrosión metálica y sus variantes. En una segunda parte se hará una descripción, por una parte de los metales habituales en la construcción de edificios en la actualidad y su comportamiento general frente a la corrosión y por otra parte, se dedicará otro capítulo a los ambientes característicos presentes en los edificios y sus inmediaciones. En la tercera parte se tratarán problemas concretos que se repiten con cierta frecuencia en los edificios relacionados con la corrosión metálica.

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Por último se dedicará un capítulo a dar unas nociones para el diagnóstico de los problemas más frecuentes y otro a su posible prevención.

CORROSIÓN 1. ASPECTOS GENERALES DE LA CORROSIÓN La vida útil del equipo de la industria petrolera se acorta a menudo como un resultado de la corrosión y en los últimos 10 años se ha tenido grandes adelantos en su detección y remedios aplicados para controlar, en la producción del petróleo. En términos técnicos simplificados, la corrosión ha sido definida como la destrucción de un metal por reacción química o electroquímica por el medio ambiente y representa la diferencia entre una operación libre de problemas con gastos de operación muy elevados. Para efectos prácticos, es casi imposible eliminar la corrosión y el secreto efectivo de la ingeniería en este campo radica más en su control, que en su eliminación siendo necesario tomar en cuenta el fenómeno corrosivo desde el diseño de las instalaciones y no después de ponerlas en operación. El ingeniero que trabaja en problemas de corrosión necesita saber dónde empezar y tener un conocimiento básico para reconocer la corrosión, cómo se produce, cómo impedir su severidad, qué 3

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN herramientas son necesarias, técnicas de inspección, variables de diseño que afectan a la corrosión, selección de materiales y la forma de interpretar y aplicar la información del problema corrosivo, así como saber dónde obtener ayuda. Todos los metales y aleaciones son susceptibles de sufrir el fenómeno de corrosión, no habiendo material útil para todas las aplicaciones. Por ejemplo el oro, conocido por su excelente resistencia a la atmósfera, se corroe si se pone en contacto con mercurio a temperatura ambiente. Por otra parte el acero no se corroe en contacto con el mercurio, pero rápidamente se oxida expuesto a la atmósfera. Afortunadamente se tienen bastantes metales que pueden comportarse satisfactoriamente en medios específicos y también se tienen métodos de control de la corrosión que reducen el problema. Los paros de las plantas pueden ocurrir y ocurren como un resultado de la corrosión, provocando gastos directos e indirectos de aspecto económico y humano. Dentro de los aspectos económicos tenemos: a) Reposición del equipo corroído. b) Coeficiente de seguridad y sobre diseño para soportar la corrosión. c) Mantenimiento preventivo como la aplicación de recubrimientos. d) Paros de producción debida a fallas por corrosión. e) Contaminación de productos. f) Pérdida de eficiencia ya que los coeficientes de seguridad, sobre diseño de equipo y productos de corrosión por ejemplo, decrecen la velocidad de trasmisión de calor en cambiadores de calor. g) Pérdida de productos valiosos. h) Daño de equipo adyacente a aquel en el cual se tuvo la falla de corrosión. Dentro de los aspectos humanos y sociales tenemos: a) La seguridad, ya que fallas violentas pueden producir incendios, explosiones y liberación de productos tóxicos.

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN b) Condiciones insalubres por ejemplo, contaminaciones debido a productos del equipo corroído o bien un producto de la corrosión misma. c) Agotamiento de los recursos naturales, tanto en metales como en combustibles usados para su manufacturera. d) Apariencia, ya que los materiales corroídos generalmente son desagradables a la vista. Naturalmente, estos aspectos sociales y humanos también tienen sus aspectos económicos y podemos ver claramente que hay muchas razones para controlar la corrosión. 2. CONCEPTOS GENERALES En su más amplio sentido, corrosión es un ataque que experimentan los metales, por la acción del medio en que se utilizan (atmósfera, terrenos, agua, etc.), verificándose en el proceso reacciones químicas o electroquímicas. Se considera ácido a aquella sustancia capaz de liberar un ion hidrógeno (H+), también conocido como protón, y base es aquella sustancia que lo acepta en su estructura química. Existe una escala que está limitada entre los valores de 0, como máximo de acidez, y 14, como mínimo de basicidad, denominada pH. La corrosión tiene lugar porque hay una diferencia de potencial entre objetos que se conectan eléctricamente y la consecuente pérdida de iones del metal en el ánodo da como resultado la corrosión. En el proceso deben darse cuatro elementos esenciales. Todos deben estar presentes para que la corrosión tenga lugar. Estos elementos son: a) Un electrolito que es un conductor no metálico en el que la corriente es transportada por el movimiento de iones. b) Un ánodo. c) Un cátodo. d) Una conexión entre ánodo y cátodo. 3. TIPOS DE PRODUCTOS CORROSIVOS

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Según su composición y estado físico, los productos corrosivos se clasifican en: A. Ácidos Son los de mayor importancia. Se agrupan en tres tipos dependiendo de su actividad corrosiva:  Ácidos fuertes. Ionizan rápidamente.  Ácidos débiles. No ionizan rápidamente.  Ácidos oxidantes. Ioniza rápidamente y posee la cualidad de acelerar el proceso de corrosión participando en la reacción catódica. B. Álcalis Su efecto corrosivo es menor que el de los ácidos. El factor más importante causante de la actividad corrosiva es el ion hidrógeno que se encuentra ausente o en baja concentración en los álcalis. La reacción más frecuente en su proceso de corrosión es la formación de compuestos complejos, donde el metal corroído se convierte en parte del anión y pueden formarse sales dobles, básicas o hidróxidos dobles. Los ataques de corrosión en los álcalis están localizados.

C. Sales Según el tipo de sal reaccionarán de una u otra forma con los metales. Se clasifican, dependiendo de su reacción al disolverse con agua en:      

Neutras Neutras de oxidación Ácidas Ácidas de oxidación Básicas Básicas de oxidación

La corrosividad de las soluciones acuosas de las sales depende de la concentración de la sal, la presencia de agentes oxidantes, de la solubilidad de productos de corrosión y la temperatura.

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Las más corrosivas son las sales ácidas, ácidas de oxidación y básicas. D. Azufre y sus compuestos El azufre puede combinarse directamente con los metales y el hidrógeno. En su forma soluble, se encuentra como hidrógeno sulfurado, dióxido de azufre o trióxido de azufre. El dióxido de azufre es el más activo, como producto corrosivo en la atmósfera. E. Haluros Tienen una elevada afinidad electrónica de ahí que sean altamente reactivos. Su corrosividad aumenta con la presencia de humedad, a temperatura ambiente. El más reactivo es el fluoruro. F. Compuestos orgánicos Estos tipos de compuestos no suelen ser corrosivos activos. Su acción corrosiva va asociada con la de los contaminantes orgánicos. Su baja actividad corrosiva se debe a que no se ionizan rápidamente en soluciones acuosas para producir ácidos o bases. No son oxidantes y son poco electrolíticos. Los compuestos orgánicos de mayor actividad corrosiva son los ácidos orgánicos, los anhídridos y aldehídos, los compuestos halogenados y los compuestos con azufre. G. Gases Si están secos, los gases no son corrosivos a temperatura ambiente. Sin embargo, a altas temperaturas son corrosivos, a excepción de los gases nobles. H. Metales líquidos La acción de los metales líquidos no implica ninguna reacción química. La importancia del ataque depende de la solubilidad del metal sólido atacado en el metal líquido y del grado de la disolución. I. Sales licuadas 7

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Su corrosividad aumenta con el tiempo pues se transforman en sales oxidadas con impurezas metálicas. Estos óxidos reaccionan con las películas de óxido protectoras formando compuestos solubles en sal. J. Otros productos corrosivos Los más importantes son las disoluciones del peróxido de hidrógeno. Se considera oxidante cuando su concentración sobrepasa el 60%.

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4. MEDIOS CORROSIVOS El deterioro de materiales por exposición a medios corrosivos puede ser debido a:  Corrosión por el medio ambiente atmosférico.  Corrosión por el terreno.  Corrosión por el agua. 4.1. Corrosión por medio ambiente atmosférico Más del 50% de las pérdidas totales por corrosión se deben a la corrosión por el medio ambiente atmosférico. Los factores que influyen en la velocidad de corrosión son: 9

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Humedad del aire. Presencia de gases. Presencia de polvo.

La corrosividad de la atmósfera depende de la combinación de los factores de contaminación y de las condiciones climáticas. Los ambientes atmosféricos pueden ser industriales, marinos, urbanos y rurales dependiendo del grado de contaminación y naturaleza de los contaminantes. 4.2. Corrosión por el terreno Un trozo de metal situado en un terreno se comporta como una pila galvánica. La corrosión es debida a un proceso electroquímico donde el terreno se comporta como electrólito y las distintas áreas del metal son los ánodos y cátodos de las pilas electrolíticas. Por las diferentes características del terreno, se producen en el metal dos zonas de diferente potencial eléctrico, generándose por ello una corriente eléctrica continua. Las características del electrólito (el terreno) influyen sobre la corrosión en los siguientes aspectos: A. Densidad: con valor menor de 1’5 gr./cm3 la agresividad es mínima. B. Aireación: con buena aireación la agresividad es mínima, pero si existe aireación diferencial con el terreno circundante la agresividad es de importancia considerable. C. Composición química: los sulfatos y cloruros son perjudiciales, mientras que los carbonatos son beneficiosos. D. Microorganismos: algunas bacterias transforman los sulfatos en sulfuros ferrosos, por lo que corroen el material. 10

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4.3. Corrosión por agua La corrosividad del agua se debe a la presencia del oxígeno y cloro disuelto. Las variables más importantes que afectan a la corrosión por el agua de mar son:   

Velocidad del agua Temperatura Contenido en oxígeno

La corrosión aumenta con el contenido de oxígeno y con la temperatura. La corrosión del acero y del hierro se caracteriza por los siguientes factores: A. Temperatura: la velocidad de corrosión se duplica cada 30ºC de aumento de temperatura. B. Concentración de cloro y oxígeno: la velocidad de corrosión es proporcional al contenido de oxígeno y cloro. C. Contenido de carbonato cálcico (CaCO3): la presencia de esta sustancia reduce la velocidad de corrosión ya que la alcalinidad cálcica en el agua produce una protección sobre las paredes. D. pH del medio: la velocidad de corrosión se reduce con un pH fuertemente alcalino, mientras que con un pH fuertemente ácido avanza a gran velocidad.

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5. FORMAS DE LA CORROSIÓN La corrosión ocurre en muchas y muy variadas formas, pero su clasificación generalmente se basa en uno de los tres siguientes factores: A. Naturaleza de la substancia corrosiva. La corrosión puede ser clasificada como húmeda o seca, para la primera se requiere un líquido o humedad mientras que para la segunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta temperatura. B. Mecanismo de corrosión. Este comprende las reacciones electroquímicas o bien, las reacciones químicas. C. Apariencia del metal corroído. La corrosión puede ser uniforme y entonces el metal se corroe a la misma velocidad en toda su superficie, o bien, puede ser localizada, en cuyo caso solamente resultan afectadas áreas pequeñas. La clasificación por apariencia, uniforme o localizada, es muy útil para una discusión preliminar que en caso de requerirse en forma más completa, necesita del establecimiento de las diferencias entre la corrosión localizada de tipo macroscópico y el ataque microscópico local. En el ataque microscópico, la cantidad de metal disuelto es mínima y puede conducir a daños muy considerables antes de que el problema sea visible. Los diferentes tipos de corrosión se presentan en la tabla No. 1 a continuación se enuncia cada una de estas formas.

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5.1. Corrosión galvánica y uniforme El ataque uniforme sobre grandes áreas de una superficie metálica es la forma más común de la corrosión y puede ser húmeda o seca, electroquímica o química, siendo necesario seleccionar los materiales de construcción y los métodos de protección como pintura, para controlarla. Por otra parte, la corrosión uniforme es la forma más fácil de medir, por lo que las fallas inesperadas pueden ser evitadas simplemente por inspección regular La corrosión galvánica se presenta, cuando dos metales diferentes en contacto o conectados por medio de un conductor eléctrico, son expuestos a una solución conductora. En este caso, existe una diferencia en potencial eléctrico entre los metales diferentes y sirve como fuerza directriz para el paso de la corriente eléctrica a través del agente corrosivo, de tal forma

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN que el flujo de corriente corroe uno de los metales del par formado. Mientras más grande es la diferencia de potencial entre los metales, mayor es la probabilidad de que se presente la corrosión galvánica debiéndose notar que este tipo de corrosión sólo causa deterioro en uno de los metales, mientras que el otro metal del par casi no sufre daño. El metal que se corroe recibe el nombre de metal activo, mientras que el que no sufre daño se le denomina metal más noble. La relación de áreas entre los dos metales es muy importante, ya que un área muy grande de metal noble comparada con el metal activo, acelerará la corrosión, y por el contrario, una mayor área del metal activo comparada con el metal noble disminuye el ataque del primero. La corrosión galvánica a menudo puede ser reconocida por el incremento del ataque junto a la unión de los metales, este tipo puede ser controlado por el uso de aislamientos o restringiendo el uso de uniones de metales cuando ellos forman diferencias de potencial muy grande en el medio ambiente en el que se encuentran. La diferencia de potencial puede ser medida, utilizando como referencia la serie galvánica de los metales y aleaciones que se presentan más adelante, en la serie de los potenciales tipo (standard) de óxido de reducción. Otro método para reducir la corrosión galvánica, es evitar la presencia de grandes áreas de metal noble con respecto a las de metal activo. 5.2. Corrosión por erosión

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Cuando el movimiento del medio corrosivo sobre la superficie metálica incrementa la velocidad de ataque debido a desgaste mecánico, este recibe el nombre de corrosión por erosión. La importancia relativa del desgaste mecánico y la corrosión, es a menudo difícil de establecer y varia grandemente de una situación a otra, y el mecanismo de la erosión generalmente se atribuye a la remoción de películas superficiales protectoras, como por ejemplo, películas de óxido formadas por el aire, o bien, productos adherentes de la corrosión. La corrosión por erosión, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco profundas de fondo terso, y el ataque puede presentar también una distribución direccional debido al camino seguido por el agente agresivo cuando se mueve sobre la superficie del metal. La corrosión por erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia, choque, etc., y frecuentemente se observa en impulsores de bombas, agitadores y en codos y cambios de dirección de tuberías. Los líquidos con suspensión conteniendo partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de problema. La corrosión por erosión puede ser evitada por cambios de diseño o por selección de materiales más resistentes. La corrosión por cavitación y desgaste (fretting) son formas especiales de la corrosión por erosión. La primera es causada por la formación y colapso de burbujas de vapor en la superficie del metal. Las altas presiones producidas por este colapso pueden disolver el metal, remover las partículas protectoras, etc. La corrosión por desgaste (fretting) ocurre cuando las piezas de metal se deslizan una sobre la otra, causando daño mecánico a una o ambas piezas y el deslizamiento es generalmente un resultado de la vibración. 15

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN La corrosión se cree que juega uno de los siguientes papeles: el calor de la fricción oxida el metal y a continuación el óxido se desgasta, o bien, la remoción mecánica de las partículas protectoras de óxido, o los productos de la corrosión resultantes, dan como resultado la exposición de superficies limpias del metal al medio agresivo, en tal forma que el fenómeno corrosivo se acelera. La corrosión por deslizamiento se atenúa utilizando materiales de construcción más duros, empleando lubricación o bien incrementando la fricción hasta un punto tal en que el deslizamiento es imposible. 5.3. Corrosión por agrietamiento Las condiciones ambientales en una grieta, pueden con el tiempo volverse muy diferentes de las existentes en una superficie limpia y abierta, por lo que un medio ambiente muy agresivo puede desarrollar y causar corrosión en las grietas. Las grietas o hendeduras generalmente se encuentran en los empaques, traslapes, tornillos, remaches, etc., y también pueden formarse por depósitos de suciedad, productos de la corrosión y raspaduras en las películas de recubrimiento. La corrosión por agrietamiento, generalmente se atribuye a los siguientes factores: a) b) c) d)

Cambios de acidez en la grieta o hendidura. Escasez de oxígeno en la grieta. Desarrollo de iones diferentes en la hendidura. Agotamiento de Inhibidor en la grieta.

Al igual que todas las formas de corrosión localizada, la corrosión por agrietamiento no ocurre en todas las combinaciones metal-agente corrosivo, y algunos materiales son más susceptibles para producirla que otros, como por ejemplo aquéllos que dependen de las películas protectoras de óxido formadas por el aire para adquirir su resistencia a la corrosión, 16

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN tal y como sucede con el acero inoxidable y el titanio. Estos materiales pueden ser aleados para mejorar su resistencia y el diseño deberá hacerse de tal manera, que se reduzcan las hendiduras, tratando de mantener las superficies limpias para combatir este tipo de corrosión. 5.4. Corrosión por picadura La corrosión por picadura se presenta por la formación de orificios en una superficie relativamente inatacada y las picaduras pueden tener varias formas. La forma de una picadura es a menudo responsable de su propio avance, por las mismas razones mencionadas en la corrosión por agrietamiento, es decir, una picadura puede ser considerada como una grieta o hendidura formada por si misma. Para reducir la corrosión por picadura se necesita una superficie limpia y homogénea, por ejemplo, un metal homogéneo y puro con una superficie muy pulida deberá ser generalmente, mucho más resistente que una superficie que tenga incrustaciones, defectos o rugosidad. La corrosión por picadura es un proceso lento que puede llevarse meses y años antes de ser visible, pero que naturalmente, causará fallas inesperadas. El pequeño tamaño de la picadura y las minúsculas cantidades de metal que se disuelven al formarla, hacen que la detección de ésta sea muy difícil en las etapas iniciales. La limpieza de la superficie y la selección de materiales conocidos, resistentes a la formación de picaduras en un medio ambiente determinado, es generalmente el camino más seguro para evitar este tipo de corrosión. 5.5. Corrosión por exfoliación y disolución selectiva La corrosión por exfoliación es una corrosión subsuperficial que comienza sobre una superficie limpia, pero se esparce debajo 17

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN de ella y difiere de la corrosión por picadura en que el ataque tiene una apariencia laminar. Capas completas de material son corroídas y el ataque es generalmente reconocido por el aspecto escamoso y en ocasiones ampollado de la superficie. Al final del ataque, una muestra tiene la apariencia de un mazo de barajas en el cual algunas de las cartas han sido extraídas. Este mecanismo es bien conocido en las aleaciones de aluminio y se combate utilizando aleaciones y tratamientos térmicos. La corrosión por disolución selectiva se produce al efectuarse la remoción de uno de los elementos de una aleación siendo el ejemplo más común la eliminación del zinc en aleaciones de cobre-zinc, conocido con el nombre de dezincificación. Este fenómeno corrosivo produce un metal poroso que tiene propiedades mecánicas muy pobres y obviamente el remedio a este caso es el empleo de aleaciones que no sean susceptibles a este proceso. 5.6. Corrosión intergranular o intercristalina Para entender este tipo de ataque es necesario considerar que cuando un metal fundido se cuela en un molde, su solidificación comenzó con la formación de núcleos al azar, cada uno de los cuales crece en un arreglo atómico regular para formar lo que se conoce con el nombre de granos o cristales. El arreglo atómico y los espaciamientos entre las capas de los granos, son los mismos en todos los cristales de un metal dado; 18

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN sin embargo, debido a la nucleación al azar, los planos de los átomos en las cercanías de los granos no encajan perfectamente bien y el espacio entre ellos recibe el nombre de límite de grano. Si se dibuja una línea de 2.5 cm de longitud sobre la superficie de una aleación, esta deberá cruzar aproximadamente 1 000 límites de grano. Los límites de grano son a veces atacados preferencialmente por un agente corrosivo y el ataque se relaciona con la segregación de elementos específicos o por la formación de un compuesto en el límite. La corrosión generalmente ocurre, porque el agente corrosivo ataca preferencialmente el límite de grano o una zona adyacente a él, que ha perdido un elemento necesario para tener una resistencia a la corrosión adecuada. En un caso severo de corrosión ínter cristalina, granos enteros se desprenden debido a la deterioración completa de sus límites, en cuyo caso, la superficie aparecerá rugosa al ojo desnudo y se sentirá rasposa debido a la pérdida de los granos. El fenómeno de límite de grano que causa la corrosión Inter cristalina, es sensible al calor por lo que la corrosión de este tipo, es un subproducto de un tratamiento térmico como la soldadura o el relevado de esfuerzos y puede ser corregido por otro tipo de tratamiento térmico o por el uso de una aleación modificada. 5.7. Corrosión de fractura por tensión La acción conjunta de un esfuerzo de tensión y un medio ambiente corrosivo, dará como resultado en algunos casos, la fractura de una aleación metálica. La mayoría de las aleaciones son susceptibles a este ataque, pero afortunadamente el número de combinaciones aleación – corrosivo que causan este problema, son relativamente pocas. Sin embargo, hasta la fecha, este es uno de los problemas metalúrgicos más serios. 19

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en frío, soldadura, tratamiento térmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operación del equipo. Las fracturas pueden seguir caminos Ínter cristalinos o transcristalinos que a menudo presentan una tendencia a la ramificación. Algunas de las características de la corrosión de fractura por tensión, son las siguientes: a) Para que esta corrosión exista, se requiere un esfuerzo de tensión. b) Las fracturas se presentan quebradizas en forma macroscópica, mientras que las fallas mecánicas de la misma aleación, en ausencia de un agente corrosivo especifico, generalmente presentan ductibilidad. c) La corrosión por esfuerzos depende de las condiciones metalúrgicas de la aleación. d) Algunos medios ambientes específicos, generalmente causan fractura en una aleación dada. El mismo medio ambiente no causa fracturas en otras aleaciones. e) La corrosión por esfuerzo puede ocurrir en medios ambientes considerados no agresivos para una aleación dada, por ejemplo la velocidad de corrosión uniforme es baja hasta que se presenta una fractura. f) Largos periodos de tiempo, a menudo años, pueden pasar antes de que las fracturas sean visibles, pero entonces al presentarse, se propagan rápidamente con el resultado de una falla inesperada. g) La corrosión por esfuerzo, no está completamente entendida en la mayoría de los casos; sin embargo, en la actualidad se dispone de muchos datos para ayudar al ingeniero a evitar este problema. Para combatir la corrosión de fracturas por tensión, es necesario realizar el relevado de esfuerzo o seleccionar un material más resistente. El término de fragilización por hidrógeno se confunde frecuentemente con la corrosión de fractura por tensión, debido a que el hidrógeno desempeña una función en algunos casos de ésta y para distinguir la fragilización por hidrógeno de 20

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN la corrosión de fractura por tensión, es conveniente juzgar los siguientes conceptos: a) La fractura debido al hidrógeno introducido en el metal sin corrosión de éste, por ejemplo, en la protección catódica, no es definitivamente corrosión de fractura por tensión. b) La fractura debido al hidrógeno producida por una alta velocidad de corrosión uniforme como en el decapado, tampoco es corrosión de fractura por tensión porque no se necesita tener un esfuerzo mientras el hidrógeno se produce y la fractura se presenta posteriormente cuando la tensión es aplicada después de la reacción corrosiva con liberación de hidrógeno. c) Cuando el hidrógeno se produce por corrosión local en una fractura o picadura sobre un metal sometido a esfuerzo de tensión y resulta una propagación en la fractura, entonces sí se considera que la corrosión pertenece al tipo de corrosión de fractura por tensión. La corrosión por fatiga, es una forma especial del tipo de corrosión de fractura por tensión y se presenta en ausencia de medios corrosivos, debido a esfuerzos cíclicos repetidos. Estas fallas son muy comunes en estructuras sometidas a vibración continua. La corrosión por fatiga, se incrementa naturalmente con la presencia de un medio agresivo, de tal forma que el esfuerzo necesario para producir la corrosión por fatiga, se reduce en algunas ocasiones hasta la mitad del necesario, para producir la falla en aire seco.

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Los métodos para evitar la corrosión por fatiga, necesitan prevenir la fractura producida por ésta desde el principio, ya que es muy difícil detener la propagación de las fracturas, una vez que se inician. De lo indicado anteriormente, se ve la necesidad de reconocer en primer lugar, las diferentes formas en las que se presenta la corrosión para así tomar medidas pertinentes que permitan establecer los métodos correctivos para atenuarla, los cuales son mejor comprendidos si se conoce la teoría de la corrosión. 6. QUÍMICA Y ELECTROQUÌMICA DE LA CORROSIÓN La corrosión como una reacción química, para poder comprender el fenómeno corrosivo como el resultado de una reacción química, es necesario disponer de algunos principios elementales de química, los cuales se enunciarán brevemente a continuación. 6.1.

Corrosión en ácidos Es de todo conocido que una de las formas de obtener hidrógeno en el laboratorio, es colocar un pedazo de zinc metálico dentro de un vaso conteniendo un ácido diluido, tal como el clorhídrico o el sulfúrico.

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Al depositarse el zinc en la solución ácida, el zinc se ataca rápidamente desprendiéndose el hidrógeno, tal y como se indica en las reacciones 1 y 2. Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ( 1 ) Zn + H2 SO4 = ZnSO4 + H2 ( 2 ) Otros metales también son corroídos o disueltos por medio de ácidos liberando hidrógeno. Fe + 2HCI = FeCI2 + H2 ( 3 ) 2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2 ( 4 ) Las reacciones 3 y 4 muestran que el fierro y aluminio también son corroídos por el ácido clorhídrico. 6.2.

Corrosión en soluciones neutras y alcalinas La corrosión de los metales también puede presentarse en agua limpia, agua de mar, soluciones salinas y soluciones alcalinas o básicas. En la mayoría de estos sistemas, la corrosión solamente ocurre cuando éstas contienen oxígeno disuelto. Las soluciones acuosas disuelven rápidamente el oxígeno del aire, siendo éste la fuente de oxígeno requerida en los procesos corrosivos. La corrosión más familiar de este tipo, es la oxidación del fierro cuando se expone a una atmósfera húmeda o bien en agua. 4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe (OH)3 ( 5 ) Esta reacción muestra que el fierro se combina con el agua y el oxígeno para darnos la substancia insoluble de color café rojizo que es el hidróxido férrrico. Durante la oxidación en la atmósfera, existe la oportunidad de que el producto de la reacción se seque, por lo que el hidróxido férrrico se deshidrata y forma el óxido café rojizo que es tan familiar. 2Fe (OH)3 = Fe2 O3 + 3H2O ( 6 ) Reacciones similares se presentan cuando el zinc se expone al agua o en aire húmedo. 2Zn + 2H2O + O2 = 2Zn (OH)2 ( 7 ) 23

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Zn (OH)2 = ZnO + H2O ( 8 ) El óxido de zinc resultante es el depósito blanco que se observa en los equipos galvanizados. 6.3.

Corrosión en otros sistemas Los metales también pueden ser atacados en soluciones que no contengan oxígeno o ácidos. Las soluciones típicas para este proceso son aquellas soluciones denominadas oxidantes que contienen sales férricas y compuestos cúpricos en los que la corrosión se presenta de acuerdo con las siguientes reacciones: Zn + 2FeCl3 = ZnCl2 + 2FeCl2 ( 9 ) Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu ( 10 ) Es pertinente notar que en la reacción 9 el cloruro férrrico cambia a cloruro ferroso a medida que el zinc se corroe. En la reacción 10 el zinc reacciona con el sulfato de cobre para formar la sal soluble de sulfato de zinc, obteniéndose además un depósito esponjoso de cobre metálico sobre la superficie del zinc. Por esta razón, las reacciones similares a ésta reciben el nombre de reacciones de sustitución metálica.

6.4. Productos de la corrosión El término productos de la corrosión se refiere a las substancias obtenidas durante las reacciones de corrosión y estas pueden ser solubles como en el caso del cloruro de zinc y del sulfato de zinc o insolubles como en el caso del óxido de fierro e hidróxido de fierro. La presencia de los productos de la corrosión es una de las formas por las cuales se detecta ésta, por ejemplo el óxido. Sin embargo, es conveniente notar que los productos insolubles de la corrosión no siempre son visibles, por ejemplo al exponer una pieza de aluminio al aire, se forma una película de óxido casi invisible que protege al metal de un ataque posterior y la película es casi invisible porque es extraordinariamente delgada, siendo esta la razón del uso extensivo del aluminio en la construcción de ventanas, canceles y molduras automotrices. 6.5.

Electroquímica de la corrosión

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Reacciones electroquímicas; una reacción electroquímica se define como una reacción química en la cual existe una transferencia de electrones, es decir, es una reacción química que comprende el fenómeno de oxidación y reducción. Como la corrosión metálica es casi siempre un proceso electroquímico, es muy importante comprender la naturaleza básica de las reacciones electroquímicas. La definición anterior de reacción electroquímica puede ser mejor comprendida observando en detalle una reacción típica de corrosión, así por ejemplo la reacción del zinc con el ácido clorhídrico, queda mejor expresada recordando que el ácido clorhídrico y el cloruro de zinc están ionizados en soluciones acuosas, por lo que podemos escribir: Zn + 2H+ + 2Cl- = Zn++ + 2Cl- + H2 ( 11 ) Cuando la reacción se escribe en esta forma es obvio que el ión – cloruro no participa en forma directa en la reacción puesto que el ión – cloruro aparece en ambos miembros de la ecuación y no es alterado por la reacción de corrosión, es decir, la valencia del ión–cloruro permanece sin cambio. De acuerdo a lo anterior, la ecuación 11 se puede escribir en forma simplificada como: Zn + 2H+ = Zn++ + H2 ( 12 ) Esta última ecuación indica que la corrosión del zinc en ácido clorhídrico consiste simplemente en la reacción entre el zinc y los iones hidrógeno que producen iones – zinc y gas hidrógeno. Durante esta reacción el zinc es oxidado a iones zinc es decir, la valencia del zinc se incrementa y simultáneamente los iones hidrógeno son reducidos a gas hidrógeno disminuyendo su valencia. Por lo anterior, la reacción 12 puede ser simplificado aún más al dividirla en una reacción de oxidación y una reacción de reducción. Zn = Zn++ + 2e ( 13 ) Oxidación (reacción anódica) 25

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN 2H+ + 2e = H2 ( 14 ) Reducción (reacción catódica) cuya suma nos dá: Zn + 2H+ = Zn++ + H2 ( 12 ) Una reacción de oxidación tal como la ecuación 13, significa un incremento en el estado de oxidación o valencia con producción de electrones y en forma similar, la reacción de reducción representa una disminución en el estado de oxidación o valencia y el consumo de electrones tal y como se ve en la ecuación 14. La suma de las reacciones 13 y 14 nos dan la reacción total (reacción No. 12). En términos de corrosión, una reacción de oxidación recibe el nombre de reacción anódica, mientras que a la reacción de reducción se le denomina reacción catódica. Todo proceso de corrosión necesita por lo menos una reacción de oxidación y una reacción de reducción, por lo que podemos resumir que las reacciones de corrosión son electroquímicas en naturaleza y debido a esto es posible dividir el proceso de la corrosión, en reacciones anódicas y reacciones catódicas que permiten simplificar la presentación de la mayoría de los procesos. 7. REACCIONES ANÓDICAS Durante el ataque corrosivo la reacción anódica siempre es la oxidación de un metal a un estado 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 reducción de los iones hidrógeno a gas hidrógeno en forma semejante a la reacción 14 y la única diferencia entre ellas, es la naturaleza de sus procesos anódicos de oxidación. Lo anterior permite ver que la reacción por ácidos es muy simple ya que en cada caso, la reacción catódica es 26

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN simplemente el desprendimiento de gas hidrógeno de acuerdo a lo explicado en la reacción 14. Este desprendimiento de hidrógeno ocurre con una gran variedad de metales y de ácidos, tales como el clorhídrico, sulfúrico, fluorhídrico, acético, fórmico y otros ácidos orgánicos solubles en agua. Separando las reacciones 1, 2, 3 y 4 en reacciones anódicas y catódicas, vemos que las ecuaciones 1 y 2 representan la oxidación del zinc a sus iones, tal como se indica en las siguientes reacciones anódicas: Zn = Zn+2 + 2e ( 13 ) Fe = Fe+2 + 2e ( 18 ) Al = Al+3 + 3e ( 19 ) De acuerdo con estas reacciones, la reacción anódica se puede representar en forma general como sigue: M = M+n + ne ( 20 ) Es decir, la corrosión del metal M da por resultado su oxidación para formar iones con valencia +n y la liberación de n electrones. El valor de n depende de la naturaleza del metal, así por ejemplo, la plata es monovalente mientras que otros metales como el fierro, titanio y uranio son polivalentes y algunos pueden tener cargas positivas tan elevadas como 8. La ecuación 20 es entonces general y se aplica a todas las reacciones de corrosión. 8. REACCIONES CATÓDICAS Hay varias reacciones catódicas que se encuentran durante la corrosión de los metales, tales como las que se enlistan a continuación: Desprendimiento de hidrógeno 2H+ + 2e = H2 ( 14 ) Reducción de oxígeno (en soluciones ácidas) O2 + 4H+ + 4e = 2H2 O ( 21 ) Reducción de oxígeno (en soluciones neutras o alcalinas) 27

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN O2 + 2H2 O + 4e = 4OH- ( 22 ) Reducción de iones metálicos Fe+3 + 1e = Fe+2 ( 23 ) Depósito de metal Cu+2 + 2e = Cu ( 24 ) La reducción de iones hidrógeno con desprendimiento hidrógeno ya fue considerada y no se discutirá más.

de

La reducción del oxígeno, ecuaciones 21 y 22, es una reacción catódica muy común ya que el oxígeno está presente en la atmósfera y las soluciones están expuestas a la misma. La reducción de iones metálicos y el depósito de metales aunque es menos frecuente, causan problemas de corrosión muy severos. Todas estas reacciones tienen en común que consumen electrones y todas las reacciones de corrosión son simplemente combinaciones de una o más de las reacciones catódicas indicadas, unidas con una reacción anódica similar a la ecuación 20. Podemos establecer entonces que la mayoría de los casos de corrosión metálica pueden ser reducidos a estas seis ecuaciones ya sea en forma aislada o en combinaciones, así por ejemplo, el zinc se corroe en agua o aire húmedo en la siguiente forma: 2Zn = 2Zn+2 + 4e oxidación ( 25 ) O2 + 2H2 O + 4e = 4OH- reducción ( 22 ) 2Zn + 2H2 O + O2 = 2Zn+2 + 4OH- 2Zn(OH)2 ( 26 ) Los productos de esta reacción son iones zinc Zn+2 y iones OH- , que inmediatamente reaccionan para formar el hidróxido de zinc Zn(OH)2 , insoluble. Durante la corrosión puede ocurrir más de una reacción de oxidación y de reducción, así por ejemplo, durante el ataque de una aleación, los átomos de los componentes metálicos pasan a la solución en forma de iones, como sucede con la aleación de cromo fierro en donde tanto el cromo como el fierro son oxidados a iones.

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Al considerar la corrosión del zinc en una solución de ácido clorhídrico conteniendo oxígeno disuelto, hay la posibilidad de dos reacciones catódicas; el desprendimiento del hidrógeno y la reducción del oxígeno, por lo que la velocidad de corrosión del zinc se incrementa. Lo anterior indica que las soluciones ácidas conteniendo oxígeno disuelto o expuestas al aire, son generalmente más corrosivas que los ácidos exentos de aire y como conclusión se puede establecer que la remoción del oxígeno de las soluciones ácidas las hace menos corrosivas. Este es un método común para reducir la corrosividad de muchos medios ambientes en los que la remoción del oxígeno puede hacerse por medios químicos o mecánicos. 9. POTENCIAL DE CORROSIÓN El potencial de un metal que se corroe es muy útil en los estudios de corrosión y se puede obtener fácilmente en el laboratorio y en condiciones de campo y se determina midiendo la diferencia de potencial existente entre el metal sumergido en un medio corrosivo y un electrodo de referencia apropiado. Los electrodos de referencia más utilizados son el electrodo saturado de calomel, el electrodo de cobre – sulfato de cobre y el electrodo de platino – hidrógeno.

La medición de la diferencia de potencial entre el metal que se corroe y el electrodo de referencia se lleva a cabo con la ayuda de un potenciómetro. Al medir y reportar los potenciales de corrosión es necesario indicar la magnitud y el signo de voltaje obtenido. 29

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN La magnitud y el signo del potencial de corrosión son una función del metal, composición del electrolito y temperatura y agitación del mismo. 9.1.

Potenciales de óxido reducción El potencial de óxido reducción se refiere al potencial relativo de una reacción electroquímica en condiciones de equilibrio por lo que las reacciones deben proceder a la misma velocidad en ambas direcciones. Estos potenciales también son conocidos con el nombre de potenciales Redox, potencial de media celda y serie de fuerzas electromotrices.

9.2.

Criterio para corrosión Los potenciales de óxido reducción son muy útiles ya que pueden ser utilizados para predecir si un metal es o no corroído en un medio ambiente dado. Esto se puede establecer por medio de la siguiente regla generalizada: “En cualquier reacción electroquímica la media celda más negativa tiende a oxidarse, mientras que la media celda más positiva tiende a reducirse”. Aplicando esta regla al caso del zinc que se corroe en soluciones ácidas, podemos ver que la media celda zinc metálico – iones zinc, es más negativa que la media celda iones – hidrógeno – hidrógeno gaseoso, por lo que aplicando la regla anterior se ve que el zinc deberá ser corroído en soluciones ácidas. Se puede ver que todos los metales que tienen potenciales Redox más negativos que la media celda iones hidrógeno – gas hidrógeno, serán corroídos por soluciones ácidas lo cual incluye a metales como el plomo, estaño, níquel, fierro y aluminio junto con los metales con potenciales negativos. Por otra parte, el cobre, mercurio, plata, paladio y los otros metales con potenciales más positivos que la media celda iones hidrógeno – gas hidrógeno, no serán corroídos por soluciones ácidas, es decir, el cobre por ejemplo, podría ser un buen material para guardar ácidos, sin embargo el cobre se corroe si el ácido contiene oxígeno ya que el potencial Redox del cobre 30

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN es menos positivo que el potencial de las dos medias pilas de oxígeno, tal y como se muestra en la tabla de los potenciales redox a 25o C. (Tabla No. 2). Au = Au+3 + 3e 1.42 Noble Pt = Pt+2 + 2e 1.2 O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 1.23 Pd = Pd++ + 2e 0.83 Ag = Ag+ + e 0.799 2Hg = Hg2 ++ + 2e 0.798 Fe+3 + e = Fe+2 0.771 O2 + 2H2O + 4e = 4OH 0.401 Cu = Cu+2 + 2e 0.34 Sn+4 + 2e = Sn+2 0.154 2H+ + 2e = H2 0.000 Referencia Pb = Pb+2 + 2e -0.126 Sn = Sn+2 + 2e -0.140 Ni = Ni+2 + 2e -0.23 Co = Co+2 + 2e -0.27 Cd = Cd+2 + 2e -0.402 Fe = Fe+2 + 2e -0.44 Cr = Cr+3 + 3e -0.71 Zn = Zn+2 + 2e -0.763 Al = Al+3 + 3e -1.66 Mg = Mg+2 + 2e -2.38 Na = Na+ + e -0.71 K = K+ + e -2.92 Activo 9.3.

Diagramas de potencial ion pH 31

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN El uso de los potenciales Redox puede ser extendido, graficando los potenciales Redox como función del pH de la solución. Estos diagramas se conocen como diagramas de Pourbaix y se elaboran utilizando cálculos electroquímicos, datos de solubilidad y constantes de equilibrio. Es necesario recordar que el pH es simplemente el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno de tal manera que un pH de 7 indica que se tiene 10-7 iones gramo de hidrógeno por litro de solución y corresponde a una solución neutra, mientras que un pH=0 representa una solución muy ácida y un pH = 14, es una solución muy alcalina.

El diagrama de Pourbaix para el sistema Fe – H2O permite ver que a potenciales más positivos que –0.6 volts y pH menor que nueve, los iones ferrosos son la substancia estable por lo que el fierro deberá corroerse en estas condiciones suministrando iones Fe+2 tal y como se indica en la ecuación 18. En otras regiones del diagrama se puede ver que la corrosión del fierro produce iones férricos, hidróxido 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 metales son: A. Predecir si hay o no corrosión. B. Estimar la composición de los productos de la corrosión. C. Predecir cambios del medio ambiente que ayuden a prevenir o reducir el ataque corrosivo. 32

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN En el diagrama de Pourbaix en el sistema fierro agua, la región oscura indica que el fierro no se corroe bajo estas condiciones de potencial y pH, es decir si el potencial de corrosión del fierro se hace suficientemente negativo, por ejemplo –1.2 volts, el fierro no se corroerá en ningún sistema que varié desde pH muy ácido hasta pH muy básico. Esta observación es el fundamento de la protección catódica del fierro. 10.

CORROSIÓN GALVÁNICA

En las instalaciones de planta, se emplean una gran variedad de metales y aleaciones diferentes, que a menudo están en contacto físico y eléctrico. Este contacto o acoplamiento de metales diferentes algunas veces causa velocidad de corrosión elevada, que recibe el nombre de corrosión galvánica. La corrosión galvánica se presenta cuando se tienen las siguientes condiciones: A. Cuando se conectan metales diferentes, el más activo o metal anódico se corroe más rápidamente que el metal más noble o metal catódico tiende a protegerse. B. A medida que la diferencia de potencial entre los dos metales se incrementa, la corrosión galvánica también aumenta. Un ejemplo de la corrosión galvánica se presenta al conectar tuberías de aluminio y de fierro que dan como resultado una mayor velocidad de corrosión en la tubería de aluminio. La corrosión galvánica se presenta también con mucha frecuencia en cambiadores de calor donde los tubos generalmente son de cobre, mientras que el resto del cambiador de calor es de acero. En estas condiciones, la parte de acero funciona anódicamente disolviéndose mientras que los tubos de cobre funcionan catódicamente protegiéndose. En el problema planteado del cambiador de calor se puede ver el efecto que las áreas de los diferentes metales tienen en el fenómeno corrosivo y puede establecerse que a medida que la reacción del área catódica a área anódica se aumenta, la velocidad de corrosión se acelera. 33

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN 10.1. RECONOCIMIENTO DE LA CORROSIÓN GALVÁNICA Antes de discutir la forma de prevenir la corrosión galvánica, es necesario asegurarse de que este tipo de corrosión está ocurriendo para lo cual es necesario que coincidan tres condiciones: A. Presencia de dos metales electroquímicamente diferentes. B. Contacto eléctrico entre los dos metales diferentes. C. Los metales deberán estar expuestos a un electrolito. 10.2. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN GALVÁNICA Hay varias formas para evitar la corrosión galvánica y pueden ser usadas en forma aislada o combinadas y naturalmente, los métodos de prevención, se basan en el conocimiento del mecanismo de la corrosión galvánica. La forma de prevenir este tipo de corrosión se puede hacer con los siguientes métodos: A. Evitando el uso de metales diferentes siempre que esto sea posible. Si esto no es práctico, tratar de usar metales que estén lo más cercano posible entre sí en la serie galvánica. B. Es necesario evitar una relación de áreas desfavorables, es decir, bajo ninguna circunstancia conectar una pequeña área anódica a una gran área catódica. C. Si se utilizan metales diferentes, aislar eléctricamente uno del otro, instalando juntas de aislamiento. D. Si se necesita utilizar metales diferentes, y no pueden ser aislados, las partes anódicas deberán ser diseñadas de manera de poderlas reemplazar fácilmente o construirlas de materiales más gruesos para alargar la vida del equipo bajo los efectos de la corrosión. Tabla No. 3 SERIE GALVANICA EN AGUA DE MAR, DE ALGUNOS MATERIALES METALICOS COMERCIALES. Activo o Anódico Magnesio Aleaciones de Magnesio Zinc Acero Galvanizado 34

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Aluminio 1100 Aluminio 2024 Acero Hierro Dulce Hierro Colado Acero Inoxidable 13% Cr, tipo 410 (Activo) Acero Inoxidable 18 – 8, tipo 304 (activo) Soldaduras Pb – Sn Plomo Estaño Metal Muntz Bronce al Manganeso Latón Naval Níquel (activo) Aleación 76 Ni – 16 Cr – 7 Fe (activo) Aleación 60 Ni – 30 Mo – 6 Fe (1Mn) Latón Amarillo Latòn Admiralty Latón Rojo Cobre Bronce al Silicio Cuproníquel 70 – 30 Bronce G. Soldadura de Plata Níquel (pasivo) Aleación 76 Ni – 16 Cr 7 Fe (pasiva) 35

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Acero Inoxidable 18 – 8. tipo 304 (pasivo) Plata Grafito Oro Noble o Catódico Platino 10.3.

COMPARACIÓN DE LA SERIE GALVÁNICA CON LOS POTENCIALES REDOX Existe alguna confusión en la literatura con respecto a las aplicaciones de los potenciales Redox y la serie galvánica ya que los valores tabulados en estas dos series son muy similares, por lo que es conveniente indicar que el potencial de óxido reducción se usa para decidir si un metal solo se corroe o no, mientras que la serie galvánica se aplica para predecir cuándo se presentará la corrosión galvánica y también cuál de los dos metales aplicados presenta la mayor velocidad de corrosión.

10.4. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN POR MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS La protección catódica se utiliza cuando un metal se hace más catódico o negativo, imprimiéndose una corriente eléctrica, conectándolo con otro metal más activo que el metal del equipo que se desea proteger. Por ejemplo, cuando un equipo de acero se conecta a una pieza de zinc, el zinc se corroe dando protección al fierro, en este caso el zinc es el metal anódico y recibe el nombre de ánodo de sacrificio, mientras que el acero funciona como cátodo recibiendo protección. En el Siguiente capítulo se indicará la forma en que se estudia la prevención de la corrosión por medio de la protección catódica. 11. RIESGOS DE LA CORROSIÓN El equipo instrumental y/o eléctrico puede verse expuesto al efecto de la corrosión. Este efecto se pone de manifiesto rápidamente mediante una degradación progresiva de varios años, dependiendo del nivel de corrosividad, de las posibles combinaciones sinérgicas entre los gases contaminantes y las condiciones climatológicas existentes. 36

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN La corrosión es, además uno de los principales factores responsables de la destrucción del acero. Este material es uno de los empleados con más frecuencia en la industria, es importante pues conocer cómo actúa en él la corrosión para analizar los posibles tratamientos y evitar una degradación prematura. La corrosión puede aparecer en tanques aéreos metálicos sin protección o con protección deficiente, pudiendo provocar la rotura de los mismos y llevar a la explosión. En estructuras aéreas una protección insuficiente puede llevar a la pérdida de estabilidad mecánica. En estructuras, tanques o tuberías enterradas puede producirse una corrosión acelerada por corrientes erráticas provocando una pérdida de estabilidad mecánica. En maquinaria a la intemperie, sin protección, especialmente en zonas cercanas al litoral provoca agarrotamiento de partes móviles, rotura o avería de la misma. La corrosión en instalaciones eléctricas lleva a que se produzcan falsos contactos, puentes eléctricos, etc. En cuanto a la valvulería, cabe señalar que el estar expuesta a la corrosión provoca un agarrotamiento, peligros de explosión por sobrepresión, maniobra deficiente y control de caudales (líquido o sólido) deficiente.

12.

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Para evitar la corrosión es importante saber seleccionar adecuadamente los materiales, por ello deberá tenerse en cuenta los siguientes aspectos: o Se debe conocer el proceso de actuación de los agentes corrosivos presentes que pueden dar lugar a la corrosión. o Se tendrá en cuenta que para la protección contra la corrosión pueden utilizarse más de un material. o Se realizarán las pruebas necesarias para comprobar que la selección escogida es la más idónea. o El análisis económico será una etapa más del proceso de selección. A continuación se muestra una tabla que ayuda en la selección del material más adecuado para evitar la corrosión.

* Metal pesado: Densidad en el entorno de 7,5 gr./cm³ ** Metal ligero: Densidad en el entorno de 2,5 gr./cm³ Los materiales más utilizados para proteger contra la corrosión son:  Materiales plásticos  Materiales compuestos o "composite"  Materiales cerámicos  Aleaciones 12.1. Materiales plásticos Son fuertes, rígidos, más ligeros que el resto de los materiales y resistentes a la corrosión. Son baratos y más manejables. Este tipo de materiales no se oxidan. Pueden clasificarse en: 38

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN A. Termoplásticos  Hidrocarburos  Polietileno de baja densidad, o polietileno ramificado. Es buen aislante de la electricidad y resistente químicamente a la corrosión.  Polietileno de alta densidad o polietileno lineal. Es menos permeable a los gases y vapores. Tiene una elevada cristalinidad.  Polipropileno. Es el más ligero de todos. Es sensible a la luz ultravioleta, a la oxidación y se usa para tubos y guarniciones.  Polímeros de cadena carbonada  Poliestileno: es ligeramente frágil. Buena resistencia química a los álcalis, oxidantes y reductores.  Polimetacrilato de metilo. Mejores propiedades mecánicas y resistencia a la intemperie que el poliestireno.  Policloruro de vinilo (PVC). Buen plástico térmico, resistente a álcalis, ácidos y disolventes. Tiene un punto de reblandecimiento muy bajo.  Termoplásticos de heterocadena No hay átomos de carbono en la cadena principal.  Poliésteres: Alta resistencia al impacto e insolubles en los disolventes comunes a temperatura ambiente. Muy resistente a la corrosión.  Poliamidas: Gran resistencia mecánica, tenacidad, elasticidad y resistencia al ataque químico.  Policarbonato: Es un polímero amorfo. Es muy quebradizo por su baja resistencia al ataque de disolventes orgánicos.  Poliésteres termoplásticos: no son útiles como plásticos estructurales. B. Termoestables Las fuerzas de unión entre sus moléculas son muy internas. Son más estables dimensionadamente que los termoplásticos. Tiene mejores propiedades químicas, térmicas y eléctricas. Un ejemplo de polímeros termoestables son las resinas fenólicas, que son productos de la reacción entre el fenol y el formaldehido. C. Materiales compuestos

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Equivalen a una resina reforzada con fibra. Las resinas más utilizadas son las de poliéster insaturado formadas a partir de un dialcohol. También suele utilizarse la epoxi por su gran resistencia química. Suele mezclarse con estas resinas fibras y cargas:  Fibras. La más utilizada es la de vidrio por aumentar la resistencia al fuego.  Cargas. Se utilizan para reducir costos y modificar las propiedades de las resinas durante su procesamiento. Generalmente, son productos de bajo coste, procedentes de depósitos naturales, como, por ejemplo, la tiza o el talco. D. Materiales cerámicos Poseen una gran estabilidad química frente a distintas sustancias corrosivas, son de alta resistencia mecánica y dureza. Se clasifican en cinco grupos: 





  13.

Óxidos. Tienen una elevada resistencia a la oxidación. Los óxidos cerámicos más importantes y utilizados son la alúmina (Al2O3), la circona (ZrO2), la berilia (BeO), la magnesia (MgO), además de las mezclas de los óxidos. Carburos. En ambientes húmedos tienen poca resistencia a la oxidación. Los más importantes son el carburo de silicio (SiC), el carburo de boro (B4C), el carburo de titanio (TiC), carburo de tungsteno (WC) y el carburo de uranio (UC). Nitruros. El más importante es el nitruro de silicio por su elevada resistencia a la oxidación. Es de gran resistencia y dureza. Siliciuros. Suelen utilizarse como abrasivos, refractarios y semiconductores. Boruros. Tienen una gran resistencia a la oxidación y una alta dureza. MÉTODOS DE PROTECCIÓN

Existen diversos métodos para la protección contra la corrosión: Métodos modificando el medio Métodos modificando el diseño Métodos por recubrimientos protectores Métodos modificando el metal Métodos por planificación electroquímica 13.1. Métodos modificando el medio Son clásicos, dentro de estos métodos, los siguientes: 40

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN o la deshumidificación del aire o la desaireación del agua o la adición de inhibidores de corrosión En un buen número de procesos de corrosión electroquímica se establece la intervención del agua (electrolito) y del oxígeno (reactivo catódico). La eliminación de uno u otro de estos elementos, necesarios para la corrosión, conlleva la supresión del proceso corrosivo. Los inhibidores se utilizan principalmente en sistemas que utilizan un volumen constante de disolución del metal. Se clasifican según su composición química en: ͏ Orgánicos ͏ Inorgánicos Según su actuación:  Anódicos  Catódicos  De adsorción Según circunstancias de su aplicación:

14.

 De decapado  Para soluciones neutras  En fase vapor MÉTODOS MODIFICANDO EL DISEÑO

Hay factores que se pueden evitar con un diseño adecuado del equipo o estructura metálica. Como normas básicas se debe evitar el contacto directo entre metales de muy distintas características electroquímicas. 14.1. Métodos por recubrimientos protectores Hacen de barrera entre el metal y el agente corrosivo. Se clasifican en:  Orgánicos  Inorgánicos  Metálicos  Por películas pasivas 14.2. Recubrimientos orgánicos 41

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN Pintura Son los recubrimientos más utilizados. Protegen los metales de la corrosión atmosférica; para ello se deben limpiar las superficies metálicas y posteriormente aplicar la pintura en forma líquida endureciéndose hasta formar una película sólida y compacta. Para que además proporcionen una protección catódica se utilizan pinturas ricas en cinc. Pero para que la protección con pinturas sea completa se deben añadir sustancias capaces de inhibir la superficie del metal frente al medio ambiente. Las principales características a tener en cuenta en las pinturas son:     

Resistencia a la intemperie o agentes corrosivos. Estabilidad de colorido. Adherencia a la superficie tratada. Rendimiento y fluidez. Terminado decorativo duradero y homogéneo.

Lacas Son combinaciones insolubles, coloreadas y muy estables, que forman algunos materiales con ciertos óxidos metálicos. La mayoría contienen pigmentos que dotan al recubrimiento orgánico de las propiedades anticorrosivas necesarias. Resinas Son sustancias sólidas solubles en aceites y alcohol. Pueden arder en el aire. Se utilizan a menudo para revestir suelos e impermeabilizar techos. Como tipos principales de resinas pueden distinguirse las resinas verdaderas, las gomorresinas, las oleorresinas, los bálsamos y las lactorresinas. 14.3. Recubrimientos inorgánicos Son numerosos los recubrimientos de este tipo. Por ejemplo; los vitrificados o esmaltes vítreos, que son recubrimientos duros, compactos, adyecentes y con una alta resistencia química frente a un gran número de agentes corrosivos. Se emplean

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LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN especialmente para proteger tuberías enterradas en suelos corrosivos. 14.4. Recubrimientos metálicos Este tipo de recubrimiento es importante, ya que permite la elección del metal que más adecuado sea a la superficie a proteger. La protección mediante recubrimientos metálicos es muy frecuente en el caso de materiales de hierro y de acero; los demás metales de importancia técnica son ya, de por sí, lo bastante resistentes a la corrosión, por lo que se recubren sólo en casos muy especiales, o por razones distintas a la de mejorar su resistencia a la corrosión. 14.5. Recubrimiento por películas pasivas Impiden el paso del oxígeno y la humedad, deteniendo así la corrosión del resto del metal. Forman una fina capa sobre el metal que protegen, siendo estos recubrimientos compuestos de dicho metal. Muchos metales y aleaciones, como el aluminio, el cinc o los aceros inoxidables, basan su resistencia a la oxidación en la formación espontánea de capas protectoras de óxido. Otras veces, la capa se crea artificialmente; por ejemplo, el hierro se trata a veces, con ácido fosfórico para formar una capa protectora de fosfato y los aceros se recubren de cromatos. 14.6. Métodos modificando el metal Cuando se añaden elementos a un metal base pueden variar las posibilidades de su empleo frente a determinadas situaciones. En ocasiones puede ser conveniente cambiar completamente la composición del metal en vez de añadir elementos aleantes para conseguir mejores resultados, por ejemplo, la sustitución de una tubería de acero por otra de cobre. 14.7. Métodos por polarización electroquímica Suelen ser económicos de ahí su gran utilización. Las técnicas más importantes son: 43

LUCHA CONTRA LA CORROSIÓN A. Protección anódica Mantienen el metal que están protegiendo en condición anódica pero con la tensión suficiente para que sea posible la pasivación del metal, disminuyendo así su velocidad de corrosión. Se ha utilizado con éxito en recipientes de acero inoxidable para ácido sulfúrico. B. Detección catódica Con una fuente exterior de tensión hacen más electronegativo el metal que protegen, teniendo en cuenta que la corrosión electroquímica es sólo factible en las zonas anódicas, y que éstas quedan eliminadas de la superficie, favorecida por dicho sistema de protección. Se suele utilizar en tuberías enterradas.

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