Víctor Sánchez Jiménez

Ingeniería de Materiales 3º

Laboratorio Integrado

3a. Análisis de Fallos

1. Introducción

Se tienen 9 piezas que han sufrido fenómenos de corrosión de distinto tipo y

naturaleza. La corrosión de estas piezas ha provocado un fallo en servicio, por lo que

en el siguiente informe se procede a describir el proceso de corrosión, su mecanismo,

la causa y la recomendación que se hace al fabricante o empresa para evitar que se

produzcan futuros fallos.

2. Parte experimental

CASO 1. Acero al Carbono

Tubería de Conducción de Agua Corriente (Facultad de Ciencias Químicas UCM)

Tiempo en Servicio: 60 años

Descripción: Se observa una capa muy gruesa de productos de corrosión en las figuras

1 y 2. Ésta capa tiene un color rojizo y negruzco, lo que nos sirve para identificar el

producto de corrosión. El espesor de la tubería se ha reducido en alguna zona, como se

ve en la figura 1. El producto de corrosión puede ser caracterizado por distintos

métodos (DRX, MEB, TEM, FT-IR, Espectroscopía Mossbauer de transmisión)1. Sin

embargo, al ser tan abundantes y evidentes los productos de corrosión, estimaremos

el producto como una mezcla de Fe3O4 (magnetita, de color negruzco) y una mezcla de

hidróxidos de hierro Fe (OH)3 de color marrón oscuro, Fe (OH)2 de color verduzco, y

FeO (OH) goetita de color rojo amarronado

Mecanismo: Se observa un mecanismo de corrosión generalizada. El mecanismo de

corrosión en tuberías y, en general, medios en contacto con agua es un mecanismo

electroquímico, en el que el metal se comporta como ánodo y el agua como cátodo.

Cátodo: �� → ���� + 2��

Ánodo: �� + 4��� + 4�� → 4 (��)�

La aparición de los hidróxidos de hierro se debe a la combinación de los inoes OH- con

el hierro en disolución.

Causa: el acero al carbono se corroe en conducciones de tuberías de agua. El tiempo

en servicio de la tubería ha sido muy largo (60años) por lo que los sucesivos productos

de corrosión se han ido acumulando, llegando a ser muy numerosos. El agua potable

tiene un alto contenido en oxígeno, lo que facilita la corrosión al disolver los depósitos

de CaCO3 que se forman en las paredes interiores.

Recomendación: cambiar las tuberías de acero al carbono por acero inoxidable, cobre

o PVC. Asegurarse de que las uniones a otras tuberías (red general) sean de material

aislante, como por ejemplo las uniones de teflón comercializadas para tuberías.

1 Caracterización de los Productos de Corrosión de Aceros al Carbono en el clima tropical marino de Sherman. Juan A. Jaén y Lilibeth de Araque, Laboratorio de Química y Física Aplicada. Universidad Tecnológica de Panamá.

Caso 2. Magnesio

Ánodo de Sacrificio de Calentador de Agua doméstico

Tiempo de Servicio: 3 años

Descripción: el ánodo de sacrificio de las figuras 3 y 4 se ha partido. Éste ánodo ha sido

usado en una caldera doméstica. Se observa una zona en la que la sección se ha

disminuido mucho más que en otra. Esto es debido a que el nivel de agua de la caldera,

en el cual se encuentra sumergido, se ha mantenido normalmente en el límite entre la

zona de sección pequeña (grisácea) y la grande (blanquecina)

Mecanismo: los ánodos de sacrificio son usados para proteger a metales de una

instalación (ya sea conducción de agua, calderas, gasoductos) frente a la corrosión del

medio. El ánodo de sacrificio se pone en contacto con el metal para que se forme un

par galvánico. El metal que se corroe en un par galvánico, es el de menor potencial (en

el que se produce la reacción anódica). Como el magnesio tiene un potencial muy bajo,

al producirse la corrosión en contacto con el medio, es éste el que se corroe, y no el

metal a proteger.

Causa: natural. La función del ánodo es degradarse con el tiempo. La vida media de los

ánodos de sacrificio es de calderas domésticas es de 2 a 4 años, por lo que en este caso

no se ha producido un fallo en servicio.2

Recomendación: cambiar el ánodo de sacrificio cada vez que se rompa.

Caso 3. Acero al Carbono Galvanizado

Tubería de Conducción de Agua Caliente

Corrosión en las roscas

Descripción: el acero galvanizado es comúnmente utilizado para conducciones de

agua. El galvanizado (deposición de Zn sobre la superficie) tiene como objeto proteger

al acero de la corrosión. Al ser un metal con menor potencial, en el caso de corrosión

se produce el desprendimiento de Zn, en vez de Fe, por lo que la tubería queda

protegida. El recubrimiento de Zn actúa como ánodo, y en el caso de haber

discontinuidades en la película, no se produce picadura (la zona picada actuaría como

cátodo). Hay que recordar que a partir de 60ºC el acero galvanizado invierte su

polaridad, actuando el Fe de ánodo y el Zn de cátodo, por lo que no se deben usar

tuberías de Acero galvanizado a una temperatura superior a los 60º C.

Mecanismo: las zonas de unión roscada entre tuberías suelen presentar problemas de

corrosión debido a fenómenos de aireación diferencial. La corrosión por aireación

2 Tienda Climaonline

diferencial es un fenómeno que se da debido a que una zona colindante a otra tiene

menor presión parcial de oxígeno.

Causa: El potencial del ánodo se calcula por la ecuación de Nerst:

En nuestro caso, dado que la reacción global es :

�

��� + 2��� + �� → 2 (��)�+ ����

Vemos que � =[���]�[����]�

√���

Por lo que una zona con menor presión parcial de oxígeno tendrá un potencial menor,

y actuará como ánodo, produciéndose corrosión localizada.

Recomendación: en este caso, a pesar de corroerse la zona, no presenta un riesgo

grande de fallo. En caso de que el aflojamiento de la unión roscada conlleve un riesgo

de fallo (unión de tuberías que soporten una alta presión, como gasoductos) recubrir

las roscas con recubrimiento hidrofóbico, o sellar las uniones para evitar la entrada de

agua (aunque no haya agua a priori, se producen fenómenos de condensación)

Caso 5. Acero Inoxidable Austenítico

Tubería de Agua Industrial

Corrosión en zona próxima a Soldadura

Descripción: las uniones constituyen uno de los mayores problemas en cuanto a los

fenómenos de corrosión, ya que se pueden dar aireación diferencial o pares

galvánicos. En éste caso tenemos una unión soldada de un acero inoxidable austenítico

próxima a la zona de corrosión.

Mecanismo: al aproximar un imán a la unión soldada vemos que existe atracción, lo

que quiere decir que se ha formado una fase magnética, la cual no debería haberse

formado en el caso de haber ejecutado bien los procedimientos de soldadura.

Causa: la soldadura no se encuentra en el campo austenítico, por lo que al haberse

formado otra fase, se ha creado un par galvánico que ha provocado la corrosión de la

zona con menor potencial, en este caso, la zona soldada.

Recomendación: revisar las especificaciones de soldadura del fabricante y asegurarse

de que se sigue el procedimiento recomendado. Efectuar un control de calidad en las

soldaduras de aceros inoxidables austeníticos en toda la instalación que confirme que

se ha efectuado bien la soldadura.

Caso 6. Acero al Carbono con recubrimiento de magnetita

Tubería de Conducción de Vapor

Reducción de Espesor y Rotura

Descripción: la tubería de conducción de vapor ha visto disminuida su sección entre

dos uniones soldadas. Esto ha llevado a que la presión que soporta la zona no sea

suficiente y reviente.

Mecanismo: el mecanismo de corrosión en este caso es de corrosión-erosión. La zona

ha sufrido un proceso de erosión, como consecuencia del choque de partículas contra

ella. Como se observa en la figura 9. La zona donde se ha producido el fallo presenta

una rugosidad. Ésta rugosidad es frecuente cuando ocurre el fenómeno de cavitación,

sin embargo, éste podría explicar la rotura en el caso de que fuera un líquido el que

circulara por la tubería.

Causa: a pesar de circular vapor por la tubería, ha habido erosión, lo que significa que

en el fluido que circulaba por la tubería había gotas de líquido. El condensador no ha

separado bien el agua del vapor y, por lo tanto, éste vapor contiene gotas que circulan

a gran velocidad chocando con la tubería, lo que ha ocasionado la erosión de la zona

de la figura 9. Se ha producido una reducción del espesor y al final la tubería no ha

soportado la presión con la que se calculó la instalación

Recomendación: revisar el condensador y asegurarse de que la separación de líquido y

vapor es completa.

Caso 7. Acero al Carbono

Caldera de Recuperación de Calor

Fuga en tubo de Intercambiador de Calor

Tiempo de Servicio: 1 año

Descripción: esta es una pieza de un intercambiador de calor de una instalación de

Torrelaguna. Por dentro observamos el color negro de la tubería, como consecuencia

de la magnetita en la superficie interior de la tubería. Observamos que la corrosión se

ha producido en una mitad de la tubería (la de la derecha) que tiene un producto de

corrosión de color rojizo. Las abolladuras exteriores son consecuencia de golpes.

Mecanismo: cuando un acero al carbono se encuentra a temperaturas elevadas es

difícil que se forme una película líquida sobre él, por lo que el mecanismo de corrosión

no es electroquímico, sino que ocurre una oxidación directa entre un gas agresivo

(oxígeno) y el metal. El acero al carbono tiene una temperatura de servicio de 400ºC. El

mecanismo de corrosión es la corrosión a alta temperatura, produciendo Fe2O3 en

contacto con el aire.

Causa: la pieza ha superado su temperatura de servicio, provocando una corrosión

generalizada en la misma. Unido al fenómeno de corrosión, se pueden producir otros

como la fragilización por hidrógeno, muy habitual a altas temperaturas cuando el

acero está en contacto con gases que fluyen a alta velocidad, o la carburización. Con el

fin de establecer el mecanismo exacto ha de someterse a la pieza a un análisis

metalográfico más exhaustivo.

Recomendación: utilizar otro tipo de acero en el intercambiador de calor. Existen

aceros inoxidables recomendados para altas temperaturas, del tipo Fe-Ni-Cr. No se

conoce el gas circulante por el interior, ha de informarse el tipo de atmósfera

circulante (oxidante o reductora) y la presencia de agentes químicos para recomendar

una aleación específica.

Caso 8. Acero Inoxidable Dúplex 2205

Intercambiador de calor

Corrosión localizada en zona próxima a soldadura

Descripción: los aceros dúplex son recomendados para usar en intercambiadores de

calor, debido a que soportan muy bien la corrosión bajo tensión. Sin embargo, en éste

caso tenemos picaduras.

Mecanismo: el mecanismo de corrosión ha sido por picadura. 3La resistencia a la

corrosión de una unión soldada es ligeramente inferior a la del metal base. Esto se

debe sobre todo al ciclo de temperatura al que se ha sometido la soldadura y la zona

afectada por el calor (HAZ, heat affected zone), a la forma de la superficie soldada y a

los contaminantes y a los defectos generados al soldar. Para obtener la mejor

resistencia posible a la corrosión, las superficies de la soldadura y de la chapa deben

estar limpias y lisas. Después de soldar, se debe decapar tanto el metal de soldadura

3 Avesta Welding AB, Cómo soldar aceros inoxidables dúplex

como la zona afectada por el calor.

Causa: el acero dúplex resiste muy bien la corrosión por picadura hasta ciertas

temperaturas, como se puede observar en la figura 12. Sin embargo, la resistencia a la

corrosión en uniones soldadas disminuye mucho, por lo que en este caso se ha fallado

al seleccionar le material. Como observamos, en el caso del 2205 la temperatura crítica

de la unión soldada está en 40ºC, es probable que haya fallado por superarse los 40ºC

mientras opera.

Recomendación: utilizar otra aleación distinta. Se recomiendo la 254 SMO.

Caso 9. Hormigón Armado con Acero al Carbono Corrugado

Probetas de laboratorio para ensayos acelerados

Carbonatación

Descripción: se observan productos de corrosión en las barras de acero corrugado que

van embebidas en el hormigón. Ha de determinarse el pH al que trabaja el hormigón

en servicio así como la concentración de cloro para hacer una recomendación.

Mecanismo: la corrosión es de tipo generalizado, por lo que se ha fallado al seleccionar

el material (o en la protección que tiene). Existe riesgo en la corrosión de las barras de

acero de los hormigones armados ya que disminuye la sección útil de la barra,

soportando una menor carga, y a su vez los productos de corrosión son más

voluminosos que el metal original, lo que provoca esfuerzos de compresión y, en

algunos casos, rotura, como se puede apreciar en la imagen.

Causa: presencia de cloruros y porosidad elevada del hormigón.

Recomendación: en el caso de haberse producido el fenómeno de carbonatación, usar

barras de acero galvanizado (sólo para hormigón carbonatada con un pH inferior a 9)

En caso contrario, proteger las corrugas con un recubrimiento hidrófobo, o con pintura

específica.