Corrosin en Piping y otros Materiales FerrososCorrosion - Resea General sobre este fenomeno

En este tema pretendemosampliarlos conocimientos tericos, mediante una larga investigacin en el tema de la corrosin y anticorrosivos.

Tambin se pretende enfocar diferentespuntosde vista sobre un tema que es de vital importancia en el mundo de hoy en da, por su efecto en equipos,herramientas, maquinarias y estructuras.

Se plantearan lassolucionesque existen para detener la corrosin como los son los llamados anticorrosivos

Corrosin y Anticorrosivos.

Se entiende por corrosin la interaccin de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en suspropiedadestanto fsicas como qumicas. Las caractersticas fundamental de este fenmeno, es que slo ocurre en presencia de un electrlito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas andicas y catdicas: una reaccin de oxidacin es una reaccin andica, en la cual los electrones son liberados dirigindose a otras regiones catdicas. En la regin andica se producir la disolucin del metal (corrosin) y, consecuentemente en la regin catdica la inmunidad del metal.

Los enlaces metlicos tienden a convertirse en enlaces inicos, los favorece que el material puede en cierto momento transferir y recibir electrones, creando zonas catdicas y zonas andicas en su estructura. La velocidad a que un material se corroe es lenta y continua todo dependiendo del ambiente donde se encuentre, a medida que pasa el tiempo se va creando una capa fina de material en la superficie, que van formndose inicialmente como manchas hasta que llegan a aparecer imperfecciones en la superficie del metal.

Este mecanismo que es analizado desde un punto de vista termodinmico electroqumico, indica que el metal tiende a retornar al estado primitivo o de mnima energa, siendo la corrosin por lo tanto la causante de grandes perjuicios econmicos en instalaciones enterradas. Por esta razn, es necesario la oportuna utilizacin de la tcnica de proteccin catdica.

Se designa qumicamente corrosin por suelos, a los procesos de degradacin que son observados en estructuras enterradas. La intensidad depender de varios factores tales como el contenido de humedad, composicin qumica, pH del suelo, etc. En la prctica suele utilizarse comnmente el valor de la resistividad elctrica del suelo como ndice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrn resistividades bajas, por la alta facilidad de transportacin inica.

La proteccin catdica es un mtodo electroqumico cada vez ms utilizado hoy en da, el cual aprovecha el mismo principio electroqumico de la corrosin, transportando un gran catdo a una estructura metlica, ya sea que se encuentre enterrada o sumergida. Para este fin ser necesario la utilizacin de fuentes de energa externa mediante elempleode nodos galvnicos, que difunden la corriente suministrada por un transformador-rectificador de corriente.

El mecanismo, consecuentemente implicar una migracin de electrones hacia el metal a proteger, los mismos que viajarn desde nodos externos que estarn ubicados en sitios plenamente identificados, cumpliendo as su funcin.

A est proteccin se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo las pinturas, cas la totalidad de los revestimientos utilizados en instalaciones enterradas,areaso sumergidas, son pinturas industriales de origen orgnico, pues el diseo mediante nodo galvnico requiere del clculo de algunos parmetros, que son importantes para proteger estos materiales, como son: la corriente elctrica de proteccin necesaria, la resistividad elctrica del medio electrlito, la densidad de corriente, el nmero de nodos y la resistencia elctrica que finalmente ejercen influencia en los resultados.

Aproximacin a la corrosin de los metales

Esquema de oxidacin del hierro, ejemplo de corrosin del tipo polarizada.

La corrosin de los metales es un fenmeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinmica de la mayora de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteortico) los metales estn presentes en la Tierra en forma de xido, en los minerales (como labauxitasi es aluminio, la hematita si es hierro...). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los xidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosin, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el xido.

A menudo se habla del acero inoxidable; el trmino es impropio por dos razones:

*este tipo de acero contiene elementos dealeacin(cromo, nquel) que se oxidan; a esta capa de xido se debe la proteccin del acero;

*no est protegido ms que en ciertos tipos de ambiente, y se corroer en ambientes distintos.

Existen mltiples variedades de aceros llamados "inoxidables", que llevan nombres como "304", "304L", "316N", etc. correspondientes a distintas composiciones ytratamientos. Cada acero corresponde a ciertos tipos de ambiente; su uso en ambientes distintos ser catastrfico.

Adems, el material del que est hecha la pieza no es el nico parmetro. La forma de la pieza y lostratamientosa los que se la somete (conformacin,soldadura, atornillado) tienen un papel primordial. As, un montaje de dos metales diferentes (por ejemplo, dos variedades de acero, o el mismo acero contratamientosdiferentes)puede dar pie a una corrosin acelerada; adems, a menudo se ven trazas de herrumbre en las tuercas. Asimismo, si la pieza presenta un intersticio (por ejemplo, entre dos placas), ah puede formarse un medio confinado que evolucionar de un modo diferente del resto de la pieza y, por lo tanto, podr llegar a una corrosin local acelerada. De hecho, toda heterogeneidad puede desembocar en una corrosin local acelerada, como, por ejemplo, en los cordones desoldadurao en la mano al ser salpicada por un cido.

TIPOS DE CORROSIN

Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la corrosin, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente unprocesoelectroqumico.

Corrosin electroqumica o polarizada

La corrosin electroqumica se establece cuando en una misma superficie metlica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy prximas entre si en donde se establece una migracin electrnica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidacin ms elevado, llamado rea andica hacia aquella donde se verifica el potencial de oxidacin(este trmino ha quedado obsoleto, actualmente se estipula como potencial de reduccin) ms bajo, llamado rea catdica.

El conjunto de las dos semi reacciones constituye una clula de corrosin electroqumica.

Corrosin por oxgeno

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

Corrosin microbiolgica

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

Corrosin por presiones parciales de oxgeno

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

Corrosin por actividad salina diferenciada

Este tipo de corrosin se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metlica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvnica en donde la superficie expuesta a la menor concentracin salina se comporta como un nodo.

Un material anticorrosivo es un material que sirve para proteger una superficie de un proceso de degradacin llamado corrosin. La corrosin es un proceso electroqumico complejo y difcil de controlar.

La pintura para metales tiene como principal razn evitar su corrosin. En el mundo se gastan cantidades impresionantes en el control de la corrosin, pues sin control se caeran los puentes, las montaas rusas, los semforos, los autos, etc. se destruiran, ya que todos se degradaran paulatinamente sin una pintura que los recubra.

El proceso de evitar la corrosin de manera ms efectiva compete a las tcnicas de modificacin de superficie.

Proteccion contra la corrosion

La corrosin es, pues, un fenmeno que depende del material utilizado, de la concepcin de la pieza (forma, tratamiento, montaje) y del ambiente. Se puede influir entonces en estos tres parmetros; se puede influir tambin en la reaccin qumica misma.

Eleccin del material

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

Cabe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables; hasta el aluminio se puede corroer.

Concepcin de la pieza

En la concepcin, hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general.

Hay que prever tambin la importancia de la corrosin y el tiempo en el que habr que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo).

Dominio del ambiente

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

Sin embargo, este tipo de solucin es inaplicable cuando se trabaja en medio abierto (atmsfera, mar, cuenca en contacto con el medio natural, circuito abierto, etc.)

Inhibidores de la corrosin

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

Aislamiento del medio

Existen distintos medios para impedir que ocurra la reaccin qumica. Como primera medida de proteccin se puede aislar la pieza del ambiente, dndole una mano de pintura, cubriendo la pieza de plstico, haciendo un tratamiento de superficie (por ejemplo, nitruracin, cromatacin o proyeccin plasma).

Galvanismo andico o proteccin catdica

Tambin se puede introducir otra pieza para perturbar la reaccin; es el principio del "nodo de sacrificio" o "proteccin galvnica". Se coloca una pieza de aleaciones de zinc, aleaciones de magnesio y aleaciones de aluminio, que se van a corroer en lugar de la pieza que se quiere proteger; la reaccin qumica entre el ambiente y la pieza sacrificada impide la reaccin entre el ambiente y la pieza til. En medio acuoso, basta con atornillar el nodo de sacrificio a la pieza que se debe proteger. Al aire, hay que recubrir totalmente la pieza; es el principio de la galvanizacin. Este mtodo se usa ampliamente en la Ingeniera naval.

Galvanoplastia

La pieza se puede recubrir con una pelcula de otro metal electrodepositado cuyo potencial de reduccin es ms estable que el alma de la pieza. Galvanoplastia existe como el niquelado, el zincado (galvanizado), el cobrizado y el cromatizado.

El cromado usado comnmente en la industria automotriz y en la de los fittings confiere una proteccin estable al alma de hierro con la cual se confecciona el artculo. El cromado (no confundir el cromado, un depsito de cromo, con la cromatacin, que es la formacin de una capa de metal combinado con iones de cromo VI). En efecto, el cromo mismo no se corroe, protegiendo as la pieza, pero la mnima rayadura es catastrfica, pues la pieza hace entonces las veces de nodo sacrificial del cromo y se corroe a gran velocidad.

Las pinturas anticorrosin con plomo han sido abandonadas a causa de su impacto dramtico en el ambiente.

Aplicacin de inhibidores asociados a una pelcula de fijacin

En este caso, caen las pinturas anticorrosivas cuyas formulaciones aparte de aportar con un film de aislamiento de tipo epxico fenlico o epoxi-ureico llevan asociados un paquete anticorrosivo compuesto por molculas orgnicas o minerales aceptoras de eletrones tales como los azoles.

Es tambin conveniente mencionar que un inhibidor de corrosin deber especificarse sobre que tipo de corrosin va a inhibir dado la gran diversidad de tipos y formas de corrosin dependiendo principalmente de las condiciones del medio donde se est llevando a cabo esta.

Exposicin a soluciones reductoras

La superficie es expuesta a la permanente exposicin de elementos qumicos disueltos en una solucin a bajas concentraciones, dichas especies son pares reductores que se oxidan ellos mismos a cambio de la pieza y adems contribuyen con la pasivacin o inactivacin de la superficie formando micropelculas qumicas estables. Estas especies se encuentran comnmente en anticongelantes, pinturas base acuosa y otras aplicaciones.