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TIPOS DE CORROSIÓNLAURA SOFIA RAMIREZ WILCHES
TIPOS DE CORROSIÓN
1. Corrosión Uniforme
2. Corrosión Galvánica
3. Corrosión por grietas
4. Corrosión por picaduras
5. Corrosión intergranular
6. Fragilización por hidrogeno
7. Corrosión a altas temperaturas
8. Corrosión por erosión y exfoliación
9. Corrosión microbiológica
10. Corrosión selectiva
11. Degradación de cerámicos y polímeros
CORROSIÓN UNIFORME• Es el tipo de corrosión más común que vemos día a día y que
por otra parte es la que tenemos más a la vista de los diferentes tipos de corrosión.
• Este tipo de ataque se presenta en casi todos los metales que están expuestos a la acción de los elementos atmosféricos, tales como el oxígeno del aire, productos de combustión y smog presentes en la atmósfera, radiación solar y muy especialmente el agua, proveniente de condensación o lluvia.
• Si la corrosión se presenta, electroquímica o química, salen de forma pareja y uniforme sobre toda la superficie metálica lo que se denomina corrosión uniforme, que puede ser húmeda o seca
• Por otro lado, el daño producido por una corrosión uniforme es fácil de medir y cuantificar, por lo que las fallas inesperadas pueden ser evitadas simplemente con una inspección regular de los materiales.
Corrosión atmosférica
• Es la que produce mayor cantidad de daños en el material y en mayor proporción. Grandes cantidades de metal de automóviles, puentes o edificios están expuestas a la atmosfera y por lo mismo se ven atacados por oxígeno y agua. La severidad de esta clase de corrosión se incrementa cuando la sal, los compuestos de sulfuro y otros contaminantes atmosféricos están presentes.
Para hablar de esta clase de corrosión es mejor dividirla según ambientes. Los ambientes atmosféricos son los siguientes:• Industriales: Son los que contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y
otros agentes ácidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición, los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas, lo que produce un aumento en la corrosión.
• Marinos: Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentía de clorhidro, un ion particularmente perjudicial que favorece la corrosión de muchos sistemas metálicos.
• Rurales: En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica, caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos y otras especies agresivas. Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la temperatura, la Presencia de Contaminantes en elambiente y la Humedad.
Protección contra la corrosión atmosférica
Para proteger contra la corrosión atmosférica deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:
• Ambiente de la planta industrial específico alrededor del equipo.
• Temperatura operación.
• Protección contra la entrada de agua de lluvia en grietas.
En muchas plantas industriales se producen liberaciones de gases corrosivos, tales como sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, o amoniaco, de plantas o procesos próximos que incrementarán la corrosión de equipos.
La temperatura de operación de los recipientes a presión y los intercambiadores de calor tienen un efecto significativo en la corrosión atmosférica. Las unidades que operan bajo el punto de rocío experimentan más corrosión de la que se opera a temperaturas más altas.
Para proteger la entrada de agua de lluvia en grietas, deben soldarse soportes en los refuerzos que continuamente serán soldados al recipiente. Las soldaduras parciales y costuras actuarán como una grieta. Esto permite la entrada de agua entre el soporte y el recipiente y ello acelera la corrosión.
Control de la corrosión uniforme
La corrosión uniforme puede predecirse y controlarse por:
• Selección del material adecuado.
• Pequeñas adicciones de aleación al metal base.
• Protección catódica usando ánodos de sacrificio.
• Uso de inhibidores.
• Revestimiento de superficie.
• Añadiendo material extra conocido como margen de corrosión se contemplan las pérdidas de material que sufrirán los equipos.
CORROSIÓN GALVÁNICA• La corrosión galvánica se produce cuando un líquido conductor
eléctrico ( electrolito ) y dos materiales metálicos diferentes están en contacto. El metal menos noble ( ánodo) se desgasta y el más noble ( cátodo) se protege.
• En general, la corrosión metálica implica la pérdida de metal en un punto de la superficie expuesta. La corrosión puede presentarse en varias formas, desde ataques uniformes sobre toda la superficie hasta ataques locales agudos.
• Los principios de la corrosión galvánica se utilizan en la protección catódica. La protección catódica es un método para reducir o evitar la corrosión de una superficie metálica utilizando un metal menos noble como ánodos de sacrificio (cinc o aluminio) o generando una corriente continua eléctrica igual y en sentido contrario a la corriente producida por corrosión (corrientes impresas).
• Cuando dos metales o aleaciones disimilares de diferentes posiciones de serieselectromotrices están en contacto cada uno con un electrolito, se forma un pargalvánico que da como resultado la corrosión de uno de los metales, conocido como elánodo de la pareja. En otras palabras, la corrosión galvánica no afecta al cátodo, quese conoce como metal noble. Esta forma de ataque corrosiva se conoce comocorrosión galvánica ya que todo el sistema se comporta como una célula galvánica. Lacorrosión galvánica también tiene lugar dentro del mismo grupo de metales debido aimperfecciones o heterogeneidades en las superficies del metal o debido a variacionesquímicas. Para que tenga lugar la corrosión galvánica se requieren cuatrocomponentes esenciales: ánodo, cátodo, electrolito, y trayectoria metálica entre elánodo y cátodo, que completa el circuito.
La corrosión galvánica se produce en equipos como los intercambiadores de calor.Componentes tales como las láminas de tubos, compartimentos de agua, tornillos ybridas, y soportes hechos con materiales menos nobles se corroerán en las siguienteslocalizaciones:
• Interfaces entre placas deflectoras y tubos.
• Entre las áreas de tubos y láminas – tubo.
• Uniones soldadas.
• Soporte de intercambiador de calor con tornillos en carcasa o fijadores que seanmenos nobles que los materiales de las bridas.
• En condensadores de agua de mar refrigerada, los materiales de tubo tales como cobre – níquel, acero inoxidable o titanio son más nobles que los materiales tubo – lámina tales como metal Muntz, latón brass, o bronce aluminio; consecuentemente, las láminas del tubo pueden sufrir ataque galvánico cuando se ajustan con materiales de tubo más noble.
• Esto también es verdad con tubos hechos de aceros inoxidables resistentes al agua del mar como superferríticos y superausteníticosusados para reemplazar los tubos de aleaciones de cobre en láminas –tubo de metal Muntz. Similarmente, un compartimiento de hierro fundido puede sufrir ataque galvánico porque otros materiales en el condensador son más nobles que el hierro fundido.
• En general, la corrosión de metal soldado puede eliminarse usando electrodos convenientemente equilibrados.
El control de la corrosión galvánica
El diseño es la forma principal de prevenir o minimizar la corrosión galvánica. Medidas típicas para controlar la corrosión galvánica son:
1. Elegir combinaciones de metales todo lo cerca que sea posible en la serie galvánica, a menos que el metal más noble se polarice fácilmente.
2. Eludir efectos de área no favorables, esto es, áreas pequeñas de ánodo y una gran área de cátodo.
3. Aislar o romper el circuito entre dos metales aplicando revestimientos, introduciendo juntas, arandelas no metálicas, etc., y estar seguros que el contacto metal-a-metal no se restaura en servicio.
4. Añadir inhibidores de corrosión para hacer decrecer la agresividad del ambiente o controlar la tasa de reacción catódica y/o anódica.
5. Mantener revestimiento. El revestimiento es el método más común para combatir la corrosión.
6. La protección catódica es uno de los métodos recomendados para proteger el ánodo. Se usa un ánodo de sacrificio tal como Zn, Al, o Mg que es anódico para los metales estructurales.
CORROSIÓN POR GRIETAS
Es un tipo de ataque localizado intensoque frecuentemente ocurre dentro depequeñas grietas y zonas ocultas delmetal expuesto a ambientes corrosivos.
Este tipo de corrosión está fuertementeasociado a la presencia de pequeñosvolúmenes de soluciones estancadas enorificios.
FUNDAMENTOS
La corrosión por grietas tiene unareconocida importancia en ingeniería,supresencia es frecuente en pernos y tornillos,entre válvulas, bajo depósitos porosos y enmuchos lugares similares.
La corrosión por grietas se produce enmuchos sistemas de aleaciones como elacero inoxidable y aleaciones de titanio,aluminio y cobre.
CORROSIÓN POR GRIETAS
FUNDAMENTOS
Para que ocurra este tipo de corrosión, lagrieta ha de ser lo suficientemente anchapara permitir que se introduzca liquido, peroa la vez lo bastante estrecha para mantenerestancado el liquido.
Por consiguiente, este tipo de corrosión seproducirá mas frecuentemente en aberturasde unos pocos micrómetros o menos deanchura.
CORROSIÓN POR GRIETAS
FUNDAMENTOS
las reacciones anódica y catódica en las superficies de las grietas son:
Reacción anódica: MM+ + e-
Reacción catódica: O2 + 2H2O +4e 4OH-
CORROSIÓN POR GRIETAS
FUNDAMENTOS
Puesto que la disolución en la grieta se encuentraestancada, el oxigeno que se necesita para lareacción catódica se gasta pero no se reemplaza.
De cualquier modo, la reacción que ocurre en elánodo M M+ + e-continúa produciéndose,creándose una alta concentración de iones positivos.
Para contrarrestar la carga positiva, un conjunto deiones negativos, principalmente iones cloruro, migraa la grieta, formando M+Cl-
El cloruro es hidrolizado por el agua, forma hidróxidometálico y libera ácido de la manera siguiente:
M+Cl- + H2O MOH + H+Cl-
CORROSIÓN POR GRIETAS
o La corrosión por picaduras es uno de los tipos decorrosión localizada más comunes y peligrosas, deentre aquellos que se dan en medios acuosos.
o En la industria química la corrosión localizada es lacausa principal de fallos en servicio, y se estima quees origen de al menos un 90% de los dañosmotivados por la corrosión.
o La corrosión por picaduras constituye un tipo dedaño especialmente grave, a causa de la rapidez conIa que puede llegar a provocar la perforación de lasección metálica afectada.
CORROSIÓN POR PICADURA
FUNDAMENTOS
o La corrosión por picaduras se caracteriza por unataque corrosivo extremadamente localizado. unataque que afecta a zonas relativamentepequeñas en comparación con la superficieexpuesta.
o Si se produce corrosión sobre un área de metalrelativamente pequeña que actúa como ánodo, elataque progresa en profundidad, y la picaduraresultante se describe como profunda. Si por elcontrario, el área de ataque es más amplia, y notan profunda, la picadura se denominasuperficial.
CORROSIÓN POR PICADURA
FUNDAMENTOS
o La magnitud de las picaduras se expresageneralmente por medio del términopicaduras y el espesor promedio perdido porcorrosión generalizada, determinado esteúltimo por la pérdida de pesoexperimentada por la muestra.
CORROSIÓN POR PICADURA
FUNDAMENTOS
El proceso electroquímico que tiene lugaren la corrosión por picaduras de un metalen una disolución salina tal como el aguade mar, puede esquematizarse en lasiguiente representación.
la propagación de las picaduras implica ladisolución del metal, y el mantenimientode un elevado grado de acidez en elinterior de la misma, por hidrólisis de losiones metálicos disueltos.
CORROSIÓN POR PICADURA
FUNDAMENTOS
La reacción de la disolución anódica en el fondo dela picadura:
Está equilibrada por la reacción catódica en lasuperficie adyacente:
El aumento de la concentración de iones 𝑀𝑛+ en elinterior de la picadura determina la migración deiones cloruro (𝐶𝑙−) hacia dicha zona. con el fin demantener la neutralidad electroquímica. El clorurometálico formado (𝑀+𝐶𝑙−), hidrolizado por el agua,forma hidróxido y ácido libre:
CORROSIÓN POR PICADURA
FUNDAMENTOS
Posibles solucionesPara prevenir o minimizar la corrosión por grieta y picadura en diseños deingeniería, se pueden emplear los métodos y procedimientos siguientes:
1.Usar en las estructuras de ingeniería ensambles de extremos completamentesoldados en lugar de otros atornillados o remachados.
2.La corrosión por grietas se tiene que tratar lo antes posible, ya que cuando lagrieta se vuelve muy grande se tendrá que remover la pieza completa de laestructura analizada.
3.Rediseñar el equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.
4.Cerrar las fisuras con materiales no absorbentes o incorporar una barrera paraprevenir la humedad.
5.Prevenir o remover la formación de solidos en la superficie del metal.
Corrosión IntergranularLa corrosión intergranular es un ataque localizado en ellímite de grano de un acero inoxidable. Aparece cercade las soldaduras, en especial en las zonas afectadastérmicamente y es generalmente el resultado de lasensibilización.
2.Aspecto de la corrosión intergranular tras la sensibilización del mismo.
1.Microestructura del acero inoxidable AISI 304 sin sensibilizar.
CAUSAS
Esta corrosión generalmente ocurre, porque elagente corrosivo ataca preferencialmente el limitede grano o una zona adyacente a el, que haperdido un elemento necesario para tener unaresistencia a la corrosión adecuada.
• Tratamiento térmico.
• Soldadura.
MECANISMOEste tipo de ataque resulta de las diferencias localesen la composición. La precipitación de límite degrano, en particular los carburos (Fe, Cr)23C6decromo en los aceros inoxidables, es un mecanismode corrosión intergranular bien reconocido yaceptado.
Efecto de sensibilización
• Sensibilización se refiere a la precipitación decarburos en los límites de grano en un aceroinoxidable o de aleación, haciendo que el aceroo aleación a ser susceptibles a la corrosiónintergranular o agrietamiento por corrosión bajotensión intergranular.
• Uno de los más importantes ejemplos decorrosión intergranular es la que tienelugar en algunos aceros inoxidablesausteníticos (18% Cr 8% Ni) cuando soncalentados o enfriados lentamente através del rango de temperaturas de 500 a800ºC. En este rango de temperaturas,sensibilizado, los carburos de cromo(Cr23C6) pueden precipitar en las interfacesdel limite de grano, como se muestra en lafigura
PREVENCION
• Por recocido: una vez terminadas lasoperaciones de elaboración y de soldadura, elacero deberá ser calentado hasta unatemperatura lo suficientemente alta paradisolver los carburos, lo que es generalmenteentre 1036 ºC y 1150 ºC, para enfriarlo luego conla rapidez suficiente para evitar que se vuelva aprecipitar el carburo y utilizando para ello unchorro de aire o agua.
PREVENCION
• Utilizando un acero estabilizado: el titanio oel tantalio se combinan con el carbono y evitanlas precipitaciones perjudiciales. Los acerosestabilizados son necesarios para todo servicioque implique prolongadas exposiciones a lastemperaturas entre 426º C y 871 ºC.
PREVENCION
• Añadiendo un elemento que pueda combinarsecon el carbono del acero para que no puedaformarse el carburo de cromo. Así, se adicionaniobio y titanio en los tipos de aleación 347 y321 respectivamente, se dice entonces que estánen una condición estabilizada.
PREVENCION
• Bajando el contenido en carbono alrededor del0,03 por 100 en peso o menos para que nopuedan precipitar cantidades significativas decarburo de cromo. El acero inoxidable tipo 304L,por ejemplo, tiene su carbono a ese nivel tanbajo.
La fragilización por hidrógeno ha sido definida como la pérdida deresistencia y ductilidad inducida por el hidrógeno que puede derivar enla iniciación o propagación de fracturas mecánicas.
La interacción del hidrógeno con diferentes materiales es causa de falloprematuro en distintas situaciones tal y como sucede en los trenes deaterrizaje de los aviones, los depósitos de combustible de refinerías yplantas químicas, las turbinas para la generación de energía eléctrica olas tuberías y válvulas para el transporte de líquidos y gases.
El problema de la fragilización por hidrógeno afecta a los tres sistemasbásicos de cualquier industria que emplee el hidrógeno:
• Producción
• Transporte/Almacenamiento
• Utilización
FRAGILIZACION POR HIDROGENO
El hidrógeno degradametales y aleacionespuede provocar elcolapso de unaestructura paraniveles de carga queson muy bajos cuandose los compara con losque pueden sersoportados pormateriales libres dehidrógeno.
El resultado generalmentees una fractura catastróficade naturaleza frágil y queocurre inesperadamente enalgunos casos luego demucho tiempo en servicio.Esa es una de las mayorescausas de fallas en laindustria del petróleo y delgas.
Un cobre que contiene oxigeno y se vea sometido aelevadas temperaturas en presencia de hidrógeno, essusceptible de verse afectado por el fenómeno de lafragilización. Esto es debido al reducido radio atómico delhidrógeno, que favorece, junto al aumento detemperatura, a la difusión de éste en el cobre.
Cu2O + H2 <=> 2Cu + H2O
EJEMPLO
El hidrógeno reduce el óxido de cobre, y se forma vapor de aguadentro de la estructura cristalina. Éste no es soluble y el tamañode la molécula impide su difusión fuera de la estructura cristalinadel cobre. Debido a la elevada temperatura y el volumen de lasmoléculas contenidas el cobre se ve sometido a elevadísimaspresiones internas. Éste cobre resulta inservible para un trabajoposterior.
La fragilización es más probable:• Cuando más alto sea el contenido en oxígeno del cobre• Cuando más alto sea el contenido de hidrógeno en la
atmósfera• Cuando más alta sea la temperatura de recocido• Cuando más largo sea el tiempo de recocido
Un recocido a 500ºC durante 1,5 h con atmósfera controlada del 2% de hidrógeno todavía es un período factible para que un cobre con oxigeno no resulte afectado por la fragilización.
Sin embargo otros factores pueden influir de forma indirecta la presencia de hidrógeno en la atmósfera, como por ejemplo, la disociación del vapor de agua o hidrocarburos (restos grasos) en moléculas de hidrógeno debido a las elevadas temperaturas.El riesgo de sufrir fragilización por
hidrógeno aumenta sobretodo al hacer soldadura blanda o por gas con cobres que contienen oxigeno. Para evitar problemas debe ajustarse el gas o atmósfera de los quemadores para que sea neutral o ligeramente oxidante.
La mejor solución es emplear cobre libre de oxígeno (OFC) o cobre desoxidado mediante fósforo (DHP) . Estos son casi inmunes a la fragilización por hidrógeno.
Microestructura de un cobre (K32, izquierda)fragilizado por la presencia de hidrógeno, encontraste con un cobre resistente a este fenómeno(K09, derecha) después de ambos ser sometidos aun recocido a 850ºC durante 30 min.
•Fragilización por hidrógeno ambiental: seda en ambientes hidrogenados que producenpérdida de ductilidad o rotura por tensiones.
Fragilización por reacción con el hidrógeno :formación de ampollas , descarburación,ataque por hidrógeno).
•Fragilización interna reversible
DAÑOS PRODUCIDOS POR EL HIDRÓGENO
PREVENCIÓN DE LA FRAGILIZACION POR H2
1. Reducir o evitar el material deproducción de hidrógeno durante elprocesamiento del metal. Ciertasactividades como el decapado conácido, limpieza electroquímica,galvanoplastia, la humedad en losmoldes de fundición y la humedad enlos hornos durante el tratamientotérmico, pueden llevar a la fragilizaciónpor hidrógeno. Estos pueden incluir eluso de ácido, electroquímica ymateriales que están diseñados paraliberar bajos niveles de hidrógenodurante el proceso de galvanoplastia.
2. Controlar y eliminar lastensiones del metal antesde procesarlo. Lastensiones residuales,tales como la resistenciaa la tracción adicional yfuerzas de compresiónpueden conducir areacciones de hidrógenoadicionales dentro delmetal.
3. Hornear el metal paraeliminar el hidrógeno adicional.La Sociedad Estadounidensepara Pruebas y Materiales, queestablece las normasinternacionales de las materias,requiere que los metales quese cocinen a temperaturasentre 190 y 220 gradoscentígrados durante diferentescantidades de tiempo sobre labase de la resistencia a latracción del metal. Cada metaldebe ser cocido por entre ochoy 22 horas.
Aspecto de la fracturaintergranular en un tubo decaldera, de acero al carbonoque falló debido a fragilizaciónpor hidrógeno.
CORROSIÓN A ALTAS TEMPERATURAS
La corrosión a altas temperaturas es un deterioroquímico de un material bajo condiciones de muyaltas temperaturas. Puede ocurrir cuando unmaterial está expuesto a una temperatura elevadaen una atmosfera que contenga oxigeno, sulfuros uotros compuestos que ayuden a la oxidación de losmateriales expuestos.
Cuando un metal se somete a temperaturaselevadas, por lo general es difícil la presencia de unapelícula liquida conductora sobre su superficie por loque no tiene un lugar un mecanismo de corrosiónelectroquímica, sino que se produce una reacciónquímica entre el metal y el gas agresivo,normalmente el oxigeno.
Las características distintivas de este mecanismorespecto del electroquímico son los siguientes:
1• No hay electrolito en el medio de reacción.
2
• Solamente es relevante a temperaturas elevadas,normalmente por encima de los 100 grados centígrados.
3• Se suele producir un ataque del metal generalizado.
4• El producto de corrosión primario es un oxido metálico.
5
• El oxido se genera directamente en la superficie metálica, teniendo lugar la circulación de electrones e iones a través de la capa de oxido.
La corrosión a altas temperaturas es unproblema extendido en varias industrias talescomo:
• Generación de energía (nuclear ycombustibles fósiles).
• Tratamiento térmico.
• Refino y petroquímica.
• Incineración de residuos.
TERMODINAMICA DE LA OXIDACIÓN A ALTA TEMPERATURA
Normalmente las reacciones de formación de óxidos estántermodinámicamente favorecidos, ya que los correspondientes valoresson negativos a cualquier temperatura tal y como se observa en elsiguiente diagrama:
Valores de cambio de Energía libre estándar
por mol de oxigeno con la temperatura para la
formación de varios óxidos de metales de
interés industrial
Las rectas mostradas en la figura son el resultado de representarfrente a T para la ecuación termodinámica:
Cambios de entalpía y entropía
La reacción de corrosión a altas temperaturas tiene siempre tendencia termodinámica natural a producirse y desde el punto de vista cinético tendrá lugar mas rápidamente cuanto mayor sea la
temperatura de operación.
Si consideramos el equilibrio que tiene lugar en la formación de un óxido
Donde, Po2 sería la presión de oxigeno en equilibrio que desarrollaría una mezcla de
metal puro y su óxido y se denomina presión parcial de disociación del óxido
Si la presión parcial de disociación del óxido es superior a la presión parcial de oxigeno en el ambiente
El oxido deja de ser estable
Si la presión de oxígeno externa es superior a la de disociación del
óxido
El oxido será estable en ese
ambiente
Por ejemplo, para el caso del Ag2O, y teniendo en cuenta que lapresión parcial de oxígeno en la atmósfera es deaproximadamente 0,2 atm:
A 300K
A 400K
Óxido estable
Óxido no estable
Lo anterior, es la consecuencia de interpretar la ecuacióntermodinámica que une a con Kp.
Al aumentar Po2 la tendencia termodinámica a la formación delóxido es cada vez menor.
MECANISMO
Una vez formada la primera capa de óxido sobre la superficiedel metal o aleación, se establece una barrera entre lasuperficie del material metálico y el gas. La formación denuevas moléculas de óxido exige que se desarrollen una seriede etapas
1. En la interfase metal-óxido:
𝐶𝑢 𝑠 ↔ 𝐶𝑢+ 𝑝𝑒𝑙𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎 + 𝑒− (𝐶𝑢)
2. Tránsito de electrones a través de la película de óxido desde la interfasemetal-óxido a la interfase óxido-atmósfera.
3. En la interfase óxido-atmósfera:
1
2𝑂2(𝑔) + 2𝑒− 𝑝𝑒𝑙𝑖𝑐𝑢𝑙𝑎 ↔ 𝑂2−(𝑝𝑒𝑙í𝑐𝑢𝑙𝑎)
4. Tránsito por difusión, como consecuencia del gradiente de concetración,del catión Cu+ desde la interfase metal-óxido hacia la interfase óxido-átmosfera o bien, el tránsito del aníon O2- desde la interfase óxido-atmósfera a la interfase metal-óxido, o tránsito de ambos para que entren encontacto y pueda tener lugar la formación de una nueva molécula de óxido.
2𝐶𝑢+ + 𝑂2− ↔ 𝐶𝑢2𝑂
CONDICIONES PARA QUE UN ÓXIDO SEA UN BUEN PROTECTOR A ALTAS TEMPERATURAS
Debe tener los siguientes: Buena adherencia, punto de fusión alto, bajapresión de vapor, coeficiente de expansión térmico casi igual al del metal,plasticidad a alta temperatura para evitar su ruptura, baja conductividadeléctrica, bajo coeficiente de difusión para iones metálicos y oxígeno.
La relación de Pilling-Bedworth, mide el volumen del óxido formado por el del metal consumido:
𝑃. 𝐵.=𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜
𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜
Si P.B. <1 ; se forman óxidos no
protectores
Si P.B. > 2 ; se forman óxidos no
protectores
Si 1< P.B. < 2 ; se forman óxidos
protectores
Otros tipos de corrosión A causa a altas temperaturas
SULF
ATA
CIÓ
N
DIFICULTAD AL LIBRE PASO DE
LOS ELECTRONES. C
AR
BU
RIZ
AC
IÓN
TEMP:800-1100 °C
SE DA EN AMBIENTES
REDUCTORES ATA
QU
E P
OR
HID
RO
GEN
O
EL HIDROGENO REACCIONA
CON EL C PARA FORMAR CH3 D
ESC
AR
BU
RIZ
AC
IÓN
FORMACIÓN DE COSTRA
QUE DESCARBURIZA EN VARIOS
GRADOS
ASPECTOS CINÉTICOS
El estudio cinético de los procesos de corrosión a alta temperatura sebasa fundamentalmente en el conocimiento de la ley matemática querelaciona la cantidad de metal que se pierde o el crecimiento en espesorde la película de óxido (y) con el tiempo (t).
La mayoría de los fenómenos de corrosión se ajustan aalguna de las leyes cinéticas siguientes:
Ley lineal
Ley parabólica
Ley logarítmica
Ley asintótica
PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN POR ALTAS TEMPERASTURAS
Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes:
• Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas.
• Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos y no gases que se mezclen con el ambiente.
La corrosión por erosión es el efecto producido cuando el movimiento
de un agente corrosivo, sobre una superficie de metal, acelera sus
efectos destructivos a causa del desgaste mecánico
El papel de la erosión se atribuye al efecto mecánico de remoción de
películas superficiales protectoras provocado por el flujo turbulento
CORROSIÓN POR EROSIÓN
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La corrosión por erosión
generalmente tiene la
apariencia de orificios
poco profundos (puntos).
El ataque puede
mostrar un patrón
direccional en la
dirección tomada por
el corroente al
moverse sobre la
superficie del metal.
Se acelera en condiciones de alta velocidad, turbulencias, choques,
golpeteos, etc. Esto se ve muy frecuentemente en bombas centrifugas,
agitadores y tuberías (particularmente en curvas y codos).
Más duro.
Alta resistencia a la
corrosión superior incluso en
condiciones estancadas o
sin movimiento de fluidos.
Los líquidos en movimiento que contienen partículas
sólidas duras son también factibles a causar
problemas. Esto puede ser evitado haciendo
cambios en el diseño o en la selección de un
material más resistente
El aumento de la turbulencia causada por picaduras en las
superficies internas de un tubo puede aumentar rápidamente las
tasas de erosión y, finalmente, puede generar una fuga.
La corrosión por erosión también puede ser agravada por defectos
de fabricación. Una combinación de la erosión y la corrosión
Puede conducir a tasas extremadamente altas de picaduras.
Lugares comunes en tuberías donde un fluido desarrolla un flujo turbulento que produce
erosión-corrosión
Aumento de diámetros de tubería.
Las superficies rugosas son generalmente indeseables.
Diseños que generen turbulencia, restricciones de flujo y
obstrucciones son indeseables.
Se deben evitar los cambios abruptos en la dirección del flujo.
Tuberías de entrada del tanque deben estar ubicadas lejos de las
paredes del depósito.
El espesor de las zonas vulnerables debe aumentarse.
Implementar modificaciones ambientales para minimizar el riesgo de
corrosión por erosión.
Las partículas abrasivas en los fluidos pueden eliminarse por
filtración o sedimentación.
Inhibidores de desaireación y corrosión son medidas adicionales que
se pueden tomar.
La protección catódica y la aplicación de recubrimientos protectores
también pueden reducir la tasa de ataque.
MEDIDAS PARA DISMINUIR LA VELOCIDAD DE FLUJO Y LA CORROSIÓN
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Ocurre preferentemente en presencia de oxígeno,cuando hay superficies muy próximas entre sí, que sedeslizan una sobre la otra.
El deslizamiento, generalmente resulta, ya sea porvibración o vaivén en puntos en los que, en fin, no debepresentarse deslizamiento alguno.
Puede minimizarse utilizando materiales durosdiseñados para minimizar la presión, empleandolubricación o bien incrementando la fricción hasta unpunto tal en que el deslizamiento es imposible
CORROSIÓN POR DESGASTE
Es causada por la formación y colapso de burbujas de vapor en unlíquido cerca de una superficie de metal.
La cavitación elimina escalas de superficie de protección por laimplosión de burbujas de gas en un fluido.
El ataque por corrosión es el resultado de los efectoshidromecánicos de líquidos en las regiones de baja presión,interrupciones o alteraciones en la dirección de flujo.
Los daños por cavitación aparecen a menudo como una colecciónhoyos o cráteres de bordes afilados en la superficie, estrechamenteespaciados.
CAVITACIÓN
Corrosión por cavitación en el esquema del mecanismo de turbulento remolino de aguas
Proceso dinámico de formación de burbujas dentro del líquido, su
crecimiento y subsecuente colapsamiento a medida que el líquido fluye a
través de la bomba.
BURBUJAS DE VAPOR
• Se forman debido a la vaporización del líquido bombeado. La cavitacióninducida por la formación y colapso de estas burbujas se conoce comoCavitación Vaporosa
BURBUJAS DE GAS
• Se forman por la presencia de gases disueltos en el líquido bombeado. Lacavitación inducida por la formación y colapso de estas burbujas se conocecomo Cavitación Gaseosa.
CAVITACIÓN EN BOMBAS CENTRÍFUGAS
Ocurre debido a un insuficiente NPSH disponible o a fenómenos de recirculación interna
Se manifiesta como una reducción del desempeño de la bomba, ruido excesivo, alta vibración y desgaste en algunos componentes de la bomba.
La extensión del daño puede ir desde unas picaduras relativamente menores después de años de servicio, hasta fallas catastróficas en un corto periodo de tiempo.
CAVITACIÓN VAPOROSA
Se produce por efecto de gases disueltos (máscomúnmente aire) en el líquido.
Esta cavitación raramente produce daño en el impulsor ocarcaza. Su efecto principal es una pérdida de capacidad
CAVITACIÓN GASEOSA
La corrosión por exfoliación es una corrosión subsuperficial que comienza sobre una superficie limpia, pero se esparce debajo de ella y el ataque tiene una apariencia laminar.
Al final del ataque, una muestra tiene la apariencia de un mazo de barajas en el cual algunas de las cartas han sido extraídas.
Capas completas de material son corroídas y el ataque es generalmente reconocido por el aspecto escamoso y en ocasiones ampollado de la superficie.
CORROSIÓN POR EXFOLIACIÓN
La corrosión por exfoliación se encuentra frecuentemente junto a elementos de sujeción donde un sellador de aislamiento
eléctrico o un recubrimiento de cadmio de sacrificio se ha roto, permitiendo una acción galvánica entre los diferentes metales
Este tipo de ataque suele
ser debida a la presencia
de segundas fases,
impurezas u otro tipo de
heterogeneidad química
existente entre el borde y
el interior del grano
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Corrosión Microbiológica
Es el deterioro del metal causado directa o indirectamente por bacterias, moho y hongos en forma individual y combinada. Puede ocurrir en diversos sistemas de conducción de aguas
Sitio Daño
Sistemas de enfriamiento Corrosión en tubos intercambiadores de calor con picaduras severas
Sistema de Distribución Paquetes de agua de mala calidad, biocorrosion y biofouling
Tanques o en las mismas formaciones de yacimientos por aguas provenientes de operaciones de producción de petróleo
Graves problemas de corrosión y taponamientos de líneas
Corrosión Biológica • Es la interacción de organismos con materiales para
producir reacciones químicas corrosivas, aceleradirectamente o establece nuevas reaccioneselectroquímicas corrosivas también se pueden formarsustancias corrosivas como ácidos y amoniaco.
• Participan principalmente microorganismos aerobios yanaerobios.
• Entre los factores que afectan la agresividad de lasbacterias corrosivas están: temperatura, concentracionesde carbono orgánico total y de nitrógeno, el flujo, lasconcentraciones de oxigeno o de amoniaco, ph y otras.
• Existen 4 clases principales de bacterias implicadas en lacorrosión en los sistemas de agua de enfriamiento:Sulfurreductora, productoras de acido, depositadora demetales, formadores de babaza.
Corrosión Activa
Comúnmente el ataque activo la causan los microorganismos.Tienen que estar presentes cuatro factores para un diagnosticode corrosión con influencia microbiológica:
1. La presencia de microorganismos o de sus subproductos
2. Morfologías de corrosión microbiológicamente únicas.
3. Productos y depósitos de corrosión específicos.
4. Condiciones ambientales compatibles.
Cada uno de estos factores mencionados es único para bacteriasespecificas.
Sulfatorreductoras
Son el grupo de bacterias sulfatoreductora consiste principalmente de formasunicelulares que crecen anaeróbicamente y reducen sulfatos SO4
2-, a sulfuro dehidrogeno H2S . Un miembro de este grupo es la Desulfonema, es multicelular.
Las bacterias sulfatoreductora son las mas importantes en aguas y aguas de desechos,incluyen Desulfovibrio. Las bacterias sulfatoreductoras contribuyen a la tuberculaciony corrosión galvánica en acueductos principales y problemas de sabor y olor en elagua.
Las oxidadoras de sulfuro aeróbicas, los sulfitos son oxidados de sulfuro a sulfatos,oxidan compuestos de sulfuro reducidos aeróbicamente para obtener energía. Lassulfuro-oxidadoras aeróbicas del genero Thibacillus por su producción de acidosulfúrico contribuye a la destrucción de alcantarillas y corrosión acida de metales
Mecanismos de Corrosión
Bacterias de Hierro
Se caracterizan por su capacidad para transformar o depositar cantidadessignificativas de hierro o azufre, en general e forma de cienos. Las bacteriasferruginosas son capaces de metabolizar el hierro reducido presente enhábitat acuoso y depositarlo en forma de oxido férrico hidratado o en sussecreciones mucilaginosas, similar a las bacterias que utilizan manganeso.
Tun lodo café produce un color rojizo y un desagradable olor al aguaocasionando un suministro inadecuado para fines domésticos e industriales.
Productoras de acido
Los ácidos producidos disminuyen el pH, aceleran el ataque, lasespecies Thiobacillus thioxidans y Clostridium son las masrelacionas con la corrosión en acero.
Thioxidans, aerobio, oxida varios compuestos que contienenazufre para formar acido sulfúrico. Se encuentra en la partesuperior de los tubérculos, se asocia simbióticamente con lassulforreductoras, oxida sulfuros a sulfatos mientras que lassulforreductoras convierten sulfatos a sulfuros.
Las Clostridia, anaeróbicas, producen ácidos orgánicos decadena corta pueden ser bastante agresivos hacia el acero, seencuentran cerca de las superficies de corrosión.
Formadoras de babaza
Son en su mayoría aerobias excepto Pseudomonas. Sonmezclas de secreciones denominados polímerosextracelulares donde el 99% es agua. Las capas debabaza contribuyen a la corrosión tanto activa comopasiva, consumen oxigeno y estimulan la formación deceldas de oxigeno.
Por ser aerobias están presentes encima de losproductos de corrosión y los depósitos próximos a lasaguas oxigenadas, muchas veces debajo de la babaza seencuentran anaerobias y frecuentementesulfarreductoras y productoras de acido.
Corrosion Biologica Pasiva
Causada por sustancias químicamente inertes es la misma ya seaque la sustancia este viva o este muerta. La corrosión por celdasde concentración, la cinética incrementada de las reacciones decorrosión es influenciada por masas biológicas cuyos procesosmetabólicos no influyen materialmente en los procesoscorrosivos.
En circunstancias especiales ciertas bacterias anaerobias queson capaces de producir hidrogeno pueden contribuir a lafragilizacion de aleaciones debía al hidrogeno. Ladescomposición puede generar amoniaco en concentracionesaltas como para producir un agrietamiento debido a la corrosióny esfuerzo de los tubos de latón de los condensadores
Lugares donde se presenta
Ocurre donde hay material biológico depositado sobre las superficies. Elataque microbiológico suele ocurrir donde la temperatura del agua este pordebajo de los 82ªC, las masas de babazas ensucian cajas de agua, tubos enlos intercambiadores de calor y placas de tubos.
El crecimiento de algas cubre a las torres de enfriamiento y obstruyecoladores y entradas de agua. El crecimiento de hongos causa lapodredumbre de la madera en torres de enfriamiento.
Los sistemas sucios con aceites y grasas generalmente contienen númerosgrandes de bacterias. los organismos grandes son un indicador seguro de lapresencia bacterial y directamente pueden causar un ataque.
CORROSIÓN SELECTIVA
Es el proceso donde un elemento específico eseliminado de una aleación disolviéndolo en laestructura de la aleación debido a unainteracción electroquímica con el medioActúa sólo sobre metales nobles como al Plata-Cobre o Cobre-OroSe genera una capa que recubre las picaduras yhace parecer al metal corroído como si no loestuviera, por lo que es muy fácil que seproduzcan daños en el metal al someterlo a unafuerza mecánica (La estructura de la aleación sedebilita).
EJEMPLOS DE CORROSIÓN SELECTIVA
• El más común es el deszincado de los latones, consistente le la eliminación del zinc aleado con el Cu, y que convierte al latón en una estructura porosa, debilitada y rojiza de Cu.
Suele ocurrir cuando el metal es expuesto a aguas blandas y puede ser acelerada por concentraciones altas de dióxido de carbono y la presencia de iones cloruro.
El mecanismo de dezincificación del cobre involucra las tres etapas siguientes:
Disolución del latón.
Permanencia de los iones cinc en la disolución.
Electrodeposición del cobre en solución sobre el latón.
Puesto que el cobre que permanece no tiene la textura del latón, la firmeza de la aleación y su resistencia es considerablemente menor
Estos latones son empleados en valvulería y racorería metálica “amarilla”.
Grafitización de fundiciones
Corrosión grafítica esla lixiviación selectivade hierro gris delhierro fundido, dondeel hierro se consiguequitado el grafito y losgranos permanecenintactos.
Dejando un esqueletode grafito quebradizopor la disolución delhierro.
• Desaluminificaciónes un proceso que lecorresponde a lasaleaciones dealuminio.
• Los efectossimilares paradiversos metales sondescarburación(retiro de carbón dela superficie de laaleación),.
CONTROL DE LA CORROSIÓN SELECTIVA
• La PROTECCIÓN CATÓDICA ocurre cuando un metal es forzado a ser elcátodo de la celda corrosiva adhiriéndole (acoplándolo o recubriéndolo) deun metal que se corroa más fácilmente que él. Para el caso del latón; laprotección Catódica es la GALVANIZACIÓN, que consiste en cubrir un metalcon Zinc para que éste se corroa primero. Lo que se hace es convertir al Zincen un ÁNODO DE SACRIFICIO.
• Fabricación latones con menor contenido de cinc, es decir latones con 85% de Cu y 15% de Zn.
• Cambiar a aleaciones cuproníquel, de 70-90% de Cu y de 10-30% de Ni.
• Modificar el ambiente corrosivo
• En algunos casos es necesario hacer recubrimientos con material inorgánico, 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
• El uso de pinturas, lacas, barnices y muchos materiales orgánicos poliméricos han dado muy buen resultado como protección contra la corrosión. Estos materiales proveen barreras finas tenaces y duraderas para proteger el sustrato metálico de medios corrosivos.
CORROSIÓN BAJO TENSIÓN
• La rotura por corrosión por esfuerzo o bajo tensión (stress corrosion craking SCC) de metales se refiere a la rotura originada por la combinación de efectos de tensiones intensas y corrosión especifica que actúa en el entorno del metal.
• Durante la SCC el ataque que recibe la superficie del metal es generalmente muy pequeño mientras que las grietas aparecen claramente localizada y se propagan a lo largo de la sección del metal
• Los esfuerzos residuales que dan lugar a la SCC pueden ser resultado, por ejemplo, de esfuerzos térmicos introducidos por tasas desiguales de enfriamiento, de un diseño mecánico defectuoso para esfuerzos, de transformaciones de fase durante el tratamiento térmico durante el trabajo en frío, o durante la soldadura.
• Sólo ciertas combinaciones de aleaciones y ambientes son susceptibles de la SCC.
• No parece haber un modelo general para los ambientes en los que se produce la SCC en las aleaciones. Por ejemplo, los aceros inoxidables quiebran en atmósferas de cloro, pero no en las que contienen amoniaco. Por el contrario, los latones (aleación Cu Zn) quiebran en atmósferas que tienen cloro.
Corrosión bajo tensión
Por fatiga
Corrosión en Cerámicos
E. Metálicos + E. no metálicos =Cerámicos
• Se puede considerar que ya han sido corroídos.
• Los cerámicos son excesivamente resistentes a la corrosión a temperaturas ambientes.
Características de los materiales cerámicos:
• Resistencia a las altas temperaturas, por lo que son buenos aislantes del fuego.
• Gran resistencia a la corrosión y a los efectos de la erosión que causan los agentes atmosféricos.
• Alta resistencia a casi todos los agentes químicos. Gran poder de aislamiento, térmico y también eléctrico.
• REFRACTARIOS
DEGRADACIÓN DE POLIMEROS
• Los materiales poliméricos también experimentan deterioro mediante interacciones con el ambiente.
• La degradación polimérica es fisicoquímica.
• en la degradación de los polímeros tienen lugar gran variedad de reacciones y consecuencias adversas.
• Los polímeros se deterioran por hinchamiento y por disolución.
• La ruptura de enlaces covalentes ( por energía térmica, por reacciones químicas y también por radiación), generalmente va acompañada de una disminución de la integridad mecánica.
• los mecanismos de su degradación no se conocen suficientemente.
HINCHAMIENTO Y DISOLUCIÓN
• En el hinchamiento, el liquido o soluto se difunde en el polímero y se absorbe dentro de él; las pequeñas moléculas de soluto ocupan posiciones entre las macromoléculas del polímero, que logran separar, dilatando o hinchando la muestra.
• reducción de las fuerzas de enlace intermoleculares secundarias
• el material se hace mas blando y mas dúctil.
• El soluto liquido disminuye la temperatura de transición vítrea y, si disminuye por debajo de la temperatura ambiente , hace que un material que antes era fuerte se convierta en gomoso y débil.
• El hinchamiento se puede considerar como un proceso de disolución parcial en el que hay solo solubilidad limitada del polímero en el disolvente. La disolución, que tiene lugar cuando el polímero es completamente soluble. Puede considerarse como la continuación del hinchamiento.
• La probabilidad de que ocurra hinchamiento y/o disolución suele ser tanto mayor cuando mayor es el parecido entra la estructura química del soluto y la del polímero.
• Por ejemplo, muchos cauchos de hidrocarburos absorben rápidamente hidrocarburos líquidos como la gasolina.
• Las características del hinchamiento y de la disolución están influidas por la temperatura y por la estructura molecular. En general, el aumento del peso molecular, el aumento de los grados de entrecruzamiento y de cristalinidad y la disminución de la temperatura reducen este proceso deteriorativo.
• En general, los polímeros son mas resistentes que los metales a los ataques de disoluciones ácidas y alcalinas. Los fluorocarbonos y el cloruro de polivinilo tienen extraordinaria resistencia al ataque químico de ambos tipos de disoluciones.
Rotura de enlace• escisión: la separación o rotura de los enlaces de
las cadenas moleculares.
• Esto origina una separación de los segmentos de las cadenas en el punto de la escisión y una disminución del peso molecular.
• Algunas de las propiedades físicas y químicas de los polímeros se afectan adversamente mediante este tipo de degradación.
• resistencia mecánica y la resistencia al ataque químico, dependen del peso molecular.
• La rotura del enlace se origina por exposición a la radiación o al calor y por la reacción química.
Efectos de la radiación
• Algunos tipos de radiación (haz de electrones, rayos X, rayos beta, rayos gamma y radiación ultravioleta)
• Una reacción a esta radiación es la ionización, en la que una radiación elimina un electrón de un orbital de un átomo especifico y convierte el átomo en ion.
• La rotura de un enlace conduce a la escisión o al entrecruzamiento en el lugar de la ionización.
• Por ejemplo, industrialmente se utiliza la radiación gamma para entrecruzar el polietileno, lo que aumenta su resistencia al ablandamiento y la fluencia a elevada temperatura. Este proceso también se realiza en productos ya fabricados.
Efectos de las reacciones químicas
• El oxigeno, el ozono y otras substancias pueden, por reacción química, originar o acelerar la escisión. Este efecto predomina en el caucho vulcanizado, que tiene cadenas moleculares con átomos de carbono unidos mediante dobles enlaces, expuesto al ozono O3 atmosférico. La reacción de escisión se puede representar por
• La cadena se ha separado por el doble enlace.
• Si el caucho está en estado no tensionado, generalmente se forma una película superficial que protege el material de una posterior reacción. Se forman grietas y hendiduras que crecen en la dirección perpendicular al esfuerzo, y el material puede romperse.
• Aparentemente estas grietas son el resultado de gran numero de escisiones inducidas por el ozono.
Efectos térmicos
• La degradación térmica consiste en la escisión de cadenas moleculares a elevadas temperaturas.
• experimentan reacciones químicas que producen especies gaseosas.
• la estabilidad térmica de los polímeros es una medida de su resistencia a esta descomposición.
• La estabilidad térmica se relaciona principalmente con la magnitud de las energías de enlace entre los diferentes componentes de un polímero: las energías mas elevadas corresponden a los materiales mas estables térmicamente.
• enlace C-F es mayor que el del enlace C-H, que, a su vez, es mayor que el del enlace C-Cl. Los fluorocarburos, que tienen enlaces C-F figuran entre los materiales poliméricos de mayor resistencia térmica y pueden utilizarse a temperaturas relativamente elevadas.
Degradación por exposición la intemperie
• La mayoría de los materiales poliméricos en servicio están expuestos al exterior.
• En estas condiciones el deterioro es principalmente consecuencia de la oxidación iniciada por la radiación ultravioleta del sol.
• Algunos polímeros, como la celulosa y el nilón, también absorben agua y disminuyen su dureza y su tenacidad.
• La resistencia a la degradación por exposición a la intemperie de los polímeros es muy dispar.
• Los fluorcarbonos son inertes a la degradación por agentes atmosféricos, mientras que el cloruro de polivinilo y el polietileno son susceptibles a este deterioro.
