BIOCORROSIÓN

DIEGO ARTURO ARDILA REYES

DANIEL ORTIZ VILLAMIZAR

JOSE ROBERTO RODRIGUEZ PORTILLA

KEYLA MARIA SOLANA LAMBRAÑO

Presentado a:

ADRIANA LUCIA MANOSALVA CORTES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

MICROBIOLOGÍA INDUSTRIALBUCARAMANGA, 20 DE MARZO DEL2013

BIOCORROSIÓN

Presentado a:

ADRIANA LUCIA MANOSALVA CORTES

UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE SANTANDERESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

MICROBIOLOGÍA INDUSTRIALBUCARAMANGA, 20 DE MARZO DEL2013

TABLA DE CONTENIDO

Justificación

Introducción

Objetivos

1 Marco teórico

1.1. Corrosión

1.2. Biocorrosión

1.3. Antecedente histórico

1.4. Microorganismos causantes de la biocorrosion

1.5. Factores que influyen en el proceso de biocorrosión

1.6. Mecanismos de la biocorrosión

1.6.1 Biocorrosion anaerobia

1.6.2 Biocorrosion aerobia

1.7. Biopelículas

1.7.1 Formación de biopelículas

1.8. Consecuencias de la biocorrosión

1.8.1. Industrias afectadas

1.8.2. Costos

1.9. Mecanismos de Control

1.10. Ventajas biocorrosion

1.11. Actualidad de la biocorrosion

2. conclusiones

3. Bibliografía

JUSTIFICACIÓN

El siguiente trabajo es realizado como un complemento de los temas vistos en la materia de microbiología industrial con el fin de incentivar y ampliar los conocimientos sobre algunos bio-procesos, se pretende que por medio de este trabajo se investigue, y se apliquen los conocimientos adquiridos en clase enfocándolos hacia un proceso especifico; en nuestro caso este proceso especifico se trata de la comúnmente llamada biocorrosion o corrosión bacteriana, Pro lo cual en el presente informe se pretende dar conocer más afondo este proceso y enfatizar sobre los organismos que lo ocasionan así mismo mostrar las reacciones químicas que allí se llevan a cabo, las consecuencias que conlleva esto, ya sean problemas en el ámbito económico, medioambiental, y de salubridad, asimismo se expondrán algunas de los medio de control y prevención que se usan para evitar este fenómeno.

Como tal este trabajo se referirá a todo lo correspondiente a la biocorrosion, por lo cual implicara que se realice una investigación pertinente sobre el tema mismo, no obstaste anexo a este trabajo como complemento se mostrara un artículo referente al tema donde se especifique industrialmente este proceso.

INTRODUCCION

La corrosión es una reacción química también llamada oxido reducción en la cual intervienen principalmente tres factores , un material (generalmente un metal) el medio y el agua (aunque también se puede dar por una reacción electro química), es un fenómeno muy común que afecta comúnmente a metales como el hierro, el cobre y el acero, aunque no se descarta que también afecta a cerámicos y polímeros: a nivel industrial la corrosión es uno de los principales problemas en infraestructura y en piezas de maquinaria.

Existen variados tipo de corrosión, dependiendo del mecanismo de esta, la más común es la corrosión electrónica asociada a la mayoría de metales donde tenemos corrosión por oxígeno, celdas de esfuerzo y composición, galvánica, por aireación superficial, por actividad salina y también por acción microbiología; este último tipo de corrosión es comúnmente llamado biocorrosión; este tipo de corrosión es denominada así debido a que es provocada o catalizada por la presencia o actividad de microorganismos.

La biocorrosión no está limitada a metales, esta también “ataca” a los diversos materiales como polímeros, cerámicas y vidrios, los microorganismos presentes en este procesos son algunas bacterias, hongos y micro algas, las cuales están adaptadas a diversos medios, comúnmente son las bacterias las que más intervienen en esto, estas se agrupan creando un denominado biofilm donde pueden generar ciertos efectos corrosivos como celdas de aireación diferencial, producción de especies corrosivas(minerales y ácidos orgánicos), y la reducción de sulfatos a sulfuros, el efecto microbiano en la corrosión fue conocido hace menos de un siglo, y desde allí se le ha empezado a dar una gran importancia debido a que diversas industrias se ven afectadas por esto, como lo son la industria química, la energética, la petrolera, centrales nucleares, entre otras.

A continuación se pretende mostrar más a fondo como es la acción de estos microorganismos, además del mecanismo de este proceso, también se mostraran cuáles son los microorganismos más comunes que están implicados, las principales consecuencias que traen consigo que van desde económicas hasta medioambientales y se presentaran los principales medios de control y prevención usados para combatir este “problema”.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Determinar los aspectos correspondientes en la formación de una biopelícula en un material afectado por la corrosión.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Detallar el proceso de biocorrosión, sus mecanismos, microorganismos implicados, sus consecuencias y medidas de control.

Explicar bajo qué circunstancias o condiciones se fomenta la biocorrosión sobre la superficie de ciertos materiales.

Identificar aquellos microorganismos responsables de la biocorrosión, y las condiciones que estos requieren para su proliferación.

Mostrar las consecuencias que traen consigo este bio-proceso y las posibles medidas de control que se emplean para su detección, prevención y solución.

MARCO TEORICO

1.1. CORROSIÓN

La corrosión es la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. La característica fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrolito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas anódicas y catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.

Existen diversos tipos de corrosión, pero en este informe explicaremos la corrosión producida por microorganismos o biocorrosión, los aspectos más importantes involucrados en este proceso.

1.2. BIOCORROSIÓN

La biocorrosión es un proceso electroquímico que produce el deterioro de un material metálico en donde se encuentran involucrados microorganismos, la participación de los microorganismos en el fenómeno de corrosión puede darse de algunas de las siguientes formas: Produciendo sustancias corrosivas, producto del metabolismo bacteriano, que

transforman un medio originalmente inerte en agresivo. Originando celdas de aireación diferencial por efecto de un desigual consumo

de oxígeno en zonas localizadas. Destruyendo cubiertas protectoras sobre el metal, que son metabolizadas por

microorganismos. Consumiendo sustancias inhibidoras de la corrosión y facilitando de esa forma

la acción de iones agresivos presentes en el medio o producidos por el metabolismo microbiano

Todos los productos formados afectan las reacciones catódicas y/o anódicas alterando la electroquímica de la interface biopelículas/metal, la biocorrosion se debe entonces a los diferentes metabolismos bacterianos que generan el desgaste en los metales debido a las enzimas, exo-polímeros, ácidos orgánicos e inorgánicos, además de compuestos como el sulfuro de hidrogeno y el amonio.

También debe considerarse que las colonias de estos microorganismos forman n biofilm (biopelícula) el cual se adhiere a la superficie formando una matriz adherente donde los microorganismos están agregados bajo un exo-polímero producido por ellos mismos y estos empiezan a realizar sus diferentes actividades metabólicas.

1.3. ANTECEDENTES HISTÓRICOS

La corrosión ha sido un problema desde los inicios de la civilización, independiente del mecanismo de esta, debido a que el hombre empezó a trabajar con metales, frecuentemente el ambiente y otros factores permitían la presencia de corrosión, algunas aleaciones metálicas inhibían este proceso, pero en general el hombre debió convivir con este problema hasta siglo14, donde se empezaron a ver algunos avances frente a la corrosión donde el uso de cañones para la guerra se veía afectado, puesto que estos quedaban expuestos al ambiente y la humedad los oxidaba hasta el punto de hacerlos inservibles, el uso de un recubriendo de aceite de ballena cohibió la corrosión, alargando la vida útil de estos; este mismo método fue usado en los cañones de los barcos puesto que la salinidad del agua implicaba la presencia de corrosión.

En 1788 Austin observo que el agua neutra tiende a volverse alcalina al actuar sobre el hierro (debido a que en las aguas salinas se produce hidróxido sódico como producto catódico del proceso electroquímico de la corrosión.)

1819, Thernard establece que la “corrosión” es un fenómeno electroquímico

1834-40 Faraday investiga relaciones entre acción química y generación de corrientes

1890 fue patentado por T.A. EDISON un sistema rudimentario de protección catódica a base de corrientes impresas por medio de un ánodo inerte de grafito remolcado.

1895 Beijerinck uno de los pioneros de la microbiología de suelo, investigó la actividad corrosiva de mezclas de cultivos microbianos sobre aceros.

1903 aparece el primer escrito sobre la “corrosión” fue sobre “la corrosión del hierro”, cuyo autor fue el profesor Whitney, publicado en el Magacín de la Sociedad Química Americana.

1903 Van Deldel aisló y analizó un cultivo axenico de Spirillum dessulfuricans, bacteria anaerobia reductora de sulfatos.

1905 se puso de manifiesto por DUNSTAN GOUDING y JOWET, que el hierro expuesto al agua y oxígeno, sin la presencia del ácido carbónico, se forma orín.

1907 los americanos WALKER, CEDERHOLM y BENT, aceptan 1a corrosión por líquidos neutros con ayuda del oxígeno como estimulador catódico.

1910 los alemanes HEYN y BAVER, realizan amplias investigaciones sobre corrosión, fueron los primeros en Establecer medidas de velocidad de corrosión en numerosos líquidos, sobre hierro y acero, estableciendo cuantitativamente el hecho de que el ataque del hierro se estimula por contacto con un metal más noble, mientras que el contacto con un metal más activo confiere protección total o parcial.

1922 El primer artículo titulado “Corrosión” fue en un magacín del Instituto de Massachusetts cuyo autor es el profesor Whitman.

1923 aparecen las primeras investigaciones acerca de corrosión debido a microorganismos; uno de los primeros trabajos en este campo se debe a Von Wolzogen-Kuhr, puso en evidencia el mecanismo electroquímico del ataque del hierro por los microorganismos sulforreductores. Ese mismo año La corrosión anaerobia, originada por el desulfovibrio, se observó por primera vez en el suelo de los Países Bajos, donde se comprobó la aptitud de estas bacterias para corroer el hierro y el acero, formándose sulfuro ferroso como producto de la corrosión.

1931 el profesor R.S.Willians, del departamento de Metalurgia publicó un artículo titulado “la corrosión y la resistencia al calor de las aleaciones, (este no fue publicado hasta el año 1942 debido a la segunda guerra mundial)

1934, von Wolyogen Kuhr y van der Vlugt indicaron que la bacteria reductora de sulfato contribuye directamente a la corrosión de hierro por la Eliminación y el empleo de hidrogeno disponible en las áreas catódicas del metal a efectos de la reducción del sulfato en sulfuro.

En 1936 Kluyer y Van Niel identificaron Desulfovidrio desulfuricans otra bacteria anaeróbica del ciclo del azufre nativa del suelo, responsable de la corrosión de aleaciones dé acero.

El año 1938 marca un hito en la historia de los conocimientos sobre la corrosión gracias a las aportaciones del belga POURRAIX; por sus trabajos en el campo de la Termodinámica aplicada a la corrosi6n. Desafortunadamente, para laFirmeza de estas nuevas teorías sobre las reacciones de corrosión termodinámicamente posibles, no ocurren en la práctica, debido al aislamiento producido por los productos de la corrosión.

Década de los 50 El estudio de la corrosión y la publicación de nuevos artículos fueron detenidos debidos a que se cerraron escuelas y muchas personas fueron enviadas a esta conflagración. La corrosión como ciencia y la “Ingeniería de la Corrosión” se expandieron rápidamente especialmente en la década de los cincuenta. Se estudia de manera relevante la corrosión a partir de la electroquímica basada en los procesos de oxidación- reducción. Se han expandido los conocimientos de la electroquímica más que las de la “corrosión,” inclusive hay textos donde se aborda con mayor significación la Electroquímica y no la corrosión. Existen prominentes científicos que ayudan al desarrollo de la corrosión como una ciencia, entre los cuales podemos citar a tomashov, Yhli, Izgaryshev, Frumpin, entre otros.

1968 Warren P. Iverson, La corrosión del hierro y formación de sulfuro de hierro por Desulfovibrio desulfuricans.

1971, King y Miller Observaron la corrosión por las bacterias sulfato reductoras.

1977, J. Lichtenstein Estudió los fundamentos que causan la corrosión influenciada por microorganismos.

1979, G. A. Birchahll. Estudió el control de adherencias dentro de un sistema de enfriamiento por agua

1981 McCoyet al. Observaron la formación de biopelículas de adherencias.

1982 Trulear y charaklis. Estudiaron la dinámica de los procesos en las biopelículas. ademas Widdel y Pfenning describieron cinco clases de reducción de sulfato (desulfobacter, desulfobulbus, desulfocuccus, desulfonema y desulfosarcina)

1.4. MICROORGANISMOS CAUSANTES DE LA BIOCORROSIÓN

Entre los microorganismos que han recibido mayor atención se encuentran aquellos conocidos como bacterias reductoras de sulfato y las bacterias depositantes de metales, especialmente manganeso, bacterias formadoras de limo, bacterias nitrificantes y hongos

Bacterias reductoras de sulfato (BSR)

Estas bacterias son procariotas con una pared celular compleja y en su mayoría son anaerobias como las del genero desulfuvibrio, desulfuromonas y desulfotomaculum que se encargan de reducir sulfatos a sulfuros de hidrogeno generando el deterioro del metal. Existen excepciones de bacterias aerobicas como las del género thiobacillus y clostridium que oxidan el azufre para producir ácido sulfúrico, alterando el PH del medio y estableciendo una acción corrosiva sobre el metal.

Las industrias navieras, del petróleo y el gas son seriamente afectadas por los sulfuros generados por las BRS, La producción de sulfuro biogénico conduce a problemas de salud y seguridad, peligros ambientales y graves pérdidas económicas debido a la acidificación de los reservorios (incrementando el contenido de azufre) y a la corrosión de equipamientos. Desde el inicio de las investigaciones sobre los efectos de las BRS en la corrosión del hierro fundido en los años 30, se ha confirmado el rol de estas bacterias en la corrosión por pitting de varios metales y sus aleaciones tanto en ambientes terrestres como acuáticos, bajo condiciones tanto anaeróbicas como oxigenadas. Se han propuesto varios modelos para explicar los mecanismos por los cuales las BRS pueden influenciar la corrosión del acero (Tabla 1) y es claro que la actividad reductora de sulfato está de alguna manera involucrada. El producto de esta actividad, sulfuro, es corrosivo; sin embargo, el sulfuro químicamente derivado no tiene el mismo grado de agresividad, demostrando la importancia de los bioprocesos y la irrelevancia de experimentos con abióticos, tan opuestos a los componentes biológicamente derivados. Videla y otros utilizaron análisis de rayos X de dispersión de energía, espectroscopia de rayos X, difracción de rayos X, microscopía electrónica y microscopía de fuerza atómica para demostrar que la composición y estructura de las películas de sulfuro formadas en acero al carbono en presencia de la BRS Desulfovibrio alaskensis (sulfuros bióticos) eran diferentes de aquellas formadas en medios estériles que contenían sulfuro (sulfuros abióticos). Recientes reseñas declaran claramente que no podría existir un mecanismo predominante en la corrosión influenciada por BRS y que están involucrados un número de factores

Tabla 1 – Mecanismos sugeridos de corrosión de metales por BRS.Proceso corrosivo / Sustancia Referencia(s)Despolarización* catódica por von Wolzogen Kϋhr y van der Vlugt,

hidrogenosis 1934; Bryant et al., 1991.Despolarización* anódica Salvarezza y Videla, 1984; Daumas et

al., 1988; Crolet, 1992.Sulfuro Little et al., 1998.Sulfuros de hierro King y Wakerley, 1973.Un componente de fósforo volátil Iverson y Ohlson, 1983.Exopolímeros vinculados al Fe Beech y Cheung, 1995; Beech et al.,

1996, 1998, 1999.Grietas por corrosión inducidas por sulfuro

Edyvean et al., 1998.

Agrietamiento o ampollamiento inducido por hidrógeno

Edyvean et al., 1998.

* Despolarización es una aceleración de la reacción de corrosión y podría involucrar la eliminación de reactivos anódicos y catódicos.

Un trabajo considerable se ha centrado en la influencia de iones ferrosos en la acción de las BRS en aleaciones de acero. Obuekwe y otros reportaron considerable pitting en acero blando cuando iones ferrosos y sulfuro ocurrían simultáneamente. Cuando sólo se producía sulfuro, las tasas de corrosión primero se incrementaban y después declinaban debido a la formación de una película protectora de FeS. Altos niveles de hierro soluble prevenían la formación de tales capas protectoras. Moulin y otros demostraron que altos niveles de hierro soluble podrían derivar en altas tasas de corrosión en acero al carbón y Gubner y otros mostraron que esto estaba ligado a la disminución del pH. Se ha mostrado que la hidrogenosis de Desulfovibrio vulgaris (Hildenborough) está regulada por la disponibilidad de Fe2+, ofreciendo incluso otro mecanismo por medio del cual la corrosión puede estar afectada, tal como lo evaluaran Cheung y Beech. Así, la influencia de iones de hierro en corrosión influenciada por BRS es un fenómeno complejo; esto fue reseñado por Videla y otros.

El impacto de sulfuros en la corrosión de las aleaciones de cobre ha recibido últimamente una atención considerable. Las aleaciones de cobre son atacadas luego de sólo un día en aguas marinas con 0,01 ppm de sulfuro. En presencia de iones sulfuro se forma un componente intersticial de sulfuro cuproso, con la estequiometría general Cu2-xS (0 < x > 1); los iones de cobre emigran a través de esta capa y reaccionan con más sulfuro. El resultado puede ser la producción de una espesa escama.

La eliminación específica del níquel de 90-10 y 70-30 Cu-Ni ha sido reportada en agua marina con BRS El astillamiento de la región del metal enriquecida con níquel ocurre durante la exposición al flujo del agua marina, exponiendo el metal nuevo y provocando una nueva disolución de la aleación. Las soldaduras también exhiben este tipo de corrosión en presencia de BRS.

Las BRS pueden inducir la corrosión en aleaciones basadas en cinc y plomo. El producto de corrosión en el cinc es reportado como sphalerita (ZnS), mientras que la acción de las BRS en carbonatos de plomo produce galena (PbS), también encontrado como producto de corrosión en aleaciones de plomo-estaño

Bacterias productoras de acido (BPA)

Las bacterias pueden producir grandes cantidades de ácidos tanto orgánicos como inorgánicos como productos del metabolismo. Estos microbios pueden causar daños severos de corrosión a equipamientos de minería. Las bacterias productoras de ácidos orgánicos fueron sugeridas como la causa principal en un caso de corrosión de acero al carbono en una planta de energía eléctrica; fueron el único grupo de microorganismos cultivables cuya abundancia fue correlacionada positivamente con la corrosión. Ácidos acético, fórmico y láctico son productos metabólicos comunes de las BPA. Little y otros mostraron que una bacteria productora de ácido acético, aeróbica, aceleró la corrosión de acero inoxidable protegido catódicamente. Los depósitos protectores ricos en calcio formados durante la polarización catódica fueron desestabilizados o disueltos mediante la aplicación artificial de ácido acético.

El mecanismo de acción de los ácidos en la corrosión del acero blando está bien establecido en la literatura sobre metalurgia, pero los ácidos producidos y sus concentraciones son raramente monitoreados bajo condiciones de CIM.

Los ácidos producidos por los microorganismos productores de limo son concentrados en la superficie metálica; de aquí que el pH del caudal de la fase acuosa (el más frecuentemente medido por los investigadores) puede ser un parámetro totalmente irrelevante.

Los microorganismos productores de limo que excretan polisacáridos extracelulares acidificadores durante la formación de la biopelícula en superficies metálicas pueden influir la corrosión. Los grupos de ácido carboxílico de polisacáridos de la matriz tales como ácido alginico, producido por la bacteria Pseudomonas aeruginosa, formadora de biopelículas, se han calculado en el orden de separación de 6 Angstroms, y así altas concentraciones en la interfase metal-biopelícula . Es virtualmente imposible concentrar ácidos disueltos de bajo peso molecular a tan alto nivel. Estos grupos ácidos ionizables pueden por tanto ser muy importantes en la corrosión cuando el pH de la biopelícula es bajo

Bacterias depositantes de metales

Estas bacterias oxidan el hierro ferrosoFe2+¿¿ a hierro férrico Fe3+¿¿ obteniéndose hidróxido férrico y los acumulan en tubérculos (nodos o ampollamentos por acción

microbiana).Las bacterias del género Siderocapsa, Gallionella, Leptothrix, Sphaerotilus, Crenothrix y Clonothrix, participan en la biotransformación de óxidos de metales tales como el hierro y el manganeso. Las bacterias depositantes del hierro (por ejemplo Gallionella y Leptothrix) oxidan Fe2+, tanto disuelto en el flujo del medio o precipitado en la superficie, a Fe3+. Las bacterias de los géneros mencionados también son capaces de oxidar iones manganosos a iones mangánicos con deposición concomitante de dióxido de manganeso.

Un papel en la corrosión de los aceros ha sido asignado a las bacterias filamentosas envainadas detectadas por microscopio en los depósitos de corrosión formados naturalmente. Estas bacterias han sido típicamente asociadas con la formación de tubérculos (depósitos macroscópicos que contienen microorganismos, y materiales orgánicos e inorgánicos) y el consecuente ataque por pitting bajo depósito en el acero inoxidable. La resistencia a la corrosión de aleaciones tales como aceros inoxidables se debe a la formación de una fina capa pasiva de óxido. La formación de depósitos orgánicos e inorgánicos por BDM en la superficie oxidada compromete la estabilidad de dicha capa. Las acumulaciones densas de BDM en la superficie metálica pueden así promover reacciones de corrosión mediante el depósito de óxidos férricos y mangánicos catódicamente reactivos y el consumo local del oxígeno por respiración bacteriana en el depósito. Sin embargo, se debe ser cuidadoso al considerar a los microorganismos en productos de corrosión como el agente causal. Es sabido que algunas bacterias se adhieren preferentemente a los productos de corrosión y así estarán presentes en altos números aún cuando no desempeñen ningún papel en los procesos de corrosión primarios

Bacterias formadoras de limo

este tipo de bacteria son por lo general aerobias y las babazas que producen son mezclas de secreciones (polímeros extracelulares) donde el 99% es agua y contribuyen a la biocorrosión tanto activa como pasivamente.

Los microorganismos que producen copiosas cantidades de sustancias polimericas extracelulares(SPE) durante el crecimiento en biofilms han estado implicados en el ataque localizado de los aceros inoxidables (92). Los microorganismos formadores de limo que han sido recuperados de sitios de corrosión en aceros inoxidables incluyen Clostridium spp., Flavobacterium spp., Bacillus spp., Desulfovibrio spp., Desulfotomaculum spp. y Pseudomonas spp.

Se ha reportado una SPE tan pequeña como 10 ng cm -2 como provocadora del inicio de CIM de aceros inoxidables en aguas marinas; la protección catódica del

acero inoxidable, utilizada para prevenir la corrosión, en realidad ha incrementado la cantidad de SPE en la biopelícula. Sin embargo, el papel de la SPE en la CIM del acero inoxidable permanece oscuro. Se ha postulado que no son suficientes para inducir la biocorrosión del acero inoxidable a menos que se encuentre asistida por la presencia de un biocatalizador de reducción de oxígeno, que podrían ser enzimas oxido-reductoras atrapadas en la biopelícula. Se ha sugerido, incluso, que la SPE protege las superficies metálicas de la corrosión. Un consorcio bacteriano consistente en termofílicas Bacillus sp. y Deleya marina produjo SPE relacionada al metal que redujo la tasa de corrosión del acero al carbono en un 94% .

Un caso de cañería de cobre corroída en un sistema de agua potable involucró la presencia de una capa que se tiñó positiva con reactivo (ácido periódico) Schiff´s (PAS) y alcian azul, sugiriendo la presencia de polisacáridos acidificados. El microscopio de scaneo electrónico mostró que grandes cantidades de biopelículas estaban asociadas con los sitios con pit, con los caños más severamente corroídos conteniendo la mayoría de las biopelículas desarrolladas en pozos. En otro caso, los análisis químicos de los productos adheridos de la corrosión del cobre recuperados de caños de cobre fallados sugirió una interacción entre los productos inorgánicos y moléculas orgánicas biológicamente derivadas. Los productos de corrosión del cobre fueron localizados encima o dentro de la capa de biopelícula microbiana en contacto directo con la superficie de metal al descubierto en áreas donde el caño fue perforado. La biopelícula contenía acidificadores lineales y/o atravesados, o polisacáridos no iónicos, oligopeptonas y derivados Nacetylados ( N-acetilados) de glucosa, manosa y galactosa. Fueron identificados productos de corrosión ricos en complejos de cobre pyruvato, acetato, e histidina. Vinculantes de iones [Cu2Cl2]n

2- en la biopelícula sugirieron un mecanismo donde el secuestro de CL- en los pits podría promover una nueva ionización del cobre metálico. La evaluación microbiológica de los depósitos de corrosión mostró que mientras altos números de bacterias estaban asociadas con los pits, la presencia de bacterias no siempre estaba relacionada al pitting y que la tasa de especies bacteriológicas cultivadas era bastante variable.

Fue reportada una correlación entre el pitting del caño de cobre asociado con una capa superficial de óxido cúprico negro y la presencia de ciertas bacterias (Pseudomonas paucimobilis y Ps. Solanacearum) o sus polisacáridos. Davidson y otros correlacionaron la producción de productos metabólicos acidificadores por una biopelícula de bacterias Acidovorax delafieldii en una superficie de cobre con un incremento en la concentración de cobre en el flujo de la fase acuosa (por ejemplo, corrosión). El monto de cobre asociado a la superficie, extraíble, fue positivamente correlacionado con las concentraciones de proteína y carbohidrato en la biopelícula. Bremen y Geesey mostraron una correlación entre la acumulación de polisacáridos acidificadores en biopelículas bacterianas en capas de cobre y el inicio de la disolución de la película de cobre.

Little y otros utilizaron microscopio de electrodo de scaneo por vibración, empleando una microsonda de 20 µm, para demostrar la formación de áreas anódicas localizadas en cupones de cobre en presencia de la bacteria marina Oceanospirillum y su exopolímero. Un microscopio fluorescente con el Live/Dead Backlight Viability Kit® mostró que las áreas anódicas correspondían a aquellas con altas densidades bacterianas, pero la secuencia en la que ocurrían los cambios en la superficie no fue determinada.

La relación entre la propensión al pitting y las propiedades de los polímeros de la biopelícula ha sido investigada por Siedlarek y otros. El voltímetro cíclico mostró que las biopelículas artificiales formadas por los polisacáridos modelos, xanthan, alginata y agarosa, mostraron selectividad catiónica y ejercieron considerable influencia en reacción(es) de corrosión de una superficie de cobre en contacto con una fase acuosa, particularmente en los sitios donde los productos sólidos de corrosión fueron precipitados. Fue desarrollado un modelo fisicoquímico para describir la corrosión por pitting observada en cañerías de cobre de sistemas de agua potable. El modelo tiene en cuenta las propiedades y heterogeneidad de la membrana, y la distribución de exopolímeros en la superficie de los caños

Hongos

Los hongos son muy conocidos como productores de ácidos orgánicos, y son por tanto capaces de contribuir a la CIM. Muchos de los trabajos publicados sobre biocorrosión de aluminio y sus aleaciones tienen implicados contaminantes fúngicos de la nafta de aviones, Hormoconis resinae, Aspergillus spp., Penicillium spp. y Fusarium spp. El hongo H. resinae utiliza los hidrocarburos del combustible para producir ácidos orgánicos. Las superficies en contacto con la fase acuosa de las mezclas agua-combustible y sedimentos son lugares comunes de ataque. Las grandes cantidades de ácido orgánico por productos excretados por estos hongos disuelve o quelata selectivamente el cobre, cinc y hierro en los límites propios de las aleaciones de aluminio de los aviones, formando pits que persisten bajo las condiciones anaeróbicas establecidas bajo la capa fúngica. El crecimiento de estos y otros hongos en tanques de almacenamiento de combustible diesel puede producir grandes cantidades de biomasa y esto puede provocar un ataque con grietas en el metal. Se ha reportado que los cables cubiertos, en carretes de madera almacenados en ambientes húmedos han sido corroídos por Aspergillus niger y Penicillium spp. Se conoce que ambas especies de hongo producen ácido cítrico, el que puede estar involucrado en el ataque.

Los hongos reductores de hierro han sido aislados de tubérculos en un sistema de distribución de agua, sugiriendo otro mecanismo por medio del cual la corrosión puede ser acelerada por este grupo de microorganismos.

Bacterias nitrificantes

Son bacterias aerobias que se encargan de oxidar el amoniaco a nitratos produciendo finalmente ácido nítrico y generando una disminución en el pH y la concentración de oxigeno ocasionando de tal manera la corrosión del metal. Por ejemplo: la bacteria Nirobacter y las Nitrosomas.

ORGANISMO REPRESENTANTES GENERO

ACTIVIDAD CONDICIONES MEDIOAMBIENTALES

FERROBACTERIAS

GallionellaSphaeotilusLeptothrixSiderocapsaSideronemaFerribacteriumSideromonasNaumanniellaOchrobiumCrenothrixClonothrix

Formación de películas e incrustaciones por la precipitación de Fe y Mn.

Aeróbicos-Micro aeróbicos, PH (6-8),Fe++

8-16 de C, CO2

materia orgánica

SULFOBACTERIAS

ThiobacillusThiospiraThiobacterium

Utilizan azufre para producir H2SO4.

Aeróbicos, PH(2-5)10-35 ºC

BACTERIASSULFATO-RREDUCTORAS

DesulfovibrioDesulfotomacularDesulfomonas

Oxidan H2 o compuestas orgánicos para convertir sulfato en sulfuro.

Anaeróbicos, PH(5.5-9)26-65 ºC con etapas mesofilica y termofilica.

BACTERIASCARBONATO-RREDUCTORAS

MethanococcusMethanobacteriumMethanosarcina

Extraen su energía de la oxidación de sustratos orgánicos simpes y también

Anaeróbicos, con temperaturas mayores a 30ªC

pueden usar el H2.

BACTERIAS FERMENTATIVAS

Varios Oxidan materia orgánica y la transforma en ácidos orgánicos.

Anaeróbicos

HONGOS Varios Oxidan materia y la transforman en ácidos orgánicos.

Aeróbicos

Tabla 1. Organismos implicados en la biocorrosion.

1.5. FACTORES QUE INFLUYEN EN EL PROCESO DE BIOCORROSIÓN

Temperatura: todo microorganismo presenta una temperatura optima en la cual su desarrollo en la cual su crecimiento se presenta de manera acelerada, estas temperaturas oscilan entre 25 ℃ y 30 ℃, extremas bajo cero o superiores a 200℃

Potencial de hidrogeno (PH): Influye favoreciendo o perjudicando el desarrollo bacterial por medio de los potenciales de reacción. El pH óptimo para bacterias aerobias se encuentra entre 7.5 y 8; en bacterias anaerobias oscila entre 5.5 y 8.5. además para las ferrobacterias y thiobacterias les favorecen un pH de 3 a 4 y 0.2 a 0.6 respectivamente. Aclarando que las bacterias acidofilas tienen un pH acido.

Estado en que se encuentra el material: la estructura, las alteraciones de la superficie, por mínimas que sean, o del tererioro mecánico del metal son factores que permiten el inicio de la corrosión, la que a una vez iniciada continúa con la acción que desempeñan las bacterias.

Contenido químico del fluido: el oxígeno y el dióxido de carbono contribuyen a la obtención de óxidos y carbonatos en sitios deteriorados. En agua, gracias a la

presencia de N2 ,P , S ,Fe ,Mn ,Ca , NO3−¿¿

, PO43−¿¿, S2−¿¿, se genera el crecimiento de

microorganismos aerobios mediante la síntesis de estos para la producción de energía.

Los procesos de biocorrosión en superficies metálicas están asociados a la acción de microorganismos o a los productos de sus actividades metabólicas incluyendo enzimas, exo-polimeros (EPS), ácidos orgánicos e inorgánicos, así como con compuestos volátiles como amonio y sulfuro de hidrogeno.

1.6. MECANISMOS DE LA BIOCORROSIÓN

1.6.1. BIOCORROSIÓN ANAEROBIA

Figura 1. Mecanismo de la biocorrosión anaerobia

La manera para que exista corrosión formada por hidróxido férrico, es necesaria la presencia de tres elementos: hierro metálico, humedad y oxígeno.

El lugar donde el metal sufre la corrosión, es decir, el hierro pasa del estado metálico al iónico, y después al de solución, se llama ánodo. La reacción anódica es la siguiente:

Fe Fe2+ + 2e-

Los dos electrones liberados en el proceso anódico se desplazan por todo el metal al cátodo. En ésta, los dos electrones son captados por los iones H+ presentes en la solución (electrolito), que pasan a hidrógeno atómico (H), el cual es liberado como moléculas de hidrógeno gas (H2).

Por otro lado, La reacción catódica se denomina formación o evolución de hidrógeno (1) y paralelamente ocurre otra reacción que se conoce como absorción de oxígeno (2) y se puede expresar como:

(1) 2H + 2e−¿¿ 2H + H 2

(2) O2 + 2H 2O + 4 e−¿¿ 4OH−¿¿

En una celda de corrosión sencilla existe una interacción entre los productos originados por las reacciones anódicas y catódicas. El hidróxido ferroso, Fe (OH)2, es un resultado de los iones ferrosos, Fe2+, formados en el ánodo que se desplazan por la solución hacia las áreas catódicas con la presencia de los iones hidroxilo, OH-, formados en el cátodo. Ocurriendo la siguiente reacción:

Fe2+ + 2 OH-  Fe (OH)2

Posteriormente el resultado de esta reacción (hidróxido ferroso) se oxida a hidróxido férrico, Fe (OH)3, la conocida herrumbre, por el oxígeno disuelto en el agua (electrolito):

4Fe (OH)2 + O2 + 2 H2O  4 Fe (OH)3

La teoría de despolarización catódica establece que las Bacterias Sulfatoreductoras tienen la capacidad de oxidar el hidrógeno presente de manera natural en la superficie del metal.

Pero para lograrlo este tipo de bacterias trabajan en conjunto con otras de su misma especie para producir hidrogenasa que cataliza la oxidación del hidrógeno (transferencia de electrones), activando la despolarización catódica:

2H2 + O2  2H2O + energía

Aunque, tanto en las especies que producen hidrogenasa como en aquellas que no lo hacen la velocidad de corrosión es lineal y aproximadamente igual. Esto se debe a que la película parcialmente protectora de sulfuro ferroso no se forma sobre la superficie del metal. La velocidad de corrosión depende de la naturaleza y comportamiento de la película sulfurosa.

Sin embargo, la corrosión también sucede por el simple ataque del sulfuro de hidrógeno generado por estos organismos sobre el hierro, dando lugar a la formación y precipitación de sulfuro ferroso negro. Los iones sulfuro formados

actúan como despolarizantes anódicos, al reaccionar con los iones ferrosos para formar el sulfuro ferroso.

Figura 2. Reacciones involucradas en la oxidación del hidrógeno presente en la superficie del metal ocasionando la corrosión

La figura anterior se resume en las siguientes reacciones:

4FeO → 4Fe2+¿¿+ 8e−¿¿ (reacción anódica)

8H 2O → 8H+¿¿ + 8OH−¿¿ + 8e−¿¿

8e−¿¿ + 8H+¿¿→ 8H (reacción catódica)

SO42−¿ ¿+ 8H → S2−¿¿ + 4H 2O (despolarización catódica por las

sulfatobacterias) Fe2+¿¿ + S2−¿¿ → FeS (producto de la corrosión)

4Fe2+¿¿ + 8OH−¿¿ → 3Fe(OH )2 (producto de la corrosión)

Y su reacción completa es: 4FeO + SO42−¿ ¿ + 4H 2O → 3Fe(OH )2 + FeS + 2OH−¿¿

1.6.2. BIOCORROSIÓN AEROBIA

Las bacterias aerobias ocasionan la formación de ácido sulfúrico y forman sobre el metal precipitados que al quedar adheridos en forma aislada, originan procesos de aireación diferencial ocasionando la formación de picaduras.

Dentro de este tipo de bacterias se encuentran las ferruginosas y las thiobacillus.

Las Bacterias ferruginosas siempre acumulan hidróxido férrico alrededor de sus células originando que en sus proximidades aparezcan zonas manchadas con el conocido color de la herrumbre. Un ejemplo de estas es la Gallionella y la reacción de su metabolismo es la siguiente:

4 Fe (HCO3)2 + 2 H2O + O2   4 Fe (OH)3 + 8 CO2 + energía

Las bacterias Thiobacillus se caracterizan por crear una reacción fuertemente ácida en el medio donde se multiplican. Su pH óptimo de crecimiento se sitúa entre 3 y 4, aunque también lo es entre 0.2 y 0.6. Estas bacterias son el origen de la formación de H2SO4. En suelos que contengan sulfuros (piritas) pueden ocasionar fuertes corrosiones. Los representantes más conocidos de este grupo son: Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus thioparus, Thiobacillus denintrificans y Thiobacillus ferrooxydans.

Figura 3. Modelo esquemático de las reacciones electroquímicas ocasionadas por las bacterias ferroxidadoras y sulfatorreductoras para producir corrosión.

1.7. BIOPELÍCULAS

Una biopelícula o biofilm es un ecosistema microbiano organizado y conformado por uno o varios microorganismos asociados a una superficie viva o inerte, con características funcionales y estructuras complejas. Este tipo de conformación microbiana ocurre cuando las células planctónicas se adhieren a una superficie o sustrato, formando una comunidad, que se caracteriza por la excreción de una matriz extracelular adhesiva protectora.

Una biopelícula puede contener aproximadamente un 15% de células y un 85% de matriz extracelular. Esta matriz generalmente está formada de ex polisacáridos, que forman canales por donde circulan agua, enzimas, nutrientes, y residuos. Allí las células establecen relaciones y dependencias: viven, cooperan y se comunican a través de señales químicas, que regulan la expresión de genes de manera diferente en las distintas partes de la comunidad.

Las biopelículas se pueden formar sobre sustratos sólidos en contacto con humedad, en superficies de tejidos blandos en organismos vivos y en interfaces líquido-aire.

Las ubicaciones típicas para la producción de biopelículas incluyen rocas y otros sustratos en ambientes marinos o de agua dulce.

1.7.1. Formación de biopelículas

En cuestión de minutos, una monocapa orgánica se adsorbe sobre la superficie, cambiando sus propiedades físicas y químicas. Estos compuestos orgánicos son producidos a partir de polisacáridos o glicoproteínas que acondicionan las superficies y favorecen la adherencia de las bacterias. Esta adherencia se ve influenciada por la carga eléctrica de las bacterias. Los mecanismos de adherencia pueden ser estereoespecíficos, electrostáticos o iónicos.

Cuando la asociación entre bacterias y superficie es duradera en el tiempo se presentan otro tipo de interacciones químicas y físicas que transforman una adsorción reversible en una adherencia permanente e irreversible.

La etapa final conduce a la formación de sustancias poliméricas extracelulares o Exopolímeros. Muchos de estos contienen azucares como glucosa, galactosa, manosa, fructosa, ramnosa, N- acetilglucosamina y otros. La capa de

Exopolímeros y bacterias “atrapan” materiales como arcilla, compuestos orgánicos, células muertas y minerales precipitados, agregándolos a la diversidad del hábitat de la biopelícula. Esta diversidad biológica de la comunidad podría continuar incrementándose a medida que la biopelícula continúe atrayendo la adherencia y crecimiento de otros organismos.

Figura 4. Etapas de la formación de las biopelículas

En la primera y segunda etapa, las células planctónicas presentan una asociación leve al sustrato seguida por una fuerte adhesión. La tercera y cuarta etapa se caracterizan por la agregación celular en microcolonias seguido por la maduración de la biopelícula. En la quinta etapa, las células que conforman la biopelícula se desprenden de la colonia y retornan a la vida planctónica transitoriamente dispersándose.

1.8. CONSECUENCIAS DE LA BIOCORROSIÓN

En la actualidad la biocorrosion es uno de los problemas que más le cuesta a la industria ya que gran parte de la maquinaria que se ve involucrada en los procesos industriales está conformada de metales o aleaciones de los mismos. Además de los problemas económicos la seguridad de los trabajadores se ve afectada ya que la maquinaria e infraestructura no se encuentra en óptimas condiciones.

Hay dos maneras fundamentales de identificar los efectos de la biocorrosión: por biofouling, o deterioro a causa de las biofilms. El biofouling es la contaminación

producida por actividad microbiana sobre diferentes superficies presentando una gran acumulación de microorganismos. La corrosión de los metales por biopelículas es ocasionada por la actividad metabólica de consorcios bacterianos y por las características propias de la superficie del material que permite el crecimiento de las mimas. En la industria petrolera, en la extracción y almacenamiento del petróleo las biopelículas compuestas por bacterias sulfato-reductoras producen grandes cantidades de ácido sulfhídrico y hace que el crudo sea un producto de menor rendimiento. En las tuberías, la presencia de biopelículas aumenta la viscosidad ocasionando el taponamiento de filtros y orificios de estas estructuras produciendo alteraciones al fluido circulante.

Figura 5. Esta imagen muestra las biopeliulas cuando estas se han desarrollado por mucho tiempo. Esta gran capa impide el flujo de los fluidos a través de las tuberías.

2.8.1 INDUSTRIAS AFECTADAS POR MIC Proceso químico industrial: depósitos de acero inoxidable, tuberías y

uniones con bridas, especialmente en las zonas soldadas después de pruebas hidrostáticas con río natural o aguas de pozo.

La generación de energía nuclear: el carbono y tubos de acero inoxidable y tanques; cobre-níquel, acero inoxidable, latón y bronce de aluminio del agua de refrigeración tuberías y tubos, especialmente durante la construcción, prueba hidrostática, y los períodos de interrupción.

Industrias del petróleo y gas en tierra y en alta mar: los sistemas de inyección de agua y suspendido su actividad, sistemas de manejo de petróleo y gas, sobre todo en aquellos ambientes agriado por las bacterias reductoras de sulfato (SRB)-sulfuros producidos

Industria de la tubería subterránea: saturado de agua de tipo arcilla de los suelos cerca de pH neutro con la materia orgánica en descomposición, y una fuente de SRB.

Industria de tratamiento de agua: intercambiadores de calor y tuberías Las aguas residuales y manejo de la industria del tratamiento: estructuras

de hormigón y hormigón armado Carretera industria de mantenimiento: Las tuberías de alcantarilla Industria de la aviación: tanques de aluminio integrales de las alas y los

tanques de almacenamiento de combustible Industria metalúrgica: un mayor desgaste de la descomposición de los

aceites y emulsiones de mecanizado Industria marina y el transporte marítimo: el daño acelerado a los buques y

barcazas

Para combatir este proceso se ha dedicado mucha investigación y creado entidades que se especializan en este tema, con el fin de generar conocimiento, tecnologías de carácter correctivo, preventivo y predictivo y soluciones integrales innovadoras frente al fenómeno de corrosión. Algunos grupos de investigación en corrosión en Colombia son:

Corporación para la Investigación de la Corrosión, CIC,Guatiguará. Sede de la Universidad Industrial de Santander,Piedecuesta, Santander.http://corrosion.uis.edu.co

Grupo de Investigación en Corrosión, GICFacultad de Ingeniería, Universidad Industrial de Santander,Sede Guatiguará, Piedecuesta, Santander.http://uis.edu.co

Instituto Colombiano del Petróleo, ICPPiedecuesta, Santander.http://www.icp.ecopetrol.com.co/

Grupo de Protección y Corrosión de la Universidad de Antioquia Medellín, Antioquia.http://jaibana.udea.edu.co/grupos/corrosion/

Grupo de Superficie Electroquímica y Corrosión, GSEC,Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia.Tunja, Boyacá.www.uptc.edu.co/gsec

2.8.2 COSTOS

No existen cifras oficiales sobre los costos de las CIM, pero se pueden considerar los costos de reparaciones y remplazos de tubería y materiales. Además de Costos de prevención, en los Estados Unidos de Norteamérica (U.S.A.) , Battelle Foundation y el Specialty Steel Industry of North America, establecieron en 1995, que dicho costo representa aproximadamente unos 300,000.00 millones de dólares al año equivalente al 4.2% de su producto bruto interno (PBI). Si se considera que de esas cifras, los problemas derivados de la corrosión microbiológica y el biofouling representan aproximadamente un 20%, en base a un estudio realizado en el Reino Unido hacia fines de la década de los 70' s, el costo sería del orden de los 60,000.00 millones de dólares al año o un equivalente de aproximadamente el 1% del PBI, cifras mas recientes se pueden ver un estudio hecho por la Revista “Petróleo Internacional”, revela que las pérdidas económicas debido a la corrosión de tuberías de petróleo durante el año 2009 fueron US$13.400 millones, de los cuales el 40% corresponde al tipo de corrosión influida bacteriológicamente, principalmente al causado por el sulfuro de Hidrogeno (H2S).

Escom, el servicio nacional de energía de Sudáfrica que provee el 90% de los requerimientos energéticos del país, ha detectado CIM en acero al carbono en sistemas de aguas de enfriamiento en prácticamente todas sus plantas. Los costos asociados a las reparaciones y paradas de planta son de millones de dólares anuales (14). Se ha estimado que la corrosión por pitting bajo depósito en cañerías de intercambiadores de calor en plantas generadoras de energía nuclear operadas por Ontario Hydro de Canadá le ha costado a la empresa U$S 300.000 por unidad por día. Los problemas de corrosión le han costado al servicio nuclear billones de dólares sólo en costos de recambio (Jones, 1996). Las pérdidas en la industria del gas y el petróleo son también sustanciales; Jack y otros (50) estimaron que el 34% de los daños por corrosión experimentados por una compañía petrolera estuvo relacionado a microorganismos. En los años 50´, los

costos relacionados a la CIM en reparaciones y reemplazos de materiales de cañerías utilizados en distintos tipos de servicios en los EEUU fueron estimados en alrededor de 0,5 a 2 billones de dólares anuales. Booth (15), en el Reino Unido, estimó que el 50% de las fallas por corrosión en cañerías involucraban CIM, mientras que Flemming (40) propuso que aproximadamente el 20% de todos los daños por corrosión a materiales metálicos son microbiológicamente influenciados. Los costos en reemplazos de estructuras biocorroídas en la industria del gas, fueron recientemente estimados en el Reino Unido en £250 millones al año. Frecuentemente, las pérdidas económicas debido al daño de equipamientos por biocorrosión se combinan con aquellas resultantes del bioensuciamiento. Mientras que los dos fenómenos pueden estar asociados, no causan el mismo tipo de daño. Los costos asociados con la CIM normalmente incluyen los costos de prevención tanto de CIM como de bioensuciamiento; dado que se basan en una interpretación limitada del fenómeno, podrían ser subestimados.

Considerando esto la biocorrosion es un gran problema para las industrias que fueron mencionadas previamente puesto que deben invertir recursos en la prevención y control de este fenómeno.

1.9. MECANISMOS DE CONTROL

Cuando se sospecha de un problema de MIC es de especial importancia constatar la presencia de bacterias relacionadas con ese fenómeno. Para ello, es imprescindible aislar los microorganismos del medio original, donde normalmente se encuentran formando consorcios y rara vez en forma aislada, por lo cual para los ensayos de laboratorio es necesario purificarlos e identificar los géneros y especies a las cuales pertenecen, Para lo cual es indispensable conocer los requerimientos nutricionales de los diferentes microorganismos

Existen diferentes técnicas microbiológicas útiles para evaluar el crecimiento microbiano dentro de un sistema donde se sospecha de problemas causados por microorganismos. Dentro de las cuales se mencionan las siguientes:a) Cuenta de colonias por vaciado en placab) Técnica del número más probablec) Cuenta microscópica directad) Cuenta en ampoviales

La eliminación del microorganismo causante del problema es difícil de lograr en sistemas abiertos, mientras que en sistemas cerrrados la eliminación puede ser más factible por medio de biocidas.

En el caso de los biocidas, éstos deben cumplir con las siguientes características: a) Especificidad adecuada sobre el microorganismo.b) Capacidad para mantener su acción inhibidora frente a otras sustancias

presentes en el medio, en similares condiciones de temperatura y pH, no debiendo desarrollar tolerancia por parte del microorganismo

c) No ser corrosivo para el sistema donde debe usarse.d) Presentar una adecuada biodegradabilidade) Bajo costoEs importante tener en cuenta que el desgaste que se presenta por corrosión no sucede únicamente debido a la presencia de bacterias en el medio. A través de prácticas se han obtenido diferentes observaciones que han permitido demostrar que las bacterias no son las únicas causantes de la corrosión:

El análisis de los productos de corrosión que se encuentran en los equipos, tuberías o tanques ha arrojado una información importante que es útil para identificar problemas relacionados con la actividad microbiana. Se puede identificar que la corrosión en forma de picadura que se encuentra en la parte inferior del tubérculo y conlleva a un producto de corrosión negro, en lugar de uno color rojizo puede indicar la presencia de bacterias sulfato reductoras.

Es necesario implementar sistemas que reduzcan los efectos causados por la biocorrosión. En busca de controlar los daños causados por la biocorrosión se han identificado una diversidad de productos químicos que minimizan el desarrollo de las bacterias, estos productos se clasifican en bactericidas o bacteriostáticos de acuerdo con su efectividad: sí eliminan o inhiben el crecimiento de las bacterias. Los productos pueden ser inorgánicos como el cloro, los cromatos y compuestos de mercurio y plata u orgánicos como clorofenoles, aminas y derivados cuaternarios de amoníaco que experimentan funciones duales, pues sirven como biosidas o reductores de formaciones de biopelículas. La escasez o poca utilización de estas sustancias en las áreas puede ampliar la posibilidad de contraer corrosión. A pesar de esto, existe la posibilidad de que las bacterias en los depósitos sean las causantes del deterioro pues para que el bactericida sea efectivo debe estar en contacto directo con la bacteria de manera que sí se desea una mayor eficacia habría que limpiarse el lugar antes de aplicar el biosida.

Para prevenir la corrosión se usan inhibidores que forman una barrera entre el material y el reactivo, se han creado protecciones catódicas que convierten en cátodo toda la superficie metálica para que exista corriente continua.

En resumen, los aspectos que deben tenerse en cuenta para que en un material metálico no incurra en la corrosión por microbios son: Verificar qué tipo de contaminación está ocurriendo.

Uso controlado de biosidas como los mencionados anteriormente. Seleccionar materiales de recubrimiento especial. Usar sistemas de limpieza frecuentes. Usar protección catódica.

A continuación presentamos una metodología empleada para controlar y detectar la presencia de microorganismos causantes de la corrosión en un gasoducto:

Diagrama 1.0 Tomado y modificado de la tesis titulada identificación y evaluación de la capacidad de corrosión de una bacteria esporulada aislada de un gasoducto.

Identificación del microorganismo y su aislamiento después de que cumpla un año en el gasoducto.

Proceso de selección del medio del cultivo para posteriores estudios de crecimiento y corrosión.

Presencia de ácidos orgánicos en la muestra elegida.

Medición del crecimiento de las bacterias sésiles (que se adhieren sobre la superficie del material metálico) o planctónicas (tiene libre flotación) durante los estudios de corrosión.

Medición de la velocidad de corrosión mediante una celda electroquímica. Luego se procede a observar la corrosión sobre la superficie metálica mediante microscopía electrónica de barrido.

Técnica gravimétrica

(Medición de la masa de metal perdida por la corrosión microbiana, para ello se relaciona el tiempo de exposición con la pérdida de peso de material, su densidad y el área expuesta al medio corrosivo)

1.10. VENTAJAS BIOCORROSION

Si bien el proceso de la biocorrosión como tal es un problema industrial que afecta a diversos sectores generando grandes pérdidas económicas y materiales, el uso de estos microorganismos en otros procesos donde pueden brindar utilidad ha sido evaluado permitiendo que bacterias sulfato reductoras sean utilizadas en:

reducir hidrocarburos tales como benceno , tolueno , etilbenceno y xileno , y se han utilizado para limpiar suelos contaminados. Su uso también ha sido propuesto para otros tipos de contaminaciones.

Además las bacterias sulfato reductoras son consideradas como una posible manera de hacer frente a las aguas de mina ácido que son producidas por otras bacterias.

Por otro lado las biopelículas toman un papel muy importante en la bioremediación, en donde transforman agentes contaminantes a formas menos dañinas. Existen ámbitos donde la participación de las bacterias en este proceso son:

Bioremediación de aguas residuales.

Las aguas residuales domésticas e industriales generalmente son ricas en materiales orgánicos y deben ser tratadas en alguna forma antes de devolverlos al ambiente. Los procesos para el tratamiento de las aguas residuales son prácticamente sistemas de cultivo microbiano a gran escala que utilizan biopelículas en los cuales las sustancias orgánicas de los desechos se degradan a dióxido de carbono, gas metano y otros nutrientes inorgánicos. El agua residual se trata dentro del fondo de un tanque donde se pone en contacto con lodos o agregados de biopelículas unidos a partículas muy pequeñas. La degradación anaeróbica de los sustratos orgánicos ocurre en el lecho del lodo y allí mismo se genera gas metano como uno de los productos finales. Este gas tiene una utilidad valiosa porque puede ser recolectado por un sistema de tuberías para generar energía. Además, en muchos países como Colombia el residuo sólido del lodo que

consiste en material no digerible y células bacterianas, se elimina periódicamente y se seca para ser utilizado como abono para la tierra.

Bioremediación de suelos y aguas subterráneas

Cuando los suelos o las aguas se contaminan con hidrocarburos como el petróleo, las biopelículas cumplen un papel fundamental en su bioremediación. Las bacterias oxidantes de los hidrocarburos son capaces de adherirse a las gotas insolubles de petróleo y de lograr la dispersión de la capa. Estas biopelículas están conformadas básicamente por especies de Pseudomonas, corinebacterias, micobacterias y algunas levaduras. Sin embargo, para el buen desempeño de la biopelícula se requieren condiciones especiales de oxígeno, temperatura, pH, nutrientes, sin las cuáles la bioremediación no se produce.

De igual manera se busca resolver con la utilización de biopelículas. la contaminación de las aguas subterráneas con sustancias como alcanos y alquenos clorados usados como disolventes de limpieza. Para esto se han desarrollado las biobarreras que consisten en acúmulos de biopelículas que forman una barrera impermeable para el flujo del agua contaminada a otros sistemas. El desempeño de la biopelícula dependerá de las mismas condiciones que se mencionaron antes.

Otros sistemas que se han utilizado con éxito en el proceso de bioremediación, son los biofiltros que evitan la contaminación del aire dada por compuestos orgánicos volátiles provenientes de las grandes empresas químicas y de las estaciones depuradoras de aguas residuales. En el biofiltro las comunidades microbianas crecen sobre la superficie de un soporte por lo general de plástico, a través del cual pasa el aire contaminado. Los compuestos solubles en el gas entran en la biopelícula y quedan disponibles para su biodegradación, generándose productos no tóxicos. La principal ventaja de un sistema debiofiltro sobre otras alternativas de control de la contaminación del aire, son los bajos costos de inversión y explotación, las bajas necesidades de energía y la ausencia de subproductos y residuos que requieran un tratamiento posterior. En la piscicultura la utilidad de los biofiltros está en la descomposición del amoníaco generado por los peces como producto de su alimentación.

Las biopelículas presentan otro campo de interés para los investigadores, los biolixiviados. Estos son líquidos generados a partir de la descomposición de material orgánico por biopelículas que se utilizan para combatir agentes externos

dañinos. En Colombia la biolixiviación del raquis del plátano, un residuo de la agroindustria platanera, se utiliza para controlar el mildeo polvoso una enfermedad en las rosas. Esta investigación la llevaron acabo miembros del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) encontrando buenos resultados porque además de ser una alternativa ecológica en el control de la enfermedad, es económica.

1.11. ACTUALIDAD DE LA BIOCORROSION

Ambientes con temperaturas que oscilan entre los 800°C y los 1050°C, con presiones superiores a las experimentadas por un ser humano en condiciones normales y con atmósferas altamente corrosivas han estado presentes permanentemente en el desarrollo de la industria, convirtiendo la corrosión en un tema latente que afecta la productividad y la economía de la mayoría de sectores.

Hace casi dos décadas se creó en Colombia la Corporación para la Investigación de la Corrosión, (CIC), con el fin de generar conocimiento, tecnologías de carácter correctivo, preventivo y predictivo y soluciones integrales innovadoras frente al fenómeno de corrosión, generador de problemas en la industria petrolera, de gas, de energía eléctrica, del carbón y de transporte aéreo, terrestre y marítimo.

Desde entonces se ha enfocado en proyectos de investigación y programas tecnológicos que permiten la implementación de soluciones alternativas para el manejo efectivo e integral de la corrosión. La CIC cuenta con una Línea Tecnológica de Biocorrosión y un Laboratorio de Biocorrosión que ha permitido que la corporación se permita prestar servicios especializados en la determinación del grado de criticidad microbiológica de sistemas susceptibles a biodeterioro, mediante el análisis de muestras recolectadas en facilidades y cuantificación de Bacterias, asociadas a procesos corrosivos como BSR, BPA, BHT y BAnT. El análisis de la efectividad de productos Biocidas usando ensayos tipo time kill normalizados; la formulación, elaboración y venta de medios de cultivo para bacterias asociadas a procesos corrosivos y la determinación de las velocidades de corrosión localizada.

Además presta servicios especializados en recubrimiento, que implica la caracterización bajo condiciones simuladas, pruebas post-simulación, diagnósticos de corrosión in situ y corrosión en medios naturales.

La Corporación se encarga de la coordinación también del Grupo de Investigaciones en Corrosión de la Universidad Industrial de Santander, grupo que dentro de sus líneas de investigación contempla la corrosión de biomateriales. Otros grupos destacados a nivel nacional son: el Grupo de Superficies, Electroquímica y Corrosión de la Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia, y el Grupo de Corrosión y Protección de la Universidad de Antioquia que se encuentra en la categoría A Colciencias

La CIC maneja una tecnología ITION

Figura 6.Tecnología para la Inspección de Tendencias Inerciales y Operacionales cuarto de líneas de transporte de hidrocarburos.

Para reducir los efectos de la corrosión e incrementar la seguridad de las instalaciones, plantas y equipos se ha generalizado la aplicación de barreras de aislamiento entre los metales y el medioambiente a través de sistemas de recubrimientos anticorrosivos. Reduciendo el uso de muchos compuestos químicos utilizados en las formulaciones de los recubrimientos ya que han sido sujeto de regulaciones gubernamentales a nivel mundial debido a la creciente preocupación sobre aspectos de Seguridad, Salud y Protección Ambiental, que aunado a la innovación tecnológica en el campo de los recubrimientos, ha originado nuevos sistemas que se encuentran disponibles

Ha desarrollado unidades rectificadoras de protección catódica, siete sistemas para monitoreo de corrosión interna, diez software que fortalecen la detección de corrosión en diferentes medios y por diferentes agentes y cinco equipos de monitoreo implementado en embarcaciones

Perola CIC, también involucrada en los fenómenos de biocorrosión, desarrolló un sistema que permite determinar los diferentes grupos poblacionales asociados a esta problemática, creando un producto orientado al diagnóstico y seguimiento de las poblaciones bacterianas: BIoCor. Este utiliza medios de cultivo líquido

compuestos por sustancias nutritivas que aíslan e identifican los principales grupos bacterianos asociados a la biocorrosión, detectándolos y cuantificándolos a partir de muestras sólidas o líquidas, es por esto que maneja cuatro líneas específicas: BIoCor para Bacterias Sulfatorreductoras(BSR), Productoras de Ácido(BPA), Anaerobias Totales(BAnT), Heterótrofas Totales(BHT).

Figura 7. Este producto fue la base para la creación del ECOCORR-BSR, producido por Ecopetrol.

En el Laboratorio de Corrosión a Alta Temperatura del Instituto Colombiano del Petróleo existen los equipos para crear infiernos a la medida, recreando condiciones de temperatura extrema que inciden en la corrosión. En los últimos años, mediante tesis de grado realizadas en convenios con la UIS se evaluó un acero inoxidable adecuado para la malla metálica de soporte del antierosivo de la planta cracking UOP II de la Refinería de Barrancabermeja.

Se estableció también un parámetro destinado a predecir con mayor precisión la vida útil de los materiales que conforman los hornos donde se produce etileno, además de generara recomendaciones sobre las temperaturas y condiciones críticas que podrían impactar negativamente la vida de los tubos en los que se lleva el proceso.

Se adquirieron cuatro equipos, uno diseñado por el mismo ICP, que permiten seguir los fenómenos de corrosión que ocurren en hornos y calderas.

En el caso del craqueo catalítico que produce el aumento de los niveles de corrosión en la infraestructura; al ver afectado un equipo que requiere mallas de acero inoxidable y que pese a ser de este material no fue inmune a la corrosión generada por la acción del oxígeno y el carbono a altas temperaturas, la planta

tuvo que ser detenida en 2006 mostrando un deterioro evidente en la estructura. El ICP abordó la búsqueda de una solución basado también en una tesis de grado de la UIS. Este proyecto tuvo un gran impacto en la Refinería de Barrancabermeja, ya que permite aumentar el tiempo de vida útil de la malla aproximadamente en 10 años, tiempo durante el cual la estructura actual se cambiaría cuatro veces, lo que demandaba una inversión de US$3.300.000, dinero que se ahorra ahora la empresa.

Entre el ICP y las refinerías de Ecopetrol se han realizado programas de “Evaluación de Integridad y estimación de vida residual de equipos en Ecopetrol” desde 1991, con estos se han encontrado y revisado daños acumulados en los equipos de proceso fabricados con aleaciones de aceros de diferente tipo.

Gracias a los datos obtenidos se desarrollaron aleaciones que se adoptaron en la industria de generación eléctrica térmica y nuclear. En 1992, en Colombia se instalaron tuberías de este tipo en reemplazo a las aleaciones férricas convencionales en un horno de viscorreducción.

2. CONCLUSIONES

La inversión hecha en la investigación de los mecanismos de daño por biocorrosión y prevención de la misma, analizando los factores directamente influyentes en este proceso, es necesaria y casi obligatoria. Lo que se obtiene con la investigación ayuda a disminuir costos de operación y mantenimiento para aumentar el tiempo de vida de los equipos y, por ende, su rentabilidad.

Debido que la corrosión microbiana es un proceso muy espontaneo en estructuras metálicas en las industrias se precisa de las metodologías adecuadas de seguimiento, complementado por técnicas microbiológicas y electroquímicas de campo y laboratorio, para poder entender los efectos derivados de la actividad microbiana y el papel de las biopelículas. Ya que estas juegan un papel imprescindible para que se presente biocorrosion.

El “factor corrosión” es fundamental en el proceso de selección de materiales y diseño de las estructuras. Son múltiples los sistemas de protección existentes y la experiencia ha demostrado que muchas veces la solución óptima se alcanza integrando varios de ellos.

Puesto que ahora hay más seguridad y control en las empresas se debe tener en cuenta que antes de aplicar cualquier biocida para el tratamiento de la corrosión microbiana se deben agotar medidas no contaminantes, un ejemplo de ellas puede ser el ozono.

3. Bibliografía

Dillon, C.P., 1986. Corrosion Control in the Chemical Process Industries. Mac Graw-Hill, New York, pp. 245–260.

Campos Ortega, Humberto R. and Campos Ortega, Claudio H. 2004.Corrosión bacteriana en metales. Pp. 29-34.

http/:corrosión.uis.edu.co GUERRERO ROJAS, JoseJ. Y OLIVERA V.,Sonia. Corrosión microbiana.

Congreso Latinoamericano de estudiantes de microbiología y parasitología – CEUPS.

Francisco J. Pancorbo, 2011,corrosión y envejesimiento de los materiales empleados en la edificación, marcombo pp. 204-219

Luis Bilurbina Alter 2003 Corrosion y protección edicions upc pp50-53 S. Feliu y M. C. Andrade, 1991, Corrosión y protección metálicas, Volumen

1 pp 122-132 M.D. Ferrari, M.F.L. de Mele, H. A. Videla. Manual Práctico de Biocorrosión

y Biofouling para la industria, CYTED. Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnología para el Desarrollo. 1995, pp. 54-57.

Iwona B. Beech y Christine C. Gaylarde Recent advances in the study of biocorrosion, University of Portsmouth, UK, 1999

García-Caloca. G; Romero-Domínguez J.M.; Ibarra-Núñez E. deteccion y control de la corrosion inducida por microorganismos en sistemas de recuperación secundaria