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C 0 N T E N I D 0 SALIR Operacin Libro

CAPITULO 1 IMPORTANCIA DE LA CORROSIN

1.1 DEFINICIN Y MECANISMO DE CORROSIN

1.1.1 Definicin de corros in

1.1.2 Prdidas econmicas1.1.2.1 Prdidas directas1.1.2.2 Prdidas indirectas

1.1.3 Condiciones corros ivas potenciales1.1.3.1 Metales o aleaciones diferentes1.1.3.2 Tipos de suelos1.1.3.3 Contaminacin del suelo1.1.3.4 Contenido de oxgeno1.1.3.5 Presencia de escoria y cascarilla de laminacin

1.1.3.6 Corrosin por par galvnico distante1.1.3.7 Metales dismiles1.1.3.8 Variacin de la composicin del suelo1.1.3.9 Suelos de naturaleza corrosiva1.1.3.10 Contaminacin del medio ambiente

1 1 4 M i d i

http://menucna.pdf/http://fol.pdf/http://fol.pdf/http://menucna.pdf/

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CAPITULO 2 QUMICA DE LA CORROSIN

2.1 ELECTROQUMICA DE LA CORROSIN2.1.11 Corrosin galvnica

2.1.1.1 Qumica de la corrosin galvnica2.1.1.2 Electrolitos diferentes2.1.1.3 Flujo de corriente

2.1.2 Corrosin electrol tica

2.2 QUMICA DE LA CORROSIN EN SISTEMAS DE AGUA

2.2.1 Clculo de la velocidad de corrosin2.2.2 Principios bsicos de la corrosin

2.2.2.1 Potencial de corrosin2.2.2.2 Voltaje de celda2.2.2.3 Leyes de Ohm y Faraday2.2.2.4 Materiales que provocan la corrosin galvnica

2.2.2.5 La serie galvnica2.2.2.6 Materiales galvnicos en los sistemas de distribucin de agua

2.2.3 Fenmenos de polarizacin y pasivacin2.2.3.1 Polarizacin2.2.3.2 pasivacin

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CAPITULO 3 EVALUACIN DEL POTENCIAL DE CORROSIN

3.1 EFECTOS DEL AMBIENTE QUMICO SOBRE LOSMATERIALES PARA TUBERA DE AGUA3.1.1 Resistividad del suelo 3.1.2 Grado de alcalin idad o acidez (pH)3.1.3 Potencia de xido -reduccin (REDOX)

3.1.4 Diagramas de potencial de Hidrgeno3.1.5 Sulfuros3.1.6 Humedad3.1.7 Experiencia de campo

3.2 TUBERAS DE HIERRO FUNDIDO DIJICTIL Y GRIS3.3 TUBERA DE ACERO3.4 TUBERA DE COBRE3.5 TUBERA CONDRICA DE CONCRETO

3.5.1 Cloruros3.5.2 Interferencia catdica3.5.3 Suelos cidos3.5.4 Condiciones atmosfricas

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4.3 PREPARACIN Y LIMPIEZA DE LAS SUPERFICIES

4.3.1 Correccin de las imperfecciones de la superficie4.3.2 Limpieza de la superf icie4.3.3 Mtodos de preparacin de superfic ie4.3.4 Aspectos prcticos en la preparacin de superficies4.3.5 Preparacin mecnica

4.3.5.1 Limpieza manual de superficies4.3.5.2 Limpieza con herramientas elctricas y neumticas4.3.5.3 Limpieza con flamas4.3.5.4 Limpieza con chorro de abrasivo4.3.5.5 Tipos de abrasivo4.3.5.6 Descripcin del equipo para sopleteo4.3.5.7 Consideraciones para la limpieza por sopleteo4.3.5.8 Procedimientos de operacin del equipo para sopleteo4.3.5.9 Limpieza de uniones4.3.5.10 Seguridad

4.3.6 Preparacin qumica4.3.6.1 Enjuague y desengrasado con disolventes4.3.6.2 Limpieza con vapor4.3.6.3 Limpieza alcalina4 3 6 4 Li i id

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5.3.1 Sistema de nodos, galvnicos

5.3.1.1 Material de relleno5.3.1.2 Caractersticas y seleccin de los nodos5.3.1.3 Ventajas y desventajas de los nodos galvnicos5.3.1.4 Diseo y construccin

5.3.2 Sistemas por corriente impresa5.3.3 Principios de operacin y usos comunes5.3.4 Diseo y construccin de sistemas5.3.5 Interferencia por corrientes parsitas5.3.6 Proteccin catdica combinada con recubrimientos

5.4 PROTECCIN ANDICA5.4.1 Descripcin y usos de la proteccin andica5.4.2 Desventajas de la proteccin andica,

5.5 PROTECCIN POR ALTERACIN DEL MEDIO CORROSIVO

5.5.1 Reduccin de la temperatura

5.5.2 Reduccin de la velocidad del flujo del medio corrosivo5.5.3 Eliminacin del oxgeno y/o agentes oxidantes5.5.4 Modificacin de la concentracin y/o composicin5.5.5 Uso de substancias inhibidoras de la corrosin

5.5.5.1 Inhibidores de tipo absorcin

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NDICE DE FIGURAS

CAPTULO 1.- IMPORTANCIA DEL CONTROL DE LA CORROSIN

1.1 Cambio de la energa libre qumica de un sistema.

1.2 Corrosin galvnica de una tubera enterrada.

1.3 Corrosin por tipos de suelos.

1.4 Corrosin debida a tipos de suelos.

1.5 Corrosin de una tubera de acero enterrada.

1.6 Corrosin de una tubera de acero por escoria.

1.7 Corrosin de una tubera enterrada

CAPTULO 2.- QUMICA DE LA CORROSIN

2.1 Elementos bsicos de una celda de corrosin galvnica: nodo, ctodo,l t lit i d t

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2.11 Tubera que muestra reduccin de espesor por corrosin por picadura.

2.12 Tubera que muestra reduccin de espesor por choque.2.13 Corrosin microbiolgica debida a la bacteria sulfato-reductora (anaerbica)

2.14 Corrosin bajo esfuerzos.

2.15 Corrosin selectiva.

2.16 Corrosin atmosfrica.

2.17 Formacin de ampollas de hidrgeno en un medio expuesto a un medio corrosivoespecfico.

2.18 Falla por Corrosin y erosin.

CAPTULO 3.- EVALUACIN DEL POTENCIAL DE CORROSIN

3.1 Resistividad del suelo.

3.2 Mtodos de la probeta o sonda sencilla para la medicin de la resistividad del suelo.

3.3. Medicin de la resistividad de una muestra de suelo por medio de la caja de suelo"Soil box"

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5.4 Proteccin catdica a base de nodos galvnicos en el que se muestra un punto de

prueba para medicin.5.5 Medicin del potencial de corrosin electroqumico.

5.6 Proteccin catdica por corriente impresa de un tanque de almacenamiento.

5.7 Proteccin catdica por corriente impresa.

5.8 Corrosin debida a la falta de proteccin catdica por discontinuidad elctrica.

5.9 Corrosin por corrientes vagabundas provocadas por un sistema de proteccin catdicapor corriente impresa.

5.10 Proteccin catdica por corriente impresa para un tanque de acero, misma que ha sidoutilizada para proteger una tubera aledaa mediante un puenteo.

5.11 Detalle de la disposicin de un nodo inerte (grafito) para un sistema de proteccin

catdica por corriente impresa.

5.12 Proteccin andica del interior de un tanque de acero que contiene cido sulfrico.

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NDICE DE TABLAS

CAPTULO 1 IMPORTANCIA DEL CONTROL DE LA CORROSIN1.1 Serie Galvnica o Electromotriz

1.2 Constante "A" como funcin de la temperatura del agua.

1.3 Constante B como una funcin de residuo total filtrable.

1.4 Corrosividad de agua contra el ndice de saturacin de Langelier.

1.5 Logaritmos de las concentraciones de calcio y alcalinidad.

CAPTULO 2 QUMICA DE LA CORROSIN.2.1 Materiales comunes en los sistemas de conduccin y. suministro de agua.

2.2 Propiedades corrosivas de materiales usados en sistemas de distribucin de agua.

CAPTULO 3 EVALUACIN DEL POTENCIAL DE CORROSIN

3.1 Evaluacin de ensayos de suelos para tubera de hierro fundido dctil o gris.

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.

NDICE DE ECUACIONESCAPITULO 1 IMPORTANCIA DEL CONTROL DE LA CORROSIN1.1 Obtencin de Hidrgeno con Zinc y cido clorhdrico.

1.2 Obtencin de Hidrgeno con Zinc y cido sulfrico.

1.3 Fierro corrodo por la accin del cido clorhdrico.

1.4 Corrosin del aluminio por la accin del cido clorhdrico.

1.5 Oxidacin del fierro expuesto a la humedad.

1.6 Deshidratacin del hidrxido frrico y formacin de xido.

1.7 Zinc expuesto al agua o en aire hmedo.

1.8 Oxido de zinc como deposito blanco.

1.9 Soluciones denominadas oxidantes que contienen sales frricas.

1.10 Soluciones denominadas oxidantes que contienen compuestos cpricos.

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CAPITULO 2 QUMICA DE LA CORROSIN.2.1 ley de Ohm.

2.2 Reduccin de sulfatos.

2.3 Formacin de cido sulfrico.

CAPTULO 3 EVALUACIN DEL POTENCIAL DE CORROSIN

3.1 Reaccin del sulfuro de sodio y el iodo con la liberacin de nitrgeno.

3.2 Medida del flujo de corriente.

CAPTULO 5 PROTECCIN CATDICA

5.1 Disolucin del metal.

5.2 Desprendimiento de hidrgeno.

5.3 Clculo de la corriente de salida de un nodo.

5 4 Clculo de la vida del nodo

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CAPITULO 1

IMPORTANCIA DE LACORROSIN

El deterioro de lneas de tuberas, vlvulas, bombas y equipo asociado debido al fenmeno dela corrosin externa, es un caso que requiere de una atencin inmediata para muchasinstalaciones que manejan el agua. En un tiempo, la corrosin fue aceptada como inevitable en

muchos medios ambientes y a menudo se especificaba un sobre -espesor para la tuberametlica, con la finalidad de extender su vida til.

En la actualidad, se dispone de una variedad de tcnicas para eliminar o reducirsignificativamente la corrosin. Los temas principales de este manual son determinar lasmedidas para el control de la corrosin y seleccionar las tcnicas ms apropiadas para ello.

Se debe considerar que los aspectos tcnicos sobre la prevencin y el control de la corrosin

son muy importantes, sin embargo, todo lo relacionado con las cuestiones econmicas yadministrativas involucradas en la problemtica de la corrosin, tambin deben serconsideradas. En este captulo se presenta una introduccin a la ciencia y la terminologa de lacorrosin, tratando los aspectos de costos, economa, y responsabilidad gerencia para losprogramas de la prevencin y el control de la corrosin.

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Es la destruccin de un metal por reacciones qumicas o electroqumicas (o ambas)

con su medio ambiente. Es el inverso de la metalurgia extractiva.

La primera definicin se explica en realidad por si misma, sin embargo para la segundadefinicin se debe tomar en consideracin que la mayora de los metales comunes soninestables o sea qumicamente activos en algunos ambientes y por lo tanto tienden a retornar asus estados ms estables. los xidos metlicos son los ejemplos de estas combinacionesestables.

Por ejemplo, el fierro y el acero son productores de xidos ya que tienden a retornar a lanaturaleza, tienen por tanto una tendencia a combinarse con oxgeno, sulfatos, carbonatos,etc., con la consecuente liberacin de energa.

Figura No. 1.1 Cambio de la energa libre qumica de un sistema en el curso de unareaccin qumica desde el estado inicial 1, al estado final 11

En la Figura 1.1 se observa que la reaccin Fe0 (xido ferroso) y Fe (fierro) no es espontnea;sino que hay que invertir mucha energa para llevarla a cabo, ya que la energa libre (G) delfierro (Fe) es considerablemente ms alta que la energa libre (G) del xido ferroso (Fe0).Como consecuencia de esto, el fierro (Fe) no puede ser estable, sino que siempre tendr latendencia natural a oxidarse a xido ferroso (Fe0).

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1.1.2.1 Prdidas directasSe entiende por prdidas directas, aquellos costos originados por el reemplazo de lasestructuras y maquinaria o de sus componentes corrodos, incluyendo la proteccin adicional yla mano de obra.Las prdidas directas incluyen el costo extra de usar metales resistentes a la corrosin yaleaciones especiales por ejemplo, en lugar de acero al carbn, que tiene propiedadesmecnicas apropiadas pero no suficiente resistencia a la corrosin. Entre este mismo tipo deprdidas se tienen tambin los costos por: recubrimiento, como la galvanizacin o niquelado del

acero; adicin al agua de Inhibidores de corrosin; la dehumidificacin de cuartos dealmacenaje para equipo metlico, etc.

1.1.2.2 Prdidas indirectas

Las prdidas indirectas son las ms difciles de considerar, pero la descripcin breve de estasprdidas tpicas llevan a la conclusin de que ellas adicionan muchos millones de pesos a lasprdidas directas ya descritas. Entre las prdidas indirectas se tienen las ocasionadas por las

siguientes circunstancias:

Paros no programados

A menudo existe la necesidad de parar una planta entera o una parte de un proceso debido auna falla por corrosin en algn elemento del mismo Una inspeccin peridica del equipo

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Este factor es muy comn en el diseo de reactores, calentadores, tanques de almacenamientoy estructuras marinas. Debido a que se desconocen las velocidades de corrosin, los equiposson a menudo sobre diseados.

Efectos sobre la seguridad y la confiabilidad

La seguridad es uno de los factores ms importantes en la industria. La cuestin de prdidasde salud o de la vida a causa de accidentes originados por problemas de corrosin es hoy en

da un problema muy serio. Las prdidas indirectas por este tipo de problemas son muy difcilesde cuantificar y estn ms all de la interpretacin en trminos de dinero.

1.1.3 Condiciones corrosivas potenciales

Existen varias condiciones que incrementan la probabilidad de que se presente el fenmeno dela corrosin en un sistema de servicio pblico de agua y son las que a continuacin se indican:

1.1.3.1 Metales o aleaciones d iferentes.

Si dos o ms metales estn en contacto con un medio comn, tal como el agua o el suelo, sefavorece la corrosin. Por ejemplo, cuando se unen elctricamente un tubo de acero y otro decobre en un electrolito que puede ser el suelo, el acero que es menos noble que el cobre,tender a sufrir el fenmeno de la corrosin en la Figura 1 2 el cobre que es ms noble

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posibilidad de recibir la materia prima necesaria para generar procesos corrosivos deproporciones alarmantes.

Figura No. 1.2 Corrosin galvnica de una tubera enterrada que muestraacoplamiento de un tubo de cobre con uno de hierro

Figura No. 1.3 Corrosin por tipo de suelos

Figura No. 1.4 Corrosin debida a tipos de suelos

En el territorio nacional es comn encontrar suelos que contienen gran cantidad de sales ycomo consecuencia valores de conductividad muy elevados. Este tipo de suelos son pornaturaleza altamente corrosivos y peligrosos para muchos materiales de construccin detuberas y estructuras para servicio en la industria del agua.

El crecimiento industrial sin control, ha provocado la aparicin de enormes basureros qumicos,los cuales, han contaminando poco a poco los suelos y por lo tanto agravando los problemasde corrosin.

1.1.3.4 Contenido de oxgeno

Las tuberas enterradas estn sujetas a la corrosin, como resultado de una diferencia en elcontenido de oxgeno. La Figura 1.5 muestra un ejemplo de los efectos por causa de la

i i l t id d t b t d L i b j l l d

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En estructuras subterrneas grandes, tales como tuberas a campo traviesa, se encuentra unagran variedad de tipos de terrenos, como se ilustra en la Figura 1.7. De la misma forma, lasvariaciones locales en el terreno pueden causar pares galvnicos, las variaciones del terreno demayores dimensiones, tambin pueden causar pares galvnicos. Tales variaciones del mediopueden involucrar atravesar suelo seco, alto y rocoso, zonas bajas pantanosas, seguida poruna rea de pantanos drenados y rellenados. En cada caso se puede formar un par galvnicodistante, con cada rea actuando como nodo o ctodo con relacin a las reas locales. Estascondiciones se describen en los siguientes prrafos, y son tratadas con detalle en los captulos2, 4 y 5 de este manual.

Figura No. 1.6 Corrosin de una tubera de acero por escoria

Figura No. 1.7 Corrosin de una tubera enterrada por la accin de grandeszonas de diversos tipos de suelos

Potenciales tpicos medidos entre el metal (cuando se encuentra sumergido en suelo o aguaneutra) y un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre que se encuentra en contactocon el suelo o el agua adyacentes.

1.1.3.7 Metales dismi les

El hierro, cobre y muchos otros metales son utilizados en tuberas, vlvulas, bombas y otrosequipos que forman parte de los sistemas hidrulicos. Para cada aplicacin, el fabricanteselecciona un metal con adecuada resistencia fresabilidad costo y otras propiedades No

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Para determinar si los suelos a lo largo de un trazo son o no potencialmente agresivos a unalnea de conduccin y estructuras complementarias, se deben realizar anlisis qumicos ymediciones de resistividad conforme a la Norma Oficial Mexicana NOM-C 346-1987, lo quesignifica que no basta con las pruebas de campo para definir el grado de agresividad de unsuelo, sino que, se debe ratificar con las pruebas y resultados de laboratorio.

1.1.3.10 Contaminacin del medio ambiente

En reas urbanas, el pavimento de las calles puede estar relacionada con la posible corrosin

de los materiales utilizados en los sistemas de agua bajo tierra. Por ejemplo, si algunas callesse revistieron con cenizas y luego se pavimentaron, su presencia es una advertencia de quepueden ocurrir graves problemas de corrosin, ya que estas son agresivas a casi todos losmateriales utilizados para tuberas y accesorios.

Cloruros

El acero en el concreto armado, el fierro, el cobre, el bronce y muchos otros materiales pueden

estar sujetos al ataque, si los cloruros se encuentran presentes en su medio ambiente. Es muycomn utilizar sal para evitar que la nieve se congele en las calles, pudiendo ser sta unafuente futura de corrosin bajo tierra (zonas o regiones de clima fro).

Aquellos lugares en donde la contaminacin qumica est presente, tales como depsitos debasura terraplenes y reas para desechos industriales pueden causar daos a los materiales

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Otros metales tambin son atacados y corrodos por la accin de cidos liberando hidrgeno,como se aprecia en las siguientes reacciones:

Fe + 2HCI FeCI 2+ H2 (1.3)

2Al + 6HCI 2AICI 3+ 3 H2 (1.4)

Las reacciones (1.3) y (1.4) muestran que el fierro y el aluminio tambin son corrodos por elcido clorhdrico.

1.1.4.2 Corrosin en soluciones neutras y alcalinas

La corrosin de los metales tambin puede presentarse en agua limpia, agua de mar,soluciones salinas y soluciones alcalinas o bsicas. En la mayora de estos sistemas, lacorrosin solamente ocurre cuando stas contienen oxgeno disuelto. Las soluciones acuosasdisuelven rpidamente el oxgeno del aire, siendo ste la fuente de oxgeno requerida en losprocesos corrosivos. La corrosin ms comn, es la oxidacin del fierro, cuando se expone auna atmsfera hmeda o bien en agua.

4Fe + 6H20 + 302 4Fe ( OH)3 (1.5)

La reaccin muestra que el fierro se combina con el agua y el oxgeno para formar unasubstancia insoluble, de color caf rojizo, que es el hidrxido frrico.

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Es pertinente hacer notar que en la reaccin (1.9) el cloruro frrico cambia a cloruro ferroso, amedida que el zinc se corroe. En la reaccin (1.10) el zinc reacciona con el sulfato de cobrepara formar la sal soluble de sulfato de zinc, obtenindose adems un depsito esponjoso decobre metlico sobre la superficie del zinc. Por esta razn, las reacciones similares a stareciben el nombre de reacciones de sustitucin metlica.

1.1.4.4 Productos de la corrosin

El trmino productos de la corrosin se refiere a las substancias obtenidas durante lasreacciones de corrosin y estas pueden ser solubles, como en el caso del cloruro de zinc y del

sulfato de zinc o insolubles, como en el caso del xido de fierro e hidrxido de fierro.

La presencia de los productos de la corrosin es una de las formas por las cuales se detectasta, por ejemplo el xido. Sin embargo, es conveniente hacer notar que los productosinsolubles de la corrosin no siempre son visibles; por ejemplo, al exponer una pieza dealuminio al aire, se forma una pelcula de xido casi invisible, que protege al metal de un ataqueposterior, siendo esta la razn del uso extensivo del aluminio anodizado en la industria de laconstruccin y la automotriz.

1.1.5 Caractersticas del agua que afectan la corrosividad

La corrosin se define como el deterioro de un material (o de sus propiedades) debido a unareaccin con su medio ambiente. En la industria del agua es de especial inters conocer quecaractersticas del agua potable determinan si es o no corrosiva Las respuestas a estas

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velocidad de flujo, combinado con algunas otras caractersticas corrosivas, pueden deteriorarrpidamente las tuberas.

Otra forma en la cual la velocidad de flujo alta puede contribuir a la corrosin, es incrementandola velocidad a la cual el oxgeno entra en contacto con las superficies de la tubera. El oxgeno amenudo juega un papel importante en las velocidades de corrosin, debido a que es parte demuchas de las reacciones qumicas que ocurren durante el proceso de corrosin.

La velocidad de flujo muy baja puede tambin causar corrosin en sistemas de agua. Los flujosestacionarios han mostrado que ayudan o promueven la formacin de tubrculos y una

posterior picadura, especialmente en tubera de hierro, as como tambin, crecimientosbiolgicos.

En la actualidad existen diseos de distribucin apropiados que pueden prevenir o minimizar losproblemas de corrosin en la lneas de conduccin de agua. "La National Association ofCorrosion Engineers" (NACE); la "American Society for Testing and Materials" (ASTM) y losfabricantes de tubera, proporcionan informacin relacionada con los criterios de sobre diseopara los materiales, de construccin; por ejemplo, para un valor mximo de 4 pies por segundo,35 litros por minuto, en un tubo de una pulgada, se recomienda tubo de cobre tipo K.

Temperatura

Los efectos de la temperatura son muy complejos y dependen de la qumica del agua y del tipode material de construccin presente en el sistema Existen tres efectos bsicos del cambio de

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1.1.5.2 Caracterst icas qumicas

Los procesos de corrosin involucran la reaccin del agua con los materiales de la tubera. Lassubstancias disueltas en el agua tienen un efecto importante sobre la corrosin y el control dela misma. Los factores qumicos que se explican a continuacin tienen algn efecto sobre lacorrosin o el control de la misma, considerando que todos sos factores estn ntimamenterelacionados y que un cambio en alguno de ellos, puede provocar un cambio en otro. Elejemplo ms importante de esto es la relacin entre el pH, bixido de carbono (C0 2) Y laalcalinidad. An cuando se dice frecuentemente que el C02 es un factor en la corrosin,

ninguna reaccin de corrosin lo incluye. El efecto importante de la corrosin resulta del pH yste se afecta por un cambio en la cantidad de C02.

pH

El pH es una medida de la concentracin de los iones hidrgeno, H +, presentes en el agua.Siendo los iones hidrgeno receptores de los electrones que salen de un metal cuando secorroe. El pH es un factor muy importante durante el proceso de corrosin; con valores de pHpor abajo de 5, el hierro y el cobre se corroen rpida y uniformemente. A valores mayores de 9,tanto el hierro como el cobre estn protegidos. Sin embargo, bajo ciertas condiciones lacorrosin puede ser ms severa a valores de pH altos. En un pH entre 5 y 9, es probable queocurra corrosin por picadura, si no est presente una pelcula protectora. El potencia dehidrgeno afecta tambin la formacin o solubilidad de las pelculas protectoras naturales.

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Oxgeno disuelto (DO)

El oxgeno es el agente de corrosin ms comn y ms importante que existe. En muchoscasos, es la substancia que acepta los electrones cedidos por el metal que se corroe, deacuerdo a la siguiente reaccin:

02 + 2H20 + 4e- 4OH (1 -11)

oxigeno + agua + electrones ioneslibre hidroxilo

El oxgeno tambin reacciona con el hidrgeno (H2), liberado en el ctodo. Esta reaccinremueve el hidrgeno gas, del ctodo, provocando que las reacciones de corrosin continen:

2H2 + 02 2H2O (1-12)hidrgeno + oxgeno agua libre

El hidrgeno gas (H2) cubre el ctodo, retardando las reacciones posteriores. Este fenmeno seconoce como polarizacin del ctodo. la remocin del hidrgeno por medio de la reaccin arriba

mencionada se denomina depolarizacin.El oxgeno tambin reacciona con cualquier ion ferroso, convirtindolo a ion frrico. El ionferroso, Fe2+, es soluble en agua, mientras que el ion frrico, Fe3+, forma un hidrxido insoluble.El ion frrico se acumula en el punto de corrosin, formando tubrculos o asentamientos enl t d l t b i t fi i d l fl j hid li L i ll

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cloro agua cido cido

clorhdrico hipocloroso

Esta reaccin hace al agua ms corrosiva. En aguas con baja alcalinidad, el efecto del clorosobre el pH es mayor, debido a su incapacidad de resistir los cambios de pH.

Se ha demostrado que la velocidad de corrosin del acero se incrementa por concentracionesde cloro libre superiores a 0.4 mg. por litro de agua. El cloro puede actuar corno un agenteoxidante ms fuerte que el oxgeno en aguas neutras, pH = 7.

Slidos disueltos totales (SDT)

Una cantidad elevada de slidos disueltos totales indica una concentracin inica alta en elagua, incrementando la conductividad, lo que a su vez aumenta la capacidad del agua paracompletar el circuito electroqumico y as conducir una corriente elctrica. Los slidos disueltospueden afectar tambin la formacin de pelculas protectoras.

Dureza

La dureza del agua es causada predominantemente por la presencia de iones de calcio ymagnesio y se expresa como la cantidad equivalente de carbonato de calcio (CaC03). Lasaguas duras son generalmente menos corrosivas que las aguas blandas, siempre y cuandoest presente la alcalinidad suficiente (iones carbonato) para formar un recubrimiento de

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Silicatos y fosfatos

Los silicatos y fosfatos pueden formar pelculas protectoras, las cuales reducen o inhiben lacorrosin, formando una barrera entre el agua y la pared de tubo. Estos dos productosqumicos a menudo se adicionan al agua para resultar esta propiedad.

Materia orgnica y color natural

La presencia de color orgnico natural y otras substancias orgnicas pueden afectar el

problema de la corrosin en varias formas. Algunos organismos pueden reaccionar con lasuperficie metlica y proveer una pelcula protectora, reduciendo as la corrosin. Otrosreaccionan con los productos de la corrosin, incrementndola. En algunos casos proveenalimento a los microorganismos que crecen en los sistemas de distribucin, aumentando lavelocidad de corrosin.

Hierro, zinc y magnesio

El hierro, el zinc y en algn grado el magnesio solubles, juegan un importante papel en lareduccin de la degradacin en tubera de asbesto-cemento. Por medio de una reaccin, lacual hasta la fecha no est bien comprendida, stos compuestos metlicos se combinan con lamatriz de cemento de la tubera, para formar un recubrimiento protector sobre la superficie dela misma. Las aguas que contienen cantidades naturales de hierro, protegen la tubera deasbesto cemento contra la degradacin Una proteccin similar se logra cuando se adiciona al

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1.1.6 Parmetros de la corrosin

Se han hecho muchos intentos para desarrollar un indicador que pueda predecir si un tipodeterminado de agua es o no corrosiva; desafortunadamente, ninguno de esos intentos ha sidoexitoso. Sin embargo, existen varios ndices que pueden usarse para predecir el grado decorrosividad, sobresaliendo de entre ellos el ndice de Saturacin de Langelier (LSI) y el ndicede Agresividad ( Al ).

El LSI y el Al estiman la tendencia de un tipo de agua a depositar o disolver sobre la pared de la

tubera una pelcula protectora de carbonato de calcio (CaC03). Es muy benfica la presenciade una delgada capa de carbonato de calcio para evitar el contacto de agua con la tubera yreducir las oportunidades de corrosin.

An cuando la tubera se protege mediante una ligera incrustacin de carbonato de calcio, esnecesario evitar las incrustaciones excesivas con el objeto de no lesionar la capacidad detransporte en el sistema.

La ecuacin que ilustra la formacin de depsito de carbonato de calcio es:

Ca2++ HCO-3 CaC03 + H+ (1-16)

calcio + bicarbonato carbonato in

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S LSI mayor que 0: el agua est sobresaturada y tiende a precipitar una capa de carbonato decalcio.

Si LSI es = 0: el agua est saturada (en equilibrio) con carbonato de calcio; la capa decarbonato ni se precipita, ni se disuelve.

Si LSI es menor que 0: el agua est insaturada, tiende a disolverse el carbonato de calcioslido.

Para calcular el LSI, se requiere de la siguiente informacin:

La alcalinidad total, como carbonato de calcio (mg/I).

La cantidad de calcio,(carbonato de calcio) mg/1

Los slidos disueltos totales, mg/1

Concentracin del in hidrgeno (pH)

La temperatura.

El pH de saturacin (pHs).

El l M H d l l di t l i i t i

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LSI = pH pHs

= 8.20 - 7.83

= 0.37Caso II:

Si la misma agua del caso 1 se calienta a 57C (135F), como es tpico en los tanques de aguacaliente, el clculo del LSI sera como sigue:

pHs = 1.45 + 9.81 - 1.94 - 2.04 = 7.28LSI = 8.05 - 7.28 = 0.77los resultados de los clculos anteriores pueden interpretarse de la siguiente manera (Tabla1.4):

Caso I: LSI =+ 0.37, el agua tiende a formar una incrustacin.Caso II: LSI =+ 0.77, el agua definitivamente tiende a formar una incrustacin.

1.1.6.2ndice de Agresividad

El ndice de agresividad (Al) se define en la normaAWWA C-400 como sigue:

Al = pH + log (A) (H) (1-19)

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=7.40 + log (199 x1 53)

=7.40 + (log (199) + log (153))

=7.40 + 2.3 + 2.1

=11.80

En este ejemplo, el agua debe clasificarse como "moderadamente agresiva".

1.1.6.3 ndice de Estabilidad de Ryznar (RSI)

Para este ndice, Ryznar emple los mismos parmetros que el ndice de Saturacin deLangelier, pero invirtiendo los signos y duplicando el valor del pH de saturacin (pHs):

RSI = 2 pHs - pH (11-20)

1.1.6.4 ndice de Corrosin de Riddick (C1)

El ndice de Riddick se basa en observaciones de campo reales, su principal contribucin esque introduce factores diferentes a la solubilidad del carbonato de calcio, tales como el oxgenodisuelto, el ion cloruro y la dureza no basada en el carbonato.

1 1 6 5 ndice de Fuerza de Conduccin de Mc Cauley (DF1)

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1.2 CONSECUENCIAS DE LA CORROSION

La Oficina Nacional de Normas (NBS) de los Estados Unidos ha reportado que el costo totalanual por problemas de corrosin es del orden de 70 mil millones de dlares, lo que representaaproximadamente el 4% del Producto Nacional Bruto. An cuando no hay forma de conocercuanto de este costo es generado por la Industria de Suministro, de Agua al pblico, (se estimaque es alrededor de los 1000 millones de dlares), los ambientes corrosivos de muchos suelosy la gran variedad de materiales utilizados en los sistemas de agua sugieren que el porcentajees significativo.

Adems de los costos de mano de obra por reparar y reemplazar el equipo, existen costos msimportantes para el pblico, como resultado de la corrosin. La salud de los consumidores delagua se ve amenazada si la magnitud del problema de la corrosin daa la integridad higinicade los sistemas de agua. El riesgo presente del flujo negro compuesto de lquido contaminadoen los sistemas de agua potable, se incrementa adicionalmente, cuando la presin del agua esinterrumpida por la necesidad de reparar pozos, bombas, equipo de tratamiento, tubos, vlvulasy servicios que han sufrido corrosin.

Tabla 1.5

Debido a la corrosin, existen dos metales txicos que se presentan en el agua potable, elplomo y el cadmio. Adems, otros tres metales, usualmente presentes debido a la corrosin,causan coloracin o sabor metlico o ambos; estos metales son el cobre (coloracin azul y

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principal contribuyente a los problemas de inseguridad y falta de adecuacin de los sistemas decontrol de incendios.

Es evidente que un efectivo control de la corrosin en los sistemas de servicio de agua,contribuye enormemente al ahorro de dinero, a la proteccin de la salud pblica, y a laseguridad de la poblacin.

Las reglamentaciones primaria y secundaria reconocen que la corrosin es un aspecto muyserio. Sin embargo, la falta de una medida o ndice universal para la corrosividad han hechodifcil su reglamentacin. Se reconoce que los problemas de corrosin son nicos para cada

sistema individual de suministro de agua.Con la finalidad de identificar las aguas potencialmente corrosivas y que materiales seencuentran en los sistemas de distribucin, se establecieron las siguientes recomendaciones:

Todos los suministro de agua a la comunidad deben colectar y analizar muestras paracuantificar las siguientes caractersticas de la corrosin: alcalinidad, pH, dureza,temperatura, slidos totales disueltos (STD), y el ndice de Saturacin de Langelier(LSI) (o ndice Agresivo (Al) en ciertos casos). Las caractersticas de corrosividadnecesitan monitorearse solamente una vez, a menos que los resultados individualesrequieran un muestreo adicional.

Las muestras son tomadas en un punto representativo dentro del sistema dedistribucin Se toman dos muestras por ao de cada planta de tratamiento que utilice

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1.3 FACTORES ECONMICOS DEL CONTROL DE LA CORROSION

Existen dos consideraciones principales involucradas en cualquier decisin con respecto alcontrol de la corrosin. La primera y la ms importante es la proteccin a la salud y seguridadpblica. La segunda es la econmica.

Los sistemas de servicio de agua son entidades pblicas y requieren, si es posible, ahorro enlos costos o inversin por parte de los propietarios, en cuyo caso los propietarios estn en suderecho de esperar el mximo retorno de sus inversiones.

Un operador responsable de un sistema de agua que se enfrenta con las decisiones de elegirque programas de control de la corrosin llevar a cabo, debe determinar las acciones queresultarn en un mayor ahorro de dinero o en el mejor retorno de la inversin.

El operador debe preguntarse cual alternativa es menos costosa: bajar los costos iniciales yaceptar costos de mantenimiento altos, as como vida til corta del equipo, por consiguiente,aumentar la inversin inicial especificando materiales ms resistentes a la corrosin y reducirlos costos de operacin, o invertir dinero en procesos de control de la corrosin, los cuales

reducen el mantenimiento y aplazan los reemplazos.1.3.1 Retorno de la inversin

El criterio que se utiliza ms para comparar aspectos econmicos con alternativas de solucin alos problemas de corrosin es el retorno de la inversin Una frmula para obtener el retorno

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basa en las experiencias de los operadores con el sistema existente. Tal como se trata en lasiguiente seccin, la responsabilidad del control de la corrosin esta dividida en muchas partes.

1.4 RESPONSABILIDAD DEL CONTROL DE LA CORROSION

La responsabilidad de un programa lgico de control de la corrosin en sistemas de agua recaecompletamente en cada una de las personas involucradas: los ingenieros consultores dediseo, los fabricantes de materiales, los funcionarios de la ciudad o los consejos de directores(los que tienen que ver con el problema), los superintendentes y los operadores. Cada uno deellos debe tener el suficiente conocimiento en el tema de la corrosin para tomar decisiones

adecuadas y bien fundamentadas.An cuando los ingenieros consultores no necesitan ser especialistas en corrosin, debenposeer los suficientes conocimientos sobre el tema para permitirles reconocer las seales deadvertencia y saber cuando es necesario llamar a un consultor en corrosin.

Los consejos municipales, las juntas directivas locales, las autoridades de las juntas del agua ylas juntas de directores, no puede esperarse a conocer los detalles de la prevencin y elcontrol de la corrosin; sin embargo, ellos pueden ser los responsables legales en losaccidentes que resulten de la falta de atencin al fenmeno de la corrosin o de la inadecuadaaplicacin de los procedimientos de control de la misma. Por tanto, deben tener cuidado paracontratar consultores capacitados y, si es necesario, proporcionar adiestramiento a losempleados que disean, construyen, operan y dan mantenimiento a sus sistemas de suministrode agua

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personales, para los cuales el sistema de agua podra ser considerado como legalmenteresponsable.

Es responsabilidad de los operadores, ingenieros, contratistas, fabricantes y funcionarios de lossistemas de agua que tengan un buen conocimiento prctico de la corrosin y del control yprevencin de la misma. Este manual tiene como finalidad formar las bases para eseconocimiento.

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CAPITULO 2QUMICA DE LA CORROSION

La corrosin en los sistemas de agua afecta a un gran nmero de materiales, ocurre bajo unamplio intervalo de condiciones ambientales, y puede tener efectos muy negativo. No obstante,los mecanismos fsicos de la corrosin son esencialmente iguales de una situacin a otra. Eneste captulo, se explican la qumica bsica y las reacciones elctricas de fenmeno de lacorrosin, y se describen varias configuraciones en sistemas de servicio de agua donde lacorrosin ocurre comnmente.

2.1 ELECTROQUIMICA DE LA CORROSIN

La corrosin de los metales y sus aleaciones es un proceso electroqumico; esto es, unareaccin de corrosin involucra reacciones qumicas y flujo de electrones. Existen dos tiposbsicos de corrosin en un sistema de agua: corrosin galvnica y corrosin electroltica.En esta seccin se describen las configuraciones fsicas y qumicas de ambos tipos.

2.1.1 Corrosin GalvnicaEl proceso de corrosin galvnica es idntico al de las reacciones en una batera elctrica, enla cual la corriente elctrica se genera por la inmersin de dos metales diferentes, llamadoselectrodos, en una solucin qumica y conectados entre ellos con un alambre conductor

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Tomado de "Ms all de la herrumbre". J. vila y J. Genesc, Coleccin La Ciencia desdeMxico, 17CE-SEP-CONACYT, Mxico, D.F. 1986, pgina 29.

solucin qumica) es llamada electrolito. El electrodo al cual fluyen los electrones es llamadoctodo. Estos cuatro elementos - el nodo, el ctodo, el electrolito y la trayectoria de retorno decorriente - deben existir y son requisito indispensable para que la corrosin pueda ocurrir.

2.1.1.1 Qumica de la corrosin galvnica

Las reacciones electroqumicas bsicas que ocurren en una celda de corrosin galvnica son

sencillas. En la celda mostrada en la Figura 2.2, el nodo de fierro a la izquierda, se estacorroyendo. Algunos de los tomos de fierro liberan electrones, los cuales viajan a travs de latrayectoria electrnica y entran al ctodo. Esta prdida de electrones cambia los tomos defierro elemental (Fe) a in ferroso (Fe++) y luego a in frrico (Fe+++), dejndolos con una fuertecarga positiva. Algunas de las molculas del electrolito, en este caso agua pura (H20), sonseparadas en forma natural en iones hidrgeno (H+) con carga positiva y en iones oxhidrilo(OH-) con carga negativa. Los tomos cargados positivamente son atrados por los iones 0H- -negativos. La atraccin origina que los tomos de fierro abandonen el nodo y entren alelectrolito, donde se combinan con los iones OH-. Como los tomos se pierden, la superficie

metlica del nodo se deteriora. Este deterioro es la corrosin y los productos de corrosin,Fe(OH)2y Fe(OH)3, pueden acumularse sobre la superficie corroda o cerca de ella.

En el ctodo, los electrones cargados negativamente llegan de la trayectoria electrnica. Loselectrones son trados hacia los iones H+ cargados positivamente en el electrolito La atraccin

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El tipo de celda galvnica descrito tiene dos clases de metal inmersos en un electrolito

individual uniforme. Un segundo tipo de celda galvnica ocurre cuando dos piezas de la mismaclase de metal se encuentran sumergidos en un electrolito slido de composicin desigual,como se muestra en la Figura 2.3. Debido al carcter desigual del electrolito, se puededesarrollar una celda de corrosin. Una pieza del metal se volver nodo, se corroer ysuministrar electrones a la trayectoria electrnica. la otra pieza del metal ser el ctodo, elcual estar protegido de la corrosin y suministrar electrones al electrolito.

Figura No. 2.3 Celdas galvnicas con electrl itos no uni formes y electrodos de un metal

comn.Como se ilustra en la Figura 2.4, la celda descrita puede ser modificada de tal modo que unasola pieza de metal acta como nodo y ctodo, como una trayectoria de corriente de retorno.La Figura 2.4a muestra la misma configuracin de la Figura 2.3, dos electrodos del mismometal en un electrolito no-uniforme (heterogneo). En la Figura 2.4b, los dos electrodos se hancolocado en contacto directo uno con otro, eliminando el cable conductor. En la Figura 2.4c losdos electrodos separados han sido sustituidos por un solo bloque de metal, el cual tiene unrea actuando como un ctodo y otra como un nodo, con los electrones tambin fluyendo a

travs del bloque.

En la Figura 2.4d, el bloque de metal, que puede ser una pieza de tubo, ha sido totalmentecubierto por el electrolito desigual, que cual puede ser el suelo. El efecto resultante es el mismoqu en la configuracin original el metal se corroe en el rea que esta actuando como nodo

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Apoyada en trminos del flujo de corriente convencional, la reaccin bsica de corrosin

galvnica es como se ilustra en la Figura No. 2.5; la corriente elctrica es generada por lainmersin de metales o aleaciones diferentes en un electrolito homogneo, o por la inmersinde un solo metal o aleacin en un electrolito heterogneo. La corriente viaja desde el nodo, atravs del electrolito, hasta el ctodo y retorna a travs del conector de la trayectoria decorriente (cable conductor). En la zona del nodo, donde se descarga la corriente dentro delelectrolito, existe prdida de metal. Esta prdida de metal es la corrosin. El control de lacorrosin es el (los) procedimiento (s) para reducir, eliminar o invertir el flujo de corriente, de talforma que se reduce o se elimina la corrosin.

2.1.2 Corrosin electroltica

La celda de corrosin galvnica tratada en la seccin previa, requiere de un nodo, un ctodo,un electrolito y un cable conductor para el retorno de la corriente; las reacciones en esta celdageneran una corriente elctrica.

La estructura de una celda electroltica es similar a la de una celda galvnica, pero la celdaelectroltica no genera una corriente elctrica. En su lugar, la reaccin de corrosin se origina

por una fuente de corriente directa colocada fuera de la celda. El resultado final, sin embargo,es el mismo, esto es, la corrosin del nodo.

Figura No. 2.5 Celda de corros in galvnica donde se muestra la corriente de flujoconvencional y el movimiento de electrones

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Los equipos de soldadura elctrica son otras fuentes de corrientes directas parsitas ovagabundas para sistemas enterrados, son aterrizados a instalaciones y la corriente directa

parsita de sistemas de proteccin catdica cercanos.

La corriente alterna no tiene el mismo efecto sobre los metales en el punto de descarga de lacorriente directa y generalmente no es una causa de corrosin. En casos raros, una pequeaporcin de corriente alterna proveniente de una fuente enterrada, puede llegar a ser rectificadaa corriente directa, lo cual puede causar severos daos.

2.2 QUMICA DE LA CORROSIN EN SISTEMAS DE AGUA

Todo proceso de corrosin puede finalmente ser explicado en trminos de los principiostratados en la primera parte de este captulo. Sin embargo, la naturaleza y severidad de lacorrosin que se encuentra en diversos puntos dentro de un sistema de agua, varadependiendo de los materiales involucrados, el electrolito, la configuracin fsica de la celda, yel medio ambiente. Esta seccin trata del clculo de la velocidad de corrosin y considera losefectos de diferentes materiales que pueden estar involucrados en una celda galvnica.Tambin explica dos procesos fsico-qumicos que pueden reducir la severidad de la corrosin,posteriormente describe algunas formas de corrosin comunes encontradas en sistemas de

agua.

2.2.1 Clculo de la velocidad de corrosin

Las reacciones de corrosin se llevan a cabo de acuerdo con las bien comprendidas leyes de la

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2.2.2.2 Voltaje de celda

Las reacciones qumicas que ocurren en una celda de corrosin galvnica dan lugar a lacorriente para que los electrones circulen a travs de la trayectoria electrnica. Cuando latrayectoria de retorno de corriente se desconecta, la fuerza (el potencial para el flujo decorriente) todava existe, y se manifiesta como la diferencia entre las cargas elctricas delnodo y el ctodo.

Como en cualquier circuito elctrico, sta fuerza elctrica se conoce como potencial o voltaje.

El voltaje a travs de los electrodos de una celda galvnica que no est conectada a unatrayectoria electrnica se denomina voltaje de celda, potencial de celda o diferencia depotencial Este se puede medir conectando los cables de un voltmetro a los dos electrodos,como se muestra en la Figura 2.8.

Figura No. 2.8 medicin del voltaje de una celda con un voltmetro

Las reacciones qumicas en una celda de corrosin galvnica varan dependiendo de losmateriales que forme la celda, con la evidente variacin del voltaje de celda. Para celdas de

corrosin fabricadas como parte de una batera diseada para generar corriente elctrica, elpotencial puede ser de varios voltios. Para las celdas de corrosin que regularmente ocurren enlos sistemas de tuberas de servicio de agua, el voltaje generalmente es menor de 1.0 voltios, ycomnmente se mide en milivolts (1000 mV = 1 V). El voltaje de celda es la fuerza impulsoraque empuja a los electrones a travs de la trayectoria electrnica: as cuanto mayor sea el

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Las celdas de corrosin galvnica pueden ocurrir en muchas de las combinaciones de metales,

aleaciones y electrolitos que se encuentran en todas las etapas de la produccin y distribucinde sistemas para agua potable. Considerando las celdas de corrosin causadas por lascombinaciones de metales diferentes (conocidas como par galvnico o par bimetlico), esprimordial conocer cual de los dos metales involucrados actuara como nodo y, por lo tanto secorroer. Es tambin importante conocer que tan grande es el potencial para la corrosin decualquiera de los dos metales. La serie galvnica para un electrolito dado proporciona lasrespuestas a esas preguntas.

2.2.2.5 La serie galvnica

La Tabla 1.1, muestra la serie galvnica para agua de mar (electrolito). Cuando dos de losmetales que se muestran en la serie se combinan con el electrolito y un conductor de retornode la corriente para formar una celda galvnica, el metal ms cercano a la parte superior de laserie ser el nodo y se corroer; el metal ms cercano a la parte inferior de la serie ser elctodo y estar protegido. Los metales en el extremo catdico de la serie se dice que son msnobles que aquellos que estn en el extremo andico.

La combinacin de los dos metales ms separados en la serie producen mayor voltaje de celdaa travs de la trayectoria de retorno de la corriente cuando estn inmersos en el electrolito. Elvoltaje de celda y la resistencia de la trayectoria de retorno de la corriente determinan que tanrpidamente fluye la corriente en el circuito y, por lo tanto, que tan rpidamente ocurre lacorrosin del nodo De este modo los metales que se encuentran muy separados en la serie

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2.2.2.6 Materiales galvnicos en los sistemas de distribucin de agua

En la mayora de los equipos de los sistemas para agua, se pueden encontrar partes fabricadasde acero, fierro fundido dctil y gris, acero inoxidable, plomo, latn, cobre y bronce.Muchos de estos materiales estn expuestos nicamente a condiciones especficas, porejemplo, a aguas tratadas, etc., pero de ninguna manera estn exentos de sufrir problemas decorrosin.

Sin embargo, las combinaciones de estos metales en los sistemas de servicio para agua son

comunes, provocando graves problemas de corrosin, sobre todo donde los servicios o tomasdomiciliarias, vlvulas o bombas se conectan a las tuberas principales.

Por ejemplo, una vlvula de cierre de latn conectada a un servicio de hierro forjado, puede seruna fuente de corros in considerable. Se entiende lo anterior por la distancia que guardan enla serie electromotriz el latn y el hierro forjado. Una vlvula grande tpica puede utilizar variosmetales y aleaciones en su construccin, con dos aleaciones regularmente usadas en lasuperficie de exposicin exterior, acero para las tuercas y tornillos y fierro fundido para elcuerpo de la vlvula.

Parecera que las dos aleaciones se encuentran muy cerca en la serie galvnica para queocurra la corrosin; sin embargo, la tendencia del acero para actuar como un nodo en unacelda con hierro fundido se incrementa enormemente por la diferencia en las reas de contactoentre los pequeos tornillos y tuercas y el ms grande cuerpo de la vlvula y su cubierta de

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2.2.3.1 Polarizacin

Conforme los productos de la reaccin de corrosin se acumulan en el nodo y el ctodo, ladiferencia de potencial entre los dos tiende a disminuir. Esto se llama polarizacin.

El efecto de polarizacin es probable que sea mayor en el ctodo. Por ejemplo, el gashidrgeno puede literalmente cubrir la superficie del ctodo, tendiendo a retardar el flujo decorriente. La capa de hidrgeno puede ser parcialmente removida como gas hidrgeno que secombina con gas oxgeno, formando agua. Esto es ms notable en un ctodo grande, debido aque el hidrgeno se esparce en forma tenue sobre una superficie de rea grande. Por lo tanto,es menos riesgoso tener un nodo grande y un ctodo pequeo que lo contrario.

An as, el nodo puede llegar a polarizarse debido a la formacin de una capa o pelcula dexido u otro compuesto que tenga el efecto de formar una barrera entre el metal y su medioambiente. Algunos metales se polarizan ms fcil que otros, por lo que la seleccin del metaldebe ser una parte importante de la ingeniera.

2.2.3.2 Pasivacin

La pasivacin es una condicin en la cual un metal dado se comporta en la forma de un metalmas noble a lo indicado por su posicin en la serie galvnica. Es una condicin de actividadelectronegativa, donde los productos de corrosin iniciales de ciertos metales proveenproteccin al metal base.

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La variacin en la concentracin de oxgeno produce una diferencia de potencial que origina unflujo de corriente del ctodo al nodo. El electrodo sumergido en el electrolito con mayor

concentracin de oxgeno funciona como ctodo, mientras que el otro lo hace como nodo.

Como se menciona al inicio del tema, este tipo de celdas se presenta en las hendiduras quedeja el traslape de placas metlicas, debido a que la concentracin de oxgeno es menor dentrode la hendidura que en cualquier otra parte. Los aceros inoxidables, aluminio, nquel y otrosde los llamados metales pasivos, tambin inician picaduras cuando estn expuestos a mediosambientes acuosos.

2.3.2 Corrosin por celdas de concentracin diferencial

Estas son celdas que tienen dos electrodos idnticos cada uno, en contacto con una solucinde diferente concentracin. En este caso particular el electrodo que est en contacto con elelectrolito de menor concentracin tiende a disolverse, esto es, se vuelve andico y se depositasobre el otro electrodo que funciona como ctodo. La Figura 2.10 muestra una celda de estetipo, misma que es muy comn en la zona marina.

2.3.3 Corrosin por celdas de electrodos d isimiles

Como ejemplos de formacin de este tipo de celdas de corrosin se forman las siguientes: Unmetal que contiene en la superficie impurezas conductoras de la electricidad, como una faseseparada, o un tubo de cobre conectado a uno de fierro; o una propela de bronce en contactocon el casco de acero de una embarcacin Tambin se incluyen en este tipo de celdas la de

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Como su nombre lo indica, es un tipo de ataque localizado que se manifiesta en la forma de

picaduras estrechas y profundas. Frecuentemente son difciles de descubrir, debido al dimetrode las perforaciones y porque las bocas de estas perforaciones estn recubiertas conproductos de corrosin. Por lo general se requieren meses o aos para que los agujeroslleguen a perforar el metal, pero el ataque puede ser mucho ms rpido.

Los metales activos presentan este tipo de corrosin slo como consecuencia de condicionesmuy particulares, como pueden ser la presencia de humedad en zonas localizadas, daospequeos en pelculas inconstantes o recubrimiento. Los productos de corrosin de naturalezaporosa, que pueden acumular humedad, o substancias agresivas, pueden causar un ataqueacelerado, siendo el mecanismo del mismo tipo que la corrosin uniforme.

El tipo de corrosin por picadura ms importante tiene lugar en los metales pasivos, como losaceros inoxidables y el aluminio, en ambientes especficos, por ejemplo soluciones quecontengan iones cloruro. En este caso cabe hacer la distincin entre el proceso de iniciacin dela picadura (incubacin) y el de crecimiento de la misma. Inicialmente, el metal puede estarcubierto por una pelcula pasivante, la cual debe sufrir localmente una ruptura antes de que seaposible el crecimiento de una picadura. La iniciacin puede ser debida a diferentes causas

como son:

Heterogeneidades; dao mecnico por trabajo en fro del metal, en una zona muy localizada;depsito de suciedad, diferencia de composicin en la solucin, etc. Una vez rota la pelculapasivante se forma un elemento activo pasivo actuando como nodo (activo) la zona de metal

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hacia la picadura, generando por hidrlisis una solucin cida que facilita cada vez ms ladisolucin del metal.

Cabe hacer notar que las picaduras se producen en mayor abundancia en el fondo de losrecipientes o tuberas, en menor nmero en las paredes verticales y en pequea cantidad enlas partes superiores. Es decir, que las picaduras crecen en el sentido del campo gravitatorio,en buena lgica con el hecho de que la solucin concentrada de cloruro metlico (del fondo delas picaduras) es ms densa que el resto del medio lquido.

Desde un punto de vista prctico, la picadura ms profunda es la que determina la vida til deun equipo. Experimentalmente, se ha demostrado que la profundidad de las picaduras en unmetal presenta una distribucin gaussiana alrededor del valor medio.

Esto significa que el tiempo de vida esperado, para una profundidad de picadura promedio,ser menor cuando se tengan ms picaduras. Otra consecuencia prctica importante, es quees muy arriesgado obtener conclusiones respecto a la formacin de picaduras a partir de unensayo con probetas, ya que estas tienen una rea superficial total mucho menor que losequipos que representan. En el caso de los aceros inoxidables, la adicin de un 2% demolibdeno mejora enormemente la resistencia de este material.

Existen aleaciones ms resistentes que son Hastelloy F, Monel, Hastelloy C y Titanio. Enocasiones es mejor emplear determinadas aleaciones como acero normal, que sufre un ataqueque se extiende a toda la superficie y que por lo mismo es menos peligroso que la corrosinlocalizada y profunda

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2.3.7 Corrosin microbiolgica

La corrosin microbiolgica es el deterioro de un metal por procesos de corrosin que ocurrencomo consecuencia directa o indirecta de la actividad de microorganismos, como bacterias ymicroorganismos, como algas y lapas.

La actividad biolgica puede tener influencia sobre la corrosin en diferentes medios,incluyendo suelos, agua natural y marina, productos naturales del petrleo y emulsionesagua -aceite para enfriamiento de herramientas.

Figura No. 2.12 Tubera que muestra reduccin de espesor por choque de unfluido(corrosin-cavitacin).

Los microorganismos sobreviven por medio de reacciones qumicas, se infieren alimentos oreactantes y se eliminan los desperdicios. Estos procesos pueden afectar el comportamientodel proceso de corrosin en las siguientes formas:

Influencia directa sobre reacciones andicas y catdicas.

Influencia sobre pelculas protectoras superficiales.

La creacin de nuevas condiciones corrosivas.

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mucha influencia sobre las reacciones andicas y catdicas que ocurren sobre la superficie delhierro, tienden a retrasar las reacciones catdicas, sobre todo la produccin de hidrgeno y

acelerar la disolucin andica. El producto de corrosin es sulfuro de hierro, que se precipitacuando se unen los iones sulfurosos y ferrosos. Estos productos derivados del azufre sonexcelentes electrolitos, depolarizantes y muy agresivos a las superficies metlicas

Figura No. 2.13 Corrosin microbiolgica debida a la bacteria sulfatoreductora(anaerbica)

Los microorganismos aerbicos oxidantes del azufre, como por ejemplo el ThiobaccllusThio-oxidans, son capaces de oxidar el azufre elemental o compuestos que contengan azufrepara formar cido sulfrico, segn la siguiente reaccin:

2S + 302 + 2 H2O 2 H2SO4 (2.3)

Estos microorganismos habitan en medios con un grado de alcalinidad o acidez (pH) bajo ypueden producir localmente cido sulfrico en concentraciones hasta del 5%, de tal modo queson capaces de crear condiciones extremadamente corrosivas. Como necesitan azufre enforma elemental o combinada para su existencia, se encuentran a menudo en minas de azufre,zonas petroleras y en cualquier tipo de industria que maneje productos orgnicos o inorgnicos

que contengan azufre.

Los microorganismos sulfato reductores y oxidantes del azufre pueden operar cclicamentecuando las condiciones del suelo se modifican. Los primeros crecen rpidamente durante latemporada de lluvias cuando el suelo est hmedo y no permite el acceso de aire mientras

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2.3.8 Corrosin bajo esfuerzo y por tensin

Las acciones fsicas y la corrosin pueden combinarse para daar los metales y susaleaciones, como en el caso de la corrosin por esfuerzo, fatiga o desgaste. Los esfuerzos portensin, los esfuerzos cclicos o las vibraciones de alta frecuencia, actuandoindependientemente, pueden o no causar fallas en el material, pero la presencia de un medioambiente corrosivo acelera e intensifica enormemente el deterioro del metal en cada caso,Figura 2.14.

Cuando se disea un elemento metlico a un esfuerzo determinado, su resistencia disminuyepor la presencia de un medio corrosivo. A su vez el material acelera su corrosin, si existe lapresencia de esfuerzos de tensin en el medio corrosivo especfico.

La corrosin bajo tensin produce agrietamiento debido a un ataque extremadamentelocalizado sobre una pequea parte del material, mientras que el resto de mismo permaneceinalterable. Este fenmeno se propaga por grietas muy finas a travs de todo el material, hastallegar finalmente a una fractura de la estructura. No todas las combinaciones de medioscorrosivos con materiales metlicos son susceptibles a una accin corrosiva bajo tensin.

Las variables importantes que tienen efecto en el comportamiento de una accin corrosiva bajotensin son: temperatura, composicin de la solucin corrosiva, composicin del material,estructura metalogrfica y esfuerzos mecnicos.

Figura No 2 14 Corrosin bajo esfuerzos

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agresividad del medio corrosivo. En el segundo caso solo existe una reaccin local dedisolucin del zinc.

Generalmente la dezincificacin uniforme o de capas ocurre en aleaciones, con un altocontenido de zinc y en medios claramente cidos. La dezincificacin local es mas tpica paraaleaciones con bajo contenido de zinc y medios alcalinos. Sin embargo existen muchasexcepciones a esta regia.

Es posible disminuir la dezincificacin reduciendo el poder agresivo del medio, por ejemplo,eliminando el oxgeno o por medio de proteccin catdica.

2.3.10 Corrosin atmosfrica

Para llevarse a cabo la corrosin atmosfrica, (Figura 2.16) se requiere de la humedad y de unagente oxidante, normalmente oxgeno. La mayora de las plantas de tratamiento de aguatienen reas donde los materiales estn expuestos constantemente a condiciones hmedas. Elresultado es la oxidacin, y en el caso del hierro o el acero, el herrumbramiento. Adems deloxgeno, los halgenos (cloro, flor, iodo y bromo) son agentes oxidantes extremadamenteactivos en tales ambientes.

La corrosin atmosfrica tiende a causar corrosin por ataque uniforme. Los agentes oxidantes(cidos, cloro, etc.) disuelven la pelcula del producto de corrosin provocando que la oxidacincontine.

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Con este trmino se conoce al tipo de corrosin localizada que ocurre en el rea de contactoentre dos materiales, pudiendo ser ambos metlicos o slo uno de ellos y que estn sujetos a

una carga mecnica, a vibraciones y a deslizamientos. Tambin se le conoce como "oxidacinpor friccin".

Como resultado de esta accin se forman picaduras y rayones en la superficie de losmateriales, quedando as expuestos a severos ataques corrosivos. Este tipo de corrosin seobserva comnmente en partes de motores, componentes automotrices y partes atornilladas.Se le considera un caso especial de corrosin - erosin y ocurre en condiciones atmosfricasms que en condiciones acuosas.

La corrosin por desgaste tiene una accin deteriorante fuerte debido a la destruccin decomponentes metlicos y a la rpida oxidacin a que quedan expuestos, lo que puede llevar auna prdida inesperada de ciertas partes colocadas a presin. Adems, la corrosin pordesgaste puede iniciar una fractura por fatiga, ya que un aflojamiento de las partes puedeaumentar las deformaciones, haciendo que las picaduras acten como concentradores deesfuerzos.

Existen algunos requisitos bsicos para que ocurra una corrosin por desgaste, por ejemplo,

que las reas de contacto entre dos superficies estn bajo carga mecnica, que ocurra unavibracin o movimiento repetido entre las dos superficies, que la carga y el movimiento relativosean lo suficientemente altos para producir deslizamiento y deformacin de las superficies, etc.A su vez, se pueden aplicar varios mtodos para reducir la corrosin por desgaste, entre ellosse manejan la lubricacin adecuada de las superficies con aceites y grasas de baja viscosidad

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La formacin de ampollas por hidrgeno se debe a la penetracin de hidrgeno en el metal, loque resulta en una deformacin local del material y en casos muy extremos en la fractura total

de la estructura.Otra consecuencia de la penetracin de hidrgeno puede ser tambin la fragilizacin (prdidade ductibilidad y de resistencia mecnica) del metal. La descarburizacin (reduccin delporcentaje de carbono del acero), ocurre en atmsferas hmedas con alta temperatura yreduce la resistencia mecnica y la dureza del material. El ataque por hidrgeno es unainteraccin entre este ltimo y algn componente de la aleacin a altas temperaturas.

En la Figura 2.17 se ilustra el mecanismo de la formacin de ampollas de hidrgeno en un

metal expuesto a un medio corrosivo especfico.

2.3.15 Corrosin en suelos

La mayor parte de los fenmenos de corrosin en suelos, ocurre en medios con altaconductividad elctrica (baja resistividad elctrica), la cual los hace un electrolito adecuado paraque se lleve a cabo dicho fenmeno.

Figura No. 2.17 Formacin de ampollas de hidrgeno en un metal expuesto a un mediocorrosivo especfico.

La heterogeneidad de los suelos, la contaminacin qumica, o la aereacin diferencia (reas dealto y bajo contenido de oxgeno) pueden incrementar el problema Algunas veces los suelos

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2.3.16 Corros in intercristalina

Los metales de inters tecnolgico y sus aleaciones son slidos cristalinos y se componen poruna gran cantidad de pequeos cristales, de superficie regular orientados al azar. Laspropiedades de estos materiales, se basan directamente en el tipo de enlace entre suscomponentes y en su estructura.

Los principales tipos de estructura cristalina son los siguientes: cbica de cuerpo centrado(CCuC), como el fierro y el acero convencional; cbica de caras centradas (CCaC) como losaceros inoxidables austenticos, el plomo, el cobre, el aluminio, etc. y hexagonal compacta(Hc), como el zinc, el magnesio, etc.

Todas las estructuras anteriores presentan una zona delgada entre los cristales, que se conocecomo Lmite de cristales", la cual se caracteriza por poseer una energa mayor que el interior dela estructura, por lo que es ms susceptible a los ataques corrosivos.

Se puede concluir que la corrosin intercristalina o intergranular consiste en la polarizacin delas partculas metlicas, en las cuales unas actan como nodo contra la mayora que actan

como ctodo.

2.3.17 Corrosin - erosin

La corrosin erosin es la aceleracin del ataque corrosivo de un metal debido al movimiento

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En los sistemas ms antiguos, todava se aprecia el uso de tuberas de hierro colado y plomo

en las lneas de distribucin. La introduccin de nuevos materiales para tubera ha significadomuchos cambios, desde el reemplazo de la tubera de hierro colado por tubera de hierro dctil,el empleo a mayor escala de la tubera de asbesto - cemento, hasta el empleo muygeneralizado de la tubera de plstico (PVC).

En la Tabla 2.2 se comentan varios tipos de materiales usados en lneas de distribucin deagua, con su respectiva resistencia a la corrosin y los contaminantes potenciales que puedencontener el agua. En general, los materiales para tubera inertes y consecuentemente con unamayor resistencia a la corrosin, son los no - metlicos, como el concreto, el asbesto-cemento

y los plsticos.

Tabla 2.1

Tabla 2.2

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CAPITULO 3

EVALUACIN DEL POTENCIALDE CORROSIN

La corrosin externa de tuberas y equipos en sistemas de agua potable no es inevitable.Algunas combinaciones de materiales, en ciertos ambientes, pueden sufrir corrosin severa deuna manera rpida, mientras que otras configuraciones pueden ser relativamente inmunes.Para los propsitos de diseo y operacin, es importante poder predecir como ocurre lacorrosin y la severidad de la misma.

Para que ocurra la corrosin metlica, se requieren cuatro elementos: un nodo, un ctodo,un electrlito y un ci rcuito conductor para la corriente de retorno. La presencia de metalesy aleaciones diferentes en contacto, se encuentra regularmente en instalaciones de servicios deagua, an una simple pieza de metal, puede actuar simultneamente como un nodo, unctodo y un circuito. En cualquier caso, el electrlito es la variable clave para determinar dondey en que extensin ocurre la corrosin. Para la corrosin externa, el electrlito es el ambiente(el suelo o el agua circundando el equipo).

Muchas condiciones ambientales no son favorables para la corrosin. Otros ambientes sirvencomo un electrolito daino para algunos metales, aleaciones o pares metlicos, pero no paraotros.

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La prueba se puede realizar de varias formas. Para una resistividad promedio desde cerca dela superficie del terreno, hasta la profundidad del tubo o por debajo, se lleva a cabo por medio

del mtodo de cuatro puntas, conocido como de Wenner (Figura 3.1).Este mtodo tiene limitaciones porque puede promediar suelo superficial seco, con subsueloms hmedo, suelo contaminado con suelo limpio, etc. Algunos tcnicos en corrosin prefierenel uso de una sonda (probeta) de suelo sencilla para las pruebas de campo (Figura 3.2). Laprobeta es adecuada para lecturas especificas a varias profundidades de suelo, permitiendo alexplorador obtener la resistividad del suelo ms bajo que pueda estar en contacto con latubera, despus de que sta se ha enterrado.

Figura No. 3.1. NOTA: La resis tiv idad del suelo ser promediada a la profundidad "a" ,donde a = b.

Figura No. 3.2 Mtodos de la probeta o sonda sencilla para la medicin de la resistividaddel suelo.

Debido a que la humedad del suelo afecta la resistividad, y sta varia, es recomendableobtener una muestra de suelo a la profundidad de la tubera para probarse en el laboratorio. La

caja de suelos Figura 3.3, hace posible la saturacin de agua en el suelo, poniendo las salesdisponibles en solucin y simulando la condicin mas desfavorable que pueda ocurrir despusde la instalacin de la tubera.

Fi N 3 3 M di i d l i t i id d d t d l di d l j

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El uso de los potenciales Redox puede ser extendido, grficando los potenciales Redox como

funcin del pH de la solucin. Estos diagramas se conocen como diagramas de Pourbaix y seelaboran utilizando clculos electroqumicos, datos de solubilidad y constantes de equilibrio.

Es necesario recordar que el pH es simplemente el logaritmo negativo de la concentracin deiones hidrgeno, de tal manera que un pH de 7 indica que se tiene 10-7 iones-gramo dehidrgeno por litro de solucin y corresponde a una solucin neutra, mientras que un pH = 0representa una solucin muy cida; y un pH = 14, es una solucin muy alcalina.

Los diagramas de Pourbaix pueden construirse para todos los metales y se aplican para:

Predecir si hay o no corrosin.

Estimar la composicin de los productos de corrosin.

Predecir cambios del medio ambiente que ayuden a prevenir o reducir el ataquecorrosivo.

3.1.5 Sulfuros

Si se encuentran sulfuros en el suelo, es probable la presencia de la bacteria sulfato reductora.La prueba de sulfuros es cualitativa y se lleva a cabo introduciendo una solucin de nitruro de

di l 3% l d 0 1 N d t d t b d ti tid d

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3.1.7 Experiencia de campo

Adems de las pruebas analticas descritas, que proporcionan una clara indicacin de lacapacidad del ambiente del suelo para causar corrosin en la tubera de hierro fundido dctil ygris, son importantes las notas de experiencias previas en el rea. En muchos casos laexperiencia puede proporcionar las mejores predicciones de la corrosividad del suelo.

3.2 TUBERU DE HIERRO FUNDIDO DCTIL Y GRIS

Se han desarrollado y usado con cierta frecuencia varios procedimientos para la evaluacin de

suelos en las instalaciones de tubera de hierro fundido dctil y gris. Debido a la complejidad dela corrosin bajo tierra, ningn sistema es universalmente aplicable.

El sistema de evaluacin originalmente desarrollado y recomendado por la Cast Iron PipeResearch Association (Asociacin para la Investigacin de la Tubera de Hierro Fundido), ycomnmente referido como el sistema de los 10 puntos, se trata en detalle en los siguientesprrafos. Este procedimiento para la evaluacin de suelos es especfico para la tubera dctil ygris y no debe ser aplicado en otros materiales (Tabla 3.1).

El apndice A de la norma ANSI/AWWA CIOS/A2113-82 para el enchaquetado de polietileno,para tubera de hierro dctil para agua y otros lquidos, cubre las pruebas de campo en suelos,las observaciones e interpretaciones que contempla el sistema de los 10 puntos.

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El procedimiento de evaluacin se basa en la informacin de cinco pruebas y observaciones:resistividad del suelo, grado de alcalinidad o acidez (pH), potencial redox, presencia de

sulfuros y humedad . Para una muestra de suelo dada, cada resultado se evala y se leasignan puntos de acuerdo a su contribucin a la corrosividad. Los puntos de las cinco reas setotalizan; si la suma es 10 o ms, el suelo es corrosivo para la tubera y la corrosin ocurrir, amenos que se tomen medidas de proteccin (como las tratadas en los 4 y S). La Tabla 3.1 enlista los puntos asignados a los resultados de varias pruebas.

3.3 TUBERIA DE ACERO

En los siguientes prrafos se debe tener en cuenta que tubera de acero indica un producto con

un sistema de pared compuesta. La tubera de acero desnuda no se recomienda y no se usapara instalaciones enterradas en servicios de agua. En la prctica la tubera de acero consistema de pared compuesta, consiste en un ncleo de acero estructural, intercalado entre unrecubrimiento dielctrico y un revestimiento de proteccin.

RecubrimientoFierroDielectrico

El potencial de corrosin del exterior de la tubera de acero es difcil de juzgar, debido a lavariedad de ambientes encontrados.

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debe ser embebido directamente en cenizas o en pantanos de marea, donde puede estarsujeto al ataque por compuestos de sulfuro.

El cobre en contacto con el concreto es a menudo catdico respecto a un cobre cercanoexpuesto al suelo, causando de esta forma la corrosin de la tubera colocada en el suelo.

Ocasionalmente se ha reportado la falla prematura del cobre en la interfase concreto/suelo encasas construidas sobre losas de concreto. Un peligro para el cobre bajo tierra es la prcticacomn de usar las lneas metlicas de servicio de agua como una tierra, para sistemaselctricos de corriente alterna. Si las lneas de servicio de cobre conectadas a una tubera dedrenaje no conductora (por ejemplo, asbesto-cemento) se usan como tierra fsica, pueden

presentarse daos por corrosin, donde la corriente abandona al cobre, aun si la corriente esalterna. La corriente alterna evidentemente es rectificada (cambiada a corriente directa), la cualcausara corrosin por pelculas de xido de cobre sobre la superficie de la tubera, bajo un tipode suelo, pH y condiciones de intensidad de un campo elctrico.

Es interesante remarcar que la tubera domstica subterrnea de cobre para agua calientepuede ser andica con respecto a la tubera de cobre para agua fra, aun cuando en lossistemas de agua esto raras veces representa un problema. Si los dos sistemas (agua fra y

agua caliente) estn conectados elctricamente, como puede suceder en el calentador deagua, la tubera de agua caliente puede sufrir una corrosin acelerada por el mecanismo deaccin termogalvnica. Esto se puede evitar mediante el aislamiento de las lneas de agua fray caliente, utilizando una unin aislante.

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Margas limosas

Margas arcillosas

Grupo III Muy Corrosivos

Aereacin y drenaje malos. Se caracterizan por presentar textura y moteo moderado cercanoa la superficie (15-20 cm) . El nivel fretico se presenta a una profundidad

aproximada de 60-90 cm. Los suelos regularmente ocupan arenas planas y pueden necesitardrenaje artificial para la siembra, incluyen:

Margas arcillosas Arcillas

Grupo IV Extremadamente Corrosivos

Aereacin, y drenaje deficientes. Se caracterizan por un moteado gris-azuloso a profundidadesde 15-20 cm, con el nivel fretico en la superficie o por una impermeabilidad extrema debida al

contenido de material coloidal incluyen:

Fango

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otros lquidos; y la norma AWWA C303, para Tubera de presin de concreto reforzado, tipocilindro de acero, pretensada, para agua y otros lquidos.'

La tubera cilndrica de concreto ha mostrado consistentemente una larga vida cuando seinstala apropiadamente en la mayora de las condiciones ambientales naturales. Esto seatribuye a la proteccin que el cemento portland ofrece al acero embebido. El cementohidratado es qumicamente bsico, tiene un pH de 12.5. A este nivel de pH se forma unapelcula de xido sobre las superficies del acero embebido, la cual pasiva al acero. El aceropasivado no se corroer, a menos que se genere una condicin de celda de corrosin, quepresente una diferencia de potencial de ms de 1.5 V. Este voltaje es ms alto que elencontrado en celdas de concentracin o aereacin formadas por los ambientes naturales.

Si se crea una celda galvnica, con el acero no corrodo recubierto, como un electrodo y el otrode cobre-sulfato de cobre, la diferencia de potencial generado estar en el intervalo de 0 a -300mV. Este voltaje corrosivo es 300 a 500 mV menor al que se experimentara con un acerodescubierto o un acero recubierto. Si se creara una celda similar, pero con acero recubierto conconcreto, y se induce a corroerse, el voltaje (diferencia de potencial) medido ser diferente. Ladiferencia entre los voltajes medibles ocasionados por el acero corrodo y el no-corrodo, sepuede utilizar para monitorear la posible actividad corrosiva por debajo del recubrimiento de

concreto.En la mayora de los ambientes no son necesarios requisitos de proteccin para la tuberacilndrica de concreto. Sin embargo, existen circunstancias poco usuales donde deben tomarsemedidas precautorias para asegurar la integridad de la tubera

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En ambientes altamente clorados, donde el recubrimiento de mortero puede considerarse queno permanezca saturado, deben darse recomendaciones especficas al contenido de incloruro del suelo y a la resistividad.

Si la concentracin del in cloruro en el suelo excede de 1000 ppm y la resistividad del suelo,medida en el estado de mxima humedad natural, es menor de 1000 Ohms-cm, se recomiendaproteger la superficie exterior con un recubrimiento de alquitrn de hulla o unir todas las juntasde la tubera e implantar un sistema para el monitoreo de la actividad corrosiva.

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3.5.2 Interferencia catd ica

La parte del manual sobre las corrientes parsitas cubre la evaluacin del ambiente paracondiciones corrosivas que pueden resultar de la proteccin catdica de otros sistemas en elrea de la lnea de tubera (Capitulo 5).

3.5.3 Suelos cidos

Un ataque qumico de consideracin en las tuberas cilndricas de concreto en suelos cidos esextremadamente raro, normalmente ocurre solo en suelos afectados por contaminacin con

cenizas, desechos de minas o basureros industriales. Las lneas de tubera instaladas ensuelos con un pH bajo, es decir, con una acidez total alta y con la presencia de un nivel freticovariable, pueden estar sujetas a problemas de corrosin.

En suelos que tengan un pH de 5 o ms alto, donde hay una probabilidad baja de movimientode agua subterrnea con respecto a la tubera, no se presentarn problemas. Donde seencuentran valores de pH por debajo de 5 y se anticipa un movimiento considerable de aguasubterrnea, puede ocurrir corrosin si no se toman las medidas de proteccin necesarias,

tales como el empleo de un relleno especial o de recubrimientos exteriores.3.5.4 Condiciones atmosfricas

An cuando la tubera cilndrica de concreto se entierra puede ser necesario acondicionar su

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An cuando la tubera cilndrica de concreto tambin puede llegar a ser atacada por suelossulfatados, la tubera ha mostrado excelente resistencia a los sulfatos. Esto se atribuye enprimer lugar al alto contenido de cemento del recubrimiento de mortero, promediando 11 sacos(550 kg) por metro cbico.

3.6 TUBERIA DE ASBESTO - CEMENTO

La tubera de asbesto-cemento (A-C) est disponible en dos tipos bsicos, las cuales sedistinguen por el contenido de cal libre de la tubera. La tubera tipo I no tiene lmite sobre elhidrxido de calcio no combinado; la tubera tipo lI, tiene 1% o menos de hidrxido de calcio nocombinado. Durante las ltimas dcadas en Mxico solamente se ha producido tubera de

asbesto - cemento tipo II.

La tubera tipo II contiene adems de las fibras de asbesto y el cemento Portland,aproximadamente el 30% de slice finamente molida. El proceso de curado se completa enautoclaves de vapor de alta presin, donde la temperatura es aproximadamente de 150 gradoscentgrados. La serie de compuestos conocidos como granates hidratados, que resultan delcurado con vapor de los productos de cemento, son estables y altamente resistentes a laaccin de las soluciones sulfatadas.

Las guas para el uso de tubera de A-C bajo diversas condiciones de suelo, se establecen enla norma AWWA C400, Norma para tubera de distribucin de asbesto/cemento, endimetros de 100 a 400 mm (4 a 16 pulgadas) NPS, para agua y otros lquidos; la normaAWWA C402 Norma para tubera de distribucin de asbesto cemento en dimetros de

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Los materiales termoplsticos ms comnmente usados en la distribucin de agua son elcloruro de polivinilo (PVC), el polietileno (PE) y el polibutileno (PB). Estos materiales no secorroen, pero si se degradan.

Ya que son materiales no-conductores(aislantes), son inmunes a la corrosin por efectosgalvnicos o electroqumico. Estos materiales no son afectados por la presencia de materialesactivos polares, como cidos, bases y sales acuosas. Por lo tanto, con la tubera termoplsticano se requieren revestimientos, recubrimientos o proteccin catdica. Sin embargo, ciertassubstancias que se encuentran en los ambientes municipales de distribucin de agua puedenafectar adversamente las propiedades estructurales de la tubera termoplstica, por medio de

ataque qumico directo, solvatacin, o agrietamiento por

esfuerzo ambiental..

El contacto de la tubera con tales substancias, puede suceder en situaciones de contaminacindel subsuelo, por ejemplo, la filtracin de gasolina de los tanques de almacenamiento.

El ataque qumico directo resulta en un cambio progresivo o rompimiento de la estructuramolecular del plstico. Esto sucede nicamente con oxidantes muy fuertes, cidos, bases oexposiciones prolongadas a la luz ultravioleta.

La solvatacin es la absorcin de un disolvente orgnico. Dependiendo del plstico, lanaturaleza del disolvente y la cantidad de disolvente absorbido, los efectos de solvatacinpueden fluctuar desde un ligero hinchamiento del plstico, con ligera prdida de propiedades,hasta una disolucin completa

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3.8 CORRIENTES PARSITAS

El flujo de corriente elctrica directa en el suelo, en el rea de una lnea de tubera o estructurade metal, puede inducir corrosin electroltica del metal o aleacin. La electricidad se describecomo una corriente parsita debido a que la corriente se ha desviado de la trayectoria originalsupuesta en el circuito donde se origin.

La corriente parsita es esencialmente un problema para las grandes lneas de tubera(acueductos) elctricamente continuos, que pueden formar un circuito de resistencia ms bajapara la corriente, que la que se encuentra en su circuito original. Las lneas de tubera

segmentadas elctricamente (las que usan anillos de hule para las juntas), no sonvulnerables a la corrosin por corrientes parsitas.

En el proceso de planeacin de una lnea de conduccin o de un acueducto, se debe anticiparel efecto que puede causar la presencia de una corriente parsita, para lo cual, el primer pasoen el anlisis del problema, es revisar las posibles fuentes de corriente directa. Algunas fuentescomunes incluyen a los sistemas de proteccin catdica de corriente impresa, trenes y tranvascon fuerza motriz de corriente directa, equipo de soldadura de arco y sistemas de transmisin

de corriente directa.Si existe un comit local coordinador para el control de la corrosin, sus miembros deben estarbien informados de tales fuentes. Si no existe tal comit, se deben consultar otros operadoresdel servicio de agua o dependencias gubernamentales

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3.9 POTENCIAL TUBERIA-SUELO

El potencial tubera -suelo (tambin llamado potencial estructura - medio ambiente) es elpotencial medido entre el metal y un electrodo de referencia colocado en contacto con la tierra.La celda o electrodo de referencia es la mitad de una batera. El electrodo de referencia usadoes el de cobre -sulfato de cobre (Cu-CuS04), la mitad de la celda consiste de una varilla decobre en una solucin saturada de cristales de sulfato de cobre. La otra mitad de la celda es elmetal inmerso en el electrolito o suelo.

La celda de referencia tiene un potencial constante, estable contra cualquier voltaje de otrometal que pueda ser medido de manera similar. Cuando se mide el potencial entre una tubera

y un electrodo de referencia en contacto con la tierra, el potencial incluye no solamente elvoltaje entre la tubera y la celda de referencia, sino tambin la cada de potencial IR generadapor corrientes que fluyen a travs de la resistencia de la tierra. Esta medida es la prueba mstil para evaluar los efectos de las corrientes parsitas y la efectividad de la proteccincatdica.

Cuando una tubera se conecta a la terminal positiva (+) de un voltmetro digital y la celda dereferencia se conecta a la terminal negativa(-), el medidor marcar una lectura negativa,indicando que la tubera es negativa con respecto al electrodo de referencia. Se debe colocarun signo negativo enfrente de la lectura de voltaje.

Ntese, sin embargo, que un voltmetro de tipo analgico o potencimetro con estas mismasconexiones marcar inversamente; la celda de referencia se debe conectar a la termina

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tubera est perdiendo corriente debido a corrientes parsitas, el potencia tubera -suelocercano a la tubera ser menos negativo (puede incluso convertirse en positivo) que lospotenciales ms alejados de la tubera.

Las mediciones de la cada de potencial (IR) son tiles para identificar corrientes de lnea ocorrientes parsitas en una lnea de tubera continua y para localizar reas donde se sospechaque hay corrosin.

Figura 3.5 Potencial tubera -suelo.

3.10 MEDIDA DE ARCO DE CORRIENTE

La cada de potencial se determina midiendo el voltaje entre dos puntos obre una lnea detubera, entonces se calcula la corriente que se requiere para inducir ese potencial en una lneadel tamao y material dados. El procedimiento de prueba utiliza un voltmetro de alta resistencia(con intervalos de milivolts) con las terminales conectadas a los electrodos de prueba de latubera. Para la mayor parte de la tubera de acero con juntas soldadas, el flujo de corriente enamperes, se puede determinar por la frmula:

I= K x V (3.2)

donde:

I = Flujo de corriente entre los dos puntos (A)

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3.11 GRADI ENTE DE VOLTAJE - TIERRA

Las pruebas de gradiente de voltaje a tierra ayudan a determinar si existe corriente fluyendo atravs del suelo, en la vecindad de una estructura subterrnea existente o proyectada. Tambinpueden indicar la direccin de cualquier flujo de corriente, y por consiguiente ayudan a localizarsu fuente. Cuando se grafican los resultados de las pruebas a lo largo del alineamiento de latubera, stos pueden ser tiles para localizar reas que se sospecha son andicas en unalnea.

Los gradientes de voltaje - tierra se prueban con un milivoltmetro de alta resistencia y dos

pares de medias celdas de cobre - sulfato de cobre ( Cu-CuS04). Las medias celdas se puedenverificar o calibrar colocndolas de lado a lado en la superficie del suelo. Una lectura de ceromilivolts muestra que las celdas estn acopladas apropiadamente.

Con las medias celdas colocadas dentro de la superficie del suelo a un espaciamientoseleccionado, se registra cualquier potencial en milivoltios. Si tal potencial existe, est implicadala presencia de corriente en la tierra. El gradiente se establece haciendo una serie de lecturasen una lnea recta. Para realizar la prueba ms rpido, se procede dejando una media celda enel lugar y llevando la otra a una nueva localizacin con igual espaciamiento, a lo largo de latubera. A este procedimiento se le conoce como salto de rana

Se debe tener cuidado en invertir el signo para cada nueva lectura las variaciones notables enlas lecturas pueden indicar secciones andicas y catdicas de la lnea si stas se llevan a cabo

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CAPITULO 4

RECUBRIMIENTOS ANTICORROSIVOSEn este capitulo se describen las tcnicas o mtodos de prevencin y control de la corrosinque se usan actualmente, se describen los aspectos relevantes de cada uno de ellos. Ancuando todos los mtodos de prevencin y control son importantes, se le da mayor atencin aluso de recubrimientos anticorrosivos y a la proteccin catdica.

4.1 MTODOS DE PREVENCIN Y CONTROL

Si los ensayos de laboratorio y las observaciones indican que la corrosin ser un problema enuna instalacin nueva o en una ya existente, se deben tomar medidas para reducir la severidadde la misma o eliminarla completamente. Para