INTRODUCCIÓN

A LA CIENCIA

DE LOS

MATERIALES

FALLA DE CABLE

CONDUCTOR DE

ALUMINIO

INTEGRATES:

CEDANO HUACHILLO, GUSTAVO ALONSO

CUETO FIESTAS, CHRISTIAN ALEXANDER

GALLO ZAPATA, EMILIO ALBERTO

LICERA LA MADRID, EFRAÍN FERNANDO

RIVERA MENDOZA, ANA SOFÍA

SAAVEDRA CASTRO, JOSÉ DAVID

VALDIVIEZO SUPO, KEVIN REYNALDO

VALVERDE GÓMEZ, CLAUDIA XIMENA

VASQUEZ SILVA, JULIO OMID

Tabla de Contenido

1. INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………

2. OBJETIVOS………………………………………………………………………

2.1. OBJETIVO GENERAL………………………………………………………….

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS……………………………………………

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA………………………………

3.1. UBICACIÓN………………………………………………………….

3.2. CONDICIONES DE SERVICIO………………………………………………

3.3. CONDICIONES ATMOSFÉRICA……………………………………………….

4. DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA…………………………………………..

4.1. ALUMINIO………………………

4.2. COMPARACIÓN DEL ALUMINIO VS COBRE…………………………..

4.3. ALEACIÓN AAAC 6201-T81

5. HIPÓTESIS DE FALLA

5.1. TIPOS DE CORROSIÓN EVALUADOS……………………………

5.1.1. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA…………………………………..

5.1.2. CORROSIÓN POR RENDIJAS…………………………………………

5.1.3. CORROSIÓN POR PITTING

5.1.4. CORROSIÓN GALVÁNICA

5.1.5. CORROSIÓN BAJO TENSIÓN

5.2. PROPUESTAS DE ENSAYOS………..

5.2.1. ANÁLISIS MACROSCÓPICO

5.2.2. ANÁLISIS QUÍMICO

5.2.3. ANÁLISIS METALOGRÁFICO

5.2.4. ENSAYO MECÁNICO

5.2.5. MEDICIÓN DE PIT………………………………………………

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS…………………………………………………..

6.1. ACCIÓN DE CLORUROS…………………………………………………

6.2. EFECTO DE PITTING……….………………………………………………….

6.3. RESULTADOS DE ENSAYO DE TRACCIÓN……………………………………

6.4. EFECTOS DE LOS RESIDUOS DE CORROSIÓN……………………………

7. RECOMENDACIONES Y ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN…………………….

8. CONCLUSIONES………………………………………………………………….

9. BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………

1. INTRODUCCIO N

El fenómeno de la corrosión es un proceso que afecta prácticamente a la mayoría de

materiales fabricados por el hombre. De manera amplia y general, se describe como

el deterioro continuo de las propiedades tecnológicas de un elemento por reacción

con su ambiente, así como el desgaste de la integridad física de estructuras y

objetos. Es por esto que el impacto en la economía debido a los daños ocasionados

es de gran preocupación desde el punto de vista industrial, ya que producen

interrupciones de actividades, mantenimientos, accidentes, y sobre todo, reducción

de eficiencias.

La energía eléctrica es indispensable, no sólo para poner en marcha una serie de

procesos industriales, sino que también lo es en cuanto a transporte, transmisión y

distribución de energía se refiere. Un colapso que como consecuencia suspenda el

servicio eléctrico es una de las consecuencias que puede traer una elección

equivocada del material, o un manejo inapropiado de la corrosión; en el sector

electricidad peruano el problema fundamental de corrosión presente en subestaciones

y líneas de transmisión se debe a la exposición en ambientes de alta contaminación:

industriales, marinos, y rurales. De ésta manera se identifica que la cuestión principal

es la corrosión atmosférica, y por ende, los aspectos bajo los cuales se manifiesta, es

decir, la presencia de cloruros, sulfatos, variables climáticas como la humedad

relativa, y la temperatura propia del ambiente bajo el cual se encuentra la pieza o

material.

En nuestro caso, durante el desarrollo de este trabajo analizaremos las causas que

produjo la caída de un cable de media tensión debido a la corrosión presente en el

ambiente de operación, un conductor de aluminio de tipo AAAC de 50 mm2 que

alimentaba la zona de Enance, Talara. El aluminio y sus aleaciones tienen la

capacidad de formar una capa protectora contra la corrosión que permanece en la

superficie del metal, por esto es coherente afirmar que es resistente a la corrosión en

ambientes agresivos, sin embargo en ciertas atmósferas, los contaminantes hacen

que la resistencia a la corrosión caiga notablemente, estropeando el elemento.

Se empezará por explicar el marco teórico de los tipos de corrosión presentes en la

línea, definiéndolos según los aspectos bajo los cuales se manifiestan en relación al

ambiente en donde el conductor cumplía con su función. Luego se desarrollarán las

características de la aleación de aluminio propiamente dicha, se dará a conocer el

proceso de conformado y las propiedades que resultan a partir de ello, así como las

prestaciones que puede llegar a alcanzar. Posteriormente se expondrán las

propuestas de ensayos y análisis que se realizaron para evaluar la corrosión

existente.

Finalmente se interpretaran y discutirán los resultados de los ensayos realizados, se

expondrán las conclusiones a las que se llegaron luego de las pruebas realizadas, así

como también se propondrá una alternativa de solución para evitar otro accidente de

este tipo.

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GENERAL

Averiguar las causas por las que se dio la rotura del material estudiado y proponer

una posible solución para que no se vuelva a presentar dicho problema.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Realizar una reconstrucción previa de todo el sistema, componente por

componente para, de esta manera, reconocer las zonas afectadas y, así,

poder iniciar con la correspondiente investigación.

Estudiar y analizar las diferentes fallas que pueden haber causado la rotura

del material como: corrosión, oxidación, entre otros. También será

necesario consultar otros factores que influyen en el correcto

funcionamiento del material: ubicación geográfica donde se dio el problema

planteado y lo que respecta a la parte eléctrica del sistema.

Luego de haberse descartado las posibles opciones (basándonos en el

material utilizado, funcionamiento, circunstancias en las que se podrían dar

las fallas), investigar más a fondo cada una de ellas (causas, consecuencias,

mecanismo, cómo se presenta, entre otros) para luego, saber identificarlas,

en un primer momento, de manera macroscópica.

Verificar, haciendo uso de los ensayos mecánicos, las propiedades

mecánicas del material analizado y, por lo tanto, comprobar si

efectivamente se trata de una aleación de aluminio.

Por otra parte, dichos ensayos nos ayudarán a comprobar la existencia de

las fallas previamente investigadas (haciendo un paralelo entre el material

dañado y uno en buen estado). Asimismo, nos permitirán tener una idea

más clara de lo que tendríamos que hacer o recomendar si es que no

queremos que se vuelva a presentar el mismo problema a futuro.

Aprender a tomar conciencia de que, adquirir o contar con un material que

cumple con las especificaciones mínimas requeridas por su respectiva

norma nos permitirá prevenir pérdidas, daños y cualquier otro accidente a

futuro.

Todas estas actividades realizadas enriquecerán nuestros conocimientos

adquiridos acerca del curso y, de esta manera, verificar y complementar

todos aquellos conceptos que hayamos aprendido en cada clase.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En el mes de noviembre del año 2009 se produjo la caída de un cable de media

tensión, el conductor de aluminio del tipo AAAC de 50 mm2 que había sido

instalado en remplazo de un conductor de cobre, como parte de la remodelación de

la línea que se realizó en enero del 2006.

El sector que recorre la línea pertenece a la zona de Enace, ubicada en los exteriores

de la provincia de Talara. La zona de Enace se encuentra a unos 15 km de la costa

de Talara, una pequeña localidad caracterizada por ser una zona de viviendas. Si

viajamos por la panamericana norte podremos encontrar éste lugar luego del Parque

Eólico de Talara, antes de la entrada de la cuidad. De Julio a noviembre de 2009 se

registraron 6 casos de líneas caídas en esta zona, ocasionando la interrupción del

servicio de energía eléctrica en todo el alimentador A1303 proveniente del sistema

eléctrico de Malcas.

La rotura del conductor ocurre al extremo de la grapa de anclaje tipo pistola y el

preforme instalado en el conductor (ver esquema). La caída de la línea se dio cinco

veces en los armados tipo anclaje y una vez en un aislador pin (conductor doblado

en la cabeza del aislador pin como anclaje).

4. DESCRIPCIO N DEL SISTEMA

Cuando se nos dio las piezas, teníamos entendido que estas antes formaban parte de

un sistema de anclaje de un cable de transmisión eléctrica con un poste de luz. Se

pudo diferencias tres partes de este sistema: dos grapas con el cable aun pasando

por ellas por el sistema de tensionado y un conector tipo cuña con el cable también

aun sujeto a este

FIG 1: Sistema de anclaje al poste

Se puede observar que existe un gran deterioro de material, más adelante se

explicará las razones exactas de este deterioro.

A simple visto no se puede observar bien el sistema ni cómo es que funciona

exactamente, en el siguiente dibujo se muestra cómo es que se vería el sistema

armado y anclado al poste.

FIG 2 Vista de planta del poste.

FIG 3 Vista frontal del poste.

En las imágenes que se presentará a continuación se muestra con detalle cada parte

del sistema con la finalidad de que se pueda entender el cómo es que estaba

posicionado el cable.

FIG 4 Descripción detallada de cada parte del sistema.

Se entiende que esa no era la única forma en que se encontraban los cables pero sus

variantes era muy parecidas a esa.

4.1. ALUMINIO

El aluminio es un metal no ferromagnético ligero, blando pero resistente, de

aspecto blanco plateado, con una alta reflectividad para la luz y el calor. Su

densidad es de 2.699 𝑔 𝑐𝑚3⁄ , aproximadamente un tercio de la del acero o cobre.

Su estructura cristalográfica es cúbico centrado en las caras.

Propiedades Térmicas:

La conductividad térmica del aluminio es de 209 𝑊 𝑚𝐾⁄ y es alrededor del 52.5%

de la del cobre puro, que es de 399 𝑊 𝑚𝐾⁄ .

Propiedades Químicas:

Es muy resistente a la corrosión, tanto en forma de metal puro como cuando forma

aleaciones con el fierro, manganeso y magnesio. Su resistencia química se debe a la

formación de una película de óxido muy delgada, compacta que se adhiere con

firmeza y la cual es insoluble en agua y en muchos otros disolventes. Esta película

protege al metal que está abajo, de otros ataques, aun cuando la capa de óxido,

según se forma en el aire, tiene sólo un espesor de 4 a 5 ∗ 10−6𝑚𝑚.

Características Mecánicas:

Es un material maleable, dúctil En estado puro tiene un límite de resistencia en

tracción de 160-200 N/mm² (160-200 MPa). Todo ello le hace adecuado para la

fabricación de cables eléctricos y láminas delgadas, pero no como elemento

estructural. Para mejorar estas propiedades se alea con otros metales, lo que permite

realizar sobre él operaciones de fundición y forja, así como la extrusión del

material. También de esta forma se utiliza como soldadura.

4.2. COMPARACIÓN DEL ALUMINIO VS COBRE

CARACTERÍSTICAS COBRE ALUMINIO

Resistencia a la tensión (MPa) 344.738 220.632

Resistencia a la tensión para la misma conductividad (MPa) 344.738 344.738

Peso para la misma conductividad 100 54 Sección transversal para la misma conductividad 100 156 Resistencia específica (ohms-cir/mil ft) (20 °C ref) 10.6 18.52

Coeficiente de expansión (por °𝐶𝑥10−6) 16.6 23

Dureza 35HB 15HB

El aluminio es una buena opción para los equipos de distribución eléctrica.

Utilizar conductores de aluminio reduce el peso de los equipos y, por tanto la

carga mecánica a las instalaciones.

Los equipos fabricados con conductores de aluminio normalmente son de menor

costo que los fabricados con cobre.

Las terminales de conexión en el mercado son adecuadas para recibir

conductores de cobre o aluminio.

4.3. ALEACIÓN AAA 6201-T81

4.3.1. Nomenclatura:

Según la nomenclatura desarrollada por Aluminum Association Inc, nuestro aluminio

pertenece a la familia 6xxx: A6201-T81

6 Los principales elementos de aleación son Mg y Si

2 Aleación modificada respecto a la original: Cu

T Tratado térmicamente

81

Tratamiento térmico de solución, trabajado en frío y envejecido

artificialmente. Este tipo de tratamiento se aplica a los productos que están

trabajados en frío con el objetivo de mejorar la dureza después de haber

finalizado este tratamiento, y también para mejorar sustancialmente las

propiedades mecánicas mediante el tratamiento térmico de precipitación.

Los efectos del trabajo en frío se contabilizan en los límites de las

propiedades especificados.

4.3.2. Especificaciones:

ASTM. Alambre, B398. Conductor trenzado, T81 Temple: B399

SAE.J454

UNS.A96201

4.3.3. Composición química:

Este tipo de aleación de aluminio, contiene 0.8% de Mg y 0.7% de Si

aproximadamente, a continuación mostraremos una tabla con los elementos que

conforman esta aleación:

Elementos Porcentaje

Cobre máximo 0.10

Hierro máximo 0.50

Silicio 0.50-0.95

Magnesio 0.6-0.9

Manganeso máximo 0.03

Zinc máximo 0.10

Cromo máximo 0.03

Boro máximo 0.06

Otros elementos individualmente máximo 0.03

Otros elementos totalidad, máximo 0.10

Aluminio El resto

4.3.4. Aplicaciones:

Se usan mayormente para barras de distribución, alambres, para conductores y

accesorios eléctricos de alta resistencia, ya que este tipo posee la mejor combinación

de propiedades conductoras eléctricas y mecánicas, conductividad de 55% IACS

(Norma internacional de cobre recocido).

4.3.5. Propiedades mecánicas:

o Propiedades de tracción típicas T81 Temple:

Resistencia a la tracción (𝜎𝑚) 331𝑀𝑝𝑎/48𝐾𝑠𝑖

Limite elástico (𝜎𝑒) 310𝑀𝑝𝑎/45𝐾𝑠𝑖

Elongación (A%) 6% 𝑖𝑛 (250𝑚𝑚/10 𝑖𝑛)

o Propiedades límites del alambre T81 templado:

Mínima resistencia

a la tracción

(individual)

Mínimo limite

elástico

(promedio)

Elongación

mínima

Diámetro especifico (1/16 a 1/8 in)

315 𝑀𝑃𝑎/46𝑘𝑠𝑖

330𝑀𝑃𝑎/48𝑘𝑠𝑖

3%

(250𝑚𝑚

/10𝑖𝑛)

Diámetro especifico (1/8 a 3/16 in)

305 𝑀𝑃𝑎/44𝑘𝑠𝑖

315 𝑀𝑃𝑎/48𝑘𝑠𝑖

4.3.6. Propiedades térmicas:

o Temperatura en estado líquido= 650°C (1210°F)

o Temperatura en estado sólido= 607°C(1125°F)

o Calor especifico=895 𝐽/𝐾𝑔𝐾 =0.214 𝐵𝑡𝑢/𝑙𝑏°𝐹 (A 20°C/68°F)

o Conductividad térmica: T8 Temple: 205 𝑊/𝑚𝐾 (118 Btu/ft.h.°F) A

25°C/77°F

o Coeficiente de expansión térmica:

Rango de Temperaturas Coeficiente promedio

°𝐶 °𝐹 𝜇𝑚/𝑚𝐾 𝜇𝑖𝑛/𝑖𝑛°𝐹

-50 − 20 -58 − 68 21.6 12.0

20 − 100 68 − 212 23.4 13.0

20 −200 212 − 392 24.3 13.5

20 −300 68 − 572 25.2 14.0

4.3.7. Propiedades eléctricas:

o Conductividad eléctrica: Volumétrico, T81 temple: 54% IACS a 20°C/68°F

o Resistividad eléctrica: T81 temple: 32 𝑛Ω𝑚 a 20°C/68°F

4.3.8. Características de fabricación:

o Temperatura de solución: 510°C/950°F

o Temperatura de envejecimiento: 150°C/302°F manteniendo esta temperatura

aproximadamente por 4 horas

4.3.9. Otras características:

o Densidad: 2.69 𝑀𝑔/𝑚3(0.097𝑙𝑏

𝑖𝑛3) a 20°C/68°F

5. HIPO TESIS DE FALLA

FALTA FLORO

5.1. TIPOS DE CORROSIÓN EVALUADOS

5.1.1. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

El aluminio y sus aleaciones son capaces de formar sobre sus superficies una breve

capa de óxido, la cual protege al metal contra la corrosión. Estas aleaciones, por lo

tanto, son notablemente resistentes a la corrosión en medio de atmósferas agresivas.

Sin embargo, en atmósferas industriales y marinas las cuales contienen sales

corrosivas, la resistencia a la corrosión disminuye y las aleaciones pueden sufrir

algún tipo de corrosión.

La breve capa de óxido antes mencionada se produce cuando el aluminio entra en

contacto con el aire, éste se oxida y se forma espontáneamente una compacta,

delgada y amorfa capa de óxido de aluminio denominada como alúmina (𝐴𝑙2𝑂3),

este óxido esta formado por: una película más compacta próxima al aluminio que

actúa como barrera protectora, y otra película más externa y que posee más

permeabilidad comúnmente puede ser bohemita (𝐴𝑙2𝑂3𝐻2𝑂) o bayerita

(𝐴𝑙2𝑂3𝐻2𝑂) y se caracteriza por que su espesor aumenta según sea la humedad de

la atmósfera.

La corrosión atmosférica del aluminio se manifiesta de 2 diferentes maneras: una

corrosión uniforme con empañamiento y pérdida de brillo de la superficie, y otro

tipo de corrosión localizada donde se observan múltiples picaduras repartidas por

toda la superficie metálica, pero entre ellas existen amplias áreas de material

intacto.

La corrosión uniforme del aluminio se da cuando la capa de óxido es diluida por

ácidos u otros iones reactivos, que dan lugar a la formación de sales solubles, tales

como el 𝐴𝑙2(𝑆𝑂4)3, o sales básicas que se incorporan a la capa de productos de

corrosión, pero el daño principal del aluminio está relacionado con su ataque por

picaduras, la presencia de iones cloruros (𝐶𝑙) − en la atmósfera es el factor más

dañino, estos cloruros se adhieren y penetran en los defectos de la capa de óxido

natural y conducen a la formación de complejos solubles 𝐴𝑙(𝑂𝐻)22𝐶𝑙. La difusión

de las especies solubles lejos de la zona de reacción produce el adelgazamiento de

la capa de óxido y el nacimiento de una picadura.

Algunos experimentos para el uso del aluminio en la aeronáutica comparan

muestras de aleaciones en atmósfera marina (cloruros), industrial (sulfatos) y rural

(polvo) concluyendo que la atmósfera más agresiva para aleaciones de aluminio es

la marina, a excepción de la aleación 3003-1'3 y clad-duraluminio, para las cuales la

atmósfera más agresiva es la industrial.

En atmósferas industriales, el aluminio se encuentra expuesto a iones 𝑆𝑂2, se ha

encontrado que el dióxido de azufre tiene poca afinidad con la superficie del

aluminio. Pero cuando estos materiales tienen una capa de polvo sobre su

superficie, es común la adsorción del 𝑆𝑂2, al reaccionar la nueva capa con el

oxígeno produce iones sulfato 𝑆𝑂4−2, los cuales pueden provocar una aceleración de

la reacción anódica. Según datos bibliográficos la concentración de iones sulfatos es

de 3 a 7% en el polvo de atmósferas industriales.

Según sea la concentración de iones Cl- en las atmosferas marinas se determina el

grado de ataque por picaduras, por ejemplo en las atmósferas marinas puras

(ausencia de SO2) existe un umbral crítico de salinidad atmosférica en torno a los

20 mg Cl- /m2 ·día, que diferencia el comportamiento a la corrosión atmosférica del

aluminio. Por debajo de aquel umbral el aluminio se comporta de modo similar a

como lo hace en atmósferas puras no contaminadas, es decir hay una ausencia de

ataque corrosivo. Sin embargo, por encima de aquel umbral el aluminio

experimenta picado de su superficie, este es el daño que más se puede apreciar

conforme aumenta es la salinidad atmosférica y es verdaderamente perjudicial para

las propiedades mecánicas del material, por otro lado la agresividad de la atmósfera

marina depende de varios factores tales como: dirección del viento, cantidad de

precipitaciones, humedad relativa, etc.

Para analizar los productos de corrosión se debe saber que en el fondo de una

picadura el medio es ácido y el aluminio actúa anódicamente, oxidándose según la

siguiente reacción:

𝐴𝑙 → 𝐴𝑙3+ + 3 𝑒−

Las fronteras de las picaduras actúan como cátodos y en ellas el medio es alcalino,

dando lugar a esta reacción catódica:

1

2 𝑂2 + 𝐻2𝑂 + 2 𝑒− → 2𝑂𝐻−

Los iones 𝐴𝑙3+, son prácticamente insolubles en agua, estos se combinan con los

iones oxhidrilos procedentes de la disociación del agua, para formar hidróxidos de

aluminio, 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3, la reacción es la siguiente:

𝐴𝑙3+ + 3 𝑂𝐻− → 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3

El 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3 (hidróxido de aluminio) no es soluble en agua y precipita formando

una masa blanca gelatinosa, conocida como alúmina la cual recubre las picaduras

como se puede apreciar en la siguiente figura.

6.

La corrosión del aluminio, aumenta de cargas positivas en el interior de la picadura,

debido a que los electrones migran hacia las áreas catódicas (fronteras de las

picaduras), donde poco a poco se irán consumiendo en la reducción del 𝑂2. La

neutralidad eléctrica se mantiene porque los iones (𝐶𝑙) − migran hacia el interior de

la picadura, causando un aumento de su concentración en ese lugar.

A continuación se muestra una tabla con los productos de corrosión más comunes

que se dan en el aluminio:

PRODUCTOS DE CORROSIÓN DEL

ALUMINIO

FÓRMULA QUÍMICA

OXIDOS

Alúmina

∝ −𝐴𝑙2𝑂3

𝛾 − 𝐴𝑙2𝑂3

Bohemita

𝐴𝑙2𝑂3𝐻2𝑂

Bayerita

∝ −𝐴𝑙(𝑂𝐻)3. 𝐻2𝑂

𝛾 − 𝐴𝑙(𝑂𝐻)3. 𝐻2𝑂

CLORUROS

Cloruro de Aluminio

𝐴𝑙𝐶𝑙3. 6𝐻2𝑂

SULFATOS

Sulfatos básicos

𝐴𝑙%(𝑆𝑂4)𝑦(𝑂𝐻)2

SULFUROS

Sulfuros de Aluminio

𝐴𝑙2𝑆3

5.1.1. CORROSIÓN POR RENDIJA

La corrosión por rendijas es una forma de corrosión localizada comúnmente

asociada con espacios aislados, estos espacios son llamados comúnmente

“rendijas”, también se les conoce por su nombre en inglés “crevices”, su formación

depende de ciertas configuraciones geométricas.

Se conoce también como corrosión por aireación diferencial, las regiones con

diferentes concentraciones de oxígeno se comportan como una cúpula de corrosión.

Las zonas de baja concentración están dentro de la rendija y actúan como ánodos

donde el metal se oxida, esto se debe a que dentro de la rendija aumenta la

concentración de iones positivos y si existe la presencia de halogenuros en el medio

se produce un mayor daño debido a la presencia de iones cloruros (Cl-) en la

atmósfera. En pocas palabras aquellos metales que presentan grietas o rendijas en

las cuales se acumula la humedad y suciedad, las zonas exteriores estarán más

aireadas y las interiores se verán empobrecidas de oxígeno luego de darse la

oxidación, es en este momento es cuando los cloruros penetran la capa del material

y producen picaduras.

ESTADO INICIAL:

ESTADO FINAL:

5.1.2. CORROSIÓN POR PITTING

La corrosión por pitting se presenta en los materiales debido a la

rotura de la película pasiva formada para la protección del material,

en este caso el aluminio. Mientras más expuesta se encuentre el

material en un ambiente corrosivo, se presenta con más fuerza la

presencia de pitting con mayor profundidad y mayor desgaste del

material.

La corrosión en el aluminio se presenta por la materia ajena a este

en su superficie, demostrando que el material fue instalado en un

ambiente muy corrosivo con alto contenido de NaCl.

La materia externa que se adhiere al aluminio como polvo, arena,

sal, etc; de esta manera el conducto se cubre con una masa que se

junta entre los alambres, una masa en la cual al final hay muy poca

grasa pero mucha materia ajena y productos de la corrosión del

aluminio. La masa es higroscópica e impide que el aluminio seque

tras una lluvia. Al secarse la masa se rompe formando fisuras que

abren paso al aluminio puro. De esta manera hay tanto corrosión

general como local en forma de puntos (pitting). La corr osión local

de los alambres crece tanto que al final los alambres se ponen

frágiles y se quiebran.

En la figura se muestra, los residuos de corrosión que se han

localizado en la superficie habiendo destruido la capa oxido de

aluminio e impidiendo la regeneración de esta y atacando

directamente al metal. La visualización de los pitts en este aluminio

no se observan con gran detalle pero se logra visualizar puntos muy

pequeños con profundidades diminutas, la cual es la característica

del pitting, pudiendo ser verticales, elipticales, etc.

5.1.3. CORROSIÓN GALVÁNICA

a) Acero galvanizado: Aquel que se obtiene luego de un proceso de recubrimiento

de varias capas de la aleación de hierro y zinc. Por lo general, se trata de tres capas

de la aleación, las que se denominan: “gamma”, “delta” y “zeta”. Finalmente se

aplica una última y cuarta capa externa que sólo contiene zinc, a la que se le llama

“eta”, y es la que le da aquel típico aspecto gris brillante al acero.

El recubrimiento galvanizado le otorga al acero una excelente protección, así como

también propiedades fabulosas entre las que se encuentra su gran resistencia a la

abrasión, así como también a la corrosión (en especial, la atmosférica).

Esta última característica, produce un gran efecto, el denominado “protección

catódica o de sacrificio”, en el que el zinc se comporta como la parte anódica de la

corrosión. De este modo, mientras haya recubrimiento de zinc, entonces el acero

estará protegido.

FUENTE: http://deepseatrading.com/producto/cable-de-acero-galvanizado-

camaronero.

b) Compatibilidad Aluminio – Acero Galvanizado: La teoría predice que el

aluminio y el acero galvanizado son compatibles. El zinc (recubrimiento del acero)

y el aluminio están adyacentes el uno junto al otro en la escala de galvanizado. La

presencia del aluminio acoplado con el acero galvanizado incrementa el rango de

corrosión del zinc solo del 0.1% al 1%. Este incremento es insignificante, y por lo

tanto, el contacto entre el aluminio y el acero galvanizado no acelera

significativamente la corrosión de ninguno de los dos materiales.

La normativa ha incorporado estos datos mencionados. Por ejemplo, la Asociación

del Aluminio, en su código estructural, establece que no hay necesidad de separar o

pintar las superficies de acero galvanizado que estén en contacto con el aluminio.

Incluso, muchas estructuras y componentes en el último medio siglo confirman ello.

El revestimiento de aluminio es frecuentemente utilizado en estructuras de acero

galvanizado y muy a menudo se utilizan tornillos con recubrimiento de zinc. Y

también un número incontable de conectores de sistemas de conexión en servicio en

todo el mundo han sido fabricados uniendo tubos de acero galvanizado exitosa y

permanentemente.

c) Corrosión Galvánica (Aluminio y Acero Galvanizado): Como se sabe, la

corrosión galvánica es un proceso electroquímico en el que un metal se corroe

cuando está en contacto eléctrico con un metal diferente (más noble) y ambos

metales se encuentran dentro de un electrolito o medio húmedo.

Para el caso del par aluminio – acero galvanizado, por teoría, se dice que ambos son

completamente compatibles (por lo que, el riesgo de corrosión de alguno de ellos,

cuando se encuentran en contacto, es muy bajo).

Si se llegara a producir la corrosión galvánica, será el material más noble (el que

logrará sufrir la corrosión, es decir, el aluminio) el que actuaría como cátodo, ya

que tiene un potencial electroquímico de -1.68V, mientras el acero galvanizado será

el ánodo, que presenta un potencial electroquímico de -0.08V. Como se recuerda,

mientras haya un determinado recubrimiento de zinc en la pieza, será el acero

galvanizado el que se mantendrá protegido.

FUENTE: http://ampliacionfq.blogspot.com/2013/05/corrosion.html

d) Otros Tipos de Corrosión que Potencian el Proceso Corrosivo: Teniendo como

punto de partida el caso planteado, dicho proceso corrosivo se potencia, ya que nos

encontramos dentro de un medio húmedo que facilitará la corrosión atmosférica y,

por lo tanto, la galvánica.

5.1.4. CORROSIÓN BAJO TENSIÓN

La corrosión bajo tensiones (SCC) es un proceso en el que la

combinación de carga mecánica, ambiente corrosivo y temperaturas

elevadas pueden llevar al deterioro . Surgen delgadas grietas, que

pueden extenderse bastante rápido, llegando al fallo de alguna parte

e incluso de la estructura completa. Las grietas son difícilmente

visibles en la superficie y difíciles de detectar con un examen

visual, por eso se espera ver en la metalografía este tipo de grietas

alrededor de toda la sección transversal.

Este complejo tipo de corrosión es el efecto de la combinación de la

composición de la aleación, la carga mecánica, el ambiente, el

diseño, la temperatura y el tiempo. Los factores adicionales como

los depósitos, el tipo de superficie y los ciclos térmicos también

pueden contribuir a este proceso.

Se espera que en las partes cerca a la grapa (las que están bajo

tensión) tengan este tipo de corrosión aunque el aluminio e s un

material que no es susceptible a esta corrosión por ende se duda que

no esté presente este tipo de corrosión

5.2. PROPUESTA DE ENSAYO

5.2.1. ANÁLISIS MACROSCÓPICO

Esta es una pieza de acero galvánico el cual estaba unido al cable de aluminio en las

grapas, se puede apreciar que en las rendijas donde se acoplaban los pernos presentan una

decoloración que puede indicar corrosión galvánica además del cloruro que presenta por

la corrosión ambiental.

Estas piezas son las grapas y los pernos por donde pasaba el cable de aluminio, se puede

apreciar en la base la decoloración que puede inducir a corrosión galvánica, además de

los cloruros por corrosión ambiental.

En el cable de aluminio se aprecian cloruros y además pequeños hoyos que podrían

suponer corrosión por pitting.

Estos pernos iban acoplados a la grapa y al cable de aluminio, se notan muy claramente

los cloruros en la parte del enroscamiento.

Se aprecia que en esta parte del sistema, el aluminio se ve afectado por corrosión de tipo

ambiental por los cloruros.

5.2.2. ANÁLISIS QUÍMICO

Se realizó un análisis químico cualitativo de cloruros utilizando nitrato de plata; sulfato (SO4) con cloruro de bario y aluminio (Al) mediante método volumétrico sobre el polvo y óxidos encontrados tanto en el cable como en los conductores y grapas tipos pistola. El análisis revela una elevada presencia de cloruros y no se encuentran sulfatos. Finalmente, se comprueba la hipótesis de presencia de aluminio en los depósitos remanentes.

5.2.3. ANÁLISIS METALOGRÁFICO

5.2.4. ENSAYO MECÁNICO

5.2.5. MEDICIÓN DE PITS

Tenemos que la velocidad de corrosión en MPY se calcula mediante

la siguiente fórmula:

T

hVcorr

*365000

Donde:

h = profundidad de la picadura en pulgadas

T = tiempo en días (2 años = 730 días)

Medida Profundidad

(pulg.)

Velocidad de corrosión

(MPY)

1

2

3

4

5

6

En este caso, la velocidad de corrosión en promedio nos resulta:

MPY. También se cumple lo que se dijo anteriormente, para efectos

de diseño debería considerarse la mayor profundidad, que indica el

mayor efecto corrosivo

6. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

6.1. ACCIÓN DE CLORUROS

La presencia de cloruros los cuales al localizarse sobre la superficie de

los alambres de la aleación en diversos puntos a lo largo la línea de

transmisión produce la destrucción de la capa de óxido de aluminio o

alúmina (Al2Cl3) impidiendo así a reconstrucción de la misma y

atacando directamente al metal, deteriorándolo, y generando zonas

críticas en el sistema.

Los cloruros juntos con el polvo y la humedad del ambiente formaran

una masa que l legará a funcionar como un electrolito el cual

presentara una buena conductividad por lo cual la corrosión local de los

alambres va aumentando cada vez en mayor proporción tanto que al

final los alambres llegan a fragilizarse y se produzca la ruptura de los

mismos.

6.2. EFECTO DE PITTING

Las picaduras presentes a lo largo del material, generan un

deterioro del mismo, de tal manera que según sea el tamaño y

forma de la picadura producirá una concentración de tensiones en

cada zona donde se ha producido debido al peso de la línea de

transmisión una mayor o menor pérdida de resistencia del m

6.3. RESULTADOS DE ENSAYO DE TRACCIÓN

Por el ensayo de tracción buscamos verificar si es que los

resultados obtenidos coinciden con los existentes en tablas. De

esta manera, según los resultados, corroboraremos si las

propiedades del material corresponden a la aleación de aluminio

A6201 T81.

Norma ASTM B557

Diámetro

Nominal

Dimensiones [mm.]

Estándar Tamaños menores

12.5 9 6 4

G 1.05.62 09.045 06.030 04.020

D 25.05.12 1.09 1.06 05.04

R 9 8 6 4

A 75 54 36 24

6.4. EFECTOS DE LOS RESIDUOS DE CORROSIÓN

Influencia de los agentes de corrosivos en las propiedades

eléctricas del cable debido al deterioro del material

La aleación de aluminio 6201-T81 utilizada para líneas aéreas de

transmisión según su aplicación: transmisión de corriente presenta.

Según la ley de ohm:

𝐼 =𝑉

𝑅 ..(1)

donde:

I = Intensidad de corriente eléctrica

V = Diferencia de potencial aplicada

R= Resistencia del conductor

Además puede demostrarse también que:

𝑅 = 𝜌𝐿

𝑆 ..(2)

donde:

L= Longitud del conductor

S = Área transversal del conductor

ρ = Resistividad del material

Reemplazando (2) en (1):

𝐼 =𝑉 . 𝑆

𝜌 . 𝐿

Por lo cual, podemos concluir que la sección del conductor es

directamente proporcional a la intensidad de corriente e inversamente

proporcional a la resistencia eléctrica del mismo, por lo tanto, una

disminución de sección tendrá como consecuencia un aumento de la

resistencia eléctrica del material y una disminución de la intensidad de

corriente que pasa por dicho conductor produciendo una deficiencia del

sistema.

7. RECOMENDACIONES Y

ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN

a) Anodizado del Aluminio

El anodizado es un proceso electroquímico el cual consiste en un tratamiento de

superficie capaz de conseguir una capa de óxido de aluminio o alúmina (AI203)

en la superficie del aluminio base por medio de un proceso electrolítico basado

en producir la circulación de corriente continua a través de un electrolito de base

ácida permitiendo así variar el espesor de la capa de óxido de aluminio a

voluntad entre algunas pocas micras hasta 25 ó 30 micras (0.025 o 0.03

milímetros) en el anodizado de protección y hasta 100 micras (0.1 mm) en el

anodizado duro. Este espesor viene regulado por la norma UNE-38010.

Al realizar este proceso se logrará aumentar artificialmente el espesor de la capa

natural de óxido del aluminio (oxidación forzada), obteniendo así una gran

protección contra la corrosión y la abrasión. Las características propias de este

material en cuanto a resistencia y durabilidad, se ven aumentadas

considerablemente mediante este tratamiento de superficie, convirtiéndose de

este modo en el material idóneo para cerramientos en las zonas costeras y

sometidas a duras condiciones climáticas.

b) Engrasado del conductor:

El conductor será instalado en una zona de severa contaminación salina e

industrial, caracterizada por un alto grado de humedad, neblina y carencia de

lluvias y por lo tanto deberá ser engrasado en sus capas internas y externas por

una grasa libre de impurezas, de la mejor calidad.

c) Prevención:

Para prevenir la corrosión del aluminio por exposición a la sal, deberá

inspeccionarse el material periódicamente y repara cualquier daño en el

revestimiento de la superficie tan rápido como se pueda.

d) Reducción de tensiones internas

Reducir las tensiones internas, con el fin de no acelerar más la corrosión, lo cual

significa reducir el porcentaje de reducción final así como el ángulo de la hilera,

si éste fuera el no indicado

e) Agregado de inhibidor

Existen inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus

efectos, ejemplos, los anticongelantes usados en radiadores de los automóviles.

f) Protección catódica o aislar la pieza del ambiente, cubriéndola de plástico.

8. CONCLUSIONES

El aluminio es un material más complejo en comparación con los aceros, esto es

porque no se puede observar su microestructura por medio de una metalografía

simple, se necesita realizar una metalografía mucho más compleja que resulta difícil

de realizar.

Los alambres de aluminio que fueron utilizados en el sistema, tienen gran cantidad de

elementos anticorrosivos pero debido a un mal mantenimiento de estos se ha

producido la ruptura de todo el alambre, para este tipo de conductores es necesario

utilizar una grasa neutra especial en ambientes de alta contaminación o expuestos a

un ambiente marino.

A pesar de tener un material que se describe como resistente a la corrosión, esta

siempre se presentara ya que no todos los materiales están hechos para un solo medio

de trabajo. Estas condiciones atmosféricas influyen mucho en la velocidad de

corrosión del material. Se deben tomar en cuenta pautas adicionales para la

protección de un material, sea este o no resistente a la corrosión, ya que esta siempre

existirá.

Se pudo verificar que, las respectivas corrosiones que se dieron en el sistema no sólo

afectaron en el comportamiento mecánico del material (que es lo que normalmente se

cree), sino que también en la parte del funcionamiento eléctrico (en la generación de

las llamadas resistencias de contacto, no permitir el mismo paso de corriente, entre

otras).

En teoría, el par aluminio – acero galvanizado, influirá de maneras importante en la

falla de las piezas trabajando en conjunto. Se pudo verificar que efectivamente, se

llegó a dar corrosión galvánica en el sistema (en donde el que se llegó a corroer o

sacrificar fue el aluminio). Además la corrosión en esta zona se intensificó ya que hay

otros parámetros que influyeron en dicho proceso corrosivo, como: la ubicación

geográfica, clima, mal diseño del sistema, fabricación, etc.

Se concluye que el conductor ha fallado por la pérdida de material que ha generado la

corrosión atmosférica y por la agresión de la corrosión localizada (corrosión por

rendijas) que se puede observar en las picaduras que presenta, esto debilitó al

conductor y disminuyó su resistencia a la tracción provocando la caída

posteriormente.

La presencia de Cloruros hace que la atmósfera sea sumamente dañina para el tipo de

aleación de conductor, planteamos como alternativa de solución utilizar un conductor

con recubrimiento de PVC que cumpla con los requerimientos, esto garantizaría una

mayor protección al sistema.

9. BIBLIOGRAFÍA

9.1. LIBROS CONSULTADOS

[1] Frank King. El aluminio y sus aleaciones. Noriega Editores

[2] American Society for Metal. Metal Handbook Ninth Edittion, volume 2.

Properties and selection: Nonferrous Alloys and Pure Metals.

[3] Franklin Uber Oyola Sánchez. Corrosión en metales expuestos a la atmósfera

en la zona industrial de la ciudad de talara.

[4] W. Hufnagel, Pedro Coca. Manual del aluminio - Los materiales: Oxidación y

corrosión. Técnicas de protección. Asociación Argentina de materiales.

[5] J.A González, E. Escudero, V López, J. Simancas y M. Morcillo. Durabilidad

del aluminio desnudo y anodizado en atmósferas de muy diferentes corrosividades

Aluminio desnudo.

[6] Alejandro Alvarez. La corrosión atmosférica y su relación con el

mantenimiento anticorrosivo en aleaciones de aluminio aeronáutico. Dpto.

Tecnología Industrial Diversidad Simón Bolívar (USB), Roberto Réquíz, Dpto,

Ciencias de los materiales (USB), Joaquín Líra-Olívares, Dpto. Ciencias de los

Materiales (USB).

9.2. FUENTES CONSULTADAS

[7] Acero galvanizado: Características y usos,

http://www.pac.com.ve/index.php?option=com_content&view=article&id=11146:a

cero-galvanizado-caracteristicas-y-usos&catid=64:industria&Itemid=87 [Consulta:

Viernes, 22 de mayo del 2015].

[8] Corrosión en la industria parte II.

http://www.utp.edu.co/~dhmesa/pdfs/tiposdecorrosion [Consulta: Viernes, 5 de

junio del 2015].

[9] ANA MELLADO VALERO, Corrosión galvánica entre implantes dentales y

supra estructuras protésicas diseñadas con aleaciones de distinta naturaleza, 2011,

http://www.talladiumes.com/wp-content/uploads/2013/09/corrosion-galvanica.pdf

[Consulta: Martes, 26 de mayo del 2015].

[10] RISE PROPULSION, Corrosión galvánica,

http://www.ricepropulsion.com/esp/TNLS/Corrosion_Galvanica.htm [Consulta:

Domingo, 31 de mayo del 2015].