San Cristbal, 19 de Noviembre del 2016 Instituto Universitario Politcnico Santiago Mario Departamento de Mantenimiento Mecnico Corrosin Seccin: C

Introduccin a la Corrosin

Elaborado por: Alexander J. Molina O. CI: 23547100 Introduccin

Se entiende por corrosin la interaccin de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto fsicas como qumicas. Las caractersticas fundamental de este fenmeno, es que slo ocurre en presencia de un electrlito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas andicas y catdicas: una reacccin de oxidacin es una reaccin andica, en la cual los electrones son liberados dirigindose a otras regiones catdicas. En la regin andica se producir la disolucin del metal (corrosin) y, consecuentemente en la regin catdica la inmunidad del metal. Los enlaces metlicos tienden a convertirse en enlaces inicos, los favorece que el material puede en cierto momento transferir y recibir electrones, creando zonas catdicas y zonas andicas en su estructura. La velocidad a que un material se corroe es lenta y continua todo dependiendo del ambiente donde se encuentre, a medida que pasa el tiempo se va creando una capa fina de material en la superficie, que van formndose inicialmente como manchas hasta que llegan a aparecer imperfecciones en la superficie del metal. Este mecanismo que es analizado desde un punto de vista termodinmico electroqumico, indica que el metal tiende a retornar al estado primitivo o de mnima energa, siendo la corrosin por lo tanto la causante de grandes perjuicios econmicos en instalaciones enterradas. Por esta razn, es necesario la oportuna utilizacin de la tcnica de proteccin catdica.Se designa qumicamente corrosin por suelos, a los procesos de degradacin que son observados en estructuras enterradas. La intensidad depender de varios factores tales como el contenido de humedad, composicin qumica, PH del suelo, etc. En la prctica suele utilizarse comnmente el valor de la resistividad elctrica del suelo como ndice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrn resistividades bajas, por la alta facilidad de transportacin inica.

Corrosin

La corrosin es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de qumica y de fsica (fsicoqumica). Lo que provoca la corrosin es un flujo elctrico masivo generado por las diferencias qumicas entre las piezas implicadas. (la corrosin es un fenmeno electroqumico) Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro.

Cuando desde una especie qumica se ceden y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un nodo y se verifica la oxidacin, y aquella que los recibe se comporta como un ctodo y en ella se verifica la reduccin. Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroqumico. Si separamos una especie y su semireaccin, se le denominar semipar electroqumico; si juntamos ambos semipares, se formar un par electroqumico. Cada semipar est asociado a un potencial de reduccin (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidacin).

Aquel metal o especie qumica que exhiba un potencial de reduccin ms positivo proceder como una reduccin y, viceversa, aqul que exhiba un potencial de reduccin ms negativo proceder como una oxidacin. Este par de metales constituye la llamada pila galvnica, en donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta electrones. Al formarse la pila galvnica, el ctodo se polariza negativamente, mientras el nodo se polariza positivamente. En un medio acuoso, la oxidacin del medio se verifica mediante un electrodo especial, llamado electrodo ORP, que mide en milivoltios la conductancia del medio.

La corrosin metlica qumica es por ataque directo del medio agresivo al metal, oxidndolo, y el intercambio de electrones se produce sin necesidad de la formacin del par galvnico. La manera de corrosin de los metales es un fenmeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinmica de la mayora de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteortico), los metales estn presentes en la Tierra en forma de xidos, en los minerales (como la bauxita si es aluminio o la hematita si es hierro).

Tipos de Corrosin

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

Corrosion Quimica: En la corrosin qumica un material que se disuelve en lquido corrosivo y este se seguir disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el lquido. Las aleaciones base cobre desarrollan un barniz verde a causa de la formacin de carbonato e hidrxidos de cobre, esta es la razn por la cual la Estatua de la Libertad se ve con ese color verduzco.

Ataque por metal liquido: Los metales lquidos atacan a los slidos en sus puntos ms crticos de energa como los lmites de granos lo cual a la larga generar varias grietas.

Lixiviacin selectiva: Consiste en separar slidos de una aleacin. La corrosin graftica del hierro fundido gris ocurre cuando el hierro se diluye selectivamente en agua o la tierra y desprende cascarillas de grafito y un producto de la corrosin, lo cual causa fugas o fallas en la tubera.

Disolucin y oxidacin de los materiales cermicos: Pueden ser disueltos los materiales cermicos refractarios que se utilizan para contener el metal fundido durante la fusin y el refinado por las escorias provocadas sobre la superficie del metal.

Ataque qumico a los polmeros: Los plsticos son considerados resistentes a la corrosin, por ejemplo el tefln y el vitn son algunos de los materiales ms resistentes, estos resisten muchos cidos, bases y lquidos orgnicos pero existen algunos solventes agresivos a los termoplsticos, es decir las molculas del solvente ms pequeas separan las cadenas de los plsticos provocando hinchazn que ocasiona grietas.

Tipos de corrosin electro-qumicas

Celdas de composicin: Se presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma una celda electroltica. Con el efecto de polarizacin de los elementos aleados y las concentraciones del electrolito las series fem quiz no nos digan que regin se corroer y cual quedara protegida.

Celdas de esfuerzo: La corrosin por esfuerzo se presenta por accin galvnica pero puede suceder por la filtracin de impurezas en el extremo de una grieta existente. La falla se presenta como resultado de la corrosin y de un esfuerzo aplicado, a mayores esfuerzos el tiempo necesario para la falla se reduce. Corrosin por oxgeno: Este tipo de corrosin ocurre generalmente en superficies expuestas al oxgeno diatmico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presin elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosin en las mquinas trmicas (calderas de vapor) representa una constante prdida de rendimiento y vida til de la instalacin.

Corrosin microbiolgica: Es uno de los tipos de corrosin electroqumica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosin en las superficies metlicas sumergidas. La biodiversidad que est presente en ste tipo de corrosin ser: Bacterias, algas y hongos

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

Corrosin galvnica: Es la ms comn de todas y se establece cuando dos metales distintos entre s actan como nodo uno de ellos y el otro como ctodo. Aquel que tenga el potencial de reduccin ms negativo proceder como una oxidacin y viceversa aquel metal o especie qumica que exhiba un potencial de reduccin ms positivo proceder como una reduccin. Este par de metales constituye la llamada pila galvnica. En donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta los electrones.

Formas de proteccion para la Corrosion

Diseo: El diseo de las estructuras puede parecer de poca importancia, pero puede ser implementado para aislar las superficies del medio ambiente.

Los recubrimientos: Estos son usados para aislar las regiones andicas y catdicas e impiden la difusin del oxgeno o del vapor de agua, los cuales son una gran fuente que inicia la corrosin o la oxidacin. La oxidacin se da en lugares hmedos pero hay mtodos para que el metal no se oxide, por ejemplo: la capa de pintura.

Eleccion del Material: La primera idea es escoger todo un material que no se corroa en el ambiente considerado. Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios, cermicas, polmeros (plsticos), FRP, etc. La eleccin tambin debe tomar en cuenta las restricciones de la aplicacin (masa de la pieza, resistencia a la deformacin, al calor, capacidad de conducir la electricidad, etc.), Cabe recordar que no existen materiales absolutamente inoxidables; hasta el aluminio se puede corroer. En la concepcin, hay que evitar las zonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general, hay que prever tambin la importancia de la corrosin y el tiempo en el que habr que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo).

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

Inhibidores de la corrosion: Es el traslado de los productos fsicos que se agrega a una solucin electroltica hacia la superficie del nodo o del ctodo lo cual produce polarizacin. Los inhibidores de corrosin, son productos que actan ya sea formando pelculas sobre la superficie metlica, tales como los molibdatos, fosfatos o etanolaminas, o bien entregando sus electrones al medio. Por lo general los inhibidores de este tipo son azoles modificados que actan sinrgicamente con otros inhibidores tales como nitritos, fosfatos y silicatos. La qumica de los inhibidores no est del todo desarrollada an.

Proteccion Catodica: la proteccion catodica es una tecnica de control de la corrosion, que esta siendo aplicada con mucho xito en el mundo entero, en que cada dia se hace necesario mas instalaciones de conductos para transportar petroleo, gas natural, agua, productos terminados, desechos, cables electricos y otros tipos de instalaciones importantes, se puede aplicar proteccion catodica a materiales como: acero, cobre, laton y aluminio. Como condicion fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y el elemento de sacrificio, deben mantenerse en contacto electrico e inmerso en un electrolitico

Fundamento de la proteccion catodica: la proteccion catodica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente de una fuente externa, sobre toda la superficie de la estructura.

Mientras que la corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente venciendo la corriente de corrosion y descargandose desde todas las zonas anodicas, existira un flujo de corriente neto sobre la superficie, llegando a ser toda la superficie un catodo.

Para que la corriente sea forzada sobre la superficie, es necesario que la diferencia de potencial del sistema sea mayor que la diferencia de potencial de las micro celdas de corrosion originales.

La proteccion catodica funciona gracias a la descarga de corriente desde una cama de anodos hacia la tierra y dichos materiales estan sujetos a la corrosion, por lo que es deseables que dichos materiales se desgasten (se corroan) a menores velocidades que los materiales que protegemos.

Teoricamente se establece que el mecanismo consiste en polarizar el catodo, llevandolo mediante el empleo de una corriente externa mas alla del material de corrosion, hasta alcanzar por lo menos el potencial del anodo, en un circuito abierto, adquiriendo ambos el mismo potencial eliminandose la corrosion del sitio, por lo que se considera que la proteccion catodica es un medio de proteccion.

Polarizacion Catodica: La proteccion catodica no elimina la corrosion, este remueve la corrosion de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente.

Anodo Galvanico: Se fundamenta en el mismo principio de la corrosion galvanica, en la que el metal mas activo es anodico con respecto a otro mas noble, coroyendose el metal anodico

Tipos de nodos Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia de potencial existente entre el metal a proteger y el anodo, este ultimo debera de ocupar una posicion mas elevada en la tabla de potencias serie electroquimica o serie galvanica.

Magnesio: Los anodos de magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro y estan libres de pasivacion, estan diseados para realizar el mayor rendimiento posible en su funcion de proteccion catodica

Zinc: Para estructuras metalias inmersas en agua de mar o en suelo con resistividad electrica de hasta 1000 ohm.

Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar

nodos Utilizados

Chatarra de hierro: por su economa es utilizado a veces como electrodo dispersor de corriente. Este nodo puede ser aconsejable su utilizacin en terrenos de resistivilidad elevada y es aconsejable se rodee de un relleno artificial constituido por un carbon de Coke.

Hierro Silicio: Este nodo es recomendable en terrenos de media y baja resistividad a intensidades bajas de un amperio, su vida es prcticamente ilimitada siendo su capacidad mxima de salida de unos 12 a 15 por salida de nodo.

Grafito: Puede usarse en terrenos de resistivilidad media y se utiliza con relleno de grafito o carbon de coke, es fragil por lo que su almacenamiento y transporte debe de ser de sumo cuidado.

Titanio-Platinado: Este material esta escpecialmente indicado para instalaciones de agua de mar, aunque sea perfectamente utilizado en agua dulce o incluso en el suelo, su mejor caracteristicas es que a menor voltajes se pueden sacar intensidades elevadas.

Conclusin

La corrosin es un fenmeno que afecta en la actualidad algunos campos de trabajo que tiendan a dejar de lado la proteccin de sus maquinas u otros medios que puedan ser afectados por la corrosin, como tambin se muestra en el trabajo que la corrosin puede ser creada mediante medios que no solo son lquidos sino tambin mediante electroquimicas que al mismo tiempo generan el mismo problema pero con otro origen, por lo tanto se deben de tomar medidas que permitan prever dicho problema que puede afectar a la larga todo tipo de industria, fabrica entre otras.

Anexos

Bibliografa

es.Wikipedia.org

Corrosion y proteccion de los metales en la atmosfera, Sebastian Feliu/ Manuel Morcillo, Ediciones Bellaterra, S. A