Corrosión del cobre y del acero al carbono en el mar y atmósfera del puerto de Salaverry – Perú

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE POSTGRADO. PO. SG. RA DO. PROGRAMA DE DOCTORADO EN CIENCIAS E INGENIERÍA. TE CA. DE. CORROSIÓN DEL COBRE Y DEL ACERO AL CARBONO EN EL MAR Y ATMÓSFERA DEL PUERTO DE SALAVERRY – PERÚ. BI B. LI O. Tesis para optar el Grado de Doctor en Ciencias e Ingeniería. NELSON WILLIANS FARRO PÉREZ, M.C. Asesor: Co-Asesor:. Dra. Lucién Petrova Veleva (CINVESTAVUnidad Mérida, México) Dr.Pablo Aguilar Marín (UNT- Perú) Trujillo – PERÚ 2009 -1-. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. DEDICATORIA. RA DO. A mi querido padre, Gabriel, un hombre noble y estimado por todos quienes lo conocieron.. SG. A Zarela, mi madre querida, quien siempre nos regala su sonrisa tierna a cada uno sus hijos. DE. PO. A mi esposa Irene, porque entendió la dedicación del tiempo a este trabajo. BI B. LI O. TE CA. A Steffany por entender mi tiempo distraído no dedicado a ella. Y para Sesy, como ejemplo de continuar su superación profesional,. Nelson. -2Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. AGRADECIMIENTOS . A la Dra. Lucien Petrova Veleva, Asesora de esta tesis, por. su apoyo bibliográfico; su persistente exigencia y acuciosidad para. RA DO. sus análisis de los resultados obtenidos y su ayuda en la redacción final. Por facilitar y realizar los análisis por difracción de rayos X (XRD) y microscopía electrónica de barrido (SEM-EDX) de los productos de corrosión, en CINVESTAV-Mérida, que forman partes importantes de esta tesis y publicaciones en revistas, eventos . SG. científicos-académicos fuera de nuestro país.. Al Dr. Pablo Aguilar Marín, Co-Asesor de esta tesis, por la. PO. propuesta del tema, motivo de la tesis; por su apoyo para obtener uno de los metales de ensayo; porque conjuntamente con él se logró la pequeña estación de ensayos en el TP de Salaverry y el. DE. apoyo de la Capitanía del Puerto de Salaverry. Por su apoyo a la preparación y redacción de los manuscritos derivados del presente trabajo, para las Jornadas de Investigación Científica en la Escuela . TE CA. de Postgrado de la UNT y redacción final de la tesis. A la Empresa Hydromaster, de Trujillo (Perú), por los equipos. y reactivos para los análisis hidroquímicos de las aguas. . Al MSc Daniel Aguilar del CINVESTAV-Unidad Mérida. LI O. (México), por los análisis XRD, de los productos de corrosión de los metales de estudio.. . A los Técnicos, Santos Nureña y Tomás Cruz, por el apoyo. BI B. físico para la instalación de los equipos y materiales en el TP de Salaverry y la ayuda en la remoción trimestral de las muestras.. . Al Departamento de Química de la Universidad Nacional de. Trujillo, por los análisis espectrofotométricos realizados para el presente trabajo.. -3Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. ÍNDICE. i. Abstract ……………………………………………………. ii. RA DO. Resumen ………………………………………………….. INTRODUCCIÓN …………………………………………. 1. II.. MATERIAL Y MÉTODOS. SG. I.. II.1 Material …………………………………………………... 11. PO. II.2 Equipos, instrumentos de medición, consumibles ….. 12 II.3 Metodología. II.3.1 Medición de parámetros hidroquímicos del. DE. agua de mar ……………………………….……….. 13 13. II.3.3 Ensayos de corrosión en atmósfera marina ………. 18. TE CA. II.3.2 Ensayos de corrosión en agua de mar ……………. II.3.4 Medición de polulantes atmosféricos ……………… III.. 18. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 20. III.2 Dirección y velocidad de los vientos ………... 24. III.3 Polulantes atmosféricos ……………………………. 25. LI O. III.1 Parámetros hidroquímicos del agua de mar ……. BI B. III.4 Corrosión del cobre en agua de mar III.4.1 Perfiles de velocidades de corrosión …………... 28. III.4.1.1 Corrosión del cobre en la zona de salpicado ………………………………………….. 31. III.4.1.2 Corrosión del cobre en la zona de mareas ………………………………………….…. 34. III.4.1.3 Corrosión del cobre en la zona de inmersión ………………………………………….. 39. -4Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. III.4.2. Corrosión atmosférica del cobre ………………. III.5.. 46. Corrosión del acero al carbono en agua de mar del TP de Salaverry. III.5.1. Perfiles de velocidades de corrosión ……………... 53. III.5.1.1 Corrosión del acero en la zona de 56. RA DO. salpicado…………………………………………… III.5.1.2 Corrosión del acero en la zona de. mareas ………………………………………….…. 58. III.5.1.3 Corrosión del acero en la zona de. inmersión ………………………………………….. 62. SG. III.5.2 Corrosión atmosférica del acero al carbono. 66. PO. en el TP de Salaverry ……………………………... PROPUESTA. ……………………………………………. 74. V.. CONCLUSIONES ..……………………………………….. 77. VI.. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ……………………. 79. TE CA. DE. IV.. VII. ANEXOS. ………………………………………………….. 99. BI B. LI O. VIII. PUBLICACIONES ………………………………………….. 83. -5Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Corrosión del cobre y del acero al carbono en el mar y atmósfera del Puerto de Salaverry – Perú Nelson Willians Farro Pérez RESUMEN. BI B. LI O. TE CA. DE. PO. SG. RA DO. Se ha estudiado la agresividad corrosiva del agua de mar y de la atmósfera del Terminal Portuario (TP) de Salaverry-Perú, sobre el cobre electrolítico y el acero al carbono ASTM A-569. Se determinó el perfil de velocidades de corrosión de ambos metales, en las zonas de inmersión, de mareas y de salpicado del agua del mar. Para la exposición atmosférica se usaron placas de acero al carbono de 100x100x3,9 mm y placas de cobre de 100x150x1 mm. Para la exposición marina se usaron 144 cupones de cobre de 100x50x1 mm y el mismo número de placas de acero, de 100x50x3,9 mm. El estudio se realizó durante 1 año, para contemplar la cinética de las etapas iníciales de corrosión de ambos metales. Cada 3 meses se recogieron 3 réplicas para la determinación de las velocidades promedio de corrosión, tanto en la atmósfera como en las diferentes zonas del agua del mar del TP de Salaverry. La mayor pérdida anual de masa para el cobre (71 μm/año) fue detectada en la línea media de mareas, mientras que para el acero al carbono ocurrió en la línea límite de la zona de marea alta y de salpicado (555 μm/año). Por la magnitud de la velocidad de corrosión del cobre, la atmósfera marina del TP registró una categoría superior a la de extrema corrosividad (> CX), mientras que por la velocidad de corrosión del acero al carbono, la categoría de corrosividad de la atmósfera fue de muy alta agresividad (C5) según norma ISO 9223 actualizada La extensión de la pérdida de masa (C), de ambos metales en condiciones atmosféricas, con respecto al tiempo de n humectación (t), obedeció a la ley potencial C = A t , siendo su comportamiento muy similar al de la zona del salpicado del agua de mar.. Palabras claves: corrosión marina de cobre; corrosión marina de acero al carbono; productos de corrosión; cinética de corrosión; velocidades de corrosión.. - i6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Corrosion of copper and carbon steel in seawater and atmosphere of Salaverry Habor - Perú Nelson Willians Farro Pérez. RA DO. ABSTRACT. BI B. LI O. TE CA. DE. PO. SG. The corrosivity aggressiveness of seawater and atmosphere from the Port Terminal (PT) of Salaverry on electrolytic copper and ASTM A-569 carbon steel, was studied. The corrosion rate profile in immersion, tidal and splash zones of seawater, for both metals, was determined. For the atmospheric exposure flat plate specimens measuring 100x100x3,9 mm of mild steel and flat plate specimens measuring 100x150x1 mm of electrolytic copper, were used. For the marine exposure 144 flat specimens measuring 100x50mm as for steel as for copper were used. The study was carried out during one year for determining the kinetic of corrosion initials stages. Every 3 months, three specimens were remove for determining of the average corrosion rate so much in the atmosphere like in the different seawater zones of PT Salaverry. The biggest annual loss of mass for the copper (71 μm/year) has been detected in the half tide line, while for the steel it happens in the line limit of high tide zone and splash zone (555 μm/year). Because of magnitude of corrosion rate of copper, marine atmosphere of PT showed a higher category than the extreme corrosiveness (> CX), while the corrosion rate of carbon steel the category of atmosphere corrosivity was very high aggressiveness (C5) in according to ISO 9223. The extension of the loss of mass (C), of both metals under atmospheric conditions, with regard to the time of wetness (t), obeyed to potential law C = A t n and a very similar behavior to seawater splash zone was remarked.. Keywords: marine corrosion of copper; marine corrosion of carbón steel; corrosion products; kinetics of corrosión; corrosion rates.. ii. -7Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I.. INTRODUCCIÓN. La interacción fisicoquímica entre un metal y el ambiente que lo rodea da como resultado la corrosión del metal, la cual puede conducir a. RA DO. su destrucción funcional (ver Anexo B). La masa del metal se consume gradualmente con el tiempo, transformándose en productos de corrosión, que pueden ser óxidos, hidróxidos, sales, etc. Según la naturaleza del medio interactuante, la corrosión puede clasificarse como: atmosférica, acuosa (en aguas naturales y en agua de mar); corrosión en suelos,. SG. corrosión a altas temperaturas, etc (Roberge, 2000: 58 – 220).. Para controlar la corrosión de los metales y evitar su destrucción. PO. funcional es importante tener información sobre la velocidad a la que ella ocurre y sobre los productos de la corrosión en relación con el medio que la genera.. DE. Desde fines de los años 90’, Japón ha comenzado a preocuparse por la conservación de sus estructuras portuarias. Se ha propuesto una. TE CA. entidad de Gestión del Ciclo de Vida (Life Cycle Managment, LCM) para que planifique un régimen de inspección, de programas de reparación y reemplazo a corto y mediano plazo y una base de datos sobre la durabilidad y protocolos para el abandono o para la reconstrucción de estructuras portuarias.. En el puerto de Estocolmo, el LCM, se está. LI O. aplicando con éxito desde 1987 (Zen, 2005: 2353-2360). Uno de los metales estructurales muy utilizado en ingeniería, es el. BI B. cobre.. Sus propiedades antimicrobianas, no permiten el desarrollo de. bacterias y hongos sobre su superficie, por lo que es usado como revestimiento en embarcaciones marinas para evitar bio-incrustaciones.. Por otro lado, gracias a su alta conductividad eléctrica, el cobre es ampliamente utilizado como conductor en líneas de energía eléctrica y también en la electrónica. Su elevada conductividad. térmica y. maleabilidad, sitúan al cobre como un excelente material para fabricar todo tipo de intercambiadores de calor. En atmósfera contaminada de. -1Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. cloruros, el cobre forma un recubrimiento superficial de productos de corrosión, usualmente marrón-verdoso o verde-azulado, conocido como pátina (Veleva, et.al. 1996:1641) el cual protege al metal de su deterioro. Debido a que el cobre y sus aleaciones tienen muchas aplicaciones a condiciones atmosféricas, es que existe una gran cantidad de estudios,. RA DO. tanto de velocidades como de los productos de corrosión, formados en condiciones atmosféricas marinas (Opila, 1987: 685-694; Nassau et.al, 1987:669-694; Veleva et.al., 1996: 1641-1646; De la Fuente et.al., 2008: 268–285).. En Perú, también se han realizados estudios sobre la. corrosión del cobre en atmósferas marinas del norte del país (Aguilar. SG. et.al., 2000: 164–176; Aguilar y col. 2003: 1–6; Aguilar y col. 2006:1–12). No obstante, el cobre y sus aleaciones, también pueden ser usados. PO. sumergidos en agua de mar y en regiones costeras, soportando el intenso aerosol marino. Comparada con la corrosión atmosférica, la corrosión del cobre en agua de mar natural, ha sido, relativamente, menos estudiada y respecto.. DE. particularmente, en Perú, no se conoce ningún estudio realizado al Sobre la corrosión del cobre en agua de mar, se conoce el trabajo. TE CA. de Núñez, et. al. (2005: 545–553), quienes al estudiar las velocidades de corrosión del cobre en el mar y aerosoles de la isla de Cuba, hallaron que en dos lugares geográficamente distantes, pero de similares parámetros hidroquímicos, las velocidades de corrosión bajo inmersión total, eran. LI O. prácticamente similares al cabo de un año de exposición. Las condiciones más agresivas se encontraron en la línea media de mareas, con velocidades de corrosión entre 0,053 y 0,060 g/m2.h, en 12 meses de. BI B. exposición. Con la morfología y composición química de las pátinas y considerando la polución de los lugares de ensayo, se explicaron las altas velocidades de corrosión en algunas estaciones experimentales de esa isla del Caribe. El metal estructural más comúnmente usado es el acero al carbono debido a su tenacidad y resistencia mecánica que ofrece para múltiples necesidades ingenieriles. Su deterioro en el ambiente atmosférico marino. -2Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. ha sido ampliamente estudiado en las particulares condiciones de diversos lugares del mundo;. sin embargo, es de particular interés la. recopilación de datos experimentales sobre la corrosión atmosférica tanto para el acero al carbono, como para el cobre, zinc y aluminio, presentados en los Mapas de Corrosividad Atmosférica de Iberoamérica. RA DO. (Uhler y col, 1998) con estaciones experimentales en 16 países, a ambos lados del Atlántico, de habla española y portuguesa. El Perú participó con 6 estaciones, en las ciudades de Piura, Pucallpa, Lima, Cuzco y Arequipa, (Uhler y col.,1998: 269, 762), donde los ambientes atmosféricos son mayormente rural-urbano y ninguno netamente marino.. SG. En cuanto a la corrosión del acero al carbono en el agua de mar natural, ésta ha sido estudiada mayormente en países interesados en. PO. conocer la interrelación entre sus medios marinos con sus estructuras metálicas inmersas. Un trabajo referencial importante a nivel mundial, fue el realizado por Schumacher (1979: 10-51), quien recopiló una variedad. DE. de estudios de corrosión marina de metales estructurales, y dentro de ellos, del cobre y del acero, con sus respectivas aleaciones, colocados en diferentes zonas de los ambientes marinos de las costas de Estados. TE CA. Unidos, Panamá y del hemisferio norte.. Este trabajo es importante. porque constituye un punto de partida para muchas investigaciones sobre corrosión marina; sin embargo las diferencias geográficas y climatológicas de aquellas estaciones en países extranjeros no pueden revelar el. LI O. comportamiento en condiciones reales de los metales en los ambientes marinos de nuestro país. Guiqqio y Peng (2005: 1–7) han reportado estudios de corrosión. BI B. marina en cinco lugares diferentes de China, en un periodo de ocho años, con placas planas de acero al carbono. Concluyeron que inicialmente, la temperatura y velocidad del agua, son los factores principales que afectan la velocidad de corrosión del acero; luego esos factores se hacen menos relevantes y conforme avanza el tiempo de exposición, son los depósitos de organismos de coraza dura y la actividad de las bacterias sulfato. -3Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. reductoras, los factores más importantes que afectan la velocidad de corrosión del acero al carbono. También, Guiqiao (2005: 1–5), estudió la velocidad de corrosión de 18 tipos de aceros, en la zona de salpicado de tres lugares del mar de China. Determinó que el acero al carbono y el de baja aleación,. RA DO. presentaron velocidades de corrosión similares para la zona de salpicado, mientras que los aceros aleados fueron los más resistentes a la corrosión. Melchers y Jeffrey (2005: 1678–1693), en la costa este de Australia, investigaron la corrosión marina del acero al carbono, en ensayos de corto plazo, a fin de estudiar la fenomenología de la corrosión. SG. a través de dos etapas, una aeróbica y otra anaeróbica, proponiendo un modelo matemático para el proceso de corrosión temprana.. Jeffrey y. PO. Melchers (2005: 1–11), también investigaron la naturaleza cambiante de la morfología de los productos de corrosión del acero al carbono, conforme trascurre el tiempo de exposición en la zona de inmersión de. DE. diez lugares de la costa oriental de Australia.. Es interesante la secuencia de trabajos realizados por Melchers (2003: 319-334; 2003: 335-344; 2004: 824-836; 2004: 937-944; 2005:. TE CA. 237-245; 2005: 2391- 2410), en cuanto a la corrosión marina del acero, se refiere. Con una reinterpretación de datos de pérdida de masa por corrosión, tiempo de exposición y bajo condiciones de temperatura media del agua, propuso un modelo fenomenológico para la corrosión tanto del. LI O. acero dulce como del acero de baja aleación, expuestos en la zona de inmersión en agua de mar. Los estudios involucraron, el desarrollo y profundidad de picaduras en el acero al carbono, en inmersión marina; los. BI B. efectos de la velocidad del agua marina (Melchers y Jeffrey; 2004:84-94), así como el efecto del oxígeno disuelto y de la polución del agua de mar, sobre la corrosión del acero. Toda esta correlación de estudios llevaron a proponer un modelo probabilístico para describir la pérdida de material debido a la corrosión y a la profundidad de las picaduras extremas a fin de evaluar los riesgos asociados con la confiabilidad, a largo plazo, de las estructuras de acero sujetas a la corrosión anaeróbica marina.. -4Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. La actividad corrosiva en agua de mar es tan alta, que en lapsos muy cortos se pueden originar graves daños a las estructuras metálicas. La alta concentración de sales disueltas en el agua marina, hacen altamente factible la creación de microceldas de oxidación electroquímica en los metales sumergidos en ella. Roberge (2000: 129-130), ha descrito. RA DO. el contenido promedio de las once especies iónicas más abundantes en agua marina limpia. Además de la salinidad, en el agua de mar existen otros factores que se interrelacionan entre sí e incrementan su agresividad corrosiva tales como: materia viviente, cieno suspendido, gases disueltos y materia orgánica en descomposición, pH, temperatura y. SG. otros. Los factores que afectan la velocidad y magnitud de la corrosión en agua de mar se presentan en la Tabla 1. Los roles del oxigeno disuelto,. PO. de la actividad biológica, la temperatura, velocidad, salinidad y el pH, sobre la corrosión metálica, son descritos brevemente a continuación. DE. Schumacher (1979: 6-7).. TE CA. TABLA 1. Factores ambientales en agua de mar, tomando al acero, como referencia, (Schumacher, 1979: 6). Factores químicos. Factores físicos. Factores biológicos. Velocidad Bio-incrustaciones - burbujas de aire - de coraza dura - cieno suspendido - sin coraza dura - móviles y semi-móviles Temperatura Equilibrio químico Vida vegetal - salinidad - generación de oxígeno - pH Presión - consumo de dióxido de - solubilidad del carbonato carbono. BI B. LI O. Gases disueltos - oxígeno - dióxido de carbono. Vida animal - consumo de oxígeno - generación de dióxido de carbono. -5Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. El oxigeno, es el factor más influyente en la corrosividad. La difusión del oxígeno es la etapa. determinante en la cinética de la. corrosión, y ella a la vez, está en función de la cantidad disuelta y de la velocidad de flujo del agua. El nivel de oxigeno en el agua puede llegar hasta 11 ppm, en aguas muy frías (Revie, 2000: 546). La fotosíntesis de. RA DO. plantas verdes y la acción de las olas, tienden a incrementar los niveles de oxigeno mientras que la demanda biológica de oxigeno de la descomposición de organismos muertos puede disminuirlos.. La salinidad (S), es el importe total en gramos de material sólido contenido en un kilogramo de agua de mar cuando: todos los haluros han. SG. sido reemplazados por el equivalente de cloruro, todo el carbonato es convertido a óxido, y cuando toda materia orgánica está completamente Esta propiedad está íntimamente ligada a la conductividad. PO. oxidada.. eléctrica, K, del agua de mar. La salinidad del agua de mar, se encuentra dentro del rango de 32 á 35 partes por mil (Roberge, 2000: 129-131).. DE. Actividad biológica. Cuando se sumerge un material en agua de mar, se suele desarrollar un limo biológico en cuestión de horas.. Es. probable que esta película de microorganismos sea el atractivo para. TE CA. embrionar cienos orgánicos que buscan un lugar para establecerse. Dentro de esta gama de depósitos orgánicos tenemos: (a) organismos de coraza dura (percebes, anélidos, bryzoas incrustadas, corales) y,. moluscos,. (b) organismos sin coraza dura (algas marinas, bryzoas. LI O. filamentadas, celentéreos, tunicados, esponjas). Tanto las incrustaciones como las capas de cieno sobre la superficie de un metal proporcionan el hábitat adecuado para el desarrollo de diversa bacterias cuyos productos. BI B. metabólicos –H2S, CH2COOH, H2SO4, aminoácidos, etc–, pueden. estimular la corrosión del hierro, el cobre y otros metales estructurales, por una variedad de mecanismos (Schumacher, 1979: 370-371). La temperatura. Como en toda reacción química, la velocidad de. corrosión, aumenta con el incremento de temperatura. Sin embargo, con su incremento disminuye la solubilidad del oxígeno, la actividad biológica se incrementa y el equilibrio químico que involucra la precipitación de. -6Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. carbonato de calcio e hidróxido de magnesio, se altera, de modo que la costra calcárea es más probable de depositarse en el metal, conforme se incrementa la temperatura. Con las variaciones de temperatura debido a los cambios naturales de estación, el hierro, el cobre y muchas de sus aleaciones, muestran altas velocidades de ataque, especialmente durante. RA DO. los meses de verano.. El pH. En aguas superficiales de mar abierto, el pH oscila entre 7,5 y 8,3, dependiendo del CO2 disuelto. Plantas que en el día consumen CO2, por la fotosíntesis, pueden desplazar el pH al extremo superior mientras que algunos microorganismos, por oxidación bioquímica,. SG. incrementan el CO2 y desplazan el pH a niveles inferiores (Revie; 2000: 546).. Sin embargo, agentes contaminantes en lugares costeros. PO. altamente pululados, puede afectar también el pH, el cual a la vez puede afectar a los depósitos de incrustaciones calcáreas, y en consecuencia afectan directamente a la corrosividad del medio.. DE. Velocidad. Metales como el hierro y el cobre, son sensiblemente afectados por la velocidad del agua de mar. para los que existe una. velocidad crítica, por encima de la cual, la corrosión llega a ser excesiva.. TE CA. Así, cuando las velocidades del agua marina son menores o iguales a 1 m/s, el cobre se comporta satisfactoriamente, sin verse afectado en la magnitud de su velocidad de corrosión. (Revie; 2000: 747). La velocidad del agua puede provocar, especiales formas de corrosión, como: erosión-. LI O. corrosión, ataque por impacto y cavitación. Como el agua de mar cubre más del 70 % de la superficie terrestre,. es la fuente natural más abundante de una serie de factores que pueden. BI B. afectar a la velocidad de corrosión de distintos metales estructurales y sus aleaciones. La degradación metálica dependerá de las condiciones de exposición del metal y de la zona específica del ambiente marino, que lo circunda. En todo ambiente marino existen las siguientes zonas de corrosión: 1) la atmósfera marina, 2) la zona de salpicado, 3) zona de mareas, 4) de océano poco profundo, 5) de océano profundo; y 6) la zona de fangos.. -7Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. En la Figura 1, se muestran cuatro de las seis zonas del ambiente marino circundante a los pilotes que soportan las infraestructuras de los muelles y terminales portuarios.. Las zonas de mareas y de salpicado, debido a la. aireación diferencial, son las zonas más afectadas por la corrosión (Revie,. RA DO. 2000: 549-550).. TE CA. DE. PO. SG. Atmosférica. Salpicado. Marea alta Marea baja. Inmersión. BI B. LI O. Figura 1 Zonas del ambiente marino, alrededor de un pilote de muelle portuario (no está considerada la zona de fangos).. Para cualquier país con amplias inversiones en infraestructuras en. las zonas costeras y marinas, la corrosión de estructuras metálicas es un grave problema, pues causa severos daños debido al deterioro de materiales estructurales, equipos, instalaciones de embarcaciones y. portuarias, pérdidas por paralización de la producción y riegos contra la seguridad del personal (Melchers; 2008: 3446; Shorr and Valdez; 2005: 137).. -8Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Actualmente, en nuestro país, no se conoce de algún estudio sobre corrosión de metales en agua de mar, especialmente en puertos y terminales portuarios, donde las intensas actividades industrialesportuarias derivadas de la importación y exportación, han incrementado la polución de las aguas y por tanto, aumentado su agresividad corrosiva. RA DO. hacia los metales estructurales (Melchers; 2005: 237-245).. El Terminal Portuario (TP) de Salaverry (8º13’43‖ S, 78º58’53‖ O), es uno de los más importantes del norte de Perú. Está ubicado a 12 km al sur de la ciudad de Trujillo, la tercera ciudad peruana más grande con 1'200 000 habitantes, brindándole sus servicios tanto a la Región de La. SG. Libertad, así como a los vecinos departamentos de Ancash, Lambayeque y Cajamarca. Además de las importaciones y exportaciones de carbón,. PO. trigo, fertilizantes, harina de pescado, concentrado de minerales, arroz, azúcar y otros, también trabaja en la captación de nuevas cargas especialmente de los proyectos mineros de Cajamarca y La Libertad, así. DE. como de la agroindustria derivada del proyecto Chavimochic Agencias; 2008, Murgia; 2007).. (Serpac. El TP de Salaverry posee muchas. instalaciones cuyas bases están sumergidas en agua y otras que están. TE CA. expuestas a la atmósfera marina.. El incremento de las actividades. portuarias en los últimos diez años, a la par que ha traído beneficios económicos. en. la. Región. (Dávila;. 2008),. también. debe. haber. incrementado la polución en las aguas y la atmósfera del TP,. LI O. incrementado, también la corrosión y las probabilidades de deterioro de sus estructuras especialmente las metálicas, como se ha explicado líneas arriba.. BI B. Una particularidad del TP de Salaverry es que, debido al continuo. arenado de su litoral, tienen que efectuarse continuos dragados para mantener la profundidad de sus aguas (ENAPU; 2005). Solo en el año 2008, se consideraron en el Plan Anual de la Empresa Nacional de Puertos S.A., la suma de dos millones ciento cuarenta y dos mil soles, exclusivamente para el servicio de dragado del TP (ENAPU; 2008). El aumento de las exportaciones en los últimos años y la necesidad de. -9Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. mantener condiciones operativas que permitan el ingreso y salida de barcos de gran calado, han hecho que las operaciones de control de profundidades y proyección de áreas a dragar, sean cada vez más relevantes en el TP de Salaverry.. Sin embargo, las operaciones de. dragado y el incremento de la actividad portuaria. haber. una particular polución en el TP de Salaverry con la. RA DO. condicionado. deben. consecuente y peculiar agresividad corrosiva de sus aguas hacia los metales sumergidos en ellas.. ¿De qué manera los factores ambientales afectan a la corrosión de los metales estructurales, cobre y acero al carbono, colocados en la. SG. atmósfera y aguas del TP de Salaverry? En la presente investigación, se han medido durante un año, los parámetros hidroquímicos del agua de. PO. mar (pH, salinidad, oxígeno disuelto y otros), los contaminantes atmosféricos, y así mismo se han determinado las velocidades de corrosión tanto del cobre electrolítico como del acero al carbono,. DE. expuestos en las zonas de de salpicado, de mareas, de inmersión y atmósfera del ambiente marino del TP de Salaverry. Del análisis de los productos de corrosión, por difractometría de rayos X, se ha realizado una de. identificación. TE CA. propuesta. de. los. factores. ambientales. más. preponderantes que afectan a la velocidad de corrosión de ambos metales,. con. el fin de. establecer una. política. de prevención,. mantenimiento y confiabilidad de estructuras cuando se efectúen obras de. LI O. ampliación y/o remodelación de infraestructuras dentro del TP de Salaverry.. La perspectiva, es que el TP de Salaverry se mantenga en. condiciones operativas que garanticen su funcionalidad a largo plazo,. BI B. gracias a un programa de prevención contra el deterioro de sus estructuras por la corrosión y así evitar pérdidas por la paralización de sus actividades o, en casos extremos, accidentes que atenten contra la vida humana.. - 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. II.. MATERIAL Y MÉTODOS. II.1 Material. RA DO. En este estudio se han utilizado muestras de acero al carbono ASTM A-569 (planchas laminadas en calientes, acero estructural con 0,17 % de C; 0,83 % Mn; 0,035 % P ; 0,040 %S y 0,35 % Si, en masa y densidad, 7,86 g/cm3) y de cobre electrolítico (99,99 % en masa, densidad, 8,94 g/cm3). Las muestras de ensayo de ambos metales, para. SG. el agua marina fueron placas planas, de 100x50x3,9 mm, en el caso del acero, y de 100x50x1 mm, en el caso del cobre. Ellas fueron colocadas. PO. dentro del agua de mar del TP de Salaverry- Perú (ver Figura 2), a diferentes profundidades y también, por encima de la superficie libre del agua.. DE. Para el ensayo en la atmósfera marina, las placas fueron de 100x100x3,9 mm, para el acero y de 100x150x1 mm, para el cobre. Los. TE CA. análisis de los especímenes, tanto del agua como de la atmósfera marina se hicieron luego de 3, 6, 9 y 12 meses de exposición y usando tres. BI B. LI O. réplicas para lograr valores promedios en cada caso (ASTM 52-00, 2003).. Estación de ensayos para corrosión marina. Figura 2. A la izquierda, vista parcial del TP de Salaverry (8º13’43‖ S, 78º58’53‖ O), indicándose con la flecha, el lugar de los ensayos para el estudio de corrosión marina (Foto tomada de Serpac Agencias, 2008). A la derecha, vista del muellecito de madera donde se instalaron las muestras metálicas.. - 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. II.2 Equipos, instrumentos de medición y consumibles Las propiedades hidroquímicas del agua de mar, se midieron mensualmente y fueron determinadas con; -. Multímetro pH/EC/TDS/Temperatura, marca Hanna Instruments,. -. Kit de ensayos marca Hach, Modelo OX-2P, 0,2–20 mg/L, para la determinación del oxígeno disuelto.. -. Salinómetro-conductímetro marca WTW, Modelo Cond 720, para la determinación de la salinidad.. Espectrofotómetro BOECO S-20, para mediciones del contenido. SG. -. RA DO. Modelo HI 98130 para las mediciones de temperatura y pH.. de sulfatos, nitritos, nitratos y fosfatos.. PO. Para el análisis de las fases cristalinas que constituyen los productos de corrosión formados, tanto en el cobre como en el acero al carbono, a 6, 9 y 12 meses de exposición, se usó la técnica de Difracción. DE. de Rayos-X (XRD), utilizando el equipo Siemens D5000 Diffractometer del Laboratorio de difracción de rayos-X del CINVESTAV-Mérida, México. Se usó el método de haz rasante (ángulo rasante 3θ, a un voltaje del tubo de. TE CA. 34 kV, utilizando una corriente de 30 mA). Para el análisis cualitativo de los difractogramas obtenidos se aplicó el software Diffrac AT y la identificación de las fases se realizó con la base de datos del mismo equipo.. LI O. El análisis elemental, de algunas fases, se hizo con la técnica de. Espectroscopia de Energía Dispersa de Rayos-X, (EDXS). De igual forma, para la caracterización morfológica de ciertos productos de corrosión,. BI B. formados en la superficie de ambos metales se utilizó un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM), ―Phillips‖ del Laboratorio de Microscopia del CINVESTAV- Mérida, México. También se utilizó: -. Balanza analítica Sartorius, 250 g ± 0,1 mg, para determinar la masa de las placas metálicas antes y al término del tiempo de exposición.. - 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. -. Acido clorhídrico al 36 %, densidad = 1,19 g/mL y hexametilen tetramina, para la limpieza de placas de acero al carbono (ASTM, G1–03, designación C.3.5).. -. Acido sulfúrico al 96 %, densidad = 1,86 g/mL, para limpieza de las placas de cobre (ASTM G1-03, designación C.2.3). Dióxido de plomo, PbO2; goma de tragacanto; papel de filtro;. RA DO. -. solución de Na2CO3, al 5 % en peso; solución de HCl 0,7 molar; solución estándar 0,0050 molar en Na2SO4; BaCl2. 2H2O, grado reactivo y placas Petri de 60 mm de diámetro, para la captación de SO2 según el método de los platos de sulfatación (ISO 9225, Anexo -. SG. A). Los sulfatos son determinados por el método turbidimétrico.. Glicerina; ácido acético glacial; gasa; para la captación de cloruros. -. PO. según el método de la vela húmeda (ISO 9225, Anexo D). Solución estandarizada de AgNO3 0,0100 N, para la determinación. II.3 Metodología. DE. volumétrica de cloruros en la solución acuosa de glicerina.. TE CA. II.3.1 Medición de parámetros hidroquímicos del agua de mar Las propiedades hidroquímicas del agua de mar, como pH, salinidad, temperatura y oxígeno disuelto, se midieron en forma directa en. LI O. el agua circundante a los tubos de PVC que soportaron a las muestras. En un frasco de vidrio se recolectaron 1000 mL de agua, para el análisis de sulfatos, fosfatos, nitratos y nitritos, por espectrofotometría, en el. BI B. Laboratorio de Análisis a la Comunidad de la Facultad de Ingeniería Química, Universidad Nacional de Trujillo.. II.3.2 Ensayos de corrosión en agua de mar Para el estudio de la corrosividad del agua de mar los ensayos estuvieron dirigidos a la obtención del perfil de velocidades de corrosión. - 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. (Revie, 2000: 549-550) y abarcaron las zonas de: inmersión, mareas y salpicado (ver Figura 1). Se prepararon 144 placas de Cu y 144 de acero, con las dimensiones especificadas en el acápite II.1.. Se hizo un agujero de ½. pulgada para la sujeción de cada placa y luego fueron decapadas. RA DO. químicamente, según las indicaciones de la norma ASTM G1–03 (2003), designación C.2.3, para el cobre y designación C.3.5, para el acero. Se midió la masa inicial a cada una de las placas, con una precisión de 0,1 mg (ASTM G 92-86). Luego de medir sus áreas efectivas, las placas fueron envueltas herméticamente en bolsas plásticas, para su posterior. SG. utilización. Las Tablas A1–A4, de los Anexos, contienen las masas y las áreas de todas las muestras metálicas usadas para corrosión marina.. PO. Posteriormente, las placas fueron fijadas con pernos de polipropileno, y distribuidos a lo largo de dos tubos de PVC (uno para cada metal), de 0,27 m de diámetro y 2,50 m de altura (Melchers and Jeffrey; 2004: 86-. DE. 88). La distribución de muestras en cada tubo fue en 12 niveles numerados de arriba hacia abajo, y conteniendo 12 placas por nivel. La. BI B. LI O. TE CA. separación entre niveles es de 20 cm (ver Figuras 4 y 5).. Figura 3. Placas de cobre y acero al carbono para los ensayos en agua de mar. En la parte superior, arandelas de plástico, perno y tuercas de polipropileno para la fijación de las placas.. - 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RA DO. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. BI B. LI O. TE CA. DE. PO. SG. Figura 4. Ciento cuarenta y cuatro placas de acero al carbono fijadas en 12 niveles de 12 placas por nivel, alrededor de un tubo soporte de PVC de 2,5 m de largo y 0,27 m de diámetro interior.. Figura 5. Placas de acero al carbono (izquierda) y placas de cobre (derecha) ants de ser introducidas al agua. Los tres primeros niveles superiores se mantienen en la zona de salpicado en las aguas del TP de Salaverry.. - 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PO. SG. RA DO. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. DE. Figura 6. Placas de acero (izquierda) y placas de cobre (derecha). Los tres últimos niveles de placas se mantuvieron perennemente sumergidos debajo del muellecito de madera.. TE CA. Se procuró que: 3 niveles (10, 11 y 12) queden completamente sumergidos en agua de mar, 6 niveles (del 4 al 9), queden en las zonas de mareas y los 3 superiores (1 al 3), en la zona de salpicado, a fin de obtener el perfil de velocidades de corrosión promedio de 3 especímenes. LI O. (Schumacher; 1979: 13) en dichas zonas y para ambos metales. El lugar específico para los ensayos y la disposición de los cupones se puede apreciar en las Figuras. 2, 5 y 6.. Se procuró mantener los tubos,. BI B. sujetados a 1,20 m debajo del nivel del muelle de madera. Cada tres meses y durante un año (septiembre, 2006–agosto,. 2007), 36 placas de acero (3 de cada nivel) y 36 de cobre fueron retirados para medir la pérdida de masa, y calcular la velocidad de corrosión. La remoción de los productos de corrosión de las placas metálicas se hizo según la norma ASTM, G1–03 (2003), designación C.2.3 y designación C.3.5, para el cobre y acero, respectivamente. La velocidad de corrosión se obtuvo mediante la fórmula (ASTM G1–03; 2003): - 16 -. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Vcorr = K. (Minicial M final ) A t ρ. (1). donde, K, es una constante, cuyo valor dependerá de las unidades en. RA DO. que se desee expresar la velocidad (ver Tabla A7 de Anexos); Minicial y Mfinal, son la masas, inicial y final de la placa; A, es el área efectiva de cada placa metálica en exposición, en cm2; t, es el tiempo de exposición, en horas; ρ, es la densidad del metal.. La velocidad de corrosión. registrada en cada uno de los niveles, se obtuvo del promedio de tres. SG. especímenes retirados (ASTM G 52-00; 2003).. A las placas de cobre y de acero, retiradas a los 6, 9 y 12 meses,. PO. se les hizo previamente, un lavado superficial con acetona para remover los sedimentos y el agua salada. Luego de secados se les retiró los productos de corrosión, los cuales fueron guardados en bolsas de. DE. polipropileno (Schumacher, 1979: 371) para su posterior análisis elemental e identificación de fases.. Para el análisis elemental de los productos de corrosión del cobre y. TE CA. del acero, a los 6, 9 y 12 meses de exposición, se usó la técnica de Espectroscopia de Energía Dispersiva de Rayos-X (EDXS). Y para el análisis de las fases cristalinas, se usó la técnica de Difracción de RayosX (XRD) utilizando el equipo ―Siemens D5000 Diffractometer‖ del. LI O. ―Laboratorio de difracción de rayos-X‖ del CINVESTAV-Mérida, México. Se usó el método de haz rasante (ángulo rasante 3θ, a un voltaje del tubo de 34 kV, utilizando una corriente de 30 mA). Para el análisis cualitativo. BI B. de los difractogramas obtenidos, se aplicó el software ―Diffrac AT‖ y la identificación de las fases se realizó con la base de datos del mismo equipo.. Para la morfología de algunas fases, en los productos de. corrosión se utilizó un Microscopio Electrónico de Barrido (SEM), ―Phillips‖ del Laboratorio de Microscopia del CINVESTAV- Mérida, México.. - 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. II.3.3 Ensayos de corrosión en atmósfera marina Para el estudio de la corrosión atmosférica, las dimensiones de las placas fueron de 100x100x3,9 mm, en el caso del acero y de 100x150x1 mm, en el caso del cobre. Se instaló un bastidor de madera (ASTM G. RA DO. 50–76, 2003), con 12 placas de acero y 12 placas de cobre, sobre un muellecito a 2,30 m sobre el nivel de las aguas (ver Figura 2). Las masas de las placas y sus áreas, están registradas en Tablas A5 y A6 de Anexos.. A todas las placas usadas para corrosión atmosférica se les hizo el. SG. mismo tratamiento de limpieza que para las placas de corrosión marina. El cálculo de las velocidades de corrosión, también se hizo con el valor. PO. promedio de tres especímenes y usando la ecuación (1).. DE. II.3.4 Medición de polulantes atmosféricos. En el bastidor de madera (ASTM G 50-76; 2003) se instalaron dispositivos captadores de iones cloruro presentes en la atmósfera. TE CA. marina. Se usó el método de la vela húmeda, norma ISO 9225-Anexo D (1992). Se fabricaron mecheros con gasa humedecidos en glicerina al 20 %, que contenía además unas gotas de ácido acético glacial, como fungicida. Estos dispositivos se expusieron a la atmósfera en períodos de. LI O. 30 días. Para el análisis, se tituló con AgNO3 0,0100 N, a la solución de lavado, según la norma ASTM D 512 Método B (2004). El dióxido de azufre presente en la atmósfera del TP de Salaverry,. BI B. también fue analizado mensualmente, de acuerdo al método de los platos de sulfatación, norma ISO 9225, Anexo A (1992). Se emplearon placas de sulfatación conteniendo una pasta de PbO 2 con goma de calicanto y. aplicada sobre papel de filtro impregnado en el fondo de platos Petri de polietileno, que fueron expuestos a la atmósfera, y en forma invertida.. - 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. SG. RA DO. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. PO. Figura 7. Bastidor con doce placas de cobre electrolítico (las 3 columnas de la izquierda) y doce placas de acero al carbono (3 columnas de la derecha). Además, tres dispositivos captadores de cloruros en la parte inferior izquierda del bastidor.. DE. El sulfato de plomo formado por reacción del SO 2 y el PbO2, fue determinado por el método turbidimétrico usando una longitud de onda de 420 nm y con una celda de 1 cm.. TE CA. En base a los datos de humedad relativa proporcionados por la Oficina Meteorológica de la Capitanía del Puerto de Salaverry, se calculó el tiempo de humectación (TDH), que es el número de horas por año durante las cuales la humedad relativa de la atmósfera es igual o mayor. LI O. que 80 % (Norma ISO 9223). El TDH relaciona el tiempo efectivo en que la superficie metálica es cubierta por una delgada capa de electrolito con. BI B. aire y durante el cual es operativa una celda de corrosión. La Oficina Meteorológica también proporcionó datos de velocidades y direcciones de los vientos durante los 30 días de cada mes.. - 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. III.. RESULTADOS Y DISCUSIÓN. III.1 Parámetros hidroquímicos del agua de mar En la Figura 8, se presentan los parámetros hidroquímicos del agua. RA DO. de mar del lugar de ensayo, medidos desde septiembre 2006, hasta agosto 2007. Se observa el normal incremento de temperatura de las aguas a partir de octubre del 2006 hasta marzo del 2007 (Fig. 8a), debido al cambio de estación. El oxígeno disuelto (Fig. 8e) tiende a disminuir en los meses de verano (enero-abril, 2007) debido a la disminución de su. SG. solubilidad por el incremento de temperatura. No obstante, en los tres últimos meses se observan bajos contenidos de oxígeno disuelto a bajas. PO. temperaturas, lo que implica la aparición de otros factores que afectan su contenido en el agua, como lo serían los procesos de oxidación de materia orgánica.. Si consideramos que la fórmula empírica, CH2O,. DE. representa en general a los carbohidratos, la reacción que puede tener. TE CA. lugar es (Shifler and Aylor; 2005: 364),. CH2O + O2. Oxidaciónbioquímica. CO2 + H2O. (2). de modo que, durante su descomposición, se consume oxígeno, se produce más CO2 y éste con el agua, puede dar lugar a que el pH. BI B. LI O. disminuya al ocurrir la reacción,. CO2 + H2O. HCO 3 +. H+. (3). Los contenidos de oxígeno, iguales o menores que 2,5 mg/L en el. agua de mar donde hay muelles y puertos o infraestructuras marinas para actividades industriales-portuarias, representan riesgo significativo para la salud de las personas y el ambiente (CONAM, 2007).. - 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Temp. (ºC). 22 20 18 16 14 8 0 7.8 7.6 7.4 7.2 5 0 4 3 2 1 0 35.8 0 35.6 35.4 35.2 35 34.8 4 0 3 2 1 0 0. (a). (b). LI O BI B. (c). PO. SG. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12. DE. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12. TE CA. OxÍgeno disuelto Salinidad (%o) (mg/L). SO42- (g/L). pH. RA DO. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12. (d). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 (e). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tiempo de exposición (meses). Figura 8. Comportamiento de los parámetros hidroquímicos del agua de mar del TP de Salaverry: (a) temperatura; (b) pH; (c) sulfatos; (d) salinidad y, (e) oxígeno disuelto. (septiembre, 2006 – agosto, 2007).. - 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Según la Figura 8e, durante casi todo el año, en el agua marina del sitio de ensayos, los contenidos de oxígeno estuvieron por debajo del mínimo permisible.. Sin embargo, a pesar del escaso oxígeno, fue. suficiente para que se generen musgo en los primeros meses y percebes. PO. SG. RA DO. con el paso del tiempo (ver Figura 9).. b) (b). TE CA. (a). DE. a). Figura 9. a) Biomasa depositada en pernos y tubo de PVC, a los tres meses de exposición. b) Percebes adheridos al tubo de soporte y cupones de cobre a los 12 meses de exposición en la zona de inmersión del agua de mar del TP Salaverry.. Los valores de pH, sulfatos y salinidad exteriorizan una oscilación. LI O. aceptable dentro de los rangos permisibles para el agua de mar, con la excepción de la sorprendentemente excesiva cantidad de sulfatos durante. BI B. los meses de septiembre y octubre del 2006 (Fig. 8c). En la Figura 10 se muestra la variación de los contenidos de. fosfatos, nitritos y nitratos en las aguas del TP Salaverry durante el periodo de exposición de las muestras. Si comparamos esta variación, con los Estándares de Calidad Ambiental propuestos por el Consejo Nacional de Ambiente (El Peruano; 2007: 342917–342918, CONAM; 2007) y mostrados en la Tabla 2, observamos que las emisiones de. - 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. fosfatos durante todo el año de exposición, superaron el límite máximo. PO. SG. RA DO. permitido.. DE. Figura 10. Contenido de fosfatos, nitritos y nitratos del agua de mar del TP Salaverry, de septiembre, 2006 a agosto, 2007.. En cuanto a los contenidos de nitratos, éstos se mantuvieron por. TE CA. debajo de los límites máximos permitidos durante los meses de estudio. Por otro lado, el CONAM, no ha propuesto límites máximos permisibles de. LI O. nitritos (CONAM, 2007).. BI B. TABLA 2. Estándares de calidad ambiental, Uso 2, Actividades marino costeras en agua de mar superficial. Subclase 3: tránsito marino, infraestructuras marinas de actividades industriales-portuarias (CONAM, 2007). Parámetro. Límites permisibles Delta 3ºC (*) 6,8 – 8,5 ≥ 2,5 100 máx 300 máx. Temperatura (ºC) pH Oxigeno disuelto (mg/L) Fosfatos (μg/L) Nitratos (μg/L). (*) Temperatura promedio mensual multianual. - 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. En suma, los contenidos de oxígeno disuelto y de fosfatos, estuvieron fuera de los límites permisibles mostrados en la Tabla 2, que son exigidos como estándares de la calidad del agua de mar con tránsito. RA DO. marino.. III.2 Dirección y velocidad del viento. De acuerdo a los reportes de la Oficina Meteorológica de la Capitanía del Puerto de Salaverry, entre Septiembre 2006 á Agosto 2007,. SG. las siguientes velocidades y direcciones de los vientos, fueron las más frecuentes:. PO. Entre septiembre y octubre–2006, las velocidades oscilaron entre 2 y 6 m/s para los vientos provenientes principalmente del este-sureste, sureste y sur-suroeste.. Entre noviembre y diciembre 2006, las. DE. velocidades fueron menores o iguales a 3 m/s y los vientos provenían mayormente de las mismas direcciones anteriores. Entre enero y febrero 2007, las velocidades oscilaron entre 2 y 4 m/s siendo los más frecuentes. TE CA. los vientos provenientes del este-sureste, sureste y esporádicamente del sur. En marzo 2007 las direcciones más frecuentes se mantuvieron, pero las velocidades oscilaron entre 2 y 5 m/s. A partir de abril hasta agosto del 2007, a las direcciones anteriores se suman con mayor frecuencia los. LI O. vientos provenientes del sur, sur-oeste, oeste-noroeste, noroeste y nornoroeste con velocidades de hasta 6 m/s.. En la Figura 11, se. visualizan las magnitudes de las velocidades y direcciones alrededor del. BI B. TP de Salaverry. Por la ubicación del TP de Salaverry, se puede observar que los vientos del NE, E y SE, arrastran principalmente arena de las dunas existentes alrededor del TP, mientras que los provenientes del S, SO, ONO y NO, arrastran aerosol marino, principalmente.. - 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Sep-Oct‗ 2006 2 – 6 m/s. Abr-Ago‗ 2007 2 – 6 m/s. RA DO. Nov-Dic‗ 2006 3 m/s. Ene-Feb‗ 2007 4 m/s. DE. PO. SG. Mar‗ 2007 5 m/s. TE CA. Figura 11. Dirección y velocidad del viento más frecuentes alrededor del TP de Salaverry, (que se halla dentro del círculo) entre septiembre-2006 y agosto-2007. (Foto extraída de Google Earth).. III.3 Polulantes atmosféricos. LI O. En la Figura 12 se presentan las velocidades mensuales de. depósito de cloruros, obtenidas por el método de la vela húmeda según la. BI B. norma ISO 9225 (1992), desde septiembre del 2006 hasta agosto del 2007. Las velas se colocaron junto al bastidor de madera a 2 m de la orilla del agua y a 3 m por encima del nivel de las aguas, sobre el. muellecito de madera (ver Figura 7). De igual manera, en la siguiente. Figura 13 se resumen los depósitos mensuales de SO2 desde septiembre del 2006 hasta agosto del 2007.. - 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. 500. 300 200. RA DO. Cl - (mg/m2.d). 400. 100 0. Sep- Oct- Nov- Dic- Ene- Feb- Mar- Abr- May- Jun- Jul- Ago06 06 06 06 07 07 07 07 07 07 07 07. SG. Mes-Año. 6,00 5,00. TE CA. SO2 depositado (mg/m2.d). 7,00. DE. PO. Figura 12. Depósito mensual de cloruros en la atmósfera marina del TP de Salaverry, en el lapso de septiembre del 2006 a agosto del 2007.. 4,00 3,00 2,00. LI O. 1,00 0,00. BI B. sep- oct- nov- dic- ene- feb- mar- abr- may- jun- jul- ago06 06 06 06 07 07 07 07 07 07 07 07. Mes-año. Figura 13. Depósito mensual de dióxido de azufre en la atmósfera marina del TP de Salaverry, en el lapso de septiembre del 2006 a agosto del 2007.. Por otro lado, el tiempo de humectación (TDH) fue calculado como el número de horas en que la humedad relativa (HR) supera el valor crítico de 80% para temperaturas ≥ 0°C, que es cuando comienza la. - 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. condensación sobre el metal (Veleva and Kane, 2003: 198; ISO 9223-92).. Tiempo de humectación (horas/mes). La variación del tiempo de humectación se resume en la Figura 14.. 800. RA DO. 700 600 500 400 300. SG. 200 100 0. jul- ago07 07. Mes-Año. DE. PO. sep- oct- nov- dic- ene- feb- mar- abr- may- jun06 06 06 06 07 07 07 07 07 07. TE CA. Figura 14. Tiempo de humectación (TDH) mensual durante el lapso de exposición de las muestras metálicas para corrosión atmosférica.. En base a los datos mostrados en las Figuras 12, 13 y 14, se construyó la Tabla 3, para categorizar la corrosividad del ambiente atmosférico del TP de Salaverry. En las Tabla A8 y A9 de Anexos, se. LI O. presentan las categorías de corrosividad atmosférica según ISO 9223 (1992).. De acuerdo a esas categorías, la corrosividad en el TP de. Salaverry, debido a cloruros es de agresividad media (S3) en los primeros. BI B. 5 meses de exposición (ver Figura 12), mientras que en los siguientes 7 meses, la agresividad es baja (S2). Esto posiblemente se debe al hecho que durante los últimos 6 meses de exposición, la velocidad de los vientos son las más altas observadas de todo el año de exposición, lo que permite una remoción continua de los cloruros y a la dificultad de sus depósitos.. - 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. Por otro lado, la baja velocidad de depósitos de SO2 categoriza a la atmósfera del TP de Salaverry como de una agresividad corrosiva muy baja (P1), mientras que por el tiempo de humectación, el TP tiene una 5. ).. RA DO. categoría de agresividad por encima de muy alta (. TABLA 3. Estimación de la categoría de corrosividad de la atmósfera Salaverry a partir de datos ambientales, según ISO 9223.. 255 (S2 – S3). SO2. Tiempo de humectación (horas/año). 5,53. 8008. (P1). (. DE. TP Salaverry. SG. Cl. –. PO. Estación. Velocidad media de depósito anual (mg/m2.d). del TP de. 5). Con la combinación de las magnitudes de depósitos de Cl– y SO2, unidos a un elevado tiempo de humectación (. 5. ), la atmósfera del TP de. TE CA. Salaverry resulta tener una categoría de agresividad corrosiva muy alta, tanto para el cobre como para el acero al carbono (Fonseca et al, 2004:. LI O. 548; Uller y col, 1998: 44).. III. 4. Corrosión del cobre en agua de mar del TP de Salaverry. BI B. III.4.1. Perfiles de velocidades de corrosión En la Figura 15 se presentan los perfiles de las velocidades de. corrosión del cobre para tiempos de exposición de 3, 6, 9 y 12 meses, en términos de disminución del espesor o penetración en las zonas de salpicado, de mareas y de inmersión. La Tabla 4 resume las velocidades. - 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. 240 220 200. Línea de marea alta. 180. RA DO. 160 140 120. Zona de mareas. 100. 60. SG. Línea media de mareas. 80. Línea de marea baja. 40. PO. Distancia desde la máxima inmersión (cm). 3 meses 6 meses 9 meses 12 meses. Zona de salpicado. 20 0 0,5. 1. 1,5. DE. 0. 2. Zona de inmersión. 2,5. 3. 3,5. 4. 4,5. TE CA. Penetración (de la pérdida de masa), mpy. LI O. Figura 15. Perfiles de velocidades de corrosión del cobre, a 3, 6, 9 y 12 meses de exposición en agua del TP de Salaverry. La velocidad fue determinada como penetración, a partir de la pérdida promedio de masa en los diferentes niveles (1 mpy = milipulgada/año = 0,0254 mm/año).. BI B. TABLA 4. Velocidades de corrosión del cobre en agua de mar del TP de Salaverry (Perú) a 12 meses de exposición. Zonas del ambiente marino. Velocidades de corrosión g/(m2-d). g/(dm2-a). mm/a. Salpicado. 0,612. 2,233. 0,025. Línea media de mareas. 1,745. 6,369. 0,071. Inmersión. 0,788. 2,878. 0,032. - 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. anuales de corrosión del cobre en tres zonas características del ambiente marino del TP de Salaverry, correspondientes a los niveles, 2 (zona de salpicado), 9 (línea media de mareas) y 11 (zona de inmersión). En la Figura 16 se muestran las placas de cobre removidas luego de 6 meses de exposición, donde se puede observar diferencias en la. RA DO. coloración de las pátinas de las tres zonas típicas del ambiente marino. TE CA. DE. PO. SG. del TP de Salaverry.. LI O. Figura 16. Placas de cobre luego de 6 meses de exposición en el TP de Salaverry. Las tres primeras columnas de la izquierda pertenecen a la zona de salpicado; las seis siguientes, a la zona de mareas; y las tres últimas de la derecha, a la zona de inmersión.. De la Figura 15 y la Tabla 4 se observa que la mayor velocidad de. BI B. corrosión del cobre, al cabo de 12 meses de exposición, se produce en la línea media de mareas, alrededor del noveno nivel. Las velocidades de corrosión del cobre a 12 meses fueron menores que las que corresponden a 6 meses de exposición, excepto para aquellos especímenes que se encuentran en la zona de salpicado y en el nivel máximo de la marea alta. En las zonas donde las velocidades disminuyen con el tiempo, la pátina formada en los primeros meses actúa como una capa protectora contra la corrosión, retardando su velocidad con el. - 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Nelson Farro Pérez, Tesis Doctoral. transcurso del tiempo.. La pátina es una capa fina de productos de. corrosión, generalmente de color verde, que se forma en la superficie del cobre o de sus aleaciones cuando están expuestos a un ambiente contaminado de iones cloruro, como son los ambientes marinos y costeros (Veleva, L, et.al; 1996: 1641-1646; Revie, 2000: 745). Cerca a. RA DO. las costas marinas se suele formar el cloruro básico del cobre Cu2Cl(OH)3 como constituyente típico de las pátinas (Shreir et.al; 1994: 4:44; Uller y col., 1998: 547-551). El progreso de la velocidad de corrosión en las tres. SG. zonas a los 12 meses de exposición, se representa en la Figura 17.. 700. PO. Zona de inmersión Linea media de mareas Zona de salpicado. 500. DE. 400 300 200. TE CA. Pérdida de masa (g/m2). 600. 100. 0. 3. 6. 9 12 Tiempo (meses). LI O. 0. BI B. Figura 17. Pérdida de masa por unidad de área, en función del tiempo de exposición en las zonas de salpicado, línea media de mareas e inmersión. La velocidad de corrosión es igual a la pendiente de las respectivas curvas.. III.4.1.1 Corrosión del cobre en la zona de salpicado En la Figura 17 y de acuerdo al progreso de la velocidad de corrosión en la zona de salpicado, se observa que ésta se mantiene casi constante durante todo el año, lo que concuerda con lo registrado en la. - 31 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.