Introducción
•
Definición
–
“Interacción físico-química entre un metal y su
medio ambiente, que ocasiona modificaciones en
las propiedades del metal y, a menudo, una
degradación de las funciones del metal, del medio
o del sistema técnico constituido por ambos.”
Introducción
•
¿Por qué se corroen los metales?
Mineral
Transformación
uso
CORROSIÓN
E
E
“La fuerza impulsora que hace que los metales se corroan es una
consecuencia natural de su inestabilidad en la forma metálica”
Por lo general, cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor será la facilidad para corroerse
Introducción
•
Repercusión de la corrosión
–
Factor seguridad: Fallas por corrosión de equipos
o sistemas técnicos con consecuencias de pérdida
de vidas humanas
–
Factor conservación: Las fuentes de los metales
(minerales), reservas de aguas, etc. Son limitados.
–
Factor económico: Gastos directos e indirectos
ocasionados por la corrosión y por los métodos de
prevención
Introducción
•
Repercusión de la corrosión
–
Factor económico
•
Costos directos
– Reemplazo o reparación de estructuras, maquinarias o de componentes corroídos (tuberías, piezas de bombas, fondos de tanques de almacenamiento).
– Sobredimensionamiento y empleo de medidas de prevención (pinturas, aleaciones especiales, inhibidores, etc.)
– Capacitación de personal en temas de corrosión.
Introducción
•
Repercusión de la corrosión
–
Factor económico
•
Costos indirectos
– Paralización de la actividad productiva para efectuar una
reparación imprevista (Ejemplo: La reparación de una tubería en el oleoducto puede ocasionar un costo de algunos miles de dólares, pero la paralización para efectuar la reparación
representa unos US $ 20 000 /hora).
– Pérdidas de productos y explosiones provocadas por fugas (combustible, agua, gas, etc.).
– Pérdida de eficiencia (transferencia de calor) o contaminación del producto.
Proceso de Corrosión
•
Clasificación
Naturaleza del medio
Mecanismo de
corrosión
Apariencia del
material
Química Electroquímica •General •Galvánica •Hendidura •Picado •Erosión •Cavitación •Selectiva •Biológica •Intergranular •Bajo tensión •Fatiga Húmeda SecaProceso de Corrosión
•
Clasificación
–
Naturaleza del medio y mecanismo de corrosión
•
Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico:
– Se da en presencia de humedad.
– El 80% de los casos de corrosión reportados pertenecen a este tipo.
•
Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química.
– No existe película de humedad, es decir se da en un ambiente seco (altas temperaturas).
Corrosión Electroquímica
•
Requisitos básicos
–
Electrolito (A veces)
–
Electrodos
•
Ánodo
•
Cátodo
–
Paso de electrones
Corrosión Electroquímica
•
Requisitos básicos
–
Electrolito
Iones de hidrógeno positivos Iones negativo hidróxiloCorrosión Electroquímica
•
Requisitos básicos
–
Electrodos
Ánodo Electrolito Cátodo Agua
Corrosión Electroquímica
•
Requisitos básicos
–
Paso de electrones
Electrolito (Agua) Cátodo (protegido) corriente-
+
Ánodo (corrosión) Los electrones fluyen del ánodo al cátodoCorrosión Electroquímica
•
Fuerza Electromotriz (FEM)
–
Es imposible medir potencial absoluto de una semicelda
–
Se hace por comparación con semipila de electrodo de
hidrógeno
Zn
Cu
Pt
V1
V2
Pt
H2 H 2Corrosión Electroquímica
•
Fuerza Electromotriz (FEM)
SERIE ELECTROMOTRIZ
Reacción en Equilibrio E°H (volts)
Au+2 + 2e = Au + 1.7 1/2 O2 + 2H++ 2e = H 2O + 1.23 Pt+2 + 2e = Pt + 1.2 Ag+1 + 1e= Ag + 0.80 Cu+2 + 2e= Cu + 0.34 2H+ + 2e = H 2 0.00 (por definición) Ni+2 + 2e= Ni - 0.13 Fe+2 + 2e= Fe - 0.44 Cr+3 + 3e= Cr - 0.70 Zn+2 + 2e= Zn - 0.76 Al+3 + 3e= Al - 1.66
Proceso de Corrosión
•
Comportamiento de los materiales frente al
potencial eléctrico
Corrosión Electroquímica
•
Corrosión del hierro
Fe - 2e Fe++ (iones ferrosos) Fe++ + 2OH- Fe(OH)
2 4Fe(OH)2 + 02 + 2H2O 4Fe(OH)3 Fe Fe Fe(OH) Fe(OH) Fe(OH) Fe(OH) 2 2 2 2 O 2 2 H O 8 e Flujo de e -Flujo de e -Flujo de e -e e 2 2 ++ ++ _ _ _ _ _ OH _ OH _ _
Las reacciones de oxidación (corrosión) ocurren en el ánodo
Ionización de hierro por pérdida de 2e
-Formación de la forma Inestable: Fe(OH)2
Fe(OH)2 se combina con el oxígeno y forma óxido
2
Corrosión Electroquímica
•
Corrosión del hierro
2H+ + 2e H 2 4H+ + O2 + 4e 2H2O Flujo de e -Flujo de e -Flujo de e -_ O H H + + H + H + H + H + 2 _ e e _ e _ e _ e _ e _ e _ e _ e _ e O 2 H O H O 2 2 + + +
Reacción de reducción (protección) ocurre en el cátodo
Electrones que llegan al cátodo neutralizan algunos Iones hidrógeno
Corrosión Electroquímica
•
Corrosión del hierro
• 2H+ + 2 electrones H
2 (gas)
• O2 (gas) + 2H2O + 4 electrones 4OH- (medio alcalino)
• O2 (gas) + 4H+ + 4 electrones 2H 2O (medio ácido) • Fe – 2e Fe++ • Fe++ + 2OH- Fe(OH) 2 • Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4Fe(OH)3 Ánod o Cá todo
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión del hierro
Uniforme Localizada Bajo tensión Galvánica Erosión Hendidura Picadura Biológica Intergranular Cloruros Fatiga Cavitación
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión uniforme
–
Es un ataque homogéneo
–
Permite calcular la vida útil
–
Produce un deterioro
“aceptable”.
–
La velocidad de corrosión es
función de la naturaleza del
metal, humedad, presencia
de contaminantes
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión galvánica
–
Dos metales disímiles se acoplan eléctricamente
en un medio electrolítico.
Alumini o Alumini o Tornillo de latón Metal corroído Corrosión en el resquicio de la junta aislanteCorrosión entre tubo de cobre y soldadura de aleación de cobre
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por hendidura
– Se presenta en espacios confinados o hendiduras que se forman cuando los componentes están en contacto estrecho.
– La hendidura debe ser muy cerrada, con dimensiones menores a un
milímetro.
– Empaquetaduras, empalmes, pernos...
– Su mecanismo es similar a la corrosión por picado.
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por erosión
– Se da cuando soluciones con rápido flujo desprenden capas adheridas y depósitos que protegen contra la corrosión
– Medios de alto flujo o turbulencia bombas, conductos turbinas
– Son susceptibles los aceros al carbono y aleaciones de Cu y Al
– Son resistentes: aleaciones de Ni y Ti.
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por cavitación
– Presiones estallar metal y los revestimientos protectores.
– Ocurren a altas velocidades de flujo y cambio brusco en la dirección del mismo. (Flujo turbulento)
Cavitación de aleación de niquel de las palas de una bomba expuesta a un
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por grietas y por tensión
– Es causada por los cambios en la acidez, agotamiento del oxígeno, iones disueltos y ausencia de un
inhibidor.
Corrosión bajo tensión de un conjunto de aleación de acero soldados (limitaciones de la soldadura)
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión selectiva
– Es la remoción preferencial de uno o más metales de una
aleación en un medio corrosivo, tal como la remoción del zinc del bronce (dezincación), lo que
conlleva al debilitamiento de los metales y a fallas en las tuberías
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por
tuberculación
– Los tubérculos son cúmulos de productos de corrosión y de depósitos que cubren las
regiones localizadas de pérdida de metal.
– Pueden atacar tuberías, lo que
trae como consecuencia la disminución del flujo.
Corrosión por tuberculos en la superficie de tube de cobre usado para conducir aguas residuales
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión biológica
– La actividad metabólica de los
microorganismos pueden provocar directa o indirectamente un deterioro del metal por procesos de corrosión. Las consecuencias de esta actividad pueden ser:
• Producir un ambiente corrosivo
• Crear celdas de concentración electrolítica en la superficie del metal
• Modificar la resistencia de las películas superficiales
• Tener influencia sobre el índice de reacción anódica o catódica
• Modificar la composición ambiental
Fe++ + SO
4-- + 4H2O 4Fe(OH)2 + FeS + 2OH
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión intragranular
–
Disolución preferencial en
los límites de grano
–
Las propiedades físicas y
químicas difieren con
respecto al resto del
material
–
Se presenta en aceros
inoxidables, aleaciones de
aluminio, de niquel y
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por fatiga
–
Se presenta a escala
microscópica en forma de
grietas transcristalinas
–
Acción simultánea de un
medio corrosivo
específico y esfuerzos
alternados y cíclicos
•
Tubos intercambiadores
de calor
•
Alabes de turbinas
•
Aceros en vapores con
cloruros
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por picadura
–
Ocurre en cualquier parte del sistema
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por picadura
–
Ocurre en cualquier parte del sistema
–
Fácil de reconocer por la formación de picaduras
Fase gaseosa-aire oxígeno
Fase líquida :oxígeno-agua
+ Catodo+ High O2 OH OH Fase sólida Gas Liquid Sólido + Catodo + + Anodo + e e e e H H O2
tubérculo poroso formado por los productos de reacción High O2 OH O2 H Fe (OH)3 Fe3O4 Fe(OH)2 Crater Fe++ H+ H+ H2 H2
Corrosión Según la Apariencia
•
Corrosión por acción de Cloruros
O2 + 2H2O + 4e 4OH- 2FeO Fe++ + 4e -2FeO + O 2 + 2H2O 2Fe++ + 4OH- O2 + 2H2O + 4e 4OH- Fe++ Fe+++ + e / 4 4Fe++ + O 2 + 2H2O 4Fe+++ + 4OH- Fe+++ + 4Cl- FeCl
4- Formación de complejo muy estable que
Consume iones Fe+++ acelerando la disolución del hierro
) ( ) ( ) ( 2 4 2 O OH Fe K ) ( ) ( ) ( ) ( 2 4 4 4 O Fe OH Fe K
Factores que Afectan la Corrosión
Factores inherentes al
medio corrosivo
Factores inherentes al
material
–Temperatura–Naturaleza del medio (s-l-g) –Concentración de oxígeno –pH –Humedad –Contaminantes –Acción de microorganismos –Corrientes externas –Tensiones aplicadas
–Naturaleza del metal o aleación –Presencia de inclusiones en la superficie –Homogeneidad de su estructura –Tratamientos térmicos –Tensiones residuales –Grietas o defectos superficiales –Incrustaciones de óxidos o poros
Factores que Afectan la Corrosión
•
Concentración de Oxígeno
Velocidad de corrosión (mm/año) 7.5 5.0 2.5 0 0 2 4 6 8 10 Oxígeno (ppm) 49C 32C 9 CFactores que Afectan la Corrosión
Factores que Afectan la Corrosión
•
Heterogeneidades del material
a) Los metales están constituidos por granos con un ordenamiento diferente.
b) La unión de los granos define un borde de grano que es más reactivo que el interior del mismo.
c) Los metales poseen impurezas que pueden actuar como partículas catódicas.
Factores que Afectan la Corrosión
•
Heterogeneidades del medio
Resquicio (corrosión)
Resquicio
(corrosión) a) Unión solapada
b) Zonas de contacto entre planchas metálicas amontonadas en un almacén
Factores que Afectan la Corrosión
•
Heterogeneidades del medio
Resquicio (corrosión)
Raya o marca
cavidad Grieta
c) Contacto de una superficie metálica con una partícula inerte (polvo).
d) Rayaduras sobre la superficie metálica, defectos en la solda-dura.
Prevención de la Corrosión
Materiales usados en la conducción de agua, sin y con
control de la corrosión
Prevención de la Corrosión
•
El tiempo más efectivo para prevenir la corrosión es
durante el diseño
•
Factores
–
Condiciones del medio
–
Aspectos físicos (Esfuerzos, soldadura, uso)
–
Métodos de prevención de la corrosión
•
Selección
–
Material
–
Método de prevención adecuado
Prevención de la Corrosión
•
Datos de corrosión se derivan de diversas fuentes
–
Diseños previos (plantas o aplicaciones similares)
–
Datos del fabricante
–
Datos en publicaciones
–
Desarrollos especializados
•
Diseño de nuevos equipos y materiales
–
El diseñador debe estar actualizado en las innovaciones que
permitan resolver problemas no tratados en el pasado
•
Naturaleza y composición de los materiales
–
Se deben considerar las condiciones extremas que puedan
cambiar los materiales. Ej: agentes agresivos como los ácidos.
Prevención de la Corrosión
•
Corrosión General
–
Incrementar el espesor, controlar la composición, conformación de
recipientes, drenajes de aguas, evitar arrastre de contaminación
por aire, accesos para mantenimiento y reparación, evitar las
esquinas.
•
Corrosión Atmosferica
–
Selección de materiales apropiados en el diseño
–
Cambios de ambiente (uso de inhibidores, control de PH,
desaireación).
–
Recubrimientos metálicos o pinturas
–
Técnicas electroquímicas:
• Protección anódica
Prevención de la Corrosión
•
Galvanica:
–
Selección de materiales
–
Efecto de área
–
Precaución con recubrimientos
–
Inhibidores
–
Protección catódica
–
Diseño
Prevención de la Corrosión
•
Erosion – Cavitacion:
– Mitigar turbulencias
– Ajustar capacidad de bombeo y dimensiones de tubería
– Evitar cambio de dirección
– Usar curvas y evitar angulos
– Usar deflectores (dism velocidad)
Prevención de la Corrosión
•
Hendidura:
– Diseño de uniones, soldadura de uniones
– Evitar acumulación de líquidos
– Limpieza y remoción periódica
– Drenaje completo
– Sustitución de aleación de menor Rcorr (es preferible una tasa predecible a localizada inpredecible)
Prevención de la Corrosión
•
Fatiga:
–
Disminuir los esfuerzos cíclicos
–
Evitar entallas
–
Utilizar encubrimientos de sacrificio(cinc, cadmio sobre acero).
–
Proporcionar suficiente flexibilidad para reducir sobreesfuerzos
debido a expansión térmica, vibración, choques y trabajo de la
estructura o equipo
–
Utilizar inhibidores de corrosión
–
Seleccionar materiales apropiados
–
Usar chorro de perdigones el cual induce esfuerzos de compresión
en la superficie y tiende a reducir la fatiga por corrosión.
Prevención de la Corrosión
•
Biológica:
– Uso de bactericidas, fungicidas y algicidas los cuales deben ser probados en le laboratorio para determinar las dosis más
convenientes a utilizar
– Selección de materiales resistentes a la corrosión
– Realizar análisis bacteriológicos
– Origen del agua y uso previsto
Prevención de la Corrosión
•
Protección mediante recubrimientos:
– R. Orgánicos: recubrimientos y revestimientos
– R. Inorgánicos: esmaltado, cementado
– R. Conversión: química (cromatizado) y electroquímica (anodizado)
– R. Metálicos: químicos, electroquímicos, inmersión en caliente, metalizado, difusión, etc.
Prevención de la Corrosión
Corrosión en el Hormigón Armado
•
La corrosión del acero en el hormigón es un proceso
electroquímico que pueden producirse por dos vias:
–
Por la colocación de materiales de diferentes diferente
naturaleza electroquímica en el hormigón
Corrosión en el Hormigón Armado
•
Protección de la armadura con la capa pasiva
Corrosión en el Hormigón Armado
•
Factores que afectan la corrosión de las armaduras
–
pH de la disolución en los poros del hormigón
–
Concentración de iones cloruros y hidroxilo
–
Profundidad de carbonatación
–
Difusión y retención de cloruros
–
Humedad / ciclos humedad y secado
–
Diferencia de potencial
•
Aceleración de la corrosión
–
Carbonatación
Corrosión en el Hormigón Armado
•
Carbonatación
–
El Ca(OH)
2, con contribución secundaria de los álcalis
disueltos en el agua de los poros, da al hormigón un pH
entre 12 y 13.
–
La carbonatación consisten en la precipitación del
carbonato de cálcio de acuerdo con las reacciones abajo
que reducen el pH a 9 y comprometen la capa pasiva de la
armadura.
CO2 + H2O H2CO3
2H2CO3 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + H2O Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + 2H2O
