Corrosión en suelos
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Franky Esteban Bedoya LoraEstudiante Maestría en Ingeniería
Curso: Corrosión y ProtecciónProfesor: Juan Guillermo Castaño
INTRODUCCIÓN La corrosión por suelos o en estructuras
enterradas es un fenómeno electroquímico.
Es de vasta complejidad. No hay dos suelos que sean exactamente
iguales. Influencia de factores climáticos. Factores fisicos, químicos y
microbiológicos. Existe una vasta cantidad de bibliografía
respecto al fenómeno.
INTRODUCCIÓN Porqué se ha estudiado tanto?
Tanques en acero bastante usados hastala década de los 80’s
El mantenimiento y reemplazo de esta infraestructura requiere grandes cantidades de esfuerzo y dinero
Lugar (Uso) Extensión (km)Canadá 580.000
EE.UU (Gas natural) 2.000.000EE.UU (Petróleo) 280.000
Que es la tierra? “La colección de cuerpos
naturales ocupando porciones de la superficie del planeta que soportan las plantas y que tiene propiedades dependientes del clima y de la materia viviente que actúa sobre ella, que a su vez están condicionados por los periodos de tiempo”
Departamento de Agricultura de los Estados Unidos
Que es la tierra? Sistema físico, químico y biológico,
complejo y dinámico, que está en constante cambio.
Dependen de factores ambientales: Lluvia Temperatura Movimiento del aire Luz solar El paso del tiempo
Exiten gran variedad de tipos de tierra:
Que es la tierra?
MuskegsTurbas
Pantanos
95% de agua17% C base seca
ArenaPradera
Tipo mineral0.5 – 6 % material orgánico
Propiedades de la tierraDebenden bastande de la granulometría y capacidad de difusión de especies. Físicas
Permeabilidad Granulometría
Químicas Composición química de elementos
presentes en el suelo solubles en agua. Mineralogía y composición química.
Propiedades físicas de la tierraLas tierras suelen clasificarse en tres grandes grupos de acuerdo a su granulometría:
Arenas gruesas: 0.07 a 2 mm Cieno: 0.005 mm a 0.07 Arcillas: menores a 0.005 mm
Propiedades físicas de la tierra Permeabilidad
Influenciada también por la distribución del tamaño de partícula.
Factor importante al considerar los mecanismos electroquímicos.
Controla el flujo de líquidos o gases en el suelo.
Propiedades químicas de la tierra Resistividad que a su vez depende de
Humedad pH Concentración de iones Granulometría Temperatura Compactación
Se usa el método de Wenner para sumedición
Propiedades químicas de la tierra Método de Wenner
Propiedades químicas de la tierra Composición química
Arcillas Arena: Silicatos principalmente Carbonatos: Cal y dolomita Evaporites: Alto contenido de sales.
Propiedades químicas de la tierra Perfiles según factóres climáticos
Regiones áridas: Bajo contenido organico. Alto contenido de sales.
Climas tropicales: Alto contenido de minerales solubles. Temperaturas altas.
Zonas templadas: Perfiles de suelo muyvariados, dependen del régimen de lluvias.
Condiciones árticas: Ciclos de congelamiento/descongelamiento.
Mecanismos de corrosión en suelos El mecanismo de corrosión de los
materiales metálicos es electroquímico siempre y cuando exista un mínimo de humedad.
Factores que influyen en la corrosión de estructuras enterradas
Aireación (permeabilidad) Contenido de humedad Resistividad del suelo Contenido de iones pH Potencial redox Microorganismos
Aireación Se basa en la cantidad de oxígeno y
humedad que alcanza el metal y afecta el proceso corrosivo.
Metales en tierras con bajo contenido de oxígeno son generalmente anódicos cuando se comparan con aquellos con alto contenido de oxígeno.
En general un suelo muy bien aireado tiende a disminuir la corrosión debido a que impide la retención de la humedad
Contenido de HumedadSe presentan tres casos: En terrenos muy húmedos la reacción
anódica se despolariza, alto control catódico.
Cuando el suelo es muy seco corrosión bajo control anódico (baja resistencia).
Los terrenos agresivos son por lo tanto, aquellos que presentan niveles intermedios de humedad.
Contenido de HumedadBásicamente existen tres fuentes de agua: Agua gravitacional Agua capilar Agua subterránea
En términos generales se asume: Humedad > 20%: Corrosión uniforme (poco
agresiva) Humedad < 20%: Corrosión por picadura (muy
agresiva) Terreno seco: Corrosión despreciable o uniforme.
Contenido de Humedad
Resistividad Sin protección: bajas resistividades
aumentan la corrosión. Con protección catódica: altas
resistividades favorecen el efectoprotector.
Resistividad
Contenido de iones Mientras más concentración mas conductor el
suelo. Ciertos iones que tienen el efecto opuesto:
Calcio Magnesio
Sales más comunes: Silicatos Carbonatos Calcio Magnesio Oxidos de aluminio y hiero insolubles Sales de cloruro y sulfato
Contenido de iones
pH Los suelos generalmente tienen un pH de
3.5 a 10. Ácidos,pH menores a 4
Material orgánico Presencia de CO2
Los terrenos generalmente suelen ser de tipo alcalino, condiciones en las cuales el terreno no resulta ser muy agresivo.
pH superiores a 9 originan la corrosión alcalina en metales anfóteros
pH
Potencial Redox (ORP) NO es una medición de la concentración de
oxígeno, sino un indicador de la capacidad reductura/oxidante del suelo.
Se ha demostrado que el ORP aun siendo un valor abstracto puede ser de ayuda en la predicción de la corrosividad en suelos.
Microorganismos Bacterias sulfatorreductoras las cuales se
han identificado como las responsables de los mas severos casos de corrosión. Se presenta en condiciones anaerobias.
Microorganismos Bacterias productoras de ácidos (APB). Organismos productores de cieno que
pueden depositar estos residuos y generar la formación de celdas.
Hongos que pueden atacar recubrimientos orgánicos.
Raíces que pueden crecer lo suficiente como para causar daños.
Corrosividad de los suelosBásicamente existen dos métodos para caracterizar la agresividad de un suelo, :
Clasificación de severidad por un solo parámetro.
Escalas numéricas de corrosividad(AWWA C105 y DVGW GW9).
Clasificación de severidad por un solo parámetro EL parámetro mas usado es la
resistividad del suelo, ya que es la variables que tiene mas peso dentro de las demas.
Otros estudios consideran además: Potencial redox Vida microbiana pH
Tipos de CorrosiónEn el suelo se puede presentar desde corrosión uniforme, en medios homogéneos, hasta corrosión localizada, cuando existen heterogeneidades en el suelo Los tipos de corrosión pueden ser:
Corrosión por micro o por macropilas Corrosión galvánica Corrosión por corrientes vagabundas Corrosión microbiológica Corrosión por picaduras
Corrosión por micro o por macropilas Micropilas
Generadas por heterogeneidades en la superficie del metal o del medio.
Las zonas anódicas y catódicas se hallan muy próximas entre sí.
Produce una corrosión de tipo uniforme y no suele ser servero.
Se define como “corrosividad absoluta” del terreno
Corrosión por micro o por macropilas Macropilas
Terreno es altamente conductor puede formar zonas anódicas-catódicas separadas por una distancia considerable.
Se originan principalmente por fenómenos de aireación diferencial
Consituyen la “corrosividad relativa” Suele presentar corrosión localizada y de alta agresividad
Corrosión galvánica Metales diferentes y unidos físicamente. Si a una tubería de acero o fundición le
colocamos un accesorio de aleación de cobre, como latón o bronce, la diferencia de materiales hará que se forme una pila de corrosión, en donde en este caso el acero o fundición sufrirá la oxidación.
Corrosión por corrientes vagabundas La entrada de la corriente constituiría la
región catódica y la salida la anódica, si la relación de áreas favorece la zona catódica se puede originar un ataque severo en la región anódica.
Corrosión microbiológica Bacterias sulfatorreductoras
especialmente del genero desulfovibro.
Estas bacterias causan la corrosión produciendo un producto altamente corrosivo, ácido sulfhídrico, a partir de sulfatos, que en contacto con hierro puede causar su deterioro.
Corrosión por picadurasLa aparición de este tipo de corrosión puede deberse a:
Fenómenos muy locales de aireación diferencial
Fallos muy locales en revestimientos como poros o grietas
Zonas muy reducidas de salida de corrientes vagabundas
Regiones de resquicio. Efecto de aniones agresivos como el cloruro
en cercanías al mar
Corrosión por picaduras Correlación de tipo exponencial
Correlación de Scott
Medidas preventivas Existen varios medios para prevenir los
distintos tipos de corrosión en estructuras enterradas, sin embargo, el mas usado ampliamente es unacombinación de protección catódica y recubrimientos orgánicos en los metales.
Medidas preventivas Rodear el metal con un medio menos
corrosivo. Cambiar el medio por otro menos corrosivo. Mezclarlo con algún producto químico para
neutralizar su corrosividad, cal por ejemplo. Drenar o secar la zanja.
Cambiar el metal por otro más resistente a la corrosión. Cambiar tanques de acero por plastico con fibra
de vidrio reforzado. Reemplazar el tramo afectado, pero tener en
cuenta que se debe aislar eléctricamente
Medidas preventivas
Aislar el metal del medio (Recubrimientos) En ocasiones es suficiente una simple
pintura asfáltica. Pinturas constituyen uno de los métodos
de prevención más común en la protección anticorrosiva de estructuras enterradas.
Los tiempos de vida útil estimados se encuentran entre 8 a 10 años.
Aislar el metal del medio (Recubrimientos)
Protección catódica Un suelo con alto contenido de sales o baja
resistividad es deseable para la localización del ánodo.
La protección catódica confiere protección a cualquier área en que el revestimiento haya quedado incompleto o deteriorado
BibliografíaCalderon J.A., Delgado J., Peñaranda S., A., “Análisis estadístico de los factores que
intervienen en la corrosión de tuberías enterradas”, Revista de la facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia, 2005, número 034, pág. 23-34.
Corrosion (3rd Edition) Volumes 1-2, Shreir, L.L.; Jarman, R.A.; Burstein, G.T. 1994.
OTERO, E. “Corrosion y degradacion de materiales”. Ed. Sintesis. Madrid.
Uhlig's Corrosion Handbook, Second Edition, Edited by R. Winston Revie.
Pérez, Abel De la Cruz, Corrosión y Protección de Estructuras Enterradas
NACE Corrosion Engineer's Reference Book (3rd Edition), Baboian, Robert, 2002.
Ismail A.I.M., El-Shamy A.M., Engineering behaviour of soil materials on the corrosion of mild steel, Applied Clay Science 42 (2009) 356–362.
Cheremisinoff, N.P.; Cheremisinoff, P.N., Fiberglass Reinforced Plastics, 1995.