EVALUACIÓN DE RECUBRIMIENTOS POLIMÉRICOS...
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO PROGRAMA DE POSTGRADO EN CORROSIÓN EVALUACIÓN DE RECUBRIMIENTOS POLIMÉRICOS EN PRESENCIA DE BACTERIAS SULFATO-REDUCTORAS Y PROTECCIÓN CATÓDICA Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para optar al Grado Académico de MAGISTER SCIENTIARUM EN CORROSIÓN Autor: Ing. Oriely Lorena Parada Sánchez Tutora: Prof. Matilde Fernández de Romero Co-Tutora: Prof. Nathalie Romero Maracaibo, febrero de 2013
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA FACULTAD DE INGENIERÍA DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN CORROSIÓN
EVALUACIÓN DE RECUBRIMIENTOS POLIMÉRICOS EN PRESENCIA DE BACTERIAS SULFATO-REDUCTORAS Y
PROTECCIÓN CATÓDICA
Trabajo de Grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia
para optar al Grado Académico de
MAGISTER SCIENTIARUM EN CORROSIÓN
Autor: Ing. Oriely Lorena Parada Sánchez Tutora: Prof. Matilde Fernández de Romero
Co-Tutora: Prof. Nathalie Romero
Maracaibo, febrero de 2013
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Parada Sánchez, Oriely Lorena. Evaluación de Recubrimientos Poliméricos en presencia de Bacterias Sulfato-reductoras y Protección Catódica (2013) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 179p. Tutora: Profesora Matilde Fernández de Romero; Cotutora: Profesora Nathalie Romero.
RESUMEN
El objetivo fundamental de esta investigación fue evaluar el desempeño de sistemas de recubrimiento Epoxi líquido 100% sólido, Epoxi líquido 100% sólido más “antifouling” y FBE, en presencia de BSR y protección catódica, debido a que muchos estudios han demostrado que una de las causas que origina ampollas o desprendimiento del recubrimiento está relacionada con el ataque microbiano, ocasionando cambios de las propiedades químicas y físicas del recubrimiento, permitiendo la formación de ampollas con pérdida de adherencia, aunado a la polarización catódica del metal. Para la evaluación de los sistemas de recubrimiento, se utilizó una celda que permitió simular una ampolla y un sistema piloto representando condiciones similares a las del Lago de Maracaibo en presencia de BSR y protección catódica. Adicionalmente, se evaluó el desprendimiento catódico de los sistemas de recubrimiento seleccionados según norma ASTM G95–07, resultando que el FBE ofrece menor resistencia al desprendimiento catódico que los otros sistemas de recubrimientos evaluados. Con respecto a los resultados obtenidos en la celda para el recubrimiento epóxico, se determinó que un potencial polarizado de -1,0 V vs. CSE no es suficiente para proteger el acero en presencia de BSR, que adheridas al metal disminuyen el pH a pesar de la protección catódica aplicada. De igual forma, se evaluó el desempeño del FBE a través de un sistema piloto en el cual se evidenció que este sistema de recubrimiento promueve el crecimiento bacteriano en los defectos del mismo aún con protección catódica, a diferencia de una tubería desnuda con mayor demanda de corriente pero sin crecimiento de BSR. Palabras Clave: Sistemas de recubrimientos, Corrosión Inducida Microbiológicamente, Bacterias Sulfato-Reductoras, Biopelícula, Protección Catódica, Potencial Polarizado. E-mail del autor: [email protected]
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Parada Sánchez, Oriely Lorena. Evaluation of polymeric coating in presence of Sulfate Reducing Bacteria and cathodic protection (2013). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 179p. Tutor: Prof. Matilde Fernández de Romero; Cotutor: Prof. Nathalie Romero.
ABSTRACT
The main objective of this research was to evaluate the performance of liquid epoxy coating systems 100% solid, liquid epoxy 100% solid plus "antifouling" and FBE, in presence of BSR and cathodic protection. Many studies have shown that one of the causes that produces blistering or disbondment of the coating is related to microbial attack, causing changes on the chemical and physical properties of the coating, allowing formation of blisters with adhesion loss, coupled with the cathodic polarization of the metal. For the evaluation of coating systems, it was used a cell which allowed simulating a blister and a pilot system representing conditions similar to those of Maracaibo Lake in the presence of BSR and cathodic protection. Additionally, it was evaluated the cathodic disbondment coating systems selected ASTM G95-07, resulting that the FBE offers less resistance to cathodic disbonding than the other coating systems evaluated. With respect to the results obtained in the cell for the epoxy coating was determined that a potential polarized -1.0 V vs. CSE is not enough to protect the steel in presence of BSR, which adhered to the metal they can decrease pH despite of cathodic protection applied. Similarly, the performance of FBE was evaluated through a pilot system in which was shown that this coating system promotes bacterial growth in the defects even with cathodic protection, unlike bare pipe with increased current demand but without growth BSR. Key Words: Polymeric Coating Systems, Microbiologically Influenced Corrosion, Sulfate Reducing Bacteria, Biofilm, Cathodic Protection, Polarized potential. Author´s e-mail: [email protected]
5
DEDICATORIA
A Dios, a quien le debo todos mis logros.
A mis padres por ser fuente diaria de inspiración para alcanzar todas mis metas.
A mi compañero de vida, mi mejor amigo y esposo, por estar presente en
todo momento. Esto es de los dos.
A mis hermanos, que cada uno de mis logros sirva de inspiración en sus vidas.
A mi familia, abuelos y tios, esto es para ustedes.
6
AGRADECIMIENTO
A Dios por permitirme despertar cada nuevo día inspirada por los seres que amo. A mis padres por su fortaleza y apoyo insaciable en cada momento, son mis modelos y mis mejores ejemplos a seguir, mil gracias por tanto amor. A mi esposo, por su interminable paciencia incluso en mis momentos de amargura y estrés. Gracias por estar cada día a mi lado a lo largo de todos estos años de estudio impulsándome siempre hacia adelante. A La Universidad del Zulia, por ser mi casa de estudios y brindarme los conocimientos que he adquirido a través de sus preparados profesores. A FONACIT por su aporte a través del proyecto G-2000001606 para la realización de esta investigación. A Petroleos de Venezuela e INTEVEP por el apoyo con materiales facilitados y ensayos realizados dentro de sus instalaciones. A la empresa Polyguard, especialemte a Richard Norworth por permitirnos utilizar el diseño de su celda de prueba como base para el desarrollo de esta investigación. A mi tutora Profa. Matilde de Romero, mi Co-Tutora, Nathalie Romero y a la Profa. Oladis de Rincón, quienes con su orientación, consejos y apoyo a lo largo de este período y palabras de aliento, lograron mostrarme como alcanzar los objetivos de la mejor manera y por brindarme la oportunidad de trabajar en lo que fue un gran reto y dejó mucha satisfacción personal y profesional. A la Profesora Lisseth Ocando y a los Profesores Orlando Salas, Douglas Linares y William Campos, por estar siempre dispuestos a ayudarme en los mínimos detalles, por toda la paciencia y por ofrecerme siempre su lado más humano. A mi compañera Yureis por su empuje y persistencia. Al profesor Daniel Contreras y a la empresa Belzona por los materiales y ensayos ofrecidos para la elaboración de este proyecto. A todo el personal del Centro de Estudios de Corrosión por permitirme formar parte de su gran familia de investigadores y por toda la colaboración brindada. A mi amigo Erik, por su gran apoyo para lograr la culminación de esta etapa. A todas las personas que de una u otra forma colaboraron en la realización de esta investigación.
Mil Gracias
7
TABLA DE CONTENIDO
Página
RESUMEN .................................................................................... 3
ABSTRACT ................................................................................... 4
DEDICATORIA .............................................................................. 5
AGRADECIMIENTO ........................................................................ 6
TABLA DE CONTENIDO .................................................................. 7
LISTA DE TABLAS ........................................................................ 10
LISTA DE FIGURAS ...................................................................... 11
INTRODUCCIÓN .......................................................................... 17
CAPÍTULO I: MARCO TEORICO ...................................................... 19
1.1. Bactérias Sulfato-Reductoras (BSR) ......................................... 19
1.2. Biopelícula ........................................................................... 22
1.2.1. Desarrollo de la biopelícula ................................................ 25
1.2.2. Sustancia extracelular polimérica ....................................... 28
1.2.3. Crecimiento Bacteriano ..................................................... 29
1.2.3.1. Medición del crecimiento bacteriano ................................. 30
1.3. Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) .......................... 33
1.4. Problemas de Corrosión Inducida Microbiológicamente en la
Industria ................................................................................. 35
1.5. Control de Corrosión .............................................................. 37
1.5.1. Recubrimientos ................................................................ 37
1.5.1.1. Caracteristicas esenciales en un Recubrimiento ................. 38
1.5.1.2. Sistemas de recubrimientos utilizados en la protección
externa de tuberías enterradas y sumergidas ............................ 44
1.5.1.3. Degradación de los Recubrimientos poliméricos ................. 51
1.5.1.4. Degradación por ataque microbiológico ............................ 52
1.5.1.5. Recubrimientos “Anti-fouling” ......................................... 54
1.5.2. Protección catódica ........................................................... 56
8
1.5.2.1. Efectos de la protección relacionados a las reacciones
catódicas ............................................................................. 57
1.5.2.2. Tipos de sistemas de protección catódica ......................... 58
1.5.2.3. Parámetros ambientales que afectan a la protección catódica60
1.5.2.4. Criterio para la elección del potencial de protección. .......... 60
1.6. Polarización catódica en presencia de MIC. ............................... 66
1.7. Antecedentes ........................................................................ 73
CAPÍTULO II: MARCO MOTODOLOGICO .......................................... 79
2.1. Tipo de Investigación ............................................................. 79
2.2. Población y Muestra ............................................................... 79
2.3. Diseño experimental .............................................................. 80
2.3.1. Selección del sistema de recubrimiento a evaluar ................. 80
2.3.2. Evaluación del desprendimiento catódico del sistema de
recubrimiento seleccionado según (Norma ASTM G 95-07) ........... 80
2.3.3. Evaluación del comportamiento del Sistema de Recubrimiento
seleccionado en presencia de BSR y Protección Catódica .............. 84
2.3.3.1. Diseño de la Celda electroquímica ................................... 84
2.3.3.2. Diseño experimental para evaluar el comportamiento del
sistema de recubrimiento seleccionado en presencia de BSR y
protección catódica de la Celda ............................................... 85
2.3.3.3. Procedimientos para la instalación de la celda
electroquímica ...................................................................... 87
2.3.3.4. Desinstalación de la celda ............................................ 101
2.3.3.5. Decapado y limpieza del disco de acero para el análisis de
morfología de ataque ........................................................... 103
2.3.3.6. Morfología de ataque a través de microscopia óptica ........ 104
2.3.4. Evaluación de la degradación de Sistemas de Recubrimiento en
presencia de BSR y Protección Catódica ................................... 105
2.3.4.1. Diseño del Sistema Piloto ............................................. 105
9
2.3.4.2. Procedimientos previos a la instalación del sistema .......... 108
2.3.4.3. Instalación y seguimiento del Sistema Piloto ................... 112
2.3.4.4. Desinstalación del Sistema Piloto ................................... 115
CAPÍTULO III: DISCUSION DE RESULTADOS ................................. 118
3.1. Sistemas de recubrimientos seleccionados .............................. 118
3.2. Desprendimiento catódico de los sistemas de recubrimientos
seleccionados ........................................................................ 121
3.3. Evaluación del comportamiento del Sistema de Recubrimiento
seleccionado en presencia de BSR y Protección Catódica .............. 125
3.3.1. Adecuación de la celda electroquímica ............................... 125
3.3.2. Validación de la celda ..................................................... 129
3.3.3. Evaluación del sistema de recubrimiento seleccionado en
distintos medios electrolíticos ................................................. 133
3.3.3.1. Polarización y despolarización del metal ......................... 136
3.3.3.2. Determinación de pH ................................................... 144
3.3.3.3. Contaje sésil y planctónico de las BSR ........................... 146
3.3.3.4. Morfología de ataque a través de microscopía óptica ........ 149
3.4. Evaluación del sistema de recubrimiento FBE .......................... 151
3.4.1. Diseño del sistema ......................................................... 151
3.4.2. Evaluación macroscópica de la tubería y detección de
discontinuidades en el sistema de recubrimiento ....................... 156
3.4.3. Medición de espesores de película seca ............................. 160
3.4.4. Potenciales polarizados ................................................... 161
3.4.5. Despolarización de las tuberías ........................................ 162
3.4.6. Contaje de BSR sésiles y planctónicas ............................... 162
3.4.7. Morfología y análisis químico por EDS de la biopelícula ........ 165
CONCLUSIONES ........................................................................ 168
RECOMENDACIONES .................................................................. 170
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................. 171
10
LISTA DE TABLAS
Tabla Página 1 Composición general del EPS bacteriano. .............................. 24
2 Resumen de los factores que influyen en la formación de biopelículas a diferentes tiempos. ......................................... 27
3 Requerimientos para un recubrimiento “antifouling” óptimo. .... 56
4 Valores mínimos para protección catódica según la Norma Británica BS 7361-1:1991. .................................................. 71
5 Criterios de potencial según la norma Alemana DIN 30676. ..... 72
6 Componentes del medio de cultivo Postgate B. ...................... 93
7 Reactivos y cantidades a utilizar en la preparación del Buffer PBS anaerobio. ......................................................... 94
8 Característica técnica de los productos evaluados, según lo indicado en la hoja técnica del fabricante. ........................... 120
9 Resultados de desprendimiento catódico ............................. 124
10 Resultados de la validación en agua destilada de la celda para evaluación de recubrimientos en presencia de Protección Catódica y BSR. ................................................ 130
11 Resultados de la evaluación del sistemas de recubrimiento EL en presencia de PC y BSR. ........................................... 134
12 Resultados de la evaluación del sistemas de recubrimiento EL+A en presencia de PC y BSR. ........................................ 135
13 Valores de espesores de película seca antes y después del ensayo. .......................................................................... 160
11
LISTA DE FIGURAS
Figura Página 1 Formación de una biopelícula bacteriana. ............................. 26
2 Representación de la técnica dilución seriada. ...................... 32
3 FBE una capa para temperaturas de exposición entre 45 y 60 oC (Espesor estándar 406 µm o 16 mils). ........................ 49
4 PEAD de una capa para temperaturas de exposición de hasta 45 oC. .................................................................... 50
5 Principales parámetros que afectan a un sistema de revestimiento “antifouling”. ............................................... 55
6 Protección Catódica de una Estructura. ................................ 57
7 Sistema de protección catódica con ánodos galvánicos. ......... 59
8 Sistema de protección catódica por corriente impresa básica. ............................................................................ 60
9 Diagrama de Pourbaix para el hierro. .................................. 62
10 Comportamiento del potencial en el tiempo de una tubería con protección catódica que puede aplicarse el primer criterio (ON). ................................................................... 64
11 Comportamiento del potencial en el tiempo de una tubería con protección catódica que puede aplicarse el segundo criterio (instant “OFF”). ..................................................... 65
12 a) Diagrama de Pourbaix del hierro en ausencia de H2S. b) Diagrama de Pourbaix del hierro en presencia de H2S. ........... 67
13 Efecto de la aplicación de potencial sobre el pH, formación de FeS y el contaje de BSR en la superficie del electrodo de trabajo. ...................................................................... 69
14 Impacto del cultivo de microorganismos sobre la superficie del acero. Magnificación 300X. ........................................... 70
15 Equipo para pruebas de desprendimiento catódico. ............... 82
16 Diagrama de conexiones para pruebas de desprendimiento catódico. ......................................................................... 84
12
17 Toma de muestra de agua del Lago a 10 metros de profundidad, realizado por buzos. ....................................... 86
18 Sistema de Filtración por Membrana. .................................. 91
19 Medio de cultivo dispensado. (a) Para dilución seriada. (b) Para activación del inóculo. ................................................ 92
20 Cámara de anaerobiosis. ................................................... 93
21 Activación del inóculo. De izquierda a derecha medio estéril y medio inoculado. .................................................. 96
22 Microstato para aplicación de la polarización catódica. ........... 97
23 Sistema de celda de doble compartimiento instalada. .......... 100
24 Microscopio óptico para observación de la morfología de ataque. ......................................................................... 104
25 Multímetro digital. .......................................................... 106
26 Medidor de espesor de película seca. ................................. 107
27 Detección de discontinuidades en el sistema de recubrimietno. ............................................................... 107
28 Especificaciones del rectificador. ....................................... 108
29 Zona de medición de espesores de película seca. ................ 110
30 Medición radial de espesores de película seca. .................... 110
31 Taps fijados para ensayos de sistema piloto. ...................... 113
32 Media celda de referencia de Cobre/Sulfato de Cobre. ......... 114
33 Pérdida y degradación del FBE y ataques localizados profundos en forma de picaduras. ..................................... 118
34 Hoyuelos redondeados y definidos con pérdida y degradación del FBE. ...................................................... 119
35 Foto de recubrimientos evaluados antes de la prueba de desprendimiento catódico. ............................................... 121
36 Resultados del desprendimiento catódico para los sistemas de recubrimientos seleccionados. (a) Epoxi líquido (EL). (b) Epoxi líquido + “Antifouling” (EL+A). ........................... 122
13
37 Desprendimiento catódico para el sistema de recubrimiento FBE. (a) Prueba montada. (b) Resultado de la prueba. ............... 123
38 Disco de acero al carbono utilizado en la celda. .................. 126
39 Sistemas de recubrimientos seleccionados (a) Epoxi líquido (EL). (b) Epoxi líquido + “Antifouling” (EL+A). ................... 127
40 a) Tornillos; b) Tapones; c) Válvulas; d) Electrodo de calomelano; e) Electrodo de grafito .................................. 127
41 Ensamblaje de celda dentro de la cámara de anaerobiosis para recubrimiento EL+A. (a) Colocación del recubrimiento sobre sustrato metálico. Instalación de tornillos para contacto eléctrico. (b) Colocación de llaves de paso para introducir electrolito de trabajo en el espacio entre sustrato metálico y recubrimiento. (c) Y (d) Adición de medio electrolítico y BSR respectivamente sobre la superficie del recubrimiento. (e) Celdas ensambladas. ......... 128
42 Dos celdas de doble compartimiento instaladas para realizar simultáneamente los ensayos por duplicado. ........... 129
43 Curva de despolarización para ensayos de validación de celda. ........................................................................... 131
44 Desmontaje del ensayo para sistema de recubrimiento EL con electrolito AD. (a) Lado interno de recubrimiento EL. (b) Condiciones del disco luego del ensayo. ....................... 132
45 Desmontaje del ensayo para sistema de recubrimiento EL+A con electrolito AD. (a) Lado interno de recubrimiento EL+A. (b) Condiciones del disco luego del ensayo. .............. 132
46 Polarización y despolarización del metal para el sistema de recubrimiento EL. ........................................................... 137
47 Polarización y despolarización del metal para el sistema de recubrimiento EL+A. ....................................................... 137
48 Potenciales de despolarización para el sistema de recubrimiento epóxico. .................................................... 138
49 Potenciales de despolarización para el sistema de recubrimiento EL+A. ....................................................... 139
50 Desmontaje prueba AL1 para sistema de recubrimiento EL dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Recubrimiento EL
14
lado interno. (b) y (c) Productos acuosos de color verde sobre disco de hierro. ..................................................... 140
51 Desmontaje prueba AL3 para sistema de recubrimiento EL dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Sistema de recubrimiento EL lado externo. (b) Electrolito de color verdoso retirado de la cavidad entre el disco y el recubrimiento. ............................................................... 141
52 Desmontaje prueba AL3 para sistema de recubrimiento EL+A dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Sistema de recubrimiento EL lado externo. (b y c) Condición del disco metálico al finalizar el ensayo, antes y después del raspado para contaje de BSR Sésiles. (d y e) Electrolito retirado de la cavidad entre el recubrimiento y la superficie metálica a condiciones anaeróbicas y aeróbicas respectivamente. ........................................................... 142
53 Desmontaje prueba AL4 para sistema de recubrimiento EL dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Sistema de recubrimiento EL lado externo. (b) Sistema de recubrimiento EL lado interno. (c) Condición del disco metálico al finalizar el ensayo. (d) Raspado superficial del disco para contaje sésil. .................................................. 143
54 pH sobre y debajo el sistema de recubrimiento EL. ............. 145
55 pH sobre y debajo el sistema de recubrimiento EL+A. ......... 145
56 Medición de pH dentro de la cámara de anaerobiosis. .......... 146
57 Contaje bacteriano sésil y planctónico sobre y debajo el sistema de recubrimiento EL. ........................................... 146
58 Contaje bacteriano sésil y planctónico sobre y debajo el sistema de recubrimiento EL+A. ....................................... 147
59 Sustrato metálico observado al microscopio óptico. (a) Superficie metálica antes de ensayo. (b) Superficie metálica después de ensayo con AL3 para recubrimiento EL. (c) Superficie metálica después de ensayo con AL3 para recubrimiento EL+A. (d) y (e) Superficie metálica después de ensayo con AL4 para recubrimiento EL. ............ 150
60 Equipos y materiales utilizados para el montaje del sistema piloto. (a) Recipiente de 150 litros de capacidad.
15
(b) Rectificador para protección catódica. (c) Ánodo de Ferro silicio. (d) Electrodo de campo CSE. .......................... 152
61 Tuberías desnuda y revestida sumergidas dentro del recipiente. ..................................................................... 153
62 Preparación realizada a las tuberías previa instalación en el sistema piloto. (a) Conexión eléctrica y cinta dieléctrica sobre el extremo de la tubería recubierta con FBE. (b) Daño intencional realizado sobre el recubrimiento FBE. (c) Lijado de tubería desnuda para evaluar morfología de ataque con su conexión y zonas lijadas. ............................ 154
63 Toma muestra de jeringas para BSR planctónicas. .............. 154
64 Extracción de las tuberías del sistema piloto. (a) Desnuda. (b)Revestida con FBE. ..................................................... 155
65 Productos orgánicos color negro y naranja sobre tubería recubierta con FBE. Cúmulo alrededor del daño intencional realizado. ...................................................................... 156
66 Condición de la tubería desnuda. (a) Antes del ensayo. (b) Después del ensayo. .................................................. 157
67 Condición de la tubería recubierta con FBE. (a) Antes del ensayo. (b) Después del ensayo. ...................................... 158
68 Degradación del recubrimiento alrededor del daño intencional. ................................................................... 159
69 Detección de discontinuidades a tubería recubierta con FBE. (a) Antes del ensayo. (b) Después del ensayo. ............ 159
70 Diagrama de zonas de medición de película seca y daño intencional sobre la tubería. ............................................. 160
71 Potenciales polarizados de las tuberías del sistema piloto para la evaluación del desempeño del FBE. ........................ 161
72 Curva de despolarización tubería desnuda y tubería recubierta con FBE luego de 90 días de ensayo. .................. 162
73 Contaje bacteriano planctónico en el recipiente de evaluación. .................................................................... 163
74 Productos orgánicos sobre la tubería recubierta con FBE luego de 90 días de exposición en el sistema piloto. (a)
16
Alrededor del daño intencional. (b) En extremo de la tubería. ......................................................................... 164
75 Contaje bacteriano sésil sobre la tubería recubierta con FBE. ............................................................................. 165
76 Morfología de biopelícula observada. (a) 40.000X. (b) 30.000X. ....................................................................... 166
77 Análisis químico realizado en dos puntos sobre la superficie de una biopelícula formada luego de 90 días de exposición. . 167
INTRODUCCIÓN
Los recubrimientos y la protección catódica, son los sistemas de
control de corrosión más utilizados en tuberías sumergidas y enterradas,
inclusive en presencia de Bacterias Sulfato-Reductoras (BSR). Sin
embargo, se ha demostrado que una vez generada la biopelícula en la
interfase metal-solución, estos sistemas de control podrían ir
disminuyendo su efectividad, lo que traería como consecuencia graves
problemas por corrosión microbiana e importantes pérdidas
monetarias(1). En cuanto al recubrimiento, se ha encontrado que una de
las causas que origina ampollas o desprendimiento del mismo está
relacionada con el ataque microbiano; específicamente por la
degradación del recubrimiento, donde los microorganismos atacan desde
el exterior por medio de los metabolitos excretados; ocasionando
cambios de las propiedades químicas y físicas del recubrimiento y
formación de ampollas con pérdida de adherencia(1). Mientras que con la
protección catódica se ha demostrado que el criterio de polarización de
-950mV vs. CSE, no es suficiente para proteger al metal debido a los
efectos de apantallamiento generados por la membrana extracelular
polimérica (EPS) en las zonas donde la biopelícula está formada(2,3).
En tuberías sumergidas o enterradas, cuanto mayor sean los
defectos de los sistemas de recubrimientos, mayor será el requerimiento
de corriente. Por tanto, el sistema de protección catódica tiene que
diseñarse en función del tamaño de los defectos que deban ser
protegidos; es decir en función de la calidad del recubrimiento. Aún
existiendo un sistema activo de protección catódica, puede producirse
corrosión e incluso perforaciones por corrosión en defectos expuestos al
contacto con el medio especialmente en presencia de BSR en tuberías
18
metálicas con recubrimientos en malas condiciones o bajo
ampollamiento(4). Varias normas internacionales, entre ellas
BS-7361-1:19917(3), ISO 15589-1:20038(5) y DNV-RP-B401:2005(6),
reconocen el potencial de -0,950 V vs. Cu/CuSO4 como el requerido para
proteger estructuras sumergidas o enterradas en presencia de BSR. No
obstante, estudios realizados por diferentes investigadores(2,7), han
reportado que este criterio no parece ser suficiente para proteger el
metal, ya que a pesar de estar polarizando en un amplio rango de
potenciales, incluso -1,3 V vs. Cu/CuSO4, no se logró una protección
adecuada. Otros estudios realizados en el Centro de Estudios de
Corrosión de La Universidad del Zulia(2,8-14), igualmente confirman estos
resultados; inclusive a nivel de campo se encontró una alta probabilidad
de que las BSR eviten la protección catódica de las tuberías sumergidas
en el Lago de Maracaibo, manifestando que los problemas de corrosión
encontrados están asociados directamente con la actividad
microbiológica, especialmente por el efecto de las BSR.
El objetivo de esta investigación fue evaluar el desempeño de
sistemas de recubrimiento poliméricos y poliméricos más “antifouling”,
en presencia de BSR a un potencial aplicado de -3,2V vs. CSE, mediante
el uso de una celda que simula una ampolla a la cual se le modificó su
diseño original para tal fin y el desempeño del FBE mediante un sistema
piloto diseñado en presencia de BSR y protección catódica.
Adicionalmente, se evaluó el desprendimiento catódico según norma
ASTM G95 – 07 así como el contaje de bacterias para determinar su
crecimiento en función del pH.
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
1.1. Bactérias Sulfato-Reductoras (BSR)
El sulfato, es la forma más oxidada del azufre y es usado por las
BSR, que constituyen un grupo con amplia distribución en la naturaleza.
El producto final de la reducción del sulfato es el sulfuro, el cual
reacciona químicamente con la carga protónica fuera de la membrana
para formar H2S, un importante producto natural que participa en
muchos procesos biogeoquímicos.
En ambientes acuáticos, los microorganismos pueden encontrarse
suspendidos libremente en el cuerpo de agua (existencia planctónica) o
adheridos a un sustrato o superficie inmóvil (existencia sésil), siendo las
condiciones ambientales las que determinan el estado de existencia de
estos microorganismos. Sobre la superficie metálica, específicamente en
la interfase sólido - líquido ocurre una modificación de la energía libre
por la adsorción espontánea de películas macromoleculares que adecuan
la superficie a una colonización microbiana posterior, ocurriendo el
transporte de estas macromoléculas y materiales orgánicos desde el
volumen del fluido hacia la superficie metálica. Luego, ocurre la
colonización de la superficie, interviniendo fuerzas de corto alcance
(hidrofóbicas y de Van Der Waals) capaces de retener los
microorganismos en la superficie metálica(15).
Las Bacterias Sulfato – Reductoras pueden ser consideradas como
un grupo fisiológico unificado, morfológicamente diverso y estrictamente
anaerobio. Las BSR se sustentan de nutrientes orgánicos y
20
generalmente requieren una completa ausencia de oxígeno en un
ambiente extremadamente reducido para sobrevivir. Sin embargo, ellas
circulan bajo un consorcio planctónico en aguas aireadas, hasta que
encuentran un ambiente “ideal” que soporte su metabolismo y su
reproducción(16).
Las BSR se encuentran en suelos húmedos con valores de pH
cercanos a la neutralidad, en agua de mar y especialmente en
ambientes polutos, como los encontrados normalmente en los
alrededores de las zonas industriales.
Este tipo de bacterias utiliza el sulfato (SO4-2) como un aceptor
terminal de electrones en condiciones anaerobias, utilizando ácidos
grasos, alcoholes e hidrógeno (H2) como donador de electrones,
ocurriendo entonces el proceso metabólico desasimilatorio de reducción
de SO4-2, siendo el producto final el H2S excretado al ambiente (5). Si hay
hierro soluble disponible (Fe++), el H2S producido se combina para
formar sulfuro de hierro (negro).
Varios tipos de BSR también contienen la enzima hidrogenasa la
cual les permite consumir hidrógeno. El tipo de BSR más común crece
mejor a temperaturas entre 25 y 35 °C; según valores reportados,
algunas de las BSR son termofílicas y son capaces de funcionar
eficientemente a temperaturas mayores a 60 °C(17).
Los ensayos para determinar la presencia de BSR envuelven
tradicionalmente el crecimiento bacteriano en un medio de cultivo
específico en el laboratorio que no es igual al ambiente natural en el
cual éstas son encontradas. En este medio de laboratorio sólo crecerán
algunos tipos de BSR, e inclusive algunas requieren un largo tiempo de
21
adaptación antes de que el microorganismo se habitúe a las condiciones
nuevas de crecimiento. Su mera presencia no significa que están
causando corrosión. Usualmente el síntoma clave que indica su
envolvimiento en el proceso de corrosión de aleaciones de hierro son
picaduras localizadas llenas de productos de sulfuro negro(18).
Actualmente, se reconocen 18 géneros de bacterias que llevan a
cabo la reducción desasimilatoria de sulfato y pueden subdividirse en
dos grandes subgrupos. Los géneros del subgrupo I, no oxidantes de
acetato, como Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobulbus,
Desulfobotulus, Desulfomicrobium, Desulfomonile, Desulfobacula,
Archaeoglobus, y Thermodesulfobacterium, utilizan lactato, piruvato,
etanol, o ciertos ácidos grasos como fuentes de carbono y energía,
reduciendo el sulfato a sulfuro de hidrógeno. Los géneros del subgrupo
II, oxidantes de acetato, como Desulfobacter, Desulfococus,
Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium, Desulfoarculus,
Desulfacinum, Desulforhabdus, y Thermodesulforhabdus, están
especializados en la oxidación de los ácidos grasos, particularmente
acetato, como fuente de energía y electrones para la reducción del
sulfato a sulfuro(19).
El género mejor estudiado ha sido Desulfovibrio (asociado a MIC),
encontrado comúnmente en estuarios naturales o ambientes terrestres
que presentan condiciones adecuadas para su desarrollo, como lo es la
anaerobiosis y la presencia de niveles satisfactorios de sulfatos(20).
Algunas de las características del género Desulfovibrio son las
siguientes(21):
• Gramnegativas.
• Su morfología está influenciada por la edad del cultivo y el
22
ambiente donde se encuentre. Los cultivos frescos en medios
anaeróbicos ricos en sulfato tienen una morfología de bastoncillos
ligeramente curvos de 0,5 a 1,5 µm de espesor y de 3 a 5 µm de
longitud, que pueden encontrarse aislados o en pequeñas
cadenas.
• Móviles gracias a un flagelo polar.
• No forman esporas.
• Presentan un amplio rango de temperaturas (0 – 44 °C) donde se
puede desarrollar, encontrándose su temperatura óptima de
crecimiento entre los 25 y 37 °C, y un pH óptimo de 7,5.
1.2. Biopelícula
La biopelícula es un consorcio de organismos sésiles envueltos en
un exopolímero. El crecimiento de la biopelícula es considerado como el
resultado de un proceso complejo que involucra el transporte y
adsorción de moléculas proceso se ve facilitado por la producción de
una Sustancia Extracelular Polimérica (EPS)(22) o exopolímero que es
procesado por los mismos microorganismos y forma una matriz
adherente en donde estos quedan atrapados y comienzan a organizarse
en colonias(23).
La biopelícula se puede considerar como una matriz gelatinosa de
naturaleza polisacárida con un elevado contenido de agua
(aproximadamente 95% de la masa), células microbianas y dentritos
orgánicos variados(24). Esta acumulación no tiene que ser
necesariamente uniforme ni en tiempo ni en espacio(25). Se menciona
que el EPS consiste de lípidos, polisacáridos, proteínas y ácidos
nucleicos (Tabla 1)(25). El contenido de estas macromoléculas en el EPS,
23
depende de la especie bacteriana y las condiciones de crecimiento(27,28).
El proceso de biocorrosión se inicia con la formación de una
biopelícula, la cual se presenta con un color pardo amarillento y con
contornos claros y lisos. No es completamente uniforme y contiene un
líquido de color negruzco con un fuerte olor a sulfuro de hidrógeno
cuando las BSR se encuentran presentes.
La biopelícula cumple con una serie de funciones de vital
importancia para los microorganismos que habitan en ella. En muchas
formas la biopelícula representa una estrategia de supervivencia, pues
proporciona una protección contra las defensas y mecanismos de
erradicación microbiana y cuenta con un sistema de canales que le
permite establecer un vínculo con el medio externo para hacer
intercambio de nutrientes y eliminar metabolitos de desecho(23).
Otra característica de las biopelículas es su resistencia a los agentes
antimicrobianos. Mientras que los microorganismos aislados son
susceptibles a estos factores de control, las colonias organizadas e
incluidas en el exopolímero forman una capa impermeable en donde sólo
los microorganismos más superficiales se ven afectados.
Durante los diferentes estados del crecimiento de la biopelícula, la
película biogénica de productos de corrosión puede ofrecer cierta
protección al metal por el mejoramiento de la adherencia de la película
de sulfuro, pero también puede acelerar la corrosión por la presencia de
heterogeneidades en la superficie del metal(29).
El exopolímero ha sido caracterizado como una cadena larga de
polisacáridos formada por una enzima bacteriana llamada polimerasa.
24
Tabla 1. Composición general del EPS bacteriano(30)
EPS Componente principal
Principal tipo de unión
Estructura de la
cadena polimérica
Sustituyentes (Ejemplos)
Polisacáridos 1. Monosacáridos
2. Ácidos urónicos
3. Amino azúcares
4. Enlaces
glicosídicos
• Lineal
• Ramificada
• Orgánicos: O-
acetil, N-acetil,
succinil, piruvil
Inorgánicos: Sulfato,
fosfato
Proteínas
(Polipéptidos) 5. Aminoácidos
6. Enlaces
péptidos • Lineal
1. Oligosacáridos
(glicoproteínas),
ácidos grasos
(lipoproteínas)
Ácidos
Nucléicos 7. Nucleótidos
8. Enlaces
fosfodiéster
es
• Lineal ---
(Fosfo)lípidos
9. Ácidos grasos
10. Glicerol
11. Fosfato
12. Etanol amina
13. Azúcares
14. Enlaces
éster
• Cadenas
laterales ---
Sustancias
húmicas
15. Compuestos
fenólicos
16. Azúcares
simples
17. Aminoácidos
18. Enlaces
éter
19. Enlaces C-
C
20. Enlaces
péptidos
• Uniones
cruzadas ---
Nota: Las sustancias húmicas están incluidas en la Tabla ya que, algunas veces, son consideradas como parte de la matriz.
25
1.2.1. Desarrollo de la biopelícula
Existen cinco fases fundamentales en la formación de la
biopelícula(24):
1. Fase de transporte a la superficie: Durante los primeros momentos de
su formación una serie de pequeñas moléculas, inicialmente agua y
sales disueltas, son adsorbidas por la superficie donde se desarrollará la
biopelícula, de modo que ésta se verá cubierta por una monocapa de
moléculas orgánicas y proteínas, propias del medio donde se encuentra
inmersa. Esta mezcla de agua, iones, sales y proteínas es lo que se
denomina el sustrato condicionante en la formación de la biopelícula, y
está presente previo a la llegada de los primeros microorganismos.
2. Fase de adhesión inicial: El segundo paso se caracteriza por una
adsorción reversible de los microorganismos sobre el sustrato
condicionante. Los microorganismos planctónicos llegan a la superficie
por movimientos Brownianos, gravedad, difusión, movilidad de los
propios microorganismos, etc. En algunas ocasiones los
microorganismos llegan en forma de agregados a la superficie que van a
colonizar (procedentes de fragmentos desprendidos de otras biopelículas
maduras), siendo la fuerza de unión inicial a la superficie dependiente
de la naturaleza del sustrato condicionante.
3. Fase de consolidación de la adhesión: El tercer paso se inicia con la
irreversibilidad de la unión entre el microorganismo y el sustrato, debido
a la presencia de sustancias poliméricas extracelulares (Extracellular
Polymeric Substances, EPS) que van a ir formando una matriz, donde
quedarán anclados los microorganismos que se unirán al sustrato
condicionante dando al conjunto mayor cohesión y fuerza de unión.
26
4. Fase de colonización: Se produce un incremento del número de
microorganismos que van a ir reproduciéndose dentro de la matriz
exopolimérica. En esta fase, y una vez formada la biopelícula, los
microorganismos sésiles que la constituyen cambian su expresión
génica, de manera que se expresan genes que no lo hacían cuando
estaban en estado planctónico.
5. Fase de desorción: Una vez que la biopelícula está desarrollada, se
producen fenómenos de desorción que darán lugar al desprendimiento
de porciones de la biopelícula o microorganismos que pasan al fluido y
son transportados a otras zonas.
La estructura de la biopelícula depende de cómo transcurren las
primeras etapas en su formación; además, puede verse afectada por
diferentes factores (Tabla) como los compuestos del fluido donde está
inmersa, la presencia de un ambiente hidrodinámico o no, la naturaleza
de la superficie, su rugosidad o la disponibilidad de nutrientes entre
otros, dando lugar a la formación de biopelículas con estructuras
diferentes (biopelículas continuas, en parche, con canales, etc.)(23)
(Figura 1).
Figura 1. Formación de una biopelícula bacteriana (16).
27
Tabla 2. Resumen de los factores que influyen en la formación de biopelículas a diferentes tiempos(31)
Factores Descripción
Genotípicos
Genotipo específico del organismo, expresiones de
codificación de genes a propiedades superficiales,
expresiones de sistemas de señalización, formación de
EPS, dinámicas de crecimiento de los organismos
(velocidades de crecimiento específicas, periodos de
adaptación, afinidad por substratos, coeficientes de
desarrollo, etc.), Expresiones de factores genéticos no
relacionados directamente con la formación de
biopelículas (movilidad y quimiotaxis, etc.).
Fisicoquímicos
Fase de la interfase (combinación de sólido, líquido y
gaseoso), composición del sustrato y rugosidad,
concentración de sustratos y sus gradientes, temperatura,
pH, presión, demanda y disponibilidad de oxígeno, efectos
de radiación.
Procesos
Estocásticos
Colonización inicial (adhesión y desprendimiento),
cambios aleatorios en factores bióticos y abióticos.
Fenómenos
Determinísticos
Interacciones específicas entre microorganismos
(competencia, comensalismo, cooperación y depredación).
Mecánicos Esfuerzos cortantes debido a condiciones de flujo laminar
y turbulento, abrasión, restricciones logísticas.
Importación y
Exportación
Adición o remoción de componentes bióticos o abióticos a
los sistemas de biopelículas (Por ejemplo: entrada de
arena, minerales de arcilla o restos orgánicos dentro de la
estructura de la biopelícula, liberación de biomasa, etc.).
Cambios
Temporales
Cambios periódicos diarios o anuales en ambientes
bióticos y abióticos (Por ejemplo: Luz, temperatura, pH,
presión de oxígeno). Cambios irregulares debidos a
eventos inesperados.
28
1.2.2. Sustancia extracelular polimérica
No es más que una sustancia que segregan las bacterias y que
forma parte de la biopelícula. Está compuesta por sustancias como
proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos entre otras sustancias. La
composición de la EPS puede variar según el tipo de bacteria cambiando
así sus propiedades físico químicas(32).
Las funciones más importantes de la EPS son: Adhesión a
superficies, agregación de células bacterianas, comunicación célula-
célula, elemento estructural de la biopelícula, barrera protectora,
retención de agua, adsorción de compuestos orgánicos exógenos,
porción de iones orgánicos, actividad enzimática, interacción de
polisacáridos con enzimas y absorción de nutrientes(32).
Entre los beneficios que se le atribuyen al EPS se pueden
nombrar(32):
1. Constituye una parte integral de la estructura organizacional de la
biopelícula. Fisiológicamente este tipo de estructura es descrito como
estratégico. Así mismo, provee la oportunidad de cooperación entre
bacterias formando grupos dentro de estos sistemas organizados.
2. Adsorbe compuestos orgánicos disueltos del seno del fluido, de modo
que proveen un mecanismo por el cual la comunidad microbiana puede
concentrar nutrientes esenciales y componentes de crecimiento. Sin
embargo, el mecanismo involucrado en la porción de moléculas, así
como la distribución y química natural de la EPS no son conocidos.
3. Previene el acceso físico de algunos agentes antimicrobianos al
29
interior de la biopelícula, actuando como una membrana de intercambio
iónico; así restringe la difusión de compuestos de los alrededores hacia
las células. Esta característica depende de la naturaleza de ambos y la
matriz EPS.
4. Provee de protección a una variedad de cambios repentinos en el
medio ambiente que pudiese amenazar la sobrevivencia de las células
bacterianas, tales como radiación U.V., cambios de pH, choque osmótico
y deshidratación.
El estudio a nivel de laboratorio de diversos microorganismos de
forma individual en forma de cultivos puros y usando medios de cultivo
artificiales, ha demostrado que bajo estas condiciones “ideales” de
cultivo, las bacterias no generan la cantidad de EPS que pudieran
producir bajo condiciones naturales. Se cree que esta situación se debe
a que bajo estas condiciones artificiales los microorganismos no tienen
necesidad de competir como sucede en ambientales naturales, en los
cuales hay presente una gran variedad de especies y en los que la
generación de EPS sería esencial para la supervivencia de las
poblaciones bacterianas(30).
1.2.3. Crecimiento Bacteriano
En términos microbiológicos, la palabra “crecimiento” se define
como el incremento del número de células. El crecimiento es parte
esencial de la función microbiana, ya que una célula individual tiene un
período de vida limitado y la especie se mantiene solamente como
resultado del crecimiento continuo de la población celular.
Las células bacterianas inoculadas dentro de un medio fresco,
selectivamente toman nutrientes del medio donde se desarrollen. Los
30
nutrientes que entran en las células del medio son convertidos en
nuevas sustancias celulares (ARN, ADN, proteínas, enzimas y otras
macromoléculas). La masa celular y el tamaño de la célula se
incrementan ya que se duplican todos sus componentes químicos;
siendo ésta una máquina que es capaz de duplicarse a sí misma.
Posteriormente, se da origen a dos nuevas células producto del proceso
de fisión binaria(33).
El crecimiento de las BSR en medios de cultivo, se evalúa con el
ennegrecimiento del medio luego de la incubación. Un color gris, o negro
restringido en precipitados es probablemente producto del H2S liberado
desde compuestos sulfurados orgánicos en el inóculo.
1.2.3.1. Medición del crecimiento bacteriano
El crecimiento de una población microbiana se mide siguiendo los
cambios en el número de células o por el cambio de la biomasa celular
con el tiempo. La práctica estándar para la evaluación del crecimiento
sésil y planctónico de BSR en procesos de corrosión depende en gran
medida de la detección y cuantificación de las bacterias, para ello se han
desarrollado diferentes técnicas que utilizan en su mayoría cultivos
enriquecidos con nutrientes específicos para las BSR que permiten su
supervivencia in situ y facilitan su cuantificación en el laboratorio(34).
Existen actualmente diversos métodos para contar el número de
células o para estimar la masa celular de una población bacteriana en un
medio dado, entre los cuales se pueden citar: el Contaje Total de
Células, el Contaje de Viables mediante dilución seriada y placas, APS
Reductasa, Método del Número Más Probable, Hidrogenasa,
Radiorespirometría y Microscopía de Anticuerpo Fluorescente.
31
a. Contaje por dilución seriada
Muchas veces es necesario diluir la muestra a contar para facilitar
el contaje poblacional, y como rara vez se tiene un valor conocido
aproximado de la cantidad de células presentes en un medio se debe
hacer más de una dilución. Para esto se establece una relación entre el
inóculo y el volumen del medio. Por ejemplo, se puede tomar mediante
una jeringa estéril una muestra de 1mL y diluirla en 9mL de medio
líquido fresco selectivo para el microorganismo, obteniéndose de esta
forma una relación de 1x101 cel/mL, a partir de esta primera dilución se
hará una segunda, extrayendo un volumen de 1mL y diluyendo en un
segundo volumen de 9mL para obtener una relación de 1x102 cel/mL y
así sucesivamente hasta alcanzar la dilución seriada (Figura 2). Estos
volúmenes generalmente almacenados en tubos de ensayos, deben ser
entonces evaluados en función de la coloración. La visualización de la
ausencia de desarrollo en la mayor dilución variará de acuerdo con el
medio empleado y con el microorganismo a ensayar(35).
En el caso de la presencia de BSR en la muestra, ésta se manifiesta
a través de un ennegrecimiento del medio, debido a la producción de
sulfuro de hierro como consecuencia de la reacción entre el hierro (Fe+2)
contenido en el medio y el sulfuro de hidrógeno producido por la
actividad metabólica de este grupo de microorganismos. A nivel de
laboratorio se optimizan las condiciones de anaerobiosis y composición
fisicoquímica del medio, logrando un crecimiento apreciable a simple
vista en sólo 24 horas de incubación para niveles elevados de BSR(35).
La principal ventaja de este método, es que permite lograr la
dilución final deseada, la cual puede ser utilizada para el recuento de
32
células totales o viables de acuerdo al tipo de medición a implementar
posteriormente, pero sólo permite obtener un factor de dilución y no el
número total de células en el medio de estudio, es decir, es un método
cualitativo(36).
por 28 días a 37 ºC INCUBAR
1 ml
1 ml
103 104 105 106 107 102 Muestra
103 104 105 106 107 102 Muestra
Figura 2. Representación de la técnica dilución seriada.
b. Contaje total de células mediante epifluorescencia
El propósito es cuantificar el número de células bacterianas vivas y
muertas presentes en el cultivo, mediante su visualización y
enumeración directa al microscopio. El Kit que se utiliza es el LIVE/DEAD
Bac Light de Molecular Probe, el cual es el único disponible en el
mercado que permite realizar el conteo directo de las bacterias vivas y
muertas existentes en un cultivo.
101 102 103 104 105 106
101 102 103 104 105 106
33
El método de contaje directo por epifluorescencia ofrece ventajas
como: tiene mayor sensibilidad y corto tiempo para la obtención de
resultados, permite ver y contar todas las células vivas y muertas
presentes en la muestra y conlleva a menores errores. La única
desventaja es que este método no diferencia células viables de células
no viables.
1.3. Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC)
La Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) puede definirse
como todo aquel fenómeno de destrucción de un material en el cual los
microorganismos, ya sea que actúen directamente o por medio de
sustancias provenientes de su metabolismo, desempeñan un papel muy
importante al acelerar un proceso corrosivo ya establecido o al crear las
condiciones favorables para que éste se produzca. En todos los casos se
encuentra una zona anódica donde se produce la disolución del metal,
mientras ocurre simultáneamente la reducción de algún componente del
medio a través de la correspondiente reacción catódica. Los
microorganismos participan en este proceso de forma activa sin
modificar la naturaleza electroquímica del fenómeno(37).
La participación microbiológica en los procesos de corrosión
presenta varios efectos, entre los cuales se destacan los siguientes(38):
• Como consecuencia de la alta velocidad de crecimiento, los
microorganismos forman masas de células microbianas, sustancias
poliméricas extracelulares, y productos metabólicos que cambian
drásticamente la superficie “limpia” original del metal en una nueva
superficie biológica “sucia”.
34
• Muchos de los productos o actividades microbianas producto de la
respiración presentan mayores alteraciones en la química local de la
interfase metal/solución.
• Una modificación drástica puede ocurrir en el comportamiento propio
del metal por la interacción entre microorganismos y la superficie,
afectando ambos procesos anódicos y catódicos en la interfase.
La investigación de un proceso de MIC encierra el estudio de la
adhesión de los microorganismos al sustrato metálico, el metabolismo
de las colonias en la superficie del metal y las interacciones bacteria -
metal(38).
La acción de los microorganismos se hace presente en cualquier
lugar donde existan las condiciones adecuadas y el alimento necesario
para obtener energía y reproducirse. La presencia de iones como Fe+2,
Mn+2, SO4=, o derivados azufrados en medios acuosos,
independientemente de que el agua sea dulce o salada, favorece la
reproducción de microorganismos como las bacterias, ya que son iones
que ellas utilizan para conseguir la energía necesaria para su
crecimiento(39).
Algunas de las condiciones que dan lugar a la corrosión inducida
microbiológicamente son(39):
• Aparición de celdas de aireación diferencial por efecto de un desigual
consumo de oxígeno en zonas localizadas, lo cual propicia las
condiciones necesarias para que los microorganismos proliferen.
• Producción de sustancias corrosivas generadas por el crecimiento o
metabolismo de los microorganismos, transformando un medio
35
originalmente inerte en agresivo.
• Consumo, por acción microbiana, de sustancias inhibidoras de
corrosión facilitando de esa forma la acción de iones agresivos presentes
en el medio o producidos por el metabolismo bacteriano.
• Alteración microbiana de películas protectoras, productos de corrosión
ó recubrimientos, formados natural ó artificialmente, respectivamente.
• Despolarización de los procesos catódicos y/o anódicos, provocando
un aumento de la velocidad de corrosión.
Diversos trabajos de investigación(40) han logrado establecer que
los procesos de MIC ocurren principalmente en medios que poseen alta
concentración de sulfatos y un valor de pH comprendido entre 5,5 y 8,5,
acentuándose más cuando el valor del pH se acerca a la neutralidad.
Los procesos de MIC son reconocidos en la actualidad como la
mayor fuente de problemas, fallas estructurales y pérdidas económicas
en una gran variedad de industrias y sistemas de distribución de agua y
combustibles. Se estima que entre el 20 y 30% de los casos de
corrosión son causados por microorganismos y las pérdidas económicas
han sido calculadas en 20 billones de dólares/año sólo en EEUU(41).
Estimaron que los costos atribuidos a MIC en producción, transporte y
almacenamiento de crudo debe estar alrededor de algunos cientos de
millones de dólares al año (debido solamente a las BSR), sin incluir los
costos por pérdida de crudo y remediación ambiental.
1.4. Problemas de Corrosión Inducida Microbiológicamente en la
Industria
En sistemas industriales, los materiales biodegradables como
36
algunos hidrocarburos encontrados en el petróleo y en operaciones de
gas o componentes susceptibles de los materiales de recubrimiento (29,42), pueden proveer una fuente de nutrientes para el crecimiento
microbiológico.
En cuanto a los problemas asociados con la formación de
biopelículas se encuentra el “biofouling” (bioensuciamiento), que es la
contaminación producida por actividad microbiana sobre diferentes
superficies, que genera corrosión de equipos, cascos de barcos, tuberías
y de campos petroleros.
La corrosión de los metales por biopelículas es ocasionada por la
actividad metabólica de consorcios bacterianos formados en muchos
casos por Bacterias Sulfato – Reductoras y por las características
propias de la superficie del material que permite el crecimiento de
ellas(34). Asimismo, en la extracción y almacenamiento del petróleo, las
biopelículas compuestas por BSR producen grandes cantidades de ácido
sulfhídrico y hace que el crudo sea un producto de menor rendimiento.
La estructura de la biopelícula y la organización microbiana están
conectadas a las funciones y a la supervivencia de los microorganismos
que lo forman. Hay muchas condiciones que contribuyen a formar esta
organización de la biopelícula. Estas se pueden dividir en factores físicos
(velocidad de flujo, fuerza hidrodinámica y viscosidad), factores
químicos (disponibilidad de los nutrientes y composición de los
exopolisacáridos) y factores biológicos (competición y depredación)(42).
La combinación de las especies y los factores físicos, químicos y
biológicos influyen en la estructura de esta capa, de tal manera que es
casi imposible establecer un modelo estándar. En la práctica, los
37
diferentes modelos dependen de las diversas condiciones de
crecimiento, basadas en un consenso de variables.
El paso inicial de la corrosión inducida microbiológicamente es la
colonización bacteriana de la superficie metálica por interacción de dicha
superficie con las proteínas de adhesión celular (adhesinas), para la
formación de una estructura denominada biocapa que proporciona el
micro-ambiente favorable para el desarrollo de BSR. El paso siguiente es
la oxidación del metal y disolución del mismo (reacción anódica).
1.5. Control de Corrosión
Para prevenir y/o controlar la corrosión en la industria son
empleados diversos métodos que basan sus tecnologías en la
modificación o eliminación de alguno de los cuatro elementos de la celda
electroquímica necesarios para que ocurra este fenómeno. Para
estructuras sumergidas, existe una fórmula de protección basada en
sistemas de recubrimientos protectores complementado con protección
catódica, siendo esta última la que ha demostrado ser la técnica más
efectiva y económica para proteger tuberías de acero sumergidas(43).
1.5.1. Recubrimientos
En la mayoría de los programas de control de corrosión, los
recubrimientos constituyen la estrategia principal, desgraciadamente,
los recubrimientos no son perfectos, y la corrosión se presenta en las
fallas “holidays” del recubrimiento. Justamente, en estos casos se utiliza
la protección catódica para evitar la corrosión del sustrato en estos
“holidays”. El recubrimiento también es importante en la ingeniería de
38
protección catódica. Si bien es posible proteger una estructura desnuda,
también es cierto que en una estructura revestida sólo hay que proteger
el metal expuesto en los “holidays”. Esto reduce drásticamente el
tamaño y costo de los sistemas de protección catódica. La inspección del
recubrimiento es importante porque lo ideal es instalar la estructura con
el recubrimiento en las mejores condiciones posibles; de esta forma, el
sistema de protección catódica funcionará tal como ha sido diseñado(11).
La función de los recubrimientos externos es aislar eléctricamente
la superficie de la estructura metálica que se desea proteger del
ambiente que la rodea con el fin de reducir los requerimientos de
corriente de protección catódica, además de mejorar la distribución de
corriente. Para obtener la mayor protección posible, deben ser
cuidadosamente seleccionados y aplicados. Entre los factores que deben
ser considerados para seleccionar un sistema de recubrimiento en
particular se encuentran: características del medio, profundidad,
dimensiones de la tubería, ubicación geográfica y física, posibilidad de
acceso a las tuberías una vez instaladas, requerimientos para la
preparación de superficie, adherencia, resistencia mecánica y química,
entre otros(11).
1.5.1.1. Caracteristicas esenciales en un Recubrimiento(44)
Resistencia al Agua a.
La resistencia al agua es tal vez la característica más importante de
un recubrimiento, ya que todos los recubrimientos estarán en contacto
con humedad de una u otra forma. Es importante destacar que ningún
recubrimiento puede ser efectivo bajo todas las condiciones de agua, ya
39
que hay demasiados tipos de estructuras y calidades de agua para que
una resistencia general sea fácilmente alcanzada con un solo
recubrimiento.
La molécula de agua es extremadamente pequeña con la habilidad
de penetrar la mayoría de los compuestos orgánicos. Debido a esta
característica de alta penetración, el agua tiene más de un efecto en los
compuestos orgánicos que cualquier otro material, por lo que la mayoría
de los recubrimientos son orgánicos en naturaleza, deben tener la
mayor resistencia a la humedad posible para mantener sus propiedades
y ser efectivos durante un largo periodo de tiempo.
Absorción de Agua b.
La absorción de agua se refiere a la cantidad de agua que es
recogida y retenida dentro de los espacios moleculares del
recubrimiento. Una vez que el recubrimiento se ha formado, el
contenido de agua llega a un equilibrio con la atmosfera, evaporando
agua en condiciones secas y absorbiendo agua cuando está sujeto a alta
humedad o inmersión.
Cada recubrimiento tiene su propio nivel de absorción de agua, ya
que el agua en el recubrimiento esta en equilibrio con la humedad en la
atmosfera, no constituye una condición crítica en términos de corrosión.
Por otro lado, el vapor húmedo puede contribuir a la corrosión cuando
se combina con otros factores, tales como las moléculas muy pequeñas
de acido clorhídrico, amoniaco o materiales similares. Por lo tanto, el
mejor recubrimiento resistente a la corrosión es el que tiene mejor
absorción al agua.
40
Velocidad de Transferencia de Vapor de Agua c.
La velocidad de transferencia de vapor de agua es la velocidad a la
cual el vapor de agua se transferirá a través del recubrimiento protector
cuando hay una diferencia de presión de vapor de agua en un lado del
recubrimiento en comparación con el otro. Se establece que al tener una
menor velocidad de transferencia de vapor de agua, la protección
ofrecida por un recubrimiento resistente a la corrosión será mejor.
Gradiente Térmico a Través del Recubrimiento d.
Otro mecanismo de contacto de la humedad con el recubrimiento es
el gradiente térmico a través del recubrimiento. Este ocurre cuando el
metal o substrato de acero esta a una temperatura menor que el vapor
de agua o el agua en el exterior del recubrimiento. Este efecto de
gradiente de temperatura es la base del llamado Equipo de medición
Cleveland, por medio de la cual se mide las características de adhesión.
El vapor tibio usado en la prueba penetrará el recubrimiento y tenderá a
condesar en la superficie metálica más fría debajo del recubrimiento
creando una ampolla llena de agua.
Ósmosis e.
El mecanismo de ósmosis también trata el paso de la humedad a
través del recubrimiento. La ósmosis es el paso de agua a través de una
membrana semipermeable desde una solución de menor concentración a
una de mayor concentración. Todos los recubrimientos orgánicos
transmiten vapor húmedo, lo cual los hace membranas semipermeables
y por lo tanto están sujetos a este mecanismo.
41
La ósmosis es un fenómeno importante en cualquier recubrimiento
que esté sujeto a inmersión en agua, condiciones de condensación o
humedad. En las zonas marinas es común la deposición de cloruros en la
superficie de los metales, si estos no son removidos, quedan cubiertos
por el recubrimiento y una vez que el recubrimiento queda en contacto
con el agua o la humedad, el vapor se transfiere a través del mismo y
forma soluciones concentradas con los cloruros.
Electro-Ósmosis f.
El vapor de agua es el reactante clave en este mecanismo. La
electro-ósmosis se define como el forzamiento del agua a través de una
membrana semipermeable por un potencial eléctrico en la dirección del
polo con la misma carga eléctrica de la membrana.
El ejemplo más común de la falla de un recubrimiento por
electroósmosis es el caso de una superficie revestida y protegida
catódicamente. Las fallas de los recubrimientos de tuberías enterradas
en suelos húmedos han ocurrido debido a la aplicación de potenciales
excesivos usados en los sistemas de protección catódica.
Propiedades Dieléctricas g.
Las propiedades dieléctricas de un recubrimiento son muy
importantes, ya que el recubrimiento debe romper el circuito eléctrico
durante una reacción de corrosión, con la finalidad e ser resistente a la
corrosión. Esto lo hace el recubrimiento previniendo el paso de
electrones y evitando que parte del metal pase a formar parte de la
solución, si los electrones no pueden viajar al cátodo, entonces no es
posible el mecanismo de corrosión.
42
Resistencia al paso de Iones h.
Para que un recubrimiento sea efectivo, debe tener una resistencia
fuerte al mecanismo de paso iónico. Si los cloruros, sulfatos, sulfuros o
iones similares fueran realmente transferidos a través del recubrimiento,
tendría una pobre resistencia a la corrosión, y sería más conductivo.
Normalmente, el paso de iones es la transferencia de estos desde el
exterior de un recubrimiento hasta el substrato. Sin embargo, una
situación contraria puede ocurrir: la transferencia de electrones a través
del recubrimiento, desde el substrato hasta la superficie, es muy común
donde el recubrimiento está sujeto a un sistema de protección catódica
por corriente impresa y se forman depósitos calcáreos o de otras sales
sobre el recubrimiento.
La única forma en que los depósitos se formen en el exterior de un
recubrimiento intacto, es que los electrones pasen del substrato a la
superficie, causando la precipitación de sales calcáreas en la superficie
del recubrimiento, por el exceso de álcalis (aumento de pH) producidos
por la reacción de reducción de oxigeno.
Un recubrimiento con un alto peso molecular y una estructura
molecular densa sería el material más resistente a la transferencia de
iones. Esto parece ser similar para el caso de la transferencia de
electrones.
43
Resistencia Química i.
La resistencia química es la habilidad de un recubrimiento y
particularmente de las resinas con que fue formulado, de resistir la
degradación por la acción de químicos a los cuales este expuesto.
Un recubrimiento que es considerado resistente químicamente en
una atmosfera química, debería ser resistente a sales, ácidos y álcalis de
un amplio intervalo de pH. Debe ser resistente a materiales orgánicos
como el diesel, gasolina, aceites y materiales similares, ya que estos
productos están presentes en casi todas las operaciones industriales.
Adherencia j.
La adhesión es creada por fuerzas químicas y físicas que
interactúan en la interfase del recubrimiento y del substrato. Un
recubrimiento resistente a la corrosión debe ser altamente adherente,
ya que esta propiedad es esencial en la prevención del efecto del agua
en la vida del recubrimiento y en la prevención de problemas causados
por un gradiente de temperatura a través del recubrimiento, ósmosis y
electroósmosis, la adherencia es probablemente el requerimiento clave
en un recubrimiento resistente a la corrosión.
Resistencia Ambiental k.
Los recubrimientos resistentes a la corrosión deben ser resistentes
al ambiente, ya que muchas de las superficies que requieren protección
contra la corrosión están localizadas en áreas sin protección, expuestas
al ambiente. Un recubrimiento resistente a la corrosión debe soportar
44
los rayos del sol, lluvia, nieve, rocío, hielo, expansión y contracción del
substrato, vapores químicos, polvos y ciclos continuos de mojado y
secado.
Resistencia al Desprendimiento Catódico l.
El desprendimiento catódico es un tipo de falla característico de la
protección catódica. En muchas formas está relacionado con la
electroósmosis. El recubrimiento debe resistir los potenciales eléctricos
usados en la protección catódica. La mayoría de los recubrimientos
soportarán potenciales catódicos de aproximadamente -1,0 V vs. CSE,
con un potencial optimo de -0,85 V vs. CSE.
Los potenciales de -1,1 voltios y menores pueden crear condiciones
para el desprendimiento catódico, dependiendo del recubrimiento, su
espesor, capacidad dieléctrica, resistencia al agua y de otros factores. El
recubrimiento debe tener una baja velocidad de transferencia de vapor y
una adherencia alta para que resista las corrientes catódicas. El
desprendimiento catódico se evidencia en un recubrimiento por medio
de ampollas grandes, a veces de varias pulgadas de ancho.
1.5.1.2. Sistemas de recubrimientos utilizados en la protección externa
de tuberías enterradas y sumergidas(44)
a. Alquitrán de Hulla
El alquitrán de hulla es un material derivado de la destilación
destructiva del carbón mineral a 1100°C en ausencia de aire, luego se
refuerza con material inerte para formar un esmalte de alquitrán 100%
45
sólidos o se puede mezclar en proporciones convenientes con los
solventes apropiados.
Propiedades:
• Baja permeabilidad a la humedad.
• Buena resistencia a la abrasión.
• Dureza mediana.
• Máxima temperatura de servicio: 50°C.
• Alta resistencia eléctrica.
• Degradación con luz UV.
b. Breas Epóxicas
Son recubrimientos que resultan de la combinación de breas con
resinas epóxicas y solventes. Este tipo de recubrimiento combina las
propiedades de las resinas epóxicas y de las breas, está conformado por
dos partes:
a) La resina epóxica y el solvente.
b) Brea, rellenos, acelerantes y agente de curado: amina, poliamida
o aductoamina (poliamina).
Propiedades:
• Alta resistencia a la inmersión.
• Baja resistencia al impacto.
• Buena adherencia.
• Buena resistencia al desprendimiento catódico.
• Buena resistencia a la abrasión.
• Buena resistencia a los esfuerzos tangenciales.
46
• Buena resistencia química.
• Ataque bacteriano cuando se utiliza poliamida como agente de
curado.
• Degradación solar.
• Difíciles de pintar.
c. Cintas de Polietileno
Este sistema está compuesto por dos tipos de cintas de polietileno y
un imprimador. La primera (más cercana al metal) tiene la función de
proteger la tubería metálica de la corrosión y esta adherida a la
superficie por medio de un imprimador de caucho. La segunda le
confiere protección mecánica al sistema. La adhesión entre capas se
consigue con un adhesivo de tipo elastomérico de la cinta exterior.
Propiedades:
• Buena resistencia al impacto mecánico.
• Fácil aplicación en campo.
• Buena opción en la rehabilitación o reparación de tuberías.
• Pobre desempeño en suelos de alto nivel freático, arcillosos y en
inmersión.
• Baja resistencia al desprendimiento catódico.
• Baja resistencia a los esfuerzos tangenciales.
• Alta resistencia química.
• Degradación de propiedades por efecto de UV.
• Alta resistencia a la Abrasión.
d. Mangas Termocontráctiles
Las mangas para tuberías están compuestas por un polietileno
47
irradiado, el cual posee una capa de adhesivo que une firmemente la
manga a la tubería. Se utilizan para revestir juntas soldadas y
reparaciones en tuberías. La tecnología consiste en:
• Bombardeo de electrones a la superficie de polietileno donde se
forman radicales libres y comienza el proceso de entrecruzamiento.
• Posteriormente, se lleva a un segundo estado donde la manga se
estira y recupera su estado más estable.
Propiedades:
• Buenas propiedades de impacto.
• Compatible con todos los sistemas de recubrimientos.
• De fácil uso en campo.
• Buen desempeño en inmersión en agua; por ser termocontractil
reduce la penetración de agua por el solape.
• Alta resistencia química.
• Mediana resistencia al desprendimiento catódico.
• Alta resistencia al ataque microbiológico.
• Mediana resistencia a los esfuerzos tangenciales.
• Alta resistencia a la Abrasión.
e. Polipropileno y Polietileno Extruido
Este recubrimiento está constituido por un imprimador, el cual
permite la adhesión del polietileno o polipropileno a la superficie
metálica, y una capa externa de polietileno de alta densidad o
polipropileno extruido en forma tubular.
Propiedades:
48
• Buen desempeño en inmersión en agua.
• Solo puede aplicarse en planta.
• Buenas propiedades de impacto y flexión.
• Alta resistencia química.
• Alta resistencia a la Abrasión.
• Baja resistencia al desprendimiento catódico.
• Alta resistencia al ataque microbiano.
• Máxima temperatura de servicio: 60°C.
• Deseable para tuberías con diámetro menor o igual a 16 pulgadas.
• Degradación de propiedades por efecto de UV.
f. Epoxi Fundido en Polvo. (FBE: Fusion Bonded Epoxy)
Este sistema protector está constituido por un polvo epóxico
previamente formulado con sus pigmentos, estabilizantes, agentes de
curado y otros aditivos. Los agentes de curado se activan térmicamente
por lo que estas resinas se denominan termofundentes o curadas por
calor.
Propiedades:
• Excelente adherencia.
• Mediana resistencia al impacto.
• Buena estabilidad térmica.
• Pueden usarse para tuberías enterradas hasta 90°C.
• Buen desempeño en suelos donde se ejercen esfuerzos
tangenciales.
• Alta resistencia al desprendimiento catódico.
• Aplicación compleja.
• Requiere de una buena preparación de superficie.
49
Según la Manual de uso interno de SVSA “Pipeline Engineering”,
DEP 31.40.30.32-Gen, “External Fusion-Bonded Epoxi Powder Coating
for Line Pipe”(45), solo se aplicará Epoxi fundido aquellas secciones de
tubería costa afuera que se encuentran expuestas a los rayos ultra
violetas y que manejan temperaturas mayores a los 45 oC, por lo que
incluyen las secciones verticales principalmente. (Figura 3).
Figura 3. FBE una capa para temperaturas de exposición entre 45 y 60 oC (Espesor estándar 406 µm o 16 mils).
g. Polietileno de Alta Densidad - PEAD (HDPE: High Density
PolyEthilene)
El polietileno es esencialmente un hidrocarburo alifático de cadena
larga del tipo esquemático como se muestra a continuación:
--(--CH2-----CH2-----CH2----CH2-)n--
Propiedades:
• Buen aislante eléctrico en un amplio intervalo de frecuencia.
• Buena procesabilidad.
• Excelente resistencia química.
• Alta tenacidad.
• Alta flexibilidad.
• En películas delgadas, cierto grado de transparencia.
50
El DEP. 31.40.30.31-Gen “External Polyethylene and Polypropylene
Coating for Line Pipe”(46), cubre los requerimientos mínimos para la
aplicación, inspección y evaluación, además de los procedimientos para
la preclasificación de los materiales del recubrimiento y de los
aplicadores; todas las tuberías instaladas costa afuera para el transporte
de crudo, power fluid y gas con temperaturas de hasta 45 oC y a
profundidades que impidan la llegada de los rayos ultra violeta, deberán
ser revestidas en función del diámetro nominal con polietileno de alta
densidad extruido como primer mecanismo de protección contra la
corrosión externa. (Figura 4).
Figura 4. PEAD de una capa para temperaturas de exposición de hasta 45 oC.
h. Recubrimientos Multicapas
Los sistemas multicapas (dos o tres capas) epóxicas – polietileno o
epóxicas polipropileno ofrecen una combinación de las propiedades de
las resinas epóxicas y del polietileno o polipropileno como son:
excelente adherencia y resistencia al desprendimiento catódico típica de
los recubrimientos epóxicos y las buenas propiedades mecánicas
inherentes al polietileno o polipropileno.
Propiedades:
• Alta resistencia al impacto.
• Bajo porcentaje de absorción de agua.
• Buen desempeño en condiciones de inmersión en agua caliente.
51
• Elevada resistencia química.
• Muy resistente al desprendimiento catódico en condiciones de
temperatura y voltaje elevados.
• Alta resistencia a la abrasión.
• Alta resistencia a esfuerzos tangenciales.
1.5.1.3. Degradación de los Recubrimientos poliméricos
Una de la mayor desventaja de los sistemas de recubrimientos
epóxicos, es la pobre resistencia a la luz solar debido a la estructura
aromática de los epoxis que absorben la luz ultravioleta. Además de
causar pérdida de color, la absorción de los resultados de la luz
ultravioleta produce una descomposición de la superficie de la resina
epóxica, lo que resulta en una capa delgada de material suelto,
trasparente. La profundidad de esta degradación es muy poca y no
cambia las propiedades químicas y físicas de los recubrimientos. Puede
ser cuestionable si la estética es importante y puede causar también
serios problemas con la adherencia de las capas de pintura aplicadas
posteriormente si no se remueve(46).
a. Degradación por factores climáticos
Aparte de las atmósferas industriales contaminadas, lluvias ácidas,
los simples elementos del clima (calor, rayos U.V y humedad) pueden
ser muy destructivos a los recubrimiento. La causa principal de
degradación de recubrimiento inducido por factores climáticos, es la
energía por radiación U.V. de la luz solar. La fotodegradación de los
recubrimientos orgánicos es causada por la absorción de energía de la
luz U. V. los cuales rompen los enlaces químicos directamente, ó
52
resultan de la formación de radicales libres. La fotodegradación puede
resultar en la separación de cadenas poliméricas y pérdida de peso
molecular, ó en la formación de nuevos enlaces y en incremento del
peso molecular. Cualquiera de estos procesos resultan en cambios de las
propiedades físicas de los recubrimientos. Uno de los principales modos
de degradación de los recubrimientos es por ataque químico. La mayoría
de los recubrimientos utilizados en la industria son hechos de polímeros
orgánicos y por lo tanto son sujetos a mismo tipo de reacciones
químicas que pequeñas moléculas orgánicas. La mayoría de las veces
esto depende principalmente del grupo funcional que se encuentra
presente en los recubrimientos(47).
b. Degradación por ataque químico
Algunos recubrimientos de alto rendimiento son específicamente
diseñados para resistir ataques químicos como los recubrimientos
fenólicos o vinil ester los cuales son usados normalmente en medios
potencialmente agresivos como tanques de almacenamiento de
productos químicos. Estos recubrimientos presentan buena resistencia a
una gran variedad de químicos, sin embargo, no son indestructibles y se
degradarán lentamente en el tiempo(47).
1.5.1.4. Degradación por ataque microbiológico
Se ha determinado que los microorganismos pueden causar daños
a ciertos tipos de recubrimientos. El metabolismo de los
microorganismos mediante la síntesis de enzimas es la principal causa
de la degradación de los recubrimientos(47).
53
Según Ray(48) el mecanismo para la degradación del recubrimiento
orgánico por acción microbiana, incluye el ataque directo por enzimas o
ácidos, formando ampollas debido a la evolución de gas y la
desestabilización del polímero por sulfuros concentrados. Además,
Stronger-Johannessn(49) encontraron que las ampollas no ejercen una
actividad degenerativa sobre el resto del recubrimiento mientras que los
microorganismos que se encuentran en la superficie exterior pueden
hacerlo. Por lo tanto(48,49), concluyeron que los microorganismos atacan
los recubrimientos desde el exterior por medio de los metabolitos
excretados, cambiando las propiedades químicas y físicas del
recubrimiento de tal manera que puede ocurrir ampollas y pérdida de
adherencia.
La polarización catódica del acero es influenciada por la velocidad
de migración de los cationes en la interfase metal solución, debajo del
recubrimiento desprendido en forma de ampolladura. La formación del
campo eléctrico la razón más importante que hace migrar a los iones
aniónicos hacia el interior de la ampolladura, y conllevan al incremento
de los valores de pH.
La carga negativa las BSR y el EPS resultan del incremento de la
capacidad de transportar los cationes de la solución dentro de la
ampolladura. El incremento de los cationes, conlleva a que los balances
de carga de la doble capa eléctrica del acero sean rápidamente
alcanzados y el potencial de polarización del acero sea más negativo en
presencia de las BSR(50).
54
1.5.1.5. Recubrimientos “Anti-fouling”(51)
Estructuras como buques y plataformas marinas, así como equipos
de perforación mar adentro y muelles, están bajo constante ataque del
medio ambiente marino. Estas estructuras necesitan ser protegidos de
la influencia de elementos clave del entorno marino, tales como agua
salada, ataque biológico y las fluctuaciones de temperatura.
Además de biocidas inyectables en sistemas cerrados, métodos de
protección de estructuras marinas debe ser capaz de expandirse y
contraerse con la superficie subyacente, resistir la penetración de agua
y controlar la difusión de iones. Recubrimientos orgánicos protectores
pueden ofrecer estas funciones, por lo tanto son muy utilizados en la
industria del transporte marítimo para aumentar la vida útil de los
sistemas y mejorar su confiabilidad. Los recubrimientos en los buques
se utilizan para una amplia gama de funciones tales como resistencia a
la corrosión, facilidad de mantenimiento, apariencia, superficies
antideslizantes en cubierta, así como la prevención de las incrustaciones
en el casco por organismos marinos no deseados.
El asentamiento y la acumulación de organismos marinos sobre un
sustrato inanimado pueden causar grandes inconvenientes a las
estructuras artificiales. En intercambiadores de calor, el
bioensuciamiento puede obstruir los sistemas y en cascos de buques se
puede aumentar la resistencia hidrodinámica, reducir la maniobrabilidad
del buque y aumentar el consumo de combustible. Esto conlleva a un
aumento del costo en el sector del transporte marítimo a través de un
mayor uso de mano de obra, combustible, material y tiempo en dique
seco.
55
Hay tres aspectos claves que requieren atención (Figura 5), el
recubrimiento, el sustrato y el medio ambiente, estos dos últimos tienen
propiedades únicas que pueden afectar a la integridad del recubrimiento
y la eficacia.
Los requisitos necesarios para un recubrimiento “antifouling”
óptimo se resumen en la Tabla. Los factores adicionales que deben
considerarse, incluyen los parámetros del ciclo de vida y la eficacia
medible que incorporan la dureza, la erosión y la liberación del
compuesto “antifouling”. Una forma innovadora para lograr esto último
es el uso de técnicas de microencapsulación ya que esto permite una
liberación controlada, consiguiendo que la vida activa de la capa
protectora aumente.
Figura 5. Principales parámetros que afectan a un sistema de
revestimiento “antifouling”.
56
Tabla 3. Requerimientos para un recubrimiento “antifouling” óptimo
Debe ser: No debe ser:
Anticorrosivo Tóxico al ambiente
Anti-ensuciante Dejar residuos en el ambiente
Ambientalmente amigable Costoso
Económicamente viable Químicamente inestable
Larga vida Atraer ningún tipo de especie
Compatible con capas subyacentes
Resistente a la abrasión/biodegradación y erosión
Capaz de proteger independientemente del perfil operativo
Superficie lisa
1.5.2. Protección catódica
La protección catódica es uno de los métodos, más conocidos para
proteger el acero sumergido en agua dulce o agua de mar contra la
corrosión externa; una de las aplicaciones más importantes a nivel
industrial es la protección de embarcaciones, plataformas y tuberías
para el transporte de fluidos como el crudo, gas y agua(52).
La protección catódica es una técnica de control de la corrosión,
que se define como “el método de reducir o eliminar la corrosión de un
metal haciendo que la superficie de éste, funcione completamente como
cátodo cuando se encuentra sumergido o enterrado en un electrolito”
(Figura 6). Esto se logra haciendo que el potencial eléctrico del metal a
proteger se vuelva más negativo mediante la aplicación de una corriente
directa proveniente de una fuente de poder o la unión de un material de
sacrificio (comúnmente magnesio, aluminio o zinc)(53). A medida que los
57
potenciales de las zonas catódicas se polarizan acercándose a los de las
zonas anódicas, se reduce la corriente de corrosión. Cuando los
potenciales de todas las zonas catódicas alcanzan el potencial a circuito
abierto de la zona anódica más activa, desaparece la diferencia de
potencial entre ánodos y cátodos localizados y se detiene la
corrosión(54).
Figura 6. Protección Catódica de una Estructura.
La polarización catódica conlleva a tres efectos, que por ellos
mismos o en combinación proveen protección. El primer efecto está
relacionado a la disminución del potencial, el segundo a las reacciones
catódicas y el tercero a la migración de iones.
1.5.2.1. Efectos de la protección relacionados a las reacciones catódicas
Cuando el potencial es suficientemente negativo tanto las
reacciones catódicas como la reducción de oxigeno y la evolución de
hidrógeno, producen alcalinidad en la superficie del metal, originando
dos efectos principales beneficiosos: formación de un depósito calcáreo
(en agua de mar) y la promoción de condiciones pasivas.
En general, excepto para metales en la atmósfera, tales como
plomo, aluminio y zinc en los cuales un aumento de pH puede producir
58
una disolución del metal, las reacciones catódicas reducen la agresividad
del medio.
1.5.2.2. Tipos de sistemas de protección catódica
Dependiendo de la fuente que suministre la corriente continua
necesaria para polarizar catódicamente la estructura a proteger, se
tendrán dos técnicas de protección como son:
• Ánodos galvánicos
• Corriente impresa
La selección del sistema de protección catódica más adecuado para
una estructura en particular requiere un análisis cuidadoso del metal o
aleación que se pretende proteger, del medio ambiente que lo rodea, de
variaciones climáticas que puedan incidir en el normal funcionamiento
de la estructura, de la ubicación geográfica y de las limitaciones que
ésta pueda imponer, de consideraciones económicas y, en general, de
cualquier factor que pueda tener incidencia directa o indirecta sobre el
proceso corrosivo(6).
a. Protección Catódica por Ánodos de Sacrificio(55)
Este sistema provee una corriente catódica generada por la
diferencia de potencial entre dos metales disímiles unidos
intencionalmente a través de un conductor metálico, ambos en el mismo
electrolito. El metal más activo se disolverá espontáneamente y el más
noble se protegerá, utilizando el mismo principio de la corrosión
galvánica, como lo muestra la Figura 7.
59
ÁNODO
CORRIENTE IÓNICA
CORRIENTE ELECTRÓNICA
TUBERÍA
ELECTROLITO
Figura 7. Sistema de protección catódica con ánodos galvánicos.
b. Protección Catódica por Corriente Impresa(55)
La corriente debe ser suministrada por una fuente externa de poder
de corriente continua (batería, rectificador, generadores eléctricos,
turbinas, etc). Esta técnica consiste en conectar a la estructura metálica
a proteger, generalmente de acero, al polo negativo del generador de
corriente y al polo positivo el material que servirá como ánodo.
Teóricamente, cualquier material que sea conductor de electrones se
puede utilizar como ánodo para corriente impresa. En la práctica, los
materiales usados como ánodo se pueden clasificar en: consumibles
(alto consumo en kg/A⋅año), semi-consumibles (mediano consumo en
kg/A⋅año) y no-consumibles (g/A⋅año). Puesto que el voltaje que
conduce es proporcionado por la fuente de corriente continua, no hay
necesidad de que el ánodo sea más activo que la estructura que se
protegerá. De hecho, es posible utilizar ánodos que pueden seguir
siendo inertes una vez encendido el sistema. Como puede observase en
la Figura 8 la corriente fluirá desde el ánodo auxiliar hacia la estructura
metálica a través del medio, contrarrestando el flujo de corriente de
corrosión.
60
ÁNODO
CORRIENTE IÓNICA
TUBERÍA
ELECTROLITO
FUENTE DE PODER
+-CORRIENTE ELECTRÓNICA
Figura 8. Sistema de protección catódica por corriente impresa básica.
1.5.2.3. Parámetros ambientales que afectan a la protección catódica(6)
Los principales factores que afectan la efectividad de los sistemas
de protección catódica de estructuras sumergidas son:
• Contenido de oxígeno disuelto
• Corrientes (velocidad)
• Temperatura
• Crecimiento marino
• Salinidad
Adicionalmente, en agua de mar, variaciones en el pH y el
contenido de carbonato son considerados parámetros que afectan la
formación de depósitos calcáreos asociadas con la PC y los
requerimientos de corriente necesarios para llevar y mantener la
protección de estructuras metálicas desnudas.
1.5.2.4. Criterio para la elección del potencial de protección.
El criterio de potencial se refiere exclusivamente al valor del
potencial aplicado en la protección catódica para eliminar o reducir,
61
dentro de límites aceptables, la corrosión generalizada de una
determinada estructura(11).
Desde un punto de vista termodinámico se podría escoger el valor
del potencial de equilibrio de la reacción de corrosión como potencial de
protección, en cuanto a que limita el intervalo de potencial en el cual el
metal no puede corroerse (está en condiciones de inmunidad
termodinámica). La relación entre el potencial de equilibrio de un metal
que se corroe y la concentración de sus iones está fijada por la ley de
Nernst(56).
E = E° + 0.059/n log [Me n +] (1)
Para la reacción de disolución del acero (hierro):
Fe Fe 2+ + 2 e- (2)
En la ecuación de Nernst, sustituyendo E° = - 0.44 V y n = 2, se
tiene que:
E = - 0.44 + 0.059/2 log [Fe2+] (3)
El profesor Pourbaix(57) ha abordado el problema del potencial de
protección, y ha dado una solución basada en consideraciones
termodinámicas. Ha propuesto considerar "inmune" a un metal que se
encuentre a potenciales más negativos que el que correspondería al
valor de su potencial de equilibrio en una solución que contuviera sus
iones a una concentración l0- 6 moles/litro.
Así, aplicando la ecuación de Nernst, se tendría, para [Fe2+] = l0 -6:
62
Protección = -0.44 + 0.059/2 log 10 -6 = -0.62 V (4)
El potencial de protección resulta ser entonces de -0.62V respecto
al electrodo de referencia de hidrógeno. En la Figura 9 se presenta el
correspondiente diagrama potencial pH (diagrama de Pourbaix) para el
hierro, en el cual se delimita la zona de inmunidad y corrosión con el
valor del potencial calculado en este apartado.
Figura 9. Diagrama de Pourbaix para el hierro.
Por convención, habrá corrosión si la concentración de los iones
metálicos en el electrolito es igual o mayor que l0-6 moles/L. Esto
permite calcular, basándose en la ecuación de Nernst, el potencial de
protección, el cual, sin embargo, es función del pH del electrolito. La
información puede obtenerse del correspondiente diagrama potencial-pH
del metal en cuestión.
63
En vista de todas las dificultades que se derivan de la directa
aplicación de criterios termodinámicos y cinéticos, basados únicamente
en parámetros fundamentales, válidos para metales puros, se han
desarrollado diversos criterios prácticos que han mostrado su validez en
sistemas de protección catódica satisfactorios. Así, se han llevado a cabo
multitud de determinaciones directas experimentales de las velocidades
de corrosión de metales expuestos a medios y condiciones diversas, al
serle impuestos niveles variables de polarización catódica.
La norma NACE RP-0169(58), establece tres criterios de protección
para estructuras enterradas o sumergidas descritos a continuación:
a. –0.850V “ON” con respecto a una celda de referencia de Cu/CuSO4,
(considerando la caída IxR del medio)
Este criterio establece que una estructura de acero enterrada o
sumergida estará protegida catódicamente cuando logre alcanzar un
potencial de por lo menos, –0.850V con respecto a una celda de
referencia de cobre sulfato de cobre, siempre y cuando se considere el
efecto de la caída óhmica del medio (IxR) con el sistema encendido
(ON). Este criterio se utiliza cuando no es posible interrumpir,
desconectar o apagar el sistema de protección, como por ejemplo
cuando existen ánodos conectados directamente a la estructura sin
cajas de interconexión y no es posible apagar el rectificador o
desconectar los ánodos de sacrificio (“instant off”). De tal manera que la
IR debe calcularse por cualquier otro medio para luego poder restársela
al valor medido de potencial “ON”; a no ser que este factor sea lo
suficientemente pequeño como para que su efecto sea nulo(54)
(Figura 10).
64
-1200
-1100
-1000
-900
-800
PO
TE
NC
IAL
(mV
)
POTENCIAL ON MEDIDO (mV)
IxR DEL SUELO
POTENCIAL REAL DE LA LÍNEA (mV)
DISTANCIA EN LA TUBERÍA
-700
-600 POTENCIAL NATURAL DE LA LÍNEA (mV)
POLARIZACIÓN
POTENCIALPOLARIZADO(Potencial “ON”- IxR)(mv)
Tiempo Figura 10. Comportamiento del potencial en el tiempo de una tubería con protección catódica que puede aplicarse el primer criterio (ON).
b. 0.850V OFF con respecto a una celda de referencia de Cu/CuSO4)
Este criterio establece que una estructura de acero enterrada o
sumergida estará protegida con protección catódica cuando logre
alcanzar un potencial de por lo menos –0.850V con respecto a una celda
de referencia de cobre sulfato de cobre con el sistema instantáneamente
apagado (“INSTANT OFF”), lo cual se conoce como potencial polarizado.
Este criterio es el más utilizado cuando se puede interrumpir o
desconectar el sistema de protección catódica porque al apagar el
sistema se corrige o elimina el valor de IxR (no hay que calcularlo como
el criterio anterior) y por lo tanto, el valor medido será el verdadero
potencial de la línea o potencial polarizado (Figura 11).
65
IxR
- 1200
- 1100
- 1000
- 900
- 800 E (mV)
POTENCIAL ON MEDIDO (mV)
POTENCIAL OFF DE LA LÍNEA (mV)
DISTANCIA EN LA TUBERÍA
- 700
- 600 POTENCIAL NATURAL DE LA LÍNEA (mV)
Tiempo
Figura 11. Comportamiento del potencial en el tiempo de una tubería con protección catódica que puede aplicarse el segundo criterio (instant
“OFF”).
c. 100 mV de despolarización con respecto a una celda de referencia de
Cu/CuSO4
Este criterio establece que una estructura de acero enterrada o
sumergida estará protegida (velocidad de corrosión despreciable) con
protección catódica (ánodos galvánicos o de corriente impresa) cuando
logre alcanzar una despolarización de por lo menos 100 mV una vez que
el sistema de protección catódica se apague (al dejar de suministrar
corriente, la estructura tiende a volver a su potencial natural), medido
por lo menos 4 horas (dependiendo del recubrimiento) después de
apagado. Este criterio se aplica principalmente cuando el sistema esté
controlado catódicamente, cuando la estructura se encuentra desnuda o
pobremente revestida o cuando el potencial polarizado no pueda ser
medido.
66
1.6. Polarización catódica en presencia de MIC.
Como se dijo anteriormente, la mayoría de los casos de MIC se
deben a la presencia de BSR, por lo cual, cuando los iones ferrosos
están en presencia de iones sulfuro, se forma un sulfuro de hierro
insoluble, como se observa en la siguiente reacción:
FeSSFe →+ −+ 22 (5)
Debido a que el producto de solubilidad del sulfuro de hierro es muy
pequeño, 10-24 moles/L, la concentración de iones hierro se reduce a un
valor muy pequeño, manteniendo el potencial de equilibrio alrededor de
100 mV más bajo que los valores habituales. De acuerdo con la
ecuación de Nernst el término logarítmico disminuye en 100 mV cuando
la concentración del ión ferroso disminuye tres órdenes de magnitud.
Este resultado también se ilustra en los diagramas de Pourbaix (Figura
12). Cuando los sulfuros están presentes, el potencial de protección
debe ser por lo menos 100 mV más negativos con respecto a las
condiciones de referencia normales.
Cuando se está protegiendo catódicamente un sistema donde existe
un ambiente propenso a MIC hay que tomar en consideración lo
encontrado por Sanders y Maxwell en 1983(59). Ellos establecieron que
las superficies polarizadas catódicamente atraen microorganismos,
incluso BSR, por lo que si la protección catódica es interrumpida MIC
puede ocurrir a una proporción más alta que si no estuviese presente la
misma previamente.
67
Figura 12. a) Diagrama de Pourbaix del hierro en ausencia de H2S. b)
Diagrama de Pourbaix del hierro en presencia de H2S.
La corrosión inducida microbiológicamente tiene por lo menos tres
efectos en la polarización catódica de tuberías, a saber (54):
1. Dónde la actividad de MIC está presente, el nivel del potencial exigido
para mitigar la corrosión se mueve a valores más negativos.
Investigaciones de Barlo y Berry(60) en 1984 demostraron que un
potencial de por lo menos -0,950 V vs. Cu/CuSO4 es suficiente para
mitigar MIC, en oposición al estándar de NACE Internacional que
establece -0,850 V. Pope y Morris, en 1995(61), encontraron que las
fallas en tuberías a menudo estaban en contacto con arcillas húmedas
con pequeños gradientes de potencial, donde la demanda de protección
catódica continuó a altos niveles y por largos períodos de tiempo, debido
a una distribución no uniforme, los poros y las fallas del recubrimiento.
Los microorganismos colonizan e inician la corrosión en esos sitios.
68
2. MIC puede aumentar la cinética de las reacciones de corrosión,
incrementando los requerimientos de la corriente de polarización
catódica necesaria para lograr un nivel dado de polarización.
3. Los microorganismos pueden atacar las capas de recubrimiento
epóxico de la tubería, aumentando el área de superficie de metal
expuesta y aumentando más la corriente de protección catódica
requerida para lograr un nivel dado de polarización (55).
Varias normas internacionales, entre ellas BS-7361-1:19917, ISO
15589-1:20038 y DNV-RP-B401:20059 (detalladas más adelante)
reconocen el potencial de -0,950 V vs. Cu/CuSO4 como el requerido para
proteger estructuras sumergidas o enterradas en presencia de BSR
(3,5,6).
Kasahara y col (7) determinaron, mediante medidas de pérdida de
peso y observaciones macroscópicas, que se obtiene una protección
suficiente (desde el punto de vista práctico) en suelos con BSR si se
obtienen potenciales polarizados más negativos que -0,850 V vs.
Cu/CuSO4 o aplicando una densidad de corriente no menor a 0,03 A/m2.
En este estudio se obtuvo que a medida que se lograba una mayor
polarización, el pH aumentaba, mientras que la cantidad de sulfuro de
hierro y contaje de BSR disminuía (Figura 13). En este estudio se
expuso un acero recubierto por una capa de PVC (5 mm de espesor)
enterrado en un suelo que presentaba BSR, por 90 días.
69
Figura 13. Efecto de la aplicación de potencial sobre el pH, formación de FeS y el contaje de BSR en la superficie del electrodo de trabajo.
A diferencia de lo encontrado por Kasahara y colaboradores,
mediante otros estudios realizados en el Centro de Estudios de
Corrosión(2,8-14); se observa que al utilizar los criterios ya
establecidos(3,5,6), un potencial polarizado de -0,950 V vs. CSE no es
suficiente para proteger al acero en presencia de BSR, obteniéndose un
ataque localizado a nivel microscópico, inclusive a nivel de campo se
encontró una alta probabilidad de que las BSR evitaran la protección
catódica de las tuberías sumergidas en el Lago de Maracaibo.
Zavala y col.(62) en concordancia con lo anteriormente mencionado
confirmaron que un potencial de protección de -0.950 V vs. Cu/CuSO4
no es suficiente para el control de MIC debido a BSR. En este estudio se
70
evaluó la morfología de ataque luego de aplicar el potencial de
protección durante 30 días sobre un acero XL52 observando picaduras a
una magnificación de 300X (Figura 14).
Figura 14. Impacto del cultivo de microorganismos sobre la superficie
del acero. Magnificación 300X.
Para condiciones de anaerobiosis y en presencia de BSR existen un
número de normas internacionales que establecen un criterio distinto a
los mencionados anteriormente para obtener una protección catódica
efectiva de los aceros, entre las cuales se tiene:
•• La Norma NACE de práctica recomendada RP-0169-2002(58):
establece en la sección 6.2.2.2.2 que en algunas situaciones, tales como
la presencia de sulfuros, bacteria, elevadas temperaturas, ambientes
ácidos y metales disímiles, el criterio de -0,850 V vs. Cu/CuSO4 no es
suficiente.
•• La Norma Británica BS 7361-1:1991(3). Establece en la sección
2.3.2.1 que los valores mínimos que se necesitan para alcanzar los
potenciales de protección están listados en la Tabla. Los valores más
positivos que los expresados permitirán que ocurra la corrosión.
71
Tabla 4. Valores mínimos para protección catódica según la Norma Británica BS 7361-1:1991
Metal o Aleación
Electrodo de referencia (y condiciones de uso)
Cu/CuSO4 (en
suelos y agua
fresca)
Ag/AgCl/KCl
sat. (en
cualquier
electrolito)
Ag/AgCl/agu
a de mar
(ver nota 1)
Zn/Agua de
mar (ver nota
1)
Hierro y Acero V V V V Ambiente aeróbico -0,85 -0,75 -0,8 +0,25 Ambiente anaeróbico -0,95 -0,85 -0,9 +0,15 Plomo -0,6 -0,5 -0,55 +0,5 Aleaciones de Cobre -0,5 a -0,65 -0,4 a -0,55 -0,45 a -0,6 +0,6 a +0,45 Aluminio Límite positivo -0,95 -0,85 -0,9 +0,15 Límite negativo -1,2 -1,1 -1,15 -0,1 Nota 1: para uso en agua de mar aireada y no diluida. El agua de mar está en contacto
directo con el electrodo metálico.
•• La Norma ISO 15589-1:2003(5),en la sección 5.3.2.1, establece
que para las tuberías que operen en suelos anaerobios y donde se
conoce o sospeche una cantidad significante de BSR y/o otra bacteria
que tenga efectos catastróficos sobre tuberías de acero, se debe utilizar
potenciales más negativos que -0,950 V referidos a CSE para controlar
la corrosión externa.
•• La Norma DNV-RP-B401:2005(6), establece en la sección 5.4.1 que
un potencial de -0.800V con referencia a un electrodo Ag/AgCl/agua de
mar es aceptado generalmente (-0,850 V vs. Cu/CuSO4) como el
potencial protectivo de diseño. A su vez más adelante afirma que se ha
argumentado que un potencial de protección de diseño de -0,900 V
72
Ag/AgCl (-0,950 V vs. Cu/CuSO4) debe ser aplicado en ambientes
anaeróbicos.
•• La Norma Alemana DIN 30676(63) muestra una tabla (Tabla),
donde se enlistan diversos materiales junto con el medio en que se
encuentran, definiendo para cada caso un potencial de protección.
Tabla 5. Criterios de potencial según la norma Alemana DIN 30676
Material Temperatura, ºC o
electrolito
Potencial
VCSE
Materiales ferrosos no aleados y
de baja aleación
Por debajo de 40ºC (104ºF) -850 mV
Mayor a 60ºC (140ºF) -950 mV
Medio anaeróbico -950 mV
Suelo arenoso, ρ>500Ωm -750 mV
Acero inoxidable, Cr> 16%
Suelo o agua fresca,
temperatura menor a 40ºC -100 mV
Suelo o agua fresca,
temperatura mayor a 40ºC -300 mV
Agua salada -300 mV
Cobre, aleaciones cobre-niquel -200 mV
Plomo -650 mV
Aluminio Agua fresca -800 mV
Agua salada -900 mV
Acero en contacto con concreto -750 mV
Acero galvanizado -1200 mV
73
1.7. Antecedentes
Joseph L. Pikas(4) en 1990, 1993 y 1996, durante análisis de fallas
de tuberías de transmisión de gas, construidas de acero XL52, descubrió
que el principal responsable del problema fue la presencia de BSR que
causó daños en el recubrimiento, a pesar de que se cumplía con el
potencial de protección requerido. Se reportaron cuatro casos, todos
ellos ocurrieron a lo largo de una tubería que va desde Texas a Nueva
Jersey. Todos los casos de MIC se encontraron por debajo del
desprendimiento de recubrimiento de alquitrán de hulla y/o asfálticos.
Estos recubrimientos tenían entre 40 y 45 años en servicio y sufrían de
deterioro por el tiempo, operación y fuerzas mecánicas y eléctricas. Sin
embargo, las tuberías revestidas con alquitrán de hulla no tenían
protección catódica durante los primeros 5 años. Aparentemente esto
pudo impedir alcanzar la protección una vez que se ha permitido la
formación de los microbios. La tubería estaba enterrada en un suelo
arcilloso. A través de revisión visual, las picaduras exhibían apariencia
de copa, con picaduras hemisféricas profundas y las clásicas estrías.
Benson J. Y col. (64) en 1998 trabajaron en la permeación de
hidrógeno a través del acero protegido en el agua de mar abierto y en
lodo marino. El hidrógeno puede tener un efecto considerable en la
aceleración del crecimiento de grietas en aceros susceptibles en agua de
mar por lo que se evaluaron tuberías protegidas catódicamente y no
protegidas (BS 4360 grado 50) con varios recubrimientos y acabados de
superficie a través de un periodo de 12 meses en agua de mar abierto y
por un periodo de 6 meses en lodo marino posteriormente. La tubería
protegida catódicamente, de acero desnudo, mostró la mayor
permeación de hidrogeno y la tubería revestida mostró un mejor
74
comportamiento. Los recubrimientos sin “antifouling” mostraron un
rápido deterioro cuando se enterraron en el lodo marino, con un
aumento significativo de la permeación de hidrógeno. En general, el
recubrimiento “antifouling” dio la permeación de hidrogeno más baja en
ambos entornos.
Z. M. Muntasser, M. M. Al-Darbi, M. S. Tango y M. R. Islam en
2002(1) indican que las Bacterias Sulfato - Reductoras desempeñan un
rol considerable para determinar la falla de recubrimientos. Se usó
Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y analizador de imagen para
demostrar el mecanismo de corrosión inducida microbiológicamente. Los
sistemas de recubrimientos examinados, son usados ampliamente en
ambiente marino, el cual es susceptible a ataque bacteriano. El estudio
mostró que el sistema de recubrimiento con mejor desempeño en
presencia de MIC es el polisiloxano. El recubrimiento epóxico no fue
capaz de resistir el ataque por BSR. El estudio recomienda el uso de
polisiloxano en ambiente donde se espera el ataque de las BSR. El
recubrimiento de Zinc Inorgánico sin acabado también falló. Este
resultado era esperado ya que el recubrimiento no es resistente a la
corrosión en inmersión continua.
G. Zavala y col. (65) en 2006 determinaron el efecto de las Bacterias
Sulfato - Reductoras bajo protección catódica del acero XL52, a fin de
conocer si el valor de potencial de -0,950 V vs. Cu/CuSO4 es suficiente
para proteger la superficie metálica. Durante los experimentos,
diferentes parámetros operacionales fueron monitoreados: producción
de H2S, concentración de hierro, alcalinidad del electrolito, población de
microorganismos, así como los daños en la superficie del metal. Al
mismo tiempo, la velocidad de corrosión se determinó usando dos
75
técnicas electroquímicas: Resistencia a la polarización (RP) y
Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS). De acuerdo a los
resultados de la investigación, se observó que el potencial de protección
de -0,950 V vs Cu/CuSO4 no es suficiente para controlar la corrosión
inducida microbiológicamente. Esta situación es reforzada por el hecho
de que se encontró una concentración significativa de hierro en el
electrolito. La actividad microbiológica no es afectada por el potencial de
protección; al contrario, el crecimiento de la población es ligeramente
reforzado. La alcalinidad generada por el potencial aplicado no detuvo el
crecimiento de las BSR. Un tipo de corrosión localizada se desarrolló
durante los experimentos con microorganismos, aún cuando el potencial
de protección fue aplicado al sistema.
Gustavo Romero en 2006(11) evaluó la protección catódica de
tuberías sumergidas en un medio en donde se espera la presencia de
BSR para determinar su efecto sobre la efectividad de estos sistemas.
Inicialmente se evaluó el estado de las líneas por doce meses, mediante
inspecciones submarinas utilizando un equipo operado a control remoto
(R.O.V.). Posteriormente, se realizó un estudio comparativo de la
morfología de los daños encontrados y los reportados en diferentes
materiales expuestos a la acción de las BSR a nivel de laboratorio para
evaluar similitudes; complementado con un muestreo de las zonas
problema a nivel de sustrato y agua circundante con el propósito de
determinar mediante pruebas microbiológicas la presencia de BSR a
nivel sésil y planctónico y así confirmar su participación en el proceso
corrosivo. A partir de los resultados obtenidos se pudo establecer que
los ánodos de zinc representan una buena alternativa para uso en el
Lago de Maracaibo, siempre y cuando se mantengan suspendidos en el
agua y no en el lodo debido a las diferencias de resistividad. Los daños
76
por corrosión mostraron ataques localizados característicos de MIC con
títulos bacterianos de hasta 104 cel/mL en las áreas con potenciales de -
1020 mV vs. Ag/AgCl; lo cual indica que en presencia de BSR se deben
garantizar potenciales de protección más negativos que el criterio
recomendado para estas condiciones.
Matilde F. de Romero, Oladis T. de Rincón, Mónica Sanz, Brendy
Rincón, Lisseth Ocando, William Campos y Mariangela Bracho en 2008(2)
evaluaron la efectividad de la polarización catódica del acero al carbono
API 5L 42X expuesto a un consorcio bacteriano mixto de BSR extraído
del agua del lago de Maracaibo; mediante análisis microbiológicos,
electroquímicos y microscópicos. Realizaron varios estudios variando los
potenciales aplicados de polarización catódica desde -1,3 hasta -2,1 V
vs. Cu/CuSO4, durante un tiempo de exposición de 72 horas, tanto para
el medio inoculado como para el medio estéril seleccionado utilizando
para ello la celda desarrollada por Devanathan y Starchursky. También
se realizaron pruebas para ambos medios sin polarización, donde se
efectuaron diferentes análisis según el diseño experimental establecido.
Los resultados obtenidos demostraron que un potencial polarizado de -
0.950 V vs. Cu/CuSO4 no es suficiente para proteger el acero en
ambientes con BSR, debido al ataque sulfhídrico generado por los iones
bisulfuros (HS-) provenientes de la actividad metabólica bacteriana y a
la formación de compuestos de sulfuro de hierro no protectores y en
ciertos casos amorfos que impidieron la protección del metal.
Adicionalmente, se comprobó el efecto de la membrana extracelular
polimérica en el apantallamiento de las líneas de corriente y un
crecimiento celular sésil importante (5x104cel/cm2) aún a potenciales
polarizados de -1,43 V Vs Cu/CuSO4. El ataque sulfhídrico observado se
tipificó como hoyuelos redondeados aislados y en forma de cadenetas, al
77
igual que un ataque galvánico generado por los productos de sulfuro de
hierro.
Junire Parra en 2010(9) presentó los resultados obtenidos sobre la
influencia del EPS en la polarización adecuada del material. Para ello se
estandarizó el agua del Lago como medio de cultivo y se usó con Na2S o
inoculada con un cultivo mixto de BSR, sin o con una polarización
catódica aplicada de -1,47 V vs. CSE sobre una lámina de acero API 5L-
42X en una celda de Permeación de Hidrógeno. En los ensayos sin
polarización catódica, se obtuvo una disminución de la velocidad de
corrosión uniforme en presencia de las BSR desde 8,95 mpa en el agua
natural o estéril a 0,22 mpa; sin embargo, hubo corrosión localizada
típica de MIC. Igualmente en los ensayos con polarización catódica, se
observó la superficie de acero atacada con hoyuelos; reflejando esto que
el potencial polarizado alcanzado de -1,16 V vs CSE todavía no es
suficiente para proteger al material; lo cual se debe al efecto combinado
de los productos de sulfuro de hierro amorfos formados y al EPS. Esto
último se demostró al observar claramente como en el medio con Na2S,
la permeación fue mayor con un salto de potencial o “spike” menor,
mientras que con bacterias la corriente de permeación disminuyó y el
“spike” fue el máximo indicativo de la alta resistencia de la interfase
metal solución generada por el EPS.
Ennery J. León en 2011(13) realizó un estudio para estimar el
potencial polarizado que debe mantenerse para protección catódica de
tuberías sumergidas en el Lago de Maracaibo en presencia de Bacterias
Sulfato - Reductoras (BSR), mediante la instalación de un sistema piloto
de protección catódica por corriente impresa (SPPC). Primero, instaló
cupones de corrosión por tres (03) meses en una planta compresora de
78
gas ubicada en el Lago de Maracaibo para comprobar la presencia de
BSR en el sitio, y encontró que en tres meses hubo MIC con 49.261
cel/cm2. Posteriormente, instaló un sistema piloto de protección
catódica diseñado para evaluar tuberías sin recubrimiento y revestidas
con FBE (Fusion-bonded epoxy) y polietileno de alta densidad, a fin de
determinar la eficiencia de la protección catódica en presencia de BSR a
diferentes potenciales aplicados. León determinó que a 25 metros de
profundidad, todas las tuberías conectadas al SPPC, donde los
potenciales se mantuvieron en niveles más negativos que -1.250 mV Vs
Cu/CuSO4, no presentaron daños por MIC debido a las BSR, mientras
las no conectadas sufrieron este efecto.
Norsworthy R. en 2004(71) describe una prueba que permite evaluar
sistemas de recubrimiento con características “a prueba de fallas”, es
decir, que permite que la corriente de protección catódica pase a través
del recubrimiento y proteja el sustrato metálico si el recubrimiento
llegara a fallar y ocurriera la penetración de agua entre el recubrimiento
y el sustrato metálico. Norsworthy desarrolló una celda de prueba donde
evaluó distintos sistemas de recubrimiento; en los sistemas que
permitían el paso de corriente de protección catódica se notaba cambio
significativo del pH en la cavidad entre el sustrato y el recubrimiento
debido a la producción de OH-, mientras que en otros sistemas de
recubrimiento dieléctricos el pH no varió ya que no hubo paso de
corriente de protección catódica.
CAPÍTULO II
MARCO METODOLÓGICO
En el presente capítulo, se tratarán los aspectos básicos
relacionados con la metodología utilizada para la consecución de los
objetivos propuestos en esta investigación cuyo objetivo general fue
evaluar un sistema de recubrimiento polimérico en presencia de BSR y
protección catódica.
2.1. Tipo de Investigación
La investigación realizada fue considerada de tipo evaluativa, ya
que además de ensayos de laboratorio se hicieron ensayos pilotos que
permitieron estudiar el comportamiento de sistemas de recubrimientos
en presencia de BSR y protección catódica, así como potencial
polarizado, valores de pH, morfología de ataque, crecimiento bacteriano
sésil y planctónico.
2.2. Población y Muestra
La población estuvo constituida por los sistemas de recubrimiento
utilizados en líneas enterradas y/o sumergidas. De la población señalada
se tomó una muestra no probabilística del tipo intencional u
opinático(66). Para la muestra de esta investigación se consideró los
sistemas de recubrimientos poliméricos susceptibles al ataque por
bacterias sulfato reductoras y se seleccionó el agua del Lago de
Maracaibo directamente a altas profundidades.
80
2.3. Diseño experimental
2.3.1. Selección del sistema de recubrimiento a evaluar
Mediante una revisión bibliográfica, trabajos realizados en la
industria y consulta a expertos, se determinó los sistemas de
recubrimiento comúnmente utilizados en la industria para la protección
de estructuras enterradas y sumergidas en el occidente de Venezuela,
siendo esto fundamental para la selección del sistema del sistema de
recubrimiento a evaluaren presencia de BSR y protección catódica.
2.3.2. Evaluación del desprendimiento catódico del sistema de
recubrimiento seleccionado según (Norma ASTM G 95-07)(67)
Este método se encuentra diseñado para la evaluación acelerada de
recubrimientos usando una celda de prueba que debe ser adherida a la
superficie de la tubería recubierta. Pueden ser utilizadas probetas planas
o tuberías de diámetro pequeño, cuidando que el medio de prueba
permanezca inalterado. En el método se somete al recubrimiento
aplicado con un daño intencional realizado, a una corriente eléctrica en
un electrolito alcalino altamente conductivo.
Se utiliza un sistema de corriente impresa y debe emplearse el
instrumental eléctrico necesario para medir la corriente y el potencial a
lo largo de todo el ciclo de prueba. Al final de este ciclo la probeta es
examinada físicamente comparando el área de desprendimiento del
recubrimiento, alrededor del daño intencional en contacto con el
electrolito, respecto al área desprendida alrededor de un daño
intencional no sometido a la evaluación.
81
Para la evaluación del desprendimiento catódico debe emplearse los
siguientes equipos, materiales y reactivos:
• Probetas de segmentos de tubería revestidos con los sistemas de
recubrimientos evaluados (Epoxi líquido 100% sólido, Epoxi +
“antifouling” y FBE).
• Vaso transparente de plástico o vidrio, el cual es centrado alrededor
del daño intencional y adherido a la superficie a evaluar con un material
sellante (silicón) y resistente al agua. El vaso debe ser de 101,6 mm (4
pulg) de diámetro nominal y lo suficientemente alto para contener 1030
ml del electrolito.
• Una solución al 3% de cloruro de sodio, grado técnico, recién
preparada.
• Ánodo de platino de 0,51 mm de diámetro y suficientemente largo
para salir fuera de la celda y ser conectado al terminal positivo de la
fuente de poder. El ánodo se coloca dentro de un tubo de vidrio de
longitud 180mm y 8mm en diámetro, con disco poroso en su extremo
de diámetro 30 mm y tamaño de poro de 10 a 15 mm. El ánodo debe
quedar suspendido dentro la celda de manera tal que el extremo del
mismo se encuentre a una altura del daño intencional de 1 pulgada.
Para la determinación del potencial de la celda se utilizó un
electrodo de CSE y se sumergió 25,4 mm de la punta del electrodo en el
electrolito.
Se utilizó un equipo para pruebas de desprendimiento catódico
marca Paintronic Systems el cual suministra corriente DC de 0 a 18V de
desprendimiento catódico (Figura 15).
82
Figura 15. Equipo para pruebas de desprendimiento catódico.
El procedimiento utilizado, es el que se detalla a continuación:
1. Verificar la integridad del recubrimiento en el área donde se llevará
a cabo la evaluación, de acuerdo a la Norma ASTM G62(68).
2. Descartar las probetas donde se detecte cualquier tipo de daño.
3. Registrar el espesor mínimo y máximo de la zona de la probeta
donde se llevará a cabo la prueba, siguiendo el procedimiento indicado
en la norma ASTM G12 (69).
4. Realizar un daño intencional en cada probeta. El daño debe ser
elaborado con la mecha de un taladro con una profundidad tal que la
parte cilíndrica de la mecha toque el metal base. La mecha deberá tener
un diámetro de 3,2 mm.
5. Unir el vaso de prueba a la probeta asegurándose que el cilindro
ajuste satisfactoriamente a la curvatura de la probeta y que se
encuentre centrado respecto a daño intencional.
6. Añadir el electrolito hasta el nivel ya especificado.
7. Registrar el pH de la solución.
8. Chequear el nivel del electrolito diariamente y mantenerlo
añadiendo agua desionizada o destilada.
9. Realizar el montaje del contraelectrodo y conexiones eléctricas
como se indica en la Figura 16.
83
10. Conectar el conductor positivo de la fuente de poder al ánodo de
platino y el conductor negativo a la probeta (cátodo).
11. Aplicar una diferencia de potencial de -1,5V con respecto al
electrodo de referencia de CSE.
12. Llevar a cabo la evaluación a temperatura de 30ºC durante 30 días.
13. Colocar el electrodo de referencia CSE entre el ánodo y el daño
intencional por lo menos dos veces a la semana; leer y ajustar de ser
necesario, la fuente de poder de manera de garantizar una diferencia de
potencial de 1,5V entre el electrodo de referencia y la probeta.
14. Una vez transcurridos los 30 días, desmontar la celda de la probeta
y enjuagar el área de prueba con agua del grifo.
15. Inmediatamente limpiar y secar la muestra.
16. Examinar visualmente la probeta completa para detectar cualquier
evidencia de daño no intencional y pérdida de recubrimiento alrededor
de cualquier daño incluyendo aquel realizado de manera intencional.
17. Registrar el estado del recubrimiento en cuanto a color, ampollas,
resquebrajaduras y agrietamiento, depósitos adheridos, etc.
18. Intentar levantar el recubrimiento alrededor de ambos daños,
utilizando un instrumento de punta aguda.
19. Utiliza la adhesión en el daño como una referencia para establecer
la calidad de la adhesión alrededor del daño intencional.
20. Medir y registrar el daño total de desprendimiento del
recubrimiento alrededor de daño intencional.
21. Reportar los resultados obtenidos midiendo el área total de
desprendimiento por planimetría, conteo de cuadrados u otro método
preciso.
22. Sustraer el área inicial del daño intencional y calcular el diámetro
equivalente.
84
Figura 16. Diagrama de conexiones para pruebas de desprendimiento
catódico.
2.3.3. Evaluación del comportamiento del Sistema de Recubrimiento
seleccionado en presencia de BSR y Protección Catódica
Esta sección de la metodología, se basó en el diseño y/o uso de una
celda que permitió la evaluación del comportamiento de los sistemas de
recubrimiento en presencia de agua del Lago con y sin BSR como
electrolito y Protección Catódica, mediante la determinación del paso de
corriente de protección, contaje de bacterias tanto planctónicas como
sésiles aplicando dilución seriada, medición de variables de pH e
inspección del recubrimiento antes y después de la exposición a las BSR
y la polarización.
2.3.3.1. Diseño de la Celda electroquímica
El diseño de la celda estuvo fundamentado en la prueba de “fail
safe” de doble compartimiento desarrollada por Richard Norsworthy (70),
la cual consta de:
85
• Base de Celda.
• Disco de acero al carbono con reducción en la sección central y con 2
orificios para introducir el electrolito.
• Válvulas de paso.
• Recubrimiento.
• Cuerpo de Celda.
• Electrodo de Referencia.
• Contraelectrodo.
2.3.3.2. Diseño experimental para evaluar el comportamiento del
sistema de recubrimiento seleccionado en presencia de BSR y protección
catódica de la Celda
Para evaluar el efecto de las BSR sobre los recubrimientos en
presencia de protección catódica, se estructuró el siguiente diseño
experimental que constó de cinco (05) ensayos descritos a continuación
para cada sistema de recubrimiento evaluado:
1. Uso de agua destilada (AD) por encima y por debajo del
recubrimiento. Validación de la celda.
2. Uso de agua del Lago de Maracaibo por encima y por debajo del
recubrimiento. (AL1).
3. Uso de agua del Lago de Maracaibo inoculada al 10% con un cultivo
de BSR por encima del recubrimiento y sin inocular. (AL2).
4. Uso de agua del Lago de Maracaibo filtrada e inoculada al 10% con un
cultivo de BSR por encima y filtrada por debajo del recubrimiento.
(AL3).
5. Uso de agua del Lago de Maracaibo filtrada inoculada al 10% con un
cultivo de BSR por encima y por debajo del recubrimiento. (AL4).
86
Todos los ensayos se realizaron por duplicado y con un potencial
aplicado de -3,2V vs. CSE, tomado de los ensayos de campo realizados
por León E(13).
Variables independientes: potencial aplicado, la concentración
inicial de inóculo, electrolito utilizado, recubrimientos.
Variables dependientes: potencial polarizado, el crecimiento sésil y
planctónico y el pH.
El cultivo seleccionado fue una población de Bacterias Sulfatos-
Reductoras (BSR), específicamente de un cultivo mixto aislado
anóxicamente del agua del Lago de Maracaibo (10). Esta muestra de
cultivo mixto fue tomada por buzos profesionales, contratados por la
empresa PERLA a diez metros de profundidad y en condiciones de
anaerobiosis (Figura 17).
Figura 17. Toma de muestra de agua del Lago a 10 metros de
profundidad, realizado por buzos.
87
2.3.3.3. Procedimientos para la instalación de la celda electroquímica
a. Sustrato metálico
El material utilizado como disco de ensayo en la celda de doble
compartimiento, fue el acero al carbono API 5L Gr B de 12cm de
diámetro y 1 cm de espesor.
A los discos de acero, se le realizó una preparación de superficie
antes de cada ensayo, mediante lijado a granulometrías de 240, 360,
400, 500 y 600. El lijado se hizo en una sola dirección cambiando el
sentido en 90º cada vez que se avanzaba en la granulometría, hasta
alcanzar la uniformidad de la superficie. Luego se aplicó etanol a toda la
superficie de los discos de acero, antes de ser evaluado
morfológicamente en el microscopio óptico, con el fin de identificar el
estado de la muestra que posteriormente se sometería al ensayo en la
celda, según el siguiente procedimiento:
1. Realizar una revisión general del estado de la muestra.
2. Establecer coordenadas sobre la lámina de acero, utilizando los
instrumentos de medición de desplazamiento del Microscopio Óptico con
el fin de obtener zonas delimitadas que sirvan para la comparación de
áreas expuestas luego de someter la lámina al ensayo electroquímico
con BSR y protección catódica.
3. Tomar fotos de cada una de las zonas predeterminadas.
b. Sistema de Recubrimiento
Los sistemas de recubrimientos seleccionados en el diseño
88
experimental fueron aplicados sobre una tela de lino, de área mayor al
disco de acero seleccionado, utilizando una brocha y verificando la
completa penetración a través de los poros de la tela; una vez aplicado
el recubrimiento se procedió a colocarlo sobre un aro de madera y fue
sujetado con otro aro de mayor diámetro para lograr una tensión en la
tela, asegurando así una forma plana en el recubrimiento al momento
de su curado. El tiempo de curado fue de 48h, transcurrido ese tiempo,
se marcó en la tela con un marcador, el tamaño del disco y se recortó a
las mismas dimensiones utilizando unas tijeras para tal fin.
c. Esterilización de materiales(71)
Cuando un ensayo involucra el uso de cepas bacterianas, la
esterilidad es de suma importancia para eliminar cualquier tipo de
contaminación que pueda interferir con el proceso a estudiar. Los
materiales a esterilizar, deben encontrarse limpios y debidamente
preparados. En esta evaluación, la esterilización se realizó mediante el
uso de un autoclave automático y exposición a luz ultravioleta
dependiendo del material.
d. Esterilización al vapor con autoclave (MIC-004)(71)
Todo el material de vidrio limpio (excepto placas y pipetas) se
esterilizó según el siguiente procedimiento:
1. Lavar debidamente el material (agua jabonosa, cloro y agua
destilada), después de esterilizar material sucio o contaminado.
2. Dejar secar en estufa.
3. Taponar las aberturas posibles.
89
4. Colocar algodón en las puntas con aberturas.
5. Envolver con papel de aluminio.
6. Colocar en autoclave a 121 oC y 15 psi durante 15 min.
7. Sacar del autoclave y colocar en campana (bajo exposición de luz
UV).
Los materiales esterilizados por autoclave fueron:
• Cilindro graduado de 100 mL.
• Tubos de ensayo para la dilución seriada.
• Gasa (envueltos en aluminio y colocados dentro de un recipiente).
• Medio de Cultivo Postgate B.
• Jeringas.
• Frascos para la activación del inóculo.
e. Esterilización del material por exposición a luz U.V. (MIC-004)(71)
Este procedimiento se aplicó a todo el material de la celda. La
exposición fue de 24h en luz U.V. antes de realizar los ensayos y 1h
después de los mismos.
f. Esterilización de electrodos por exposición a luz U.V. (MIC-004)(71)
Dado que el electrodo de referencia (ECS) y el electrodo auxiliar
(grafito) no pueden someterse a severas condiciones de esterilización,
se lavaron con agua destilada y se introdujeron ambos por 24 horas en
etanol. El electrodo de referencia en un recipiente con etanol al 50 % y
el electrodo de grafito en un recipiente con etanol al 100 % y se
colocaron dentro de la campana expuestos a la luz UV, luego fueron
90
introducidos en agua estéril y secados con gasa estéril en presencia de
un mechero, antes de su uso.
Previo a la esterilización, el electrodo de calomelano es preparado
siguiendo el siguiente procedimiento:
1. Extraer la solución interna de KCl saturado.
2. Enjuagar la parte interna del electrodo con agua destilada (tres
veces).
3. Llenar la parte interna del electrodo con una solución de KCl
saturado.
4. Luego que el electrodo se haya estabilizado, confirmar su potencial
mediante la comparación con un electrodo de referencia en buen estado.
g. Filtración y desareación del medio electrolítico
Para usar el agua del lago como medio de cultivo fue importante
analizarla nuevamente desde el punto de vista de nutrientes una vez
realizada la remoción de la carga microbiana, para lo cual se aplicó la
técnica de esterilización por filtración, siguiendo el procedimiento que se
presenta a continuación:
Armar el sistema de filtración de vidrio estéril (Figura 18),
conectado a una bomba de vacío dentro de la cámara de anaerobiosis.
2. Pasar 3 litros de agua del Lago a través de filtros de membrana de
nitrocelulosa estériles de 0.45 µm de tamaño de poro y 47 mm de
diámetro.
3. Renovar el filtro cada 250 ml para evitar obstrucciones en el mismo
y hacer más rápido el proceso de filtrado.
91
4. Colocar en envases con tapa de rosca y buen sello para ser
preservados.
Figura 18. Sistema de filtración por membrana.
h. Preparación del medio de cultivo Postgate B para contaje de BSR
Los medios de cultivos son una fuente rica en nutrientes que
ayudan al desarrollo óptimo de las bacterias. Para este caso, se utilizó el
medio Postgate B (Figura 19), el cual contiene además de los nutrientes
requeridos por la bacteria iones ferrosos. Esto permite generar
biopelículas ricas en sulfuro de hierro.
A continuación se muestra el procedimiento de preparación de
medios de cultivo Postgate B:
1. Lavar todo material a utilizar.
2. Pesar cada uno de los componentes del medio en una balanza
digital.
92
3. Colocar en un matraz erlenmeyer que sea menor al volumen total de
medio a preparar, una pequeña cantidad de agua destilada.
4. Agregar los componentes uno a uno hasta disolución (utilizando
agua destilada hasta completar el volumen de medio a preparar) y en el
orden establecido en la Tabla 5.
5. Ajustar el pH del medio hasta 7,8 con una solución de NaOH 6N.
6. Desairear el medio de cultivo durante 15 minutos mediante el uso de
N2 de alta pureza.
7. Agregar 2 gotas de rezarsurina (indicador de anaerobiosis).
8. Dispensar en cámara de anaerobiosis (Figura 20) garantizando
condiciones anóxicas mediante el desaireo previo de cada material a
utilizar (tubo de ensayo, matraz erlenmeyer, etc.).
9. Esterilizar en autoclave a 21 psi y 121 °C durante 15 minutos.
10. Realizar prueba de esterilidad en la estufa a 37.5 °C durante 24h.
(a) (b)
Figura 19. Medio de cultivo dispensado. (a) Para dilución seriada. (b) Para activación del inóculo.
93
Figura 20. Cámara de anaerobiosis.
Tabla 6. Componentes del medio de cultivo Postgate B
Medio de Cultivo Postgate B
Componente Cantidad (g/L)
KH2PO4 0.5
NH4CL 1.0
CaSO4·2H2O 1.2647
MgSO4·7H2O 2.0
Lactato de sódio (50%)(ml/L) 5.5424
Extracto de Levadura 1.0
Ácido Ascórbico 0.1
Acido Tioglicolico 80%)(ml/L) 0.0984
FeSO4·7H2O 0.5
Resarzurina 0.001
94
i. Preparación del Buffer fosfato salino anaerobio (PBSa) (MIC-018)(71)
Este Buffer se prepara con el objetivo principal de detener el
crecimiento bacteriano sin llegar a dañar en ningún momento la
estructura celular de las bacterias generada por cambios osmóticos en la
pared celular. En ésta investigación el mismo se utilizó debido a que es
de suma importancia conocer el crecimiento bacteriano sésil al final de
cada experimento.
Procedimiento:
1. Lavar todo material a utilizar.
2. Pesar cada uno de los componentes del buffer en una balanza digital
(Tabla 6).
3. Disolver todos los componentes del buffer con agua destilada.
4. Desairear con N2 (g) durante 15 min.
5. Agregar 2 gotas de resarzurina.
6. Esterilizar en autoclave a 121°C y 15psi durante 15min.
Tabla 7. Reactivos y cantidades a utilizar en la preparación del Buffer PBS anaerobio
Buffer fosfato salino anaerobio
Componente Cantidad (g/L)
KH2PO4 0.4
K2HPO4 1
NaCl 2
H2O 1000mL
Resarzurina 0.001
95
j. Activación del inóculo bacteriano. (MIC–008)(71)
Para la activación del inóculo a utilizar en cada ensayo, inicialmente
se preparó un medio de cultivo rico en nutrientes (Postgate B) que
además presenta compuestos reductores como el ácido tioglicólico y el
ácido ascórbico. A partir de este medio de cultivo, se preparó un inoculo
al 10% del volumen total del medio utilizado para los ensayos y se
incubó a 37°C por 48 h, hasta alcanzar una densidad superior a
108 cel/mL, para garantizar que la cepa bacteriana se encuentre en fase
de crecimiento exponencial y por lo tanto de gran actividad metabólica,
permitiendo así, simular la concentración bacteriana en las tuberías
sumergidas en el lago de Maracaibo a más de diez metros de
profundidad de 106cel/ml.
Procedimiento de preparación del inóculo:
1. Esterilizar debidamente los frascos y tubos en los cuales se dispensa
el medio.
2. Dispensar asépticamente 54ml de medio de cultivo en frascos con
tapas.
3. Inocular 6ml de la cepa bacteriana en cada frasco con los 54ml del
medio de cultivo estéril, utilizando para ello una jeringa estéril
debidamente purgada.
4. Incubar por 48 horas a 37oC (Figura 21).
96
Figura 21. Activación del inóculo. De izquierda a derecha medio estéril
y medio inoculado.
k. Ensamblaje de la celda de doble compartimiento
El ensamblaje de la celda se realizó paso a paso (Anexo 1) dentro
de la cámara de anaerobiosis debido a la necesidad de condiciones
anóxicas dentro de la celda por la presencia de BSR en ciertos ensayos.
Una vez armada la herméticamente la celda, se extrajo de la cámara de
anaerobiosis, se colocó bajo una campana y se realizaron las conexiones
eléctricas necesarias al microstato Marca Thompson Electrochem LTD
Modelo Micro 1503, Potenciostato 15V y 0,3A (Figura 22). Los equipos,
materiales, reactivos y procedimientos detallados para la realización de
los ensayos electroquímicos se mencionan a continuación:
Equipos:
• pHmetro • Multímetro digital.
• Microstatos • Regulador
• Cámara de anaerobiosis • Campana
97
Materiales:
• Componentes de la celda • Mangueras y conexiones
• Jeringas de 10ml. • Alicate de presión
• Cilindro graduado de 100ml • Destornillador
• Vaso de precipitado de 250ml • Teflón
• Conexiones eléctricas • Desecador de Vidrio
• “Luggins” • Gasa
• Electrodos de Calomelano
(Referencia)
• Algodón
• Electrodos de grafito (auxiliares) • Papel absorbente
Reactivos:
• Electrolito (Agua destilada/Agua
del Lago de Maracaibo • KCl saturado
• Inóculo bacteriano de cultivo de
BSR. • Etanol
• Nitrógeno • Acetona
Figura 22. Microstato para aplicación de la polarización catódica.
98
Para el ensamblaje de la celda, se siguió el siguiente
procedimiento:
1. Desairear el electrolito a utilizar.
2. Introducir en la cámara de anaerobiosis:
• Componentes de celda indicados en el punto 3.1.
• 600 ml de medio de evaluación (agua destilada/agua del Lago de
Maracaibo).
• 60 ml ó 62,4ml de medio de cultivo inoculado (dependiendo del
ensayo).
• Dos (02) Jeringas de 10ml.
• Cilindro graduado de 100ml.
• Vaso de precipitado de 250ml.
• Alicate de presión.
• Destornillador.
• Teflón.
• Papel absorbente.
3. Cerrar la cámara de anaerobiosis.
4. Abrir la válvula de nitrógeno por unos minutos, luego presionar el
botón “vacum” para hacer el vacío, repetir este procedimiento 3 veces
para garantizar que la cámara esté libre de oxígeno.
5. Colocar el recubrimiento a evaluar sobre el disco de acero y
adicionar teflón alrededor para asegurar la unión.
6. Colocarle dos (02) tornillos a cada disco con la ayuda de un
destornillador para asegurar la continuidad eléctrica y realizar las
futuras conexiones.
7. Colocar el disco de acero sobre la base de la celda, sobreponer el aro
de goma y enroscar el cuerpo de la celda.
8. Voltear la celda y enroscar las llaves de paso.
99
9. Con la jeringa, adicionar aproximadamente 24 ml del medio
electrolítico por una de las llaves hasta que salga por la otra llave.
Cerrar ambas llaves. Para el caso de ensayos con BSR inoculadas bajo el
recubrimiento, adicionar aproximadamente 21,6ml del medio (Agua del
Lago de Maracaibo) y 2,4ml de BSR para sumar los 24ml de volumen
bajo el recubrimiento.
10. Voltear la celda armada y ajustada.
11. Verter 600ml del medio de evaluación para los ensayos sin BSR. En
el caso de los ensayos con BSR sobre el recubrimiento, agregar 540ml
del medio de evaluación e Inocular el reactor con un 10% del cultivo
mixto en el volumen total del mismo (60ml).
12. Enroscar la tapa de las celdas y colocarle los tapones.
13. Abrir la cámara de anaerobiosis y sacar las celdas de la cámara.
14. Colocar la celda bajo una campana limpia, cerca de una fuente de
poder.
15. Conectar los microstato a la fuente de poder.
16. Realizar las conexiones pertinentes del circuito eléctrico según el
diagrama eléctrico mostrado en la Figura 23.
100
Figura 23. Sistema de celda de doble compartimiento instalada.
l. Procedimiento de polarización y despolarización
Una vez ensamblada la celda de doble compartimento, realizadas
todas las conexiones del circuito eléctrico y medir luego el potencial
natural de corrosión del disco de acero, se inició la polarización a un
potencial aplicado de -3,2 V Vs CSE lo más rápidamente posible por un
período de 48 horas. Este potencial aplicado tan negativo, fue producto
de investigaciones anteriores realizadas directamente en un sistema
montado en campo, donde se determinó una polarización catódica de
-1,45 V vs. CSE a las 11 semanas de estar aplicando un potencial de -
4,60V vs. CSE a una tubería de ensayo revestida con FBE(11).
101
A continuación se indica el procedimiento desarrollado en esta
investigación para lograr registrar el potencial polarizado y la
despolarización del disco de acero; lo cual se realizó con el fin de
evaluar el verdadero potencial de polarización alcanzado por la lámina
bajo las condiciones generadas en el ensayo. Para esto se siguió el
siguiente procedimiento:
1. Conectar un multímetro digital de registro continuo entre el ER y el ET
y verificar el valor del potencial aplicado durante el tiempo del ensayo
(48h). Colocarlo para grabar cada segundo.
2. Desconectar rápidamente todas las conexiones realizadas desde el
microstato hacia cada celda al finalizar el ensayo.
3. Registrar la despolarización del disco mediante el multímetro digital
para obtener el registro de potencial continuo por segundo.
4. Apagar los equipos electrónicos utilizados.
2.3.3.4. Desinstalación de la celda
Al finalizar cada ensayo se procedió a desinstalar el sistema
retirando todas las conexiones, para luego desarmar la celda dentro de
la cámara de anaerobiosis con el fin de realizar los análisis
correspondientes. A continuación se presentan los pasos a seguir para
la desinstalación:
1. Introducir en la cámara de anaerobiosis los siguientes materiales y
equipos:
• pHmetro.
• Ocho (08) tubos previamente identificados para dilución seriada
con 9ml de medio de cultivo cada uno.
• Cuatro (04) frascos de PBSa con 10ml cada uno.
102
• Suficientes hisopos previamente esterilizados.
• Jeringas esterilizadas.
• Cuatro (04) Vasos de precipitado previamente identificados.
• Alicate de presión.
• Destornillador.
• Tijera.
• Papel absorbente
2. Retirar las conexiones eléctricas.
3. Introducir las celdas en la cámara de anaerobiosis previamente
preparada.
4. Retirar la tapa de la celda y medir pH del medio sobre el
recubrimiento.
5. Verter el medio que está sobre el recubrimiento en un vaso de
precipitado previamente identificado.
6. Tomar 1ml del medio para contar BSR planctónicas por dilución
seriada. (Realizar este paso en los ensayos donde se haya inoculado
BSR).
7. En uno de los tubos con 9ml de medio de cultivo previamente
identificado, añadir 1ml de la muestra tomada y realizar dilución seriada
mediante procedimiento MIC-006(72). Reservar el resto.
8. Abrir ambas llaves de paso y verter el medio debajo del
recubrimiento en otro vaso de precipitado identificado, tomar muestra
para contar BSR planctónicas por dilución seriada y reservar el resto.
Repetir pasos 6 y 7 para realizar posteriormente la dilución seriada.
9. Medir pH del medio bajo el recubrimiento, retirado en el paso 8.
10. Realizar reporte fotográfico de la coloración del medio.
11. Desacoplar el cuerpo de la base de la celda, para retirar el disco de
acero con el recubrimiento.
12. Realizar reporte fotográfico de la condición del recubrimiento.
103
13. Con un hisopo previamente esterilizado, realizar un raspado de la
superficie del recubrimiento en posición horizontal y luego en posición
vertical para realizar contaje sésil de las BSR.
14. Introducir el hisopo en un recipiente estéril con 10 mL de solución
salina estéril y anaerobia de pH 7,5 (buffer PBSa) y agitarlo
fuertemente.
15. Tomar 1ml de muestra de bacterias sésiles para contaje por
dilución seriada.
16. Repetir paso 7 en otro tubo previamente identificado.
17. Retirar teflón y separar el recubrimiento del disco.
18. Realizar reporte fotográfico de la superficie metálica.
19. Realizar raspado con hisopo estéril sobre la superficie metálica de la
sección central del disco y repetir los pasos 14,15 y 16.
20. Sacar todo el material de la cámara, lavar con agua, jabón y cloro
los elementos poliméricos y esterilizarlos en la campana con luz U.V.
21. Los componentes de vidrio esterilizarlos en el autoclave a 121 ºC y
15 psi, por 30 minutos.
2.3.3.5. Decapado y limpieza del disco de acero para el análisis de
morfología de ataque
A continuación se muestra procedimiento para la preparación del
disco y posterior visualización con el microscopio óptico:
Procedimiento para preparar la solución decapante (MIC-030)(71):
1. Preparar la solución decapante.
2. Agregar la solución decapante sobre el disco de acero.
3. Dejar actuar la solución por un tiempo de 30 seg.
104
4. Enjuagar con agua destilada en otro vaso de precipitado.
5. Enjuagar con etanol de alta pureza (no reutilizar).
6. Secar inmediatamente con un secador. Esperar a que seque
completamente y guardar en un desecador.
7. Observar al microscopio óptico.
2.3.3.6. Morfología de ataque a través de microscopia óptica
(MIC-028)(71)
Procedimiento:
1. Colocar el disco en el porta muestras de la cámara del microscopio.
Figura 24.
2. Revisar las coordenadas ya establecidas de un punto de referencia
para poder ubicar áreas específicas sobre la muestra.
3. Realizar observación de la superficie central del disco.
4. Luego de detectar diferentes zonas de interés tomar las
fotomicrografías correspondientes.
Figura 24. Microscopio óptico para observación de la morfología de
ataque.
105
2.3.4. Evaluación de la degradación de Sistemas de Recubrimiento en
presencia de BSR y Protección Catódica
Para la evaluación de la degradación de los sistemas de
recubrimiento, se diseñó un sistema piloto el cual constó de un
recipiente con 150 litros de agua del Lago de Maracaibo, donde se
sumergieron dos (02) tuberías. El medio se inoculó con el 10% de BSR y
se le aplicó protección catódica por un período de 90 días.
2.3.4.1. Diseño del Sistema Piloto
El sistema piloto que se diseñó para la evaluación de la degradación
de los sistemas de recubrimientos en presencia de BSR y protección
catódica, constó de los siguientes equipos, materiales y reactivos:
Equipos:
• Multímetro digital Marca Fluke modelo 189 (Figura 25).
• Medidor de Espesor de película seca marca Positector modelo 600
(Figura 26).
• Detector de discontinuidades (Holiday Detector) marca Tinker &
Rasor modelo AP (Figura 27) con indicación auditiva de detección de
discontinuidad.
• Rectificador para protección catódica marca Universal Rectifiers
Inc., modelo ASAI (Figura 28).
Materiales:
• Recipiente plástico de 150 litros de volumen.
106
• Tuberías de acero al carbono API 5L Gr B desnuda y recubierta.
• Conexiones eléctricas.
• Electrodos de CSE.
• Electrodos de Titanio.
• Ánodo de Ferro silicio de 30cm de largo y 3,6cm de diámetro.
Reactivos:
• Agua y lodo del Lago de Maracaibo.
• 10% de inóculo bacteriano de cultivo de BSR com 108 cel/ml.
• Sulfato de Cobre.
Figura 25. Multímetro digital.
107
Figura 26. Medidor de espesor de película seca.
Figura 27. Detección de discontinuidades en el sistema de
recubrimiento.
108
Figura 28. Especificaciones del rectificador.
Se utilizaron dos (02) tuberías de 2 pulgadas de diámetro y 50 cm
de largo. Una de las tuberías estaba desnuda y la otra recubierta con
FBE (Fusion Bonded Epoxy). Ambas tuberías se sumergieron en el
recipiente con agua del Lago y se aplicó un potencial de -3,3 V vs. CSE.
Al tercer día de haberse instalado el sistema piloto, se inoculó el 10%
del volumen total del recipiente con BSR. El periodo de evaluación
establecido fue de 90 días midiendo constantemente potenciales
aplicados, potenciales polarizados, así como el comportamiento de los
electrodos de referencia.
2.3.4.2. Procedimientos previos a la instalación del sistema
a. Preparación previa de las tuberías
Antes de someter a las tuberías al ensayo, fue necesario realizarle
dos (02) conexiones eléctricas en cada extremo mediante una soldadura
entre un tornillo enroscado a la tubería y el cable para garantizar una
fuerte unión y continuidad eléctrica. Seguidamente la unión fue
recubierta con resina para evitar posibles desprendimientos además de
109
proteger. De igual forma, se sellaron los extremos de las tuberías,
utilizando para ello una cinta dieléctrica que no permitió fugas de
corriente hacia la sección interna de las tuberías.
Para evaluar el comportamiento del recubrimiento utilizado, se le
realizó a la tubería revestida con FBE dos (02) daños intencionales con
la ayuda de un “dremel” de aproximadamente 1,2cm de diámetro en la
hora 12 y 6 de la tubería.
A la tubería desnuda se le realizó un lijado superficial en un área
previamente identificada para evaluar la morfología de ataque al
finalizar el ensayo.
b. Evaluación macroscópica de las tuberías
Para evaluar el estado externo de cada una de las tuberías antes y
después de la exposición, se hicieron inspecciones visuales completas,
utilizando una cámara fotográfica de alta resolución.
c. Medición de espesor de película seca
Siguiendo lo establecido en la norma ASTM D 1186 – 2001(72), se
procedió a realizar la medición de espesor de película seca en la tubería
revestida con FBE.
Se realizó la medición de espesores de la tubería cada 90° sentido
horario en ambos extremos de las tuberías y en el centro de la mismas,
de acuerdo a lo mostrado en las Figura 29 y 30. Las mediciones fueron
tomadas con el medidor de espesor antes y después del período de
exposición dentro del sistema piloto de la siguiente manera:
110
1. Verificar la calibración del equipo de medición de espesores de
acuerdo con las recomendaciones del fabricante.
2. Verificar que el recubrimiento esté seco antes de usar el quipo de
medición.
3. Verificar que la punta del equipo de medición y la superficie a ser
evaluada estén limpios.
4. Realizar las mediciones en una zona libre de campos magnéticos y
vibraciones.
5. Si es posible, realizar las mediciones al menos a 25 mm de los
bordes de la muestra.
6. Medir el espesor del recubrimiento según lo indicado por el
fabricante del equipo de medición.
7. Verificar la calibración periódicamente.
8. Realizar suficientes mediciones para caracterizar la superficie.
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
ZONA DE MEDICIÓN DE ESPESORES DE PELÍCULA
SECA
Figura 29. Zona de medición de espesores de película seca. 0°
90°
180°
270°
Figura 30. Medición radial de espesores de película seca.
111
d. Detección de discontinuidades en el sistema de recubrimiento
Considerando las normas ASTM D 5162 – 08(73) y “NACE SP0188-
2006(74), se realizó la detección de discontinuidades en el recubrimiento
con un “Holiday Detector” como se muestra a continuación:
Procedimiento:
1. La superficie debe estar limpia, seca y libre de aceite, polvo y otros
contaminantes.
2. Verificar que el recubrimiento esté seco antes de usar el equipo de
medición.
3. Calibrar el equipo de chispa de alto voltaje de la siguiente manera:
3.1. Conectar un voltímetro de alto voltaje entre la tubería y el cable
a tierra (el que conecta la tubería y la fuente de poder).
3.2. Encender el equipo.
3.3. Compare el voltaje del voltímetro con el voltaje de salida de la
fuente de poder. Dependiendo del tipo de medidor, ajuste el voltaje
especificado (±5%).
3.4. Apagar el equipo.
3.5. Desconectar el multímetro.
4. Ajustar la tensión adecuada del equipo de chispa de alto voltaje de
acuerdo al espesor del recubrimiento de prueba.
5. Conectar el cable a tierra al sustrato conductor a ser evaluado y
garantizar la conexión eléctrica.
6. Verificar la conexión entre el electrodo de exploración y el substrato
conductor a ser evaluado.
7. Mover el electrodo de exploración sobre la superficie a una velocidad
de aproximadamente de 0,3 m/s (1 ft/s) con un solo paso. La humedad
en el recubrimiento puede causar indicaciones erróneas.
8. Registrar las fallas y discontinuidades del recubrimiento en los
112
formatos correspondientes.
2.3.4.3. Instalación y seguimiento del Sistema Piloto
a. Instalación del sistema piloto
La instalación del sistema piloto, se realizó en el Centro de
Estudios de Corrosión de la Universidad del Zulia, utilizando los equipos,
materiales y reactivos señalados en el punto 4.1. y siguiendo el
procedimiento descrito a continuación:
1. Verter el lodo proveniente del Lago de Maracaibo en el recipiente de
evaluación, esperar que se asiente.
2. Agregar lentamente 135 litros aproximados de agua del Lago de
Maracaibo en el recipiente.
3. Sumergir la tubería desnuda y la revestida en el recipiente, dejando
por fuera los cables conectado a los extremos de cada tubería.
4. Realizar las conexiones pertinentes entre ambas tuberías y el
rectificador e identificar todos los cables.
5. Realizar conexiones del ánodo de ferro silicio e introducirlo en el
recipiente.
6. Introducir electrodos de referencia de CSE y titanio.
7. Conectar multímetro digital a cada tubería con su electrodo de
referencia respectivo.
8. Medir potenciales en circuito abierto, antes de encender el equipo,
reportar valores.
9. Ajustar los taps para conseguir el voltaje deseado en el rectificador
(2 el grueso y 1 el fino) y encender el equipo. Figura 31.
10. Medir nuevamente los potenciales aplicados para cada tubería en
113
circuito cerrado y reportar valores.
11. Retirar multímetro y electrodos de referencia hasta la siguiente
medición.
12. Dejar encendido el rectificador.
Figura 31. Taps fijados para ensayos de sistema piloto.
b. Medición de potenciales en el sistema
Las mediciones de potencial se realizaron durante doce semanas,
las primeras dos semanas continúas y las siguientes semanas tres
veces, con el rectificador encendido (“ON”) y medición de potencial
polarizado (“OFF”), las cuales contemplaron el uso del electrodo de
referencia de cobre/sulfato de cobre - Cu/CuSO4 (CSE) (Figura 32). La
medición de potencial polarizado se realizó aplicando la técnica de
“Instant OFF”.
114
Sello O-ring
Cuerpo del Electrodo
Sello O-ring
Solución Saturada deSulfato de Cobre
Varilla de Cobre Puro
Cristales deSulfato de Cobre
Tapón Poroso
Figura 32. Media celda de referencia de Cobre/Sulfato de Cobre.
Para la medición de potenciales se siguió el procedimiento descrito
a continuación:
1. Introducir los electrodos de referencia dentro del recipiente de
evaluación.
2. Realizar conexiones respectivas entre las tuberías y los electrodos de
referencia con los multímetros.
3. Tomar medidas en circuito cerrado.
4. Tomar medidas de potenciales de polarización para cada tubería
apagando rápidamente el rectificador. Registrar valores.
5. Encender nuevamente el sistema.
6. Retirar el multímetro y conexiones.
7. Retirar electrodos de referencia, lavarlos y guardarlos.
8. Tapar completamente el recipiente de evaluación hasta la siguiente
medición.
115
2.3.4.4. Desinstalación del Sistema Piloto
Una vez transcurridos los 90 días, se procedió a desinstalar el
sistema. La evaluación posterior al ensayo, constó en medir ciertos
parámetros valorados previamente antes de la instalación del sistema,
como lo fueron: evaluación macroscópica, medición de espesor de
película seca y detección de discontinuidades en el sistema de
recubrimiento, además de la medición de potenciales polarizados que se
realizó durante los días que duró el ensayo; adicionalmente se realizó
contaje de bacterias planctónicas y sésiles y morfología de ataque.
La última medición de potenciales se realizó dejando apagado el
equipo, retirando todas las conexiones de las tuberías y extrayéndolas
del recipiente de evaluación. Inmediatamente se trasladaron a la
cámara de anaerobiosis para las evaluaciones respectivas.
a. Contaje de bacterias sésiles
Para la confirmación de la presencia y cuantificación de Bacterias
Sulfato Reductoras adheridas a las tuberías, se hizo inspección detallada
y registro fotográfico del macroensuciamiento, luego se tomaron
muestras de biopelícula generada sobre las tuberías siguiendo las
indicaciones del estándar NACE Standard TM0194-200(75), para lo cual
se requirió el uso de búfer fosfato salino anaerobio (PBSa), cuyo
procedimiento de preparación se indicó en el punto 3.3.6., de igual
manera se utilizó medio de cultivo Postgate B, preparado de acuerdo a
lo señalado anteriormente.
El contaje planctónico se realizó sumergiendo un toma muestras de
116
jeringas en el recipiente para extraer 1ml de fluido, a 3cm del fondo del
recipiente y otro en la mitad del recipiente, aproximadamente a 25cm
del fondo del recipiente. Posteriormente se procedió a realizar la dilución
seriada.
El contaje sésil, se realizó de acuerdo con el siguiente
procedimiento dentro de la cámara de anaerobiosis:
1. Con la ayuda de unas paletas previamente esterilizadas, tomar
muestras en las áreas donde se considere necesario.
2. Agregar cada muestra dentro de un frasco de 10ml de PBS,
incluyendo la paleta toma muestra.
3. Agitar fuertemente el frasco y tomar con una jeringa 1ml de
muestra.
4. Agregar el ml de muestra en un tubo con 9ml de medio de cultivo
Postgate B.
5. Realizar dilución seriada.
Para el caso de la tubería recubierta con FBE, se tomó muestra por
estratos del producto formado sobre el daño intencional, desde el más
superficial hasta el más interno.
b. Morfología de ataque
Luego de realizar el contaje de bacterias, se procedió a limpiar las
tuberías con ácido clorhídrico inhibido de acuerdo a la norma
NACE - TM0169-2000(76) y se observaron mediante Lupa Estereoscópica
en busca de señales de daños por corrosión inducida
microbiológicamente.
117
c. Morfología de la biopelícula y análisis elemental de productos por
medio de microscoía electrónica de barrido (MEB) (MIC-029)(71)
La morfología de la biopelícula y el análisis elemental de los
productos, se realizó en el Instituto Zuliano de Investigaciones
Tecnológicas (INZIT) con un Microscopio Electrónico de Barrido (MEB)
ambiental, marca FEI modelo Quanta 200-F.
El muestreo de la biopelícula, se realizó con la ayuda de unas
paletas previamente esterilizadas, se tomó muestras en las áreas de
interés, se colocó en unas placas de petri de vidrio también esterilizadas
y se llevó refrigerada hasta el laboratorio donde se evaluaron.
Procedimiento:
1. Hacer una visión de la muestra en la lupa estereoscópica, y
denotar morfología.
2. Colocar dentro del MEB.
3. Hacer una observación de 1000X en toda la muestra.
4. Asegurar observación en los campos representativos de la
muestra (sup- inf; izq-der, centro).
5. Aumentar la magnificación a 2500X en zonas profundas,
desprendimientos de depósitos y bordes de depósitos.
6. Determinar la densidad de bioensuciamiento, por población celular
y productos filamentos, entramados asociados a los biopolímeros.
7. Guardar las imágenes indicadas anteriormente, desde la zona
encontrada a 500, 1000, 2500 y 5000X.
8. Detallar morfología celular a 10000X.
9. Realizar EDS a productos globulares (generalmente asociados a
FexSy).
CAPÍTULO III
DISCUSIÓN DE RESULTADOS
3.1. Sistemas de recubrimientos seleccionados
Hoy en día los sistemas de recubrimientos más utilizados en
tuberías enterradas y/o sumergidas en la industria petrolera son el
polietileno de alta densidad y el FBE. Sin embargo, el FBE es afectado
por las BSR(1,11) según evaluaciones realizadas a tuberías en medios
altamente agresivos, tal y como se muestra en las Figuras 33 y 34. Por
esta razón se seleccionó este sistema de recubrimiento para su estudio
en presencia de BSR y protección catódica.
Figura 33. Pérdida y degradación del FBE y ataques localizados profundos en forma de picaduras(11).
119
Figura 34. Hoyuelos redondeados y definidos con pérdida y degradación del FBE(11).
En esta investigación se utilizó el epoxi líquido 100% sólido, el cual
posee propiedades similares al FBE, ambos son resinas epóxicas 100%
sólido y son utilizados como recubrimientos de protección contra la
corrosión en medios enterrados y/o sumergidos. Generalmente, estos
son utilizados en reparaciones de líneas, mientras que el FBE se utiliza
por diseño en un tendido de línea. En esta investigación se utilizó epoxi
fenólico líquido 100% sólido en lugar del FBE, por su característica de
aplicación, ya que la celda utilizada solo permite recubrimientos que
puedan ser aplicados sobre una superficie delgada, porosa y no
metálica.
La Tabla indica las principales características del FBE, obtenidas de
la hoja técnica del fabricante y del epoxi fenólico líquido 100% sólido
utilizado en esta investigación. Adicionalmente, se consideró la
evaluación de un “antifouling” colocado sobre el epoxi líquido; el cual
como se mencionó en la revisión bibliográfica, se utiliza mayormente en
embarcaciones para evitar la adhesión de microorganismos y cuyas
características también se indica en la Tabla. No obstante, en este caso
se evaluó para determinar su comportamiento en presencia de
protección catódica y como una posible solución a la problemática
planteada de degradación del FBE.
120
Tabla 1. Característica técnica de los productos evaluados, según lo indicado en la hoja técnica del fabricante
Tipo de
vehículo
N° de
compo
nentes
% Sólidos
por vol
(S/V)
Contenido
de VOC
(g/L)
Rendimiento
teórico Color
Método de
aplicación Propiedades
FBE 1 100 0 0,735
m2/kg/mm
Verde
<45°C
Rojo
>45°C
Fusión
Representa un avance en la tecnología de
recubrimientos epóxicos adherido por
fusión, al proporcionar una importante
mejora en la adhesión por calor y
humedad.
Epoxi
Fenólico
100%
Sólido
2 100 0 0,17 m2/L Gris Manual
Material de dos componentes, aplicados
con brocha o espray, diseñado para la
protección de superficies metálicas y no
metálicas que operan bajo inmersión o en
contacto con solución acuosa.
“Anti-
fouling” 1 40 503,6 60 m2/gal Rojo Manual
Recubrimiento que contiene venenos de
alta potencia, los cuales inhiben por largo
tiempo la adherencia de organismos. Este
recubrimiento es libre de TBT y contiene
óxido de cobre, óxido de zinc, isobutil metil
cetona y otros compuestos. Controla los
tipos comunes de ensuciamiento durante
períodos de hasta 18 a 24 meses.
121
3.2. Desprendimiento catódico de los sistemas de recubrimientos
seleccionados
Los ensayos de desprendimiento catódico son utilizados para
determinar la eficiencia de los sistemas de recubrimiento en presencia
de protección catódica como método de control de corrosión; en este
ensayo los sistemas de recubrimiento seleccionados (Figura 35), se
sometieron a un potencial preestablecido, con valores similares a los
que se pueden alcanzar durante la aplicación de protección catódica.
Figura 35. Foto de recubrimientos evaluados antes de la prueba de
desprendimiento catódico.
En la Figura 36 se puede apreciar el desprendimiento catódico
para los sistemas de recubrimientos evaluados luego de las pruebas. La
Figura 37 muestra la misma evaluación realizada por Castaño P y col.(77)
para el FBE a fines comparativos. Los resultados se muestran en la
Tabla.
122
(a)
(b)
Figura 36. Resultados del desprendimiento catódico para los sistemas de recubrimientos seleccionados. (a) Epoxi líquido (EL). (b) Epoxi
líquido + “Antifouling” (EL+A).
123
(a)
(b)
Figura 37. Desprendimiento catódico para el sistema de recubrimiento FBE(78). (a) Prueba montada. (b) Resultado de la prueba.
124
Tabla 9. Resultados de desprendimiento catódico
Sistema de Recubrimiento
Potencial Polarizado (V vs. )
Espesor de película Seca
(Mils)
Radio desprendido
(mm)
Epoxi Líquido (EL)
-1.5 S/I 20
Epoxi Líquido+ “Antifouling” (EL+A)
-1.5 S/I 22
FBE -1.5 16 38
La especificación EM-01-01/16 de PDVSA establece que el máximo
diámetro de desprendimiento permitido en la resina epóxica es de
25 mm, lo cual solo fue cumplido por el sistemas de recubrimientos EL,
a diferencia de los recubrimientos EL+A y FBE, que sobrepasaron el
radio de desprendimiento aceptable por la especificación,
principalmente el FBE cuyo valor fue de 38 mm muy por encima del
valor aceptado por PDVSA. No obstante, otros trabajos realizados
anteriormente(44), muestran un desprendimiento catódico de 7,3 mm de
radio desprendido para el sistema de recubrimiento FBE a las mismas
condiciones; por su parte, la hoja técnica del recubrimiento FBE indica
un radio de desprendimiento de 2,5 mm a potenciales polarizados de -
1,5 V vs. CSE a 23°C y 28 días de exposición.
Este valor de potencial de desprendimiento catódico es bastante
crítico, ya que limita a un valor bastante bajo, el valor máximo de
potencial polarizado que podría alcanzar la tubería sin que ocurra este
fenómeno. Este resultado explica la razón por la cual a nivel industrial
ocurre con bastante frecuencia este problema en las tuberías
recubiertas con FBE.
125
3.3. Evaluación del comportamiento del Sistema de
Recubrimiento seleccionado en presencia de BSR y Protección
Catódica
3.3.1. Adecuación de la celda electroquímica
El diseño de la celda original fue modificado y se construyeron dos
nuevas celdas con los siguientes componentes:
• Disco de acero al carbono de 12 cm de diámetro y 1 cm de espesor
con reducción en la sección central de 7,6 cm de diámetro y 5 mm de
espesor, el cual define dos círculos concéntricos estando el
recubrimiento colocado directamente sobre el disco externo; la sección
interna cuenta con 2 orificios de 8,5 mm de diámetro para introducir el
electrolito con la finalidad de simular un ampollamiento (Figura 38).
• Tela + Recubrimiento: tela de lino en forma circular de 4 pulgadas de
diámetro a la cual se le aplicó el recubrimiento a evaluar hasta lograr
cobertura total, primero con el EL y luego con el “antifouling” según
ensayo a realizar (Figura 39).
• Tornillos: dos (02) tornillos de 8/32” que permite conexión eléctrica
con el disco (Figura 40a).
• Tapones: material polimérico que sella los orificios de la tapa de la
celda, donde van introducidos los electrodos (Figura 40b).
• Válvulas de paso: dos (02) válvulas de cobre de 1/8 de pulgada NPT
rosca de tubo (Figura 40c).
• Electrodo de Referencia: calomelano (SCE) (Figura 40d).
126
• Contraelectrodo: grafito (Figura 40e).
• Aro de Goma: material polimérico que permite sello hermético entre
disco de acero y cuerpo de la celda.
• Base de Celda 1: componente plástico que soporta al disco de acero y
cuerpo de la celda (Figura 41e). La Figura 41 muestra el ensamblaje de
la celda.
• Cuerpo de Celda 2: componente plástico reservorio del medio
electrolítico (Figura 41e).
• Tapa de Celda: componente plástico con tres (03) orificios de
distintos diámetros, que sella cuerpo de celda en sección superior
(Figura 41e).
Figura 38. Disco de acero al carbono utilizado en la celda, definido por dos (02) discos concéntricos. La tela se coloca directamente sobre la
superficie del disco externo.
127
(a) (b)
Figura 39. Sistemas de recubrimientos seleccionados (a) Epoxi líquido (EL). (b) Epoxi líquido + “Antifouling” (EL+A).
Figura 40. a) Tornillos; b) Tapones; c) Válvulas; d) Electrodo de calomelano; e) Electrodo de grafito.
a)
b)
c)
d)
e)
128
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Figura 41. Ensamblaje de celda dentro de la cámara de anaerobiosis para recubrimiento EL+A. (a) Colocación del recubrimiento sobre
sustrato metálico. Instalación de tornillos para contacto eléctrico. (b) Colocación de llaves de paso para introducir electrolito de trabajo en el espacio entre sustrato metálico y recubrimiento. (c) Y (d) Adición de
medio electrolítico y BSR respectivamente sobre la superficie del recubrimiento. (e) Celdas ensambladas.
129
3.3.2. Validación de la celda
La celda fue validada mediante ensayos con agua destilada sin BSR
como electrolito, aplicando protección catódica por un periodo de 48
horas con los recubrimientos epoxi líquido (EL) y epoxi líquido +
“Antifouling” (EL+A) (Figura 42). Los resultados de potencial de
corrosión, potencial aplicado, potencial polarizado y pH por duplicado
para ambos sistemas de recubrimiento se presentan en la Tabla 10.
Figura 42. Dos celdas de doble compartimiento instaladas para realizar
simultáneamente los ensayos por duplicado.
130
Tabla 10. Resultados de la validación en agua destilada de la celda para evaluación de recubrimientos en presencia de Protección Catódica
y BSR
EL EL+A
Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Ecorr (V) vs. CSE -0,6414 -0,7135 -0,6775 -0,7363 -0,7594 -0,7479
Potencial Aplicado (V) vs. CSE -3,2023 -3,2135 -3,2079 -3,2131 -3,2127 -3,2129
Potencial Polarizado (V) vs. CSE (Instant OFF)
-1,0081 -1,1080 -1,0581 -0,9997 -0,9307 -0,9652
Potencial Despolarizado a los 6min (V) vs. CSE
-0,8246 -0,8430 -0,8338 -0,7334 -0,7628 -0,7481
Polarización Epol-Ecorr (mV) 367 395 381 263 171 217
Despolarización Epol-Edesp (mV) 184 265 224 266 168 217
pH Agua destilada Inicial 6,85 6,82
pH sobre el recubrimiento 6,11 6,74 6,43 6,56 6,37 6,47
pH debajo del recubrimiento 10,38 9,5 9,94 13,04 12,65 12,85
Nota: Los valores de potenciales fueron registrados usando SCE y luego fueron convertidos a Cu/SO4Cu (CSE).
En la Tabla 10 se puede apreciar que se logró la polarización
catódica del acero alcanzando potenciales más negativos que -0,950V
vs. CSE (≈-1.0 V vs. CSE), tal como lo establece el criterio internacional
de protección catódica(3-5) y pHs debajo del recubrimiento bastante
básicos; lo cual cuando existan las BSR permitirá evaluar el efecto de
las mismas sobre el pH, el recubrimiento y la polarización.
En este ensayo, usando agua destilada, la única diferencia
importante observada entre el EL sin y con “antifouling” fue en el pH,
(pH=10 para EL y 13 para EL+A). Esto pareciera indicar que existe un
mayor drenaje de corriente hacia el disco interno desnudo, lo cual
131
incrementa las reacciones catódicas de producción de OH- en la zona;
debido a la mayor resistencia del recubrimiento al paso de la corriente
en las zonas del disco externo donde EL+A está colocado directamente
sobre el mismo. El recubrimiento “antifouling” sella parte de los poros
que tenía el EL, incrementando así su resistencia al paso de corriente;
de tal manera que esto disminuye la absorción de agua en esa zona.
Por el contrario el disco interno contiene agua, lo cual facilita la
conducción de corriente.
Figura 43. Curva de despolarización para ensayos de validación de
celda.
En las Figura 44 y 45 se muestra el reporte fotográfico de los
ensayos realizados en la celda electroquímica, utilizando como
electrolito agua destilada para los sistemas de recubrimientos EL y
EL+A respectivamente, notándose en ambos casos productos de color
negro aparentemente protectores sobre la superficie del mismo de
Fe3O4 según diagrama de Pourbaix(57).
EL
EL+A
132
(a) (b)
Figura 44. Desmontaje del ensayo para sistema de recubrimiento EL con electrolito AD. (a) Lado interno de recubrimiento EL. (b)
Condiciones del disco luego del ensayo.
Figura 45. Desmontaje del ensayo para sistema de recubrimiento EL+A
con electrolito AD. (a) Lado interno de recubrimiento EL+A. (b) Condiciones del disco luego del ensayo.
133
3.3.3. Evaluación del sistema de recubrimiento seleccionado en
distintos medios electrolíticos
Las Tabla y muestran los resultados obtenidos de los ensayos
realizados con los sistemas de recubrimientos EL y EL+A aplicando -
3,2V vs. CSE de protección catódica e inoculando BSR en algunos
medios de evaluación, comparándolo con los resultados obtenidos con
agua destilada.
134
Tabla 11. Resultados de la evaluación del sistemas de recubrimiento EL en presencia de PC y BS
AD AL1 AL2 AL3 AL4
Ensayo 1
Ensayo 2 Promedio Ensayo
1 Ensayo
2 Promedio Ensayo 1
Ensayo 2 Promedio Ensayo
1 Ensayo
2 Promedio Ensayo 1
Ensayo 2 Promedio
Ecorr (V) vs. CSE -0,6414 -0,7135 -0,6775 -0,7437 -0,7602 -0,7520 -0,7287 -0,7660 -0,7474 -0,7114 -0,7310 -0,7212 -0,7040 -0,7140 -0,7090
Potencial Aplicado (V) vs. CSE -3,2023 -3,2135 -3,2079 -3,2145 -3,2144 -3,2145 -3,1944 -3,2151 -3,2048 -3,2125 -3,2136 -3,2131 -3,2076 -3,2122 -3,2099
Potencial Polarizado (V) vs. CSE (Instant OFF)
-1,0081 -1,1080 -1,0581 -0,8301 -0,8717 -0,8509 -0,8467 -0,8195 -0,8331 -0,8831 -1,0263 -0,9547 -0,9973 -1,0334 -1,0154
IxR 2,19 2,11 2,15 2,38 2,34 2,36 2,35 2,40 2,37 2,33 2,19 2,26 2,21 2,18 2,19 Potencial Despolarizado a los 6min (V) vs. CSE
-0,8246 -0,8430 -0,8338 -0,6850 -0,6676 -0,6763 -0,7063 -0,6987 -0,7025 -0,7394 -0,7571 -0,7483 -0,8905 -0,8745 -0,8825
Polarización Epol-Ecorr (mV) 367 395 381 86 112 99 118 54 86 172 295 234 293 320 306
Despolarización Epol-Edesp (mV) 184 265 224 141 204 175 140 121 131 144 287 206 107 159 133
pH Electrolito Inicial 6,85 8,00 8,00 8,00 8,00
pH sobre el recubrimiento 6,11 6,74 6,43 6,78 6,82 6,80 7,21 6,98 7,10 6,82 6,8 6,81 7,11 7,5 7,31
pH debajo del Recubrimiento 10,38 9,5 9,94 12,01 12,55 12,55 11,94 11,95 11,95 12,11 12,38 12,38 5,9 6,1 6
BSR Planctonica sobre el recubrimiento (cel/ml)
1x107 1x108
1x108 1x1010
1x106 1x105
BSR Sesil sobre el recubrimiento(cel/cm2) 2x106 2x106 2x1010 2x1010 2x103 2x105
BSR Planctonica debajo del Recubrimiento (cel/ml)
1x104 0 1x106 1x106 1x103 1x105
BSR Sesil debajo del recubrimiento (cel/cm2) 5x103 5x102 5x106 5x105 5x101 5
AD: agua destilada. AL1: agua del Lago de Maracaibo. AL2: agua del Lago de Maracaibo con BSR por encima del recubrimiento. AL3: agua del Lago de Maracaibo filtrada y con BSR por encima del recubrimiento. AL4: agua del Lago de Maracaibo filtrada y con BSR por encima y por debajo del recubrimiento.
135
Tabla 12. Resultados de la evaluación del sistemas de recubrimiento EL+A en presencia de PC y BSR
AD AL1 AL2 AL3
Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio Ensayo 1 Ensayo 2 Promedio
Ecorr (V) vs. CSE -0,7363 -0,7594 -0,7479 -0,6934 -0,7220 -0,7077 -0,7575 -0,7098 -0,7337 -0,7568 -0,7582 -0,7575
Potencial Aplicado (V) vs. CSE -3,2131 -3,2127 -3,2129 -3,2136 -3,2135 -3,2136 -3,2122 -3,2127 -3,2125 -3,2118 -3,2109 -3,2114
Potencial Polarizado (V) vs. CSE (Instant OFF) -0,9997 -0,9307 -0,9652 -0,7894 -0,8375 -0,8135 -0,8470 -0,8225 -0,8348 -0,8868 -0,8247 -0,8558
IxR 2,21 2,28 2,25 2,42 2,38 2,40 2,37 2,39 2,38 2,33 2,39 2,36
Potencial Despolarizado a los 6min (V) vs. CSE -0,7334 -0,7628 -0,7481 -0,7228 -0,775 -0,7489 -0,7861 -0,7588 -0,7725 -0,7452 -0,7683 -0,7568
Polarización Epol-Ecorr (mV) 263 171 217 96 116 106 90 113 101 130 67 98
Despolarización Epol-Edesp (mV) 266 168 217 66 76 64 60 64 142 142 56 109
pH Electrolito Inicial 6,82 8,00 8,00 8,00
pH sobre el recubrimiento 6,56 6,37 6,47 6,22 6,96 6,59 6,98 6,86 6,92 7,28 7,44 7,36
pH debajo del Recubrimiento 13,04 12,65 12,85 10,22 9,78 10,00 12,05 11,65 11,85 9,88 8,36 9,12
BSR Planctonica sobre el recubrimiento (cel/ml)
1x107 1x108
1x107 1x109
BSR Sesil sobre el recubrimiento(cel/cm2) 2x105 2x108 2x106 2x106
BSR Planctonica debajo del Recubrimiento (cel/ml) 1x101 1x101 1x103 1x102
BSR Sesil debajo del recubrimiento (cel/cm2) 5 5x101 5x102 5
AD: agua destilada. AL1: agua del Lago de Maracaibo. AL2: agua del Lago de Maracaibo con BSR por encima del recubrimiento. AL3: agua del Lago de Maracaibo filtrada y con BSR por encima del recubrimiento. AL4: agua del Lago de Maracaibo filtrada y con BSR por encima y por debajo del recubrimiento.
136
3.3.3.1. Polarización y despolarización del metal
En las Figuras 46 y 47 se observa la comparación de la
polarización y despolarización del acero en los distintos medios de
evaluación con los dos sistemas de recubrimiento, EL y EL+A
respectivamente, luego de 48 horas de ensayo. Se aprecia que los
potenciales naturales de corrosión del acero se mantienen alrededor
de -0,7 V vs. CSE, valor esperado para medios acuosos desaireados;
por su parte los valores del potencial polarizados y despolarizados son
producto de la aplicación de -3,2 V vs. CSE y de la resistencia entre el
metal y la solución.
En la Figura 46 se observa lo siguiente:
1. La condición donde se obtuvo potenciales polarizados del acero
menos negativos fue con agua del Lago sin filtrar, sin y con BSR
inoculadas al 10% sobre el recubrimiento EL (AL1 y AL2), motivado a
la alta agresividad de esta agua al ponerse en contacto con el metal.
Además se observa un menor IxR en AL2 debido al efecto generado
por el EPS producido por las BSR inoculadas sobre el EL; lo cual
generó 200 mV más de caída óhmnica al comparase con agua
destilada.
2. Al usar la misma agua del lago pero filtrada con BSR inoculadas
sobre el recubrimiento (AL3), aparentemente el efecto del EPS sin
sólidos suspendidos, hizo menos agresiva el agua y se logró un
potencial de polarización de -0,950 V vs. CSE en promedio y con
mayor caída óhmnica.
3. Al inocularle a esta misma agua del Lago filtrada el cultivo mixto
de BSR al 10% pero ahora sobre y debajo del recubrimiento (AL4), el
potencial se hizo aún más negativo (-1,0154 V vs. CSE), lo cual
137
pareciera indicar que hay protección; no obstante, el EPS enmascara
el verdadero valor de potencial del metal tal y como se ha demostrado
en trabajos anteriores(9).
Figura 46. Polarización y despolarización del metal para el sistema
de recubrimiento EL.
Figura 47. Polarización y despolarización del metal para el sistema
de recubrimiento EL+A.
Polarización
138
En la Figura 47 se puede observar que el “antifouling” aplicado
sobre el epoxi líquido (EL+A) indujo a potenciales menos negativos,
de hecho no se alcanzó el potencial de protección según el criterio
NACE(58), debido a una mayor caída ohmnica de aproximadamente
100 mV.
En las Figuras 48 y 49 se muestran las curvas de despolarización;
las cuales son un registro de potencial durante la despolarización que
sufre el metal en función del tiempo, una vez desconectada la fuente
de poder del circuito eléctrico empleado para la aplicación de
protección catódica.
Figura 48. Potenciales de despolarización para el sistema de
recubrimiento epóxico.
En la Figura 49, se puede confirmar que la única condición
favorable para EL+A fue con agua destilada.
139
Figura 49. Potenciales de despolarización para el sistema de
recubrimiento EL+A.
La Figura 50 muestra las condiciones del sistema de
recubrimiento seleccionado y del disco metálico para el medio
electrolítico de agua del Lago de Maracaibo sin filtrar (AL1) luego de
48 horas de ensayo. En estas figuras se pudo observar productos
acuosos de color verde formados en el espacio entre el sistema de
recubrimiento evaluado y el sustrato metálico.
(a) (b)
aAL1 AL3 AD AL2
140
(c)
Figura 50. Desmontaje prueba AL1 para sistema de recubrimiento EL dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Recubrimiento EL lado
interno. (b) y (c) Productos acuosos de color verde sobre disco de hierro.
De igual manera, la Figura 51 muestra las condiciones del
sistema de recubrimiento EL para los ensayos de agua del Lago
filtrada con BSR sobre el recubrimiento (AL3), apreciándose la misma
condición del cambio de color de transparente a verde del electrolito
dentro de la cavidad entre el recubrimiento y el sustrato metálico.
El color verde podría provenir de óxidos cuya fórmula química es
Fe(OH)2FeOOH y aparece de forma exclusiva en hierros de
procedencia marina. Es un producto inestable que se forma solo en
ambientes donde el oxígeno es escaso y en presencia de aire se oxida
rápidamente(79), como fue el caso.
141
(a) (b)
Figura 51. Desmontaje prueba AL3 para sistema de recubrimiento EL dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Sistema de recubrimiento EL
lado externo. (b) Electrolito de color verdoso retirado de la cavidad entre el disco y el recubrimiento.
Las Figura 52 y 53, muestran el desmontaje de la celda para los
ensayos AL3 y AL4 respectivamente; observándose el EPS producido
por las BSR sobre los recubrimientos (Figura 52a y 53a). Sobre el
sustrato metálico, puede observarse productos acuosos de color verde
para el caso del ensayo AL3 (BSR sobre el recubrimiento) (Figura 52 b
y c), mientras que para el ensayo AL4, se encontró producto orgánico
de color negro por la presencia de las BSR inoculadas (Figura 53c).
Las Figura 52c y 53d, muestran el sustrato metálico mientras se le
retira la película presente, para el contaje de BSR respectivo. En las
Figura 53 d y e, se observa la coloración verdosa del electrolito
retirado debajo del recubrimiento, ocurriendo el mismo fenómeno que
en los ensayos anteriores. Para el caso de los ensayos con AL4, no se
observó cambio en la coloración del electrolito, solo se apreció el color
negro del medio debido a la presencia de las BSR inoculadas.
142
(a)
(b) (c)
(d) (e)
Figura 52. Desmontaje prueba AL3 para sistema de recubrimiento EL+A dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Sistema de
recubrimiento EL lado externo. (b y c) Condición del disco metálico al finalizar el ensayo, antes y después del raspado para contaje de BSR
Sésiles. (d y e) Electrolito retirado de la cavidad entre el recubrimiento y la superficie metálica a condiciones anaeróbicas y
aeróbicas respectivamente.
143
(a)
(b) (c)
(d)
Figura 53. Desmontaje prueba AL4 para sistema de recubrimiento EL dentro de la cámara de anaerobiosis. (a) Sistema de recubrimiento EL lado externo. (b) Sistema de recubrimiento EL lado interno. (c)
Condición del disco metálico al finalizar el ensayo. (d) Raspado superficial del disco para contaje sésil.
144
3.3.3.2. Determinación de pH
En las Figura 54 y 55 se muestran los valores de pH medidos
sobre y debajo del recubrimiento al finalizar los ensayos a las 48
horas. Se observa en la Figura 54 que debajo del recubrimiento el pH
es más alcalino; debido a las reacciones de reducción del agua en
presencia de protección catódica (reacción 24); excepto para el agua
del Lago con BSR inoculadas debajo del recubrimiento (AL4), donde
ocurre una acidificación del medio debido al H2S metabolizado por las
BSR y el EPS que impide el paso de la corriente y la alcalinización del
medio. Este efecto no fue observado en los ensayos AL2 y AL3 debido
a que a pesar de existir bacterias, éstas aparentemente estaban
precipitadas sobre el metal sin la formación del EPS. Los ensayos con
EL+A y bacterias debajo del recubrimiento no se hicieron pero es muy
probable que hubiese ocurrido una mayor disminución del pH ya que
como se ha demostrado, el “antifouling” al incrementar la resistencia
eléctrica del recubrimiento (IxR) produce una menor polarización de la
superficie expuesta induciendo a un menor pH como se ha observado
en AL1, AL2 y AL3.
2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (24)
Con respecto a los pHs encontrados sobre el recubrimiento (Tabla
y ) se puede apreciar que en todos los casos, para ambos sistemas de
recubrimientos, ocurre una leve acidificación con respecto al pH inicial
que pudiese ser producto de las reacciones anódicas que se llevan a
cabo en el ánodo de grafito (electrodo auxiliar). Para el caso
específico de los ánodos de grafito, ocurren reacciones de oxidación a
potenciales menos nobles que la evolución de oxígeno (80).
145
C + 2H2O → CO2 + 4H+ + 4e- (25) C + H2O → CO + 2H+ + 2e- (26)
Todas las reacciones anódicas incrementan la acidez dentro de la
interfase ánodo-solución por lo que es lógico que en el seno del fluido
el pH tienda a ser ligeramente ácido, principalmente si el OH-
generado en la interfase se encuentra preferencialmente por debajo
del recubrimiento en la interfase metal-solución en la sección interna
del disco.
Figura 54. pH inicial y debajo el sistema de recubrimiento EL.
Figura 55. pH inicial y debajo el sistema de recubrimiento EL+A.
146
En la Figura 56 se observa el proceso de medición de pH dentro
de la cámara de anaerobiosis, utilizando un pHmetro.
Figura 56. Medición de pH dentro de la cámara de anaerobiosis.
3.3.3.3. Contaje sésil y planctónico de las BSR
Las Figura 57 y 58 muestran el contaje sésil y planctónico sobre y
debajo del recubrimiento EL y EL+A respectivamente, en los ensayos
realizados por duplicado.
Figura 57. Contaje bacteriano sésil y planctónico sobre y debajo el sistema de recubrimiento EL.
147
Figura 58. Contaje bacteriano sésil y planctónico sobre y debajo el
sistema de recubrimiento EL+A.
Se observan resultados bastante diferentes a lo esperado que
inducen a la siguiente discusión:
1. En el ensayo AL2 el agua del Lago utilizada no fue filtrada y
tampoco inoculada, es decir fue agua cruda con la carga bacteriana
capaz de desarrollarse bajo las condiciones del ensayo
(estancamiento, pH neutro y aproximadamente 32°C). Sobre ambos
recubrimientos se contaron entre 108cel/ml y 106cel/cm2 BSR
planctónicas y sésiles respectivamente, mientras que debajo del
recubrimiento EL las BSR sésiles disminuyeron a 102 cel/cm2 como era
de esperarse por el pH alcalino alcanzado (pH∼12), y más aún debajo
del recubrimiento EL+A por el efecto de matanza del “antifouling”. El
ensayo con el recubrimiento EL simularía una situación industrial de
48 horas cuando se estanca agua del Lago en una ampolla del
recubrimiento epóxico, el cual como ya se indicó es bastante
susceptible a este fenómeno, sobre todo el FBE.
148
2. Bajo la condición del ensayo AL3 el agua del Lago fue filtrada e
inoculada con BSR sobre ambos recubrimientos solamente, ya que
debajo fue agua del Lago filtrada con un filtro de 0,4 micras. Se
observa una alta concentración de BSR tanto planctónicas como
sésiles sobre todo en el recubrimiento EL, ya que en el recubrimiento
EL+A el “antifouling” disminuyó la concentración bacteriana. En este
caso se presume que las células bacterianas atravesaron los
recubrimientos; es decir que por ser ellas de un tamaño tan pequeño
entre 1 a 3 micras pueden pasar por los poros del recubrimiento
contaminando el agua que estaba filtrada; no obstante, el EPS se cree
que no se ha formado ya que el pH medido fue alcalino (pH∼12). Lo
extraño fue conseguir tantas bacterias bajo estas condiciones; lo cual
también es bastante crítico, ya que se presume que con una buena
polarización el pH aumenta y las bacterias mueren. En el caso del FBE
como se indicó el potencial polarizado fue más alto por lo cual hay
menos poros, por lo cual probablemente este fenómeno de migración
de las células bacterianas sea en menor grado.
3. Para la condición AL4 donde el agua del Lago fue filtrada e
inoculada tanto sobre como debajo del recubrimiento EL, se observa
primero que el inóculo bacteriano usado debió haber estado a una
menor concentración que en el ensayo AL3, ya que tanto las BSR
planctónicas como sésiles sobre el recubrimiento estuvieron entre 6 a
5 órdenes de magnitud más bajo, lo cual hasta ahora no tiene otra
explicación. Debajo del recubrimiento las bacterias a nivel sésil
estuvieron muy bajas, por lo cual se presume que murieron una vez
concentrado el H2S debajo del EPS donde el pH debió haber sido más
bajo que el promedio medido (pH∼6), lo cual demuestra que en este
caso por haber inoculado las bacterias debajo del recubrimiento el
149
EPS fue promovido permitiendo una mayor polarización pero sin
alcalinizar la interfase y sin proteger el material como se demostrara
con la morfología de ataque.
3.3.3.4. Morfología de ataque a través de microscopía óptica
Para evaluar el comportamiento de la morfología de ataque se
observó al microscopio óptico el disco metálico de prueba antes
(Figura 59a) y después de los ensayos donde se inoculó BSR (Figura
59 b, c, d, e); apreciándose pequeños daños superficiales aislados
(Figura 59 b y c) en los ensayos donde se inocularon BSR (AL2 y AL3)
sobre los recubrimientos EL y EL+A; mientras que en los ensayos
donde se inoculó BSR sobre y debajo del recubrimiento EL (AL4)
(Figura 59 d y e) se observó corrosión localizada en toda la superficie
del disco (debajo del recubrimiento) aún a pesar del potencial
polarizado alcanzado. Este comportamiento se debe al
enmascaramiento que genera el EPS, el cual no permite medir el
verdadero potencial del acero en presencia de estas bacterias, para
ello sería necesario instalar un electrodo de referencia debajo del
recubrimiento tal y como lo hicieron Kajiyama y Okamura(78) quienes
determinaron un potencial natural y un pH neutro debajo del
recubrimiento. En este caso, se demuestra claramente que cuando
existen BSR con suficiente EPS formando una biopelícula irreversible
sobre el metal, un potencial polarizado de aproximadamente
-1,0V vs. CSE todavía no es suficiente para proteger el acero.
150
(a)
(b) (c)
(d) (e)
Figura 59. Sustrato metálico observado al microscopio óptico. (a) Superficie metálica antes de ensayo. (b) Superficie metálica después
de ensayo con AL3 para recubrimiento EL. (c) Superficie metálica después de ensayo con AL3 para recubrimiento EL+A. (d) y (e)
Superficie metálica después de ensayo con AL4 para recubrimiento EL.
151
3.4. Evaluación del sistema de recubrimiento FBE
Esta sección explicará el resultado de la evaluación del
desempeño del sistema de recubrimiento FBE en un sistema piloto
diseñado para tal fin; donde se simulan las condiciones de las tuberías
sumergías en el Lago de Maracaibo protegidas catódicamente y en
presencia de BSR.
3.4.1. Diseño del sistema
Este sistema piloto, permitió simular las condiciones de las
tuberías sumergidas en el Lago de Maracaibo con un alto contenido de
BSR como se ha detectado en evaluaciones anteriores (2,11,13,14).
El sistema piloto fue diseñado y construido como se indicó en el
marco metodológico, utilizando un recipiente de PVC con una
capacidad de 150 litros aproximadamente, un rectificador para la
protección catódica, un ánodo de hierro silicio, un electrodo de
referencia de CSE (Figura 60) y dos (02) tuberías una desnuda y otra
recubierta con FBE (Figura 61).
152
(a) (b)
(c) (d) Figura 60. Equipos y materiales utilizados para el montaje del sistema piloto. (a) Recipiente de 150 litros de capacidad. (b)
Rectificador para protección catódica. (c) Ánodo de Ferro silicio. (d) Electrodo de campo CSE.
153
Figura 61. Tuberías desnuda y revestida sumergidas dentro del
recipiente.
La Figura 62 muestra la preparación que se le realizó a las
tuberías, previo a la instalación del sistema como se explicó en el
capítulo anterior.
(a) (b)
154
(c)
Figura 62. Preparación realizada a las tuberías previa instalación en el sistema piloto. (a) Conexión eléctrica y cinta dieléctrica sobre el
extremo de la tubería recubierta con FBE. (b) Daño intencional realizado sobre el recubrimiento FBE. (c) Lijado de tubería desnuda para evaluar morfología de ataque con su conexión y zonas lijadas.
En la Figura 63 se observa el toma muestra de BSR plantónica
diseñado y construido para este fin.
Figura 63. Toma muestra de jeringas para BSR planctónicas.
155
En la Figura 64 se muestra la extracción de las tuberías desnuda
y recubierta con FBE luego de 90 días de exposición.
(a)
(b)
Figura 64. Extracción de las tuberías del sistema piloto. (a) Desnuda. (b)Revestida con FBE.
156
3.4.2. Evaluación macroscópica de la tubería y detección de
discontinuidades en el sistema de recubrimiento
Al extraer la tubería recubierta con FBE, luego de los 90 días de
ensayo, se observó un cúmulo de materia orgánica sobre el
recubrimiento alrededor del daño intencional realizado, de color
superficial naranja y de color interno negro (Figura 65).
Figura 65. Productos orgánicos color negro y naranja sobre tubería recubierta con FBE. Cúmulo alrededor del daño intencional realizado.
157
La Figura 66 muestra la tubería desnuda utilizada para el ensayo
del sistema piloto antes y después del período de exposición. Se
puede apreciar en la superficie de la tubería que después de 90 días
de exposición, presenta productos calcáreos de color blanco
adherentes. De igual forma, en la Figura 67 se muestra la tubería
recubierta con FBE notándose una superficie limpia y sin defecto antes
del ensayo, al contrario de la tubería ya expuesta que como se indicó
anteriormente presenta manchas de color negro y naranja donde se
encontraban los cúmulos de productos orgánicos durante el período
de exposición.
(a)
(b)
Figura 66. Condición de la tubería desnuda. (a) Antes del ensayo. (b) Después del ensayo.
158
(a)
(b)
Figura 67. Condición de la tubería recubierta con FBE. (a) Antes del ensayo. (b) Después del ensayo.
Luego de limpiar la tubería, se pudo apreciar una ligera
degradación en forma de pérdida de brillo alrededor del daño
intencional (Figura 68).
159
Figura 68. Degradación del recubrimiento alrededor del daño
intencional.
La detección de discontinuidades se realizó utilizando un “Holliday
Detector” antes y después del ensayo, encontrándose la tubería libre
de defectos adicionales al daño intencional realizado (Figura 69).
(a) (b)
Figura 69. Detección de discontinuidades a tubería recubierta con FBE. (a) Antes del ensayo. (b) Después del ensayo.
160
3.4.3. Medición de espesores de película seca
De la medición de espesor de película seca del sistema de
recubrimiento FBE en las distintas zonas seleccionadas (Figura 70), se
determinó que los valores medidos antes y después de la exposición
eran prácticamente los mismos (Tabla); determinándose así que no
hubo mayor degradación del sistema de recubrimiento durante el
período del ensayo de 90 días. Es muy probable que el tiempo no
fuera suficiente.
Figura 70. Diagrama de zonas de medición de película seca y daño
intencional sobre la tubería.
Tabla 13. Valores de espesores de película seca antes y después del ensayo
Espesores de película seca antes del ensayo (mils)
Espesores de película seca después del ensayo (mils)
Posicionamiento
Zona 12 3 6 9 12 3 6 9
Zona A 27,9 28,3 27,7 27,9 27,5 29,2 28,5 27,7
Zona B 30,6 29,1 32,7 29,4 30,2 29,5 32,4 29,0
Zona C 35,5 30,7 27,9 30,6 35,1 30,1 28,1 31,4
Zona D 25,9 26,2 24,9 27,8 26,4 26,0 25,6 28,1
Promedio 30,0 28,6 28,3 28,9 29,8 28,7 28,7 29,0
161
3.4.4. Potenciales polarizados
La Figura 71 muestra los potenciales polarizados de las tuberías
desnuda y revestida con FBE durante un período de ensayo, de 90
días con un potencial aplicado de -3,3 V vs. CSE; en la cual se puede
observar un incremento del potencial a valores más negativos
transcurrido 3 días de la adición de las BSR al medio de evaluación;
posteriormente, los potenciales se mantienen oscilando dentro de un
rango de -1,2 a -1,3 V vs. CSE hasta el final del ensayo. En este caso
este potencial polarizado fue muy parecido al potencial obtenido a
nivel de campo(12). También se observa que el potencial se hizo más
negativo cuando se adicionaron las bacterias producto del EPS y de
los productos calcáreos depositados en el caso de la tubería desnuda;
lo cual actuó como la tubería recubierta con FBE, ya que los
potenciales oscilaron en el mismo orden, pero con mucha menos
demanda de corriente en el orden de 0,055 A para la tubería revestida
y 0,5 A para la tubería desnuda como era de esperarse.
Figura 71. Potenciales polarizados de las tuberías del sistema piloto
para la evaluación del desempeño del FBE.
162
3.4.5. Despolarización de las tuberías
En la Figura 72 se puede apreciar la despolarización de las
tuberías evaluadas en el sistema piloto, evidenciándose la similitud
del comportamiento entre ellas, a pesar de estar una desnuda y la
otra revestida con FBE, comprobándose con esto el efecto generado
por los productos calcáreos formados sobre su superficie.
Figura 72. Curva de despolarización tubería desnuda y tubería
recubierta con FBE luego de 90 días de ensayo.
3.4.6. Contaje de BSR sésiles y planctónicas
Para el contaje planctónico se tomaron 3 muestras de 1ml a
distintas profundidades y se les realizó dilución seriada como se
explicó en el capítulo anterior, arrojando los resultados que se
muestran en la Figura 73 luego de haber transcurrido los 90 días de
evaluación. Se observa que solo hubo un crecimiento de 102 cel/ml
para la muestra tomada en el fondo del recipiente, mientras que las
otras dos muestras tomadas, no reflejan crecimiento bacteriano, lo
163
que puede inferir que las BSR inoculadas se encontraban en su etapa
final de vida debido a que se inocularon por carga.
Figura 73. Contaje bacteriano planctónico en el recipiente de
evaluación.
El contaje bacteriano sésil se realizó a la tubería desnuda y a la
tubería revestida. Para el caso de la tubería desnuda, no se encontró
crecimiento bacteriano producto del alto pH que debió haberse
alcanzado a nivel de la interfase metal-solución; lo cual se demuestra
al observar la gran cantidad de productos calcáreos observados en
esta tubería, matando de este modo a las BSR presentes.
Sobre la tubería recubierta con FBE, alrededor del daño
intencional realizado se formó un producto en forma de volcán, donde
se realizó contaje de BSR de forma estratificada (estrato superficial,
estrato intermedio externo, estrato intermedio interno y estrato
interno), adicionalmente se tomó muestra de un producto encontrado
a un extremo de la tubería donde se había despegado el
recubrimiento dieléctrico que se colocó al inicio de la exposición y de
igual forma se le realizó contaje sésil (Figura 74).
164
(a)
(b)
Figura 74. Productos orgánicos sobre la tubería recubierta con FBE luego de 90 días de exposición en el sistema piloto. (a) Alrededor del
daño intencional. (b) En extremo de la tubería.
En la Figura 75 se muestra el contaje sésil de BSR realizado a los
productos hallados en a tubería recubierta con FBE, encontrándose
entre 101 y 104 cel/cm2. Este resultado y el color negro gelatinoso de
los productos de corrosión son evidencias del desarrollo bacteriano
propiciado por el FBE como una fuente de carbono para las bacterias,
sobretodo en la zona descubierta en forma intencional y en los poros
del mismo donde se estima que el pH no fue suficientemente alcalino
165
para evitar que las bacterias se desarrollaran, a diferencia de la
tubería desnuda donde no se registró crecimiento bacterias.
Estos resultados son verdaderamente impactantes ya que
pareciera indicar desde el punto de vista de ataque microbiano, que
es más recomendable proteger catódicamente una tubería desnuda
que recubierta con FBE, lo cual debe ser sujeto a mayor investigación.
Figura 75. Contaje bacteriano sésil sobre la tubería recubierta con
FBE.
3.4.7. Morfología y análisis químico por EDS de la biopelícula
La Figura 76 muestra la presencia de compuestos de naturaleza
orgánica e inorgánica formados sobre la tubería recubierta con FBE,
durante 90 días de exposición, donde se puede observar la tipología
de vibrios de BSR con medidas entre 1 y 3 micras que corresponden
al tamaño de estas bacterias.
166
(a)
(b)
Figura 76. Morfología de biopelícula observada. (a) 40.000X. (b) 30.000X.
167
Adicionalmente, se realizó análisis químico elemental (EDS con el
MEB) que permitió el estudio de los depósitos que se generaron
alrededor del daño intencional realizado sobre el sistema de
recubrimiento FBE (Figura 77), donde se aprecia el alto porcentaje de
azufre elemental (21,17 y 15,98% respectivamente) así como de
hierro, lo cual evidencia un proceso metabólico bacteriano y la
producción de sulfuros de hierro.
Figura 77. Análisis químico realizado en dos puntos sobre la
superficie de una biopelícula formada luego de 90 días de exposición.
168
CONCLUSIONES
1. La celda electroquímica modificada permitió la evaluación de
manera efectiva del comportamiento de los sistemas de recubrimiento
seleccionados en presencia de BSR y protección catódica.
2. El sistema de recubrimiento epóxico líquido permitió alcanzar
potenciales de polarización de protección del metal en el orden de -1
V vs. CSE a un potencial aplicado de -3,2V vs. CSE.
3. El “antifouling” sobre el epoxi líquido no permitió alcanzar el
potencial de polarización de protección del metal al mismo potencial
aplicado debido a una mayor caída ohmnica.
4. Un potencial polarizado de -1,0 V vs. CSE no es suficiente para
proteger el acero en presencia de BSR y recubierto con epoxi.
5. Las BSR adheridas irreversiblemente al metal, acumuladas en una
ampolla del recubrimiento epóxico, disminuye el pH a pesar de la
protección catódica aplicada potenciales de polarización más
negativos que -0,950 V vs. CSE.
6. El EPS generado por las BSR en una ampolla del recubrimiento
epóxico no permite la alcalinización de la interfase metal-solución.
7. El recubrimiento epoxi pareciera ser una fuente de carbono de las
BSR, lo cual promueve el crecimiento bacteriano en los defectos del
mismo aún con protección catódica.
169
8. La superficie desnuda de la tubería protegida catódicamente
demandó mayor corriente pero no se detectó presencia de BSR, por lo
cual pareciera más recomendable desde un punto de vista de
corrosión microbiana, evitar el uso de recubrimientos epóxicos
susceptibles a ampollamientos y nutrientes de bacterias.
170
RECOMENDACIONES
1. Evaluar el polisiloxano como sistema de recubrimiento alternativo
para sustituir el FBE en medios que contengan BSR.
2. Realizar ensayos de evaluación al sistema de recubrimiento de FBE
utilizando la celda diseñada.
3. Realizar los ensayos de evaluación a los sistemas de recubrimiento
en la celda diseñada, utilizando electrodo de referencia y pHmetro
bajo del recubrimiento.
4. Realizar ensayos de evaluación a sistemas de recubrimiento a
distintos potenciales aplicados utilizando la celda diseñada.
5. Evaluar los sistemas de recubrimiento en el sistema piloto por un
período mayor a tres (03) meses, con más del 10% de BSR
inoculadas y en recipientes separados.
171
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