UNIVERSIDAD NACIONAL JOS FAUSTINO SNCHEZ CARRIN

PROBLEMASPROBLEMA GENERALLos diversos problemas que surgen en los sistemas de enfriamiento por el huso de agua que contienen impurezas de gases disueltos, slidos disueltos, slidos suspendidos y microorganismos

PROBLEMAS ESPECIFICOS Un mal tratamiento de agua para el sistema de enfriamiento. La demanda elevada de agua a nivel industrial por ser el mtodo ms econmico para enfriar las corrientes de proceso. El uso de agentes qumicos para el tratamiento de aguas de los sistemas de enfriamiento.

OBJETIVOSOBJETIVO GENERALConocer cules son los problemas y riesgos que pueden suceder en una caldera si no se toman las medidas adecuadas.

OBJETIVOS ESPECIFICOS Adquirir conocimiento de los problemas ms comunes en las calderas Poder discernir entre cada problema comn en las calderas Lograr comprender los problemas de una caldera para aplicarlo a la vida practica

INTRODUCCIONEl agua de enfriamiento es utilizada ampliamente a nivel industrial por ser el mtodo ms econmico para enfriar las corrientes de proceso por medio de intercambiadores de calor y as aumentar la eficiencia de los equipos y el rendimiento global. El uso del agua para sistemas de enfriamiento tiene mltiples ventajas; por absorber grandes cantidades de calor, por sus propiedades fisicoqumicas, adems de ser abundante y fcilmente disponible. Los sistemas de enfriamiento son importantes para las industrias, por lo que son materia de estudio para su funcionamiento en condiciones ptimas.A pesar de que el agua es el medio de enfriamiento ms utilizado en las industrias, trae problemas asociados por las impurezas que contiene. Los principales problemas que se presentan en sistemas de enfriamiento son: corrosin, incrustaciones, ensuciamiento y ataques microbiolgicos. stos son originados por contaminacin o por las caractersticas propias del agua utilizada en cada sistema en particular y empeoran por la concentracin que ocurre con la evaporacin del agua en las torres de enfriamiento. Estos problemas se controlan o eliminan con la aplicacin de tratamientos qumicos, tales como: inhibidores de corrosin, inhibidores de incrustaciones, dispersantes y biocidas. Los tratamientos qumicos son importantes para evitar fallas en los equipos, aumento de costos de mantenimiento, disminucin de la eficiencia de los procesos y paradas de planta no programadas.Lipesa es una empresa fabricante de productos qumicos para procesos muy diversos en el rea industrial, entre los que se encuentran los tratamientos para agua de enfriamiento. Esta empresa, es totalmente nacional y ha desarrollado sus servicios para proveer a sus clientes de soluciones efectivas, proporcionando inhibidores de corrosin, inhibidores de incrustaciones, biocidas, dispersantes, biodispersantes y antiespumantes. Entre los clientes ms importante de Lipesa se encuentra en el Complejo Petroqumico Morn, que posee varios sistemas de enfriamiento, como las plantas de agua de enfriamiento 105-C y 105-D.

SISTEMAS DE ENFRIAMIENTOEn los procesos industriales el agua es utilizada como medio de enfriamiento para retirar el calor del proceso y aumentar su eficiencia. Existen dos tipos de sistemas de enfriamiento: de un paso y con recirculacin. Los que tienen el agua en recirculacin se dividen en circuitos cerrados y abiertos.En los sistemas de un solo paso, el agua es tomada de una gran fuente de agua como ros, lagos y mares, la cual despus de ser usada para retirar el calor es descargada en la fuente de origen.

Figura 1.1. Sistema de enfriamiento de un paso

En los sistemas de recirculacin en circuito cerrado, el calor absorbido se extrae en un intercambiador de calor y no hay contacto directo con el refrigerante.

Figura 1.2. Sistema de enfriamiento recirculante cerradoEn los sistemas con recirculacin en circuito abierto, el agua se recircula, extrayndose el calor absorbido por contacto directo con el aire atmosfrico, transferencia de calor, y por evaporacin (transferencia de masa), generalmente en torres de enfriamiento. Este sistema es el ms usado en el mbito industrial, por el bajo costo y la abundancia de las aguas.En este sistema de enfriamiento se usa el agua de manera continua y repetida. Est formado bsicamente por: bombas de recirculacin, tuberas, intercambiadores de calor, piscinas de agua fra y caliente y la torre de enfriamiento.

Figura 1.3. Sistema de enfriamiento recirculante abiertoEl agua fra es bombeada desde la piscina para absorber el calor de las corrientes calientes del proceso que necesitan ser enfriadas o condensadas, y el calor absorbido calienta el agua recirculante. El agua calentada vuelve al tope de la torre y cae en gotas dispersas sobre el material de relleno dentro de la torre. A medida que gotea, entra en contacto con el aire que sube por la torre. Este contacto provoca la evaporacin del agua, lo que hace que la concentracin de sales se incremente en el agua circulante. Para evitar que la concentracin de sales en el agua llegue a ser demasiado alta, una parte del agua es retirada mediante una purga.Se suministra a la piscina de la torre agua fresca de reposicin, para compensar las prdidas por el agua evaporada, el viento, y el agua retirada.Agua para sistemas de enfriamientoEl agua es el medio ms utilizado en sistemas de enfriamiento, principalmente por ser abundante, poco costosa y por sus propiedades fsicas y qumicas como para absorber grandes cantidades de calor sin aumentar su temperatura de manera apreciable, es decir, tiene elevado calor especfico.El agua contiene impurezas de gases disueltos, slidos disueltos, slidos suspendidos y microorganismos, que traen al sistema de enfriamiento problemas de corrosin, incrustaciones, ensuciamiento y ataques microbiolgicos. Por lo que es necesario un tratamiento qumico para controlar los problemas de acuerdo a los compuestos presentes en el agua de enfriamiento en particular.Incrustaciones Las incrustaciones constituyen uno de los problemas ms comunes encontrados en los sistemas de agua de enfriamiento. La incrustacin es una capa de materiales predominantemente inorgnicos (semejantes a sales o a minerales), formados mediante la precipitacin y subsecuente crecimiento del cristal en una superficie que est en contacto con el agua. La precipitacin ocurre cuando la solubilidad de los minerales formadores de depsito es sobrepasada, sea en el agua bruta o sobre las superficies. Las sales ms comunes formadoras de depsito en las superficies de transferencia de calor presentan solubilidad retrgrada o inversa con la temperatura. La mayora de las sales se vuelven ms solubles a medida que aumenta la temperatura. La sal comn (cloruro de sodio) presenta este tipo de comportamiento cuanto ms caliente la solucin, mayor ser la concentracin de sal que se disuelve en ella. Algunas sales presentan solubilidad inversa a medida que la temperatura aumenta, su solubilidad decrece. Respecto a las sales con solubilidad inversa, el potencial de los problemas de incrustacin es mayor en las partes ms calientes del sistema de enfriamiento. Las superficies del intercambiador de calor, que tambin son las ms crticas para una transferencia de calor eficiente. El carbonato de calcio, sulfato de calcio, fosfato de calcio y silicato de magnesio son ejemplos de sales que presentan solubilidad inversa. Pueden ser totalmente solubles en el agua bruta con baja temperatura del sistema de enfriamiento, pero no son solubles en agua con temperatura ms elevada como en las superficies de transferencia de calor de los intercambiadores y se precipitan sobre esta superficie. Observe que las sales de calcio y magnesio constituyen un tipo particular de problema al respecto. Por el contrario la mayora de las sales de sodio presenta solubilidad normal. La mayora de las sales basadas en dureza presentan solubilidad inversa. Existen otros factores adems de los efectos de la temperatura. Las incrustaciones se forman por un proceso con distintas etapas, llamado nucleacin. Los cristales iniciales crecen y pueden en realidad proveer ms sitios de nucleacin, acelerando el proceso de formacin de incrustacin. Sin embargo, las condiciones de las superficies metlicas son ideales para la nucleacin cristalina. La superficie del metal es spera desde el punto de vista atmico, creando sitios para la nucleacin. Adems, las velocidades del agua son ms bajas cerca de una superficie, lo que evita que la turbulencia rompa los sitios de nucleacin. Para complicar an ms el problema, las celdas de corrosin de una superficie metlica producen reas localizadas con pH relativamente elevado, incrementando la precipitacin de muchas sales de dureza del agua de enfriamiento. Despus de formados, los depsitos incrustantes proveen sitios adicionales de nucleacin y aceleran el crecimiento cristalino.

Fig.1. muestra de tubera incrustada

Las incrustaciones ms comunes en torres de enfriamiento son: Carbonato de calcio Sulfato de calcio Fosfato de calcio Sales de magnesio SliceEl carbonato de calcio. Es la incrustacin ms comn formada en sistemas de agua de enfriamiento, porque se forma a partir de dos materiales presentes en casi todas las aguas de reposicin dureza de calcio y alcalinidad de bicarbonato. Sin embargo, la qumica de formacin de carbonato de calcio depende de varios factores: Dureza de calcio, alcalinidad de bicarbonato, total de slidos disueltos (TSD), pH y temperatura.

Efecto del CO2L a presencia del CO2 incrementa la solubilidad del carbonato de calcio en el agua. Cuando el dixido de carbono se disuelve en el agua forma cido carbnico, el cual se ioniza de acuerdo a las siguientes reacciones.

Fig.2. algunas reacciones qumicas que se producen en la formacin de la incrustacin

La cantidad de CO2 que se disolver en el agua es proporcional a la presin parcial del CO2.

La solubilidad del CaCO3 aumenta cuando la presin parcial del CO2 es aumentada. El efecto llega a ser menos pronunciado a medida que la temperatura se incrementa. Lo contrario tambin es cierto. Esta es una de las principales causas de la deposicin de incrustacin de la calcita. En cualquier punto del sistema donde ocurra una cada de presin, la presin parcial del CO2 en la fase gas disminuye, el dixido de carbono sale de la solucin y el pH del agua aumenta.

Cadas de presin a travs de una restriccin tales como vlvulas u orificio pueden tambin inducir turbulencia local, la cual puede ayudar a iniciar la deposicin de la incrustacin. Efecto de la temperatura. El carbonato de calcio llega a ser menos soluble a medida que la temperatura aumenta, a medida que el agua se calienta hay mayor probabilidad de que se forme la incrustacin. Esto tambin es la razn de que el CaCO3 sea con frecuencia encontrado en tubos de fuego del equipo de calentamiento.

Efecto del pH. La cantidad de CO2 presente en el agua afecta el pH y la solubilidad del carbonato de calcio. A ms bajo pH, es menos probable que la precipitacin ocurra; lo contrario, a ms alto pH, es ms probable que esta ocurra.

Efecto de las sales minerales. La solubilidad del carbonato de calcio aumenta a medida que el contenido de sales disueltas en el agua aumenta. El incremento de los slidos totales disueltos (sin incluir los iones de calcio o carbonato), aumenta la solubilidad de la calcita en el agua y disminuye la tendencia de incrustacin hasta un mximo de aproximadamente 200000 mg/ l.

Sulfato De Calcio (CaSO4)

El sulfato de calcio usualmente se precipita directamente sobre las superficies metlicas de las lneas de flujo, hervidores, tubos intercambiadores de calor. Los cristales de sulfato de calcio son ms pequeos que los de carbonato de calcio; esta incrustacin es generalmente ms dura y densa que las de carbonato.

El sulfato no efervece cuando es tratado con cido y no se puede remover satisfactoriamente por acidificacin; a bajas temperaturas la anhidrita puede ser encontrada. Generalmente el yeso es la forma ms estable a bajas temperaturas, mientras que la anhidrita es formada a altas temperaturas. La deposicin delCaSO4 puede ser causada por evaporacin.

Efecto de la presin. La solubilidad del sulfato de calcio en agua se incrementa con la presin. La cada de presin puede ser una de las principales causas de incrustacin del CaSO4. En lugares donde existe turbulencia y/o cada de presin se puede presentar incrustacin de sulfato de calcio debido a la liberacin de gases cidos; algunos de estos sitios son: restricciones, curvas, codos, bombas, vlvulas de descarga, choques, platos desviadores, platinas de orificio, etc.

Efecto de la temperatura. La solubilidad del yeso aumenta con la temperatura hasta aproximadamente 40C, luego disminuye con la temperatura; este comportamiento temperatura solubilidad es completamente diferente a la presentada por el carbonato de calcio. Efecto de las sales disueltas. La presencia de NaCl o sales disueltas diferentes a los iones calcio o sulfato aumenta la solubilidad del yeso o anhidrita semejante a como lo hace con el carbonato de calcio, hasta una concentracin de 150000 mg/ l. un incremento mayor en el contenido de sal disminuye la solubilidad del sulfato de calcio.

Fosfato de calcio. Como el carbonato de calcio, l se vuelve menos soluble con el aumento de pH y de la temperatura. Fuentes tpicas de fosfato incluyen agua de ciudades y ros, aguas de alcantarillado parcialmente tratadas o programas de tratamiento de aguas basados en fosfatos. Con frecuencia se agrega fosfato para evitar la corrosin. Los altos niveles de fosfato proveen proteccin a las reas andicas de la superficie metlica y la precipitacin controlada de calcio protege las reas catdicas. Si el fosfato precipita como incrustacin descontrolada sobre la superficie de un intercambiador de calor, se reduce la transferencia de calor, y puede incrementar la corrosin por la prdida de fosfato. Existe slice disuelta naturalmente en el agua. A medida que el agua es concentrada en un sistema de enfriamiento, los niveles de slice aumentan. Niveles de slice mayores que 200 ppm (mg/L) con frecuencia llevan a incrustacin por slice. Contrariamente a la mayora de los otros incrustantes, la slice presenta solubilidad normal, su solubilidad aumenta con la temperatura. Por lo tanto, si ocurriera incrustacin por slice, generalmente ella se deposita en las partes ms fras del sistema de enfriamiento. A veces se observa incrustacin por slice en el relleno de la torre y lneas de transferencia. La slice tambin puede reaccionar consigo misma y formar grandes agregados. Calcio y magnesio. Pueden reaccionar con slice formando incrustacin muy dura de silicato de magnesio o silicato de calcio/magnesio. Estos compuestos presentan solubilidades inversas y se depositan en las superficies de los intercambiadores. Los depsitos formados con estos incrustantes son sumamente fuertes, pequeas cantidades pueden reducir drsticamente la Transferencia De Calor. Compuestos de hierro

Los depsitos de hierro pueden ser originados por dos fuentes, una son los iones de hierro presentes en el agua de produccin y la otra el resultado de la corrosin de las estructuras metlicas. Las aguas de formacin normalmente contienen unos pocos ppm de hierro natural (mximo 100 ppm) en forma de in ferroso (Fe++) o frrico (Fe+++). Es raro encontrar en las aguas de formacin valores tan altos de hierro como 100 ppm, por lo tanto valores mayores son indicativos de corrosin.

Compuestos de hierro ocasionados por el O2. Los compuestos de xido de hierro pueden formar incrustacin o permanecer en el agua como coloides en suspensin. Los depsitos incrustantes de xidos son muy comunes y son llamadas herrumbres, estos depsitos varan considerablemente, algunos pueden ser incrustaciones duras, densas y bastantes adherentes; en cambio otras son simplemente depsitos blandos, pocos adherentes y porosos, tambin se encuentran en distintos colores: rojizos (Fe2O3 coloidal) y negros (FeO (Fe2O3) coloidal), que es bastante magntico.

Compuestos de hierro ocasionados por el CO2. Debido a que muchas aguas de formacin contienen considerables cantidades de dixido de carbono disuelto, las aguas con hierro soluble con frecuencia formaran depsitos de carbonato de hierro. En estos casos el hierro soluble est presente como bicarbonato de hierro y precipitara principalmente en lugares donde se presente una cada de presin drstica. El FeCO3 es formado cuando los iones ferrosos reaccionan con el carbonato en ausencia de oxgeno, cuando los iones bicarbonatos se descomponen en presencia de calor y cuando se presenta corrosin por CO2.

Mecanismo de formacin de incrustaciones.La acumulacin de incrustaciones tiene lugar cuando las sales en disolucin acuosa precipitan debido a que se ha excedido su solubilidad. Las incrustaciones normalmente forman una capa densa de minerales muy adherente entre si y a las superficie del metal. Las incrustaciones pueden ser de naturaleza cristalina o amorfa y, debido a su baja conductividad trmica, impiden la transferencia de energa a travs de las superficies del intercambiador de calor.Los fangos y los agentes del ensuciamiento normalmente son partculas insolubles presentes en el agua de reposicin o introducidas por fugas del proceso o crecimiento microbiano dentro de un sistema de enfriamiento. Estos slidos tienden a formar depsitos o masas sueltas, no adherentes, normalmente en las secciones de un sistema con baja velocidad de flujo. No obstante, se pueden incorporar slidos en suspensin a las incrustaciones.El carbonato clcico es con mucho el tipo ms comn de incrustaciones encontrado en los sistemas de agua de enfriamiento; no obstante, tambin se observan incrustaciones de sulfatos, fosfatos y silicatos, as como tambin otras sales de calcio, hierro, manganeso, magnesio y zinc.Factores que favorecen la formacin de incrustaciones La cristalizacin directa de un compuesto sobre una superficie ocurre cuando se dan cuatro condiciones simultneamente segn se muestra en la siguiente figura.

Figura: requisitos clave para la formacin de incrustaciones.

1. Sobre saturacin.- excediendo la solubilidad del compuesto en el agua del sistema.2. Nucleacin.- formacin de pequeas partculas de incrustaciones embrionarias.3. Tiempo de contacto adecuado.- que permite el crecimiento del cristal.4. Formacin de incrustaciones excediendo la disolucin.Estos son los cuatro factores principales que influyen en la formacin de incrustaciones. En esta seccin, tambin se describen varios factores adicionales que se sabe afectan el tipo de factor, velocidad de precipitacin y adherencia de las incrustaciones en los sistemas de enfriamiento. Sobresaturacin.- la sobre saturacin es el punto en que la concentracin de una sal excede su solubilidad en el agua. Un sistema de enfriamiento llega a la sobresaturacin debido a la evaporacin, fluctuaciones de pH y cambios de temperatura. Hay dos estados de sobresaturacin: meta estable y lbil. Estos estados son distintos para cada material, y dependen de la concentracin y la temperatura. En el estado meta estable, no se producir precipitacin a menos que sea iniciada por la introduccin de materiales nucleantes u otros mecanismos tales como elevada temperatura localizada y pH elevado. Los estados lbiles son inherentemente inestables y reflejan varias etapas de precipitacin. El nivel de sobresaturacin en la masa de agua no es indicativo siempre del nivel de sobre saturacin en zonas localizadas. La sobresaturacin puede ser muy localizada, tal como en una pelcula delgada de flujo de agua laminar junto a una superficie de transferencia de calor, en la interface gas/liquido de una burbuja, en una hendidura o debajo de una capa de depsito existente. Esta es la razn por la que se pueden formar incrustaciones en intercambiadores de calor aun cuando la masa de agua est considerada como no incrustante. Nucleacin.- la nucleacin o formacin inicial de un precipitado, tiene lugar por medio de dos mecanismos bsicos: nucleacin homognea y nucleacin heterognea. La nucleacin homognea ocurre de forma espontnea y est causada por un alto nivel de sobresaturacin de la especie incrustante. La nucleacin heterognea ocurre cuando partculas extraas o la rugosidad superficial inician la formacin de incrustaciones. La nucleacin heterognea es ms comn en los sistemas de agua de enfriamiento debido a la presencia de slidos en suspensin, productos de corrosin, zonas de corrosin, soldaduras, hendiduras, la rugosidad superficial de un intercambiador de calor y pelculas de xido; pudiendo estas generar incrustaciones. Para que tenga lugar la nucleacin, un mnimo de molculas (varios miles) deben orientarse de manera que formen una red. Si los ncleos son pequeos, se volvern a disolver. Los ncleos se estabilizan una vez sobrepasando cierto tamao. El tiempo necesario para la nucleacin varia, dependiendo en gran medida del nivel de sobresaturacin. El tiempo necesario para la nucleacin disminuye al aumentar la sobresaturacin.

Tiempo de contacto adecuado.- para que se formen incrustaciones despus de que se sobresature una solucin y haya ocurrido la nucleacin, debe transcurrir suficiente tiempo de contacto entre la solucin y las zonas de nucleacin. Por lo general, cuanto mayor sea el tiempo de contacto, ms probable ser la formacin de incrustaciones. El tiempo necesario para la formacin de incrustaciones puede variar por unos pocos segundos a muchos aos, dependiendo del nivel de sobre saturacin, tipo y nmero de zonas de nucleacin, temperatura, pH, agitacin y otros factores. Disolucin, formacin y envejecimiento de incrustaciones.- durante la acumulacin de depsitos de incrustaciones, se producen fenmenos constantes de disolucin y nueva formacin de depsitos en las caras del cristal. Las incrustaciones se acumulan cuando la velocidad de formacin de depsitos es mayor que la velocidad de disolucin. Cuando las incrustaciones empiezan a precipitar, especialmente si se depositan rpidamente, muestran generalmente una estructura relativamente porosa que se elimina fcilmente con un esfuerzo mecnico. Sin embargo, el envejecimiento cambia drsticamente las propiedades fsicas de la mayora de las incrustaciones. Las incrustaciones recientemente precipitadas normalmente pueden eliminarse con facilidad, mientras que las incrustaciones envejecidas tienden a endurecerse, a hacerse densa y ms adherentes y difciles de eliminar. Este fenmeno se debe en su mayor parte a la disolucin, a la formacin de depsitos, al crecimiento de cristales y a los cambios de fase, en los que tiene lugar una hidratacin y deshidratacin hasta que los cristales individuales formen una masa maciza y unificada. Este proceso de envejecimiento se acelera si ocurre sobre las superficies de los intercambiadores de calor. El control de pH, aumento de temperatura y la velocidad de flujo contribuyen directamente con esos cuatro factores que influyen en la formacin de incrustaciones. Principales parmetros que incrementan la formacin de incrustaciones Temperatura. Esta variable afecta la solubilidad de los iones y gases en solucin y la velocidad de la mayora de las reacciones. Si tomamos por ejemplo: a mayor temperatura aumenta ligeramente la solubilidad de estroncio, pero disminuye la solubilidad del carbonato de calcio. Cuando aumenta la temperatura disminuye la solubilidad de los gases cidos en solucin como el CO2 y el H2S incrementndose el pH del agua.

Concentracin de los iones. Presencia en las aguas de iones capaces de formar compuestos de baja solubilidad es el factor que ms afecta la deposicin de incrustaciones, pues si existen suficientes iones que al combinarse formen depsitos, es probable que se presenten incrustaciones a determinadas condiciones fsicas. Algunos de los iones potenciales que pueden formar incrustaciones son: iones de sulfatos, calcio, bario, estroncio, etc. Cuando la cantidad de una especie incrustante disuelta en agua excede su punto de saturacin se producen incrustaciones. Tambin otros slidos disueltos pueden influenciar la tendencia a formar incrustaciones. En general mientras mayor sea el contenido de slidos mayor ser la posibilidad de formacin de incrustaciones. Presin. Por causa de la variacin en la presin la solubilidad de los gases presentes disueltos disminuye, liberndose por lo tanto el CO2 que por las condiciones que se presentan facilitan a este a reaccionar en solucin con el agua para formar acido carbnico H2CO3 el cual reduce el pH y la posibilidad de precipitacin del carbonato de calcio.

pH: el incremento del pH ocasiona que el bicarbonato que se encuentra en el agua de recirculacin se descomponga para formar CO2 y carbonato de calcio; este comportamiento lo manifiesta la mayora de las sales presentes en el agua, las cuales disminuyen su solubilidad cuando aumenta el pH. Entre las sales ms comunes encontradas en un sistema de enfriamiento, estn el carbonato de calcio, hidrxido de zinc, xido de hierro, silicato de magnesio, fosfato de calcio y fosfato de zinc.Slidos suspendidos: un mayor contenido de slidos suspendidos favorece la formacin de incrustaciones porque incrementan los sitios de nucleacin.Control de la deposicin de incrustaciones

Control qumico.Las incrustaciones pueden ser controladas eficazmente por uso de agentes secuestrantes y quelatos que son capaces de formar complejos solubles con iones de metal. Las propiedades de precipitacin de estos complejos no son las mismas que las de los iones del metal. Este acercamiento requiere cantidades qumicas estequiomtricas. Cuando se produce un aumento de carbonato de calcio en el agua (CaCO3), se realiza un choque de dispersante en la torre. Este procedimiento consiste en la inyeccin de gran cantidad de dispersante para eliminar los depsitos de (CaCO3). Entonces es necesario aumentar el flujo de agua de purga ya que la cantidad de slidos disueltos en el agua de enfriamiento aumenta.Tipos de inhibidores de incrustaciones Los inhibidores de incrustacin son qumicos que pueden demorar, reducir o prevenir la formacin de estas cuando se adicionan en pequeas cantidades a aguas normalmente formadoras de depsitos. Los inhibidores empleados en operaciones de campo funcionan con uno o ambos de los siguientes mecanismos:

Previniendo la nucleacin, lo que bloquea la formacin de cristales. Evitando el crecimiento de los cristales cuando los mismos comienzan a formarse, en este caso el inhibidor se adsorbe sobre la superficie de los cristales mientras ellos estn todava diminutos y previenen su crecimiento. Evitando que se adhieran de nuevo cristales a depsitos incrustantes ya formados.

Otras de las funciones de los inhibidores es mantener los iones en solucin y evitar que estos se precipiten y formen depsitos. La efectividad de la funcin controladora del inhibidor depende bsicamente de las dos siguientes reglas:

El inhibidor debe ser aplicado aguas arriba del punto de formacin de los cristales. Se debe aplicar en forma continua.

Inhibidores Qumicos Orgnicos. Son los que se utilizan con mayor frecuencia y no tienen problema de reversin. Los inhibidores orgnicos son aplicados a facilidades de superficie y pozos de inyeccin por suministro continuo, usando bombas de inyeccin de qumicos. Para el caso de pozos productores, estos son tratados con inyeccin continua desde superficie (se inyecta todo el qumico por el anular) o por forzamiento del inhibidor dentro de la formacin (squeeze) para tratamiento downhole.

Esteres orgnicos. Son los ms efectivos inhibidores en el control de depsitos de CaSO4. No se recomiendan por encima de 212 F. Los ms usados son: amino fosfato esteres, y alcohol fosfato esteres.

Compuestos orgnicos del Fsforo.- estos compuestos son los ms usados para impedir la formacin de incrustaciones de calcio y de hierro en sistemas de recirculacin abiertos. Por lo general de 0.5 a 0.6 ppm de fsforo orgnico como PO4 proporcionar suficiente inhibicin para el carbonato de calcio o el sulfato de calcio. Los aditivos estn formulados para asegurar que haya concentraciones suficientes de inhibidores de incrustaciones. Entre los ms usados son los: Poliol ester (POE) Fosfato Trietanolamina (TEAP) cido Aminotris metilenofosfonico (AMP) cido Hidroxietilideno Difosfonico (HEDP) cido fosfonobutano tricarboxilico (PBTC)Fosfatos Inorgnicos.- Los polifosfatos son inhibidores de incrustacin usados en sistemas de paso nico tales como plantas de tratamiento de agua potable. Su funcin principal es inhibir el carbonato de calcio por accin umbral, manteniendo en solucin de 100 a 200 ppm de CaCO3 con 1 a 2 ppm de Fosfato.Acrilatos.-los acrilatos inhibidores de incrustaciones ms comunes son los polmeros basados en el cido acrlico o metilacrilatos y rinden al mximo cuando su peso molecular vara entre 1000 y 3000. Su ventaja principal en comparacin con los compuestos de fsforo es que no se descomponen en ortofosfatos que contribuyen al potencial de formacin de incrustaciones.Polmeros orgnicos. Polmeros como los acrlicos se utilizan principalmente a altas temperaturas y se pueden usar por encima de 350 F. Los polmeros orgnicos genricos ms comnmente usados son: poliacrilatos, polimetacrilato, poliacrilamida, polimeleato.

Inhibidores Qumicos Inorgnicos. Dentro de este grupo tenemos a los polifosfatos inorgnicos, que son materiales slidos inorgnicos no cristalinos que se encuentran como polifosfatos de solubilidad simple, estos se disuelven en agua rpidamente y son ms costosos y los polifosfatos de solubilidad controlada que se disuelven lentamente en agua. Los polifosfatos genricos inorgnicos ms usados son: hexametafosfato de sodio, tripolifosfato de sodio, tripolifosfato de potasio.

Los inhibidores qumicos de incrustaciones pueden actuar de varias maneras: Inhibicin umbral. Modificacin del cristal. Quelacin. Dispersin. Acondicionamiento para formar lodos en vez de incrustaciones duras.Mtodos generales para el control de las incrustaciones A. Suavizacin: en aguas con altos contenidos de calcio y magnesio puede ser econmicamente viable la aplicacin de una suavizacin con cal en fro o en caliente. Muy raras veces se justifica econmicamente una suavizacin total con resinas intercambiadoras. B. Purga: la limitacin de la concentracin de las especies incrustantes, a travs de la purga de parte del agua del sistema, es un mtodo muy usado. C. Alimentacin de cido: los cidos especialmente el sulfrico, se emplean para reducir la alcalinidad y el pH, con lo cual se logra de manera econmica un mayor control en el potencial de formacin de incrustaciones.Los principales daos que causan las incrustaciones1. Reduce la eficiencia calrica de 0,1 a 0,2%. Lo que anualmente puede significar prdidas importantes de combustible por gasto adicional. La carga econmica que resulta es verdaderamente notable.2. Altera peligrosamente la temperatura del metal superficial de los tubos. El incremento es tal, en calderos de media y alta presin, que puede causar ruptura y exlosin de los mismos.3. Obliga hacer paros de mantenimiento, para cambiar los tubos, para hacer costosas y delicadas limpiezas qumicas y otras operaciones.Esto ocasin a fuertes prdidas de tiempo y dinero, como es fcil de suponer.

Impurezas del aguaLas principales impurezas del agua que tienen impacto en su aplicacin en sistemas de enfriamiento son: conductividad, dureza, turbidez, gases disueltos, cantidad de minerales presentes como hierro, manganeso, slice, sulfatos, cloruros y pH.La conductividad es una medida de la capacidad del agua para conducir electricidad. Viene relacionado con la cantidad de minerales disueltos. La unidad de medida es mhos/cm (S/cm). El intervalo de operacin de la conductividad en sistemas de enfriamiento depende de cada sistema, las caractersticas del agua y el tipo de tratamiento.El pH indica la concentracin y equilibrio de compuestos cidos y alcalinos en el agua. El control de pH es crtico para la mayora de los tratamientos. Cuando el pH se encuentra por debajo del intervalo especificado, aumenta el potencial de corrosin, si es mayor aumenta el potencial de formacin de incrustaciones.La alcalinidad, es una medida de la capacidad de un agua para neutralizar un cido. Son importantes dos tipos de alcalinidad en las aguas de enfriamiento: alcalinidad por carbonatos (CO3=) y alcalinidad por bicarbonatos (HCO3-).La dureza se refiere a la cantidad de calcio y magnesio presente en el agua. Se asocia a la tendencia de las aguas a formar o no incrustaciones. La dureza temporal se refiere a la asociada a los carbonatos y bicarbonatos. La dureza permanente es la que est asociada a otros aniones tales como cloruros, sulfatos, nitratos, etc.La turbidez, se refiere a la presencia de slidos suspendidos coloidales.El hierro y manganeso se encuentran mayormente en las aguas subterrneas debido a la ausencia oxgeno disuelto. Las formas solubles del hierro y el manganeso son: Fe+2, Mn+2. En presencia de oxgeno los iones de Fe y Mn se oxidan, precipitando. Igualmente, la precipitacin tambin ocurre por desgasificacin del CO2 o un incremento en la alcalinidad.El silicio es el segundo elemento ms comn en la corteza terrestre, las aguas pueden tener concentraciones altas debido a una mayor alcalinidad del agua. El silicio causa incrustaciones cuando la concentracin excede los 150 ppm.Los sulfatos son altamente solubles en agua, pero el CaSO4, puede formar incrustaciones cuando su solubilidad es excedida y ocasiona corrosin por despolarizacin.Los cloruros son compuestos altamente solubles y abundantes en las aguas naturales. Los problemas que ocasionan estn principalmente relacionados con la corrosin, ya sea en el agua o debajo de depsitos.Tabla 2. Impurezas ms comunes presentes en el agua de sistema de enfriamientoImpurezasFormula QumicaProblemas Ocasionados Por Las Impurezas

Sales de calcio y magnesioCaCO3, MgCO3Fuente principal de incrustaciones en tuberas >1000ppm

Acidez mineral y libreH2 SO4, H2 S, HClCorrosin en tuberas de hierro y acero al carbono >500ppm a 50F(260 C)

Dixido de carbonoCO2Corrosin en lneas de tuberas

SulfatosSO4Aumenta el contenido de slidos en el agua. Se combina con el calcio para formar sales incrustantes de sulfato de calcio (CaSO4)

ClorurosCl como NaClAumenta el contenido de slidos e incrementa el carcter corrosivo del agua > 500ppm

SliceSiO4Incrustacin en sistema de agua de enfriamiento >200ppm

HierroFe2+ Ferroso Fe3+ FrricoFuentes de depsitos en las tuberas < 1ppm

OxgenoO2Oxidacin en tuberas de hierro y acero

Slidos disueltos---Elevadas concentraciones de slidos son indeseables ya que originan formacin de lodos y espumas

Slidos suspendidos---Originan depsitos en equipos como intercambiadores de calor y tuberas, ocasionando formacin de lodos o incrustaciones

MicroorganismosAlgas, limos y hongosFormacin de adherencia, suciedad biolgica, corrosin, olores desagradables > 25000 bact/ml

EL PROBLEMA DE LA CORROIN

La corrosin es definida como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroqumico por su entorno. Para que ocurra este proceso debe existir una celda de corrosin, la cual consiste de un nodo, un ctodo, un electrolito y un conductor de electrones. La corrosin es el ataque qumico sobre la superficie del metal, el cual resulta en prdida de material. Este fenmeno ocurre naturalmente y es una amenaza constante a los equipos de la planta, implicando costosos reemplazos, reparaciones y servicios por paradas de planta. Si la corrosin no es monitoreada, eventualmente conllevar a la ruptura de tubos y todos los riesgos que esto representa. Muchos metales tienen la tendencia a corroerse y el acero es un buen ejemplo. El acero es procesado a partir del hierro mineral, el cual existe en estado natural como un componente marrn rojizo, xido de hierro hasta convertirlo en un metal utilizable del cual ha sido removido el oxgeno. De cualquier modo, el hierro es inestable y naturalmente regresar a su estado natural de xido que se le llama herrumbre. Combinando hierro con otros metales, para formar aleaciones, permite que este proceso ocurra ms despacio, pero siempre las aleaciones tienden a oxidarse cuando son expuestas a aire, agua y otros metales. Los metales tambin se oxidan en las calderas, y la prdida de metal conllevar a la ruptura de tubos y goteo. Adems las partculas de metal que son liberadas, viajan a travs del sistema y pueden causar daos posteriores. La corrosin reduce la eficiencia de cualquier sistema, y si no se controla, produce grietas, fugas y la contaminacin del producto. Los equipos de enfriamiento diseados para funcionar durante aos pueden fallar en cuestin de das, lo que significa los costos elevados de mantenimiento y reparacin, e incluso tener que parar totalmente la produccin.

Tipos de corrosin

Los mecanismos de corrosin en un sistema de enfriamiento se clasifican en dos tipos: corrosin general y corrosin localizada. De stas la ms peligrosa y daina es la segunda. Los diferentes mecanismos de corrosin se visualizan en la siguiente figura.

Esquema de los diferentes mecanismos de corrosin

1. Ataque uniformeEs la forma ms comn y ms fcil de controlar. Se manifiesta por una prdida de peso constante en todo el rea de la superficie atacada, o sea una disminucin constante del espesor. En el diseo de equipos hay que considerar un espesor adicional, previniendo este fenmeno. Este tipo de corrosin es frecuente en medios con alta conductividad (agua de mar), en los cuales la formacin de pilas locales no se ve favorecida. Tambin es comn en soluciones cidas y para metales anfteros en soluciones alcalinas.La prdida de peso puede indicarse en funcin del rea y del tiempo. Algunas unidades utilizadas son: ipy: pulgadas de penetracin por ao. mdd: miligramos por decmetros cuadrado y por da. mm/ao: milmetros por ao. Para pasar de unidades es necesario conocer la densidad del metal.Es importante especificar la duracin del ensayo, ya que la velocidad de corrosin vara a lo largo del mismo, lo que puede provocar errores al extrapolar a tiempos mucho mayores de los de duracin de los ensayos.Si el ataque es uniforme es aceptable el siguiente criterio:1) 0,13 mm/ao: Muy buena resistencia a la corrosin. Estos metales pueden usarse en elementos en los cuales las dimensiones son crticas, ejemplo: asientos de vlvulas, ejes de bombas, etc.2) 0,13 a 1,30 mm/ao: Satisfactorios. Metales aptos para caeras recipientes, cuerpos de vlvulas, etc.3) 1,3 mm/ao: No satisfactorios.

2. CORROSIN LOCALIZADA

2.1 CORROSIN LOCALIZADA MACROSCOPICA

A. CORROSIN GALVNICAUn tipo especial de corrosin ocurre cuando dos metales distintos estn en contacto en el agua. El metal ms fuerte, ms noble acta como ctodo. El metal ms dbil como un nodo y empieza a corroerse. Este par de metales constituye la llamada pila galvnica. En donde la especie que se oxida (nodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (ctodo) acepta los electrones.Corrosin por actividad salina diferenciada

La Corrosin galvnica es la prdida de peso que sufre el nodo por accin exclusiva de la corriente que circula (Ley de Faraday) En el nodo pueden existir adems pilas locales de corrosin. Este tipo de corrosin es peligroso ya que los productos de corrosin precipitan a distancias alejadas de donde se originan, sin disminuir por lo tanto la velocidad del proceso.

Este tipo de corrosin se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metlica expuesta a diferentes concentraciones salinas forman a ratos una pila galvnica en donde la superficie expuesta a la menor concentracin salina se comporta como un nodo.

Es comn en sistemas de enfriamiento de aguas.

B. EROSINPodemos definir a la erosin como la destruccin de un material por la accin abrasiva de un lquido o un gas, usualmente acelerada por la presencia de partculas slidas en suspensin. Conocemos la definicin de corrosin.Cuando el fluido que provoca la erosin es adems corrosivo respecto al metal en anlisis, la velocidad de deterioro es mayor que cuando se verifica cada fenmeno por separado. A esto llamamos corrosin-erosin.Es difcil determinar en qu proporcin afectan cada uno de los dos fenmenos. En general se puede decir que por medios mecnicos (erosin) se rompe la pelcula pasiva o se impide la deposicin de xidos que disminuiran la velocidad de corrosin.

C. CORROSIN EN GRIETAS O POR CONTACTOLa existencia de zonas de difcil acceso para un fluido (diseo defectuoso, uniones roscadas, solapas, intersecciones de alambres en una malla, etc.), implica la posibilidad de encontrar en esas zonas concentraciones de iones totalmente distintas a las del seno de la solucin.As, por ejemplo, puede producirse un defecto de un in inhibidor () o un muy bajo pH, o una disminucin en la concentracin de . Este ltimo caso es sumamente perjudicial para los aceros inoxidables y para los otros materiales llamados pasivables. Para ellos la citada zona adquiere un potencial andico respecto del resto de la superficie.La superficie expuesta a la accin atmosfrica sufre este tipo de corrosin, ya que la humedad queda en las grietas por largo tiempo.

D. CORROSIN ALVEOLAR O PITTINGEste tipo de corrosin puede presentarse en cualquier tipo de metal, pero son los metales y aleaciones pasivables los que se encuentran ms expuestos.Es una forma muy peligrosa de ataque localizado, que puede resultar en la perforacin de un recipiente o caera, a pesar de que la cantidad total de metal perdida es muy pequea.

Teora de la formacin de picaduraHoy en da se acepta universalmente que el fenmeno es de naturaleza electroqumica y se divide en dos etapas:

1) Formacin de puntos de ataque en puntos localizados. 2) Desarrollo del ataque. Las causas que determinan la susceptibilidad de ciertas zonas para la formacin de puntos de ataque, no son an totalmente conocidas. Se acepta que lo que sucede es una fractura en la pelcula pasiva, que recubre el metal, dando origen a una zona andica pequea, rodeada de una gran zona catdica; la densidad de corriente andica es muy grande y protege catdicamente a la zona contigua, fijndose e impidiendo la distribucin del ataque. Esta ruptura de la pelcula pasiva se produce a cierto valor del potencial (potencial de picadura), en el que se verifica una quimi-adsorcin de iones del medio. De los elementos de aleacin que se encuentran comnmente en los aceros inoxidables, los que ejercen una influencia positiva en cuanto a la resistencia al pitting son: Cr, Ni, Mo, Si. El tratamiento trmico ms aconsejable para reducir el peligro de pitting, es un enfriamiento en agua desde 1050-1100C.

E. EXFOLIACINEs un ataque selectivo que comienza en la superficie del metal, y se propaga bajo la misma, siendo el aspecto final del mismo escamoso o ampollado. Es un fenmeno comn en el Al y en aleaciones 80/20 y 70/30 Cu-Ni. La 90/10 Cu-Ni es inmune a este tipo de ataque.F. LIXIVIACIN SELECTIVAUno o ms componentes de una aleacin se corroen preferentemente, dejando un residuo poroso que conserva la forma original. Un ejemplo caracterstico es el dezincado de los latones (Cu-Zn)En este caso, la corrosin ataca a un elemento de una aleacin.La forma ms comn de lixiviacin selectiva en sistemas de enfriamiento es ladescincificacin del latn admiralty, mediante la cual el zinc es removido del bronce, dejando metal de cobre puro. Desgraciadamente, el cobre remanente no es tan fuerte como el metal original. Eso hace que el tubo del intercambiador de calor descincificado sea ms susceptible a falla y fugas. En sistemas de enfriamiento, la causa ms importante de descincificacin es sobrealimentacin de biocidas oxidantes, como cloro o hipoclorito de sodio y/o una operacin de los sistemas de agua de enfriamiento con pH debajo de 7 (condiciones cidas).

2.2. CORROSION MICROSCPICA

A. INTERGRANULAREste tipo de corrosin, a la que se hallan especialmente expuestos los aceros inoxidables de tipo austentico (18/8 y 18/8/Mo), se manifiesta a travs de fallas debidas a que el material se vuelve poroso, frgil y con grandes fisuras.Este tipo de ataque se manifiesta en aceros del tipo mencionado que han estado sometidos a una temperatura entre 500C y 900C durante un tiempo, que depende de la composicin del acero, y que luego se exponen a medios determinados que, desde el punto de vista agresividad, son considerados "suaves".Los aceros as tratados se llaman sensibilizados. Los medios capaces de producir corrosin intergranular en aceros sensibilizados son entre otros: agua de mar, crudos de petrleo, disolventes orgnicos clorados, cido actico, cido crmico, cloruro frrico, cido sulfrico, ntrico y sus mezclas, etc.

Este fenmeno se atribuy a la precipitacin de carburos y, por mucho tiempo, se crey que era la nica causa posible de corrosin intergranular. Luego se demostr que este tipo de ataque puede producirse tambin en aceros no sensibilizados, en medios ntricos a ebullicin con iones oxidantes (Cr6+, Fe3+, V5+, etc.), o en K(OH) al 40-50% y 250C.

La teora ms aceptada para explicar la corrosin intergranular en aceros sensibilizados, es la de empobrecimiento de cromo en los bordes del grano.

Segn la misma, el enfriamiento lento de una aleacin austentica desde 1050-1100C, temperatura a la cual la solubilidad del carbono es de 0,2%, hace que el carbono se precipite, de acuerdo a la disminucin de su solubilidad, principalmente en los bordes de los granos en forma de carburos de cromo. Como la velocidad de difusin del Cr es mucho menor que la del carbono, en los bordes del grano se consume muchos tomos de cromo y hacen que el porcentaje de cromo en esa zona sea menor del 13%. En estas condiciones el acero adquiere un potencial activo respecto del resto del grano que es pasivo; se produce entonces un ataque electroqumico en el cual el borde del grano es andico.

Si la aleacin se enfra pasando rpidamente la zona de temperatura de sensibilizacin los carburos no precipitan, y el acero es inmune a este tipo de corrosin.Si por el contrario se mantiene el acero en esta zona de temperatura un tiempo largo, los carburos precipitan y se verifica la descromatizacin mencionada.

Cabe acotar que de acuerdo al diagrama TTT, si el acero permanece dentro de la zona de sensibilizacin un tiempo suficientemente largo, los carburos pueden llegar a re-disolverse y, auque esta solucin no es prctica ni econmica, es posible (la interseccin temperatura-tiempo debe caer fuera del bucle)

Estos efectos se grafican en los diagramas TTT (temperatura, tiempo, transformacin), en los cuales se puede determinar el tiempo durante el cual el acero est sensibilizado para cada temperatura

Para evitar este problema se reduce el contenido de carbono de la aleacin a valores inferiores del 0,03%, dando origen a los aceros tipo L: 304L; 316L; 317L; etc.

B. CORROSIN BAJO TENSIONESEste tipo de corrosin se manifiesta bajo la accin combinada de tensiones y un medio corrosivo, dando lugar a fisuras y roturas del material. Las tensiones pueden ser residuales o actuales (estticas o cclicas), o ambas a la vez. En el caso de las cclicas hablaremos de corrosin bajo fatiga.Las tensiones estticas pueden ser internas (trabajado en fro, tratamientos trmicos, cambios estructurales internos con variacin de volumen, etc.), o aplicadas exteriormente. Generalmente el valor de las tensiones necesario para producir este fenmeno es cercano al lmite elstico del material. Los medios en los que se produce este tipo de ataque son aquellos que contienen halogenuros metlicos, an a bajas concentraciones, a temperaturas superiores a 70C. Otros medios posibles son: cloruro de etilo con agua, agua de mar, lejas sulfticas cidas, soda custica, agua con SH2 cidos politnicos, vapor de agua. En general a menor concentracin del agente corrosivo, la susceptibilidad a la rotura disminuye.Para valores de pH superiores a 4,5; el riesgo es casi nulo. Los aceros austenticos son particularmente sensibles a la corrosin bajo tensiones, cuando el contenido de nquel es bajo (8%)Los aceros ferrticos son muy resistentes a este tipo de ataque, pero no resisten bien otros tipos de corrosin.ltimamente se ha desarrollado un acero ferrtico-austentico que soporta en forma excelente la corrosin bajo tensiones, y con respecto a otros tipos de ataque se comporta como un AISI 316L.Otro tipo de aleaciones inoxidables que resisten bien este tipo de ataque, son las austenticas con alto contenido de nquel (ms de un 25%)TeorasEl mecanismo se justifica en las siguientes condiciones: 1. Debe existir una zona de ataque preferencial en la estructura, que se manifiesta como un paso continuo. Este paso puede seguir el borde de los granos (corrosin bajo tensiones intercristalinas), o puede existir en planos de deslizamiento, o zonas de precipitacin de fases intermetlicas (corrosin bajo tensiones transcristalinas) Estos pasos son andicos respecto al resto de la estructura. 2. El material debe estar sometido a tensiones prximas al lmite elstico, que tiendan a separar al metal a lo largo de dichos pasos. 3. Existencia de un medio corrosivo especfico. En estas condiciones se produce una microfisura, en cuyo fondo se concentran las tensiones, destruyendo cualquier fin pasivo y exponiendo el material al medio corrosivo, y as sucesivamente.Para disminuir el riesgo de este tipo de corrosin, es conveniente evitar las tensiones, ya sean internas o externas. En tal sentido hay que ser cuidadosos en la velocidad de enfriamiento posterior a un tratamiento trmico, evitar construir equipos con aleacin de distinto coeficiente de dilatacin trmica, etc.Tambin hay que evitar la existencia de zonas estancas donde se pueda aumentar la concentracin de un in agresivo (C1-)Es aconsejable utilizar proteccin catdica y/o inhibidores como nitratos, fosfatos, etc.

Puede ocurrir corrosin bajo depsitos cuando los productos de corrosin o incrustacin mineral se acumulan sobre la superficie metlica. Esto es la corrosin localizada causada por las celdas de concentracin de oxgeno. A medida que se forman depsitos sobre las superficies metlicas, los niveles de oxgeno debajo de los depsitos se reducen y se establece una celda de corrosin electroqumica. Esto puede hacer que el metal debajo del depsito sea rpidamente corrodo ocasionando corrosin localizada severa y perforacin de la superficie metlica.

Otra forma de corrosin que puede observarse en sistemas de enfriamiento es corrosin por influencia microbiolgica o microbiolgicamente inducida (MIC).MIC ocurre debajo del biofilm (lodo) sobre superficies metlicas. El biofilm acta como una barrera para los microbios, protegindolos contra los biocidas oxidantes y no oxidantes y permitiendo que se desarrollen vigorosamente. La mayora de los organismos segrega cidos como parte de sus procesos metablicos. Eso crea condiciones de bajo pH localizado debajo del biofilm, generando corrosin.

Corrosin bajo fatiga

Se denomina lmite de fatiga de un material, al valor de la tensin que aplicada alternativamente no produce fallas, an en un nmero infinito de ciclos. Para un valor superior a ese lmite la falla se produce en un nmero definido de ciclos.Si el material est en contacto con un medio corrosivo, no existir lmite de fatiga, y las fallas se producirn en un nmero menor de ciclos (para igual tensin), que en ausencia de dicho medio.El dao causado es por lo general mayor que la suma de los daos que causan la corrosin y la fatiga por separado. Las grietas son del tipo transgranular ramificadas y a menudo se inician en picaduras superficiales.El acero sufre este ataque en aguas dulces naturales, agua de mar, productos condensados de combustin, etc.Para disminuir el riesgo es aconsejable aplicar proteccin catdica, usar inhibidores, etc.

Factores que Influencian la Corrosin

Distintos factores afectan la tasa y la severidad de la corrosin. La comprensin de estos factores permite elegir los programas de tratamiento ms apropiados y ayuda a operar las torres de enfriamiento e intercambiadores de calor ms eficientemente.Muchos de los factores que afectan la corrosin del sistema de enfriamiento son parte del diseo del sistema o dependen del agua de reposicin.

El oxgeno es un componente clave que influye en la tasa de corrosin del sistema de enfriamiento, l afecta la tasa de corrosin porque est involucrado en las reacciones andicas y catdicas sobre la superficie del metal (acta en la formacin de xidos y como despolarizador catdico, si la formacin de xido elimina los iones metlicos del metal, se incrementar la corrosin). Cuanto ms oxgeno, tanto ms rpidamente ocurre la corrosin. En una torre de enfriamiento, el aire se mezcla con el agua a medida que pasa a travs del relleno de la torre. El agua se satura continuamente con oxgeno. Una forma de controlar el efecto corrosivo del oxgeno en sistemas de enfriamiento es agregar inhibidores especiales que no permiten que el oxgeno llegue a la superficie metlica. Sin oxgeno no pueden ocurrir las reacciones qumicas y cesa la corrosin.

La temperatura es otro factor que afecta directamente la tasa de corrosin en un sistema de enfriamiento. Generalmente, la tasa de corrosin se duplica por cada elevacin de 18F (10C) de la temperatura del agua. En la mayor parte de los casos, las temperaturas operacionales estn diseadas para el sistema de enfriamiento y no se puede hacer mucho para cambiarlas. La temperatura tiene efectos secundarios por su influencia sobre la solucin del aire (oxgeno), que es la sustancia oxidante ms comn que influye en la corrosin.

La velocidad del agua influye tambin en la tasa de corrosin en sistemas de enfriamiento. En un rango de velocidad relativamente bajo, la tasa de corrosin tiende a crecer a medida que aumenta la velocidad del agua. Sin embargo, a una velocidad crtica, la tasa de corrosin disminuye un poco segn el oxgeno es llevado para la superficie metlica, incrementando la rpida formacin de una capa protectora de xido metlico. A medida que la velocidad aumenta ms all de aquel punto, la accin de friccin (scouring) del agua comienza a remover el film protector y la corrosin tiende a aumentar (erosin). Las velocidades son normalmente inherentes al sistema de enfriamiento y es muy difcil alterarlas. Una velocidad ms baja puede reducir el potencial de corrosin pero aumenta el riesgo de ensuciamiento.

El PH, es una medida de la acidez del agua. l puede influenciar dramticamente sobre la corrosin. Por lo general, cuanto ms bajo es el pH, mayor ser la tendencia a la corrosin. Los inhibidores de corrosin se agregan al sistema para reducir la tasa de corrosin y son diseados para operar dentro de un rango especfico de pH. Es crtico por lo tanto controlar el pH del sistema de enfriamiento dentro del rango especificado para su programa de tratamiento. En los sistemas de enfriamiento el pH es controlado, sea a travs de dosificacin de cido o ajustando los ciclos de concentracin en la torre de enfriamiento.

El contenido total de slidos disueltos (TSD) tiene un efecto directo sobre la tasa de corrosin del hierro y del acero. Es lgico que, como la corrosin involucra la transferencia de electrones dentro del metal y las correspondientes reacciones en el agua, el agua con un alto contenido inico tenga una alta tendencia a corroer el metal.

El uso de cloro tambin est fuertemente relacionado con la tasa de corrosin. Por lo general, cuanta ms alta es la dosificacin de cloro o hipoclorito de sodio, mayor ser la tendencia a la corrosin. Si ese material fuera dosificado en exceso en un sistema de enfriamiento, atacar las aleaciones de cobre del sistema, tales como latn admiralty, liberando iones de cobre en el agua de enfriamiento. Los iones de cobre pueden depositarse sobre las superficies de acero dentro del sistema y llevar a corrosin galvnica. Por lo tanto, un buen control del cloro y/o del hipoclorito de sodio es crtico para el control del sistema.

El proceso de corrosinLa corrosin es un fenmeno que hace que los metales elaborados, tales como el acero, el cobre y el zinc, vuelvan a sus estados nativos como compuestos qumicos o minerales. Por ejemplo, el hierro, en su estado natural, es un compuesto oxidado, pero cuando se procesa para formar hierro o acero pierde el oxgeno y se convierte en hierro puro. En presencia de agua y oxgeno, las fuerzas de la naturaleza atacan sin cesar al acero, volviendo a convertir el hierro elemental, en oxido, normalmente en forma de una combinacin. Chantereau, J. (1985)Pila bsica de la corrosin aunque la corrosin es un proceso complicado, se puede explicar fcilmente como la reaccin electroqumica mostrada en la figura el metal se pierde en aquella parte llamada zona andica.

Celda Tpica de Corrosin. Jenkins, D.; Snoeyink Vernon L. (1995)

En este caso el hierro se disuelve en el agua y se oxida formando el Ion y como consecuencia de esta formacin se desprenden dos electrones que circulan por el acero hasta llegar a la zona catdica.Una reaccin de oxidacin es una reaccin andica, en la cual los electrones son liberados, dirigindose a otras regiones catdicas, donde se producen iones OH- por la reduccin del oxgeno. En la regin andica se producir la disolucin del metal en Fe+2, que reacciona con los OH- para formar hidrxido ferroso, ste con el oxgeno disuelto pasa a Fe(OH) 3 y precipita sobre la regin andica. El oxgeno disuelto en el agua se desplaza hacia la zona catdica y cierra el circuito elctrico, usando los electrones que circulan hacia el ctodo, formando iones hidroxilo, en la superficie del metal. A un pH bajo < 5, el Ion Hidrgeno puede ocupar el lugar del oxgeno y cerrar el circuito elctrico; Como la mayora de los sistemas de enfriamiento operan en un intervalo de pH comprendido entre 6.5 y 9.5 no tiene lugar la reduccin de Hidrgeno. La reaccin catdica principal es la reduccin de oxgeno. Toda la superficie metlica est cubierta de innumerables zonas andicas y catdicas de tamao microscpicas. Estas zonas normalmente se originan en irregularidades de la superficie producidas durante el perfilado, la extrusin y otras operaciones de labrado de metales, esfuerzos debidos a la soldadura, perfilado u otras operaciones; o diferencias de composicin en las superficies del metal.En el caso del metal, las diferencias de composicin pueden ser causadas por diferentes micro estructuras. Las incrustaciones en la superficie del metal o debajo de la misma, puede ser causa de que se formen pares de nodos y ctodos, estas impurezas pueden haberse formado cuando el metal estaba en estado fundido o al haberse incrustado en las superficies durante las operaciones de laminado, acabado o desbastado.

Reaccin que determina la velocidadLos cuatro componentes bsicos de una pila de corrosin son el nodo, el ctodo, el circuito a travs del metal entre el nodo y el ctodo por donde circulan los electrones, y el electrolito (agua en este caso) que circula sobre la superficie del metal. Galvenele, J.R.; (1979). Si falta uno o cualquiera de estos componentes no se producir corrosin. La oxidacin del metal en el nodo y la reduccin del oxgeno en el ctodo son las dos reacciones bsicas que tiene lugar en una pila de corrosin a los pH normalmente encontrados en los sistemas de agua de enfriamiento de recirculacin abiertos. Un principio bsico de la corrosin establece que la suma de las velocidades de las reacciones andicas debe ser igual a la suma de las velocidades de las reacciones catdicas. En el agua de enfriamiento el proceso de corrosin normalmente se considera que est bajo control catdico, ya que el oxgeno no se difunde fcilmente por el agua o por los distintos xidos de la superficie catdica. Si el oxgeno no est fcilmente disponible para la reduccin del ctodo, se reducir la velocidad a la que puede ocurrir la velocidad catdica. Si se reduce la velocidad de la reaccin catdica, la velocidad de la reaccin andica tambin se reducir, ya que ambas velocidades deben ser iguales.Una gran superficie catdica con relacin a una zona andica permite que reaccione ms oxgeno, agua y electrones, aumentando el flujo de electrones desde el nodo, acelerando as la velocidad de corrosin. Por el contrario, al hacerse ms pequea el rea catdica en relacin al rea andica, disminuye la velocidad de corrosin. No obstante, si se reduce el rea andica sin que se reduzca el rea de la forma correspondiente, se perder la misma cantidad de metal, pero de menos sitios andicos o reas andicas ms pequeas. La velocidad de corrosin no cambiara ya que no se ha reducido la zona catdica. Esta es una explicacin sencilla de la causa de las picaduras en los metales. Las picaduras son ms perjudiciales que las prdidas generales sobre una zona andica grande ya que las picaduras provocan una penetracin rpida de la pared del metal y la falla de los equipos.

Los mtodos mecnicos ms eficaces usados para el control de la corrosin son los siguientes:El uso de materiales resistentes a la corrosin, evitar pares galvanicos de mezclas de aleaciones.Barreras inertes separar un metal del agua usando barreras inertes, es comn revestir las piezas seleccionadas de algunos sistemas.1. Barreras Orgnicas.2. Revestimientos metlicos.3. Barreras vitreas.

nodos de Sacrificio reducen el ataque de la corrosin y son eficaces contra la corrosin de pares galvanicos.

Los mtodos operacionales ms eficaces usados para el control de la corrosin son los siguientes:

Ajustes en la composicin qumica del agua, pH y Conductividad.La corrosin avanza ms rpidamente en el nodo, donde los productos de corrosin tales como el Fierro y cobre son solubles en el electrolito. La solubilidad del cobre y el hierro aumentan al disminuir el pH. El acero dulce se oxida con ms facilidad en condiciones cidas que alcalinas. La diferencia de potencial entre micronodos y microctodos es mayor en el lado cido Debe considerarse el efecto del pH en la corrosin al desarrollar un programa.El agua de enfriamiento es el electrolito de una pila de corrosin. La teora actual sobre la funcin que desempea la conductividad (en lo que se refiere a iones no alcalinos, es decir, cloruros y sulfatos) en la corrosin se basa en tres factores:

1. Los iones agresivos tales como los cloruros y sulfatos pueden destruir las pelculas de xido.2. Los iones pueden concentrarse debajo de los depsitos formando una corrosin localizada.3. Los iones en solucin emigran a diferentes partes de la superficie metlica para mantener la neutralidad elctrica del sistema.(cuanto mayor sea el nmero de iones presentes en una solucin, mayor ser la velocidad a la que se logre la neutralidad elctrica, permitiendo que la corrosin avance a un ritmo ms rpido.

Es de suma importancia como controles operacionales mantener un control en el rango de pH y en las purgas mediante controladores de conductividad en los sistemas de enfriamiento.

Tratamiento qumicoInhibidores de corrosin

Los inhibidores de corrosin son compuestos orgnicos o inorgnicos que actan formando una pelcula protectora sobre la superficie metlica en contacto con el agua, que detiene la reaccin corrosiva, disminuyendo o deteniendo el flujo elctrico. Este mtodo es el ms efectivo y econmico para prevenir la corrosin en sistemas de enfriamiento. Los inhibidores de corrosin son dosificados continuamente para mantener una concentracin suficiente, con el objeto de asegurar la pelcula protectora, ya que, de lo contrario puede ocurrir una corrosin por picaduras muy intensa. Para detener la corrosin es necesario eliminar un componente de la celda de corrosin, como no es posible eliminar el electrolito ni el conductor, se debe inhibir el nodo o el ctodo, de all que los inhibidores se clasifican en andicos y catdicos.

Los inhibidores andicos actan formando un compuesto insoluble (xido frrico), el cual precipita en las regiones andicas, evitando la reaccin. Los ms comunes son: molibdatos, cromatos, ortofosfatos, nitritos, silicatos, hidrxido sdico, carbonatos, borato de sodio, y benzoato de sodio. La formacin de la pelcula puede ser de manera precipitante u oxidante. Entre los oxidantes estn el cromato y el nitrito, los cuales forman una capa de xido frrico que protege el metal. El cromato es un excelente inhibidor, sin embargo, es muy contaminante y reacciona con hidrocarburos y sulfuros de hidrgeno. La desventaja del nitrito es que requiere de dosis ms altas que el cromato, por lo que es ms utilizado en sistemas cerrados, y los microorganismos lo convierten en nitrato, el cual no es tan efectivo como el primero. Entre los precipitantes estn los ortofosfatos y silicatos, los cuales forman una capa insoluble, por la reaccin con los productos de corrosin. Se utilizan junto con inhibidores catdicos, dispersantes y estabilizantes, para evitar la formacin de incrustaciones. Los silicatos forman silicatos metlicos en forma de gel que se adhieren sobre el metal.

Los inhibidores catdicos, reducen la corrosin mediante la formacin de una pelcula protectora que precipita sobre la superficie del metal, la cual funciona como una barrera al ataque del oxgeno. Los ms comunes son: polifosfatos, cationes metlicos como compuestos de zinc, fosfonatos, y bicarbonatos. Los polifosfatos reaccionan con calcio, zinc y otros iones divalentes para formar partculas coloidales cargadas positivamente. Estas partculas coloidales migran hacia las zonas catdicas, donde precipitan para formar la pelcula protectora. Los polifosfatos requieren la presencia de iones divalentes para trabajar efectivamente. Los cationes metlicos reaccionan con los iones negativos para formar hidrxidos insolubles. El hidrxido del metal precipita sobre la superficie catdica formando la pelcula protectora sobre el metal.

La pelcula protectora es muy sensible a las variaciones del pH, por lo que en los tratamientos basados en inhibidores catdicos es muy importante su control. Los fosfonatos son utilizados en aguas alcalinas y requieren de calcio para ser efectivos, formando una pelcula protectora de fosfonato de calcio en las zonas catdica. En presencia de agentes oxidantes es necesario el uso de dispersantes y estabilizantes. Existen inhibidores de corrosin que pueden actuar en el nodo o el ctodo, como algunas aminas, cidos orgnicos y compuestos orgnicos como tiazoles y triazoles. Estos cubren la superficie entera del metal de una pelcula protectora absorbente.

El zinc como inhibidor de corrosin Las sales de zinc han sido muy utilizadas como inhibidores de corrosin catdicos. Esto se debe a que son econmicas, efectivas, no requieren altas concentraciones y su toxicidad es baja. Estos inhibidores actan con la formacin de una pelcula protectora de hidrxido de zinc Zn (OH) 2 insoluble, la cual es creada por los iones solubles de zinc cargados positivamente () atrados hacia las zonas catdicas por los iones . Esta pelcula se forma muy rpidamente precipitando sobre el ctodo e impidiendo que el oxgeno ataque el rea cubierta, disminuyendo as la corrosin, segn la siguiente reaccin:

Esta capa es poco estable y es afectada por el pH. La solubilidad del zinc en el agua aumenta con la acidez, disolvindose en Zn (ac). En aguas alcalinas comienza a precipitar a pH mayores a 7,8. Es necesario un control adecuado del pH en tratamientos con inhibidores de zinc para garantizar la formacin de la pelcula de hidrxido de zinc, por lo que se mantiene entre 7 y 8 para lograr efectos satisfactorios.

Los inhibidores que contienen zinc requieren normalmente de una mezcla con agentes estabilizadores para ampliar el intervalo de pH efectivo y lograr un efecto ms duradero de la pelcula, por lo que se utiliza principalmente en combinaciones. La combinacin de zinc con ciertos compuestos orgnicos, como lignina que acta como dispersante, mejora la formacin de la pelcula. Los estabilizadores efectivos ms comunes son los lignosulfonatos y politeres.El zinc, a altas concentraciones de 3 5 ppm, se usa normalmente como el nico inhibidor de corrosin en programas de agua de enfriamiento alcalinas, donde la corrosividad natural disminuye con un pH alto. El tipo de aplicacin de zinc ms reciente en condiciones alcalinas, es la alimentacin de cantidades ultra bajas (0,5-2,5 ppm) de zinc en combinacin con otros inhibidores tales como el fosfato. El zinc tambin puede mezclarse con otros inhibidores de corrosin, tales como el cromato, para mejorar el rendimiento en programas de agua de enfriamiento cidaEl H2S en presencia de un inhibidor de zinc secuestra los iones () y reacciona para formar ZnS, dejando el agua libre de iones efectivos de zinc para formar la pelcula protectora.

Monitoreo de la corrosin La medicin, control y prevencin de la corrosin en campo abarca un amplio espectro de actividades tcnicas. Dentro de la esfera del control de la corrosin y su prevencin, existen diferentes opciones tcnicas como lo son la proteccin andica y catdica, la seleccin de materiales, la inyeccin qumica y la aplicacin de recubrimientos externos e internos. La medicin de la corrosin, por su parte, emplea otra variedad de tcnicas destinadas a determinar qu tan corrosivo es el ambiente del sistema y a que tasa o rapidez se experimenta la prdida de metal. La medicin de la corrosin es un mtodo cuantitativo por medio del cual la efectividad de las tcnicas de control y prevencin de la corrosin pueden ser evaluadas y proveer la retroalimentacin necesaria para optimizarlas.

La necesidad del monitoreo de corrosinLa tasa de corrosin determina que tan duradera puede ser la vida til de una planta y su seguridad operacional. La medicin de la corrosin y las acciones para remediar las tasas de corrosin elevadas permiten incrementar la efectividad costo-operativa de la planta para alcanzar la reduccin de los costos asociados a la renovacin de las instalaciones de un proceso.Con las tcnicas para el monitoreo de la corrosin se podra:1. Proveer una alarma anticipada de los daos potenciales que ocurriran en las estructuras de produccin, de mantenerse las condiciones corrosivas existentes.2. Estudiar la correlacin de los cambios en los parmetros en el proceso y sus efectos en la corrosividad del sistema.3. Diagnosticar un problema de corrosin particular, identificar sus causas y los parmetros de control de la corrosin, como la presin, temperatura, pH, caudal, etc.4. Evaluar la efectividad de una tcnica de prevencin/control de la corrosin que se haya aplicado al sistema, tales como la inhibicin qumica.5. Proveer informacin relacionada con los requerimientos de mantenimiento y condiciones de la planta.

TCNICAS DE MONITOREO DE CORROSINExiste un gran nmero de tcnicas para el monitoreo de la corrosin. La lista siguiente detalla las ms comunes usadas en las aplicaciones industriales: Cupones de Corrosin (Medicin de prdida de peso) Resistencia Elctrica (Probetas E/R) Resistencia de Polarizacin Lineal (Probetas LPR) Galvnica (ZRA)/ Potencial Penetracin de Hidrgeno Microbiolgica Erosin por arena

CUPONES DE CORROSIN DE PRDIDA DE PESOLa tcnica de prdida de peso es la ms simple y la ms conocida de todos los mtodos de monitoreo de corrosin. Esta tcnica se basa en la exposicin por un tiempo determinado de una muestra (cupn) del mismo material de la estructura supervisada, en el mismo ambiente corrosivo al que la estructura est expuesta.La medicin obtenida de los cupones al analizarse es la prdida de peso que ocurre en la muestra durante el perodo de tiempo al que ha sido expuesto, expresada como tasa de corrosin.

La simplicidad de esta medicin es tal, que la tcnica de monitoreo con cupones es el mtodo bsico utilizado en muchos programas de inspeccin de la corrosin. Esta tcnica es extremadamente verstil, debido a que los cupones de prdida de peso pueden ser fabricados en cualquier aleacin comercial disponible. Adems, utilizando el diseo geomtrico apropiado, una amplia variedad de fenmenos corrosivos pueden ser estudiados: Estrs causado por la corrosin Ataque galvnico / bimetlico Diferencias en la exposicin al aire Zonas afectadas por el calorLas ventajas de los cupones de prdida de espesor son: La tcnica es aplicable a todos los ambientes (gases, lquidos y flujos con partculas slidas) Puede realizarse inspeccin visual. Los depsitos de incrustacin pueden ser observados y analizados. La prdida de peso puede ser fcilmente determinada y la tasa de corrosin puede ser fcilmente calculada. La corrosin localizada puede ser identificada y medida. La eficiencia de los inhibidores pueden ser fcilmente determinada.En un tpico programa de monitoreo, los cupones son expuestos entre unos 45 a 90 das antes de ser removidos para anlisis de laboratorio. La frecuencia de extraccin de los cupones para la toma de datos sera de un mnimo de 4 veces por ao. Las prdidas de peso resultantes de cualquier cupn expuesto por un perodo de tiempo, ser el valor promedio de la corrosin que ha ocurrido en ese intervalo temporal. La desventaja de la tcnica de cupones es que, si la tasa de corrosin vara durante el perodo de exposicin, es decir, si se incrementa o disminuye por alguna causa, dicho evento pico no sera evidenciado en el cupn, sin poderse determinar su duracin y su magnitud.Es por ello que el monitoreo con cupones es ms til en ambientes donde la tasa de corrosin no presenta cambios significativos en largos perodos de tiempo. Sin embargo, los cupones pueden proveer una til correlacin cuando se utilizan con otras tcnicas como las mediciones ER y LPR.

MONITOREO POR RESISTENCIA ELCTRICA (ER)Las probetas de resistencia elctrica (ER) pueden ser consideradas como cupones de corrosin electrnicos. Al igual que los cupones, las probetas E/R proveen una medicin de la prdida de metal de un elemento expuesto a un ambiente corrosivo, pero a diferencia de los cupones, la magnitud de la prdida de metal puede ser medido en cualquier momento, a la frecuencia que sea requerida, mientras la probeta se encuentre in-situ y permanentemente expuesto a las condiciones del proceso.

La tcnica E/R mide el cambio en la resistencia elctrica (Ohms) de un elemento metlico corrodo expuesto al medio ambiente del proceso. La accin de la corrosin en la superficie del elemento produce un decrecimiento en el rea de la seccin transversal de dicho sensor, lo cual representa un incremento en la resistencia elctrica. El aumento en esta resistencia puede ser relacionada directamente con la prdida de metal, y la prdida de metales funcin del tiempo es la definicin de la tasa de corrosin. Aunque es una tcnica que promedia la corrosin en el tiempo, los intervalos entre cada medicin pueden ser mucho ms cortos que los de los cupones de prdida de peso.

Las probetas E/R tienen todas las ventajas del cupn, pero adicionalmente: Son aplicables en todos los ambientes de trabajo, lquidos, gaseosos, slidos, flujos con partculas slidas. La tasa de corrosin puede ser obtenida de forma directa. La probeta se puede mantener instalada y conectada en lnea hasta que su vida operacional haya sido agotada. Responde de forma rpida a los cambios en las condiciones corrosivas, y puede ser utilizado como disparador de alarmas.Las probetas E/R se encuentran disponibles en una gran variedad geomtrica, metalrgica y sensitiva de elementos, y puede ser configurado para el montaje tipo rasante para poder ejecutar operaciones en lnea con cochinos, sin tener que remover las probetas. El rango de sensibilidad permite que el operador seleccione la mejor respuesta dinmica, que sea consistente con los requerimientos del proceso.

MONITOREO POR RESISTENCIA DE POLARIZACIN LINEAL (LPR)La tcnica LPR est basada en una teora electroqumica compleja. Para su aplicacin en mediciones industriales, ha sido simplificada a un concepto bsico. En trminos fundamentales, un pequeo voltaje (o potencial de polarizacin) es aplicado a un electrodo en solucin. La corriente necesitada para mantener una tensin (tpicamente 10mV) es directamente proporcional a la corrosin en la superficie del electrodo sumergido en la solucin. Por medio de la medicin de la corriente, la tasa de corrosin puede ser deducida.

La ventaja de la tcnica LPR es que la medicin de la tasa de corrosin es hecha instantneamente. Esta es una herramienta ms poderosa que las probetas E/R o los cupones cuando la medicin fundamental no es la prdida de metal si no la tasa de corrosin, y cuando no se desea esperar por un perodo de exposicin para determinarla. La desventaja de la tcnica LPR es que esta slo puede ser ejecutada exitosamente en medios acuosos electrolticos. Las probetas LPR no funcionan en gases o emulsiones de agua/crudo, en donde los electrodos puedan asentarse depsitos o impurezas que les impidan actuar debidamente.

MONITOREO GALVNICOLa tcnica de monitoreo galvnico, tambin conocida como la tcnica de Ampermetro de Resistencia Cero o ZRA es otra tcnica electroqumica de medicin. Con las probetas ZRA, dos electrodos de diferentes aleaciones o metales son expuestos al fluido del proceso.Cuando son inmersas en la solucin, un voltaje natural o diferencial de potencial se presentar entre los electrodos. La corriente generada por este diferencial de potencial refleja la tasa de corrosin que est ocurriendo en el electrodo ms activo del par.El monitoreo galvnico es aplicable a los siguientes casos: Corrosin bimetlica Agrietaduras y picaduras. Corrosin asistida por resquebrajamientos Corrosin por especies altamente oxigenadas. Daos de soldadura.La medicin de la corriente galvnica ha conseguido una amplia gama de aplicaciones en sistemas de inyeccin de agua, donde las concentraciones de oxgeno disuelto son de consideracin. La presencia de oxgeno dentro de dichos sistemas incrementa en gran medida la corriente galvnica y por lo tanto, la tasa de corrosin de los componentes de acero del proceso. Los sistemas de monitoreo galvnico son usados para proveer una indicacin del oxgeno que puede estar invadiendo las inyecciones de agua..

ENSUCIAMIENTOEnsuciamiento es la acumulacin de materiales slidos, diferentes de las incrustaciones, que se producen debido al depsito de partculas que se fijan en algn punto del sistema, donde la velocidad del agua de enfriamiento disminuye a un nivel tan bajo, que no es capaz de arrastrar el material en el flujo. Estos depsitos impiden la operacin del equipo de planta o contribuyen a su deterioro.Ejemplos de los materiales ms comunes, que producen ensuciamiento son: Polvo y cieno Arena Productos de corrosin Productos orgnicos naturales Masas microbiolgicas Fosfatos de aluminio Fosfatos de hierro

DEFINICIONEl ensuciamiento es un problema comn de los sistemas de agua de enfriamiento (tanto en los de recirculacin como en los de paso nico). Existen varias clases de agentes de ensuciamiento, orgnicos e inorgnicos, que se depositan en las superficies de transferencia de calor, se acumulan en los equipos u obstruyen los intercambiadores de calor y las tuberas. Como consecuencia del ensuciamiento se producen prdidas de transferencia de calor y corrosin debajo de los depsitos as como aumentos en la demanda de energa, lo que resulta en paros de produccin sin planear, mayor mantenimiento, prdidas de productividad y reemplazo de equipos. Todo lo anterior se traduce en la disminucin de beneficios y mayor Impacto ambiental

MECANISMO DE ENSUCIAMIENTOEl ensuciamiento se distingue de la formacin de incrustaciones en que los depsitos de ensuciamiento se forman a partir de material en suspensin en el agua, mientras que las incrustaciones se forman a partir de minerales disueltos que precipitan. No obstante, los depsitos de ensuciamientos tambin contienen cantidades sustanciales de incrustaciones y productos de corrosin adems de crecimiento microbiano.La combinacin de estos productos complica el mecanismo de ensuciamiento y es la razn por la que es difcil prevenir y limpiar los depsitos de ensuciamiento.

Es obligatorio realizar un anlisis detallado de las condiciones del sistema y conocer las caractersticas del agua antes de hacer recomendaciones especificas para resolver el problema. Los materiales que causan ensuciamiento de un sistema de enfriamiento pueden ser de seis clases.

ORGENES Y TIPOS DE AGENTES DE ENSUCIAMIENTO

LIMO. -el termino limo se refiere a una combinacin de partculas insolubles consistentes en slice y almina procedentes de la corteza terrestre y otros slidos en suspensin que pueden contaminar el sistema. Las partculas de limo de las aguas fluviales pueden variar en tamao de 1.0 a 100 micras. El limo generalmente puede penetrar al sistema de dos formas:

AGUA DE REPOSICIN. la fuente de agua de reposicin ejerce una gran influencia en la cantidad de limo que entra en el sistema. Las aguas de los pozos generalmente contienen poca cantidad de limo y slidos en suspensin y son de una calidad constante. Las aguas superficiales generalmente contienen mayores cantidades delimo y la calidad del agua estinfluida por factores ambientales tales como la escorrenta producidas por lluvias y perturbaciones importantes en un lago.

CONTAMINACIN DEBIDA AL AIRE. la ubicacin geogrfica y el medio afectan el tipo y cantidad de limo que penetra en un sistema, los sistemas de enfriamiento ubicados en zonas llanas, abiertas azotadas por el viento acumulan limo ms rpidamente que los sistemas de enfriamiento en una zona protegida.

SLICE.-el silicio es el segundo elemento ms abundante en la superficie terrestre. Los dos tipos de depsitos de silicio ms comunes son la slice (basada en dixido de silicio) y los silicatos (basados en las numerosas sales solubles de la slice).

MINERALES INSOLUBLES.-ocasionalmente los slidos coloidales tales como el carbonato de calcio, xidos de hierro o dixido de magnesio.Kemmer, F.N. (1988).Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura

FACTORES QUE INFLUYEN EN EL ENSUCIAMIENTO EN UN SISTEMA DE AGUA DE ENFRIAMIENTO.Los factores ms importantes que influyen en el ensuciamiento en un sistema de agua de enfriamiento son:

Caractersticas del agua Temperatura Velocidad del flujo de agua Crecimiento microbiolgico Corrosin Contaminacin.

CARACTERSTICAS DEL AGUAEl agua destilada no ensucia. Sin embargo la mayora de aguas contienen materiales suspendidos y disueltos que pueden causar un problema significativo de ensuciamiento bajo ciertas condiciones.Los materiales afectan en mayor grado cuando es mayor el tamao de las partculas y la cantidad de partculas.TEMPERATURAEl incremento de temperatura incrementa la tendencia al ensuciamiento, debido a que las superficies que transfieren calor estn ms calientes que el agua de enfriamiento y aceleran el ensuciamiento. VELOCIDAD DEL FLUJO DE AGUAA bajas velocidades del flujo de agua (un pie por segundo o menos) ocurre ensuciamiento debido al asentamiento natural del material en suspensin. A velocidades del flujo de agua ms altas (dos pies por segundo) puede ocurrir ensuciamiento, pero usualmente es menos severo. A tres pies por segundo o ms se puede evitar que se depositen los slidos suspendidos. CRECIMIENTO MICROBIOLGICOLos microorganismos pueden formar depsitos en cualquier superficie. Adems las bacterias corrosivas o depositadoras de hierro causan o utilizan productos de corrosin los cuales subsecuentemente se depositan como ensuciantes voluminosos. Todas las colonias microbiolgicas actan como un lugar colector de polvo y cieno, causando un depsito de ensuciantes diversos.

CONTAMINACIN DEL PROCESOLos materiales que escapan del lado del proceso del equipo de intercambio de calor pueden causar serios problemas de ensuciamiento en varios aspectos:Depositndose como productos insolubles.Suministrando nutrientes para microorganismos y causando severos crecimientos microbiolgicos.Reaccionando con los inhibidores de corrosin o incrustaciones para formar ensuciamientos insolubles.

CONTROL DEL ENSUCIAMIENTOEl ensuciamiento puede ser controlado mecnicamente o por el uso de tratamientos qumicos. El mejormtododepende del tipo de ensuciamiento. El control del ensuciamiento en un sistema de enfriamiento involucra tres tcticas principales:Prevencin:Es todo lo que se pueda hacer para prevenir que los materiales que producen ensuciamiento entren al sistema de enfriamiento; esto puede requerir cambios mecnicos o adicin de productos qumicos para clarificar el agua de reposicin.Reduccin:Se tiende a remover o reducir el volumen de los materiales que producen ensuciamiento, que inevitablemente entran al sistema de enfriamiento. Esto puede involucrar filtraci6n del flujo o limpieza peridica del estanque de la torre de enfriamiento.Control de la operacin:Es una accin regular para minimizar los depsitos de los materiales que producen ensuciamiento en el sistema. Esto puede incluir la adicin de dispersantes qumicos y agitacin poraireo retro lavado de los intercambiadores. INHIBIDORES QUMICOS DE ENSUCIAMIENTOLos inhibidores qumicos de ensuciamiento trabajan mediante los dispersantes y los agentes humectantes para mantener los materiales que producen ensuciamiento en suspensin, previniendo que ellos se asienten en las superficies metlicas o ayudando a remover los depsitos de ensuciamiento que ya se han formado.Los dispersantes, por refuerzo de cargas, causan que los materiales que producen ensuciamiento se repelan unos a otros por incremento de las cargas elctricas iguales que acarrean.Los agentes humectantes hacen al agua ms penetrante (reducen la tensin superficial), inhiben la formacin de nuevos depsitos y posibilitan la remocin de los depsitos existentes. Esta accin mantiene las partculas, en la masa del flujo de agua y donde pueden ser ms fcilmente removidas del sistema ya sea a travs de las purgas o de filtracin.

PRODUCTOS QUMICOS USADOSRefuerzo de cargas: Polmeros aninicos.Agentes humectantes: SurfactantesUn control continuo, tanto del programa qumico y mecnico, es el nico camino para reducir el ensuciamiento.

EFECTO DE LA CORROSIN EN EL ENSUCIAMIENTOLa corrosin puede formar productos de corrosin insolubles que migran y se mezclan con desechos contaminantes del proceso o masas microbiolgicas para agravar el ensuciamiento.

IMPUREZAS DEL AGUALas principales impurezas del agua que tienen impacto en su aplicacin en sistemas de enfriamiento son: conductividad, dureza, turbidez, gases disueltos, cantidad de minerales presentes como hierro, manganeso, slice, sulfatos, cloruros y pH.La conductividad es una medida de la capacidad del agua para conducir electricidad. Viene relacionado con la cantidad de minerales disueltos. La unidad de medida es mhos/cm (S/cm). El intervalo de operacin de la conductividad en sistemas de enfriamiento depende de cada sistema, las caractersticas del agua y el tipo de tratamiento.El pH indica la concentracin y equilibrio de compuestos cidos y alcalinos en el agua. El control de pH es crtico para la mayora de los tratamientos. Cuando el pH se encuentra por debajo del intervalo especificado, aumenta el potencial de corrosin, si es mayor aumenta el potencial de formacin de incrustaciones.La alcalinidad, es una medida de la capacidad de un agua para neutralizar un cido. Son importantes dos tipos de alcalinidad en las aguas de enfriamiento: alcalinidad por carbonatos (CO3=) y alcalinidad por bicarbonatos (HCO3-).La dureza se refiere a la cantidad de calcio y magnesio presente en el agua. Se asocia a la tendencia de las aguas a formar o no incrustaciones. La dureza temporal se refiere a la asociada a los carbonatos y bicarbonatos. La dureza permanente es la que est asociada a otros aniones tales como cloruros, sulfatos, nitratos, etc.La turbidez, se refiere a la presencia de slidos suspendidos coloidales.El hierro y manganeso se encuentran mayormente en las aguas subterrneas debido a la ausencia oxgeno disuelto. Las formas solubles del hierro y el manganeso son: Fe+2, Mn+2. En presencia de oxgeno los iones de Fe y Mn se oxidan, precipitando. Igualmente, la precipitacin tambin ocurre por desgasificacin del CO2 o un incremento en la alcalinidad.El silicio es el segundo elemento ms comn en la corteza terrestre, las aguas pueden tener concentraciones altas debido a una mayor alcalinidad del agua. El silicio causa incrustaciones cuando la concentracin excede los 150 ppm.Los sulfatos son altamente solubles en agua, pero el CaSO4, puede formar incrustaciones cuando su solubilidad es excedida y ocasiona corrosin por despolarizacin.Los cloruros son compuestos altamente solubles y abundantes en las aguas naturales. Los problemas que ocasionan estn principalmente relacionados con la corrosin, ya sea en el agua o debajo de depsitos.Tabla 2. Impurezas ms comunes presentes en el agua de sistema de enfriamientoImpurezasFormula QumicaProblemas Ocasionados Por Las Impurezas

Sales de calcio y magnesioCaCO3, MgCO3Fuente principal de incrustaciones en tuberas >1000ppm

Acidez mineral y libreH2 SO4, H2 S, HClCorrosin en tuberas de hierro y acero al carbono >500ppm a 50F(260 C)

Dixido de carbonoCO2Corrosin en lneas de tuberas

SulfatosSO4Aumenta el contenido de slidos en el agua. Se se combina con el calcio para formar sales incrustantes de sulfato de calcio (CaSO4)

ClorurosCl como NaClAumenta el contenido de slidos e incrementa el carcter corrosivo del agua > 500ppm

SliceSiO4Incrustacin en sistema de agua de enfriamiento >200ppm

HierroFe2+ Ferroso Fe3+ FrricoFuentes de depsitos en las tuberas < 1ppm

OxgenoO2Oxidacin en tuberas de hierro y acero

Slidos disueltos---Elevadas concentraciones de slidos son indeseables ya que originan formacin de lodos y espumas

Slidos suspendidos---Originan depsitos en equipos como intercambiadores de calor y tuberas, ocasionando formacin de lodos o incrustaciones

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