inhibidores de corrosion

DIVISIÓN ACADÉMICA DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

INGENIERÍA QUÍMICA PETROLERA

EVALUAR EL INHIBIDOR DE CORROSION BASE PELICULA

SECA DEL GRUPO ACIDO CARBOXILICO EN MUESTRAS DE

TUBOS DE PERFORACION

Responsable:

Josué Hipólito García

Seminario De Investigación

Profe. De asignatura

Lic. Víctor Manuel Villegas Cornelio

H. Cárdenas, Tabasco a 15 de Octubre del 2014

LICENCIATURA: INGENIERÍA QUÍMICA PETROLERA. CATEDRÁTICO: Lic. Víctor Manuel Villegas Cornelio UNIVERSIDAD POPULAR DE LA CHONTALPA.

MATERIA: SEMINARIO DE INVESTIGACION TRABAJO: Protocolo de Investigación.

2

INDICE

Pág.

I. Introducción…………………………………………………………………………….7

II. Justificación………………………………………………………………………….…9

III. Planteamiento del problema……………………………………………………...…10

IV. Hipótesis……………………………………………………………………………...11

V. Objetivos……………………………………………………………………………….12

VI. Antecedente……………………………………………………………………….....13

VII. Marco Teórico…………………………………………………………………..…...14

7.1 La corrosión…………………………………………………………………...….14

7.2 Circuito eléctrico de la Corrosión……………………………………………....17

7.3 Tipos de corrosión………………………………………………………..…..….18

7.3.1 Serie potencial de los metales………………………………………..…19

7.3.2 Corrosión galvánica (sin f.e.m)……………………………………….…22

7.3.3 Corrosión electroquímica (con f.e.m)………………………………..…22

7.3.4 Corrosión química………………………………………………………..23

7.3.5 Corrosión por heterogeneidad del metal………………………………24

7.3.6 Corrosión por heterogeneidad del medio circundante…………….…25

7.4 Propagación de la corrosión……………………………………………….…..26

7.4.1 Corrosión por picaduras…………………………………………...…….27

7.4.2 Corrosión por grietas………………………………………………..……28

7.4.3 Corrosión por daño de hidrogeno………………………………..……..29

7.5 Cinética de corrosión……………………………………………………………29

7.5.1 Oxidación……………………………………………………………….…29

7.5.2 El óxido como protector del metal………………………………………30



3

7.5.3 Velocidad de oxidación……………………………………………….….31

7.6 Pasividad……………………………………………………………………..….32

7.6.1 Característica de la pasivacion…………………………………..……..32

7.7 Inhibidores de la corrosión……………………………………………….…….33

7.7.1 Definición e importancia de los I.C……………………………………..34

7.7.2 Clasificación de los inhibidores de corrosión…………………….……35

7.7.2.1 Inhibidores pasivantes……………………………………….…35

7.7.2.2 Inhibidores anódicos……………………………………………35

7.7.2.3 Inhibidores catódicos……………………………………...……37

7.7.2.4 Inhibidores orgánicos………………………………………..…38

7.7.3 Eficiencia de los inhibidores……………………………………….……38

7.8 Uso de inhibidores de corrosión………………………………………………39

7.8.1 Inhibidores para agua enfriamiento y calderas………………….……40

7.8.1.1 Sistema de recirculación abierta………………………….......40

7.8.1.2 Sistema de un solo paso……………………………………....40

7.8.1.3 Sistema de recirculación cerrada………………………..……40

7.8.1.4 Calderas………………………………………………….….…..41

7.9 Sistemas agua petróleo………………………………………………….…..…41

7.10 Desarrollo recientes………………………………………………………...…44

7.11 Mecanismos de acción………………………………………………….…….45

7.12 Termogravimetria………………………………………………………..…….45

7.12.1 Reseña histórica………………………………………………………..46

7.12.2 Instrumentación…………………………………………………………47

7.13 Espectroscopia de fotoelectrones por rayos X (XPS)……………….…….48

7.13.1 Reseña histórica…………………………………………………..…….48

7.13.2 Efecto fotoeléctrico………………………………………………….…..48



4

7.13.3 Instrumentación………………………………………………..............49

7.14 Microscopia de fuerza atómica……………………………………………....49

7.14.1 Principios físicos de operación…………………………………….,…50

7.14.2 Modos de operación del AFM…………………………………….……51

VIII. Materiales y Métodos………………………………………………………………53

IX. Bibliografía……………………………………………………………………………55



5

INDICE DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Costo anual por corrosión……………………………………………………14

Figura 2. Montaje industrial de una pila electrolítica…………………………………18

Figura 3. La corrosión electroquímica…………………………………………………25

Figura 4. Corrosión galvánica en contacto directo………………………………..….26

Figura 5. Ejemplos de corrosión generalizada y localizada …………………..……27

Figura 6. Dibujo esquemático................................................................................28

Figura 7. Diagrama esquemático………………………………………………………29

Figura 8. Curva de polarización…………………………………………………….….33

Figura 9. Variación de la curva de polarización……………………………………...36

Figura 10. Curva de polarización en sistema catódico………………………………37

Figura 11. Termobalanza…………………………………………………………….…46

Figura 12. Descripción de una termobalanza ……………………………………..…47

Figura 13. Componentes de un SPM……………………………………………….…50

Figura 14. Multimode SPM…………………………………………………………..…50

Figura 15. Diagrama general de un SPM………………………………….…………51



6

INDICE DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Serie electroquímica…………………………………………………………20

Tabla 2. Serie galvánica…………………………………………………..……………21

Tabla 3. Comparación de los potenciales…………………………………………….39

Tabla 4. Aplicación de los inhibidores…………………………………..…………….42

Tabla 5. Composición del agua de mar……………………………………………….53



7

I. INTRODUCCION

La corrosión suele ser definida como una reacción química o electroquímica entre

un metal y el medio ambiente en el cual se produce su deterioro y como

consecuencia la perdida de sus propiedades físicas (Olivares, 2005).

La corrosión es uno de los principales problemas que causan pérdidas

económicas en el ámbito industrial. Los materiales metálicos que se emplea en la

industria del petróleo y petroquímica, están continuamente sometidos a

condiciones cada vez más severas de trabajo. Además de requerirse su

funcionamiento de manera satisfactoria, durante tiempos largos de vida útil, a

temperaturas cada vez más elevadas, a diversas condiciones de flujo y ante

medios de mayor agresividad química. La parte sensible de los materiales

metálicos es estas industrias es su superficie en donde se originan y desarrolla el

proceso corrosivo (Alvarado, 2006).

La industria petrolera no está exenta de este fenómeno; la perdida de una

pequeña porción de material representa una pérdida millonaria anualmente por el

defecto que tiene la corrosión en las tuberías, soldaduras, equipos y cualquier otro

material metálico que se encuentre en contacto directo con un medio agresivo

(Alvarado, 2006).

En la actualidad la industria petroquímica en los países productores de petróleo

entre ellos México, es considerado la plataforma de apoyo para el crecimiento y

desarrollo sustentable de la economía del país. Pero lamentablemente en la

actualidad diferentes tipos de petróleo crudo son extraídos en general en todo el

mundo, por lo que en nuestro país se ve a la necesidad de procesar crudos cada

vez más pesados, lo que origina la existencia de un mayor número de

contaminantes que son promotores de la corrosión. Aunque la selección y

aplicación del método apropiado para el control de la corrosión depende



8

específicamente del medio corrosivo y de consideraciones económicas, el uso de

inhibidores de corrosión (IC) es el método de control más práctico y económico

empleado en la industria petroquímica (Olivares, 2005).

Cabe señalar que las legislaciones ambientales que se han ido generando en

diversos países, han influido de forma importante en la modificación e incluso,

suspensión de algunos IC por considerarse tóxicos y bioacumulables al medio

ambiente. A partir de estas necesidades tecnológicas y ambientales la industria

petroquímica nacional, se ven en la creciente necesidad de desarrollar nuevas

inhibidores de corrosión altamente eficientes y que cumplan con los criterios

ambientales establecidos, pero además con el pleno conocimiento de sus

propiedades de inhibición de corrosión (Olivares, 2005).

El estudio de los mecanismos de acción de los inhibidores de corrosión ha tenido

relevancia a últimas fechas en las que se busca llevar a cabo la formulación de

nuevos IC adecuados a la industria petrolera. Las técnicas electroquímicas sirven

como apoyo para la determinación de dichos mecanismos con lo que se han

convertido en una herramienta muy importante para el diseño y selección de

nuevos IC (Alvarado, 2006).

El diseño, desarrollo y selección de los inhibidores de corrosión para diferentes

tipo de medios, es un trabajo que requiere de mucho conocimiento de los mismos,

aunque las técnicas experimentales utilizadas para la evaluación del porcentaje de

inhibición, generalmente se ven afectadas por el medio utilizado y la etapa

predominante, del mecanismo global de corrosión que se lleva a cabo en el

sistema de estudio (Alvarado, 2006).

Es por ello que en este trabajo evaluaremos algunos de los inhibidores de

corrosión orgánicos en diferentes medios con tubos de perforación para tener el

conocimiento acerca de cuál inhibidor es mejor usar, en dicho medio probado.



9

II. JUSTIFICACIÓN

En los últimos años las industrias petroleras principalmente PEMEX en México

han sufrido muchas pérdidas millonarias debido a derrames de petróleo, deterioro

de equipo, mantenimiento de tuberías, capacitación del personal, accidentes de

trabajo, etc. Todo esto provocando contaminación agresiva del medio ambiente en

todos los aspectos.

La corrosión en los tubos de perforación se da de forma natural e inevitable ya que

están formados de diferentes metales o aleaciones de metales.

Los inhibidores de corrosión son productos químicos capaces de a trazar o retener

la corrosión de los metales. Ay diferentes tipos de inhibidores para cada condición

de ambiente en el cual está expuesto el metal. En la última década se ha

desarrollado algunos inhibidores de corrosión del grupo acido carboxílico muy

eficientes para el control de la corrosión los cuales mencionaremos: Aductos de

amina-TPA, Complejo de Zr-TPA, BTTSA y Sal de amina del BTTSA.

Los IC orgánicos del grupo acido carboxílico que se han mencionados se

deberán avaluar en muestra de metal de acero al carbono en diferentes medios

los cuales son; Medio salino, medio ácido y medio salino acido. Obteniendo así

información básica para conocer la capacidad que tienen de inhibir la corrosión.

Obtendremos la información analizando las muestras de nuestro tubo de

perforación T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX NC-50 expuesto en los diferentes medios

esto por medio de espectroscopia de rayos-X (XPS) y de microscopia de fuerza

atómica. Conociendo así el área dañada y el inhibidor más eficiente para cada

medio.



10

III. PLANTAMIENTO DEL PROBLEMA

La corrosión incontrolada en los tubos de perforación en las industrias petroleras

han provocado que la superficie del metal se desgaste, debilite o brete causando

la pérdida de hidrocarburos. A pesar que el derrame es controlable el impacto que

éste deja en el medio ambiente es tan severo que es necesario limpiar y pagar por

las afectaciones en todo el área contaminada.

Los inhibidores de corrosión orgánicos del grupo acido carboxílico ofrecen una

oportunidad de retrasar la corrosión protegiendo las paredes externas y

permitiendo más tiempo de vida útil al metal sin necesidad de cambiarlos o

desecharlos.

Comenzaremos creando los medios en el que serán sometidas nuestras muestras

de tubo de perforación los cuales son medio acido, medio salino y medio salino-

acido. Después aplicaremos una película de nuestros inhibidores de corrosión

orgánicos del grupo acido carboxílico a las muestras de nuestros tubos de

perforación T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX NC-50 que con anterioridad fue sometida

a desinfección y purificado para que no esté contaminado e impida el proceso al

que será sometido. Sumergiremos nuestras pruebas en los diferentes medios

durante aproximadamente 30 días, observando, anotando y monitoreando cada 5

días para ir recopilando información acerca de la evolución de nuestras pruebas.

Después que hayan pasado los 30 días se pasara a retirar de los medios

expuestos nuestro muestra y se preparara para ser estudiadas por medios de los

métodos de espectroscopia de rayos-X (XPS) y de microscopia de fuerza atómica

los cuales estudian a escala microscópica la superficie del metal obteniendo al fin

nuestros resultados y poder determinar en qué medio es más factible y viable

utilizar el inhibidor de corrosión orgánico base película seca.



11

IV. HIPÓTESIS

Los Inhibidores Orgánicos acido carboxílico tienen la capacidad de inhibir la

corrosión en muestras de tubo de perforación bajo condiciones ambientales

salinos, ácidos y salino-acido.



12

V. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

1. Evaluar inhibidores orgánicos ácidos carboxílicos en muestras de metal de

tubo de perforación T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX NC-50.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

1. Diseñar los diferentes medios corrosivos Acido, Salino, Salino-Acido, para

correr las muestras de tubos de perforación T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX

NC-50.

2. Preparar las muestras de tubos de perforación desinfectando,

desengrasando y eliminando residuos contaminantes.

3. Aplicar los inhibidores de corrosión orgánicos del grupo acido carboxílico a

muestras de tubos de perforación ya desinfectados.

4. Someter las muestras del metal protegidas con los inhibidores en

ambientes corrosivos, durante 30 días.

5. Estudiar las muestras de tubos de perforación por medio de las pruebas

de Espectroscopia de Rayos X y Microscopía de Fuerza Atómica.



13

VI ANTECEDENTES.

La evaluación de la resistencia a la corrosión de los materiales metálicos, solos o

en presencia de diferentes compuestos, en ambientes de refinación del petróleo,

es un tema muy popular en la actualidad, ya que se busca la optimización en la

operación de las plantas del proceso y mayor durabilidad de los equipos utilizados

en las mismas (Alvarado 2006).

Mediante las pruebas de termogravimetría, espectroscopia de fotoelectrones por

rayos X (XPS) y Microscopia de fuerza atómica se seleccionaran los inhibidores de

corrosión, Aductos de amina-TPA, Complejo de Zr-TPA, BTTSA y Sal de amina

del BTTSA. Más eficientes para los medios ácidos, salinos y salinos ácidos en

muestras de tubos de perforación T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX NC-50 a

temperatura ambiente (25ºC) y 1atm de presión durante aproximadamente 30 días

recopilando datos periódicamente.



14

VII. MARCO TEORICO

7.1 La corrosión.

El proceso de corrosión puede ser definido como ―el proceso inverso a la

metalurgia‖ o de manera más analítica y descriptiva como ―el ataque químico o

electroquímico que sufren los materiales metálicos como resultado de la acción de

agentes que se encuentran en el medio ambiente que los rodea, y que se traduce

en una disminución de su valor de uso‖ (Olivares, 2005).

Con la finalidad de realizar estudios más detallados del costo de la corrosión en la

economía de los países, esta ha sido dividida en cinco sectores claves los cuales

presentan las mayores pérdidas económicas debidas a la corrosión. Estos

sectores son: infraestructura, gobierno, producción-fabricación, transporte y

utensilios. Tomando en cuenta estos sectores, en E.U. la estimación anual de los

costos totales por corrosión fue de 276 billones de dólares en 1998.de los cuales

137.9 billones de dólares correspondieron a la industria de la producción y

fabricación, dentro de la cual se encontraba la industria del petróleo (Olivares,

2005).

Figura 1. Costo anual por corrosión en el rublo de producción y fabricación en E.U. en 1998

(Olivares, 2005).



15

El hombre, en su afán de lograr mejores condiciones de vida, ha usado

constantemente su ingenio durante su larga historia. Para el logro de tal objetivo,

mucho lo debe al uso de metales que ahora forman parte de nuestra vida

cotidiana y, casi sin quererlo, se ha creado una independencia tal que sería

imposible hablar del desarrollo y avance de la civilización moderna sin el uso de

metales y aleaciones. La producción de acero y la mejora de sus propiedades

mecánicas han hecho posible su empleo en los dominios más variados.

Desgraciadamente, el desarrollo en la utilización de los productos siderúrgicos va

acompañado, paralelamente, de un aumento la tribu que cada año se paga a la

corrosión. A veces los daños causados por un problema de corrosión pueden ser

muy amplios y variados (Castillo 2011).

Una encuesta realizada sobre los problemas que plantea la corrosión a la

industria química mexicana [ciencia y desarrollo núm. 64 p. 103, setiembre-octubre

1985] ha señalado la incidencia del fenómeno en más de un 90% de las empresas

que contestaron la encuesta. Ello habla por sí mismo de la gravedad del problema,

y seguramente a nivel nacional, englobando a todos los sectores productivos,

representa una cantidad más que respetable de dinero. No obstante, no son tantos

los indicadores económicos lo preocupante, sino la incidencia que la corrosión

tiene en la seguridad humana. El costo social de la corrosión puede llegar a ser

tan elevado que debería prestársela una mayor atención por el lado de las

autoridades, empezando por la propia toma de conciencia personal. Lo ―normal‖

desgraciadamente entre los utilizadores de metales en su mayor o menor grafo de

ignorancia acera del cómo y cuándo puede ocurrir la corrosión y el modo de

prevenirla o evitarla (Castillo 2011).

La evaluación de la resistencia a la corrosión de los materiales metálicos, solos o

en presencia de diferentes compuestos, en ambientes de refinación del petróleo,

es un tema muy popular en la actualidad, ya que se busca la optimización en la



16

operación de las plantas del proceso y mayor durabilidad de los equipos utilizados

en las mismas (Alvarado 2006).

La diversidad de los agentes corrosivos genera, por un lado, diferentes tipos de

daños al material metálico con el que se encuentra en contacto, y por el otro, una

complicación adicional en la estimación de la corrosión de los equipos metálicos

industriales. Esta complejidad ha hecho que las evaluaciones de la velocidad de

corrosión, utilizando la pérdida de peso, proporcionen valores de velocidad de

corrosión muy bajos, comparados con los daños observados en los equipos

durante su mantenimiento, haciendo evaluaciones erróneas de la eficiencia de los

inhibidores de corrosión (Alvarado 2006).

A pesar de que el uso de los inhibidores de corrosión ha proporcionado, por

mucho tiempo una solución a los daños ocasionados por la corrosión en la

industria, debido a la gran variedad de agentes corrosivos, la selección de un

inhibidor de corrosión es de arduo trabajo (Alvarado 2006).

Se define la corrosión, en general, como la destrucción lenta y progresiva

de un metal por la acción de un agente exterior. Uno de los factores que limitan la

vida de las piezas metálicas en servicio es el ataque químico o físico-químico que

sufren en el medio en el que los rodea (Cuesta, 2009).

Los metales están continuamente expuestos a la acción atmosférica, está

compuesta principalmente de 79 partes de nitrógeno y 21 partes de oxígeno.

También sabemos que el nitrógeno es un gas prácticamente inerte, por lo que la

acción atmosférica depende prácticamente del oxígeno. Los metales son por lo

general bastantes estables por lo que sin colaboración de otro agente la acción del

oxígeno sobre estos es muy fácil (Cuesta, 2009).



17

La mayor parte de la corrosión de los materiales concierne al ataque químico de

los metales, el cual ocurre principalmente por ataque electroquímico, ya que los

metales tienen electrones libre que son capaces de establecer pilas

electroquímicas dentro de los mismos. Las reacciones electroquímicas exigen un

electrolito conductor, cuyo soporte es habitualmente el agua. De aquí que en

ocasiones se le denomine ―corrosión acuosa‖. Muchos metales sufren corrosión en

mayor o menor grado por el agua y la atmosfera. Los metales también pueden ser

corroídos por ataque químico directo procedente de soluciones químicas (West,

1986).

Por lo tanto la corrosión atmosférica es la producida por la acción combinada del

oxígeno del aire y la humedad. Pero existe también la corrosión química,

producida por la acción de los ácidos y los álcalis (Cuesta, 2009).

Otro tipo de degradación de los metales que sucede por reacción química con el

medio, es lo que se conoce como ―corrosión seca‖, que constituye en ocasiones

una degradación importante de los metales especialmente cuando va

acompañado de latas temperaturas (West, 1986).

7.2. Circuito eléctrico de la corrosión

Citemos el experimento de laboratorio que reúne los sucesos básicos que

aparecen en un proceso corrosivo. Un recipiente conteniendo una solución

acuosa, Figura 2. Denominada electrolito, que baña dos electrodos de metales

diferentes, por ejemplo Mg y Cu, que se encuentran unidos por un conductor

eléctrico en el que se intercala un voltímetro. Un flujo de electrones circular por el

conductor desde el Mg al Cu, lo que significa una corriente eléctrica desde el Cu al

Mg según la convección e signos de éstas. El voltímetro indicara este paso de

corriente. Este es el principio de la pila galvánica, de Luigi Galvani, que convierte



18

la energía química en eléctrica. El Mg se corroe pasando a Hidróxido magnésico

según la reacción (West, 1986).

Figura 2. Montaje industrial de una pila electrolítica (West, 1986).

7.3. Tipos de corrosión según sus causas

La corrosión es un fenómeno muy complejo, cuyas verdaderas causas y forma se

de actuar no se han aclarado por completo. Actualmente sin embargo, se admítela

corrosión se produce por dos clases de acciones fundamentales: por acción

electroquímica y por acción exclusivamente química (Cuesta, 2009).

La corrosión por acción electroquímica es la que tiene lugar sobre los

metales expuestos a la atmósfera húmeda, o sumergidos en agua, o

enterrados. Este tipo de corrosión se refiere, principalmente, a los casos en

que el metal es atacado por el agente corrosivo en presencia de un

electrolito. Esta clase de corrosión puede producirse sin fuerza



19

electromotriz exterior, constituyendo la corrosión galvánica, y por la

acción además, de una fuerza electromotriz exterior, constituyendo la

corrosión electroquímica, propiamente dicha.

La corrosión química es la producida por los ácidos y álcalis, y tiene interés

para la construcción de aparatos resistentes a la corrosión de los productos

químicos que intervienen en el proceso de fabricación.

La corrosión bioquímica, producida por bacterias, suele tener lugar en

objetos metálicos enterrados. Es específica de cada metal o aleación. Las

bacterias no atacan directamente a los metales; sin embargo, pueden

estimular reacciones que destruyen capas protectoras de la corrosión. Así,

en las tuberías de hierro, la pared interior se recubre de una fina película de

hidróxido de hierro calcáreo, que le protege, pero ciertas bacterias aerobias,

como la gallionella ferruginea, oxidando los iones ferrosos a férricos se

provee de la energía necesaria para asimilar el CO2 y formar su materia

orgánica, al mismo tiempo que disminuye el pH e impiden la formación de la

película protectora, con lo que se produce una corrosión localizada.

7.3.1 Serie potencial de los metales

Se ha establecido una serie que se denomina serie potencial de los metales,

asignando el valor 0 al potencial del denominado electrodo normal del hidrogeno,

que consiste en una placa de platino cubierta con negro de platino y sumergida en

ácido clorhídrico, 1,2 normal en la atmósfera saturada de hidrogeno a la presión

de 1 atmósfera. En la serie potencial de los metales hay elementos que son

positivos con respecto al hidrógeno, es decir, que tienen mayor potencial, y el lado

de la escala en que están situados se llama “lado noble”. En el extremo contrario,



20

que se denomina “lado activo”, están situados los elementos de potencial negativo

con respecto al hidrogeno (Cuesta, 2009).

Se han obtenido las series electroquímica y galvánica. En la primera se ordenan

los metales por sus potenciales de equilibrio con relación al electrodo normal de

hidrogeno y solo da una idea grosera sobre el comportamiento frente a la

corrosión. Mejor información suministra la serie galvánica, en donde los metales y

aleaciones se han ordenado por sus potenciales de disolución con relación al

electrodo de calomelanos, al introducirlos en una solución de ClNa al 3 % (Cuesta,

2009).

Tabla 1. Serie electroquímica (Cuesta, 2009).



21

Tabla 2. Serie galvánica (Cuesta, 2009).



22

7.3.2 Corrosión galvánica (sin f.e.m)

También conocida como corrosión bimetálica. Ocurre cuando dos metales

diferentes se acoplan electrolíticamente en presencia de un ambiente corrosivo.

Uno de ellos se corroe preferentemente mientras el otro es protegido de dicha

corrosión. Cualquier metal se corroe cuando se acopla con otro con un potencial

más positivo o más noble en la serie galvánica. Al mismo tiempo, el metal más

noble se protege de la corrosión (Cuesta, 2009).

Metal corroído.- En general, cuando estén dos metales en contacto en una

solución sufrirá la corrosión el metal de menor potencial de la serie galvánica, o

sea, el que esté más cerca del lado activo y actúe, por tanto, de ánodo. Así, por

ejemplo, si en una plancha de hierro galvanizada (recubierta de cinc) se produce

un poro en el revestimiento de cinc, este, que es el de menor potencial, actuará de

ánodo, y el hierro, de cátodo, produciéndose la corrosión en el ánodo, es decir en

el cinc. En cambio, si en una placa de hierro estañado se produce en la película de

estaño un poro, como el hierro es de menor potencial, actuará de ánodo,

resultando afectado de corrosión. La posición de los metales en la serie galvánica

no da una indicación absoluta de la forma en que se ha de producir la corrosión,

pues a veces diversos factores hacen cambiar la polaridad. Por ejemplo, los jugos

ácidos de las frutas en conserva hacen al estaño anódico y al hierro catódico, no

produciéndose corrosión en el interior de los botes de conserva aunque existan

poros en el recubrimiento (Cuesta, 2009).

7.3.3 Corrosión electroquímica (con f.e.m.) En los casos de corrosión electroquímica hasta ahora considerados, ha sido el

propio metal o dos metales en contacto o muy próximos los que han

proporcionado la fuerza electromotriz para la corrosión electroquímica. Por esto la



23

velocidad de ataque, y por tanto la corrosión, esta forzosamente limitada. Pero

cuando se aplica una fuerza electromotriz exterior, las velocidades pueden ser

mucho mayores. Un caso típico de corrosión electroquímica es el producido por

las corrientes de retorno de los tranvías, que tienen vuelta por tierra. Aunque

teóricamente el retorno de la corriente debía hacerse por los carriles, en la práctica

penetra y se distribuye en una zona alrededor del carril, y si encuentra algún tubo

metálico o cubierta metálica de cables que tiene dirección apropiada, parte de la

corriente pasa por él para volver más adelante a los mismos carriles o, a veces, a

carriles diferentes de otras líneas que tengan el retorno común. La fracción de

corriente eléctrica que sigue el camino indicado es pequeña, si las calles están

bien pavimentadas y el terreno es seco; pero si el terreno es húmedo, esta

corrientes vagabundas alcanzan cierta intensidad y producen serios perjuicios. Se

calcula que un amperio circulando puede destruir 9 kg. de hierro ó 34 kg. de

plomo; pero como el ataque no es uniforme, sino que se produce siguiendo los

bordes de los granos, cualquier tubo o funda puede resultar perforado aunque el

peso del metal destruido sea pequeño. En realidad, se forman dos pilas

electrolíticas en serie, constituidas por:

Raíles de acero (ánodo) —Terreno húmedo—Tubos de acero

o cubiertas de plomo (cátodo)

Tubos o cubiertas (ánodo) —Terreno húmedo—Raíles (cátodo). (Cuesta, 2009).

7.3.4 Corrosión química

Acción de los ácidos no oxidantes (ácido sulfúrico, clorhídrico, etc.). – si se pone

en contacto un metal con un ácido no oxidante, en un recipiente cerrado,

generalmente serán reemplazados en el ácido los iones de hidrógeno por los

iones metálicos hasta restablecer el equilibrio en la siguiente reacción: M + 2 H+

⇔ H + M+ 2 esto ocurrirá cuando el potencial M/M+ igual al potencial H2/2H+ en

la superficie metálica. Para que esto ocurra debe aumentar la concentración de



24

hidrogeno en el líquido, con el consiguiente aumento de presión, en el espacio

gaseoso por encima de él (Cuesta, 2009).

Acción de los ácidos oxidantes (ácido nítrico, etc.). Los metales del lado ―activo‖ se

disuelven, en general, en forma de nitratos en el ácido nítrico, produciendo, en

lugar de hidrogeno libre, compuestos hidrogenados como el amoniaco (NH3) y la

hidroxilamina (NO2HO). los metales del lado ―noble‖ son atacados por el ácido

nítrico (NO3H), y más violentamente si no se agita el líquido, pues los productos de

la reacción obran como catalizadores. El ácido nítrico (NO3H), además de ácido,

es un agente oxidante y puede producir película protectora de óxido férrico (Fe2

O3) en la superficie del hierro, cesando entonces el ataque porque la película lo

protege, aunque se disuelve, pero muy lentamente. Así se establece una lucha

entre las propiedades ácidas y oxidantes del reactivo. Si el ácido esta diluido,

prevalece el ataque del ácido y la corrosión tiene lugar violentamente. Pero si el

ácido está concentrado, prevalece la acción oxidante, y después de un ligero

ataque al principio, queda el hierro auto protegido. Puede pasivarse el hierro

introduciéndolo en ácido nítrico concentrado, lo que le permite resistir la acción del

ácido diluido, que atacaría al hierro normalmente (Cuesta, 2009).

Acción de los alcalis: El cinc, aluminio, plomo, estaño y cobre son atacados por

una solución de hidróxido sódico. Los metales más resistentes a los álcalis son el

níquel, la plata y el magnesio. (Cuesta, 2009).

7.3.5 Corrosión por heterogeneidad del metal

Las heterogeneidades que crean diferencias de potencial electroquímico entre los

distintos puntos de una superficie (dando origen, por tanto, a zonas anódicas y

catódicas) son múltiples, pudiendo provenir lo mismo del metal que del electrolito

en contacto con él. Un trozo de tubería nueva insertado en un tramo de tubería



25

vieja, puede corroerse rápidamente, pues, en general, actuará de ánodo, y la vieja,

de cátodo. (Cuesta, 2009).

Figura 3. La corrosión electroquímica es sensible a factores estructurales y subestructurales: a)

Efecto de la Anisotropía cristalina. b) Caso de bordes de grano reactivos. c) Influencia de una

partícula catódica superficial. d) De izquierda a derecha, ejemplos de cristal perfecto y cristales

Imperfectos: dislocación en cuña y dislocación helicoidal. (Cuesta, 2009).

7.3.6 Corrosión por heterogeneidad del medio circundante

Las diferencias de temperatura, de concentración y, sobre todo, de concentración

de oxígeno, son causas muy frecuentes de corrosión. Un caso típico del fenómeno

de corrosión por heterogeneidad del medio circundante, lo constituye la corrosión

por aireación diferencial. Las partes de una pieza menos aireadas, como, por

ejemplo, los ángulos vivos, rayas profundas, etcétera, funcionan como ánodos y

son inmediatamente atacados. Esta misma clase de corrosión es la que se

produce en una pieza medio sumergida, en la que la porción próxima a la



26

superficie del agua y, por tanto, más oxigenada es catódica, y la parte inferior,

menos oxigenada, es el ánodo, que es el que se corroe. (Cuesta, 2009).

Figura 4. Corrosión galvánica en el contacto directo latón-aluminio y por aireación diferencial

debajo del reborde dejado por la junta aislante. (Cuesta, 2009).

7.4 Propagación de la corrosión

Según tenga lugar el ataque corrosivo, se puede clasificar en corrosión uniforme,

corrosión localizada, o corrosión combinada. A menudo la corrosión del metal

atañe a toda la superficie, como cuando el hierro permanece expuesto sin

protección alguna a la acción de los agentes atmosféricos: ataque generalizado

más o menos uniforme. (Cuesta, 2009).



27

Figura 5. Ejemplos de corrosión generalizada y localizada. A: las áreas sombreadas muestran el

metal afectado por la corrosión y las áreas en blanco el metal sin afectar. B: perfiles de ataque en

cada caso. (Cuesta, 2009).

7.4.1 Corrosión por picadura

La picadura es una forma de ataque corrosivo localizado que produce hoyos

pequeños agujeros en un metal. Este tipo de corrosión es muy destructivo para las

estructuras de ingeniería si provoca perforación del metal. Sin embargo, si no

existe perforación, a veces se acepta una mínima picada en los equipos de

ingeniería. Frecuentemente la picadura es difícil de detectar debido a que los

pequeños agujeros pueden ser tapados por los productos de la corrosión. Los

agujeros empiezan en aquellos lugares donde se produce un aumento local de las

velocidades de corrosión. Inclusiones, otras heterogeneidades estructurales y

heterogeneidades en la composición sobre la superficie del metal son lugares

comunes donde se inicia el agujero. Las diferencias entre las concentraciones de

iones y oxigeno crean celdas de concentración que también pueden ser el origen

de las perforaciones. Se cree que la propagación de un agujero trae consigo la



28

disolución del metal en el agujero mientras se mantiene un alto grado de acidez en

el fondo del hoyo. (West, 1986).

Figura 6. Dibujo esquemático del crecimiento de un agujero en un acero inoxidable sumergido en

una solución salina aireada. (West, 1986).

7.4.2 Corrosión por grietas

La corrosión por grietas es una forma de corrosión electroquímicamente localizada

que puede presentarse en hendiduras y bajo superficies protegidas, donde pueden

existir soluciones estancadas (West, 1986).

La corrosión por grietas tiene una reconocida importancia en ingeniería toda vez

que su presencia es frecuente bajo juntas, remaches, pernos y tornillos, entre

válvulas y sus asientos, bajo depósitos porosos y en muchos lugares similares. La

corrosión por grietas se produce en muchos sistemas de aleaciones como el acero

inoxidable y aleaciones de titanio, aluminio y cobre. Para que ocurra este tipo de

corrosión, la grieta ha de ser lo suficientemente ancha para permitir que se

introduzca líquido, pero a la vez lo bastante estrecha para mantener estancado el

líquido. Por consiguiente, este tipo de corrosión se producirá más frecuentemente

en aberturas de unos pocos micrómetros o menos de anchura. Las juntas fibrosas,

que pueden actuar como mechas para absorber una solución electrolítica y a la



29

vez mantenerla en contacto con la superficie metálica, son localizaciones ideales

para la corrosión por grieta. (West, 1986).

Figura 7. Diagrama esquemático del mecanismo de corrosión por hendidura. (West, 1986).

7.4.3 Corrosión por daño de hidrogeno

Es causada por la difusión del hidrogeno en el metal o aleación, según la reacción:

Este fenómeno provoca roturas que se propagan por la superficie del metal.

(Cuesta, 2009).

7.5 Cinética de corrosión

En este sentido hay que tener en cuenta dos factores: la tendencia del metal a

oxidarse y, una vez comenzada la capa de óxido, su velocidad de crecimiento.

(Cuesta, 2009).

7.5.1 Oxidación

La oxidación directa, sin intervención del calor, se produce en casi todos los

metales debido a dos causas: a la acción del oxígeno en estado atómico, que



30

siempre existe la atmósfera, y a la menor estabilidad de los átomos superficiales

de los metales, que están enlazados menos enérgicamente que los del interior.

Pero esta acción es muy débil, pues la película finísima del óxido que se forma en

la superficie, que a veces no tiene más espesor que el de una molécula, impide el

contacto del resto de la masa metálica con el oxígeno atmosférico y, por tanto, no

progresa la oxidación. Resumiendo lo expuesto, no existe ningún metal que resista

la oxidación a todas las temperaturas. Pero puede afirmarse que todos los metales

resisten la oxidación hasta una cierta temperatura, por debajo de la cual las

películas de óxido que se producen son suficientemente impermeables para

impedir la difusión a la temperatura en que se hallen y lo suficientemente finas

para mantenerse adheridas al metal sin fisuras. (Cuesta, 2009).

7.5.2 El óxido como protector del metal

Los principales factores de que dependerá si el óxido va a proteger el metal son:

- El porcentaje de volumen de óxido respecto al metal debe ser un valor cercano a

la unidad (1%) (Índice PB).

- La película de óxido que se forma debe tener buena adherencia.

- El punto de fusión del óxido debe ser alto.

- La película de óxido que se forma debe tener una baja presión de vapor.

- La película de óxido debe tener un coeficiente de expansión parecido al metal.

- La pelicula de óxido debe tener una plasticidad alta a alta temperatura.

- La película de óxido debe tener un valor bajo de conductividad.

El cálculo del porcentaje en volumen de óxido respecto del metal es el primer paso

para saber si el óxido es protector. (Cuesta, 2009).



31

7.5.3 Velocidad de oxidación

La velocidad se expresa por medio de ganancia en peso por unidad de área (W).

En condiciones isotérmicas y bajo presión de oxigeno constante, W = f(t), donde W

puede representar: el aumento de peso, espesor de la película o el volumen de

oxigeno consumido durante la reacción. La capa de óxido formada influye sobre la

oxidación posterior, según su naturaleza. La velocidad de crecimiento da origen a

las siguientes leyes (Cuesta, 2009):

Ley lineal;

La siguen los metales ligeros, alcalinos, alcalinotérreos y de las tierras raras,

donde el volumen del óxido es inferior al del metal; por tanto, la relación del

volumen específico del óxido al del metal es inferior a uno. La capa de óxido es

discontinua y el oxígeno puede atravesarla y atacar directamente al metal (Cuesta,

2009).

Ley parabólica

Parece ser que el crecimiento de la capa de óxido tiene lugar por difusión

intersticial del metal a través de hinchazones microscópicas en la misma debidas,

probablemente, a imperfecciones en el metal, por causas mecánicas. Hasta ahora

solo se ha observado en el cinc. Se oxida muy rápidamente al principio, aunque

luego baja y se convierte en un buen protector (Cuesta, 2009).

• Con asíntota horizontal;

Se presenta en los metales que forman una capa de óxido compacta, que impide

la difusión tanto del oxígeno, como del metal; tal es el caso del Al, Cr, Si. (Cuesta,

2009).



32

7.6 Pasividad.

Se denomina pasivicion a la propiedad que presenta determinados metales y

aleaciones de permanecer prácticamente inertes en determinados medios, en os

cuales, según la termodinámica, deberían comportarse con metales activos y

disolverse con cierta velocidad mediante mecanismos de corrosión electroquímica

(Cánovas, 2013).

Este fenómeno se debe, normalmente, a la formación de una capa de productos

oxidados de muy pequeño espesor pero compacta, adherente y de muy baja

porosidad que aísla prácticamente el metal de medio. Electroquímicamente

hablando, es preciso disponer de las condiciones adecuadas respecto a pH y

potencial para que pueda formarse la película. Además de esto, existen otros

factores, como la presencia de agua, que condicionan la formación de dicha

película (Cánovas, 2013).

También puede darse por la presencia de capas monoatómicas, generalmente de

Oxígeno, absorbidas sobre la superficie metálica. Se considera que un metal es

pasivable si al producirse un aumento en la concentración de un agente oxidante,

la velocidad de corrosión es menor a la que tiene lugar con concentraciones de

oxidante más bajas (Cánovas, 2013).

7.6.1 Característica de la pasivacion

Para distintos valores de potencial anódico impuestos a un metal pasivable

mediante un potenciostato, registrando los datos de intensidad correspondientes,

se obtiene generalmente una curva de polarización como la mostrada en la figura

8 (Cánovas, 2013).



33

FIGURA 8. Curva de polarización anódica característica obtenida sobre un material metálico visible

(Cánovas, 2013).

7.7 Inhibidores de la corrosión.

Debido al muy extendido uso de los metales en la actualidad, cobra especial

relevancia el uso de inhibidores que reduzcan las pérdidas por corrosión, permitan

el uso de aleaciones más económicas o aumenten la vida útil de equipos e

instalaciones (Cánovas, 2013).

En la lucha de corrosión , uno de los métodos mas modernos para combatir la

corrosión se llama inhibidores de corrosión, y es el objeto de estudio de este

trabajo. Estas sustancias actúan como catalizadores negativos de la reacción de

corrosión, y dentro de los requisitos que deben cumplir, a grandes rasgos, se

encuentran los siguientes (Castillo, 2011).

1. Existencia de compatibilidad con el sistema a proteger.

2. Estabilidad térmica a las condiciones de operación

3. De fácil manejo y almacenamiento

4. Económico



34

5. No altera el proceso del sistema a proteger.

El uso de inhibidores como aditivos a los ambientes corrosivos, para reducir la

corrosión de los metales en el ambiente, es un medio importante de combate de la

corrosión. En algunos casos, la cantidad de inhibidor que se encuentra presente

es crítica, ya que una deficiencia puede dar como resultado un ataque localizado o

de picaduras, con la consecuencia de que los resultados son todavía más

destructivos que si no se encontrara presente el inhibidor (Castillo, 2011).

7.7.1 Definición e importancia de los inhibidores de corrosión

Se denomina inhibidor a cualquier sustancia de una sola fase cuya presencia no

influye en el desarrollo de un proceso electroquímica, pero que produce un retraso

del mismo mediante la modificación del estado superficial del metal. Dicho de otra

manera, se trata de de una sustancia que, añadida al medio en pequeñas

concentraciones, disminuye la velocidad de corrosión (Cánovas, 2013).

Se considera un inhibidor de corrosión a toda sustancia que añadida al medio en

pequeñas concentraciones disminuye la velocidad d corrosión del material. En el

caso de una aleación, se pueden considerar también como inhibidores aquellos

aleantes que añadidos al material metalico en pequeñás concentraciones retardan

el proceso electroquímico ya que modifican el estado superficial del material

(Saura, 2011).

El principio del funcionamiento de los inhibidores es formar en la superficie misma

del material expuesta a la corrosión, ya sea un compuesto insoluble o la fijación de

una determinada materia organica, con el objeto de polarizar la celda de corrosión

y disminuir la velocidad de degradación del metal (Alvarado, 2006).



35

7.7.2 Clasificación de los inhibidores de la corrosión

La acción retardadora de un inhibidor sobre la cinetica de corrosión es resultado

de una de las siguientes formas de actuación del inhibidor (Saura, 2011):

Adsorción de una película delgada sobre la superficie del metal

Formación de una capa pasivante, muy delgada, que resulta inapreciable

Formación de una capa de productos de corrosión apreciable a simple vista

Modificando las características corrosivas del medio, formando precipitados

protectores que lo separan del metal, o bien, eliminando o desactivando el

constituyente corrosivo.

Los inhibidores generalmente se clasifican de la siguiente manera (Castillo, 2011).

1. Inhibidores Pasivantes

2. Inhibidores Anódicos

3. Inhibidores Catódicos

4. Inhibidores Orgánicos.

7.7.2.1 Inhibidores Pasivantes

Son de tipo anódico y actúan formando una capa protectora de óxido sobre la

superficie del metal o completando la ya existente de forma natural. Son de los

más eficaces pero no queda asegurada la estabilidad de la pasivacion,

pudiéndose ocasionar picaduras (Cánovas, 2013).

Estos causan un cambio del potencial de corrosión, forzando la superficie metalica

a presentar una conducta pasiva ante la corrosión. Los ejemplos de los inhibidores

que provocan pasividad son aniones oxidantes, tales como iones del cromato, del

nitrito y los no oxidantes tales como fosfato y molibdato (Alvarado, 2006).

7.7.2.2 Inhibidores anódicos

Son aquellos que retardan las reacciones anódicas o de oxidación (Castillo, 2011).



36

Los inhibidores anódicos actúan formando un compuesto insoluble, el cual

precipita en los lugares anódicos, evitando la reacción anódica y por lo tanto,

inhibiendo todavía más la corrosión. Algunos de los inhibidores anódicos más

conocidos son hidróxido sódico, carbonato, silicate y borato de sodio, ciertos

fosfatos, cromato sódico, nitrito y benzoato de sodio , etc. (Alvarado, 2006).

Son los más eficaces de todos ya que desarrollan capas pasivantes que detienen

el ataque en muchos casos. Es muy probable que la protección se deba a un

efecto combinado de la adsorción del inhibidor sobre la superficie metálica y la

formación de capas de oxidas sobre la misma. Se observa un aumento en el

potencial de corrosión (Saura, 2011).

En cantidades insuficientes aumentan el peligro de corrosión ya que actúan como

despolarizantes catódicos, es decir, el potencial del cátodo se desplaza hacia

valores más negativos, y localizan el ataque (Saura, 2011).

Figura 9. Variación de la curva de polarización cuando actua un inhibidor anódico (Saura, 2011).



37

7.7.2.3 Inhibidores catódicos

Los inhibidores catódicos, a diferencia de los anodicos, actuan sobre toda la

superficie y son menos eficaces. Disminuyen la corrosión mediante la información

de una capa o película de alta resistencia eléctrica sobre la superficie, la cual

funciona como una barrera para la corriente de corrosión. Algunos inhibidores

catodicos, son iones tales como calcio, cinc o magnesio, se pueden precipitar

como oxidos para formar una capa protectora en el metal (Alvarado, 2006).

Estos inhibidores producen un proceso de polarización parcial catódico. Las

causas por las cuales reducen la velocidad de la corrosión parecen ser: la

recombinación de hidrogeno atómico a molecular, la precipitación en las áreas

catódicas, captación del oxígeno preciso para el proceso catódico en soluciones

neutras o alcalinas (Saura, 2011).

Figura 10. Variaciones en la curva de polarización de un sistema al actuar un inhibidor catódico

(Saura, 2011).

Se observa una disminución del potencial de corrosión en la representación

grafica, con respecto a la misma curva de polarización sin presencia del inhibidor

(Saura, 2011).



38

7.7.2.4 Inhibidores Orgánicos

Los inhibidores organicos son generalmente protectores en soluciones neutrales y

alcalinas, pero ofrecen poca o ninguna protección en presencia de acidos,

salmueras y medios reductores. En tales circunstancias, los compuestos orgánicos

polares y los materiales organicos coloidales son los mas utilizados como

inhibidores. Los inhibidores organicos protegen al metal mediante una película

hidrofobica en la superficie del metal. Los inhibidores serán fijados por adsorción

según la carga ionica del inhibidor y la carga en la superficie (Alvarado, 2006).

7.7.3Eficiencia de los inhibidores.

Para evaluar la eficiencia de un inhibidor de la corrosión y así determinar cuál y en qué condiciones la velocidad de corrosión se reduce al mínimo es necesario definir un parámetro comparativo. Existen dos maneras de evaluar la calidad de un inhibidor, estás son (Castillo, 2011):

1. Efecto inhibidor.

Se define como la propiedad de abatir la velocidad de corrosión y pueda

calcularse de la siguiente manera:

En la cual Vcorr1 es la velocidad de corrosión en ausencia de inhibidor, Vcorr2 velocidad de corrosión en presencia de inhibidor y J es el efecto de inhibidor.

2. Porcentaje de eficiencia.

La ecuación matemática para calcular el porcentaje de eficiencia es la siguiente (existen otras similares):



39

7.8 Uso de inhibidores de corrosión Son multitud las aplicaciones prácticas que tienen los inhibidores en la actualidad,

Siendo las más importantes en sistemas de refrigeración, operaciones de

decapado o en la industria del petróleo (Cánovas, 2013).

Existen varios métodos para proteger los metales contra la corrosión y los de uso

más común son (Castillo, 2011).

1. Platinado del metal con una capa delgada del metal que se oxide con menos

facilidad.

2. Conectar al metal en forma directa a un ánodo de sacrificio, una pieza de otro

metal más activo y, por tanto, que se oxide de preferencia.

3. Hacer que se conforme de manera natural una película protectora, tal como un

Óxido metálico, sobre la superficie del metal.

4.Galvanizar, o cubrir el acero con zinc, un metal más activo.

5. Aplicar un recubrimiento protector, como pinturas.

Tabla 3. Comparación de los potenciales de reducción de las reacciones de media celda (Castillo, 2011).



40

7.8.1 Inhibidores para aguas de enfriamiento y calderas.

En estos sistemas se presentan diversos tipos de fenómenos como corrosión,

incrustación, bio-corrosion, etc., y los métodos de tratamiento involucran el uso de

combinaciones de aditivos químicos para combatir cada uno de los problemas

(Castillo, 2011).

7.8.1.1 Sistemas de recirculación abierta

Son sistemas aireados donde la inhibición del proceso de corrosión es controlado

por el transporte de oxígeno a la superficie metálica y también se requiere que la

superficie de transferencia de calor permanezca libre de depósitos, lo cual se logra

al mantener un pH de trabajo ligeramente ácido y el inhibidor de corrosión deberá

trabajar en estas condiciones (Castillo, 2011).

Por lo general para los grandes volúmenes de agua que se manejan se

recomiendan los inhibidores catódicos. Tradicionalmente se han utilizado los

cromatos, pero debido a su probada toxicidad están siendo substituidos por

compuestos de zinc, fosfatos, poli fosfatos y los fosfonatos (Castillo, 2011).

7.8.1.2 Sistemas de un solo paso

El sistema aquí es menos problemático, pues no se presenta la precipitación de

sales en el agua de enfriamiento. Se recomienda un tratamiento con poli fosfatos

que incluso puede prevenir ligera precipitación y por lo tanto los problemas de

corrosión no son significativos (Castillo, 2011).

7.8.1.3 Sistemas de recirculación cerrada.

El volumen de agua tratada es relativamente pequeño, pero al no haber purga el

problema de la concentración de sales se complica e inclusive la cantidad de

inhibir, lo cual es susceptible de considerarse toxico. En estos sistemas se utilizan



41

los inhibidores anódicos del tipo pasivantes como los de nitrito, benzoato, borato y

fosfato. También es común que la protección involucre varios metales por lo que

se utilizan frecuentemente como mezclas de inhibidores anódicos(Castillo, 2011).

7.8.1.4Calderas

Los problemas de corrosión en calderas se asocian a la presencia de oxígeno en

el agua del ciclo, por lo cual se dosifican atrapadores de oxígeno como los sulfitos,

hidracina y la metiletilen cetona (MEKOR). Otros inhibidores se utilizan para

contrarrestar la acidez de los condensados por el CO2, para lo cual se utilizan

aminas como la morfolina (Castillo,2011).

7.9 Sistemas agua-petróleo.

En la producción petrolera el mayor problema de corrosión ocurre bajo

condiciones de ausencia de oxígeno y por la presencia de CO2. Los inhibidores

recomendados para trabajar en estos sistemas son los de adsorción, porque

debido a las condiciones ácidas la reacción catódica considerada es la evolución

de hidrógeno (Castillo, 2011).

Los inhibidores más utilizados contienen amina, imidazolina, fosfatos o grupos

funcionales carboxilato. Sin embargo los mecanismos de reacción aún son materia

de estudio para ser completamente entendidos (Castillo, 2011).



42

Tabla 4. Aplicación de Inhibidores, Materiales y Procesos (Castillo, 2011).



43



44

7.10 Desarrollo recientes

Recientes desarrollos científicos y requerimientos de regulación indican que hay

que añadir a las propiedades de corrosión, las de ambientalmente aceptables

(inhibidores Ecológicos), reducción de las propiedades de arrastre y tendencia

humectable, así como el efecto sobre el punto de inversión deberá ser evaluado

antes de su aplicación (Castillo, 2011):

Inhibidores para cobre.

Los inhibidores metal base deberán ser eliminados. En muchos casos son

excepcionales inhibidores, como los Titanatos y Cromatos que se usan para

fierro y aluminio, en tanto que los óxidos de plata se usaron para Cobre y en

la conservación de piezas arqueológicas de Bronce. Recientes

publicaciones sugieren la aplicación de los compuestos AMT (2-amino-5-

Mercapto-1, 3,4-Tiadiazol) como inhibidor de corrosión para el Cobre.

Inhibidores de origen vegetal.

Diferentes tipos de vegetales están siendo estudiados como inhibidores de

corrosión del acero en ácido sulfúrico. El cilantro (Coriander), Tomillo

(thyme), Malva (hibiscus), Anis, Comino Negro (black cumin) y el Berro de

Jardín (garden cress) y recientemente los extractos del Tabaco. En general

muestran un comportamiento mixto en el mecanismo de inhibición, lo cual

ofrece una excelente protección para superficies de acero al carbón.

Sistemas de inhibidores basados en Tierras Raras.



45

Soluciones binarias de CeCl3 y LaCl3 para Aluminio y acero galvanizado como

alternativa para la sustitución del Cromo en la industria de los recubrimientos

metálicos.

7.11 Mecanismos de acción

Los trabajos de investigación más recientes se orientan hacia el estudio de los

mecanismos de acción de los inhibidores, principalmente en soluciones neutras.

Para esto se están desarrollando nuevas técnicas experimentales como la de

Gravimetría del Cuarzo, Elipsometría, Técnicas electroquímicas como Impedancia,

Ruido, Impedancia Electrodinámica, Técnicas de análisis de superficies como

Espectroscopia Raman, Infrarroja, EDAX, Auger, Rayos X, etc. La mayoría de

estos métodos instrumentales se están utilizando para estudiar fenómenos de

adsorción, interacción y reacción de los inhibidores para proteger superficies

metálicas (Castillo, 2011).

7.12 Termogravimetría.

La termogravimetría (TG) o Analisis Termogravimetrico (TGA) es una técnica en la

cual el cambio en la masa de una muestra se registra como una función del tiempo

(t) o la temperatura (T), mientras que su atmosfera es calentada o enfriada a una

velocidad constante (de manera lineal). Con esta técnica también se pueden hacer

estudios isotermicos, en cuyo caso se registran los cambios de masa de la

muestra en función del tiempo, manteniendo la temperatura en un valor constante

(Keibys, 2008).

La importancia y utilidad de la termogravimetria como técnica de análisis, se debe

a que las mediciones TG proveen información concerniente a la estabilidad

térmica de la muestra bajo investigación y se pueden usar para detectar muchos

de los cambios físicos o reacciones químicas que la muestra experimenta. Asi por

ejemplo, la ganancia de masa puede resultar de la adsorción y/o absorción de



46

gases o vapores, la corrosión en una atmosfera oxidante y la combinación directa

con ractantes gaseosos (reacción solido-gas). En contraste, las perdidas de masa

pueden ser el resultado de la desorción de gases y vapores, vaporización de

líquidos, sublimación de sólidos, deshidratación y descomposición química de la

muestra (Keibys, 2008).

7.12.1Reseña histórica.

Aproximadamente 2800 años a. C. los egipcios conocían ya la técnica del pasado,

sin embargo, no fue hasta el periodo comprendido entre los años 320 a 30 a. C.

que se registró por primera vez el peso para el seguimiento de una reacción: el

refinamiento del oro a partir de una sustancia formada por oro y mercurio. Esta

sustancia luego de ser retenido en un estado fundido durante veinticuatro horas,

fue pesada para verificar que el mercurio había sido removido (Keibys, 2008).

Figura 11. Termobalanza descrita por Kotaro Honda (Keibys, 2008).

En 1923 el profesor de química de la Universidad La Soborna de París, Marcel

Guichard, generalizo un método para el estudio termogravimetrico cuyos principios

básicos son (Keibys, 2008):

La muestra es sumergida dentro de una atmosfera predeterminada de gas.



47

La variación de la masa de la muestra se registra en forma continua.

La variación de la temperatura en función del tiempo se hace de manera

lineal: T(t)=To + βt.

7.12.2 Instrumentación.

Las partes principales que constituyen un sistema para las mediciones TG

(termobalanza) son: una balanza de precisión (Microbalanza), uno dos hornos

dependiendo del diseño del sistema, medidor (es) de temperatura, un dispositivo

controlador de temperatura y un sistema para el registro, alamacenamiento y

representación de datos. La FIGURA es una descripción esquemática de un

sistema típico TG; en ella se puede observar que mientras que la muestra (m) se

calienta (o se mantiene a una temperatura constante) en un horno (C), su masa es

medida continuamente por la balanza (B) y registrada junto con su primera

derivada. Los sistemas de vacío, abastecimiento de gases y control de presión,

permiten que las mediciones se puedan realizar en vacío, en aire o en una

atmosfera controlada de varios gases (Keibys, 2008).

Figura 12. Descripción esquemática de una termobalanza típica (Keibys, 2008).



48

7.13 Espectroscopia de fotoelectrones por rayos X (XPS).

El XPS es una técnica espectroscópica de fotoelectrones que figura como una

poderosa y versátil técnica cuantitativa no destructiva , que se usa para analizar la

superficie de los sólidos (20 a 30 A de profundidad). Las bases de esta técnica

yacen en la explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico (Keibys, 2008).

En un experimento de XPS, la superficie a ser analizado se pone primero en un

ambiente de ultra alto vacio (> 0.000000010 torr) y luego se irradia con un haz de

rayos X de aproximadamente 1KeV de energía, causando con ello la fotoemisión

de electrones pertenecientes a los niveles profundos (principalmente) y a los

niveles de valencia de los atomos de la superficie. Los niveles profundos se

definen como las capas cuánticas internas que no participan en el enlace quimico

del atomo.

La espectroscopia de fotoelectrones por rayos X puede proporcionar, bajo ciertas

condiciones favorables, información sobre algunas de las propiedades físicas,

químicas y electrónicas de la superficie bajo estudio. El interés técnico de esta

información es enorme en campos como la catálisis, corrosión, tratamientos de

superficie de vidrios (Keibys, 2008).

7.13.1 Reseña histórica

El descubrimiento y la explicación del efecto fotoeléctrico y el desarrollo del XPS

(Espectroscopia de Fotoelectrones por Rayos X) están entrelazados con la

revolución de la física que tuvo lugar los primeros años del siglo XX, la dualidad

onda-partícula y los primeros días de la física atómica (Keibys, 2008).

En 1914, Robinson y Rawlison estudiaron la fotoemisión del oro irradiado por

rayos X y observaron la distribución de energía de los electrones producidos,

usando detección fotográfica. Mas adelante, en el año 1951 y 1960, Kai Siegbahn

desarrollo la instrumentación y teoría del XPS para darnos el método que usamos

hoy día (Keibys, 2008).

7.13.2 Efecto Fotoeléctrico.

Un entendimiento de efecto fotoeléctrico es esencial para poder apreciar el

método de análisis superficial XPS. Cuando un fotón impacta con un átomo,

dependiendo de su energía, puede ocurrir uno de los tres eventos siguientes

(Keibys, 2008):



49

El fotón puede ser desviado por un electrón de un orbital atómico,

conduciendo a una pérdida parcial de energía, lo cual se conoce

como Efecto Compton.

El fotón puede interactuar con el átomo y conducir a la producción

de un par de electrón-positron.

El fotón puede interactuar con un electrón de un orbital atómico y

transferir toda su energía al electrón, produciendo de esta manera

la emisión del electrón por el átomo.

7.13.3 Instrumentación.

Para llevar a cabo un experimento de XPS es necesario una compleja

instrumentación. Los componentes principales de un equipo de espectroscopia de

fotoelectrones son: un sistema de vacío, una fuente de rayos X, un analizador de

energía de electrones y un sistema de adquisición de datos. En la presente

subsección se detallan algunas de las características básicas de la

instrumentación que se usa en XPS, al mismo tiempo que se describe el

espectrómetro del Laboratorio de Física de Superficies de la Universidad de los

Andes (Keibys, 2008).

7.14 Microscopía de Fuerzas Atómica

La microscopía de fuerza atómica (AFM) se ha convertido en la técnica líder

dentro de las técnicas de barrido con sonda. Sus posibilidades únicas como

técnica de caracterización en la escala manométrica y micrométrica han sido

ampliamente reconocidas en la industria de los semiconductores y del

almacenamiento electrónico. Recientemente las capacidades del AFM en el

campo de los polímeros han hecho que la microscopía de fuerza atómica se revele

como una técnica complementaria de otras técnicas de caracterización

microscópicas y difractométricas en la caracterización morfológica, micro- y

nanoestructural, así como en un gran número de aplicaciones en las que es la

única técnica disponible (Olmos, 2009).



50

Figura 13. Componentes de un SPM (Olmos, 2009).

Figura 14. Multimode SPM: laser (1); espejo (2); cantiléver (3); espejo móvil (4); fotodetector (5)

(Olmos, 2009).

7.14.1 Principios Fisicos de Operación.

La técnica SPM proporciona imágenes tridimensionales en tiempo real,

permitiendo monitorear un área localizada para obtener las propiedades físicas de

los materiales simultáneamente. Todos los SPM tiene 5 elementos fundamentales:



51

la punta, el escáner, el detector, el sistema de control electrónico y el sistema de

aislamiento de vibración como se muestra en la figura 15 (Reséndiz 2005).

Figura 15. Diagrama general de un SPM (Reséndiz 2005).

7.14.2 Modos de Operación del AFM.

El Microscopio de Fuerza Atómica utiliza múltiples modos de operación de

acuerdo a las características físicas de la muestra y de las propiedades a medir

(Reséndiz 2005).

Contacto: Mide la topografía de la muestra deslizando la punta sobre su superficie.

Tapping: También llamado contacto intermitente, mide la topografía de la muestra

tocando intermitentemente su superficie.

Imagen de Fase: Proporciona una imagen contrastada generada por las

diferencias de adhesión en la superficie de la muestra.

No Contacto: Mide la topografía de acuerdo a las fuerzas de Van der Waals que

existen entre la superficie de la muestra y la punta.

Fuerza Magnética: Mide el gradiente de fuerza magnética sobre la superficie de la

muestra.



52

Fuerza Eléctrica: Mide el gradiente de fuerza eléctrica sobre la superficie de la

muestra.

Potencial de Superficie: Mide el gradiente de campo eléctrico sobre la superficie

de muestra.

Modo Lift: Técnica que utiliza dos modos de operación usando la información

topográfica para mantener la punta a una altura constante sobre la superficie.

Modulación de Fuerza: Mide la elasticidad/suavidad relativa de la superficie de las

muestras.

Fuerza Lateral: Mide la fuerza de fricción entre la punta y la superficie de las

muestras.

Microscopía de Tunelamiento: Mide la topografía de superficie de la muestra

utilizando la corriente de tunelamiento.

Microscopía Electroquímica: Mide la estructura de la superficie y las propiedades

de los materiales conductores inmersos en soluciones electrolíticas.

Litografía: Se emplea una punta especial para grabar información sobre la

superficie de muestra

VIII MATERIALES Y METODOS



53

Se prepararon los medios donde fueron sometidos nuestras muestras de tubo de

perforación T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX NC-50 estos son los mas usados en

perforaciones tanto subterráneo como en aguas salinas.

El medio salino fue generado con la composición natural de agua de mar la cual

se establece en la tabla 5. El cloro y el sodio son los constituyentes fundamentales

del agua del mar y se encuentran en forma de cloruro de sodio que se conoce

como la sal común. Representa el 80 por ciento de las sales en solución. Se

tomara para el experimento 1000 ml de agua de mar con las composiciones

mencionadas en un vaso de precipitado de 1 Lt. antes desinfectado por medio de

baño maría a una presión de 1 atm y 100°c durante 10 min.

Tabla 5. Composición química del agua (bibliotecadigital.ilce.edu.mx)



54

Para el medio acido usaremos Acido Sulfhídrico (H2S) que generalmente se

encuentra a 800 metros debajo de la superficie de la tierra y cuya composición es:

H: 5.92 % y S: 94.09 %, su peso molecular es: 34.08 g/mol, La obtención del

acido sulfhídrico en el laboratorio puede obtenerse tratando sulfuro de hierro,

sulfuro de cinc o hidrosulfuro de sodio con ácido clorhídrico o sulfúrico diluidos o

bien, con sulfuro de calcio y cloruro de magnesio en agua. Para mantener las

concentraciones del gas se colocara en un recipiente rígido cilíndrico con volumen

de 1 metro cubico a una presión de 101.325 KPa (1atm) a temperatura ambiente

(25°C). y una concentración de 0.05-0.4 ppm.

El medio salino acido se creara con concentraciones de 0.02g/l de Acido

Sulfhídrico disueltos en agua de mar con las composiciones antes mencionadas

este medio se encuentra a 2000 metros de profundidad en pozos petroleros. Se

colocaran en vasos de precipitados herméticamente sellados pues es altamente

toxico con capacidad de 1 Lt.

Nuestra muestra de tubo de perforación (T.P.5‖ ºG-105 19.5# CONEX NC-50)

será de 0.06 metros previamente lijados con ligas de agua para remover todo tipo

de grasas, óxidos o agentes que alteren nuestros resultados.

Los inhibidores de corrosión que se utilizaran en cada muestra son: Aductos de

amina-TPA, Complejo de Zr-TPA, BTTSA y Sal de amina del BTTSA. Se aplicara

una capa de nuestros IC a cada una de las muestras previamente preparadas

para después ser introducidos en nuestros medios ya creados en

aproximadamente 30 días.

Se evaluaran después de los 30 días cada una de las muestras con análisis de de

termogravimetría, espectroscopia de fotoelectrones por rayos X (XPS) y

Microscopia de fuerza atómica. Para inspeccionar, analizar y estudiar la superficie

a nivel microscópico de nuestras muestras de tubo de perforación sometidos a los

diferentes medios.



55

IX BIBLIOGRAFÍA

Alvarado Cortés J. O. 2006. ―Selección electroquímica de compuestos orgánicos

como inhibidores de corrosión en medio acido‖. Tesis licenciatura en ingeniería.

Universidad Autónoma Del Estado De Hidalgo. Pachuca de Soto, Hidalgo Mexico.

Castillo Rendón R. 2011 ―Evaluación electroquímica de extractos vegetales como

inhibidores de corrosión‖. Tesis para presentar examen demostrativo. Universidad

Veracruzana. Poza Rica de Hgo., Veracruz, México.

Cánovas López A.F: 2013 ―Selección de nuevos tipos de inhibidores de la

corrosión de los aceros S355J2N y 80HLES‖ Tesis licenciatura. Universidad

Politécnica de Cartagena. Cartagena.

Casallas S. Q. 2005. ―Conceptos básicos de la corrosión‖ Universidad libre.

Colombia

Criado M, Fajardo S, Valdez B, Bastidas JM. 2013. ―Aspectos cinéticos de la

corrosión y fenómenos de pasividad. En Valdez Salas B, y Schorr Wiener M.

(Eds.) Corrosión y preservación de la infraestructura industrial. Barcelona, España:

OmniaScience; pp. 11-32.

Cuesta Fernández F. L. 2009. ―Analisis del fenómeno de la corrosión en materiales

de uso técnico: metales. Procedimientos de proteccion‖. Madrid, España.

Gómez T. R 2008. ―Prevención de la corrosión‖ Departamento de Química Física

Universidad de Alicante España.

Gonzales de la C. M. 1989. ―La corrosión del concreto en ambiente marino‖. Edit.

ASOCEM. . Piura, Perú.

Keibys E. Colmenares. 2008. ―Estudios de Espectroscopia de Fotoelectrones

(XPS) y Termogravimetría (TG) del Catalizador 10 Mg-90La-20Ni‖ Tesis

Licenciatura. Universidad de los Andes. Mérida, Venezuela.



56

Olmos D. y Gonzales B. Fco. J. 2009. ―Microscopia de Fuerza Atomica‖ Curso

2008-2009. Universidad Carlos III de Madrid. Madrid, España.

Olivares Xometl C. O. 2005. ―Desarrollo de inhibidores de corrosión derivados de

α-aminoacidos y β-aminoalcoholes usando simulación molecular y técnicas

electroquímicas‖. Tesis doctoral. Instituto Politécnico Nacional. México, DF.

Reséndiz G. Mary C. y Castrellon U. Jesús. 2005 ―Microscopia de Fuerza Atomica‖

Encuentro de Investigación en Ingeniería Eléctrica. Zacatecas, Zacatecas.

Saura Gómez P. 2011 ―Inhibidores en el inicio y propagación del proceso de

corrosión de las armaduras en el hormigón armado‖. Tesis doctoral. Universidad

de Alicante. Alicante, España.

Valdivia Urriola P. S. 2013. ―Eficiencia teórica de inhibidor de corrosión en

recubrimientos dispersos de zinc‖. Tesis grado de magíster. Pontifica Universidad

Católica De Chile Escuela De Ingeniería. Santiago de ChileWest J.M, 1986

―corrosión y oxidación‖ Fundamentos. ed. Limusa. 1988. Mexico.

bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen1/ciencia2/12/htm/sec_16.

html



57

inhibidores de corrosion

Documents

Transcript of inhibidores de corrosion