INTRO CORRO.doc

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

“SANTIAGO MARIÑO”AMPLIACIÓN MARACAIBO

.

INTRODUCCIÓN A LA CORROSIÓN

Lcdo. Nelson Rodríguez Asesor de Corrosión

Maracaibo, Febrero 2004

CONTENIDO

1. Introducción a la corrosión.

2 Definición de la corrosión.

Otras definiciones.

Algunas reacciones útiles. Reactividad química en la corrosión. La ciencia de la corrosión y de la Ingeniería. Aherrumbrado u oxidación.

Desempeño del corrosionista. Los ocho tipos de corrosión según Mars Fontana. Principios generales de la corrosión química. Corrosión en metales. ¿Reacciona el metal? La corrosión como parte de un proceso electroquímico. Factores que promueven e impiden la corrosión. Heterogeneidades responsables de las pilas de corrosión.

Heterogeneidades en la fase metálica. Heterogeneidades en el medio. Heterogeneidades en las condiciones físicas.

3. Cualidades de un corrosionista.

Pérdidas directas.

Mantenimiento. Reemplazo de materiales. Métodos de protección. Productos químicos. Protección catódica. Pinturas y revestimientos.

Pérdidas indirectas.

Interrupciones en la producción. Pérdidas de productos. Pérdidas de rendimiento. Contaminación en los productos. Sobre diseño.

25/02/04 - ner 3

Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”. Ampliación Maracaibo Introducción a la corrosión

1. INTRODUCCIÓN A LA CORROSIÓN

La corrosión en sus dos aspectos de enseñanza e investigación, tiene una larga tradición en el Instituto Tecnológico de Massachussets. El profesor W.R. Whitney, que después fue el primer director de investigación de la General Electric Company, inició esta tradición con su trabajo clásico “La corrosión del hierro”, que se publicó en 1903 en la Revista de la Sociedad Química Norteamericana (Jornal of the American Chemical Society). Este trabajo sirvió de estímulo a importantes investigaciones de la corrosión efectuadas por el profesor W.H. Walker y posteriormente a las del profesor Walter Whitman y su equipo de Laboratorio de Química Aplicada que había sido fundado por Walker.

La enseñanza sistemática de la corrosión parece que fue iniciada en una asignatura titulada “resistencia química de materiales”, expuesta a los estudiantes por el profesor Walker en 1903. En 1912 se cambió el título por el de “materiales de construcción” y se explicó con la cooperación, a titulo de ayudante, del profesor W. K. Lewis. La primera vez que figuró en el Instituto Tecnológico de Massachussets una asignatura con el nombre de “CORROSIÓN” fue en 1922 y estuvo a cargo del profesor Whitman.

Después fueron sucediéndose en la enseñanza otros miembros del departamento de metalurgia, comenzó la enseñanza de la asignatura “aleaciones resistentes a la corrosión y al calor”, con la que continuó hasta 1942. Desde los comienzos en 1938, se prosiguió las lecciones organizadas de corrosión, que previamente había expuesto el profesor Whitman. Después de la interrupción producida por la Segunda Guerra Mundial, se reanudaron estas clases en el departamento de metalurgia y continuaron hasta la actualidad.

Esta monografía está basada en la asignatura “CORROSIÓN”, que tiene una duración de un semestre. El propósito perseguido es presentar al estudiante los fundamentos de la ciencia de la corrosión y de lo que se conoce bajo el nombre de “INGENIERÍA DE LA CORROSIÓN”. En resumen, las lecciones se orientan a descubrir el motivo de porque los metales se corroen y qué se puede hacer contra la corrosión. La materia se ha tratado tan cuantitativamente como lo permiten los conocimientos actuales.

El presente compendio trata de establecer una correspondencia entre la ciencia de la corrosión y la ingeniería de la corrosión. La ingeniería de la corrosión es el conjunto de conocimientos y técnicas que permiten aplicar el conocimiento científico en el diseño y métodos de prevención y control de la corrosión. Ciencia e ingeniería se deben conjugar en el desempeño de los diversos materiales utilizados en ingeniería y sus distintas aplicaciones, tomando inicialmente en cuenta la responsabilidad que tiene el ingeniero en el control de la corrosión desde que se diseña el proyecto hasta la selección de los materiales. Una vez que estos materiales son sometidos a las operaciones de los procesos para los cuales fueron involucrados, se debe tener una vigilancia para que cumpla con el servicio de vida útil.

En caso de que se observe o sospeche una disminución de esta vida útil, se debe proceder a

utilizar uno o unos de los métodos de control para que se alcance su funcionamiento.

El enfoque que se le ha conferido a este compendio, es dar a conocer mediante algunos casos prácticos, las características más sobresalientes del diseño y selección de materiales, en cuanto a propiedades mecánicas, fabricabilidad, disponibilidad, apariencia y el desempeño en ambientes corrosivo, guiados bajo reglas que deben seguirse estrictamente. Este no es un punto fácil para el ingeniero, encargado de participar en el diseño y selección de los materiales, ya que hay muchos

25/02/04 - ner 4


factores que deben tomarse, algunos de ellos soportados por la experiencia y resultados de pruebas de laboratorios de la gran variedad de materiales usados por los ingenieros para construir puentes, automóviles, equipos de proceso, líneas de tuberías, sistemas de enfriamiento, entre otros. Un aspecto muy importante en la toma de decisión es la conciencia personal.

El entendimiento de la ciencia e ingeniería se debe involucrar en el proyecto, construcción, mantenimiento y operación de equipos e instalaciones de cualquier tipo de industria, lo cual va a influir en el beneficio de nuestra sociedad, ya que se reducen costos, contaminación, mal uso de la conservación y riesgo en seguridad.

En sentido amplio, la corrosión puede conocerse como la destrucción de un material por interacción química, electroquímica o metalúrgica entre el medio y el material. Generalmente es lenta, pero de carácter persistente. En algunos ejemplos, los productos de corrosión existen como una película delgada adherente que sólo mancha o empaña el metal y puede actuar como un retardador para ulterior acción corrosiva. En otros casos, los productos de la corrosión son de carácter voluminoso y poroso, sin ofrecer ninguna protección.

Uno de los problemas más serios de la industria lo constituye la corrosión, que produce daños por miles de millones de dólares al año. Es un problema complejo acerca del cual se conoce mucho; sin embargo, a pesar de la extensa investigación y experimentación, todavía hay mucho que aprender. En algunos casos, como en el ataque químico directo, la corrosión es altamente obvia, pero en otros, como la corrosión intergranular, es menos obvia pero igualmente dañina.

La principal causa de la corrosión es la inestabilidad de los metales en sus formas refinadas; los mismos tienden a volver a sus estados originales a través de los procesos de corrosión. La comprensión de la naturaleza de las diversas clases de materiales es de ayuda vital para superar el problema de corrosión.

Encontraremos que en la mayoría de los casos, la corrosión no se evita por completo (no podemos suministrar carrocerías de platino para los automóviles), pero el objetivo es el de evitar el deterioro de los componentes debido a la corrosión. Por ejemplo, durante mucho tiempo el automóvil era convertido en chatarra debido a la corrosión de la carrocería, pero ahora la vida ante la corrosión se ha duplicado por medio de una combinación de recubrimientos. Finalmente, los metales, los materiales cerámicos y los plásticos sufren el ataque de diversas atmósferas y soluciones. Sin embargo, pronto aprenderemos que la corrosión de los materiales metálicos es electroquímica por naturaleza, mientras que en otros casos generalmente está involucrada una solución sencilla. Por lo tanto, primero se considerara la corrosión de los materiales metálicos.

Como se ha establecido que la corrosión es un ataque destructivo de los metales que puede ser de naturaleza química o electroquímica. La corrosión química directa sólo se verifica en condiciones extraordinarias que comprenden un ambiente altamente corrosivo o una elevada temperatura o ambas cosas. Son ejemplos los metales en contacto con ácidos o álcalis concentrados y la formación de óxido de hierro por disociación del agua en contacto con tubos de caldera recalentados. Sin embargo, la mayoría de los fenómenos que comprenden la corrosión de metales que contienen agua o están sumergidos en ella, o su corrosión en la atmósfera por películas de humedad, son de naturaleza electroquímica.

En la práctica se habla de controlar la corrosión y no eliminarla, ya que esto último resultaría muy costoso e impráctico, dado que en general habría que utilizar materiales inmunes a una aplicación específica. Es menos costoso y más práctico disminuir la corrosión a niveles lo

25/02/04 - ner 5


suficientemente bajos que no pongan en peligro de ruptura, contaminación, entre otros, .al sistema involucrado.

Así, como ya se conoce, para que la corrosión suceda se requieren cuatro elementos esenciales: el ánodo (donde ocurre la corrosión), el cátodo (donde no hay corrosión), el conductor electrónico (conexión eléctrica cátodo / ánodo) y el medio electrolítico (medio conductor de la electricidad). De tal manera que un control de corrosión consistiría en tratar de eliminar cualquiera de los elementos que conforman la celda.

Así, si se elimina el ánodo toda la estructura sería cátodo, no hay corrosión (protección catódica); si se elimina el cátodo toda la estructura sería ánodo, teóricamente se corroería, pero este óxido puede ser protector para algunos metales / medios (protección anódica); si se desconecta el ánodo del cátodo, tampoco hay corrosión (corrosión galvánica); pero esto únicamente se puede hacer si hay dos metales de diferente actividad, pero no para un mismo metal y por último, si se elimina el electrolito o se le disminuye su conductividad, tampoco hay corrosión o será muy baja. Esto último en general no se puede hacer ya que es el fluido que debe manejarse, pero se puede hacer un control de agresividad del mismo, agregando sustancias inhibidoras de la corrosión.

También se puede disminuir la conductividad (aumentar la resistencia del electrolito), indirectamente a través del uso de recubrimientos (orgánicos), lo cual aumentaría la resistencia de contacto metal / solución, disminuyendo así la velocidad de corrosión.

2. DEFINICIÓN DE LA CORROSIÓN

Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio. Los daños causados por medios físicos no se denominan corrosión sino erosión, abrasión o desgaste. En algunos casos el ataque químico va acompañado de daños físicos y entonces se denomina corrosión-erosión, desgaste corrosivo o corrosión por fricción. Esta definición no incluye a los materiales no metálicos. Los plásticos pueden hincharse o agrietarse y romperse; la madera, abrirse o pudrirse; el granito, erosionarse y el cemento Pórtland, lixiviarse, pero en la actualidad el término corrosión se aplica sólo al ataque químico de los metales.

OTRAS DEFINICIONES.

- Uhlig: Ataque destructivo de un metal. Reacción química o electroquímica con el medio.

- Shreir: Procesos donde el metal / aleación como materiales de construcción son transformados de metal a un estado combinado por interacción con el medio.

- Evans: Destrucción de un metal / aleación por cambios químicos electroquímicos o disolución física.

- Scully: Reacción del metal con el medio.

- Wranglin: Un ataque no-interaccional sobre un material a través de una reacción con el medio que lo rodea.

En conclusión, la corrosión es mala, es destructiva.

25/02/04 - ner 6


ALGUNAS REACCIONES ÚTILES:

- Al: “Aloxide”.- Cu-CuSO4.·Cu(OH)2 : Patina.- Zn: En el caso de las baterías.- Mg, Zn, Al : Ánodos de sacrificio en protección catódica.

REACTIVIDAD QUÍMICA EN LA CORROSIÓN:

La corrosión es el resultado destructivo de la reacción química entre un metal o aleación de metal y el medio ambiente. Los átomos del metal en la naturaleza están presentes en los componentes químicos. Las varias cantidades de energía que se necesitaron para extraer el metal de sus minerales son emitidas durante la reacción química que produce la corrosión. La corrosión regresa el metal a ese estado combinado en componentes químicos que son similares o casi idénticos a los minerales del cual los metales fueron extraídos. La corrosión ha sido llamada el extractor metalúrgico en reversa.

Sin embargo, existe una variedad de materiales no metálicos, tales como los cerámicos, que tienen sus reactividades químicas satisfechas por la formación de uniones con otros iones reactivos, tales como óxidos y silicatos. Similarmente, los polímeros orgánicos (plásticos) son relativamente no reactivos porque ellos tienen muchas uniones covalentes estables, primeramente entre átomos de carbono.

LA CIENCIA DE LA CORROSIÓN Y LA INGENIERÍA:

La ciencia de la corrosión es el estudio de la química y los procesos metalúrgicos que ocurren durante la corrosión. La ingeniería de la corrosión es la designación y aplicación de métodos para la prevención de la corrosión. Idealmente, la ciencia debe estar unida con la ingeniería como lo es la invención de un nuevo y el mejor de los métodos de prevención y aplicación de métodos existentes más inteligentemente y eficientes. De cualquier modo, los científicos están sometidos a la devoción del perseguimiento del puro conocimiento, con escasa o no perspectiva sobre las aplicaciones posibles de sus trabajos.

AHERRUMBRADO U OXIDACIÓN.

El término “aherrumbrado” u “oxidación” se aplica a la corrosión del hierro y de las aleaciones en las que éste es el metal base; en este proceso se forman productos de corrosión compuestos en su mayor parte por óxidos de hierro hidratados. Por lo tanto, los metales no ferrosos se corroen pero no se aherrumbran.

Puesto que los fenómenos de corrosión implican transformaciones químicas, es obvio que el estudiante de esta ciencia tenga necesidad de estar familiarizado con los principios de la química, a objeto de comprender las reacciones de los procesos de corrosión. Debido a que estos son en su mayor parte de carácter electroquímico es importante que el estudiante posea conocimientos de electroquímica y, puesto que a menudo la estructura y composición de los metales determinan su comportamiento frente a la corrosión, también es necesario estar familiarizado con los fundamentos de la metalurgia física. Por ello, tanto la química como la metalurgia son conocimientos básicos para el estudio de la corrosión, de la misma manera que la biología y la

25/02/04 - ner 7


química lo son para el estudio de la medicina.

DESEMPEÑO DEL CORROSIONISTA.

El científico en corrosión se ocupa del estudio de los mecanismos de la corrosión para obtener un mejor conocimiento de las causas que la producen y de los medios útiles para prevenir o disminuir los daños que causa. El ingeniero de corrosión aplica los conocimientos científicos acumulados para, por medios prácticos y económicos, reducir los daños de la misma. Por ejemplo, el ingeniero de corrosión emplea la protección catódica en gran escala para evitar la corrosión de tuberías enterradas, o ensaya y desarrolla nuevas y mejores pinturas, prescribe las dosis apropiadas de inhibidores, recomienda el recubrimiento adecuado.

A su vez, el científico de corrosión desarrolla mejores criterios sobre la protección catódica, establece la estructura molecular de compuestos químicos que mejor se comportan como inhibidores, sintetiza aleaciones resistentes a la corrosión y recomienda tratamientos térmicos y modificaciones en la composición de aleaciones que mejoran sus características. Ambos puntos de vista, científico y técnico, se complementan mutuamente en la interpretación de los daños que causa la corrosión y en la prescripción de los remedios apropiados.

La corrosión es un problema que puede presentarse en diferentes procesos industriales; tales como obtención de urea, cloro-soda, ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, monocloruros de vinilo (MVC), endulzamiento del gas natural, lácteos, entre otros; generando grandes pérdidas económicas, ya sea por la reparación de equipos o reemplazo de alguno de sus componentes, así como la pérdida de producción e inclusive en ocasiones de vidas humanas.

LOS OCHOS TIPOS DE CORROSIÓN SEGÚN MARS FONTANA.

El fenómeno como tal puede presentarse de diferentes formas, de hecho Mars Fontana en su texto “Corrosion Engineering”, establece ocho formas de corrosión en función de la apariencia observada en el metal corroído. Algunas de estas formas de corrosión son únicas; no obstante todas están más o menos relacionadas. Las ocho formas son: corrosión uniforme, corrosión galvánica, corrosión por espacios confinados, corrosión por picaduras, corrosión íntergranular, corrosión selectiva, erosión - corrosión y corrosión bajo tensión. A continuación se resumen cada una de estas formas de corrosión:

CORROSIÓN UNIFORME: Es la forma más común de corrosión, caracterizada por una reacción química o electroquímica, la cual ocurre uniformemente en toda la superficie expuesta. El metal se adelgaza y eventualmente falla, por ejemplo, una pieza de acero o cinc sumergida en ácido sulfúrico diluido.

CORROSIÓN GALVÁNICA: Es aquella que se presenta impulsada por una diferencia de potencial que existe entre dos metales, cuando ellos son sumergidos en una solución corrosiva, donde el metal menos resistente a la corrosión aumentará su velocidad de corrosión y el más resistente disminuirá su corrosión en comparación con su comportamiento cuando no está en contacto.

CORROSIÓN POR ESPACIOS CONFINADOS: Es una intensa corrosión localizada, frecuentemente ocurre en espacios confinados y otras áreas resguardadas expuestas al

25/02/04 - ner 8


fluido corrosivo. Este tipo de ataque es usualmente asociado con pequeños volúmenes de solución estancada.

CORROSIÓN POR PICADURAS: Es una forma de corrosión extremadamente localizada, defina como una picadura cuyo diámetro en la superficie es generalmente mayor que el diámetro en la profundidad. Es una de las formas más destructivas de corrosión ya que además de perforarse el metal con muy poca pérdida de peso, puede ser el inicio de una grieta por la concentración de esfuerzos.

CORROSIÓN INTERGRANULAR: Es la corrosión que se produce en las zonas adyacentes de los granos de un material con poca o despreciable corrosión en el grano propiamente, lo cual puede ser provocado por impurezas en los bordes de grano y enriquecimiento o disminución de uno de los elementos de la aleación en uno de los bordes de grano. El caso más común es el empobrecimiento de cromo en los bordes de grano de los aceros inoxidables en un rango de temperatura, en cuya zona el material se vuelve susceptible a éste fenómeno de corrosión.

CORROSIÓN SELECTIVA: Esto es la remoción de alguno de los elementos de la aleación sólida por corrosión. El ejemplo más común es la remoción selectiva de cinc en las aleaciones de cobre conteniendo cinc como los bronces. En términos generales se indican como desincinficación, desaluminización, grafitización.

EROSIÓN-CORROSIÓN: Es la aceleración o incremento en la velocidad de deterioro o ataque de un metal debido al movimiento entre un fluido corrosivo y la superficie del metal. Este fenómeno es caracterizado por la aparición de varios hoyuelos redondeados y valles en la dirección del fluido.

CORROSIÓN BAJO TENSIÓN: Es el agrietamiento causado por la presencia simultánea de esfuerzos y un medio corrosivo. Durante este fenómeno el metal o aleación es virtualmente atacado en gran parte de su superficie, mientras finos agrietamientos progresan a través de él.

PRINCIPIOS GENERALES DE LA CORROSIÓN QUÍMICA.

Se observan muchas características comunes en la corrosión química, tales como:

- Los iones o las moléculas pequeñas se disuelven más rápidamente que las estructuras de mayor complejidad. Una cera se disuelve más pronto en un solvente orgánico líquido que el polietileno. Las sales iónicas se disuelvan más rápidamente en un fundente que los iones complejos de silicato.

- La disolución se efectúa con mayor rapidez cuando el sólido y el líquido solvente tienen estructuras similares.

- La disolución es acelerada a temperaturas elevadas debido a las altas velocidades de disociación y a las mayores solubilidades.

Evitar la corrosión química es relativamente difícil. Las bajas temperaturas y los recubrimientos protectores pueden ser de utilidad. Sin embargo, la mejor manera para evitar la corrosión química

25/02/04 - ner 9


es impedir el contacto entre el material sólido y el solvente líquido. De aquí que un material refractario seleccionado para contener metal fundido no debe reaccionar con la escoria que se produce en el metal fundido.

CORROSIÓN EN METALES

La corrosión de metales abarca cuatro áreas:

Principios químicos: la fuerza impulsora de la corrosión, las reacciones anódicas y catódicas en una celda (pila) de corrosión, la tendencia a la solución de metales y aleaciones, los efectos de concentración, los inhibidores, la pasividad.

Los fenómenos de corrosión basados en principios químicos: acción galvánica, lixiviación selectiva, fragilización por hidrógeno, corrosión por celdas de oxígeno, corrosión en huecos y grietas y efectos combinados mecánicos-corrosivos: corrosión por esfuerzo, fatiga por corrosión, erosión-corrosión, cavitación.

Ambientes de corrosión: la reacción de los metales en diversas atmósferas, agua potable y salina y substancias químicas.

Corrosión en gas a temperaturas elevadas, escamas y crecimiento.

¿REACCIONA EL METAL?

La primera pregunta al analizar la corrosión es: ¿Reacciona el metal con su medio y, si lo hace, cuál es la naturaleza del producto de la corrosión? Un alambre de cobre colocado en agua destilada simplemente no reacciona; por lo tanto, no hay problema alguno. Un alambre de aluminio reacciona, pero el producto de la corrosión, óxido de aluminio, se adhiere tanto que no hay reacción posterior. Al comienzo el alambre de hierro reacciona más lentamente que el de aluminio, pero la reacción continúa porque el producto, el orín, no es protector. Por lo tanto, en cada caso se debe estudiar la reacción involucrada y los tipos de productos generados.

No importa que la corrosión sea espectacularmente rápida, como cuando el cinc se disuelve en ácido clorhídrico, o imperceptible, como el orín que astutamente se va formando en la parte trasera del tablero de un automóvil, los tipos básicos de reacciones son los mismos.

La tendencia de un metal a disolverse en agua, conocida por presión de solución, se mide por el potencial eléctrico (sin corriente) que tiene que ser aplicado para evitar toda acción cuando el metal está sumergido en una solución de una de sus sales a la concentración estándar o normalizada (1 molar).

En base a esta información, los metales se disponen en una serie según el orden de su condición de solución.

Tabla 1. Serie de fuerza electromotriz de los metales

25/02/04 - ner 10


Magnesio (Mg)Berilio (Be)Aluminio (Al)Manganeso (Mn)Cinc (Zn)Cromo (Cr)

Hierro (Fe)Cadmio (Cd)Níquel (Ni)Estaño (Sn)Plomo (Pb)Hidrógeno (H2) [cero]

Cobre (Cu)Mercurio (Hg)Plata (Ag)Paladio (Pd) Platino (Pt)Oro (Au)

MÁ

S N

OB

LE

MÁ

S A

CT

IVO

Aunque en la práctica nunca se encuentran la concentración normalizada de las sales

metálicas ni la ausencia completa de corrientes de polarización, esta serie enumera, no obstante, a los metales en orden general, la tendencia de los metales a la corrosión. Cuando dos metales que están en contacto se sumergen en agua, el que está en la parte superior en esta serie se vuelve anódico, sufre la corrosión y protege al otro metal, porque lo vuelve catódico.

El electrolito es el factor dominante controlable. En el caso normal el agua está en contacto con los metales contiene impurezas, como sales, gases y vapores. Su actividad electrolítica es una función de los iones que aumentan su conductividad; por tanto, una salinidad elevada promueve la corrosión electroquímica. Es muy importante que el agua rara vez es neutra (pH = 7.0), sino que es, ya sea ácida (pH inferior a 7.0) o básica (pH superior a 7.0). El exceso de iones hidrógeno que acompaña a un pH decreciente aumenta la fuerza de avance y la velocidad de reacción de la corrosión electroquímica; por tanto, los ácidos y las sales ácidas producen un ambiente corrosivo. A la inversa; un aumento en la concentración de iones hidroxilo (pH alto) deprime la corrosión electroquímica y puede suministrar excelente protección, incluso sin la formación de película.

LA CORROSIÓN COMO PARTE DE UN PROCESO ELECTROQUÍMICO.

La corrosión es esencialmente en parte un proceso electroquímico que origina parte o el total del metal que está transformándose del estado metálico al iónico. La corrosión requiere un flujo de electricidad entre ciertas áreas de la superficie de un metal a través de un electrolito, el cual es cualquier solución que contiene iones. Los iones son átomos o grupos de átomos eléctricamente cargados; por ejemplo, el agua pura contiene iones hidrógeno positivamente cargados (H+) e iones hidroxilo negativamente cargados (OH-) en cantidades iguales. Por lo tanto, el electrolito puede ser agua pura, agua salada o soluciones ácidas o alcalinas de cualquier concentración. Para completar el circuito eléctrico, debe haber dos electrodos, un ánodo y un cátodo, los mismos que deben conectarse.

Los electrodos pueden ser dos diferentes clases de metales o distintas áreas sobre la misma pieza de metal. La conexión entre el ánodo y el cátodo puede ser mediante un puente metálico, pero en la corrosión se lleva a cabo simplemente por contacto. Para que fluya la electricidad, debe haber una diferencia de potencial entre los electrodos.

Si una pieza de hierro común se coloca en una solución de ácido clorhídrico, se observará un vigoroso burbujeo de gas hidrógeno. Sobre la superficie del metal hay numerosas y pequeñísimas áreas como cátodo y ánodo producidas por las inclusiones en el metal, las imperfecciones superficiales, los esfuerzos localizados, la orientación de los granos o quizás las variaciones en el medio. En el ánodo, los átomos de hierro positivamente cargados se separan por sí mismos de la superficie sólida y entran a la solución como iones positivos, mientras que las cargas negativas,

25/02/04 - ner 11


en la forma de electrones, se dejan atrás en el metal.

En el cátodo, los electrones chocan y neutralizan algunos iones hidrógeno positivamente cargados, los cuales han llegado a la superficie a través del electrolito. Al perder su carga, los iones positivos llegan a ser átomos neutrales nuevamente y se combinan para formar gas hidrógeno. Así, conforme este proceso avanza, la oxidación y la corrosión del hierro se presentan en los ánodos, y el desvestimiento de hidrógeno ocurre en los cátodos. La cantidad de metal que se disuelve es proporcional al número de electrones que fluyen, lo cual a su vez depende del potencial y de la resistencia del metal.

Para que la corrosión prosiga, es necesario eliminar los productos de corrosión del ánodo y del cátodo. En algunos casos, la evolución del gas hidrógeno en el cátodo es muy lenta, y la acumulación de una capa de hidrógeno sobre el metal retarda la reacción, lo cual se conoce como polarización catódica; sin embargo, el oxígeno disuelto en el electrolito puede reaccionar con hidrógeno acumulado para formar agua, permitiendo de este modo que la corrosión avance. Para el hierro y el agua, la rapidez de eliminación de la película depende de la concentración efectiva de oxígeno disuelto en agua adyacente al cátodo. Esta concentración efectiva depende, a su vez del grado de aireación, de la cantidad de movimiento, de la temperatura, de la presencia de sales disueltas y de otros factores.

Los productos de los procesos del ánodo y del cátodo frecuentemente chocan y entran en reacciones ulteriores que dan muchos de los comunes y visibles productos de corrosión.

ÁNODO: en este los electrones se depositan en el metal a medida que los iones metálicos se desprenden.

CÁTODO: en este los electrones están siendo adsorbidos por iones. Esta región es positiva porque los iones con carga positiva se acumulan para recibir electrones.

REACCIÓN ANÓDICA: generalmente consiste en la solución de un metal. El metal se solubiliza como ion; es decir, se corroe. (Figura 2a)

M Mn+ + n e-

REACCIÓN CATÓDICA: los electrones fluyen a través de la parte metálica hasta que alcanzan un punto donde son consumidos.

En condiciones favorables, la reacción electroquímica se consumirá por sí misma en el cátodo o en el ánodo, o bien en ambos. El caso más común es el de un sólo metal en el cual la superficie es de polaridad heterogénea, formada por pequeñas y separadas zonas anódicas y catódicas tan estrechamente juntas que no se puedan distinguir. Pequeñas diferencias de potencial resultan de leves variaciones en la composición, en el acabado superficial, en los esfuerzos, en los depósitos o inclusiones, o bien por las diferencias de concentración del electrolito o de los solutos gaseosos en la fase líquida adyacente. La penetración prosigue en las zonas anódicas, produciendo una amplia variedad de picados, rugosidades y desgastes. La película de hidrógeno catódica y los precipitados anódicos insolubles son factores entorpecedores igualmente importantes que pueden utilizarse para retardar la corrosión.

Un índice de la fuerza impulsora de la reacción electroquímica es el potencial, o f.e.m., de la

pila galvánica, el cual es la suma de los potenciales de las semipilas formadas por el ánodo y el

25/02/04 - ner 12


cátodo y el agua que los rodea. Estos potenciales son característicos del metal (u otro material del electrodo) y varían con el contenido iónico del electrolito, la temperatura y otros factores. El potencial de los electrodos se califica fijando, por convención, la concentración de equilibrio de los iones metálicos en 1 molar (un mol por litro); sólo pueden determinarse por mediciones cuando no circula corriente, en ausencia de la reacción de los electrodos.

Cualquier proceso de reducción, como por ejemplo en una solución ácida esta representada por la siguiente reacción:

2 H+ + 2 e- H2

De igual forma puede ocurrir una reacción catódica pero ahora en una solución neutra aireada. La reacción es la siguiente:

O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-

FACTORES QUE PROMUEVEN E IMPIDEN LA CORROSIÓN En la práctica, las condiciones que promueven la corrosión pueden deducirse por lo que se ha

dicho de los metales, electrolitos y oxígeno disuelto. Cualquier condición de falta de uniformidad dentro del metal, como la que puede originarse por un recocido o un trabajo en frío inadecuados, puede aumentar la heterogeneidad y la intensidad de las diferencias en polaridad; es obvio que el uso de metales desiguales puede ocasionar la corrosión de uno de ellos, como ocurre con los tubos de aluminio de los intercambiadores de calor que están adyacentes a las varillas de amarre de hierro en el grupo de tubos.

La falta de uniformidad de las concentraciones en el electrolito produce celdas de concentración que favorece el ataque corrosivo. Es muy conocido que la falta de uniformidad en la distribución del oxígeno sea anódica, en relación con las que están en contacto con una concentración elevada de oxígeno. Por lo tanto, la turbulencia y el aire arrastrado ocasionan corrosión en los extremos de entrada de los tubos de condensadores y sobre la lámina de los tubos.

La despolarización de la película de hidrógeno por el oxígeno disuelto (y, por ende, la corrosión) ocurre con más rapidez en unos metales que en otros. Otros factores son gases ácidos en la atmósfera o compuestos de azufre de escorias, coque, polvo de carbón, entre otros; sales que se disocian para producir una reacción ácida y oxígeno disuelto en la película de agua. Todos estos factores se aplican a la corrosión de cuerpos sumergidos y a la corrosión subterránea.

Los factores que impiden la corrosión pueden deducirse, asimismo, de las relaciones precedentes de los metales, electrolitos y oxígeno disuelto, con la corrosión electroquímica. Las medidas de protección incluyen el uso de ánodos de sacrificio, como cinc o magnesio, la aplicación de una fuerza contraelectromotriz mediante diversos dispositivos de protección catódica y la pasivación de metales (es decir, tratarlos para reducir su solubilidad en los ácidos y la rapidez de precipitación de otros iones metálicos de las soluciones). El contacto con el electrolito se evita con diversos revestimientos protectores, sean aplicados o precipitados de la solución, como ocurre en el caso del carbonato de calcio, cromo hidratado y óxidos de hierro.

La corrosión da vida a la electrólisis, la cual no debe confundirse con el hecho de que la corrosión es fundamentalmente un fenómeno electroquímico, y es causado en general por la fuga

25/02/04 - ner 13


de corriente de circuitos eléctricos lo cual puede tener lugar en una zona bastante alejada de aquel en que ocurre la fuga.

Los sistemas de alimentación y retorno por la vida en los ferrocarriles eléctricos y los equipos de soldadura mal conectados a tierra han producido muchos casos de corrosión debido a la electrólisis. Las corrientes vagabundas de intensidad y voltaje muy débiles pueden servir para acelerar la corrosión, aunque ellas no la hayan iniciado. La corrosión debida a la electrólisis puede minimizarse dando un aislamiento completo, poniendo a tierra todos los conductos metálicos, evitando combinaciones de metales de naturaleza diferente en un circuito y manteniendo los aparatos en un estado electronegativo en relación con posibles fuentes de corriente, ya sea con un sistema de puesta a tierra de los mismos o rodeándolos con algunas fuentes de corriente de potencial más alto.

HETEROGENEIDADES RESPONSABLES DE LAS PILAS DE CORROSIÓN

Las heterogeneidades que crean diferencia de potencial electroquímico entre los distintos puntos de una superficie (dando origen, por lo tanto, a zonas anódicas y catódicas) son múltiples, pudiendo provenir los mismos del metal que el electrolito en contacto con él.

HETEROGENEIDADES EN LA FASE METÁLICA Constituyen la causa más frecuente de corrosión electroquímica. Entre los muchos tipos

existentes cabe señalar:

Fases dispersas en la matriz metálica de diferente composición química que ésta. Como los compuestos intermetálicos (CuAl2 en las aleaciones de aluminio); segundas fases metálicas (partículas de hierro en el magnesio, fase rica en antimonio en el plomo); inclusiones no metálicas dotadas de alguna conductividad eléctrica (grafito en la fundición de hierro, cementita en los aceros, carburos de cromo en el acero inoxidable, sulfuros, nitruros, óxidos). Muchas de estas inclusiones son de actuación catódica, por lo que promueven el ataque anódico del metal contiguo a ellas. (Figura 1).

Partículas contaminantes de la superficie. Superficies contaminadas durante el laminado a consecuencia de utilizar unos rodillos sucios, por partículas de metales extraños durante el mecanizado (acción de la fresa, lima, entre otros), por el roce con herramientas de trabajo (como destornilladores, llaves inglesas, entre otros), o por el contacto con otros metales durante el almacenamiento y transporte (caso del acero inoxidable contaminado por el contacto con el acero corriente).

Segregaciones. Cuando la concentración de elemento aleante o impurezas no es uniforme en los distintos puntos de una pieza metálica. Este fenómeno es importante en las piezas moldeadas, y guarda relación con el proceso de solidificación y, también, con la falta de tiempo durante el enfriamiento para una homogeneización de la fase sólida. Sus efectos en la corrosión son especialmente notables tratándose de aleaciones formadas por elementos de actividad muy diferentes.

25/02/04 - ner 14


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: dislo-

cación en cuña y dislocación helicoidal.

Uniones bimetálicas. Presentes en estructuras y piezas formadas por metales distintos directamente acoplados.

Anisotropía de los granos cristalinos. De ordinario los metales están constituidos por innumerables granos pequeños. La anisotropía de estos granos o cristales se traduce en diferencias de potencial electroquímico según las distintas caras expuestas. Ello puede conducir a un ataque desigual, como el representado en la figura 3a. Estas diferencias suelen ser poco acusadas, aunque suficientes, por ejemplo, para revelar la estructura granular por medio de reactivos metalográficos.

Bordes de grano. Constituyen regiones especiales en las que los átomos están dispuestos de forma menos ordenada que en el interior del cristal y donde tienden a concentrarse o precipitar determinadas impurezas y elementos aleantes. Con frecuencia los bordes de grano son más activos que el resto de la superficie metálica. La diferencia de potencial electroquímico entre borde e interior del grano puede ser notable cuando la composición química del borde es distinta de la del resto del cristal, en cuyo caso el ataque puede acarrear incluso la excavación de los granos y el desmoronamiento de la estructura.

Dislocaciones emergentes. La figura 3d muestra dos ejemplos típicos de dislocaciones correspondientes a imperfecciones en la estructura del cristal: a la izquierda, cristal perfecto; en el centro, dislocación en cuña (introducción de un semiplano extra en el cristal); a la derecha, dislocación helicoidal (desplazamiento de una región del cristal). La presencia de

25/02/04 - ner 15


dislocaciones se traduce en líneas de átomos menos estrechamente enlazados con los vecinos que los restantes de la red metálica. Los círculos señalan los lugares donde los átomos ocupan las posiciones más irregulares y lábiles.

Regiones de metal deformado en frío. Corresponden a una estructura cristalina altamente desorganizada, con gran densidad de dislocaciones; son regiones respecto a la superficie metálica no deformada. Muchos fenómenos de corrosión empiezan en ellas (corrosión en una dobladura, en la cabeza de un remache, etcétera).

Discontinuidades en capas que recubren el metal. Por ejemplo, falta de uniformidad en la calamina o cascarilla de laminación del acero. En el caso de que la capa posea alguna conductividad electrónica la discontinuidad dará origen a una pila de corrosión entre metal desnudo y metal recubierto.

Regiones de metal sometidas a tensión y deformación elástica. Tienden a actuar anódicamente respecto a las no tensas, más debido a la rotura o agrietamiento de delgadas películas superficiales de óxido que a la simple acción mecánica.

HETEROGENEIDADES EN EL MEDIO

Componen otra importante fuente de problemas de corrosión. De los dos ejemplos que se enumeran a continuación, el primero adquiere particular relieve en los medios naturales:

Diferencias de concentración de oxígeno. Dan lugar a las llamadas pilas de aireación diferencial cuando circunstancias diversas motivan la presencia de gradientes de concentración de oxígeno disuelto en el electrolito en contacto con la superficie metálica. Es el caso de la corrosión en resquicios y superficies metálicas más internas y menos expuestas al oxígeno del aire; actúan anódicamente frente a las más aireadas, o de la corrosión de tuberías enterradas como consecuencia de variaciones de permeabilidad del terreno al oxígeno del aire.

Diferencias de concentración salina, composición o pH del medio. Se dan, a veces, en los equipos químicos y en las grandes estructuras enterradas o sumergidas (contenido variable de cloruro en el suelo o en el mar cerca de la desembocadura de un río).

HETEROGENEIDADES EN LAS CONDICIONES FÍSICAS Por último pueden surgir heterogeneidades electroquímicas aun en el caso hipotético de

metales y medios perfectamente homogéneos, si determinadas condiciones físicas experimentan variación de una a otra zona de la superficie metálica. Dentro de este apartado cabe hablar de:

Diferencias de temperatura. Sobre todo cuando estas diferencias son grandes. Las zonas más calientes tienden a conducirse anódicamente frente a las de temperatura menor.

Diferencias de potencial debidas a la presencia de un campo eléctrico externo actuando sobre el metal. Corresponde este caso a la formación de áreas anódicas y catódicas en las estructuras enterradas o sumergidas con motivo de corrientes vagabundas (fugas de corriente). Sus efectos son a veces desastrosos.

25/02/04 - ner 16


3. CUALIDADES DE UN CORROSIONISTA

La importancia que tiene el estudio de la corrosión implica la necesidad de poseer profundos conocimientos relativos de los materiales, a la electroquímica, a la química, a la ingeniería química, entre otras. Constituye un buen ejemplo de aplicación de diferentes disciplinas y sobre todo, de la electroquímica avanzada. Implica razonamientos impecables y el dominio de numerosas técnicas experimentales. Es una excelente escuela en cuanto a la manera de abordar científicamente el estudio de problemas complejos y permite realizar trabajos de fin de carrera y de doctorado con un éxito seguro y rápido tratándose de buenos investigadores. Según Fontana un buen corrosionista debe ser a la vez:

Químico y electroquímico:

El ingeniero químico es un ingeniero de procesos porque juega un papel que debe tomarse en cuenta tanto en el diseño como en el control de las variables operacionales de los mismos, con la finalidad de garantizar un tiempo de vida útil adecuado de los diferentes equipos y accesorios involucrados. Además, es sumamente importante generar conciencia de los problemas de corrosión que ciertos fluidos y medios pueden ocasionar sobre los equipos de la planta y las implicaciones económicas y de mantenimiento que representan un desconocimiento de la materia. Siendo aún más grave los accidentes ocurridos por fallas de materiales por corrosión, con pérdidas humanas, los cuales están fehacientemente comprobado que se deben al desconocimiento de los operadores / ingenieros de procesos de planta en el manejo de los fluidos corrosivos y en los métodos de control de corrosión.

Metalúrgico:

Estudia la extracción de metales de sus minerales y la refinación de metales que se desean producir y conformar materiales que sean económicos y tengan propiedades cada vez mejores.

Especialista en materiales:

Los materiales se seleccionan para diversas aplicaciones y componentes adecuando las propiedades del material a las condiciones funcionales requeridas por el componente. El proceso de selección requiere que se analice la aplicación para determinar las características más importantes que deben poseer el material. Estudia el comportamiento microscópico de un metal o material cualquiera mediante el estudio de detalles micro estructural que no pueden apreciarse externamente. Basándose en ensayos mecánicos de materiales y observaciones micro estructurales de metales, se pueden predecir el comportamiento o defectos en componentes y piezas industriales.

Ingeniero electricista:

Se encarga de la producción y distribución de la energía eléctrica. Se dedica al estudio de los sistemas e instalaciones eléctricas. Determina el tipo de máquina a utilizar según su rendimiento, capacidad, duración, potencial y dirige su montaje, funcionalidad, reparación y mantenimiento.

Ingeniero mecánico:

Se ocupa de la inversión, desarrollo, instalación y operación de los procesos industriales con el objeto de que se produzcan, transmitan o utilicen energía para obtener mayor rendimiento. Toma parte en la planificación, proyecto, instalación y mantenimiento de cualquier complejo industrial. Se

25/02/04 - ner 17


desenvuelve en muchos campos como generación de potencia, naval, diseño, entre otros.

Experto en relaciones humanas:

Conocer e interrelacionar con las personas especializadas de diferentes áreas para buscar una solución al problemas que se este planteado.

Biólogo:

Se encarga de estudiar las condiciones naturales, el origen, desarrollo, estructura y otros aspectos fundamentales de los seres vivos, por ejemplo, la corrosión producida por la actividad metabólica de diversos microorganismos se conoce como corrosión microbiológica.

Analista de tensiones:

Persona especializada que se encarga de medir la resistencia de un material por medio de una fuerza tensora.

Economista:

Se dedica a la solución de problemas económicos que plantean la producción y distribución de los servicios y bienes, realiza estudios e investigaciones, analizar los datos económicos y estadísticos, participa en el análisis y evaluaciones de tratados para determinar de la efectividad de todos los materiales. También debe ser, a menudo, detective.

La importancia económica y técnica de la corrosión es bien conocida en la actualidad, a menosque se les proteja adecuadamente, por ejemplo, por medio de pinturas, el hierro y los aceros ordinarios se corroen fácilmente, transformándose con mayor o menor rapidez en herrumbre.

La corrosión es, para la mayoría de los utilizadores de metales, una fuente de preocupación que se manifiesta hasta en nuestra vida cotidiana. Así, decimos que nos “oxidamos” cuando tenemos la sensación de que alguna de nuestras facultades pierde sus cualidades.

Entre las consecuencias de la corrosión, cuyos efectos vemos en la vida diaria, podemos señalar como ejemplos:

La necesidad de pintar y repintar las estructuras de acero ordinario.

La destrucción prematura de los automóviles debido a la acción ejercida sobre la parte inferior de los vehículos por las sales utilizadas para fundir la nieve; la acción corrosiva del agua y del anticongelante en los radiadores, y la de los gases sobre los tubos de escape.

La perforación de tuberías de distribución de agua en las viviendas y de los calentadores de agua.

La degradación de los tejados de cinc, de acero galvanizado y de plomo. Hoy día, el motivo principal de la investigación de la corrosión se deriva del factor económico.

Uno de los problemas más serios de la industria lo constituye la corrosión, que produce daños por miles de millones de dólares al año.

El aspecto económico comprende la reducción de las pérdidas de material que se producen por

25/02/04 - ner 18


el desgaste progresivo o rotura repentina de tuberías, recipientes, componentes metálicos de máquinas, cascos de buques, estructuras marinas, entre otros. Las pérdidas económicas se dividen en:

PÉRDIDAS DIRECTAS.

Son los costos de reponer estructuras y maquinarias corroídas, o sus partes componentes, tales como tubos condensadores, silenciadores de tubos de escape, conductos y tuberías, tejados metálicos, entre otros; en los que se incluye la mano de obra necesaria. En 1949, H.H. Uhlig valoró en 5,5 miles de millones de dólares el costo anual de la corrosión en los Estados Unidos.

Según la evaluación hecha en 1949 por H.H. Uhlig, conseguir el 1 por ciento de reducción de

las pérdidas causadas por la corrosión permitiría economizar en Estados Unidos 55 millones de dólares al año. Esta situación constituye un verdadero desafío a ingenieros y a científicos. Uhlig ha señalado que un plan de cinco años de investigación, de desarrollo técnico y de enseñanza permitiría economizar el 20 por ciento de estas pérdidas, esto es, mil millones de dólares a los Estados Unidos, y esto mediante un gasto anual de 5 a 10 millones de dólares, es decir, de sólo el 0,5 al 1 por ciento de la suma a economizar anualmente. La suma así invertida aportaría, pues, el 10.000 a 20.000 por ciento, lo cual constituye una rentabilidad muy satisfactoria. Por lo tanto, existe en ello un campo de trabajo de gran interés y muy prometedor para la ciencia y la industria.

Estimaciones hechas en 1966 por Stanley Liechtenstein han elevado este costo a 10 mil millones de dólares. Aunque mejoren con el tiempo los medios de protección, las pérdidas no disminuyen, porque simultáneamente aumenta la agresividad de las atmósferas y los progresos tecnológicos imponen condiciones cada vez más severas.

Las tendencias en el desarrollo de la ingeniería se orientan hacia una mayor intensificación de los procesos, con la aplicación de cargas mecánicas, presiones y temperaturas cada vez más elevadas, y la utilización de medios cada vez más agresivos, fluyendo a mayor velocidad.

Estas sumas de 5,5 a 10 mil millones de dólares, esto es, de alrededor de 34 a 50 dólares por habitante y año, corresponderían al conjunto de las inversiones públicas en Bélgica.

En un informe publicado en 1971 por el “Department hoy Trade and Industry” de Gran Bretaña, T.P. Hoar ha calculado en 1.365 millones de libras por año (es decir, 3,0 miles de millones de dólares, o 55 dólares por habitante y año) el costo de corrosión en este país, lo que representa el 3,5 por ciento de su producto nacional bruto. Según este informe, 310 millones de libras por año (23 por ciento del costo) se podrían ahorrar con una mejor utilización práctica de los conocimientos y técnicas actuales, sin necesidad de más investigaciones y desarrollo complementario.

Un estudio más reciente realizado conjuntamente por el National Bureau of Standards y el Institute Battelle, por encargo del congreso americano, valora el costo de la corrosión en EE.UU. de América en 70 mil millones de dólares por año (o sea, el 4.2 por ciento del Producto Nacional Bruto), de los cuales el 20-25 por ciento podría economizarse con una mejor aplicación de las diferentes técnicas anticorrosivas existentes y mediante una mayor toma de conciencia de los riesgos y perjuicios debido a la corrosión.

En general, las pérdidas o costos directos de la corrosión y protección oscilan en muchos países entre 1,25 por ciento y el 3,5 por ciento del P.N.B. Por ejemplo, en otro documentado estudio se han valorado las pérdidas directas habidas esta vez en la Unión Soviética, durante

25/02/04 - ner 19


1975, como equivalentes al 1,73 por ciento del P.N.B., manifestándose la esperanza de poder rebajarlas hasta un 1,30 por ciento con la adopción, claro está, de las oportunas medidas anticorrosivas.

En España las pérdidas por corrosión deben ser también considerables. Aún admitiendo para ellas el módico porcentaje del 1,25 por ciento del P.N.B., los gastos directos de la corrosión y protección ascenderían en la actualidad alrededor de los 100.000 millones de pesetas anuales. La magnitud de esta cantidad indica lo mucho que se podría ahorrar si, con la aplicación de métodos acertados de protección, se consiguiera rebajarla en tan sólo un pequeño tanto por ciento.

Los costos económicos de corrosión en los Estados Unidos de América se han estimado entre

$8 mil millones de dólares y $126 mil millones de dólares por año. El estudio más comprensivo en el costo económico de los Estados Unidos realizados en 1976, estimados en un costo anual de $70 mil millones de dólares, mientras que el Ministerio de Comercio ha indicado que la corrosión costaría a los Estados Unidos a los $126 mil millones de dólares estimados en 1982.

Una publicación anual quizás realista $30 mil millones de dólares se ha sugerido para los ahorros que podría ser si las medidas todas económicamente útiles fueron tomadas para prevenir o de reducir al mínimo la corrosión.

Las cifras reportadas para 1985, las organizaciones principales, en base a una definición general

y acuerdo sobre los costos requeridos, se obtuvo que la Industria Petrolera y Petroquímica Venezolana hizo desembolso directos para el control y la prevención de la corrosión en el orden de los 725 millones de bolívares. De esta cantidad, 85 millones de bolívares aproximadamente correspondieron a la industria petroquímica.

Esta cifra representó en 1985, un 15,5 por ciento del presupuesto por concepto de mantenimiento para la IPPN en este año ( 4.700 MMBs. ).

Por otra parte, una cifra adicional que incluya a los costos directos de absolutamente todas las instalaciones propias, contratadas a terceros, costos no registrados o disponibles actualmente, podrían sumar unos 200 mil bolívares adicionales para un total global de unos 900 millones de bolívares, o casi un 20 por ciento del presupuesto de mantenimiento para 1985.

En cuanto a las empresas mixtas de PEQUIVEN y la industria química privada, no se disponía de dichos costos, pero considerando la cantidad de empresas directas que se nutrían de materia primas petroquímicas, las magnitudes de los costos directos ocasionados por la corrosión, fueron significativamente mayores.

Estos costos directos estimados para PEQUIVEN para 1991, corresponderían a las erogaciones provenientes de los rubros siguientes:

Productos químicos Bs. 185.000.000Protección catódica Bs. 45.000.000Pinturas y revestimientos Bs. 179.000.000Reemplazo de materiales / aleaciones Bs. 339.000.000Personal involucrado Bs. 35.000.000

Los costos por este concepto, representan un 43 por ciento de los costos totales.

25/02/04 - ner 20


La importancia económica de la corrosión ha aumentado considerablemente durante los últimos años, en particular desde la puesta a punto de equipos relativamente nuevos, cuya buena marcha depende de su pequeña susceptibilidad a la corrosión: esta puede causar, y en realidad ha causado ya, desastres importantes en los reactores nucleares, aviones, misiles e instalaciones automáticas. La corrosión constituye actualmente un problema determinante en la industria nuclear, aeroespacial y electrónica: tiene que ser dominada cueste lo que cueste. Las pérdidas directas se clasifican en:

MANTENIMIENTO.

Es una operación realizada de manera sistemática con la finalidad de conservar y/o modificar un equipo o instalación en condiciones de operación satisfactoria para obtener un mayor rendimiento, o porcentaje de disponibilidad que resulte en un mayor beneficio final, económico, al combinarlo con la necesidad de utilización operacional.

.Entre los principales objetivos de mantenimiento tenemos:

Dirigir la división de mantenimiento de manera que se obtenga costos totales mínimos de operación.

Mantener las instalaciones y equipos en buenas condiciones operacionales.

Mantener las instalaciones y equipos operando un porcentaje óptimo de tiempo.

Anualmente, los costos de mantenimiento representan para la industria:

Entre el 3 por ciento y 13 por ciento del valor del reemplazo de plantas y equipos.

En promedio, el 4 por ciento del monto total de sus ventas.

Contribuyen con aproximadamente:

35 por ciento de los costos totales de operación.

70 por ciento de los costos variables controlables de producción.

Los costos variables de producción están altamente influenciados por los costos asociados con el mantenimiento de plantas y equipos y podemos decir que, en general, los costos de mantenimiento representan aproximadamente la tercera parte de los costos de operación, sin embargo, lo que ese más, la función de mantenimiento contribuye con aproximadamente el 70 por ciento, es decir, más de las dos terceras partes de los costos variables de producción.

25/02/04 - ner 21


INVERSIÓNANUAL

3 %-13 %

VENTAS ANUALES

4 %

COSTOS DE OPERACIÓN

35 %

COSTOS VARIABLES CONTROLABLES

70 %

COSTOS DE MANTENIMIENTO

Por ejemplo, una lubricación deficiente de las partes móviles, puede conducir a un desgaste adhesivo o un sobrecalentamiento y a la oxidación. (Curva de optimización).

A mayor mantenimiento, los equipos están menos tiempos parados (el costo de penalización es

menor) pero, los costos directos aumentan.

La zona óptima oscila entre 32 – 38 por ciento de los costos de producción, siendo el punto óptimo igual al 35 por ciento de dichos costos.

El mantenimiento óptimo se logra cuando se cumplen dos condiciones:

Cuando se logra obtener la producción estimada.

Cuando se obtiene un costo óptimo.

REEMPLAZO DE MATERIALES.

Consiste en sustituir, reemplazar y reparar maquinarias o partes de los componentes corroídas. Entre los reemplazos de materiales tenemos: las aleaciones especiales, materiales metálicos y no metálicos, piezas, equipos y componentes, inspección previa a las reparaciones, mantenimiento debido a las fallas o fugas por corrosión, servicios de inspección electromagnética de tuberías, mantenimiento mayor debido a corrosión durante las paradas de plantas.

También involucra al personal en la investigación que se encarga de prevenir, controlar, inspeccionar y hacer un seguimiento o monitoreo en las filiales a todas las fases de la ingeniería de corrosión. Se utilizan servicios técnicos internos de análisis de fallas, inspección no destructiva, uso de los laboratorios químicos, ensayos mecánicos y físicos, y otros.

Por ejemplo, reposición anual de varios millones de depósitos domésticos para agua caliente debido a fallas por corrosión.

MÉTODOS DE PROTECCIÓN

El problema de la corrosión de los metales es serio pero no irremediable. Se utilizan diversas técnicas para impedir la corrosión que son:

Productos químicos. Incluyen inhibidores de corrosión, neutralizantes químicos para el tratamiento de agua de calderas y de enfriamiento, para limpiezas químicas, biocida, antiincrustantes.

Protección catódica. Instalación y mantenimiento de ánodos rectificadores, reemplazo de cables, conexiones, consumo de corriente, inspección de sistema, reparaciones, mediciones, servicios contratados, entre otros.

Pinturas y revestimientos. Mantenimiento de pintura de tanques, tuberías, sistemas de bombeo, protección contra la corrosión atmosférica en plantas de proceso, instalaciones en el lago, revestimientos plásticos para tuberías enterradas y sumergidas, muelles,

25/02/04 - ner 22


mantenimiento de equipos navales (gabarras, taladros, remolcadores y lanchas).

PÉRDIDAS INDIRECTAS

Son aún más difíciles de establecer en los casos de pérdidas de salud o vida, por explosiones o fallos imprevistos de instalaciones químicas, accidentes de aviación, ferrocarril o automóvil, debidas a fallas repentinas por corrosión de piezas importantes.

Entre las pérdidas indirectas tenemos:

INTERRUPCIONES EN LA PRODUCCIÓN.

Las piezas y el trabajo para sustituir el equipo corroído son a menudo de menor importancia comparados a la pérdida de producción mientras que la planta es inoperable durante reparaciones.

Un ejemplo común es reponer una tubería corroída en una refinería de petróleo puede costar unos cientos de dólares, pero la parada de la unidad de producción, como consecuencia de la avería en la tubería puede alcanzar mientras dura la reparación, un costo de 800 dólares por hora por concepto de pérdida de producción.

PÉRDIDAS DE PRODUCTOS.

Podemos incluir las pérdidas de petróleo, gas o agua que se producen a través de tuberías corroídas, hasta localizar la avería y hacer la reparación. Un ejemplo común lo tenemos en la pérdida de anticongelante en el radiador corroído de un automóvil.

PÉRDIDAS DE RENDIMIENTO.

Ocurre como consecuencia de la formación de capas acumuladas de productos de corrosión que disminuyen la transmisión de calor, o por la formación de herrumbre en el interior de tuberías que producen obstrucciones parciales y obligan, por lo tanto, a aumentar la capacidad de bombeo en las redes de conducto. Un ejemplo común, se estima que en los Estados Unidos, el aumento de la capacidad de bombeo a que obligan las obstrucciones parciales que causa la herrumbre en los conductos de agua, cuesta una cantidad anual aproximada a 40 millones de dólares.

CONTAMINACIÓN EN LOS PRODUCTOS.

El uso y consumo de los productos contaminados por la corrosión pueden ocasionar graves daños perjudiciales a los seres humanos, no solamente eso, sino también que los productos solubles de la corrosión pueden estropear preparaciones químicas del jabón, de los tintes y de los productos farmacéuticos, entre otros.

Ejemplo común, las instalaciones y equipos hechos con plomo que son muy resistentes, no están autorizados para la preparación de alimentos y bebidas a causa de las propiedades tóxicas de las sales de plomo, aún en muy pequeñas cantidades. Por razones idénticas, las aguas blandas conducidas por tubería de plomo no son seguras para su empleo como aguas potables.

SOBREDISEÑO.

25/02/04 - ner 23


Este factor común en el diseño de recipientes de reacción, calderas, tubos condensadores, vástagos de bombas de extracción de pozos petrolíferos, tuberías enterradas, tanques de agua y estructuras marinas. Debido a que se desconocen las velocidades de corrosión o porque los métodos para el control de corrosión son dudosos, se recurre con frecuencia a proyectar los equipos o instalaciones varias veces más fuerte que lo requerido por las presiones normales de trabajo o tensiones aplicadas, con objeto de asegurar una duración razonable. Con un conocimiento apropiado de la corrosión se puede hacer un cálculo más seguro de la vida de equipo y simplificar el diseño en lo que se refiere a materiales y trabajo.

Un ejemplo típico de sobre diseño, en la actualidad menos corriente que antes, lo tenemos en la instalación de oleoductos enterrados, Para una línea de 362 Km. de tuberías de 203,2 mm de diámetro (8 pulg.) se especificó que habría de tener un espesor de pared de 8,18 mm previsto para resistir la corrosión producida por el terreno. Con una protección adecuada contra la corrosión se hubiera podido emplear un espesor de pared de sólo 6,35 mm, con un ahorro de 3700 tonelada de acero y un aumento del 5 por ciento de la capacidad interna de la tubería.

Aunque es difícil llegar a una estimación razonable de las pérdidas totales que originan las pérdidas indirectas, ni aun dentro de un solo tipo de industria es obvio que son una parte sustancial del tributo económico impuesto por la corrosión.

Hay que considerar la conservación de los recursos naturales, aplicada en principio a los metales, cuya reserva es limitada, y cuyo consumo incluye las correspondientes pérdidas de reservas de energía y agua que acompañan a la producción y montaje de las estructuras metálicas. No menos importante es el consiguiente ahorro de potencial humano que se emplea en diseñar y reconstruir los equipos metálicos corroídos, que de otra manera sería utilizado para otros fines útiles a la sociedad.

También de mayor importancia sería las evaluaciones llevadas a cabo por comités de expertos en corrosión y protección contra la corrosión fijan las pérdidas anuales causadas por la corrosión, en los países industrializados y en vías de desarrollo, entorno al 3,5 por ciento del producto nacional bruto. Cualquiera puede imaginarse, a partir de este dato, la elevadísima cuantía de los costos originados por la corrosión, responsable de que, de ¼ a 1/3 de la producción mundial de acero se dedique a la reposición de las estructuras metálicas deterioradas.

Estas cifras pueden considerarse todavía como excesivamente conservadoras, pues, en la mayoría de los casos, incluyen sólo los costos directos ocasionados por las medidas preventivas, de mantenimiento o por la sustitución de las partes corroídas, siendo así que una evaluación más real debería incluir las ramificaciones primarias, como pérdidas de producción, costos de las plantas durante el paro, coeficientes de seguridad en el diseño para prevenir los desgastes provocados por la corrosión, o disminución de la calidad en la producción a consecuencia de la impurificación por los productos de la corrosión, entre otras.

Por una parte la trascendencia de la corrosión, desde los enfoques técnicos y económico, es enorme y, por otra parte, aparece como un fenómeno inevitable, en cierto sentido, al ser respuesta de los metales a una ley natural, a una imposición termodinámica, características ambas que parecen conducir inexorablemente a una situación sin salida.

Sin dejar de ser cierto cuanto antecede, también lo es el hecho de que los daños por corrosión pueden reducirse y, a veces, evitarse incluso, por métodos de protección sancionados por la

25/02/04 - ner 24


práctica y rentables económicamente, lo que, por desgracia, es mucho menos conocido de lo que debiera.

No es previsible que los mayores ahorros potenciales en los costos de corrosión provengan de nuevos avances o descubrimientos, sino de un mejor uso de los conocimientos ya adquiridos, cuya correcta aplicación se estima que representaría una reducción de pérdidas del 22,7 por ciento.

Los daños por corrosión podrán ser evitados, en parte al menos, con una adecuada aplicación de los conocimientos ya existentes. Pero pocas empresas, excepto algunas de gran tamaño, reclutan especialistas en corrosión, pues prefieren contar con su plantilla con gente cuya formación abarque, si es posible, la ingeniería, química y metalurgia. Por esta razón no se puede pretender

que el personal técnico posea siempre conocimientos sólidos y amplios en corrosión, aunque, afortunadamente, sea impresionante la cantidad de información útil que el personal directamente encargado de proyectos, construcción de plantas y equipos, y mantenimiento obtiene de su propia experiencia en el campo de la corrosión.

En la actualidad, tal vez no sea la investigación y el desarrollo de nuevos materiales la principal manera de combatir la corrosión, sino la enseñanza del fenómeno y de los medios disponibles para hacerle frente. La mayoría de los fallos prematuros de corrosión suceden por causas conocidas, por lo que hubieran podido ser prevenidos, y como resultado de haberse infringido, por ignorancia, los fundamentos y axiomas más simples de la corrosión.

Indudablemente, los manuales de corrosión deben ser un medio eficaz para satisfacer esta creciente demanda de saber y de información, sobre todo siempre que se evite en sus páginas un deslumbramiento por la ciencia que impida ver los conceptos básicos, y huya conscientemente de conceptos y terminologías que sólo puedan entender y seguir los iniciados.

Tabla 1. Impacto de la corrosión en la industria petrolera y petroquímica nacional.

Tabla 2.

Costo anual de la corrosión en los Estados

Unidos. Según H.H. Uhligh (1949).

25/02/04 - ner 25


AÑO

COSTOS TOTALES (MMBs.)

PDVSA

PEQUIVEN

1991

6500,00

783,00

1985

723,00

85,00Fuente: PDVSA

Pinturas, barnices y lacas.

Capas de fosfatado.

Láminas, tubos e hilos galvanizados.

Láminas estañadas y emplomadas.

Metal revestido con cadmio.

Níquel y aleaciones de base níquel.

Cobre y aleaciones de base cobre.

Aceros al cromo y al cromo-níquel.

Tratamientos de agua, principalmente para calderas.

Conservación y recambio de tuberías subterráneas.

Conservación de las refinerías de petróleo.

Recambio de calderas de uso doméstico.

Desgaste de motores de combustión interna.

2.043.000.000

20.000.000

1.265.000.000

316.000.000

20.100.000

182.000.000

50.000.000.

620.400.000

66.000.000

600.000.000

50.000.000

225.000.000

1.096.000.000

DÓLARES ($)APLICACIÓN DE PROTECCIÓN

Tabla 3. Costo anual de la corrosión en los Estados Unidos. Según S. Liechtenstein (1966)

BIBILIOGRAFÍA CONSULTADA

AVALLONE, Eugene. BAUMEISTER, Teodoro. Manual del Ingeniero Mecánico. Octava edición. Ediciones McGraw-Hill. Volumen I. P. 6-106

AVNER. Introducción a la Metalurgia Física. Segunda edición. Ediciones McGraw-Hill.

25/02/04 - ner 26


DÓLARES ($)SISTEMAS A PROTEGER

Calentadores de agua.

Depósitos de gasolina

Refinerías de petróleo.

Silenciadores y tubos de escape de automóviles.

Instalaciones subterráneas para petróleo.

Bombas para el servicio de agua.

Costos diversos.

TOTAL.

300.000.000

75.000.000

50.000.000

500.000.000

365.000.000

40.000.000

8.670.000.000

10.000.000.000

México. 1988. P. 578

FLINN, Richard. TROJAN, Paul. Materiales de Ingeniería y sus aplicaciones. Ediciones Calypso. 1982. P. 405-406

GUÍA DE ESTIMACIÓN DE COSTOS DE LAS INDUSTRIAS PETROLERA Y PETROQUÍMICA NACIONALES VENEZOLANAS PARA LA PREVENCIÓN Y EL CONTROL DE LA CORROSIÓN.

GUÍA DE PROGRAMA DE INGENIERÍA DE CORROSIÓN. Centro de Estudios de Corrosión. Universidad del Zulia. Maracaibo, Venezuela. 2000.

GONZÁLEZ, J. Control de la corrosión. Estudio y medidas por técnicas electroquímicas. Madrid. 1989. P. 1

GONZÁLEZ, J. Teoría y práctica de la lucha contra la corrosión. Editorial CSIC. Madrid. 1984. P. 1-7

JONES, Denny. Principles and prevention of corrosion. Segunda edición. P. 3,4

PEROZO, Alberto. Guía de mantenimiento industrial. Tema 1, Parámetros de mantenimiento. P. 4-8

POURBAIX, Marcel. Lecciones de corrosión electroquímica. Tercera edición. 1987. P. 1-23

UHLIGH, Hebert. Corrosión y control de corrosión. Traducido por Aguilar, Eduardo. Ediciones Urmo. España. 1979. P. 14-17

Lcdo. Nelson Rodríguez Químico

25/02/04 - ner 27


INTRO CORRO.doc

Documents

Transcript of INTRO CORRO.doc