TESIS PARA OBETENER EL GRADO DE MAESTRO EN CIENCIAS QUIMICOBIOLOGICOSIDENTIFICACIN Y EVALUACIIN DE LA CAPACIDAD DE CORROSIN DE UNA BACTERIA ESPORULADA AISLADA DE UN GASODUCTOINSTRITUTO POLITCNICO NACIONALESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLOGICAS

CORROSIN INDUCIDA POR MICROORGANISMOS O BIOCORROSIN

Se entiende por biocorrosin, al deterioro acelerado de un metal debido a la actividad microbiana, en la cual se confluyen tres importantes componentes para llevar a cabo el proceso: metal, productos de corrosin qumica y biopelcula (Figura 1). En esta ltima se considera que en la matriz polimrica (biopelcula) se encuentran embebidos los microorganismos y los productos secretados por ellos (Beech y Sonner, 2004; Miranda y col., 2006).

En el proceso de la corrosin inducida por microorganismos (CIM) se han presenciado dos tipos de comportamiento. Se ha establecido que los microorganismos pueden actuar en forma benfica al inhibir las velocidades de corrosin y proteger de esta forma las instalaciones (Potekhina y col., 1999; Dubiel y col., 2002) o bien acelerar el proceso de corrosin y causar daos en la integridad de los sistemas (Sanders y Hamilton, 1984; Feugeas y col., 1997). Con base en lo reportado, la CIM se divide en (SIU, 2004):

Ataque biolgicamente activo. Ataque biolgicamente pasivo.

En el ataque biolgico pasivo el desgaste del metal es una consecuencia indirecta de la formacin de biomasa y productos, lo cual origina una biocorrosin lenta en el metal y abarca grandes reas con una mayor cantidad de prdida de metal. Mientras que en el ataque biolgico activo se presenta una biocorrosin intensa y localizada con una mayor incidencia de irregularidades en la superficie metlica, debida a los productos generados por los microorganismos (Boopathy y Daniels., 1991; Marchal y col., 2001).

Existen cinco clases principales de bacterias implicadas en la corrosin.

Bacterias reductoras de sulfatos. Bacterias productoras de cido. Bacterias depositadoras de metales Bacterias formadoras de babaza. Otras bacterias

BACTERIAS REDUCTORAS DE SULFATO

Las bacterias reductoras de sulfato presentan una amplia diversidad de caractersticas morfolgicas y bioqumicas: crecen anaerbicamente y reducen sulfatos, SO42- , a sulfuros, S2- (Boopathy y Daniels, 1991; Marchal y col., 2001). Las bacterias reductoras de sulfato son las ms representativas en cuanto se refiere a la corrosin metlica. Tres gneros anaerobios causan la mayor parte de la corrosin, Desulfovibrio, Desulfuromonas y Desulfotomaculum, las bacterias reductoras de sulfato sobreviven en hbitats muy extremos. Forzosamente deben estar presentes los sulfatos o azufre para su crecimiento, toleran temperaturas altas hasta 80 C y un pH entre 8 y 9 (Boopathy y Daniels, 1991; Marchal y col., 2001; Else y col., 2003).

El mecanismo de la corrosin incluye la despolarizacin catdica, en donde se remueve al hidrgeno de los sitios catdicos mediante enzimas capaces de utilizar el hidrgeno (Boopathy y Daniels, 1991; Wagner y col., 1998; Tributsch y Rojas-Chapana, 2000; Marchal y col., 2001).

Sulfatos inorgnicos

Sulfuros

El ataque ocurre con mayor facilidad en las superficies metlicas. Las principales reacciones en la corrosin de acero son:

nodo

Disociacin del agua

Ctodo

En el ctodo el H+, se adsorbe en la superficie del metal para ser transformado por las bacterias.

Conversin de sulfato por las bacterias

La reaccin es llevada a cabo por las bacterias como una funcin directa.

Productos finales de corrosin

Reaccin total general

El grupo de los microorganismos nocivos, llamado bacterias del hierro y el azufre, no es homogneo desde los puntos de vista morfolgico y fisiolgico, pero puede caracterizarse por su capacidad para transformar o depositar cantidades significativas de hierro y azufre, en general en forma de cienos (Lodo blando que se deposita en el fondo de lugares donde hay agua acumulada o en sitios bajos y hmedos). Sin embargo, estas bacterias no son las nicas productoras de cienos bacterianos. Los microorganismos de este grupo se pueden clasificar en filamentosos o unicelulares, auttrofos y hetertrofos, aerobios o anaerobios. En funcin de la clasificacin bacteriana convencional, se incluyen en diversos rdenes, familias y gneros.

Las bacterias del hierro y el azufre son estudiadas por su eventual importancia en el tratamiento de aguas y sistemas de distribucin y especialmente en aguas para uso industrial en calderas y torres de enfriamiento donde ocasionan contaminacin del agua y ampollamiento; en el agua causan olor, sabor, color, espuma desagradables e incrementan la turbiedad, el suministro de nutrimentos puede ser total o parcialmente inorgnico, un claro ejemplo de este microorganismo es Gallionella que obtiene su energa de la oxidacin del hierro ferroso, otras utilizan pequeas cantidades de sulfuro de hidrgeno.

Thiobacillus ferroxidans contribuye al problema del drenaje de minas cidas, se identifica por pruebas de transformacin de hiero ferroso a frrico u oxidacin de sulfuros a pH bajo. La temperatura, luz, pH y suministro de oxgeno son crticos para el crecimiento de estos microorganismos (Tributsch y Rojas-Chapana, 2000; Else y col., 2003; Lee y col., 2006).

BACTERIAS PRODUCTORAS DE CIDO

Las bacterias productoras de cido disminuyen el pH, aceleran el ataque corrosivo, algunas especies de Thiobacillus y Clostridium son las ms relacionadas con la corrosin del acero. T. thioxidans, aerobio, oxida varios compuestos que contienen azufre para formar cido sulfrico que contribuye a la destruccin del concreto unido al metal y a la corrosin cida de los metales (Tributsch y Rojas-Chapana, 2000).

Se encuentra en la parte superior de los tubrculos (ndulos o ampollamientos por accin microbiana), se asocia simbiticamente (mutualismo) con las bacterias reductoras de sulfato, oxida sulfuros a sulfatos mientras que las bacterias reductoras de sulfato convierten sulfatos a sulfuros. Las bacterias del gnero Clostridium, son anaerobias, producen cidos orgnicos de cadena corta que pueden ser bastante agresivos hacia el acero, se encuentran cerca de las superficies de corrosin y en el interior de los tubrculos (Tributsch y Rojas-Chapana, 2000).

BACTERIAS DEPOSITADORAS DE METALES

Las bacterias depositadoras de metales, oxidan el hierro ferroso (Fe2+) a hierro frrico (Fe3+) dando como resultado hidrxido frrico. Algunas oxidan manganeso y otros metales. Bacterias del gnero Gallionella se asocian al hidrxido de hierro en las ampulas (90% del peso seco puede ser Fe(OH)3), dando un aspecto filamentoso (Tributsch y Rojas-Chapana, 2000; Lee y col., 2006). Sin embargo, no existe suficiente evidencia que indique que la picadura en acero inoxidable es causada por este microorganismo (SIU, 2004; Lee y col., 2006)

BACTERIAS FORMADORAS DE BABAZA

Con la excepcin del gnero Pseudomonas, las bacterias formadoras de babaza son en su mayora aerobias. Las babazas son mezclas de secreciones denominados polmeros extracelulares donde el 99% es agua. Las capas de babaza contribuyen a la corrosin tanto activa como pasiva, consumen oxgeno y estimulan la formacin de celdas de oxgeno diferenciales. Por ser aerobias estn presentes sobre los productos de corrosin; muchas veces debajo de la babaza se encuentran anaerobias y frecuentemente bacterias reductoras de sulfato y productoras de cido (Hedrick y col., 1964; SIU, 2004).

Dentro del grupo de otras bacterias, se encuentran las nitrificantes, aerobias principalmente, oxidan NH3 a nitratos NO3, Nitrosomonas y Nitrobacter, disminuyen el pH y [O2], presentes en plantas de amonaco. Nitrobacter disminuye el pH oxidando nitritos NO2 a NO3 produciendo cido ntrico alcanzando un pH entre 3-5, requiere altas concentraciones de oxgeno y causa problemas nicamente en los sistemas oxigenados. Algunas cianobacterias producen masas densas y fibrosas que se comportan como fuentes pasivas de corrosin, adems crean altas concentraciones de oxgeno disuelto debido a su crecimiento (Gevertz y col., 2000; Else y col., 2003).

CONDICIONES

Una presencia biolgica (actual o pasada) es virtualmente una certeza de corrosin en cualquier sistema, pero no todos los sistemas son atacados en forma significativa. Para que en un diagnstico la corrosin pueda atribuirse a causas biolgicas, tienen que darse todas las siguientes condiciones (SIU, 2004):

El material biolgico tiene que estar presente al ocurrir el ataque. La morfologa de la corrosin debe ser consistente con el ataque biolgico. Los productos de la corrosin y los depsitos deben ser caractersticos de una interaccin biolgica.

Debe hacerse hincapi en que el conjunto de factores para identificar la corrosin deben ser compatibles con el diagnstico de una corrosin por influencia biolgica. La sola presencia de bacterias corrosivas potenciales u otros organismos no es prueba de que la corrosin se relacione con estos organismos. El diagnstico no se basa en una preponderancia de indicios; se basa en la compatibilidad completa de toda la evidencia (SIU, 2004; Lee y col., 2006).

Tienen que estar presentes cuatro factores para un diagnstico de corrosin con influencia microbiolgica (SIU, 2004; Lee y col., 2006).

La presencia de microorganismos o de sus productos. Morfologas de corrosin microbiolgicamente nicas. Productos y depsitos de corrosin especficos. Condiciones ambientales compatibles.

Cada uno de los factores mencionados es nico para bacterias especficas. Las bacterias reductoras de sulfato se encuentran en ambientes anaerobios, tal como dentro de un tubrculo (protuberancia) o debajo de una mancha de depsito. Es difcil percibir una biopelcula delgada y homognea en tales microambientes. Las acumulaciones de productos de corrosin que contengan recuentos de bacterias reductoras de sulfatos de 104 o ms unidades formadoras de colonias por gramo (UFC/g) suelen asociarse con desgastes significativos.

Si bien las reductoras de sulfato probablemente no estn distribuidas de manera uniforme por toda la masa de depsitos y productos de corrosin (especialmente en los sistemas aireados), son comunes los recuentos similares en grandes cantidades de material tomadas de superficies de acero corrodas. Los recuentos en fluidos son casi siempre mucho ms bajos, pero cualquier recuento positivo en fluidos suele indicar nmeros grandes de bacterias ssiles (clulas fijas) viables en alguna parte del sistema (Keresztes y col., 2001).

Recientemente se han desarrollado pruebas que no requieren del cultivo de las bacterias reductoras del sulfato. Estas pruebas se basan en la deteccin de ciertos compuestos producidos por estas bacterias y, en algunos casos, tienen aplicacin aun si los organismos productores han muerto recientemente. Los estudios de laboratorio han mostrado una concordancia adecuada entre tales pruebas y los anlisis por cultivos vivos cuando estn presentes organismos viables (SIU, 2004).

Cuando los recuentos biolgicos de bacterias reductoras de sulfato en los materiales slidos raspados de las superficies corrodas son del orden de 104 UFC/g, es posible un ataque significativo; pero los recuentos mayores de 105 UFC/g, son comunes slo en los sistemas que se encuentran atacados severamente (SIU, 2004).}

Cuando los recuentos biolgicos de bacterias reductoras de sulfato en los materiales slidos raspados de las superficies corrodas son del orden de 104 UFC/g, es posible un ataque significativo; pero los recuentos mayores de 105 UFC/g, son comunes slo en los sistemas que se encuentran atacados severamente (SIU, 2004).

Los recuentos planctnicos (clulas libres) suelen ser poco confiables como indicadores de una corrosin activa. Sin embargo, la presencia de cualquier bacteria reductora de sulfato indica concentraciones mucho ms altas de estos organismos sobre superficies en algn lugar del sistema (SIU, 2004).

CORROSIN EN LA INDUSTRIA PETROLERA.

Las bacterias habituales en instalaciones petroleras pueden causar graves problemas de corrosin o taponamiento en lneas, tanques o en los mismos yacimientos. Se han identificado diversas bacterias, las cuales contribuyen a la corrosin en diferentes formas: algunos actan como despolarizantes catdicos, mientras otros forman pelculas o crecimientos que cubren una parte del metal, produciendo celdas de concentracin de oxgeno, mientras que las bacterias reductoras de sulfato pueden producir H2S, el cual es corrosivo (Gevertz y col., 2000; Keresztes y col., 2001).

PRINCIPALES MICROORGANISMOS EN LA INDUSTRIA PETROLERA.

Las bacterias reductoras del sulfato, como Desulfovibrio, son las ms importantes y dainas, en cuanto a corrosin se refiere. Crecen en medios anaerbicos, pero pueden sobrevivir en ambientes oxigenados, creciendo debajo de depsitos o pelculas donde el oxgeno no pueda penetrar. Las bacterias reductoras de sulfato utilizan en su metabolismo hidrgeno atmico para reducir el in sulfato existente en el medio (agua) y producir H2S. El hidrgeno lo obtienen del ctodo de los procesos de corrosin del hierro, causando por lo tanto una despolarizacin del ctodo en las celdas de corrosin, que incrementa el grado de corrosin. Adems, el sulfuro de hidrgeno generado (H2S) en el proceso se combina con el in ferroso producido en el nodo para formar sulfuro ferroso (FeS) de color negro (Gevertz y col., 2000).

Las ferrobacterias, como Gallionella, pueden causar corrosin en sistemas que manejen agua. Los compuestos ferrosos provenientes de procesos de corrosin se oxidan a hidrxido frrico hidratado, removiendo el oxgeno del agua y causando condiciones anaerbicas debajo de depsitos. En un segundo mecanismo, las ferrobacterias en reas de baja concentracin de oxgeno, convierten el in ferroso a in frrico, el cual se precipita como hidrxido frrico cubriendo las superficies del metal y produciendo celdas de concentracin de oxgeno (Gevertz y col., 2000).

Las bacterias formadoras de pelcula, como las Aerobacterias, proliferan sobre las superficies y producen grandes masas que impiden la penetracin del oxgeno a las superficies metlicas, creando ambientes propicios para las bacterias reductoras de sulfato y celdas de concentracin de oxgeno (Gevertz y col., 2000).

La biopelcula se forma en las tuberas del sistema de distribucin cuando las clulas se unen a la superficie de sta y se multiplican para formar una pelcula; al observarse en microscopa electrnica de barrido (SEM) se aprecian comunidades complejas de microorganismos sobre la superficie metlica (Gevertz y col., 2000; Marchal y col., 2001).

INDICIOS DE LA BIOCORROSIN

La sola presencia de bacterias en el medio no necesariamente significa un problema grave de corrosin, as como un bajo recuento de bacterias tampoco significa necesariamente que no exista problema, puesto que las bacterias pueden estar debajo de depsitos y slo aparecen cuando la corriente de fluido o un fenmeno mecnico las descubre. Por lo tanto, para detectar problemas de corrosin por bacterias se deben tener en cuenta diferentes observaciones. De all la importancia del cuidado en la toma de las muestras para que realmente sean representativas.

El examen de productos de corrosin encontrados en equipos, tuberas, tanques, etc. es otra de las informaciones bsicas para detectar problemas asociados a actividad microbiana (Hedrick y col., 1964).

La corrosin en forma de picadura que se encuentra debajo de tubrculos y que da lugar a un producto de corrosin negro, en lugar de uno de color rojizo, puede indicar la presencia de bacterias reductoras de sulfato. La forma de diferenciar el sulfuro de hierro de la magnetita Fe3O4 (ambos de color negro) se basa en que el FeS no es atrado por un imn, mientras que el FeO s. Otra forma de diferenciarlos es poniendo unas gotas de HCl en el depsito negro. S se desprende un olor a sulfuro, el depsito es de sulfuro de hierro lo cual es una fuerte evidencia de la existencia de reductoras de sulfato (SIU, 2004; Javaherdashti y col., 2006).

Las posibles causas de la corrosin inducida por microorganismos son (Videla, 2002; SIU, 2004): Ataque qumico de metales, concreto y otros materiales, debido a los subproductos de la actividad microbiana. Ataque microbiolgico de materiales orgnicos, algunas materias inorgnicas naturales o inhibidores. Despasivacin de superficies metlicas e induccin de celdas de corrosin. Ataque metlico por un proceso en el cual los microorganismos y el metal cooperan entre s para sostener la reaccin de corrosin. El ataque puede ser por combinacin de bacterias.

CONTROL DEL CRECIMIENTO BACTERIANO

Existe una amplia variedad de productos qumicos usados para controlar el crecimiento de bacterias. Se pueden clasificar en bactericidas o bacteriostticos de acuerdo con s eliminan o retardan el crecimiento de las bacterias. Pueden ser inorgnicos, como el cloro, los cromatos y compuestos de mercurio y plata; u orgnicos como aminas, clorofenoles, derivados cuaternarios del amonaco, etc. Algunos bactericidas tienen una funcin dual en el sistema, por ejemplo, las aminas cuaternarias funcionan tanto como biocidas como inhibidores de formacin de pelculas. La adicin insuficiente de estos agentes qumicos para cubrir adecuadamente las reas puede dejarlas desprotegidas contra la corrosin. Los bactericidas no pueden matar las bacterias a menos que entren en contacto con ellas, esto significa que las bacterias que crezcan debajo de depsitos no sern destruidas a menos que estos sean removidos. Por lo tanto, la operacin de limpieza es fundamental antes de iniciar la aplicacin de un biocida. Esto incluye limpieza de lneas, retrolavado de pozos y equipos, remocin de depsitos del fondo de tanques, etc. (Gevertz y col., 2000; Videla, 2002; Hernndez y col., 2005).

Como medida de prevencin, se aconseja realizar lo siguiente (Videla, 2002; SIU, 2004).

Analizar posibilidades de contaminacin. Uso controlado de biocidas. Asegurar un ambiente no agresivo. Seleccionar materiales de resistencia adecuada. Seleccionar materiales de recubrimiento. Usar proteccin catdica. Programar sistemas de limpieza frecuente.

A modo de conclusin, es importante sealar que si no existen las condiciones para que haya corrosin en un determinado medio, las bacterias pueden crearlas, a condicin (para las hetertrofas) de que exista en el medio materia orgnica. Cuanto mayor sea la cantidad de materia orgnica contenida en un electrolito, mayor ser el crecimiento microbiano y mayor y ms intensa la actividad bioqumica y, por lo tanto, la corrosin (Genesc, 1995; Keresztes y col., 2001; Marchal y col., 2001).

Todo ello justifica plenamente los esfuerzos que realizan numerosos investigadores en todo el mundo para estudiar y conocer el mecanismo de desarrollo de estos organismos, con el fin de tratar de combatirlos y reducir, en lo posible, las grandes prdidas que ocasionan (Genesc, 1995).

MTODOS PARA EVALUAR VELOCIDADES DE CORROSIN

Con el paso del tiempo se han desarrollado herramientas experimentales para determinar la velocidad de corrosin de materiales metlicos expuestos a algn medio corrosivo, las cuales aportan informacin mecanstica del proceso y se agrupan de la forma siguiente. Mtodos gravimtricos. Mtodos basados en tcnicas electroqumicas.

El primer tipo, se caracteriza por cuantificar la prdida de peso y el segundo por aplicar un sobrepotencial al sistema.

En las determinaciones gravimtricas, la velocidad de corrosin se expresa generalmente en unidades de penetracin de ataque conocidas como milsimas de pulgada por ao (mpy) donde se supone que la corrosin que sufre el material es uniforme, es decir, la superficie geomtrica del material se afecta de igual forma en toda su extensin. Esto puede representar un gran error cuando el tipo de corrosin que ocurre es localizado, por ejemplo, la picadura; ya que la velocidad de corrosin determinada ser ms baja que la que ocurre realmente en la picadura (NACE, 2005; PEMEX, 2000).

Las principales ventajas que ofrece la prueba gravimtrica son: el bajo costo y la simplicidad en la evaluacin. Adems, debido a la ausencia de perturbaciones superficiales, este mtodo simula mejor las condiciones reales que los mtodos electroqumicos y de anlisis de superficie.

MTODOS ELECTROQUMICOS

En contraste con el mtodo de prdida de peso, los mtodos electroqumicos son ms rpidos y, por lo tanto, ampliamente usados para medir la velocidad de corrosin en menor tiempo (ASTM G 01-03). Estos mtodos se basan en la electroqumica de la corrosin y en la medicin de potencial y corriente para evaluar el dao por corrosin (Bardal, 2004). El potencial electroqumico est fundamentalmente relacionado a la termodinmica de las reacciones de corrosin, mientras que la corriente est relacionada a la cintica de la reaccin (velocidad de corrosin) (Gonzlez, 1989). Frecuentemente para conocer los parmetros que controlan las reacciones electroqumicas, se perturba al sistema y, con base en estas perturbaciones, las tcnicas electroqumicas se clasifican en tres grupos: mediciones no perturbadas, mediciones perturbadas linealmente y mediciones perturbadas no linealmente (Zavala, 1997 y 2001).

Cuando se estudia la biocorrosin se recomienda utilizar mediciones no perturbadas y/o mediciones perturbadas linealmente, ya que de esta forma no se altera la biopelcula formada por los microorganismos sobre la superficie metlica y as se puede obtener un registro contnuo a travs del tiempo (Hernndez y col., 2004, a y b).

ANTECEDENTES

Aunque hace mucho tiempo se conoce el papel que desempean las bacterias en los procesos de corrosin metlica, los primeros trabajos en este campo se deben a Von Wolzogen-Kuhr, que en 1923 evidenci el mecanismo electroqumico del ataque del hierro por los microorganismos reductores del sulfato (Genesc, 1995). No obstante, fue en la dcada de los 80 que se reconoci a nivel mundial que la corrosin microbiolgica genera serios problemas en la industria petrolera (Prasad, 2000; Duque, 2004), representando entre un 50 a 90 % de la corrosin metlica localizada y un 30 % del total de los costos de corrosin metlica en la industria (Jones, 1992; Duque, 2004).

En 1997, el Corrosion Atlas public un compendio de casos reales en los que se muestran los daos generados por la corrosin. En su mayora, se exponen las agresiones sufridas a diversos materiales (metales, cermica, concreto, etc.), dejando una pequea seccin para la CIM. Este apartado se divide en microorganismos aerobios y anaerobios, dndole peso a los anaerobios, especficamente, a las bacterias reductoras de sulfato. De modo particular se evidenci en los casos histricos No. 01.21.17.01 y 01.21.17.02, el deterioro manifestado por dos piezas metlicas de acero al carbn en un barco. Una de ellas era una tubera y, la otra, una seccin de un compartimiento que estaba en contacto con lquidos. En la tubera se manejaban altas temperaturas (70 C) mientras que el compartimiento estaba expuesto a temperaturas ambientales. En el reporte se describe la apariencia interna de la tubera, presentando una excesiva corrosin localizada (picadura), un adelgazamiento en las paredes y un ampollamiento en toda la superficie y, en lo que respecta al compartimiento, se mostr la misma evidencia. Una bacteria productora de cido fue la causante de este tipo de corrosin. El cido encontrado fue cido actico, que se produjo gracias a las condiciones dadas en estos sistemas (temperatura y ausencia de oxigeno) y la autora de este tipo de corrosin inducida por microorganismos fue la bacteria Clostridium aceticum.

En el ao 2006 Padilla y col., estudiaron muestras provenientes del interior de gasoductos, las cuales aislaron e identificaron bacterias anaerobias y, mediante el uso de tcnicas electroqumicas (ruido electroqumico), pudieron detectar la corrosin (localizada de tipo picadura) generada por este tipo de bacterias. Al encontrar una diversidad de bacterias anaerobias, con el propsito de evidenciar la capacidad metablica de las bacterias probaron diferentes medios de cultivo, tanto mnimos como enriquecidos. Asimismo, aplicando tcnicas de microscopia electrnica de barrido y de barrido de sonda caracterizaron la biopelcula formada por los anaerobios y el dao inducido por estos.

En un estudio reportado entre 2004 y 2005 (Hernndez y col., 2004 a y b; Hernndez y col., 2005) se puso de manifiesto que el uso de tcnicas electroqumicas (resistencia a la polarizacin, espectroscopa de impedancia electroqumica y ruido electroqumico) fue de gran utilidad para describir el fenmeno de corrosin inducido por un consorcio microbiano. Con estas tcnicas tambin fue posible evaluar el efecto de biocidas en el fenmeno de corrosin inducida por microorganismos.

El uso constante de la microscopa electrnica ha beneficiado, de manera considerable, al entendimiento de los mecanismos de accin de los microorganismos. Tal es el caso de la biocorrosin, en donde se emplea al microscopio electrnico de barrido (SEM) para observar las biopelculas (Beech, 2004) o, ltimamente, se visualizan en el microscopio electrnico de barrido ambiental (ESEM) (Wagner y col, 1992).

Evidencias obtenidas en el 2004 mediante tcnicas electroqumicas y anlisis de superficie (Padilla y col., 2004), demostraron que una bacteria reductora de sulfatos (Desulfovibrio sp.) procedente de un gasoducto, fue la responsable del proceso de biocorrosin. La corrosin inducida por microorganismos (CIM) est, principalmente, constituida por bacterias aerobias y anaerobias; siendo las ltimas, particularmente las bacterias reductoras de sulfato, las causantes de un dao progresivo al ambiente que las rodea, reflejando una inestabilidad en su entorno; por lo que este tipo de bacterias son consideradas como ofensivas (Postgate, 1984).

Espaa y Venezuela sumaron esfuerzos en el 2004 (Duque y col., 2004) para resolver un problema existente en la industria petrolera venezolana (el conflicto bsico que se tiene en este tipo de industria es la corrosin). Dicho conflicto lo detectaron en el sistema de inyeccin de agua para la recuperacin secundaria de crudo, en donde al recolectar muestras encontraron microorganismos anaerobios, entre ellos del gnero Desulfovibrio y Clostridium, por lo que decidieron evaluar la actividad (produccin de H2S) y corrosividad de stas, llegando a la conclusin de que aunque las bacterias reductoras de sulfato producen ms H2S que las que no son consideradas como causantes de los problemas de biocorrosin y, gracias a la valoracin microscpica, dedujeron que el ataque generado fue de tipo localizado para ambas bacterias.

Evaluacin del molibdato y nitrato sobre bacteriassulfato-reductoras asociadas a procesos de corrosinen sistemas industrialesJ. R. TORRADO RINCN*, D. M. CALIXTO GMEZ, A. E. SARMIENTO CARABALLO,J. H. PANQUEVA LVAREZCorporacin para la Investigacin de la Corrosin (CIC). Km 2, Va Refugio, Sede UIS, Guatiguar, Piedecuesta,Santander, Colombia.

El control de la corrosin es un elemento sobresaliente en la preservacin de la integridad de sistemas industriales en el mundo y representa uno de los principales costos de operacin y mantenimiento en sistemas de almacenamiento y transporte (32). Cuantificar los costos asociados a la corrosin no ha sido fcil y resulta controversial. En los Estados Unidos, las prdidas por corrosin de tuberas de gas natural fueron estimadas en 1996 en cerca de 840 millones de dlares por ao, y en 2001 se estim que el costo anual de todas las formas de corrosin en la industria del gas y el petrleo fue de 13.400 millones de dlares, de los cuales la corrosin influida microbiolgicamente represent cerca de 2.000 millones de dlares.En trminos generales se ha estimado que el 40% de toda la corrosin interna de tuberas en la industria del gas puede ser atribuida a corrosin microbiolgica (37, 64). Otras estimaciones consideran que el dao producido por el sulfuro de hidrgeno proveniente de la actividad de las bacterias sulfato-reductoras (BSR) ocasiona gastos de alrededor de 4.000 a 6.000 millones de dlares anuales (65)

Las BSR son mayoritariamente microorganismos anoxignicos estrictos y se consideran los principales agentes productores de biocorrosin. Poseen una amplia diversidad filogentica que incluye: bacterias gramnegativas mesoflicas pertenecientes a la divisin - Proteobacteria, bacterias gram-positivas formadoras de esporas (bajo contenido G+C), bacterias termoflicas y Archaea termoflicas. Dentro de las Proteobacterias se destacan gneros tales como Desulfobacter, Desulfobulbus, Desulfonema, Desulfovibrio, Desulfobaculum y Desulfosporosinus (53). Estos microorganismos emplean como fuente de carbono alquilbencenos, n-alcanos, xantanos, cidos grasos y productos orgnicos polares formados por bacterias oxignicas a partir de hidrocarburos (22). Otras fuentes de carbono, energa y electrones las constituyen los cidos grasos voltiles como el lactato y el acetato, hallados naturalmente en pozos de gas natural y petrleo (20, 34).

Las BSR emplean el anin sulfato como aceptor final de electrones y lo biotransforman por va desasimilatoria en sulfuro de hidrgeno (40, 41). El sulfuro de hidrgeno es un gas cido altamente corrosivo soluble en agua, donde se comporta como un cido fuerte. Este compuesto precipita al combinarse con metales pesados y forma, en la mayora de los casos, una pelcula negra de sulfuro de hierro (FeS), que puede producir taponamientos y prdidas localizadas de metal denominadas picado (del ingls pitting). La produccin de H2S afecta los equipos empleados para la extraccin, el transporte, el almacenamiento, la refinacin y la distribucin del crudo. El proceso de corrosin iniciado o acelerado por este agente puede llegar a perturbar drsticamente las capacidades de produccin y a incrementar los costos relacionados con la implementacin de medidas y programas de control, mitigacin y monitoreo, y finalmente, puede disminuir el valor comercial del hidrocarburo recuperado (24).

Tradicionalmente el control de los procesos corrosivos por BSR y sulfuro ha incluido mtodos qumicos, como el uso de agentes biocidas. Sin embargo, estas sustancias son txicas, costosas, corrosivas, poco efectivas contra biopelculas y sus residuos ejercen un impacto negativo sobre el ambiente (28, 50, 56). Los compuestos de molibdeno se han usado ampliamente en la industria, incluso como inhibidores de corrosin andicos (19, 21, 60), y han demostrado ser ms amigables con el ambiente (35, 36) y capaces de bloquear los procesos de respiracin y produccin de energa celular que involucran la reduccin del sulfato (10, 13, 14, 25, 54, 55, 62, 63). De igual forma, en presencia de nitrato es posible conseguir una completa remocin del sulfuro del sistema (39, 48), ya que las BSR pueden utilizar este compuesto como aceptor final de electrones alternativo (26) y, por va desasimilatoria, producir amonio o nitrgeno gaseoso (16), gas inocuo en trminos de corrosin. En suma, estos compuestos tienen potencial para controlar la actividad sulfurognica e inhibir el crecimiento de BSR.

Influencia del molibdato sobre la sulfato-reduccin

El molibdato altera el crecimiento celular al competir en el sistema de transporte de sulfato interfiriendo con la formacin de adenosin fosfosulfato (APS) por parte de la enzima ATP sulfurilasa, que cataliza el primer paso en la va de reduccin desasimilatoria del sulfato (54, 38). Es as como en el cultivo lote, la adicin de 5 mM de molibdato produjo un bloqueo completo de la sulfato-reduccin y disminuy hasta niveles no detectables la cantidad de sulfuro disuelto y la poblacin bacteriana (Figura 6). En el quimiostato el comportamiento fue similar: ausencia de consumo de sulfato y produccin de sulfuro, con una reduccin a niveles no detectables de las bacterias planctnicas (Figura 7). En el caso de las BSR adheridas en forma de biopelculas sobre los cupones, se obtuvo una disminucin de seis rdenes de magnitud.La inhibicin de la produccin de sulfuro con concentraciones menores de molibdato fue tambin encontrada por Nemati et al. (49), por lo que se concluye que su eficiencia depende de la composicin y del estado metablico de la comunidad microbiana.

Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 21, N 1, 2001,EVALUACIN DE INHIBIDORES DE CORROSIN BACTERIANA( BSR) EN LAS AGUAS DE FORMACIN ASOCIADAS A LOS CRUDOSDE PDVSA DISTRITO MATURIN(Evaluation of bacterial corrosion (BSR) inhibitors in produced waters from crude oilfrom PDVSA Maturin district)Y. Figueroa de Gil, J. Bonilla 2, J. Morales 3

Se investig la presencia de bacterias sulfato reductoras (BSR) en las aguas de formacin asociadas a los crudos correspondientes a la estacin (LTX) ubicada en el Campo Quiriquire del Distrito Maturn, de Petrleos de Venezuela (PDVSA) siguiendo las normas del Instituto Americano de Petrleo (API-RP-38), Y se evalu la efectividad de bactericidas comerciales para controlar estos microorganismos. Se encontr altas poblaciones de BSR en cuatro de las formaciones investigadas. De los 30 microbiocidas evaluados resultaron efectivos aquellos a base de Ditiocarbamatos (D3) y Tiazolin (TI YT3), en un rango de concentracin de 5 y 15 ppm, presentando comportamientos similares para un inculo de 10.000 UFC/rnl. Se determin que la periodicidad ptima de tratamiento para controlar la poblacin bacteriana (BSR) es de aproximadamente cinco das de aplicacin de los bactericidas.

Las aguas de formacin asociadas a los crudos constituyen medios naturales donde se desarrollan bacterias capaces de facilitar la formacin de sustancias qumicas que ocasionan daos por corrosin a los equipos de produccin de la industria petrolera venezolana (PDVSA).Las bacterias sometidas a investigacin fueron las Sulfato Reductora (BSR), debido a su participacin en la generacin de sulfuro de hidrgeno a partir de sulfato. Esta bacteria realiza su actividad metablica sobre acumulaciones de slidos en las paredes de las tuberas, formando depsitos naturales de colonias bacterianas. Ellas reducen el sulfato presente en el agua para formar el sulfuro de hidrgeno, el cual es uno de los responsable de este proceso de corrosin. Este tipo de corrosin se manifiesta en forma de hoyos cnicos y es denominada corrosin por picaduras. Las Bacterias Sulfato Reductoras ms estudiadas en relacin a la corrosin son las del gnero Desulfovibrio, Como un resultado de esto, la tcnica ms usada en los campos petroleros es aislar e identificar todas las BSR como perteneciente a este gnero. En otras palabras se reporta a partir de estudios del nmero de bacteria sulfato reductora por mililitro .En el caso especfico de este distrito, las aguas de formacin son separadas de los crudos y acumuladas en fosas para inyectarlas nuevamente a los yacimientos. Durante este proceso se utilizan lneas, separadores, bombas y otros equipos que integran los sistemas de inyeccin de agua, que son susceptibles al ataque corrosivo inducido por las BSR.

Los daos por corrosin bacteriana pueden ser minimizados con el empleo de productos qumicos denominados microbiocidas, capaces de alterar el metabolismo de la bacteria reduciendo su actividad. Este tratamiento con microbiocidas controla a los microorganismos en una gran variedad de formas: Algunas alteran la permeabilidad de la pared celular, por lo tanto interfieren con los procesos vitales del microbio. Otros penetran en la pared celular y coagulan las protenas; algunos inhiben las reacciones metablicas enzima - substrato, y finalmente los oxidantes que reaccionan qumicamente con los grupos proteicos, produciendo una prdida de la actividad enzimtica y subsecuentemente la muerte rpida de la clula[2]. Estos bactericidas son aplicados en forma de choques peridicos, generalmente a la succin de las bombas, para aprovechar la capacidad mezcladora de la turbulencia generada en esta zona.

En la primera fase del trabajo se realiz anlisis qumico a las aguas de formacin de los diferentes crudos que se encuentran en la estacin LTX a fin de conocer el hbitat de la bacteria sulfato reductora., estas muestras se recolectaron en envases plsticos y de vidrio debidamente esterilizados para ser inmediatamente analizados en los laboratorios de salud ambiental e ingeniera de corrosin y metalurgia de PDVSA. )La metodologa analtica seguida para determinar la calidad del agua es la indicada por el Mtodo Estndar para la Examinacin del Agua, determinndose: pH, oxgeno disuelto, dureza parcial y total, a1calinidad parcial y total, cloruros, sulfatos, slidos suspendidos, prueba de H2S, y hierro.En la segunda etapa de la investigacin, se determin la poblacin de bacterias corrosivas (sulfato reductoras) siguiendo las normas presentadas por el Instituto Americano de Petrleo (API -RP-38), Y el control del crecimiento de las mismas.Para el control de estos microorganismos se evaluaron 30 bactericidas comacia); a bases de: Sales de Amonios Cuaternarios (9), Glutaraldehidos (7), Ditiocarbonato (4), Tiazolin (4), Compuestos Orgnicos (4), Aminas (2), preparndose diluciones de 5, 15, 30 Y 50 ppm de concentracin de bactericida en 25 ml de agua de muestra, procedindose luego a la siembra en el medio de cultivo Agar-Sulfato, tomndose el tiempo en el cual se presenta el crecimiento bacterial y las diluciones respectivas.

Para obtener una estimacin de la regularidad con que se debe realizar los choques de bactericidas se procedi a la simulacin de los sistemas con los bactericidas que resultaron ser ms efectivos. En cada bactericida se realiz una dilucin de 15 ppm a partir de la solucin de 100 ppm de bactericida. Para realizar la simulacin se tomaron tres (3) Beaker de 500 ml Y se a agreg en cada uno de ellos 375 ml de muestra ms 50 ml de nutriente para luego realizar la siembra original. Transcurrido dos das se le aadi una dosis de 75 ml de bactericida y nuevamente se sembr la muestra. Estas siembras se realizaron sucesivamente cada dos das. Para el sptimo da se sustrajo una cantidad de 50 ml de muestra la cual se reemplaz con 50 ml de nutriente y nuevamente se sembr la muestra, realizndose este procedimientopor dos semanas consecutivas.

CONCLUSIONES

El oxgeno disuelto como fuente energtica en las aguas de formacin es prcticamente cero, por la intensa actividad abitica, por lo que podemos considerar a esta agua como anxicas, lo que hace posible que el proceso de corrosin se deba al incremento del H2S producido por las BSR en su proceso metablico.

Se verific la presencia de las Bacteria Sulfato Reductora en las estaciones LTX en el Campo Quiriquire, cuantificndose en 10000 UFC/ml. en las formaciones Quiriquire, Carapita, Areo y Jabillos y de 100 UFC/rnl en Carata, San Juan y Querecual.

Los bactericidas a base de Ditiocarbamato y Tiazolin resultaron los de mayor efectividad para el control delCrecimiento de las bacteria sulfato reductora localizadas en el rea.

El tratamiento con bactericida por carga se debera efectuar con una periodicidad de cinco (5) das aproximadamente para tener un mayor control sobre el crecimiento bacteriano.