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Biocorrosión




Enviado por syanez



    1. Resumen
    2. Introducción y
      antecedentes
    3. Métodos de
      Detección y Control
    4. Conclusiones y
      Perspectivas

    Resumen

    Los
    microorganismos tienen la capacidad de modificar por diferentes
    acciones
    bioquímicas la estructura
    fisicoquímica de la materia. Las
    aleaciones
    fueron diseñadas para tolerar la acción
    microbiológica de transformación
    fisicoquímica. Sin embargo los microorganismos estimulados
    por el ambiente
    pueden desestabilizar la aleación debido a los diversos
    mecanismos bioquímicos que poseen para ello. El
    propósito de esta revisión es mostrar la
    importancia de los microorganismos sobre las aleaciones y
    sus componentes metálicos.

    Palabras clave: microorganismos, ambiente,
    transformaciones químicas.

    I. INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

    A finales del siglo XIX pioneros de la microbiología, de los conocidos cazadores
    de microbios; como S. Winogradsky describió la existencia
    de microorganismos del suelo que usan la
    energía de elementos y compuesto inorgánicos para
    crecer, este procariote de ambientes inorgánicos
    también cambio su
    metabolismo
    para usar materia
    orgánica (Bolivin et al., 1990; Furussaka et
    al.,
    1991). Las bacterias que
    oxidan minerales que
    contienen (Gaylarde y Videla) fijan CO2 son
    autótrofas como las plantas, se les
    conoce como quimiolitotroficos (Kearns y Little, 1994) o que come
    piedra, la siguiente ecuación describe esta clase de
    bacterias
    (Alexander, 1977).

    MS + 2O2 microorganismo
    MSO4+ H2 +S04

    En donde M es un metal divalente y S el azufre elemental
    o formas reducidas. El producto M es
    un metal oxidado y el ácido sulfúrico, la
    razón de que ese ambiente, el pH sea menor
    de 2, este es un grupo
    especializado, en "acidez extrema" (Booth, 1971), además
    de su tolerancia al
    metal, que solubiliza en este valor de
    pH iones
    metálicos son solubles y tóxicos para la vida,
    microbiana (Costello, 1969; Iverson, 1987).

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    Figura 1. Aspecto de la superficie de una
    aleación (A) normal y en ataque microbiano (B,
    C)

    Cuando BC se sucede en la superficie de una
    aleación, la reacción de los elementos que la
    constituya con el ambiente, resulta en un deterioro o corrosión (Lowes et al., 1993) como
    se esquematiza en la figura 2, por lo anterior Winogradsky
    sugirió que se trabaja de un grupo
    altamente especializado (Duquette, 1986).

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    Figura 2. Fenómeno de corrosión causada por
    microorganismos.

    El segundo grupo microbiano investigado, los
    microorganismos heterotróficos, que en ausencia de oxigena
    molecular, usan formas combinados de estos elementos como los
    sulfatos (Sanders y Hamilton, 1986), los nitratos (Touvinen y
    Mair, 1986) o los fosfatos, en consecuencia al producto de la
    reducción es otro agente oxidante fuerte él:
    H2S responsable del deterioro localizado en la
    superficie de la aleación del metal (Pintado y Moreno,
    1986), en donde se ubican los microorganismos al establecer la
    biopelicula (Silva et al., 1986), la ecuación que
    resume está capacidad en bacteria, referida al sulfato es
    la siguiente (Costello, 1969).

    SO=4 microorganismo
    H2 S + S=

    En donde el anión sulfato es el compuesto
    inorgánico usado como aceptor final de electrones (Hill
    et al., 1987), y el ácido sulfhídrico el
    producto fuerte corrosivo que reacciona con elementos reducidos
    como el ion ferroso (Kearns y Little, 1994; Torres-Sánchez
    et al., 1997), común en aleaciones y que genera
    pirita (sulfuro ferroso), un indicador característico de BC (Blumentals et
    al
    ., 1990), como se describe en la figura 2.

    Historia de los agentes biológicos causantes
    de corrosión.

    La BC la describió Garret al final del siglo XIX,
    cuando reportó la actividad de deterioro, debida a
    productos
    microbianos como: amoniaco, nitritos y nitratos, en superficie de
    plomo. En 1895 Beijerinck uno de los pioneros de la microbiología de suelo,
    investigó la actividad corrosiva de mezclas de
    cultivos microbianos sobre aceros (Costerton y Bolivin, 1989;
    Videla, 1989). Van Deldel en 1903 aisló y analizó
    un cultivo axenico de Spirillum dessulfuricans, bacteria
    anaerobia reductora de sulfatos (Dexter, 1976), asociada con la
    corrosión de estructuras
    metálicas (Duquette, 1986). En 1936 Kluyer y Van Niel
    identificaron Desulfovidrio desulfuricans (Characklis,
    1986) otra anaeróbica del ciclo del azufre nativa del
    suelo, (Coleman et al., 1993), responsable de la corrosión
    de aleaciones dé acero (Videla y
    Salvarezza, 1984), ello se supuso la existencia de una amplia
    diversidad de bacterias reductoras de sulfato, como presenta la
    figura 3.

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    Figura 3. Actividad de bacterias anaeróbicas
    sobre una aleación que causa disolución del metal
    derivado de la corrosión al emplear compuestos
    inorgánicos como aceptores finales de
    electores.

    Disolución del Metal

    El origen de los microorganismos, actúan en
    transformaciones orgánicas y minerales en
    suelo (Alexander, 1965; Brock y Gustafson, 1976; Furussaka et
    al.,
    1991), estos agentes biológicos son parte de una
    comunidad con
    capacidad metabólica extraordinaria (Dexter, 1976;
    Inverson, 1987), como usar elementos y compuestos
    orgánicos como fuente de energía ó como
    aceptores finales de electrones, para la latencia, crecimiento
    que involucra resistencia a
    factores ambientales adversos, ausencia de oxigeno
    molecular, en anaerobiosis. La actividad microorganismos del
    suelo, permite el reciclaje de lo
    inorgánico a orgánico, en la conversión de
    materia en energía y viceversa (Characklis, 1986; Burdige
    y Nelson, 1986).

    Figura 4. Biofilm de bacterias reductoras de sulfatos,
    el sulfuro de hierro
    representa el producto de su actividad corrosiva que disuelve
    el o los metales de la
    aleación como el hierro.

    Bacterias Anaerobias

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     Ánodo

    Las bacterias del suelo usan el ión ferroso,
    azufre elemental (Daumas et al., 1988) formas reducidas
    (Alexander, 1977) y sulfatos (Furussaka et al., 1991).
    Cobre, cobalto
    y níquel (Kearns et al., 1994; King, 1995) y otros
    elementos (Kobrin, 1993; Videla et al., 1994), esto
    explica tipo de aleación severamente dañados por su
    actividad (Videla, 1989) cuando el ambiente es favorable;
    limitada aeración (Sanders, 1986), bajo potencial redox
    (Characklis y Cooksey, 1983; King, 1995), pH ácido
    (Ballesteros-Almanza et al., 2000), temperatura de
    50C ó mayor estimula está actividad
    (Belkin et al, 1986), humedad alta en la BC es critica en
    ambiente acuático (Chapelle y Loevley, 1992; Childers
    et al., 1992), la figura 4 muestra las
    reacciones
    químicas en la BC. Lo anterior significa que la BC
    afecta a la infraestructura industrial: petroquímica (Hill et al., 1987;
    Videla, 1989), automotriz, hidráulica (Brankevich et
    al.,
    1990; Touvinen y Mair, 1986), alimenticia (Silva et
    al
    ., 1986), eléctrica (Torres-Sánchez et
    al.,
    1997), portuaria o marina, nuclear, (Duquette, 1986)
    etc. las perdidas son cuantiosas, e incluso incalculables en
    países en desarrollo
    (Pintado y Moreno, 1986).

    Cuadro 1 Principales características de
    archeobacteriahipertermofilas asociadas con la
    biocorrosión.

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    Figura 5. Actividad de bacterias reductoras de sulfato
    sobre una superficie de aleación, las fuentes de
    carbono
    estimulan la corrosión biológica que disuelve el
    metal.

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    Desde finales del siglo XIX se usan métodos
    para detectar y prevenir la BC, con agentes químicos
    (Duquette, 1986). La BC sucede sus elevadas temperaturas o
    ambientes externos como los que se presentan en la tabla
    1.

    Biocorrosión y bioensuciamiento
    (biofouling)

    La BC y bioensuciamiento (BE), se ilustran en la figura
    6, ambos procesos
    dependen de una propiedad
    genética
    microbiana para la síntesis
    muco polisacáridos (MPS), compuestos
    orgánicos (Characklis, 1981) necesarios para que los
    microorganismos se adhieran a la superficie de la
    aleación, que sirve para retener minerales circundantes
    estimulantes de la BC localizada en el sitio, (Licina, 1988). Los
    MPS microbianos facilitan las reacciones de
    oxido-reducción (ánodo-cátodo), entre
    aleación material y minerales del agua
    (fenómenos electroquímicos), lo que cíclica
    estimula la BC (Silva et al., 1986) con mayor
    secreción de MPS, minerales en circulación se
    retienen en ese sitio y momento, esto atrapa mayor número
    y variedad de microorganismos (Videla et al., 1994)
    suspendidos en el agua,
    así la dinámica del daño por BC aumenta en
    el área y en profundidad. Bajo esta condición los
    microorganismos inducen la formación de un bioflim o
    biopelicula (BP), en donde coexisten tipos microbianos, que
    representan: quimiolitotróficos obligados y facultativos,
    heterotróficos poco exigentes, aerobios y anaerobios, como
    se describe en la figura 6. Lo anterior demuestra que para
    prevenir y controlar un problema de BC, en la aleación la
    que tiene una condición fisicoquímica (Videla y
    Salvarezza, 1984), que en nada está relacionada con
    corrosión química (Kearns y
    Little, 1994), la comprensión de esta diferencia reduce o
    elimina el problema o fracaso de la estrategia de
    prevención (Kobrin, 1988; Touvinen y Mair, 1986). En el
    pasado sin restricciones ambientales en biocidas de inhibidores
    de corrosión (De Beer et al., 1994), se usaron
    detergentes aniónicos (Leal et al., 1994) y
    cataónicos (Booth, 1971; Dester, et al., 1976),
    metales
    pesados (plomo, mercurio, zinc), metaloides: arsenatos, cromatos,
    etc. reduce incrustaciones de sales minerales: tipo carbonatos y
    calcio con ácido sulfúrico, hoy no se usan por
    razón de protección ambiental, el control del BE se
    recomienda con cloro y/o pentaclorofenol, así como
    cuaternarios de amonio (Duquette, 1986).

    Aunque la presión de
    las legislaciones vigente para la protección ambiental,
    han cambiado drásticamente el tipo de inhibidor vigente
    para la protección ambiental, ha cambiado
    drásticamente el tipo de inhibidor de BC, pues ya no se
    permiten la aplicación de cromotos debido a su toxicidad
    (Burdige y Nealson, 1976; Characklis, 1981).

    Desafortunadamente los nuevos tratamientos no han sido
    lo eficaces que se esperaba, debido a la variedad y cantidad de
    microorganismo que se involucran en la BC. Además de que
    factores físicos como la temperatura
    para evitar y control el BE
    (Childers, 1992; Fiala y Stetter, 1986). Lo anterior significa
    que en un área esencial para evitar la BC, es la investigación sobre biocida, que controlen
    el problema con eficacia, a un
    bajo costo, a
    tóxicos para humanos sin riesgo de
    daño ambiental.

    Figura 6. Formación de biopelicula (biofilm), que
    involucra la incorporación de nutrientes y microorganismos
    en zonas localizadas con corrosión en una superficie de
    aleación.

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    gráfico seleccione la opción "Descargar"

     Interacción entre Biocorrosión y
    Bioensuciamiento.

    La manera como el BE influye en la BC ha sido descrita
    claramente por Characklis como sigue (Characklis,
    1981):

    1) Su impacto es dependiente del metabolismo
    microbiano involucrado en la BP.

    2) Es dependiente de la concentración productos
    metabólicos liberados por los microorganismos en la
    BP.

    3) Depende del tipo de compuestos químicos
    reducidos por los microorganismos adheridos por los MPS, en
    contacto con la superficie metálica (reacciones de oxido
    reducción).

    4) Esta regulada por la capacidad quelante de la BP,
    para atrapar selectivamente iónes que influyen en la
    actividad biológicas el consorcio.

    5) Da como resultado la reacción de al
    superficie metálica en el ambiente de la BP, con cambios
    en la conductividad eléctrica de la zona
    involucrada.

    6) Así el BE influye en la gravedad de la BC,
    ya que bloquea o disminuye la acción de los biocidas, al
    neutralizarlos con la gama de compuestos microbianos producidos
    por su actividad metabólica.

    7) en consecuencia se reduce la efectividad de
    biocidas, al bajar su concentración critica.

    Previamente a la colonización de una superficie
    metálica por microorganismos se absorbe una BP que atrapa
    las micromoleculas en la interfase metal-solución (Videla
    et al., 1994).

    Este proceso de
    adsorción espontánea modifica la sensibilidad y
    distribución de cargas eléctricas en
    la superficie metálica. (Daumas et al., 1988), lo
    cual contribuye a la creación de un ambiente adecuada para
    la actividad microbiana.

    La adsorción posterior de células
    microbianas y en consecuencia su actividad metabólica
    básicamente sucede en esa interfase
    aleación-solución. Las células
    que producen esta interfase, inician la colonización
    irregular de la superficie metálica, para establecer zonas
    localizadas heterogenias (Ballesteros et al., 1995;
    Ballesteros-Almanza et al., 2000; Dexter, 1976), en donde
    existen áreas que actúan como ánodos o
    cátodos sobre la superficie de metal (Videla, 1989) lo
    cual permite la solubilización de minerales que en
    consecuencia atraen a otros tipos de microorganismos. Esta
    localización no informe induce
    celdas de aeración diferencial, mientras que de bajo de
    esas zonas los microorganismos sobreviven en anaerobiosis, ya que
    en la superficie la elevada actividad respiratoria aeróbia
    de los microorganismos de la BP y/o en las área
    circundantes causan una diferencia de potencial redox (Sanders y
    Hamilton, 1986), en las cuales la concentración de
    oxigeno es
    mayor. Así tiene una zona anódica que favorece la
    disolución de la aleación, simultáneamente
    la mayor concentración de oxígeno
    causa una zona de reacción catódica (Alexander,
    1965; Bolivin et al., 1990; Bryant et al., 1991)
    que acelera la incorporación de iónes a la
    interfase y en consecuencia la BC con picaduras que crecen en
    área y profundidad.

    El análisis "in situ" realizados en
    superficie metálica con microelectrodos, revelan que un
    medio liquido, el consumo de
    oxigeno mas elevado por la BP realizada a un (Characklis, 1981;
    Daumas et al., 1988; Navarrete-Bedolla et al.,
    1999), profundidad de tan solo 180 micrimetros de espesor. Debajo
    de esta zona en ese ambiente anaeróbico, se estimula la
    actividad e las bacterias reductores de sulfato (BRS), las que
    son capaces de proliferar, aun cuando la concentración de
    oxigeno y la temperatura, en el agua
    circundante sea elevadas (Furussaka et al., 1991). Esto se
    explica en base a la existencia de una de barrera de
    difusión de la BP (o de la matriz de MPS)
    que apenas recientemente ha sido estudiada mediante
    observaciones, con el uso de un microscopio
    cofocal de rayos láser
    (Characklis, 1986; Duquette, 1986). Con el cual se ha elaborado
    un modelo de BP
    constituido fundamentalmente por "clusteres" o acumulos
    microbianos y canales de intercomunicación, por medio de
    los cuales el flujo es esencial controlado por convección
    más que por difusión como se muestra en la
    figura 6. Estos nuevos hallazgos han establecido un nuevo
    concepto de
    BP, el cual puede ser modificado mediante la acción
    generalizada de ciertos biocidas que actúan directamente
    sobre los microorganismos adheridos al metal (Costerton y
    Bolivin, 1989). Una BP esta constituido por células
    microbianas que producen MPS capsulares, los que no solo aseguran
    su adhesión al metal, también establecen un
    gradiente de densidad de las
    moléculas orgánicas que constutiyen, lo cual a su
    vez modifican la concentración de los iónes, que
    como los cloruros, que estimulan la BC, o que impiden la salida
    hacia la interfase de productos metabolitos de naturaleza
    ácida, y con ello generan a su vez áreas con pH
    ácido en le internase (Elsgaard y Jorgensen, 1992; Sanders
    y Hamilton, 1986) , fenómenos similares se suceden el ene
    suelo cuando materia orgánica de diversas complejidad se
    mineralizan en el suelo (Bolivin et al., 1990) y en el
    agua (Touvinen
    y Mair, 1986). La magnitud de estos ingredientes de pH
    (Costerton, 1994; Costerton y Bolivin, 1989) es dependiente de la
    capacidad amortiguadores del ambiente líquido circundante
    y otras variables
    (temperatura, oxigeno, concentración de minerales, etc) en
    forma analógica a loe que se observa en el suelo durante
    la mineralización de carbono y
    nitrógeno orgánico (Furussaka et al., 1991),
    o bien durante la transformación de minerales (Alexander,
    1965; Burdige y Nealson, 1986). Recientemente se publico la
    distribución no homogénea de una BP
    sobre superficies metalizas (Videla et al., 1994)
    determina la resistencia a la
    corrosión en aleaciones de cobre
    níquel expuestas a agua de mar (Videla, 1989). Estas
    aleaciones colonizadas por bacterias y otros microorganismos
    después de periodos de exposición
    de agua de salada, a pesar de sus conocidas propiedades
    anti-ensuciamiento. En este caso, la distribución de la BP
    sobre la superficie metálica, es claramente dependiente de
    la composición y distribución de los productos de
    corrosión en la interfase metal-solución (Touvienen
    y Mair 1986) y por supuestos de la composición química de la
    aleación (Sanders y Hamilton, 1986). La disposición
    de las películas pasivas sobre el metal, se caracterizan
    por una distribución estratificada que facilita su
    posterior desprendimiento, causada por el moviento turbulento del
    agua.

    En consecuencia se observa una distribución no
    homogénea de la BP, con un incremento de la
    corrosión por aeración diferencial (Videla y
    Salvarezza, 1984). Estos efectos se ven facilitados en los casos
    de BE por especies microbianas de mayor tamaño que las
    bacterias, como los protozoarios (Costerton y Bolivin, 1989), los
    cuales también poseen organelos con adhesión, que
    constituyen adecuadamente los MPS de las bacterias. Estos
    organismos son luego desprendidos por el efecto de corte del
    flujo líquido (Dexter, 1976), dejando áreas
    descubiertas de metal expuestas y sensibilizadas a la
    acción corrosiva del agua del mar. Los microorganismos que
    forman consorcios o comunidades mixtas en el espesor de las BP
    que producen efectos sinérgicos, que no son causados por
    especies microbianas individuales (Brankevich et al.,
    1990). Por ejemplo la coexistencia de especies aeróbicas y
    anaeróbicas sobre la superficie de acero al carbono,
    permite que bacterias capaces de reducir los compuestos
    férricos (insolubles) a ferrosos (solubles) causen la
    disolución de capas de pasivamente del hierro (Brock y
    Gustafson, 1976; King, 1995) constituidas predominantemente por
    óxidos e hidróxidos férricos (Videla et
    al
    ., 1994). De esta manera se facilita el acceso a al
    superficie metálica de los sulfatos y otros productos
    corrosivos generados por las BRS anaeróbicas (Kearns y
    Little, 1994), que conforman consorcios microbianos en el espesor
    de la BP como se ilustra en la figura 6.

    El impacto de los metabolitos extractados por los
    microorganismos sobre la reacción de corrosión se
    ven intensificados en las zonas de contacto entre microorganismos
    y la superficie metálica (Daumas et al., 1988). Por
    ejemplo, los metabolitos ácidos que
    inducen la corrosión localizadas de las aleaciones de
    aluminio de
    uso aeronáutico, por la actividad fúngica que
    contamina los turbo combustible (Videla, 1989), en esos casos,
    ocurre la preferencia en el lugar donde el micelio se fija en el
    metal como sucede cuando los microorganismos mineralizan
    metería orgánica y distribuyen a la
    formación de agregados en el suelo (Characklis, 1981).
    Esta adhesión se producen en zonas donde coexisten tres
    fases: agua, combustión y metal en condiciones adecuadas
    para inducir la BC. El ataque biológico, reproducen el
    contorno del micelio fúngico y causa una disolución
    preferencial de os componentes minerales o metálicos de la
    aleación, en las zonas de fijación, en consecuencia
    picaduras serán observadas posteriormente (Videla,
    1992).

    II. MÉTODOS DE
    DETECCIÓN Y CONTROL DE LA
    BIOCORROSIÓN.

    La inevitable presencia y posterior actividad de los
    microorganismos en el agua de alimentación causa BE
    ya sea en agua de pozo de rió, estatuario o marina
    (Inverson, 1987). El resultado del BE, es función de
    la carga microbiana y de las características operacionales
    del sistema (velocidad de
    flujo, temperatura, diseño
    estructural), por ello la secuencia de los procesos
    correspondientes a su establecimiento y en consecuencia de los
    problemas de
    corrosión (Touvinen y Mair, 1986).

    Generalmente los tratamientos químico
    implementados en a industria, no
    contemplan las interacciones entra los depósitos
    biológicos e inorgánicos, ni la compatibilidad
    entre un tratamiento inhibidor de corrosión y un biocida
    de aplicación simultanea (Kobrin, 1993).

    Las medidas para eliminar el BE, coinciden con el
    control de los depósitos orgánicos, aunque
    generalmente son estrategias que
    deben adecuarse al problema (Kearns y Little, 1994). El registro del
    sistema debe
    incluir variable métodos que permitan medir el proceso dela
    BC y el BE. El método mas
    frecuente utilizado en el control de BE es por clorinación
    periódica o continua del agua de alimentación, para
    matar los microorganismos de la BP y solubilizar parcialmente el
    MPE (De Beer et al., 1994), que cohesiona los componentes
    dela BP. En ciertos sistemas la
    cloración no se emplea por razones de incompatibilidad
    química y ambiental. Lo cual ha llevado a implementar
    tratamiento biocidas y dispersantes de concepción mas
    moderna con especula énfasis en la preservación del
    ambiente (Leal et al., 1994). En investigaciones
    recientes se ha comprobado que la concentración de cloro
    en el interior de la BP, con solo alcanza a los estratos mas
    superficiales (De Beer et al., 1994) y se limitan a una
    concentración efectiva que representa solo el 20% del
    nivel del cloro en la fase liquida. Estas limitaciones en el uso
    del cloro en los ultimo años, ha concentrado la atención en otros biocidas alternativos de
    mejor compatibilidad con el ambiente (Leal et al., 1994).
    Entre ellos, el ozono es un biocida prometedor. La calidad de un
    biocida se evalúa en función de
    que no se pierda rápidamente se máxima actividad
    contra los microorganismos de una BP, responsables de la
    corrosión, periodo breve, por ello se considera que los
    mejores biocidas, deben tener propiedades pasavantes
    (protección), sobre ciertos metales y relaciones comunes
    en la industria e
    incluso acción antiincrustante, para evitar la
    acumulación de nutrientes que atraen a los causantes de BC
    (Kobrin, 1993). En los últimos años el interés
    por el ozono como biocida en el sistema de enfriamiento, ha
    aumentado y numerosos reportes, así u factibilidad
    económica ha sido recomienda por NACE.

    Identificación de la BC.

    Aspecto superficial de la
    aleación.

    Una de las formas de identificar la BC es la
    inspección microscópica de la muestra (Cragnolino,
    1983).Varios tipos de cambios en la superficie del metal puede
    ser atribuidos a la presencia de microorganismos: depósito
    característicos, blandos y/o mucilaginosos (Dester et
    al
    ., 1991) tubérculos o excrecencias del matal
    (Cragnolino, 1983; Kearns y Little, 1994) que contiene
    microorganismos vivos y perforaciones en las superficie de
    aleación de acero inoxidable (Ballesteros et al.,
    1995; Ballesteros-Almanza et al., 2000) acero ala
    carbón aleaciones de cobre (Cragnolino, 1983), en general
    distribuidos irregularmente, pequeños orificios con
    cavidades formadas por debajo de la superficie (Daumas et
    al
    ., 1988). Estas estructuras
    son frecuentes en el acero inoxidable por la actividad de
    bacterias del genero Gallionella (Belkin et al,
    1986; Belkin et al, 1986). Estrías brillantes,
    visibles después de la remoción de depósitos
    (Rossmoore y Rossmoore. 1993). El aspecto de los depósitos
    pueden indicar cuales son los microorganismos participantes:
    fibroso; hongos
    filamentosos (Hill et al., 1987) negro: bacterias
    reductoras de sulfato (Daumas et al., 1988) naranja o
    castaño: bacterias oxidantes de hierro como Gallionella
    spp,
    (King, 1995), mientras que las bacterias oxidantes de
    azufre con el genero
    Thiobacillus spp, grupo conocido que produce cambios en el
    material de color amarrillo,
    debido a la liberación de ácido sulfurillo que
    causan la oxidación (corrosión del metal), o bien
    el color
    marrón del material capsular (mucopolisacáridos),
    producidos por los microorganismos para adherirse y atrapar
    nutrientes, lo cual le da un aspecto viscoso, de las bacteria
    formadores de limo. Sin embargo esto es lo principio el análisis microbiológico, es
    fundamental para confirmar que la causa tiene origen
    biológico. Todo lo anterior esta resumido de manera
    sencilla en el cuadro 2, lo cual permite realizar un diagnostico
    rápido de la BC (Childers et al., 1992).

    Dinámica de la
    biocorrosión.

    Es preciso identificar y enumerar los microorganismos
    causantes de la corrosión. Así como: bacterias
    aeróbicas totales, bacterias anaeróbicas, hongos, que son
    indicadoras de la gravedad del problema (Sanders y Hamilton,
    1986). Los microorganismos suspendidos en la fase
    planctónica causan el deterioro de la superficie
    metálica, por la producción de metabolito corrosivos o
    indirectamente por el consumo de los
    inhibidores de la corrosión (Duquette, 1986; Gaylarde). La
    corrosión generalizada es una forma frecuente de
    corrosión de los metales atacados por los microorganismos
    adheridos a la superficie de la BP causan corrosión
    localizada en general mas severa (Videla, 1989).

    Se observa puntiforme, estrías o áreas
    brillantez en el metal, acuerdo con la localización y el
    tipo de depósito. La detección de los
    microorganismos se realiza mediante muestreos, de los
    depósitos de frase acuosa como se ha señalado en
    los cuadros 2 y 3 (Blumentals et al., 1990; Kearns y
    Lettle, 1994). Por ello existen laboratorios especializados en
    análisis de muestras, para detectar la BC en base en
    diferentes aspectos biológicos del deterioro de materiales, se
    han desarrollado recientemente métodos como los empleados
    en biología
    molecular (Belkin et al., 1986; Fiala y Stetter, 1986) a
    los métodos eléctricos (Dester et al., 1991)
    y aquellos que se usan como indicación de la BC su
    actividad metabólica: consumo de oxigeno, y producción de CO2,
    cinéticamente enzimático. El análisis de los
    depósitos pueden indicar el tipo de microorganismo de
    actividad: compuestos de azufre reducido (Sanders y Hamilton,
    1986). Azufre oxidado, bacterias quimiolitotroficas del azufre
    (Alexander, 1995; Childers et al., 1992). Óxidos de
    hierro por bacterias quimiolitotroficas de este elemento (Brock y
    Gustafson, 1976). Las técnicas
    empleadas son métodos de rutina en química
    analítica y varían desde el microanálisis a
    la espectrometría de masa. El análisis
    microbiológico consta de dos partes (Kearns y Little,
    1994): i) determinación de microorganismos totales como la
    principal herramienta son los métodos ópticos o
    inmunológicos. ii) detección, enumeración e
    investigación de microorganismos especifico
    como se presentan en los cuadros 2 y 4. Por ello de manera
    convencional se han señalado básicamente tres
    métodos de detección de la BC: i)
    enumeración directa total: de célula
    viables, activas y latentes incluyen las muertas ii)
    células visibles (que se reproducen) en este caso se
    utiliza el crecimiento de las células en medios de
    cultivos generales y/o selectivos y iii) la actividad celular
    (que no necesariamente es su cultivo artificial).

    Cuadro 2. Técnicas
    pruebas de
    laboratorio
    para el diagnóstico de la corrosión causada
    por microorganismos.

    Test

    Organismos detectados

    Base de detección

    Detec.

    anaeróbica

    Uso en campo

    Rapidez

    Sensibilidad

    Costo

    Plaqueo

    Bacterias y hongos

    Vivos

    Crecimiento en medios
    sólidos

    +

    M

    "Dip slides"

    Bacterias y hongos

    Vivos

    Crecimiento

    +

    M

    NMP

    Organismos vivos

    Crecimiento en medios líquidos

    +

    +

    B

    Quimi-

    Luminiscencia

    Organismos vivos

    Evaluación de ATP

    +

    +

    +

    +

    A

    ELISA

    Org. Especificos

    Vivos y muertos

    inmunológico

    (moléculas superf)

    +

    +

    +

    A

    Inmuno-

    Fluorescencia

    Org. Especificos

    Vivos y muertos

    Inmunológico

    (moléculas

    Superf.)

    +

    +

    +

    M/A

    Hidrogenasa

    Org. Activos

    (hidrogenasa

    posit)

    Actividad

    Enzimatica

    +

    +

    +

    A

    B= bajo M= medio A= alto

    ATP = Trifosfato de adenosina (compuesto de
    transferencia de energia de las
    células). ELISA ensayo
    inmunoenzimatico (Manual
    práctico de biocorrosión y biofoulling para la
    industria, 1995).

    Aquí se considera a acción de una enzima,
    o la liberación de un producto especifico del metabolismo
    de los microorganismos involucrados, cultivarlos. Por ello las
    enzimas como
    sustrato para su transformación.

    Cuadro 3. Pruebas
    básicas para el diagnostico sencillo, rápido y
    eficaz de biocorrosión en diversos
    ambientes.

    Parámetro

     

    Microscopía

    Inmunología

    Vivas

    Activas

    Facilidad

    Rapidez

    Aparato completo

    Personal entrenado

    Sensibilidad

    Biofilms in situ

    -finos

    -densos

    Costo

    +

    +

    +

    +

    +

    +

    0

    +

    +

    +

    +

    0

    +

    +

    0

    0

    0

    +

    +

    0

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    + = ventaja – = desventaja 0 = normal

    (Manual
    práctico de biocorrosión y biofoulling para la
    industria, 1995).

    De tal forma que la codificación geneática
    de ciertas enzimas en
    bacterias relacionadas directamente con la corrosión, ha
    permitido la elaboración de "Kits" que facilitan la
    rápida detección de los microorganismos ejemplo de
    ello, se presenta en la tabla 1. Kit hidrogenaza Rapidchek
    MR. El Kit hidrogenasa se basa en la
    determinación de la actividad de la hodrogenasa (Bolivin,
    1990; Bryant et al., 1991; Burdige y Nelson, 1986), enzima
    del metabolismo del Hidrógeno en un amplio numero de
    bacterias anaeróbicas como: Desulfovidrio,
    Desulfotomaculum, Clostridium,
    en la BC. Esta enzima cataliza
    la reducción H2———2H+
    +2 e- oxida el hidrógeno que proviene de la
    acción catódica y es detectado por un indicador del
    potencial redox (Kearns y Little, 1994; King, 1995), aunque un
    aspecto importante que debe considerarse son las condiciones a
    las cuales muestran deben someterse para el diagnostico de la BC
    como se muestra en el cuadro 5.

    Cuadro 4. Pruebas comerciales para el diagnostico de
    biocorrosión en general..

    Nombre comercial

    Principio

    Fabricante

    Sanicheck MR

     

    RapidcheckMR

     

    HydrogenaseMR

     

    BTI-SRBMR

     

     

     

    Crecimiento y producción de H2S
    en medio sólido

    ELISA para detención de la
    enzimaAPS

    Detección de la enzima hidrogenasa por
    reaccion colorimetrica

    Crecimiento y producción

    De H2S

    Biosan Laboratories Inc.,

    Warren. MI, USA

    Strategic Dianostic Inc.,

    Newark,DE, USA

    Caproco International Inc.,

    Conroe, TX, USA

    Bioindustrial Technologies

    Inc., Georgetown, TX, USA

    (Manual práctico de biocorrosión y
    biofoulling para la industria, 1995).

    La utilización del sulfato por las BRS, requieren
    la actividad de la enzima repara la reducción del sulfato
    a sulfito, una reductasa de fosfo-sulfonato de adenosina.
    Está enzima existe en todas las BRS y se detectan por
    métodos inmunológicos con el Kit Rapidcheck.
    La actividad de la enzima se demuestra por cambio de
    color, un indicador.

    Cuadro 5. Métodos de dispersión de
    muestras para detectar biocorrosión.

    Diluyentes

    Agua destilada

    Soluciones fisiológicas de cloruro de
    sodio

    Soluciones templo de pH adecuada

    Agua de mar artificial

    Medio nutritivo

    Aditivos

    Agente Redox (por ej. Ascorbato, para el aislamiento de
    bacterias anaeróbicas).

    Agentes tensioactivo (por ej. Tween 20, para remover
    celular de muestras particuladas).

    Métodos de
    dispersión

    Agitación manual

    Agitación eléctrica (agitador tipo
    Vortex)

    Homogenizador eléctrico para muestras
    sólidas.

    Ultrasonido de baja frecuencia

    (Manual práctico de biocorrosión y
    biofoulling para la industria, 1995).

    Prevención y control de biocorrosión y
    bioensuciamiento.

    La regla para prevenir y control la BC y BE en los
    sistemas
    industriales es mantener limpio el sistema: Una planta industrial
    por ejemplo puede sufrir diversos problemas. Los
    mas frecuentes: i) sistema de enfriamiento industrial (de
    recirculación abierto o cerrado), ii) líneas de
    inyección de agua, iii) tanques de almacenamiento,
    iv) sistemas de tratamiento de aguas negras, v) sistemas de
    filtración, vi) tuberías de uso diverso, vii)
    membranas de ósmosis reversa, viii) sistema de
    distribución de agua potable, etc. Como en la
    mayoría de los sistemas industriales los depósitos
    de BE están relacionados por diversos tipos de
    ensuciamiento abiótico, para su prevención y
    control se debe considerar no solo la actividad y crecimiento
    microbiano, sino también las condiciones
    fisicoquímicas de la interfase metal-solución, y
    las relaciones químicas en el fluido circudantes. En la
    prevención control de la BC y BE en sistemas industriales,
    es primordial, un adecuado seguimiento de las condicione de
    operación del sistema. Por ello una variación de
    las variables de
    origen biológico e inorgánico de la BC.

    Métodos usados para prevenir y controlar la
    BC:

    Limpieza

    Se considera que la limpieza en general esta originada a
    la remoción de depósitos en la superficie
    metálica de un sistema, en base a dos
    criterios:

    -Incrustaciones (depósitos o scaling)

    -Sedimentos o limo (slime).

    Aunque los sistemas mas empleados para prevenir la BC
    considera mas el aspecto electroquímico del proceso
    microbiológico. Los métodos convencionales, como
    las cubiertas protectoras o la protección catódica,
    son comunes. La eliminación de microorganismos causantes
    es difícil en suelos o sistemas
    abiertos, mientras que en taques o sistemas cerrados la
    eliminación es más sencilla con bactericidas. Desde
    el punto de vista microbiológico, se puede atacar el
    problema en dos aspectos fundamentales.

    1. Destruyen o inhiben crecimiento y/o actividad
      metabolismo de los microorganismos con agentes
      bacteriostáticos y bactericidas.
    2. Modificando las características
      biológicas (aeración para inhibir las bacterias
      anaeróbicas, pH fuera del adecuado para el crecimiento,
      etc).

    En el caso de los agentes bacteriostáticos y
    bactericidas deben reunirse ciertos requisitos:

    1) especificidad sobre la clase de BC. 2) capacidad para
    mantener su acción inhibitoria frente a otras sustancias
    en similares condiciones de temperatura, pH, sin inducir
    resistencia. 3) no causar corrosión en el sistema donde se
    aplica.

    En el caso de las BRS los cromatos se emplearon con
    éxito
    par evitar la CCM así como las sales cuaternarias de
    amonio y el naranja de acridina, de igual manera los
    clorofenoles, poliamidas y otros.

    En los tanques de aviación, el etilenglicol
    monometileter (EGME), compuestos orgánicos de Boro son
    efectivos.

    La otra manera de disminuir el efecto de la BC es: a)
    eliminación de las fuentes de
    azufre para los tiobacilos, b) cambios en la concentración
    de oxigeno, en el caso delas bacterias anaeróbicas la
    anaeróbicas la aeración puede ser efectiva y
    economía,
    la forma de conseguirlo, puede ser desde la aeración
    forzada (en tanques y aguas estancadas) , hasta el diseño
    de estructuras de grava con drenaje y aeración para el
    lecho de redes de
    cañería en suelo bajos, c) el pH influye en el
    crecimiento máximo de cada especie bacteriana. Un pH igual
    o menor que 5 inhibe el crecimiento de BRS, pero es muy
    corrosivo. Las condiciones de ligera alcalinidad pueden ser
    más útiles en el hierro y acero, mediante la
    aplicación de carbonato de calcio o cal (Videla y
    Charcklis, 1992).

    Otros métodos empleados con frecuencias son las
    cubiertas protectora, una capa que se separa o aísla el
    metal o la aleación del ambiente corrosivo. Este método es
    indicado el caso de que nos sea la aplicación de
    bactericidas (en sistemas abiertos como las
    cañerías).

    Debe ser un tipo de cubierta que nos sea atacada por
    bacterias, b) no debe sufrir proceso degradativo que causa la
    liberación de sustancias corrosivas (Torres-Sánchez
    et al., 1997).

    La brea y el asfalto son convenientes para
    tuberías enterradas. Así las camisas de polietileno
    como capas protectoras en cañerías, siempre es
    necesaria una adherencia de la cubierta protectora al metal, que
    impida la humedad. Las cubiertas protectoras también
    pueden ser naturales, como la detectada en piezas
    arqueológicas del tipo fino, compacta llamada vivianita o
    fosfato de ferroso básico que inhibe anodinamente el
    proceso de BC. Finalmente la protección catódica,
    así se ha sugerido que el ion ferrosos con un potencial de
    –100mV por debajo de 850mV (vs. electrodo de
    Cu/CuSo4) necesaria para proteger el acero en
    condiciones normales (Sanders y Hamilton, 1986; Touvinen y Mair,
    1986; Videla, 1989; Videla y Salvarezza, 1984).

    III. CONCLUSIONES Y
    PERSPECTIVAS

    La colonización microbiana de metales y
    aleaciones de uso industria a través de la
    formación e biopeliculas (compuestas por células
    sésiles, MPS y agua) modifican drásticamente de la
    respuestas de los materiales a
    la BC. Estos cambios se deben a modificaciones de sitio
    localizados del tipo y concentración de iones, pH y
    niveles de oxigeno, así como la introducción de barreras al transporte de
    especies químicas desde y hacia la interfase
    metal/solución. Se produce así un cambio en la
    composición y estructura de
    los productos de corrosión y películas pasivantes.
    Así como de las variable electroquímicas utilizadas
    en el seguimiento de la BC.

    El uso de técnicas adecuadas de muestreo y
    seguimiento complementario por métodos
    microbiológicos y electroquímicos de campo y
    laboratorio,
    es necesario para entender los efectos derivados de la actividad
    microbiana y el papel de las
    biopeliculas en proceso de la BC. Por tanto se considera, que
    esta evaluación
    debe realizarse en cada sistema manera individual.

    Principalmente por que hoy las leyes que regulan
    1a calidad
    ambiental, son cada vez más exigentes y restrictivas. El
    registro de
    nuevos biocidas y su instalación demanda el
    estar sujeto a reglamentación. Cuanto más se
    conozca sobre el efecto de biocidas y de otros agentes para el
    control de bioensuciamiento y biopeliculas. Aunque para prevenir
    la BC deben agotarse las alternativas no contaminantes: como la
    eliminación de fuentes de nutrientes del consorcio que BC
    provenientes de productos orgánicos así como la
    utilización de biocidas no contaminantes como el ozono,
    antes de emplear sustancias tóxicas que afectan
    negativamente el ambiente..

    IV.
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    Autor:

    Dr. Juan Manuel
    Sánchez-Yáñez

    Profesor Investigador de tiempo completo
    Titular "C". Perfil PROMEP

    Laboratorio de Microbiología Ambiental

    Instituto de Investigaciones
    Químico-Biológicas Edif.. B-3

    Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo,
    Morelia, Michoacán, México.

     

     

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