Estudio desgaste prematuro en tuberías sistema de emulsión

Resumen

En el presente trabajo se estudio la degradación
prematura en las tuberías del sistema de emulsión
del Tándem II de Sidor, aplicando un diseño
metodológico de campo tipo explicativo. Como resultado del
Análisis Químico y Metalográfico se obtuvo
que las muestras ensayadas no corresponden al material de
diseño de las tuberías, mientras que a
través de Microscopia Electrónica de Barrido se
determino que las picaduras presentes en las mismas son generadas
por efecto de la cavitación que se atribuye al deficiente
diseño del sector de succión de las bombas
principales del sistema de Emulsión. El Alto desgaste de
las tuberías evidenciado por la pérdida de espesor
acelerada, en combinación con el uso de aceros menos
resistentes, generan un acelerado deterioro de las
paredes.

Palabras claves: Desgaste, tuberías,
normas, finos, cavitación.

CAPÍTULO I

El
problema

• Planteamiento del
  problema

Sidor se encarga de todo el proceso siderúrgico
para la obtención de Acero desde la fabricación de
Hierro reducido (HRD), la transformación a acero en forma
de productos semielaborados como planchones y palanquillas
poligonales hasta la elaboración de productos terminados,
como por ejemplo planos en caliente (Bobinas, chapas gruesas y
finas) y planos en Frío (Hoja Negra, Bobinas
Estañadas y Cromadas).

El proceso de Laminación en Frío es uno de
los más importantes y críticos en la línea
de productos planos, ya que es aquí donde las Bobinas
provenientes de Laminación en Caliente van a sufrir las
últimas disminuciones de espesor y necesitan la mejor
calidad superficial posible, esto en condiciones de temperaturas
por debajo de la de Recristalización del acero lo que
conlleva a generación de calor asociado a la
fricción entre banda y cilindro, y deformaciones
plásticas sufrida por las mismas.

Para garantizar porcentajes de reducción
aceptables en el proceso de Laminación en Frío se
utiliza la Emulsión, ya que sin ningún tipo de
lubricante en los bastidores no se lograrían obtener las
reducciones actuales como ocurría en los primeros intentos
o inicios de este proceso. Además, estas no sólo
cumplen la función de lubricar, sino que refrigeran los
cilindros y bandas, distribuye equitativamente la temperatura,
limpia constantemente el sistema cilindro-banda, etc.

La Emulsión usada para el proceso de
Laminación en Frío posee características
especificas de pH, saponicidad y contaminantes, además de
finos de hierro generadas por la deformación y
fricción entre cilindros y bandas, ya que este es un
sistema cerrado de recirculación. Dicha Emulsión
circula constantemente a través de un sistema de
tuberías durante toda una campaña de
laminación.

Las tuberías del sistema de Emulsión del
Tándem II se encuentran sometidos a la acción
de:

• Turbulencia de los Fluidos de Emulsión
debido a las diferentes geometrías presentes en el sistema
de tuberías.

• Abrasión por causa de finos de Hierro
presentes en el fluido.

• Corrosión de diferentes tipos generadas
por el constante contacto entre el fluido y las paredes
metálicas de las tuberías.

Estas condiciones a las cuales se encuentra sometido el
sistema de tuberías causan un deterioro progresivo de las
mismas provocando fugas, la capa de grasa que se forma en la
mayor parte de las paredes exteriores de todo el sistema evita
mantener un contacto visual directo con la superficie
dificultando el reconocimiento de algún tipo de Fugas.
Estas fugas son repetitivas y repentinas lo que hace necesario un
estudio que permita determinar las zonas críticas donde
exista la mayor probabilidad de que ocurra, además de
verificar las causas que lo originan.

• Objetivo General

• Evaluar el estado de desgaste de las tuberías
  del sistema de emulsión del Tándem II y
  establecer sus causas.

• Objetivos Específicos

• Realizar un mapa de zonas de desgaste del sistema de
  tuberías que permita establecer zonas críticas
  de corrosión.

• Establecer posibles causas de fallas mediante un
  diagrama Causa-Efecto.

• Determinar velocidad de corrosión mediante el
  indicador de pérdida de espesor.

• Caracterizar el tipo de fluido que circula en este
  sistema de tuberías mediante análisis
  Físico-Químico.

• Evaluar Química y Metalograficamente el
  material del sistema de tuberías mediante Microscopia
  Óptica y Microscopia Electrónica de Barrido
  (EDX).

• Justificación

SIDOR es una empresa que ofrece productos de alta
calidad al menor costo posible, es entonces necesario cumplir con
este importante requerimiento en cada una de las áreas que
lo conforman.

Para el área de Laminación en Frío
poder cumplir con estas condiciones se hace necesario controlar
la mayor cantidad de variable de proceso posible, una de las
más importantes de ellas es la Emulsión. Las fugas
hacen difícil mantener un control constante de esta,
generan perdida de emulsión y por ende variación de
las concentraciones optimas para el proceso, lo que produce una
disminución en la calidad de la emulsión que
impacta directamente en la calidad de la banda, las cuales se
deben ir recuperando añadiendo aceite extra produciendo
así un aumento del costo de proceso por consumo de aceite,
igualmente las fugas son reiterativas lo que adiciona costos
asociados por mantenimiento correctivo y en casos más
severos producen paradas no programadas que se traducen en
disminución de productividad y por ende grandes
pérdidas económicas.

• Delimitación.

Esta investigación se
desarrollará en el área de Laminación en
Frío de SIDOR específicamente en el sector de
Tándem II, donde se estudiaran y evaluaran seis zonas de
las tuberías del sistema de emulsión durante el
periodo del 16/08/2010 hasta el 31/01/2010.

CAPÍTULO II

Marco
teórico

2.1. Antecedentes de la
Investigación.

Para realizar el estudio del desgaste prematuro en las
tuberías del sistema de emulsión del Tándem
II de la empresa SIDOR, fue necesaria una indagación
bibliográfica de investigaciones anteriores que guarden
relación en el campo de estudio. Para que estas sirvan de
base fundamental para el desarrollo de la actual
investigación. "Aparte de documentar al investigador sobre
el tema tratado ubica al lector sobre la importancia del mismo y
actualiza la investigación existente". (Pérez
2003).

Edgar Rondón (2006). Informe de inspección
y medición de espesores de la línea de gas exhausto
de MATESI. En su informe Rondón establece como parte de
las conclusiones:

"La Norma más eficaz utilizada para el
cálculo del espesor mínimo es la ANSI B31.3- 1984
dicha Norma se aplica a los sistemas de tuberías que
manejan todos los fluidos, incluyendo sólidos fluidizados,
y a todos los tipos de servicios, incluyendo materias primas,
productos intermedios y productos químicos terminados,
petróleo crudo y otros productos del petróleo,
aire, vapor, gas (caso que estamos estudiando), agua y
refrigerantes. Los recipientes o tuberías que están
sujetos a corrosión, erosión o abrasión
mecánica deben tener un margen de espesor para lograr la
vida deseada, aumentando convenientemente el espesor del material
respecto al determinado por las fórmulas de
Diseño"

Esta evaluación realizada por Rondón
establece que tipos de las tuberías es aplicable la norma
ASME 31.3, estableciendo en el mismo las formulas y
cálculos necesarios para el análisis del estado de
desgaste de las tuberías. Además hace referencia al
margen de espesor requerido en los cálculos
correspondientes.

Rixiomar Antoni (2009). Reemplazo de tuberías del
sistema hidráulico y de emulsión en el
Tándem II. En este informe se encuentra establecido como
parte de las conclusiones:

"En los resultados de la evaluación
económica, se recomienda ejecutar la inversión en
virtud del grado de obsolescencia de las tuberías de los
sistemas hidráulicos y de emulsión, que en gran
manera disminuirían los elevados costos en consumos por
reposición de aceites y el impacto que estos están
generando al medio ambiente".

Esta evaluación presenta la importancia
económica y el impacto ambiental que significa la
sustitución de tramos obsoletos en el sistema
hidráulico y de emulsión para la
empresa.

Estos estudios tienen gran relación con el
problema de desgaste en las tuberías del Sistemas de
emulsión del Tándem II de SIDOR, porque en el caso
de Rondón estas tuberías están fabricadas de
acero al carbono y al igual que las tuberías en estudio,
en el cual también se uso la norma ASME 31.3 para la
evaluación de la situación actual de las
tuberías y la velocidad de desgaste de las mismas.
Mientras que Rixiomar se refiere directamente a las
tuberías en situación de estudio actualmente,
enfocado al aspecto económico que nos permite apreciar la
importancia del estudio en curso.

2.2. Bases Teóricas

2.2.1. Tuberías y
Cañerías

Llamamos cañería a un conjunto de
caños, conductos cerrados destinados al transporte de
fluidos, y sus accesorios. La gran mayoría de las
cañerías actúa como conductos a
presión es decir, sin superficie libre, con el fluido
mojando toda su área transversal, a excepción de
los desagües o alcantarillado donde el fluido trabaja con
superficie libre, como canales.

La necesidad del uso de cañerías surge del
hecho de que el punto de almacenamiento o generación de
los fluidos se encuentra generalmente distante de los puntos de
utilización. Se usan para el transporte de todos los
fluidos conocidos líquidos o gaseosos, para materiales
pastosos o pulpa y para los fluidos en suspensión, en toda
la gama de presiones que se usan en la industria, desde el
vacío absoluto hasta presiones de hasta 4000
kg/cm2(400MPa) y desde cero absoluto hasta las temperaturas de
fusión de los metales.

El costo puede llegar al 50% o 70% de los equipos de una
planta de proceso y el 15% a 20% del total de la
instalación.

2.2.1.1. Clasificación de las tuberías
según el material de fabricación

2.2.1.2. Cargas de diseño para
tuberías

Un sistema de tuberías constituye una estructura
especial irregular y ciertos esfuerzos pueden ser introducidos
inicialmente durante la fase de construcción y montaje.
También ocurren esfuerzos debido a circunstancias
operacionales. A continuación se resumen las posibles
cargas típicas que deben considerarse en el diseño
de tuberías.

Cargas por la presión de diseño

Es la carga debido a la presión en la
condición más severa, interna o externa a la
temperatura coincidente con esa condición durante la
operación normal.

Cargas por peso

a) Peso muerto incluyendo tubería, accesorios,
aislamiento, etc.

b) Cargas vivas impuestas por el flujo de prueba o de
proceso

c) Efectos locales debido a las reacciones en los
soportes

Cargas dinámicas

a) Cargas por efecto del viento, ejercidas sobre el
sistema de tuberías expuesto al viento

b) Cargas sísmicas que deberán ser
consideradas para aquellos sistemas ubicados en áreas con
probabilidad de movimientos sísmicos

c) Cargas por impacto u ondas de presión, tales
como los efectos del golpe de ariete, caídas bruscas de
presión o descarga de fluidos.

d) Vibraciones excesivas inducidas por pulsaciones de
presión, por variaciones en las características del
fluido, por resonancia causada por excitaciones de maquinarias o
del viento.

Efectos de la expansión y/o contracción
térmica.

a) Cargas térmicas y de fricción inducidas
por la restricción al movimiento de expansión
térmica de la tubería

b) Cargas inducidas por un gradiente térmico
severo o diferencia en las características de
expansión (diferentes materiales).

Efectos de los Soportes, Anclajes y Movimiento en los
Terminales.

a) Expansión térmica de los
equipos

b) Asentamiento de las fundaciones de los equipos y/o
soportes de las tuberías

2.2.1.3. Esfuerzos admisibles

Los esfuerzos admisibles se definen en términos
de las propiedades de resistencia mecánica del material,
obtenidas en ensayos de tracción para diferentes niveles
de temperatura y de un factor de seguridad global. La norma ASME
B31.3 estipula dos criterios para el esfuerzo admisible. Uno es
el llamado "esfuerzo básico admisible" en tensión a
la temperatura de diseño, con la cual están
familiarizados los que se dedican al diseño de equipos
sometidos a presión, es menos conocido y se le denomina
"rango de esfuerzo admisible", el cual se deriva del esfuerzo
básico admisible y se emplea como base para el
cálculo de la expansión térmica y para el
análisis de flexibilidad.

Tabla 2.1. Esfuerzos Admisibles en
Función de la Temperatura

2.2.1.4. Espesor de pared

El mínimo espesor de pared para cualquier tubo
sometido a presión interna o externa es una función
de:

a) El esfuerzo permisible para el material del
tubo

b) Presión de diseño

c) Diámetro de diseño del tubo

d) Diámetro de la corrosión y/o
erosión

Además, el espesor de pared de un tubo sometido a
presión externa es una función de la longitud del
tubo, pues ésta influye en la resistencia al colapso del
tubo. El mínimo espesor de pared de cualquier tubo debe
incluir la tolerancia apropiada de fabricación.

Los códigos establecen que el
esfuerzo por presión debe calcularse como:

Ec. 2.1

Donde Y es un factor que depende de la temperatura de
diseño y del tipo de material. En la tabla se muestra este
factor para diversas temperaturas. Observe que en un amplio rango
de temperaturas de diseño Y = 0.4, con lo cual la
ecuación recomendada se acerca a la deducida utilizando el
diámetro medio.

Factor Y para t <
D/6

Tabla 2.2. Factor Y en
Función de la Temperatura

2.2.1.4.1. Cálculo del espesor de
pared

La tensión máxima en un caño recto
se producirá en el sentido circunferencial, que es el
duplo de la tensión longitudinal. Basado en éste
concepto de la teoría de membrana para un caño
sometido a presión interna, el cálculo de ANSI
B31.3 (par 304) el espesor mínimo será:

tn = t + c Ec. 2.2

El espesor seleccionado no será menor que tm +
tolerancia de fabricación.

2.2.1.4.2. Cálculo por
presión interna (ANSI B 31.1)

2.2.2. Emulsión

Una emulsión es un sistema heterogéneo,
constituido por dos líquidos no miscibles entre sí;
en el que la fase dispersa está compuesta de
pequeños glóbulos distribuidos en el
vehículo en el cual son inmiscibles. El sistema es
estabilizado por un agente emulsificante. Si la mezcla consiste
de gotas de aceite dispersadas en agua se trata de una
emulsión aceite en agua conocida como o/w (por
oil/water), por el contrario considerando gotas de agua
dispersadas en aceite se trata de una emulsión agua en
aceite (w/o).

La emulsificación y estabilización de esta
mezcla de líquidos inmiscibles depende de un gran
número de factores fisicoquímicos, como son el
balance hidrofílico-lipofílico (HLB) de losa gentes
emulsificantes, la relación de volumen existente entre las
dos fases y del tamaño y distribución de las
partículas dispersas principalmente.

Cuando cantidades de agua y aceite son mezcladas y
agitadas se forman glóbulos de diferentes tamaños.
Debido a la inmiscibilidad de las fases existirá una
tensión interfasial en la superficie de separación
llamada interface. Cuando un líquido se divide en
glóbulos muy pequeños, el área superficial
de éstos aumenta enormemente, este aumento de área
asociado con un aumento de energía libre es lo bastante
grande como para hacer que el sistema sea
termodinámicamente inestable y en consecuencia, los
glóbulos presentan cierta tendencia a unirse entre
sí para formar glóbulos más grandes y
finalmente hay separación total de las dos
fases.

La función de los agentes emulsificantes es
reducir en forma muy marcada la tensión interfasial entre
los líquidos inmiscibles, actuando como una barrera en
contra de la coalescencia de los glóbulos. Los agentes
tenso activos pueden clasificarse como iónicos y no
iónicos, los tipos iónicos son aniónicos o
catiónicos, dependiendo de cuál es la
porción característicamente tenso
activa.

En los procesos de laminado en frío de bandas se
pretende, por una parte, para el material de laminación,
disminuciones por pasada lo más altas posibles con
requisitos relativamente reducidos en relación con la
calidad superficial del producto y, por otra parte, para el
producto final, una calidad superficial específica
óptima con una reducción relativamente reducida.
Para conseguir este objetivo hasta ahora estaba previsto en la
técnica de laminación el emplear únicamente
un medio refrigerante o lubricante (emulsión o aceite) de
modo que en los diferentes programas de laminación
debían asumirse soluciones intermedias.

El aceite de laminación posee, como lubricante de
la laminación en frío, propiedades lubricantes que
son 1,3 veces mejores que en el caso de una emulsión.
Junto con aditivos seleccionados, este aceite produce siempre una
película homogénea sobre la superficie de la banda
que de forma ventajosa conduce a la separación sin
problemas de la superficie de la banda y el cilindro que la
transforma. Por tanto, la superficie resultante de la banda es
extremadamente homogénea y de estructura fina, el brillo
superficial que puede conseguirse es alto.

Aunque el aceite de laminación posee la
importante desventaja de que representa un medio de
conducción térmica muy malo y también
presenta una reducida capacidad de calor. En el proceso de
laminación esto conduce a temperaturas aumentadas en la
banda y el cilindro, con lo que, en el caso desfavorable, los
cilindros de trabajo alcanzan temperaturas límite y la
propia banda presenta colores de revenido. Debido al reducido
efecto de refrigeración, la regulación de la
característica plana mediante el enfriamiento por zonas se
desarrolla peor que al emplear medios con un mayor efecto de
refrigeración.

2.2.3. Características del Fenómeno de
Corrosión

•  La fuerza conductora del proceso es la
  disminución de la energía libre en la
  reacción que lleva a la formación del
  óxido. El proceso es llevado a cabo sobre la
  superficie del metal (importan entonces las condiciones
  superficiales del las condiciones superficiales del mismo y
  el medio en las cercanías).

La corrosión metálica es el desgaste
superficial que sucede cuando los metales se exponen a ambientes
reactivos. Los compuestos químicos que constituyen los
productos de tal desgaste son parientes cercanos de las rocas
minerales metalíferas que se encuentran en la corteza
terrestre. En otras palabras, las reacciones de corrosión
ocasionan que los metales regresen a sus menas
originales.

2.2.3.1. Corrosión en
tuberías

La corrosión de las tuberías depende
principalmente del medio ambiente en que están colocadas,
del material de su fabricación y del régimen de
funcionamiento a que se ven sometidas. El Ingeniero proyectista
deberá tener en cuenta estos factores para elegir la
protección adecuada.

Los factores que influyen en la corrosión de
tuberías metálicas o de las armaduras de las
tuberías de hormigón pueden encuadrarse en los
grupos siguientes:

• a) La porosidad del suelo, que determina la
  aireación y por tanto, la afluencia de oxigeno a la
  superficie de la pieza metálica.

• b) Los electrolitos existentes en el suelo, que
  determinan su conductividad.

• c) Factores eléctricos, como pueden ser
  la diferencia de potencial existente entre dos puntos de la
  superficie del metal, el contacto entre dos metales distintos
  y las corrientes parásitas.

• d) El pH de equilibrio del agua y del
  terreno.

• e) La acción bacteriana, que influye en
  la corrosión de tuberías enterradas junto con
  la aireación y la presencia de sales
  solubles.

• f) El aumento de la agresividad, producido por
  la superposición de dos o más de los factores
  anteriores.

2.2.4. Formas de expresar la velocidad de
corrosión

2.2.4.1. Aumento de peso

• Sólo es aplicable en procesos de
  corrosión uniforme.

• Productos de corrosión adherentes.

• Método no universal.

• Método no destructivo

Ec. 2.6

Donde:

Pt: Peso de la muestra en el tiempo

P0: Peso inicial de la muestra

A: Área expuesta de la muestra

t: Tiempo de exposición

2.2.4.2. Pérdida de peso

• Aplicable a procesos de corrosión
  uniforme.

• Método universal.

• Método destructivo.

• Productos de corrosión frágil y
  fácil de desprender.

Ec. 2.7

Donde:

P0: Peso inicial de la muestra

Pt: Peso de la muestra en el tiempo

A: Área expuesta de la muestra

t: Tiempo de exposición

2.2.4.3. Pérdida de espesor

• Se usa para establecer los coeficientes de seguridad
  en espesores de partes, piezas y equipos( útil desde
  el punto de vista ingenieril)

• Permite comparar el comportamiento de materiales
  distintos.

• Permite conocer la durabilidad de los
  materiales.

Ec. 2.8

Donde:

e0: espesor inicial de la muestra

et: espesor de la muestra en el tiempo

t: Tiempo de exposición

Tabla 2.3. Escala de la
resistencia a la corrosión de los materiales
metálicos.

2.2.5. Regímenes de fluidos en
tuberías

Flujo laminar.- Existe a velocidades más
bajas que la crítica, se caracteriza por el deslizamiento
de capas cilíndricas concéntricas una sobre otras
de manera ordenada. Se determina que hay flujo laminar cuando el
numero de Re (Reynolds) es menor de 2000.

Flujo transicional. – también llamado
flujo critico, existe cuando el caudal se incrementa
después de estar en flujo laminar hasta que las laminas
comienzan a ondularse y romperse en forma brusca y difusa. Se
determina cuando el número de Re tiene valores entre 2000
y 4000.

Flujo turbulento.- existe a velocidades mayores
que la crítica, cuando hay un movimiento irregular e
indeterminado de las partículas del fluido en direcciones
transversales a la dirección principal de flujo. Es
determinado cuando el número de Re tiene valores mayores a
4000.

2.2.5.1. Numero de Reynolds.

Relaciona la fuerza de inercia y fuerza de viscosidad.
Para calcular el número de Re tenemos la siguiente
ecuación:

Ec. 2.9

Donde:

Re = numero de Reynolds.

( = densidad ( lb/ pie3 )

D = diámetro ID, ft.

V = velocidad de flujo ( pie / seg ).

( = viscosidad ( lb / ft-seg).

2.2.5.2. Teorema de Bernoulli

El teorema de Bernoulli es una forma de expresión
de la aplicación de la ley de la conservación de la
energía al flujo de fluidos en tuberías. La Ec.
ilustra el balance de energía para dos puntos de un fluido
según Bernoulli.

Ec. 2.10

Donde:

Z = Elevación de la cabeza, ft

P = Presión, psi

( ( Densidad, lb/ft3

v = velocidad, pie ( ft)/seg.

g = Constante gravitacional

HL= Perdida de presión de cabeza por
fricción, psi.

2.2.6. Clasificación de los procesos de
corrosión

2.2.6.1. Corrosión
Química

Al exponerse una superficie metálica limpia a la
acción del oxígeno, el metal comenzará a
reaccionar con éste y formará óxidos.
Según la temperatura del ensayo y la concentración
de oxidantes se observarán diferentes comportamientos. A
baja temperatura, la primera etapa será la
formación de una capa adsorbida de
oxígeno.

Si la temperatura es suficientemente baja o la
concentración de oxidante es escasa, la reacción
puede detenerse después de formar esa capa adsorbida. A
mayor concentración y temperatura del oxidante se forma
una película de óxido, cuyo espesor varía
según las condiciones.

Es usual diferenciar las películas delgadas de
las gruesas, para estudiar el crecimiento de los óxidos.
Como clasificación arbitraria podemos definir
óxidos delgados aquellos que tienen un espesor de 1000 A y
óxidos gruesos los que tienen un espesor mayor. Hasta no
hace mucho tiempo se creía que las películas
delgadas crecían en forma continua a partir de la capa
adsorbida, se suponía también que el espesor de la
película era uniforme. Se demostró más tarde
que la oxidación como en la sulfuración de metales,
durante el crecimiento de la película forma óxidos
y sulfuros respectivamente. Se trata de un proceso de
nucleación homogénea que depende de la temperatura
y presión del oxidante. Su existencia define propiedades
importantes tales como textura, estructura y de los óxidos
más gruesos.

Si la película es porosa y permite el libre
acceso del oxígeno hasta el metal, el ataque
continuará constante hasta consumir el metal o agotar el
oxígeno. Se comportan de esta manera, los metales alcalino
y alcalino térreos, (Na, K, Ca, Ba, etc).

Se ha comprobado que el crecimiento de los óxidos
está gobernado por difusión y que al disponer en un
par de ejes coordenados las variables aumento de peso vs. tiempo,
estas responden a una ley parabólica.

2.2.6.2. Corrosión
Microbiológica

Como los microorganismos que participan en este proceso
habitan en gran variedad de sistemas naturales en condiciones
ambientales muy diversas sobreviviendo en presencia de niveles de
nutrición muy bajos, los casos de corrosión debido
a ellos son muy variados. Puede decirse que salvo en aquellos
casos en que las características físico –
químicas del medio son incompatibles con la vida (altas
temperaturas, bajo pH, concentración salina inhibitoria,
etc.), es factible encontrar casos de corrosión microbiana
en ambientes tan diferentes como suelos, agua dulce, sistemas de
enfriamiento, tanques de almacenaje de combustible, estructura de
piedra, etc.

La corrosión microbiológica está
directamente vinculada con la electroquímica. En todos los
casos se encuentra una zona anódica donde se produce un
proceso de oxidación que conduce a la disolución
del metal (corrosión); mientras transcurre
simultáneamente la reducción de algún otro
componente del medio a través de la correspondiente
reacción catódica. Los m.o. participan del proceso
en forma activa sin modificar la naturaleza electroquímica
del fenómeno.

Los m.o. participan del proceso de corrosión:
produciendo sustancias corrosivas, originadas en su crecimiento o
metabolismo, que transforman un medio originalmente inerte en
agresivo.

Originando celdas de aireación diferencial por
efecto de un desigual consumo de O2 en zonas
localizadas.

Destruyendo cubiertas protectoras sobre el metal, que
son metabolizados por los m.o.

Consumiendo sustancias inhibidoras de la
corrosión y facilitando de esa forma la acción de
iones agresivos presentes en el medio o producidos por el
metabolismo microbiano; como es el caso de la corrosión
microbiológica de aleaciones de aluminio en los sistemas
agua / combustibles.

2.2.6.2.1. Métodos de Prevención y
Protección de la Corrosión
Microbiológica

Los sistemas empleados para prevenir los casos de
corrosión causados por los microorganismos generalmente
consideran más el aspecto electroquímico del
proceso que el microbiológico. Así, los
métodos convencionales como el uso de cubiertas
protectoras o la protección catódica, se emplean
con frecuencia.

La eliminación del microorganismo causante del
problema es difícil de lograr en suelos o sistemas
abiertos, mientras que en tanques o sistemas cerrados puede ser
más factible por medio de bactericidas.

Desde el punto de vista microbiológico, se puede
atacar el problema en dos aspectos fundamentales:

• a) Destruyendo o inhibiendo el crecimiento o la
  actividad metabólica de los microorganismos mediante
  el añadido de sustancia bactericidas al
  medio.

• b) Modificando las características del
  ambiente donde se desarrolla el proceso de corrosión
  para hacerlo inadecuado al desarrollo de los m.o.
  perjudiciales (aireación en el caso de las bacterias
  anaeróbicas, pH alejado del óptimo para el
  desarrollo, etc).

En el caso de los bactericidas se debe procurar que
cumplan con los siguientes requisitos:

Especificidad adecuada sobre el microorganismo.
Capacidad para mantener su acción inhibidora frente a
otras sustancias presentes en el medio, en similares condiciones
de pH y temperatura, no debiendo desarrollar tolerancia por parte
del microorganismo. No ser corrosivo para el sistema donde debe
usarse.

En el caso de las bacterias reductoras de sulfatos, los
cromatos se emplearon con éxito, sobre todo considerando
que son buenos inhibidores de la corrosión.

Otros inhibidores empleados son clorofenoles, poliaminas
y en el caso de los tanques de aviación, el etilenglicol
monometiléter (EGME) y los compuestos orgánicos del
boro resultaron altamente efectivos, considerando además
las propiedades anticongelantes.

La otra manera de lograr contrarrestar la acción
de las bacterias con relación al proceso de
corrosión se logra modificando las características
del medio, para hacerlo de esa manera inadecuado al desarrollo de
las bacterias. La forma de conseguirlo sería:

Remoción de los metabolitos esenciales a las
bacterias (eliminación de las fuentes de azufre para los
tiobacilos, por ejemplo) modificación de la
concentración de oxígeno (en el caso de las
bacterias anaeróbicas la aireación puede ser
efectiva para inhibir el crecimiento bacteriano).

Las condiciones de ligera alcalinidad pueden ser
útiles en el caso del hierro o acero, y es posible
alcanzar esa condición en suelos añadiendo cal o
carbonato de calcio.

Otro método al cual se recurre comúnmente
es el uso de cubiertas protectoras, es decir, alguna capa o
recubrimiento que aísle el metal del medio ambiente
corrosivo. Su elección deberá ser tal que contemple
la característica física, química y
bacteriológica del medio ambiente.

2.2.6.3. Corrosión
Electroquímica

A la temperatura ambiente la velocidad de
oxidación de los metales es en general lenta. Sin embargo,
es sabido que a esta temperatura la velocidad puede ser muy
elevada. Esto se debe a la acción de un mecanismo de
ataque que no se había considerado hasta ahora. A la
temperatura ambiente la forma de corrosión más
frecuente es de índole electroquímica.

La hipótesis de que la corrosión es un
proceso electroquímico es bastante antigua. La idea
surgió como resultado de los primeros trabajos con pilas
galvánicas, y se supuso que durante la corrosión
actuaban micro pilas en el metal. La demostración
cuantitativa de la relación entre corrientes
eléctricas y ataque de metales en corrosión se debe
a Evans; quien demostró que durante la corrosión se
cumplen con las Leyes de Faraday.

2.2.6.3.1. Origen de las corrientes eléctricas
durante la corrosión

En los procesos de corrosión
electroquímica sucede que, en general, circulan sobre el
material expuesto a corrosión corrientes eléctricas
que originan el ataque. Las causas más frecuentes
son:

• a) Dos o más metales distintos en
  contacto. (Corrosión galvánica). Tal como
  ocurre con el aluminio en contacto con el cobre o con el
  grafito.

• b) Presencia de fases diferentes en una misma
  aleación. Por ejemplo aleaciones termotratables de
  aluminio, aceros inoxidables sensibilizados, etc.

• c) Presencia de capas de óxidos
  conductores de electrones. Por ejemplo, óxido de
  laminación en chapas de hierro, o capas de aceite
  carbonizado en el interior de los tubos de cobre.

• d) Diferentes grados de aireación de una
  pieza metálica. Se observa que las zonas en que
  escasea el oxígeno se comportan como ánodos
  cuando están unidas a otras zonas con buena
  aireación.

• e) Corrientes inducidas por circuitos
  eléctricos mal aislados. Tal es el caso de las
  corrientes vagabundas en estructuras metálicas
  enterradas.

• f) Presencia de oxidantes en el medio, que
  causan la disolución electroquímica de un metal
  aún cuando este sea puro, sin segundas fases, y
  aislado de otros metales.

Figura 2.1. Diferentes tipos de
corrosión.

2.2.6.4. Ataque localizado de metales

Hasta aquí hemos visto procesos de
corrosión homogénea. En todos los casos el metal
era atacado con igual velocidad en toda su superficie. Pero
también se dijo anteriormente que la forma más
grave de corrosión es el ataque localizado.

El ataque localizado aparece siempre como resultado de
una heterogeneidad del sistema. Debido a ella, una zona del metal
es atacada más rápidamente que las otras. La
heterogeneidad puede existir en el metal o puede producirse en el
medio corrosivo, por lo que se puede intentar una
clasificación.

2.2.6.4.1. Picado

El ataque por picado es una forma de corrosión
muy localizada. Se presenta como un ataque muy intenso en
áreas del orden del milímetro cuadrado, en tanto
que en el resto del metal permanece pasivo. La velocidad de
ataque en la picadura puede ser de 30000 a un millón de
veces mayor que el resto de la superficie. Se ha observado dentro
de las picaduras, densidades de corriente de 0,1 a 10 A/cm2, en
tanto, que en la superficie pasiva, en el exterior de la
picadura, la densidad de corriente es del orden de 10-6
A/cm2.

Para que ocurra el picado se necesita que el medio
corrosivo contenga ciertos aniones que suelen calificarse
agresivos. El anión que aparece con más frecuencia
como causante del picado es el cloruro. Esto se debe a su amplia
distribución en la naturaleza. Sin embargo, también
causan picado otros aniones tales como bromuros, ioduros,
percloratos, etc.

En general se observa que los iones agresivos son
aniones de ácidos fuertes.

Un factor importante es el tipo y concentración
de los otros aniones presentes en la solución. Se ha
observado que el agregado de ciertos aniones produce grandes
desplazamientos en el potencial de picado y hasta llega a evitar
por completo el picado. En acero inoxidable se observa que la
propensión al picado por cloruros desaparece si se agrega
a la solución una concentración determinada de
ciertos aniones, como nitrato, perclorato, cromato o
sulfato.

La eficiencia inhibitoria de distintos aniones en el
picado del acero inoxidable en cloruros decreciente del siguiente
modo:

Oxhidrilo > Nitrato > Sulfato >
Perclorato

2.2.6.4.2. Efecto de la composición de la
aleación sobre el potencial de picado

La composición del metal o aleación afecta
sensiblemente el potencial de picado. Por ejemplo, el potencial
de picado del aluminio en cloruros aumenta si dicho metal se alea
con Cu, no es afectado por Mg, pero disminuye sensiblemente si se
alea con Zn.

En aleaciones de Fe-Cr, al variar el contenido de cromo
de 25 a 40%, el potencial de picado en cloruros sube de +0,2 a
+0, 9 V. Teniendo en cuenta que el potencial a que se inicia la
reacción catódica de reducción del
oxígeno en soluciones neutras es de +0, 11 V, resulta que
las aleaciones de Fe-35%Cr no mostrará picado en
soluciones neutras de cloruros (por ejemplo, agua de
mar).

La adición de 2, 4% de molibdeno a un acero
inoxidable austenítico aumenta el potencial de picado de
+0,28 a +0, 73 V, esto explica la buena resistencia a la
corrosión en cloruros de los aceros inoxidables del tipo
AlSI 316, cuya composición aproximada es:
Fe-18%Cr-8%Ní – 2,4%Mo.

2.2.6.4.3. Mecanismo de picado

Al corroerse, el metal pasa a la solución en
forma de iones:

Donde L, es el anión de un ácido
débil, por ejemplo acetato, borato, silicato, etc. La
reacción consumirá los protones producidos por la
reacción (2), y no habrá modificaciones importantes
del pH como resultado de la reacción (1).

En cambio, si el medio contiene sólo aniones de
ácidos fuertes, tales como sulfatos, cloruros, bromuros,
etc.

Los aniones no captan protones según la
reacción (3). De este modo al sumarse las reacciones (2) y
(1) se ve que el proceso de corrosión lleva una
acumulación de protones, o sea, a la formación de
una zona de acidificación localizada.

Tal como vimos en los diagramas de Pourbaix, una
disminución del pH hace que los óxidos que pasivan
el metal dejen de ser estables y el metal se desapasive. De esta
forma, si la disolución del metal ocurre en presencia de
sales fuertes, se producen acidificaciones localizadas
conducentes a la desapasivación del metal y al
picado.

Se vio también que los iones de los ácidos
débiles se oponen a la acidificación localizada
mediante la reacción (3), y actúan como inhibidores
del picado. Tal es el caso de los cromatos, boratos, carbonatos,
etc. que inhiben el picado en presencia de cloruros.

Todo anión que impida la acidificación
localizada actuará como inhibidor de picado. Esta
inhibición puede producirse también con aniones de
ácidos fuertes que pueden descomponerse, tales como los
nitratos. El ión nitrato, en medio ácido, como el
que se encuentra dentro de la picadura, reacciona del siguiente
modo:

Esta reacción consume muchos protones e impide la
acidificación localizada. Por esta razón los
nitratos inhiben el picado del aluminio inmerso en una
solución de cloruros. El nitrato además es un
anión de ácido fuerte, por lo que también
puede producir picado.