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Universidad Nacional experimental
Francisco de Miranda
Área de Tecnología
Programa de Ingeniería Química.
Departamento de Energética.
Unidad Curricular: Corrosión.
Guía 1. Generalidades del proceso corrosivo.
Elaborado por:
Dr. Cornelio Martínez
Punto fijo , Junio de 2021
Unidad 1. Generalidades del proceso corrosivo.
1.1 Introducción sobre la corrosión.
La corrosión se define de diferentes maneras, pero la interpretación habitual del término
es "un ataque a un material metálico por reacción con su entorno". El concepto de
corrosión también se puede usar en un sentido más amplio, donde esto incluye el ataque
contra materiales no metálicos.
La corrosión de materiales metálicos se puede dividir en tres (3) grandes grupos:
1) Corrosión húmeda, donde el ambiente corrosivo es agua que contiene especies
disueltas. El líquido es un electrolito y el proceso es de naturaleza
electroquímica.
2) Corrosión en otros fluidos como sales y metales fundidos.
3) Corrosión seca, donde el ambiente corrosivo es un gas seco. Es frecuentemente
llamada corrosión química y el principal ejemplo es la corrosión a altas
temperaturas.
Las graves consecuencias del proceso de corrosión se han convertido en un problema de
importancia mundial. Además de nuestros encuentros diarios con esta forma de
degradación, la corrosión provoca paradas de planta, desperdicio de recursos valiosos,
pérdida o contaminación del producto, reducción de la eficiencia del proceso,
mantenimiento y diseño excesivamente costosos; También pone en peligro la seguridad
e inhibe el progreso tecnológico.
Los problemas de corrosión combinados con las responsabilidades distribuidas en entre
los diferentes actores, aumentan la complejidad del tema. El control de la corrosión se
logra mediante el reconocimiento y la comprensión de los mecanismos de corrosión,
mediante el uso de materiales y diseños resistentes y mediante el uso de sistemas,
dispositivos y tratamientos de protección. Las principales corporaciones, industrias y
agencias gubernamentales han establecido grupos y comités para ocuparse de los
problemas relacionados con la corrosión, pero en muchos casos las responsabilidades se
distribuyen entre los fabricantes o productores de sistemas y sus usuarios. Esta situación
puede provocar negligencia y ser bastante costosa en términos de dólares y vidas
humanas.
1.2 Los costos de la corrosión.
Si bien los costos atribuidos a daños por corrosión de todo tipo se estiman en el orden
del 3 al 5 por ciento del producto nacional bruto (PNB) de los países industrializados,
las responsabilidades asociadas con estos problemas a veces son bastante difusas. Desde
el primer informe significativo realizado por Uhlig en 1949 de que el costo de la
corrosión para las naciones es realmente grande, la conclusión de todos los estudios
subsiguientes ha sido que la corrosión representa una carga constante para el PNB de
una nación. Una conclusión del informe de 1971 del Reino Unido patrocinado por el
gobierno presidido por Hoar fue que una buena fracción de las fallas de corrosión era
evitables y que una mejor educación y preparación en este ámbito es la mejor manera de
abordar la prevención de la corrosión.
La corrosión de los metales costó a la economía de los Estados Unidos casi $ 300 mil
millones por año a precios de 1995. La aplicación de materiales resistentes a la
corrosión y las mejores prácticas técnicas relacionadas con la corrosión podrían reducir
aproximadamente un tercio de estos costos. Estas estimaciones son el resultado de una
investigación realizada por científicos de Battelle sobre un estudio anterior publicado en
1978. El trabajo inicial, basado en un modelo elaborado de más de 130 sectores
económicos, reveló que la corrosión metálica costó a los Estados Unidos 82,000
millones de dólares en 1975, o 4.9 por ciento de su PNB. También se encontró que el 60
por ciento de ese costo era inevitable. Se dijo que los $ 33 mil millones restantes (40 por
ciento) eran "evitables" y se incurrían por no usar las mejores prácticas conocidas en ese
momento.
En el estudio original deBattelle, casi el 40 % de los costos de corrosión metálica de
1975 se atribuyeron a la producción, uso y mantenimiento de vehículos motorizados.
Ningún otro sector representó el 4% del total, y la mayoría de los sectores contribuyó
con menos del 1 %. El estudio Battelle de 1995, indicó que el sector de vehículos
motorizados probablemente había realizado el mayor esfuerzo anticorrosivo de
cualquier industria en particular. Se han logrado avances en el uso de aceros
inoxidables, metales recubiertos y en acabados protectores. Además, varias
sustituciones de materiales hechas principalmente por razones de reducción de peso
también han reducido la corrosión. Además, el panel estimó que el 15 % de los costos
de corrosión que antes eran inevitables se pueden reclasificar como evitables. Se estima
que la industria ha eliminado aproximadamente el 35 % de su corrosión "evitable" por
la mejora de sus prácticas. La Tabla I.1 resume los costos atribuidos a la corrosión
metálica en los Estados Unidos en estos dos estudios.
1.3. Ejemplos de daños catastróficos por corrosión.
1.3.1 Explosión de alcantarillado, México.
Un ejemplo de daños por corrosión con responsabilidades compartidas fue la explosión
de alcantarillado que mató a más de 200 personas en Guadalajara, México, en abril de
1992. Además de las muertes, la serie de explosiones dañó 1600 edificios e hirió a 1500
personas. Los costos de daños se estimaron en 75 millones de dólares estadounidenses.
La explosión de la alcantarilla se debió a la instalación de una tubería de agua por parte
de un contratista varios años antes de la explosión que goteaba agua en una línea de
gasolina que se encontraba debajo. La posterior corrosión de la tubería de gasolina, a su
vez, causó una fuga de gasolina en las alcantarillas. El fiscal general mexicano solicitó
cargos por homicidio por negligencia contra cuatro funcionarios de Pemex, la compañía
petrolera estatal. También se mencionaron tres representantes del sistema de
alcantarillado regional y el alcalde de la ciudad. (ver video “ segundos catastróficos
infierno en Guadalajara de Natgeo” disponible en:
https://www.youtube.com/watch?v=DMqFA_bkFEc).
1.3.2 Pérdida de aviones de combate USAF F16
Este ejemplo ilustra un caso que ha creado problemas en la flota de aviones de combate
USAF F16. La grasa que contiene grafito es un lubricante muy común, porque el grafito
está fácilmente disponible en las industrias del acero. La alternativa, una formulación
que contiene disulfuro de molibdeno, es mucho más costosa. Desafortunadamente, la
grasa de grafito es bien conocida por causar corrosión inducida galvánicamente en las
parejas bimetálicas. En una flota de más de 3000 aviones de combate de un solo motor
F16 USAF, la grasa de grafito fue utilizada por un contratista a pesar de que una orden
general de la Fuerza Aérea prohibió su uso en aviones. Al operar las aletas, el lubricante
se extruyó en una parte de la Aeronave en las que el control de la válvula de cierre de la
línea de combustible era por medio de conectores eléctricos hechos de una combinación
de pasadores de acero chapados en oro y estaño. En muchos casos, la corrosión se
produjo entre estos metales y causó la pérdida del control de la válvula, lo que corta el
combustible al motor en medio del vuelo. Se cree que al menos siete aviones se han
perdido de esta manera, además de una multitud de otros accidentes cercanos y un
enorme costo adicional de mantenimiento.
1.3.3 El incidente del avión Aloha
La falla estructural del 28 de abril de 1988 de un Boeing 737 de 19 años de servicio,
operado por las aerolíneas Aloha, fue un evento definitorio para crear conciencia sobre
el envejecimiento de las aeronaves tanto en el dominio público como en la comunidad
aeronáutica. Este avión perdió una gran parte del fuselaje superior cerca de la parte
delantera del avión en pleno vuelo a 24,000 pies. Milagrosamente, el piloto logró
aterrizar el avión en la isla de Maui, Hawai. Una azafata perdió la vida. Se detectaron
múltiples grietas por fatiga en la estructura del avión, en los orificios de la fila superior
de remaches en varias juntas de solape de fuselaje. Las juntas traslapadas unen grandes
paneles y se extienden longitudinalmente a lo largo del fuselaje. No se anticipó que el
agrietamiento por fatiga fuera un problema, siempre que los paneles superpuestos
permanecieran fuertemente unidos entre sí. La inspección de otras aeronaves similares
reveló problemas de desunión, corrosión y agrietamiento en las uniones.
Los procesos de corrosión y la subsiguiente acumulación de productos voluminosos de
corrosión dentro de las juntas de las solapas, conducen a un “acolchado”, por lo que las
superficies de contacto se separan. Se ha desarrollado una instrumentación especial para
detectar esta condición peligrosa. Este problema en los aviones no desaparecerá, incluso
si las líneas aéreas ordenaran un número sin precedentes de aviones nuevos. Los aviones
más antiguos rara vez se desechan, y los que son reemplazados por algunos operadores
probablemente terminarán en servicio con otro operador. Por lo tanto, los problemas de
seguridad con respecto al envejecimiento de las aeronaves deben entenderse bien, y los
programas de seguridad deben aplicarse de manera consistente y rigurosa.
Figura 1. Accidente vuelo 243 AlohaAirlines
1.3.4 El MV KIRKI.
Otro ejemplo de grandes pérdidas por corrosión que se podrían haber evitado y que se
llamó la atención del público en numerosas ocasiones desde la década de 1960 está
relacionado con el diseño, construcción y las prácticas operativas de los buques
cargueros. En 1991, más de 44 grandes buques cargueros se perdieron o sufrieron daños
críticos y más de 120 marineros perdieron la vida. Un caso muy visible fue el MV
KIRKI, construido en España en 1969 según los diseños daneses. En 1990, mientras
operaba en la costa de Australia, la sección de proa completa se desprendió del barco.
Milagrosamente, no se perdieron vidas, hubo poca contaminación y el barco fue
rescatado.
A lo largo de este período, parece ser una práctica común no usar recubrimientos ni
protección catódica dentro de los tanques de lastre. No es sorprendente, por lo tanto, que
se obtuviera evidencia de que la corrosión grave había reducido en gran medida el
grosor de la placa y que esto, combinado con un diseño deficiente a la carga de fatiga,
fue la causa principal de la falla. El caso llevó a un informe del gobierno australiano
llamado "Ships of Shame." MV KIRKI no es un caso aislado. Ha habido muchos otros
que involucran grandes fallas catastróficas, aunque en muchos casos hay poca o ninguna
evidencia sólida cuando los barcos llegan al fondo.
1.3.5 Corrosión de la infraestructura.
Uno de los desastres de corrosión modernos más evidentes es el estado actual de
degradación de la infraestructura de América del Norte, particularmente en el cinturón
de nieve donde el uso de sales de deshielo para carreteras aumentó de 0.6M ton en 1950
a 10.5M ton en 1988. La integridad estructural de miles de puentes, caminos, pasos
elevados y otras estructuras de concreto se han visto afectados por la corrosión, que
requieren urgentemente reparaciones costosas para garantizar la seguridad pública. Un
informe del Departamento de Transporte de Nueva York indicó que, para el año 2010,
el 95 % de todos los puentes de Nueva York serían deficientes si el mantenimiento se
mantuviera al mismo nivel que en 1981.
La rehabilitación de dichos puentes se ha convertido en una importante práctica de
ingeniería. Pero los problemas de corrosión del hormigón armado se extienden mucho
más allá de la infraestructura de transporte. Una encuesta de edificios colapsados
durante el período de 1974 a 1978 en Inglaterra mostró que la causa inmediata de falla
de al menos ocho estructuras, que tenían entre 12 y 40 años de servicio, fue la corrosión
del acero de refuerzo o pretensado. El deterioro de los garajes de estacionamiento se ha
convertido en una preocupación importante en Canadá. De los 215 garajes encuestados
recientemente, casi todos sufrieron diversos grados de deterioro debido a la corrosión
por refuerzo, que fue el resultado de prácticas de diseño y construcción que no
cumplieron con los requisitos ambientales. También se afirma que casi todos los garajes
construidos en Canadá hasta hace muy poco tiempo por métodos convencionales
requerirán rehabilitación a un costo que exceda los $ 3 mil millones. El problema
seguramente se extiende al norte de los Estados Unidos. En Nueva York, por ejemplo,
la gravedad del problema de corrosión de los garajes de estacionamiento se reveló
dramáticamente durante la investigación que siguió al ataque con bomba en el
estacionamiento subterráneo del WorldTrade Center.
1.4. Importancia de la prevención de la corrosión.
La tecnología de los materiales es una parte muy vital de la tecnología moderna. El
desarrollo tecnológico a menudo está limitado por las propiedades de los materiales y el
conocimiento sobre ellos. Algunas propiedades, como las que determinan el
comportamiento de la corrosión, son las más difíciles de describir y controlar. En
general, el desarrollo de la sociedad y la industria modernas ha llevado a una mayor
demanda de ingenieros con conocimientos especializados en corrosión. Hay un número
de razones para esto:
a) La aplicación de nuevos materiales requiere nuevos conocimientos de corrosión.
b) La producción industrial ha provocado la contaminación, la acidificación y el
aumento de la corrosividad del agua y la atmósfera.
c) Los materiales más resistentes, las secciones transversales más delgadas y el cálculo
más preciso de las dimensiones hacen que sea relativamente más costoso agregar un
margen de corrosión al espesor.
d) El uso generalizado de la soldadura ha aumentado el número de problemas de
corrosión.
e) El desarrollo de sectores industriales como la producción de energía nuclear y la
extracción de petróleo y gas en alta mar ha requerido reglas y controles más estrictos.
f) Considerando el futuro, debe notarse que la mayoría de los métodos para la
producción de energía alternativa implicarán problemas de corrosión.
El costo de la corrosión en los países industrializados se ha estimado en alrededor de 3 a
4% del producto nacional bruto. Se ha estimado además que aproximadamente el 20%
de esta pérdida podría haberse ahorrado mediante un mejor uso de los conocimientos
existentes en protección contra la corrosión, diseño, etc. En otras palabras, existe una
demanda de investigación aplicada, educación, información, transferencia de
conocimiento y tecnología, y desarrollo técnico. La enseñanza, donde se pone un énfasis
considerable en las conexiones entre los problemas prácticos y los principios científicos
básicos, se considera de vital importancia (ver Sección 1.2).
El tratamiento de la superficie para proteger las estructuras de acero representa un gran
gasto económico. En la plataforma continental noruega, estos gastos fueron de
aproximadamente 100 millones de libras anuales hasta 1987-88. (Esto excluye el costo
de prevenir la corrosión en los sistemas de proceso). Por medio de un mayor
conocimiento y control consciente por parte de las compañías petroleras, esta cantidad
se redujo a la mitad en 1994. Se puede obtener una reducción adicional en el costo en
función del ciclo de vida Análisis y evaluación de las necesidades reales de tratamiento
de superficies en cada parte de las instalaciones (mantenimiento selectivo).
1.5 Efecto del factor humano sobre las fallas de los materiales por corrosión.
Los efectos de las fallas de corrosión en el rendimiento del mantenimiento de los
materiales a menudo se minimizarían si el monitoreo de la vida y el control de los
factores ambientales y humanos complementaran los diseños eficientes. Cuando un
sistema de ingeniería funciona de acuerdo con la especificación, se establece una
interacción de tres vías con entradas complejas y variables de personas (p), materiales
(m) y entornos (e). Se ha intentado traducir este concepto en un árbol de fallas (el árbol
simple presentado en la Fig. 1.1) donde la consecuencia, o evento principal, una falla de
corrosión, se puede representar combinando los tres elementos contribuyentes
anteriores. En esta representación, la probabilidad de evento superior (Psf) se puede
evaluar con álgebra booleana, lo que lleva a la ecuación. (1.1) donde Pm y Pe son,
respectivamente, la probabilidad de falla causada por los materiales y por el ambiente, y
Factorp describe la influencia de las personas en la vida útil de un sistema. En la
ecuación (1.1), Factorp puede ser inhibidor (Factorp<1) o agravante (Factorp>1):
(1.1)
La justificación para incluir el elemento de personas como una puerta de inhibición o un
evento condicional en el árbol de corrosión debe ser obvia (es decir, la corrosión es un
proceso natural que no requiere la intervención humana). Lo que podría definirse como
fallas puramente mecánicas ocurre cuando Pm es alto y Pe es bajo. La mayoría de los
sistemas de ingeniería bien diseñados en los que Pe es aproximadamente cero (0) logran
buenos niveles de confiabilidad. Los sistemas más exitosos suelen ser aquellos en los
que la influencia ambiental es muy pequeña y lo sigue siendo durante toda la vida útil
del servicio. Cuando Pe se convierte en una influencia significativa en un aumento de
Psf, la incidencia de fallas de corrosión normalmente también aumenta.
Es difícil lograr en la práctica la minimización de Psf solo a través del diseño debido a la
cantidad de formas en que Pm, Pe y Factorp pueden variar durante la vida útil del
sistema. Los tipos de personas que pueden afectar la vida y el rendimiento de los
sistemas de ingeniería se han agrupado en seis categorías (Tabla I.2). La Tabla I.2
también contiene una breve descripción de las principales contribuciones que cada
categoría de personas puede contribuir al Éxito o fallo prematuro de un sistema. La
tabla I.3 presenta un resumen de los métodos de control de corrosión con una indicación
de la responsabilidad asociada.
Tabla I.2 Posiciones y sus responsabilidades relativas en la gestión del sistema.
Procurador
¿Cuál es el sistema principal que se está especificando?
¿Cuál es la función del sistema principal?
¿El presupuesto introdujo compromiso en el diseño?
¿Cómo se incorporó un subsistema en el sistema principal?
¿La envolvente de los subsistemas se ajusta al sistema principal?
Diseñador
¿Para qué se especifica el subsistema?
¿Cuál es la función del subsistema?
¿Cuál es la selección óptima de materiales?
¿Se ha aplicado la definición correcta del entorno operativo?
¿De qué manera se fabricará el componente?
¿Cuál es el mejor diseño geométrico?
¿Se han especificado operaciones de acabado, recubrimientos de protección o técnicas de
control de corrosión?
¿Se han especificado las condiciones operativas correctas?
¿Se ha especificado el mejor programa de mantenimiento?
¿El diseño incorpora características que permiten seguir los procedimientos de
mantenimiento correctos?
Fabricante
¿Se usaron los mismos materiales que se especificaron originalmente?
¿Se ajustaron los materiales de partida comprados a las especificaciones del pedido?
¿Se ha realizado correctamente el proceso de fabricación?
¿Se ha reproducido con precisión el diseño y se han seguido con precisión las
especificaciones de los materiales?
¿Se han utilizado las técnicas correctas?
¿Se han empleado las técnicas de unión más adecuadas?
¿Se han implementado las condiciones / recubrimientos específicos necesarios para un
rendimiento óptimo?
¿Se ajustó el componente a los estándares de control de calidad apropiados?
¿Se implementó correctamente el esquema de montaje correcto del subsistema para que la
instalación se pueda realizar correctamente?
Instalador
¿Se ha instalado el sistema según las especificaciones?
¿Se ha seguido el procedimiento correcto de ajuste al trabajo?
¿Se han identificado nuevas características en el entorno que puedan ejercer una influencia y
no fueron previstas por el proceso de diseño?
Instalador.
Mantenedor
¿Se ha seguido el programa de mantenimiento correcto?
¿Se han usado los repuestos correctos en las reparaciones?
¿Se han realizado los procedimientos de mantenimiento correctos?
¿Se ha monitoreado correctamente la condición del sistema?
Usuario
¿Se ha utilizado el sistema dentro de las condiciones especificadas?
¿Existe un historial de fallas similares o es un hecho aislado?
¿Existen condiciones agravantes cuando el sistema no está en uso?
¿Hay alguna evidencia de que el sistema no haya sido sobreusado por personal no
autorizado?
TABLA I.3 Esquema de los métodos de control de la corrosión.
Método Responsabilidad
Selección de materiales
Selección de metal o aleación (en material no
metálico) para las condiciones ambientales
particulares (composición, temperatura, velocidad,
etc.), teniendo en cuenta las propiedades físicas y
mecánicas, la disponibilidad, el método de
fabricación y el costo general de la estructura.
Directa Gerencial
Diseñador Procurador
Diseño
Si el metal tiene que ser protegido, prever en el
diseño la aplicación de recubrimientos metálicos o
no metálicos o la protección anódica o catódica.
Diseñador Diseñador.
Contacto con otros materiales.
Evite el contacto entre los materiales quefaciliten la
corrosión (metal-metal o metal-no metal).
 Parejas bimetálicas en las que una gran
área de un metal más positivo (por
ejemplo, Cu) está en contacto con una
pequeña área de un metal menos noble
(por ejemplo, Fe, Zn o Al)
 Metales en contacto con materiales
absorbentes que mantienen condiciones
constantemente húmedas o, en el caso de
metales pasivos, que excluyen el oxígeno.
 Contacto (o envolvente en un espacio
confinado) con sustancias que emiten
vapores corrosivos (por ejemplo, ciertas
maderas y plásticos)
Diseñador y
Usuario
Diseñador y Usuario
Factores Mecánicos.
Evite las tensiones (magnitud y tipo) y las
condiciones ambientales que provocan
Diseñador y
usuario
Diseñador y usuario
agrietamiento debidoa la corrosión por tensión, por
fatiga o por fricción.
Revestimientos.
Si el metal tiene una resistencia pobre a la corrosión
en el ambiente bajo consideración, haga previsiones
en el diseño para aplicar una
revestimiento protector adecuado, como:
 Productos de reacción de metales (p. Ej.,
Películas de óxido anódico en Al),
recubrimientos de fosfato en acero (para
pintura posterior o impregnación con
grasa), películas de cromato en metales
ligeros y aleaciones (Zn, Al, cd, Mg).
 Recubrimientos metálicos que forman
barreras protectoras (Ni, Cr) y también
protegen el sustrato por acción de
sacrificio (Zn, Al o cd sobre acero).
 Recubrimientos inorgánicos (por
ejemplo, esmaltes, vidrios, cerámicas)
Recubrimientos orgánicos (por
ejemplo, pinturas, plásticos, grasas).
Diseñador Diseñador.
Ambiente.
Haga que el ambiente sea menos agresivo
eliminando los componentes que facilitan la
corrosión; disminuir las temperaturas y disminuir la
velocidad; Donde sea posible, evitar el acceso de
agua y humedad.
 Para la corrosión atmosférica,
deshumidifique el aire, elimine las
partículas sólidas y agregue inhibidores de
corrosión volátiles (para el acero).
 Para la corrosión acuosa, elimine el
O2disuelto, aumente el pH (para los
aceros), agregue inhibidores.
Diseñador y
usuario
Diseñador y usuario
Potencial interfacil.
Proteja el metal de forma catódica haciendo que el
potencial interfacial sea lo suficientemente negativo
por (1) ánodos de sacrificio o (2) corriente impresa.
Instalador y
usuario.
Instalador y usuario.
Proteja el metal al hacer que el potencial interfacial
sea lo suficientemente positivo como para causar
pasivación (confinado a los metales que se pasivan
en el medio ambiente considerado).
Prueba de corrosión y seguimiento.
Cuando no hay información sobre el
comportamiento de un metal o aleación o una
fabricación en condiciones ambientales específicas
(una aleación recién formulada y / o un nuevo
entorno), es esencial realizar pruebas de corrosión.
Monitoree la composición del ambiente, la tasa de
corrosión del metal, el potencial interfacial, etc.,
para asegurar que el control sea efectivo.
Diseñador Diseñador y usuario.
Supervisión e inspección.
Asegúrese de que la aplicación de un revestimiento
protector (aplicado in situ o en una fábrica) esté
adecuadamente supervisada e inspeccionada de
acuerdo con la especificación o el código de
práctica(normas).
Diseñador y
usuario.
Usuario.
Sin embargo, la influencia de las personas en un fracaso es extremadamente difícil de
predecir, ya que está sujeto al alto nivel de variabilidad en la toma de decisiones
humanas. La mayoría de los sistemas de ingeniería bien diseñados funcionan de acuerdo
con las especificaciones, en gran parte debido a que las interacciones de las personas
con estos sistemas están estrictamente controladas y administradas durante toda la vida
útil de los sistemas. La figura I.2 desglosa las causas responsables de las fallas
investigadas por una gran industria de procesos.
Figura I.2 Gráfica circular de la atribución de la responsabilidad por fallas de corrosión
investigadas por una gran empresa química. Falta o incorrecta especificación 16%, Falta
de prueba (36%), Mala inspección (10%), Pobre planificación y coordinación (14%),
Error humano (12%), Imprevisibles (8%) y otras causas (4%).

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  • 1. Universidad Nacional experimental Francisco de Miranda Área de Tecnología Programa de Ingeniería Química. Departamento de Energética. Unidad Curricular: Corrosión. Guía 1. Generalidades del proceso corrosivo. Elaborado por: Dr. Cornelio Martínez Punto fijo , Junio de 2021
  • 2. Unidad 1. Generalidades del proceso corrosivo. 1.1 Introducción sobre la corrosión. La corrosión se define de diferentes maneras, pero la interpretación habitual del término es "un ataque a un material metálico por reacción con su entorno". El concepto de corrosión también se puede usar en un sentido más amplio, donde esto incluye el ataque contra materiales no metálicos. La corrosión de materiales metálicos se puede dividir en tres (3) grandes grupos: 1) Corrosión húmeda, donde el ambiente corrosivo es agua que contiene especies disueltas. El líquido es un electrolito y el proceso es de naturaleza electroquímica. 2) Corrosión en otros fluidos como sales y metales fundidos. 3) Corrosión seca, donde el ambiente corrosivo es un gas seco. Es frecuentemente llamada corrosión química y el principal ejemplo es la corrosión a altas temperaturas. Las graves consecuencias del proceso de corrosión se han convertido en un problema de importancia mundial. Además de nuestros encuentros diarios con esta forma de degradación, la corrosión provoca paradas de planta, desperdicio de recursos valiosos, pérdida o contaminación del producto, reducción de la eficiencia del proceso, mantenimiento y diseño excesivamente costosos; También pone en peligro la seguridad e inhibe el progreso tecnológico. Los problemas de corrosión combinados con las responsabilidades distribuidas en entre los diferentes actores, aumentan la complejidad del tema. El control de la corrosión se logra mediante el reconocimiento y la comprensión de los mecanismos de corrosión, mediante el uso de materiales y diseños resistentes y mediante el uso de sistemas, dispositivos y tratamientos de protección. Las principales corporaciones, industrias y agencias gubernamentales han establecido grupos y comités para ocuparse de los problemas relacionados con la corrosión, pero en muchos casos las responsabilidades se distribuyen entre los fabricantes o productores de sistemas y sus usuarios. Esta situación
  • 3. puede provocar negligencia y ser bastante costosa en términos de dólares y vidas humanas. 1.2 Los costos de la corrosión. Si bien los costos atribuidos a daños por corrosión de todo tipo se estiman en el orden del 3 al 5 por ciento del producto nacional bruto (PNB) de los países industrializados, las responsabilidades asociadas con estos problemas a veces son bastante difusas. Desde el primer informe significativo realizado por Uhlig en 1949 de que el costo de la corrosión para las naciones es realmente grande, la conclusión de todos los estudios subsiguientes ha sido que la corrosión representa una carga constante para el PNB de una nación. Una conclusión del informe de 1971 del Reino Unido patrocinado por el gobierno presidido por Hoar fue que una buena fracción de las fallas de corrosión era evitables y que una mejor educación y preparación en este ámbito es la mejor manera de abordar la prevención de la corrosión. La corrosión de los metales costó a la economía de los Estados Unidos casi $ 300 mil millones por año a precios de 1995. La aplicación de materiales resistentes a la corrosión y las mejores prácticas técnicas relacionadas con la corrosión podrían reducir aproximadamente un tercio de estos costos. Estas estimaciones son el resultado de una investigación realizada por científicos de Battelle sobre un estudio anterior publicado en 1978. El trabajo inicial, basado en un modelo elaborado de más de 130 sectores económicos, reveló que la corrosión metálica costó a los Estados Unidos 82,000 millones de dólares en 1975, o 4.9 por ciento de su PNB. También se encontró que el 60 por ciento de ese costo era inevitable. Se dijo que los $ 33 mil millones restantes (40 por ciento) eran "evitables" y se incurrían por no usar las mejores prácticas conocidas en ese momento. En el estudio original deBattelle, casi el 40 % de los costos de corrosión metálica de 1975 se atribuyeron a la producción, uso y mantenimiento de vehículos motorizados. Ningún otro sector representó el 4% del total, y la mayoría de los sectores contribuyó con menos del 1 %. El estudio Battelle de 1995, indicó que el sector de vehículos motorizados probablemente había realizado el mayor esfuerzo anticorrosivo de cualquier industria en particular. Se han logrado avances en el uso de aceros inoxidables, metales recubiertos y en acabados protectores. Además, varias
  • 4. sustituciones de materiales hechas principalmente por razones de reducción de peso también han reducido la corrosión. Además, el panel estimó que el 15 % de los costos de corrosión que antes eran inevitables se pueden reclasificar como evitables. Se estima que la industria ha eliminado aproximadamente el 35 % de su corrosión "evitable" por la mejora de sus prácticas. La Tabla I.1 resume los costos atribuidos a la corrosión metálica en los Estados Unidos en estos dos estudios. 1.3. Ejemplos de daños catastróficos por corrosión. 1.3.1 Explosión de alcantarillado, México. Un ejemplo de daños por corrosión con responsabilidades compartidas fue la explosión de alcantarillado que mató a más de 200 personas en Guadalajara, México, en abril de 1992. Además de las muertes, la serie de explosiones dañó 1600 edificios e hirió a 1500
  • 5. personas. Los costos de daños se estimaron en 75 millones de dólares estadounidenses. La explosión de la alcantarilla se debió a la instalación de una tubería de agua por parte de un contratista varios años antes de la explosión que goteaba agua en una línea de gasolina que se encontraba debajo. La posterior corrosión de la tubería de gasolina, a su vez, causó una fuga de gasolina en las alcantarillas. El fiscal general mexicano solicitó cargos por homicidio por negligencia contra cuatro funcionarios de Pemex, la compañía petrolera estatal. También se mencionaron tres representantes del sistema de alcantarillado regional y el alcalde de la ciudad. (ver video “ segundos catastróficos infierno en Guadalajara de Natgeo” disponible en: https://www.youtube.com/watch?v=DMqFA_bkFEc). 1.3.2 Pérdida de aviones de combate USAF F16 Este ejemplo ilustra un caso que ha creado problemas en la flota de aviones de combate USAF F16. La grasa que contiene grafito es un lubricante muy común, porque el grafito está fácilmente disponible en las industrias del acero. La alternativa, una formulación que contiene disulfuro de molibdeno, es mucho más costosa. Desafortunadamente, la grasa de grafito es bien conocida por causar corrosión inducida galvánicamente en las parejas bimetálicas. En una flota de más de 3000 aviones de combate de un solo motor F16 USAF, la grasa de grafito fue utilizada por un contratista a pesar de que una orden general de la Fuerza Aérea prohibió su uso en aviones. Al operar las aletas, el lubricante se extruyó en una parte de la Aeronave en las que el control de la válvula de cierre de la línea de combustible era por medio de conectores eléctricos hechos de una combinación de pasadores de acero chapados en oro y estaño. En muchos casos, la corrosión se produjo entre estos metales y causó la pérdida del control de la válvula, lo que corta el combustible al motor en medio del vuelo. Se cree que al menos siete aviones se han perdido de esta manera, además de una multitud de otros accidentes cercanos y un enorme costo adicional de mantenimiento. 1.3.3 El incidente del avión Aloha La falla estructural del 28 de abril de 1988 de un Boeing 737 de 19 años de servicio, operado por las aerolíneas Aloha, fue un evento definitorio para crear conciencia sobre el envejecimiento de las aeronaves tanto en el dominio público como en la comunidad
  • 6. aeronáutica. Este avión perdió una gran parte del fuselaje superior cerca de la parte delantera del avión en pleno vuelo a 24,000 pies. Milagrosamente, el piloto logró aterrizar el avión en la isla de Maui, Hawai. Una azafata perdió la vida. Se detectaron múltiples grietas por fatiga en la estructura del avión, en los orificios de la fila superior de remaches en varias juntas de solape de fuselaje. Las juntas traslapadas unen grandes paneles y se extienden longitudinalmente a lo largo del fuselaje. No se anticipó que el agrietamiento por fatiga fuera un problema, siempre que los paneles superpuestos permanecieran fuertemente unidos entre sí. La inspección de otras aeronaves similares reveló problemas de desunión, corrosión y agrietamiento en las uniones. Los procesos de corrosión y la subsiguiente acumulación de productos voluminosos de corrosión dentro de las juntas de las solapas, conducen a un “acolchado”, por lo que las superficies de contacto se separan. Se ha desarrollado una instrumentación especial para detectar esta condición peligrosa. Este problema en los aviones no desaparecerá, incluso si las líneas aéreas ordenaran un número sin precedentes de aviones nuevos. Los aviones más antiguos rara vez se desechan, y los que son reemplazados por algunos operadores probablemente terminarán en servicio con otro operador. Por lo tanto, los problemas de seguridad con respecto al envejecimiento de las aeronaves deben entenderse bien, y los programas de seguridad deben aplicarse de manera consistente y rigurosa. Figura 1. Accidente vuelo 243 AlohaAirlines 1.3.4 El MV KIRKI.
  • 7. Otro ejemplo de grandes pérdidas por corrosión que se podrían haber evitado y que se llamó la atención del público en numerosas ocasiones desde la década de 1960 está relacionado con el diseño, construcción y las prácticas operativas de los buques cargueros. En 1991, más de 44 grandes buques cargueros se perdieron o sufrieron daños críticos y más de 120 marineros perdieron la vida. Un caso muy visible fue el MV KIRKI, construido en España en 1969 según los diseños daneses. En 1990, mientras operaba en la costa de Australia, la sección de proa completa se desprendió del barco. Milagrosamente, no se perdieron vidas, hubo poca contaminación y el barco fue rescatado. A lo largo de este período, parece ser una práctica común no usar recubrimientos ni protección catódica dentro de los tanques de lastre. No es sorprendente, por lo tanto, que se obtuviera evidencia de que la corrosión grave había reducido en gran medida el grosor de la placa y que esto, combinado con un diseño deficiente a la carga de fatiga, fue la causa principal de la falla. El caso llevó a un informe del gobierno australiano llamado "Ships of Shame." MV KIRKI no es un caso aislado. Ha habido muchos otros que involucran grandes fallas catastróficas, aunque en muchos casos hay poca o ninguna evidencia sólida cuando los barcos llegan al fondo. 1.3.5 Corrosión de la infraestructura. Uno de los desastres de corrosión modernos más evidentes es el estado actual de degradación de la infraestructura de América del Norte, particularmente en el cinturón de nieve donde el uso de sales de deshielo para carreteras aumentó de 0.6M ton en 1950 a 10.5M ton en 1988. La integridad estructural de miles de puentes, caminos, pasos elevados y otras estructuras de concreto se han visto afectados por la corrosión, que requieren urgentemente reparaciones costosas para garantizar la seguridad pública. Un informe del Departamento de Transporte de Nueva York indicó que, para el año 2010, el 95 % de todos los puentes de Nueva York serían deficientes si el mantenimiento se mantuviera al mismo nivel que en 1981. La rehabilitación de dichos puentes se ha convertido en una importante práctica de ingeniería. Pero los problemas de corrosión del hormigón armado se extienden mucho
  • 8. más allá de la infraestructura de transporte. Una encuesta de edificios colapsados durante el período de 1974 a 1978 en Inglaterra mostró que la causa inmediata de falla de al menos ocho estructuras, que tenían entre 12 y 40 años de servicio, fue la corrosión del acero de refuerzo o pretensado. El deterioro de los garajes de estacionamiento se ha convertido en una preocupación importante en Canadá. De los 215 garajes encuestados recientemente, casi todos sufrieron diversos grados de deterioro debido a la corrosión por refuerzo, que fue el resultado de prácticas de diseño y construcción que no cumplieron con los requisitos ambientales. También se afirma que casi todos los garajes construidos en Canadá hasta hace muy poco tiempo por métodos convencionales requerirán rehabilitación a un costo que exceda los $ 3 mil millones. El problema seguramente se extiende al norte de los Estados Unidos. En Nueva York, por ejemplo, la gravedad del problema de corrosión de los garajes de estacionamiento se reveló dramáticamente durante la investigación que siguió al ataque con bomba en el estacionamiento subterráneo del WorldTrade Center. 1.4. Importancia de la prevención de la corrosión. La tecnología de los materiales es una parte muy vital de la tecnología moderna. El desarrollo tecnológico a menudo está limitado por las propiedades de los materiales y el conocimiento sobre ellos. Algunas propiedades, como las que determinan el comportamiento de la corrosión, son las más difíciles de describir y controlar. En general, el desarrollo de la sociedad y la industria modernas ha llevado a una mayor demanda de ingenieros con conocimientos especializados en corrosión. Hay un número de razones para esto: a) La aplicación de nuevos materiales requiere nuevos conocimientos de corrosión. b) La producción industrial ha provocado la contaminación, la acidificación y el aumento de la corrosividad del agua y la atmósfera. c) Los materiales más resistentes, las secciones transversales más delgadas y el cálculo más preciso de las dimensiones hacen que sea relativamente más costoso agregar un margen de corrosión al espesor. d) El uso generalizado de la soldadura ha aumentado el número de problemas de corrosión.
  • 9. e) El desarrollo de sectores industriales como la producción de energía nuclear y la extracción de petróleo y gas en alta mar ha requerido reglas y controles más estrictos. f) Considerando el futuro, debe notarse que la mayoría de los métodos para la producción de energía alternativa implicarán problemas de corrosión. El costo de la corrosión en los países industrializados se ha estimado en alrededor de 3 a 4% del producto nacional bruto. Se ha estimado además que aproximadamente el 20% de esta pérdida podría haberse ahorrado mediante un mejor uso de los conocimientos existentes en protección contra la corrosión, diseño, etc. En otras palabras, existe una demanda de investigación aplicada, educación, información, transferencia de conocimiento y tecnología, y desarrollo técnico. La enseñanza, donde se pone un énfasis considerable en las conexiones entre los problemas prácticos y los principios científicos básicos, se considera de vital importancia (ver Sección 1.2). El tratamiento de la superficie para proteger las estructuras de acero representa un gran gasto económico. En la plataforma continental noruega, estos gastos fueron de aproximadamente 100 millones de libras anuales hasta 1987-88. (Esto excluye el costo de prevenir la corrosión en los sistemas de proceso). Por medio de un mayor conocimiento y control consciente por parte de las compañías petroleras, esta cantidad se redujo a la mitad en 1994. Se puede obtener una reducción adicional en el costo en función del ciclo de vida Análisis y evaluación de las necesidades reales de tratamiento de superficies en cada parte de las instalaciones (mantenimiento selectivo). 1.5 Efecto del factor humano sobre las fallas de los materiales por corrosión. Los efectos de las fallas de corrosión en el rendimiento del mantenimiento de los materiales a menudo se minimizarían si el monitoreo de la vida y el control de los factores ambientales y humanos complementaran los diseños eficientes. Cuando un sistema de ingeniería funciona de acuerdo con la especificación, se establece una interacción de tres vías con entradas complejas y variables de personas (p), materiales (m) y entornos (e). Se ha intentado traducir este concepto en un árbol de fallas (el árbol simple presentado en la Fig. 1.1) donde la consecuencia, o evento principal, una falla de corrosión, se puede representar combinando los tres elementos contribuyentes anteriores. En esta representación, la probabilidad de evento superior (Psf) se puede
  • 10. evaluar con álgebra booleana, lo que lleva a la ecuación. (1.1) donde Pm y Pe son, respectivamente, la probabilidad de falla causada por los materiales y por el ambiente, y Factorp describe la influencia de las personas en la vida útil de un sistema. En la ecuación (1.1), Factorp puede ser inhibidor (Factorp<1) o agravante (Factorp>1): (1.1) La justificación para incluir el elemento de personas como una puerta de inhibición o un evento condicional en el árbol de corrosión debe ser obvia (es decir, la corrosión es un proceso natural que no requiere la intervención humana). Lo que podría definirse como fallas puramente mecánicas ocurre cuando Pm es alto y Pe es bajo. La mayoría de los sistemas de ingeniería bien diseñados en los que Pe es aproximadamente cero (0) logran buenos niveles de confiabilidad. Los sistemas más exitosos suelen ser aquellos en los que la influencia ambiental es muy pequeña y lo sigue siendo durante toda la vida útil del servicio. Cuando Pe se convierte en una influencia significativa en un aumento de Psf, la incidencia de fallas de corrosión normalmente también aumenta. Es difícil lograr en la práctica la minimización de Psf solo a través del diseño debido a la cantidad de formas en que Pm, Pe y Factorp pueden variar durante la vida útil del sistema. Los tipos de personas que pueden afectar la vida y el rendimiento de los sistemas de ingeniería se han agrupado en seis categorías (Tabla I.2). La Tabla I.2
  • 11. también contiene una breve descripción de las principales contribuciones que cada categoría de personas puede contribuir al Éxito o fallo prematuro de un sistema. La tabla I.3 presenta un resumen de los métodos de control de corrosión con una indicación de la responsabilidad asociada. Tabla I.2 Posiciones y sus responsabilidades relativas en la gestión del sistema. Procurador ¿Cuál es el sistema principal que se está especificando? ¿Cuál es la función del sistema principal? ¿El presupuesto introdujo compromiso en el diseño? ¿Cómo se incorporó un subsistema en el sistema principal? ¿La envolvente de los subsistemas se ajusta al sistema principal? Diseñador ¿Para qué se especifica el subsistema? ¿Cuál es la función del subsistema? ¿Cuál es la selección óptima de materiales? ¿Se ha aplicado la definición correcta del entorno operativo? ¿De qué manera se fabricará el componente? ¿Cuál es el mejor diseño geométrico? ¿Se han especificado operaciones de acabado, recubrimientos de protección o técnicas de control de corrosión? ¿Se han especificado las condiciones operativas correctas? ¿Se ha especificado el mejor programa de mantenimiento? ¿El diseño incorpora características que permiten seguir los procedimientos de mantenimiento correctos? Fabricante ¿Se usaron los mismos materiales que se especificaron originalmente? ¿Se ajustaron los materiales de partida comprados a las especificaciones del pedido? ¿Se ha realizado correctamente el proceso de fabricación? ¿Se ha reproducido con precisión el diseño y se han seguido con precisión las especificaciones de los materiales? ¿Se han utilizado las técnicas correctas? ¿Se han empleado las técnicas de unión más adecuadas? ¿Se han implementado las condiciones / recubrimientos específicos necesarios para un rendimiento óptimo? ¿Se ajustó el componente a los estándares de control de calidad apropiados? ¿Se implementó correctamente el esquema de montaje correcto del subsistema para que la instalación se pueda realizar correctamente? Instalador ¿Se ha instalado el sistema según las especificaciones? ¿Se ha seguido el procedimiento correcto de ajuste al trabajo? ¿Se han identificado nuevas características en el entorno que puedan ejercer una influencia y no fueron previstas por el proceso de diseño? Instalador. Mantenedor ¿Se ha seguido el programa de mantenimiento correcto? ¿Se han usado los repuestos correctos en las reparaciones? ¿Se han realizado los procedimientos de mantenimiento correctos? ¿Se ha monitoreado correctamente la condición del sistema?
  • 12. Usuario ¿Se ha utilizado el sistema dentro de las condiciones especificadas? ¿Existe un historial de fallas similares o es un hecho aislado? ¿Existen condiciones agravantes cuando el sistema no está en uso? ¿Hay alguna evidencia de que el sistema no haya sido sobreusado por personal no autorizado? TABLA I.3 Esquema de los métodos de control de la corrosión. Método Responsabilidad Selección de materiales Selección de metal o aleación (en material no metálico) para las condiciones ambientales particulares (composición, temperatura, velocidad, etc.), teniendo en cuenta las propiedades físicas y mecánicas, la disponibilidad, el método de fabricación y el costo general de la estructura. Directa Gerencial Diseñador Procurador Diseño Si el metal tiene que ser protegido, prever en el diseño la aplicación de recubrimientos metálicos o no metálicos o la protección anódica o catódica. Diseñador Diseñador. Contacto con otros materiales. Evite el contacto entre los materiales quefaciliten la corrosión (metal-metal o metal-no metal).  Parejas bimetálicas en las que una gran área de un metal más positivo (por ejemplo, Cu) está en contacto con una pequeña área de un metal menos noble (por ejemplo, Fe, Zn o Al)  Metales en contacto con materiales absorbentes que mantienen condiciones constantemente húmedas o, en el caso de metales pasivos, que excluyen el oxígeno.  Contacto (o envolvente en un espacio confinado) con sustancias que emiten vapores corrosivos (por ejemplo, ciertas maderas y plásticos) Diseñador y Usuario Diseñador y Usuario Factores Mecánicos. Evite las tensiones (magnitud y tipo) y las condiciones ambientales que provocan Diseñador y usuario Diseñador y usuario
  • 13. agrietamiento debidoa la corrosión por tensión, por fatiga o por fricción. Revestimientos. Si el metal tiene una resistencia pobre a la corrosión en el ambiente bajo consideración, haga previsiones en el diseño para aplicar una revestimiento protector adecuado, como:  Productos de reacción de metales (p. Ej., Películas de óxido anódico en Al), recubrimientos de fosfato en acero (para pintura posterior o impregnación con grasa), películas de cromato en metales ligeros y aleaciones (Zn, Al, cd, Mg).  Recubrimientos metálicos que forman barreras protectoras (Ni, Cr) y también protegen el sustrato por acción de sacrificio (Zn, Al o cd sobre acero).  Recubrimientos inorgánicos (por ejemplo, esmaltes, vidrios, cerámicas) Recubrimientos orgánicos (por ejemplo, pinturas, plásticos, grasas). Diseñador Diseñador. Ambiente. Haga que el ambiente sea menos agresivo eliminando los componentes que facilitan la corrosión; disminuir las temperaturas y disminuir la velocidad; Donde sea posible, evitar el acceso de agua y humedad.  Para la corrosión atmosférica, deshumidifique el aire, elimine las partículas sólidas y agregue inhibidores de corrosión volátiles (para el acero).  Para la corrosión acuosa, elimine el O2disuelto, aumente el pH (para los aceros), agregue inhibidores. Diseñador y usuario Diseñador y usuario Potencial interfacil. Proteja el metal de forma catódica haciendo que el potencial interfacial sea lo suficientemente negativo por (1) ánodos de sacrificio o (2) corriente impresa. Instalador y usuario. Instalador y usuario.
  • 14. Proteja el metal al hacer que el potencial interfacial sea lo suficientemente positivo como para causar pasivación (confinado a los metales que se pasivan en el medio ambiente considerado). Prueba de corrosión y seguimiento. Cuando no hay información sobre el comportamiento de un metal o aleación o una fabricación en condiciones ambientales específicas (una aleación recién formulada y / o un nuevo entorno), es esencial realizar pruebas de corrosión. Monitoree la composición del ambiente, la tasa de corrosión del metal, el potencial interfacial, etc., para asegurar que el control sea efectivo. Diseñador Diseñador y usuario. Supervisión e inspección. Asegúrese de que la aplicación de un revestimiento protector (aplicado in situ o en una fábrica) esté adecuadamente supervisada e inspeccionada de acuerdo con la especificación o el código de práctica(normas). Diseñador y usuario. Usuario. Sin embargo, la influencia de las personas en un fracaso es extremadamente difícil de predecir, ya que está sujeto al alto nivel de variabilidad en la toma de decisiones humanas. La mayoría de los sistemas de ingeniería bien diseñados funcionan de acuerdo con las especificaciones, en gran parte debido a que las interacciones de las personas con estos sistemas están estrictamente controladas y administradas durante toda la vida útil de los sistemas. La figura I.2 desglosa las causas responsables de las fallas investigadas por una gran industria de procesos.
  • 15. Figura I.2 Gráfica circular de la atribución de la responsabilidad por fallas de corrosión investigadas por una gran empresa química. Falta o incorrecta especificación 16%, Falta de prueba (36%), Mala inspección (10%), Pobre planificación y coordinación (14%), Error humano (12%), Imprevisibles (8%) y otras causas (4%).