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1.2.- Factores que
propician la
Corrosión
M. En C. José Antonio González Moreno
Enero del 2016
Ensayos Destructivos
Introducción:
• En esta presentación, se estudiarán los factores
básicos que generan o inician la corrosión, con el
fin de detectarlos a tiempo y poder minimizar los
efectos de la corrosión en materiales y estructuras
metálicas.
• También se analizan una serie de soluciones para
algunos tipos de corrosión que pueden aplicarse
con el propósito de controlar dichos fenómenos.
• Finalmente se presentan las Conclusiones, las
Referencias bibliográficas consultadas y las
preguntas de repaso para los estudiantes.
Antecedentes:
-La corrosión de los metales y sus factores,
probablemente se analizaron en la era temprana del
acero (1200 al 500 A.C.), cuando el hombre comenzó
a observar que los nuevos instrumentos fabricados en
este metal, después de un cierto tiempo se volvían
quebradizos e inestables.
-Otra teoría de corrosión surgió alrededor del año
1900 como consecuencia del hallazgo del peróxido
de hidrógeno durante la corrosión de muchos
metales, dando lugar a la idea de que aquel actúa
como intermediario en el proceso del mismo.
-Ahora se sabe que el peróxido de hidrógeno se
forma cuando hay exceso de oxígeno en el cátodo.
Contexto General:
-Cuando se habla de corrosión, es usual referirse al
proceso del ataque químico sobre los metales.
-Éstos son susceptibles a este ataque debido a que
tienen electrones libres y pueden establecer celdas
electroquímicas dentro de su estructura.
-La mayoría de los metales son corroídos hasta cierto
grado por el agua y la atmósfera.
-Los metales también pueden ser corroídos por el
ataque químico directo de las soluciones químicas e
inclusive de metales líquidos.
Energía de Oxidación:
La tendencia de muchos materiales a reaccionar
con el oxígeno es en base a la energía necesaria
para que se produzca la reacción:
Material del Óxido Energía Oxígeno Material
Si esta energía es positiva, el
material es estable y si es
negativa, el material es
inestable y se oxidará.
Medidas para
evitar la Corrosión:
1. Disminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo
se reduce la corrosión por erosión. Sin embargo,
para metales y aleaciones que se pasivan, es más
importante evitar las disoluciones estancadas.
2. Eliminando el oxigeno de las soluciones acuosas
reduce la corrosión especialmente en las calderas
de agua.
3. La reducción de la concentración de iones
corrosivos en una solución que esta provocando
corrosión en un metal puede hacer que disminuya
la velocidad de corrosión, se utiliza principalmente
en aceros inoxidables.
Factores que Influyen
en la Corrosión:
Los siguientes factores son los más generales que se
consideran para que un material comience a
oxidarse, se tiene que son:
1) Potencial Eléctrico de los Metales (E° vs SHE).
2) Formación de Películas y Biopelículas (Biofilms).
3) Temperatura (T°).
4) Velocidad de Corrosión (ƲCorr).
5) Agentes Oxidantes (Ox)
6) pH del medio ambiente (Alcalino -OH u Ácido -H).
Mecanismo de
Corrosión: Explicar de manera asertiva
el mecanismo de corrosión,
no es sencillo y
matemáticamente es
complejo porque involucra
conceptos como
1) Potencial Eléctrico (°Ev)
2) Densidad (ρ),
3) Viscosidad (Cinemática, μ, y Dinámica, ѵ),
4) Difusividad (Đ) y
5) Tortuosidad (Ʈ) .
1) Potencial Eléctrico
del Metal (°Ev): 1. Cuando dos metales están en contacto a través
de un líquido se produce una corrosión galvánica
o electrolítica.
2. El grado de corrosión depende
fundamentalmente de la diferencia de potencial
eléctrico existente entre los dos metales en
contacto.
3. Cuanto más bajo (negativo) sea el potencial de
un metal, más fácil resultará corroído; del mismo
modo cuando mayor sea la diferencia de
potencial entre los dos metales en contacto,
tanto mayor será la corrosión galvánica
producida entre ambos, siempre en perjuicio del
de menor potencial.
2) Densidad (ρ):
1. La Densidad se define como la relación de masa
de un objeto, entre su volumen, es decir:
2. Entre mayor densidad tenga un metal, más
pesado será, entre menos densidad tenga un
metal, más ligero y moldeable será. Además es
inversamente proporcional a la Temperatura.
3. La mayoría de los metales activos, poseen
densidades entre 0.7 a 7.9 g/mL, mientras que la
mayoría de los metales pasivos, oscilan entre los
7 a los 20 g/mL.
4. La densidad de referencia es la del agua a 4°C
que tiene un valor de 1.000 g/mL. Objetos con ρ
mayor a la del agua, se unden en ella y menores
a 1, flotan.
V
m ρ
3) Viscosidad Dinámica (μ) y
Cinemática (ѵ): 1. La viscosidad se define como la fuerza de
fricción de un fluido a fluir y depende de la
Temperatura, es inversamente proporcional.
2. La Viscosidad dinámica (μ), se define como la
velocidad con la cual un fluido fluye al ser
derramado.
3. La Viscosidad cinemática (ѵ), se define como la
velocidad con la cual se expande un fluido al ser
derramado.
4. Las unidades de μ, son los centi-Poise (cP) que se
derivan de los Poise = g/cm*s. Mientras que las unidades de ѵ, son los centi-Stokes (cSt).
5. La ѵ puede ser calculada como ѵ = μ/ρ
4) Difusividad (Đ) :
1. La Difusividad (Đ), se define como la expansión
de la Concentración de un medio a otro ya sea
sólido, líquido o gas y depende de la
Temperatura, es directamente proporcional.
2. El Coeficiente de Difusividad (Đ), tiene las
unidades de m2/s y resulta complejo su cálculo,
pero involucra la concentración final y la inicial.
3. La Difusividad (Đ), es la causante de que existan
intercambios de humedad de un lugar a otro por
medio de la porosidad.
4. La Difusividad (Đ), se utiliza para calcular los Flux
de masa o los intercambios de masa.
5) Tortuosidad ( ): 1. La Tortuosidad ( ), se define como la relación
que existe entre un camino recto y uno sinuoso o
caótico que tiene que atravesar una partícula y
depende del factor tiempo, así como también de
la temperatura para materiales que se dilatan,
facilitarán el recorrido.
2. Tortuosidad ( ), no tiene unidades, por lo que se
maneja en porcentaje y resulta complejo su
cálculo, pues involucra análisis microscópico y
trazadores de concentración y división entre una
Longitud Ideal (Li) y una Longitud Real (LR).
3. La Tortuosidad ( ), es la causante de que exista
transporte de aire y humedad por medio de la
porosidad.
Temperatura: La corrosión tiende a aumentar al elevar la
temperatura ya que ésta posee efectos
secundarios mediante su influencia en la
solubilidad del aire, que es la sustancia más
común que influye en la corrosión.
Velocidad: Un aumento en la velocidad del movimiento
relativo entre una solución corrosiva y una
superficie metálica tiende a acelerar la corrosión,
ocasionando que las sustancias oxidantes
(oxigeno), lleguen a la superficie y a la mayor
rapidez con que los productos de la corrosión
misma, se retiran.
Agentes Oxidantes: Los agentes oxidantes que aceleran la corrosión de
algunos materiales pueden retrasar la corrosión de
otras, mediante la formación en sus superficies de
óxidos o capas de oxigeno absorbidos que los hacen
mas resistentes a los ataques químicos.
Algunos agentes oxidantes enérgicos son:
• Agua Oxigenda
• Nitritos y Nitratos
• Percarbonatos
• Boratos
• Ácido Nítrico y Permanganatos
pH del Medio Ambiente: La velocidad de corrosión de la gran parte de los metales
es afectada por el pH.
En metales solubles en ácido como el hierro, el nivel de pH
medio (aprox. 4 a 10) controla la velocidad de corrosión y
ésta a su vez controla la velocidad de transporte del
oxidante (generalmente oxigeno disuelto) a la superficie
metálica.
A temperaturas altas, la velocidad de corrosión aumenta
con el incremento de la basicidad.
Otros Factores: Existen otros factores además de los antes mencionados
que en sí están contenidos en los antes expuestos.
Aire y humedad (El aire seco es poco agresivo).
Agua
Agua salada
Atmósfera rural (CO2, O2, CO, H2S)
Atmósfera urbana (CO2, O2, SO2, NO2)
Atmósfera industrial (CO2, SO2, NO2, Cl2, F2)
Vapor (H2O a una temperatura entre 200 a 400 ºC)
Otros gases (Como los CFC, NH3, Ácidos Orgánicos, etc.)
Otros Factores Físicos: • Presencia de poros, grietas, esfuerzos internos, estado
superficial, elementos aleantes para los diferentes tipos de
acero.
•Composición y naturaleza de los iones atmosféricos,
concentración de partículas activas, frecuencia de
renovación del electrolito, lluvia, radiación solar, humedad
relativa.
Medidas básicas para
evitar la corrosión:
1. Para evitar lo anterior, las estructuras metálicas deben
de ser protegidas ya sea con pinturas que contengan
plomo o zinc, recubrirse con polímeros plásticos o
darles un depósito electroquímico con otros metales
como el zinc.
2. Las condiciones ambientales son muy importantes para
el control de corrosión. Bajando la temperatura se
consigue disminuir la velocidad de reacción, por tanto
se disminuye el riesgo de corrosión.
3. Además mantener limpias las zonas se evitará el
desarrollo de bacterias y la formación de Biopelículas.
Protección Anódica con Ánodos de Sacrificio:
Protección Anódica con Ánodos de Sacrificio:
Protección Anódica y Catódica :
Tubería protegida anódicamente: por
a) corriente impresa, por b) ánodos de
sacrificio.
Conclusiones: La corrosión es un fenómeno de la naturaleza que No se
puede evitar, tan solo controlar. Las opciones de ayuda
para minimizar el problema pueden variar de un medio
a otro, por lo que se debe de tomar en cuenta todos los
factores ambientales posibles que puedan alterar la
estructura del material.
Es necesario tomar en cuenta que No solo se va a tener un
tipo de corrosión, siempre se tiene una mezcla de
ellos, por lo que se tendrán que proponer varias
soluciones para varios problemas e ir controlando
varios al mismo tiempo.
Finalmente las opciones de anodizado y catodizado, aún
falta perfeccionarlas para que sean efectivas.
Referencias
Bibliográficas:
1. S. A. “Capítulo II.- Antecedentes históricos de los
metales” (mayo del 2004). Consultado el 11 de
mayo del 2015 de:
http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documento
s/lim/villela_e_ij/capitulo2.pdf
2. S. A. “Corrosión, Historia” (mayo del 2008).
Consultado el 11 de mayo del 2015 de:
http://www.etsin.upm.es/sfs/E.T.S.I.%20Navales/Ser
vicio%20de%20Publicaciones/REPOSITORIO%20DE
%20DOCUMENTOS/CUARTO%20CURSO/32-
Corrosión.pdf
Preguntas de
Repaso:
1.- Definir con palabras propias lo que es la Energía de
Oxidación.
R = Es la energía que emplea un metal cuando se
combina con el oxígeno del medio para formar un
óxido metálico.
2.- Si la energía de activación es Positiva, significa que
el material es:
R = Estable.
3.- Si se disminuye la velocidad de un fluido
corrosivo, entonces se minimizará ¿Qué tipo de
Corrosión?
R = La corrosión por Erosión.
Preguntas de
Repaso: 4.- Definir con palabras propias lo que es Pasivar un
material, en específico un metal.
R = Es formar una película protectora sobre un metal
con la misma sustancia corrosiva con que se va a
poner en contacto.
5.- ¿En qué unidades se mide la Tortuosidad?:
R = Es adimensional, se maneja porcentaje.
6.- ¿Cuáles son los tipos de Viscosidad que existen y
en que unidades se mide cada una?
R = Sólo hay Viscosidad Dinámica (se mide en centi-
Poise) y la Viscosidad Cinemática (se mide en centi-Stokes).
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