3a.analisis de fallos
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1. Introducción
Se tienen 9 piezas que han sufrido fenómenos de corrosión de distinto tipo y
naturaleza. La corrosión de estas piezas ha provocado un fallo en servicio, por lo que
en el siguiente informe se procede a describir el proceso de corrosión, su mecanismo,
la causa y la recomendación que se hace al fabricante o empresa para evitar que se
produzcan futuros fallos.
2. Parte experimental
CASO 1. Acero al Carbono
Tubería de Conducción de Agua Corriente (Facultad de Ciencias Químicas UCM)
Tiempo en Servicio: 60 años
Descripción: Se observa una capa muy gruesa de productos de corrosión en las figuras
1 y 2. Ésta capa tiene un color rojizo y negruzco, lo que nos sirve para identificar el
producto de corrosión. El espesor de la tubería se ha reducido en alguna zona, como se
ve en la figura 1. El producto de corrosión puede ser caracterizado por distintos
métodos (DRX, MEB, TEM, FT-IR, Espectroscopía Mossbauer de transmisión)1. Sin
embargo, al ser tan abundantes y evidentes los productos de corrosión, estimaremos
el producto como una mezcla de Fe3O4 (magnetita, de color negruzco) y una mezcla de
hidróxidos de hierro Fe (OH)3 de color marrón oscuro, Fe (OH)2 de color verduzco, y
FeO (OH) goetita de color rojo amarronado
Mecanismo: Se observa un mecanismo de corrosión generalizada. El mecanismo de
corrosión en tuberías y, en general, medios en contacto con agua es un mecanismo
electroquímico, en el que el metal se comporta como ánodo y el agua como cátodo.
Cátodo: �� → ���� + 2��
Ánodo: �� + 4��� + 4�� → 4 (��)�
La aparición de los hidróxidos de hierro se debe a la combinación de los inoes OH- con
el hierro en disolución.
Causa: el acero al carbono se corroe en conducciones de tuberías de agua. El tiempo
en servicio de la tubería ha sido muy largo (60años) por lo que los sucesivos productos
de corrosión se han ido acumulando, llegando a ser muy numerosos. El agua potable
tiene un alto contenido en oxígeno, lo que facilita la corrosión al disolver los depósitos
de CaCO3 que se forman en las paredes interiores.
Recomendación: cambiar las tuberías de acero al carbono por acero inoxidable, cobre
o PVC. Asegurarse de que las uniones a otras tuberías (red general) sean de material
aislante, como por ejemplo las uniones de teflón comercializadas para tuberías.
1 Caracterización de los Productos de Corrosión de Aceros al Carbono en el clima tropical marino de Sherman. Juan A. Jaén y Lilibeth de Araque, Laboratorio de Química y Física Aplicada. Universidad Tecnológica de Panamá.
Caso 2. Magnesio
Ánodo de Sacrificio de Calentador de Agua doméstico
Tiempo de Servicio: 3 años
Descripción: el ánodo de sacrificio de las figuras 3 y 4 se ha partido. Éste ánodo ha sido
usado en una caldera doméstica. Se observa una zona en la que la sección se ha
disminuido mucho más que en otra. Esto es debido a que el nivel de agua de la caldera,
en el cual se encuentra sumergido, se ha mantenido normalmente en el límite entre la
zona de sección pequeña (grisácea) y la grande (blanquecina)
Mecanismo: los ánodos de sacrificio son usados para proteger a metales de una
instalación (ya sea conducción de agua, calderas, gasoductos) frente a la corrosión del
medio. El ánodo de sacrificio se pone en contacto con el metal para que se forme un
par galvánico. El metal que se corroe en un par galvánico, es el de menor potencial (en
el que se produce la reacción anódica). Como el magnesio tiene un potencial muy bajo,
al producirse la corrosión en contacto con el medio, es éste el que se corroe, y no el
metal a proteger.
Causa: natural. La función del ánodo es degradarse con el tiempo. La vida media de los
ánodos de sacrificio es de calderas domésticas es de 2 a 4 años, por lo que en este caso
no se ha producido un fallo en servicio.2
Recomendación: cambiar el ánodo de sacrificio cada vez que se rompa.
Caso 3. Acero al Carbono Galvanizado
Tubería de Conducción de Agua Caliente
Corrosión en las roscas
Descripción: el acero galvanizado es comúnmente utilizado para conducciones de
agua. El galvanizado (deposición de Zn sobre la superficie) tiene como objeto proteger
al acero de la corrosión. Al ser un metal con menor potencial, en el caso de corrosión
se produce el desprendimiento de Zn, en vez de Fe, por lo que la tubería queda
protegida. El recubrimiento de Zn actúa como ánodo, y en el caso de haber
discontinuidades en la película, no se produce picadura (la zona picada actuaría como
cátodo). Hay que recordar que a partir de 60ºC el acero galvanizado invierte su
polaridad, actuando el Fe de ánodo y el Zn de cátodo, por lo que no se deben usar
tuberías de Acero galvanizado a una temperatura superior a los 60º C.
Mecanismo: las zonas de unión roscada entre tuberías suelen presentar problemas de
corrosión debido a fenómenos de aireación diferencial. La corrosión por aireación
2 Tienda Climaonline
diferencial es un fenómeno que se da debido a que una zona colindante a otra tiene
menor presión parcial de oxígeno.
Causa: El potencial del ánodo se calcula por la ecuación de Nerst:
En nuestro caso, dado que la reacción global es :
�
��� + 2��� + �� → 2 (��)�+ ����
Vemos que � =[���]�[����]�
√���
Por lo que una zona con menor presión parcial de oxígeno tendrá un potencial menor,
y actuará como ánodo, produciéndose corrosión localizada.
Recomendación: en este caso, a pesar de corroerse la zona, no presenta un riesgo
grande de fallo. En caso de que el aflojamiento de la unión roscada conlleve un riesgo
de fallo (unión de tuberías que soporten una alta presión, como gasoductos) recubrir
las roscas con recubrimiento hidrofóbico, o sellar las uniones para evitar la entrada de
agua (aunque no haya agua a priori, se producen fenómenos de condensación)
Caso 5. Acero Inoxidable Austenítico
Tubería de Agua Industrial
Corrosión en zona próxima a Soldadura
Descripción: las uniones constituyen uno de los mayores problemas en cuanto a los
fenómenos de corrosión, ya que se pueden dar aireación diferencial o pares
galvánicos. En éste caso tenemos una unión soldada de un acero inoxidable austenítico
próxima a la zona de corrosión.
Mecanismo: al aproximar un imán a la unión soldada vemos que existe atracción, lo
que quiere decir que se ha formado una fase magnética, la cual no debería haberse
formado en el caso de haber ejecutado bien los procedimientos de soldadura.
Causa: la soldadura no se encuentra en el campo austenítico, por lo que al haberse
formado otra fase, se ha creado un par galvánico que ha provocado la corrosión de la
zona con menor potencial, en este caso, la zona soldada.
Recomendación: revisar las especificaciones de soldadura del fabricante y asegurarse
de que se sigue el procedimiento recomendado. Efectuar un control de calidad en las
soldaduras de aceros inoxidables austeníticos en toda la instalación que confirme que
se ha efectuado bien la soldadura.
Caso 6. Acero al Carbono con recubrimiento de magnetita
Tubería de Conducción de Vapor
Reducción de Espesor y Rotura
Descripción: la tubería de conducción de vapor ha visto disminuida su sección entre
dos uniones soldadas. Esto ha llevado a que la presión que soporta la zona no sea
suficiente y reviente.
Mecanismo: el mecanismo de corrosión en este caso es de corrosión-erosión. La zona
ha sufrido un proceso de erosión, como consecuencia del choque de partículas contra
ella. Como se observa en la figura 9. La zona donde se ha producido el fallo presenta
una rugosidad. Ésta rugosidad es frecuente cuando ocurre el fenómeno de cavitación,
sin embargo, éste podría explicar la rotura en el caso de que fuera un líquido el que
circulara por la tubería.
Causa: a pesar de circular vapor por la tubería, ha habido erosión, lo que significa que
en el fluido que circulaba por la tubería había gotas de líquido. El condensador no ha
separado bien el agua del vapor y, por lo tanto, éste vapor contiene gotas que circulan
a gran velocidad chocando con la tubería, lo que ha ocasionado la erosión de la zona
de la figura 9. Se ha producido una reducción del espesor y al final la tubería no ha
soportado la presión con la que se calculó la instalación
Recomendación: revisar el condensador y asegurarse de que la separación de líquido y
vapor es completa.
Caso 7. Acero al Carbono
Caldera de Recuperación de Calor
Fuga en tubo de Intercambiador de Calor
Tiempo de Servicio: 1 año
Descripción: esta es una pieza de un intercambiador de calor de una instalación de
Torrelaguna. Por dentro observamos el color negro de la tubería, como consecuencia
de la magnetita en la superficie interior de la tubería. Observamos que la corrosión se
ha producido en una mitad de la tubería (la de la derecha) que tiene un producto de
corrosión de color rojizo. Las abolladuras exteriores son consecuencia de golpes.
Mecanismo: cuando un acero al carbono se encuentra a temperaturas elevadas es
difícil que se forme una película líquida sobre él, por lo que el mecanismo de corrosión
no es electroquímico, sino que ocurre una oxidación directa entre un gas agresivo
(oxígeno) y el metal. El acero al carbono tiene una temperatura de servicio de 400ºC. El
mecanismo de corrosión es la corrosión a alta temperatura, produciendo Fe2O3 en
contacto con el aire.
Causa: la pieza ha superado su temperatura de servicio, provocando una corrosión
generalizada en la misma. Unido al fenómeno de corrosión, se pueden producir otros
como la fragilización por hidrógeno, muy habitual a altas temperaturas cuando el
acero está en contacto con gases que fluyen a alta velocidad, o la carburización. Con el
fin de establecer el mecanismo exacto ha de someterse a la pieza a un análisis
metalográfico más exhaustivo.
Recomendación: utilizar otro tipo de acero en el intercambiador de calor. Existen
aceros inoxidables recomendados para altas temperaturas, del tipo Fe-Ni-Cr. No se
conoce el gas circulante por el interior, ha de informarse el tipo de atmósfera
circulante (oxidante o reductora) y la presencia de agentes químicos para recomendar
una aleación específica.
Caso 8. Acero Inoxidable Dúplex 2205
Intercambiador de calor
Corrosión localizada en zona próxima a soldadura
Descripción: los aceros dúplex son recomendados para usar en intercambiadores de
calor, debido a que soportan muy bien la corrosión bajo tensión. Sin embargo, en éste
caso tenemos picaduras.
Mecanismo: el mecanismo de corrosión ha sido por picadura. 3La resistencia a la
corrosión de una unión soldada es ligeramente inferior a la del metal base. Esto se
debe sobre todo al ciclo de temperatura al que se ha sometido la soldadura y la zona
afectada por el calor (HAZ, heat affected zone), a la forma de la superficie soldada y a
los contaminantes y a los defectos generados al soldar. Para obtener la mejor
resistencia posible a la corrosión, las superficies de la soldadura y de la chapa deben
estar limpias y lisas. Después de soldar, se debe decapar tanto el metal de soldadura
3 Avesta Welding AB, Cómo soldar aceros inoxidables dúplex
como la zona afectada por el calor.
Causa: el acero dúplex resiste muy bien la corrosión por picadura hasta ciertas
temperaturas, como se puede observar en la figura 12. Sin embargo, la resistencia a la
corrosión en uniones soldadas disminuye mucho, por lo que en este caso se ha fallado
al seleccionar le material. Como observamos, en el caso del 2205 la temperatura crítica
de la unión soldada está en 40ºC, es probable que haya fallado por superarse los 40ºC
mientras opera.
Recomendación: utilizar otra aleación distinta. Se recomiendo la 254 SMO.
Caso 9. Hormigón Armado con Acero al Carbono Corrugado
Probetas de laboratorio para ensayos acelerados
Carbonatación
Descripción: se observan productos de corrosión en las barras de acero corrugado que
van embebidas en el hormigón. Ha de determinarse el pH al que trabaja el hormigón
en servicio así como la concentración de cloro para hacer una recomendación.
Mecanismo: la corrosión es de tipo generalizado, por lo que se ha fallado al seleccionar
el material (o en la protección que tiene). Existe riesgo en la corrosión de las barras de
acero de los hormigones armados ya que disminuye la sección útil de la barra,
soportando una menor carga, y a su vez los productos de corrosión son más
voluminosos que el metal original, lo que provoca esfuerzos de compresión y, en
algunos casos, rotura, como se puede apreciar en la imagen.
Causa: presencia de cloruros y porosidad elevada del hormigón.
Recomendación: en el caso de haberse producido el fenómeno de carbonatación, usar
barras de acero galvanizado (sólo para hormigón carbonatada con un pH inferior a 9)
En caso contrario, proteger las corrugas con un recubrimiento hidrófobo, o con pintura
específica.
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