LA CORROSIÓN
Es el desgaste total o parcial que disuelve o ablanda cualquier
sustancia por reacción química o electro-química con el medio ambiente. El
término corrosión se aplica a la acción gradual de agentes naturales, como el
aire o el agua salada sobre los metales.
El ejemplo más familiar de corrosión es la oxidación del hierro, que
consiste en una compleja reacción química en la que el hierro se combina con
oxígeno y agua para formar óxido de hierro hidratado. Este óxido, conocido como
orín o herrumbre, es un sólido que mantiene la misma forma general que el metal
del que se ha formado, pero con un aspecto poroso, algo más voluminoso, y
relativamente débil y quebradizo.
Hay tres métodos para evitar la oxidación del hierro:
1. Mediante aleaciones
del hierro que lo convierten en químicamente resistente a la corrosión.
2. Impregnándolo con
materiales que reaccionen a las sustancias corrosivas más fácilmente que el
hierro, quedando éste protegido al consumirse aquéllas.
3. Recubriéndolo con una
capa impermeable que impida el contacto con el aire y el agua. El método de la
aleación es el más satisfactorio pero también el más caro.
Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable, una aleación de hierro
con cromo o con níquel y cromo. Esta aleación está totalmente a prueba de
oxidación e incluso resiste la acción de productos químicos corrosivos como el
ácido nítrico concentrado y caliente. El segundo método, la protección con
metales activos, es igualmente satisfactorio pero también costoso.
El ejemplo más frecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierro
cubierto con cinc. En presencia de soluciones corrosivas se establece un
potencial eléctrico entre el hierro y el cinc, que disuelve éste y protege al
hierro mientras dure el cinc. El tercer método, la protección de la superficie
con una capa impermeable, es el más barato y por ello el más común. Este método
es válido mientras no aparezcan grietas en la capa exterior, en cuyo caso la
oxidación se produce como si no existiera dicha capa. Si la capa protectora es
un metal inactivo, como el cromo o el estaño, se establece un potencial
eléctrico que protege la capa, pero que provoca la oxidación acelerada del
hierro. Los recubrimientos más apreciados son los esmaltes horneados, y los
menos costosos son las pinturas de minio de plomo.
Algunos metales como el aluminio, aunque son muy activos químicamente,
no suelen sufrir corrosión en condiciones atmosféricas normales. Generalmente
el aluminio se corroe con facilidad, formando en la superficie del metal una
fina capa continua y transparente que lo protege de una corrosión acelerada. El
plomo y el cinc, aunque son menos activos que el aluminio, están protegidos por
una película semejante de óxido. El cobre, comparativamente inactivo, se corroe
lentamente con el agua y el aire en presencia de ácidos débiles como la
disolución de dióxido de carbono en agua —que posee propiedades ácidas—,
produciendo carbonato de cobre básico, verde y poroso. Los productos de
corrosión verdes, conocidos como cuadernillo o pátina, aparecen en aleaciones
de cobre como el bronce y el latón, o en el cobre puro, y se aprecian con
frecuencia en estatuas y techos ornamentales.
Los metales llamados nobles son tan inactivos químicamente que no sufren
corrosión atmosférica. Entre ellos se encuentran el oro, la plata y el platino.
La combinación de agua, aire y sulfuro de hidrógeno afecta a la plata, pero la
cantidad de sulfuro de hidrógeno normalmente presente en la atmósfera es tan
escasa que el grado de corrosión es insignificante, apareciendo únicamente un
ennegrecimiento causado por la formación de sulfuro de plata. Este fenómeno
puede apreciarse en las joyas antiguas y en las cuberterías de plata.
La corrosión en los metales supone
un problema mayor que en otros materiales. El vidrio se corroe con
soluciones altamente alcalinas, y el hormigón con aguas ricas en sulfatos. La
resistencia a la corrosión del vidrio y del hormigón puede incrementarse
mediante cambios en su composición.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales
a causa del aire, como la herrumbre del hierro y
el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus
aleaciones (bronce, latón).
TIPOS DE CORROSIÓN
La corrosión es una reacción química (oxido reducción) en la que
intervienen 3 factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por
medio de una reacción electroquímica.
Los factores más
conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como
la herrumbre del hierro y el acero o la formación
de pátina verde en el cobre y sus aleaciones
(bronce, latón). Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio
que afecta a todos
los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos
los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.).
Es un problema
industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y,
además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos
segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos
cuantos nanómetros o picnómetros, invisibles en cada pieza pero
que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen
una cantidad importante.
La corrosión es un
campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de
química y de física (físico-química).
CORROSIÓN GALVÁNICA
La corrosión galvánica es un
proceso electro-químico en el que
un metal se corroe preferentemente cuando está en contacto
eléctrico con un tipo diferente de metal (más noble) y ambos metales se
encuentran inmersos en un electrolito o medio húmedo. Por el
contrario, una reacción galvánica se aprovecha en baterías y pilas para
generar una corriente eléctrica de cierto voltaje. Un ejemplo
común es la pila de carbono-zinc donde el zinc se corroe
preferentemente para producir una corriente. La batería de limón es
otro ejemplo sencillo de cómo los metales diferentes reaccionan para producir
una corriente eléctrica.
Cuando dos o más
diferentes tipos de metal entran en contacto en presencia de un electrolito, se
forma una celda galvánica porque metales diferentes tienen
diferentes potenciales de electrodo o de reducción. El electrolito
suministra el medio que hace posible la migración de iones por lo
cual los iones metálicos en disolución pueden moverse desde
el ánodo al cátodo. Esto lleva a la corrosión del metal anódico
(el que tienen menor potencial de reducción) más rápidamente que de otro modo;
a la vez, la corrosión del metal catódico (el que tiene mayor potencial de
reducción) se retrasa hasta el punto de detenerse. La presencia de electrolitos
y un camino conductor entre los dos metales puede causar una corrosión en un
metal que, de forma aislada, no se habría oxidado. Incluso un solo tipo de
metal puede corroerse galvánicamente si el electrolito varía en su composición,
formando una celda de concentración.
Un ejemplo bastante
más espectacular ocurrió en la Estatua de la Libertad, cuando el mantenimiento
periódico en la década de 1980 demostró que la corrosión galvánica había tenido
lugar entre el recubrimiento exterior de cobre y la estructura de soporte, de
hierro forjado. Aunque el problema se había previsto cuando la estructura fue
construida por Gustave Eiffel siguiendo el diseño de Frédéric
Auguste Bartholdi en la década de 1880, el aislamiento de goma laca entre
los dos metales se deterioró tras un período, y dio lugar a la oxidación de los
soportes de hierro. Durante la renovación se sustituyó el aislamiento original
por PTFE. La estructura
estaba lejos de estar en peligro debido a la gran cantidad de conexiones no
afectadas, pero fue considerado como una medida de precaución ya que es
considerada un símbolo nacional de EE.UU...
Un ejemplo anterior
ocurrió en la fragata de la Royal Navy HMS Alarm. El casco
de madera de la embarcación había sido revestido de cobre para evitar el ataque
de los percebes. Pronto se descubrió que la cubierta se había desprendido
del casco en muchos lugares, porque
los clavos de hierro que habían sido utilizados para fijar
el cobre a la madera se habían corroído completamente. Una
inspección más detallada reveló que algunos clavos, que estaban menos
corroídos, estaban aislados del cobre por un papel marrón que estaba atrapado
bajo la cabeza del clavo. El cobre había sido entregado al astillero envuelto
en el papel que no se quitó antes de que dichas planchas fueran clavadas al
casco. La conclusión obvia, pues, y la que figura en un informe al Almirantazgo
de 1763, fue que no se debe permitir el contacto directo del hierro con el
cobre en un entorno de agua de mar si se quiere evitar una severa
corrosión del hierro. Más tarde, los buques se han diseñado teniendo esto en
cuenta. No sólo el agua de mar era un electrolito muy bueno, debido a su alta
concentración de sal, sino que el ataque de los clavos fue favorecido por
su área de exposición tan pequeña en comparación con el de la cubierta de cobre
del casco.
CORROSIÓN UNIFORME
En este tipo de corrosión el metal se disuelve uniformemente en toda su
superficie. La estructura pierde una capa de metal cuyo espesor estará
determinado, por la velocidad con que se produce el ataque y el tiempo de
exposición al medio agresivo. Ésta es una forma
bastante rara de corrosión y con frecuencia lo que parece una
corrosión uniforme en realidad se inicia como un ataque localizado en ciertos
puntos o áreas de la superficie, una vez oxidado, estos sitios se convierten en
católicos invirtiéndose el fenómeno y así el proceso continúa hasta
alcanzar un aspecto uniforme. Algunas normas de construcción de
recipientes metálicos establecen lo que se conoce como “corrosión allowance”, ó
corrosión permitida que no es otra cosa que un espesor adicional de pared
metálica que se coloca para que la corrosión la consuma durante un tiempo
determinado y mientras tanto la estructura pueda seguir en operación porque la
pared tiene espesor suficiente para resistir la condiciones de esfuerzo
mecánico. Este criterio parte de dos premisas: la corrosión es uniforme y no
podemos hacer nada para evitar que ocurra. Los casos reales en que
ambas condiciones se cumplen son muy pocos.
CORROSIÓN POR BAJA TENSIÓN
La acción conjunta de un esfuerzo de tensión y un medio ambiente
corrosivo, dará como resultado en algunos casos, la fractura de una aleación
metálica. Las fracturas pueden seguir caminos Ínter cristalinos o
transcristalinos que a menudo presentan una tendencia a la ramificación.
Esquema estructural
de la corrosión de Fractura por tensión
Los esfuerzos que
causan las fracturas provienen de trabajos en frío, soldadura, tratamiento
térmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operación
del equipo.
CARACTERÍSTICAS DE LA CORROSIÓN DE FRACTURA POR
TENSIÓN
· --- Para que esta corrosión exista, se requiere un esfuerzo de tensión.
· --- Las fracturas se presentan quebradizas en forma macroscópica, mientras
que las fallas mecánicas de la misma aleación, en ausencia de un agente
corrosivo especifico, generalmente presentan ductibilidad.
· --- La corrosión por esfuerzos depende de las condiciones metalúrgicas de
la aleación.
· --- Algunos medios ambientes específicos, generalmente causan fractura en
una aleación dada. El mismo medio ambiente no causa fracturas en otras
aleaciones. La corrosión por esfuerzo puede ocurrir en medios ambientes
considerados no agresivos para una aleación dada, por ejemplo la velocidad de
corrosión uniforme es baja hasta que se presenta una fractura.
· --- Largos periodos de tiempo, a menudo años, pueden pasar antes de
que las fracturas sean visibles, pero entonces al presentarse, se propagan
rápidamente con el resultado de una falla inesperada.
CORROSIÓN POR EROSIÓN
La corrosión por erosión es el efecto producido cuando el
movimiento de un agente corrosivo sobre una superficie
de metal acelera sus efectos destructivos a causa
del desgaste mecánico.
La importancia
relativa del desgaste mecánico y de la corrosión es a menudo difícil de
determinar, y varía considerablemente de una situación a otra. El papel de
la erosión se atribuye generalmente a la eliminación de películas
superficiales protectoras: por ejemplo, las películas protectoras formadas por
el óxido generado por el aire. Un metal oxidado ralentiza su
deterioro porque la superficie ya oxidada dificulta que el interior continúe
oxidándose. Si por ejemplo el polvo o la arena, impulsadas por el viento,
eliminan esa capa exterior de óxido, el metal continuará deteriorándose al
haber perdido su protección.
La corrosión por
erosión tiene generalmente el aspecto de pequeños hoyos lisos. El ataque puede
también exhibir un patrón direccional relacionado con la trayectoria tomada por
el corroyente, al igual que por movimientos sobre la superficie del metal. La
corrosión por erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia,
choque, etc. De manera frecuente, aparece en bombas, mezcladores y
tuberías, particularmente en curvas y codos. Las partículas en suspensión duras
son también frecuentes causantes de problemas. Estos se evitan mediante cambios
en el diseño, o seleccionando un material más resistente. Este material,
además de ser más duro, generalmente debe presentar una resistencia a la
corrosión superior incluso en condiciones estancadas o sin movimiento
de fluidos.
Al combinar la
acción del ataque químico y la abrasión mecánica o desgaste, como
consecuencia del movimiento de un fluido, se origina la corrosión
por erosión.
Potencialmente,
todas las aleaciones metálicas son susceptibles de experimentar corrosión por
erosión en mayor o menor grado. Este tipo de corrosión perjudica
especialmente a las aleaciones que se pasaban formando una película superficial
protectora; la acción abrasiva puede erosionar la película dejando
al descubierto la superficie metálica. Si la película protectora no es
capaz de auto-generarse continua y rápidamente, la corrosión puede ser severa.
La corrosión por
erosión se suele presentar en tuberías, especialmente en codos,
ángulos y cambios bruscos de diámetro: posiciones donde el fluido
cambia de dirección y suele convertirse en turbulento
METALES Y SUS ESTRUCTURAS
¿QUÉ ES EL ACERO?
El acero es básicamente una aleación o combinación de
hierro y carbono, (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces
otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel)
se agregan con propósitos determinados.
Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un
98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de
arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.
El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste
solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que
químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido
de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el
mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con
impurezas y materiales térreos.
CLASIFICACIÓN DEL ACERO
La clasificación del acero se puede determinar en función de sus
características, las más conocidas son la clasificación del acero por su
composición química y por sus propiedades o clasificación del acero por su uso;
cada una de estas clasificaciones a la vez se subdivide o hace parte de otro
grupo de clasificación.
Clasificación de Acero por su composición química:
· Acero al carbono: Se trata del
tipo básico de acero que contiene menos del 3% de elementos que no son hierro
ni carbono.
· Acero de alto carbono: El Acero al
carbono que contiene más de 0.5% de carbono.
· Acero de bajo carbono: Acero al
carbono que contiene menos de 0.3% de carbono.
· Acero de mediano
carbono: Acero
al carbono que contiene entre 0.3 y 0.5% de carbono.
· Acero de aleación: Acero que
contiene otro metal que fue añadido intencionalmente con el fin de mejorar
ciertas propiedades del metal.
· Acero inoxidable: Tipo de acero
que contiene más del 15% de cromo y demuestra excelente resistencia a la
corrosión.
Clasificación del acero por su contenido de Carbono:
- Aceros
Extra-suaves: el
contenido de carbono varía entre el 0.1 y el 0.2 %
- Aceros suaves: El contenido de carbono está entre el 0.2 y 0.3 %
- Aceros semi-suaves: El contenido de
carbono oscila entre 0.3 y el 0.4 %
- Aceros semi-duros: El carbono está
presente entre 0.4 y 0.5 %
- Aceros duros: la presencia de carbono
varía entre 0.5 y 0.6 %
- Aceros extramuros: El contenido de
carbono que presentan esta entre el 0.6 y el 07 %
Clasificación del Acero por sus propiedades
·
Aceros especiales
· Aceros inoxidables.
· Aceros inoxidables
ferríticos.
· Aceros Inoxidables
austenaticos.
· Aceros
inoxidables martensático
· Aceros de Baja
Aleación Ultra-resistentes.
· Acero Galvanizado
(Laminas de acero revestidas con Zinc)
Composición química del Acero Galvanizado: 0.15%
Carbono, 0.60% Manganeso, 0.03% Potasio, 0.035% Azufre.
Composición del Acero Inoxidable: es un acero aleado que debe contener al menos un
12% de Cromo y dependiendo de los agentes exteriores corrosivos a los que va a
estar expuesto debe contener otros elementos como el níquel, el molibdeno
y otros.
Acero Inoxidable
Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel
y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la
herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases
corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes
y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas.
Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces
con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y
tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los
aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y
equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la
acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de
alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece
los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.
Estructura del Acero Inoxidable
Las propiedades físicas del acero y su comportamiento a distintas
temperaturas varían según la cantidad de carbono y su distribución en el
hierro. Antes del tratamiento térmico, la mayor parte de los aceros son una
mezcla de tres sustancias: la ferrita, blanda y dúctil; la cementista, dura y
frágil; y la perlita, una mezcla de ambas y de propiedades intermedias. Cuanto
mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y
mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está compuesto
por perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de
perlita y cementista. Al elevar la temperatura del acero, la ferrita y la
perlita se transforman en austenita, que tiene la propiedad de disolver todo el
carbono libre presente en el metal. Si el acero se enfría despacio, la
austenita vuelve a convertirse en ferrita y en perlita, pero si el enfriamiento
es repentino, la austenita se convierte en martensita, de dureza similar a la
ferrita, pero con carbono en disolución sólida.
ALUMINIO
El Aluminio es
uno de los elementos más abundantes en la tierra; constituye el 7.3% de su
masa.
En su forma natural, solamente existe en combinación con otros
materiales. Es un metal blanco con matiz ligeramente azulado. Se obtiene
por electrolisis de la bauxita en criolita fundida.
Muy dúctil y
maleable, puede obtenerse en hilos o en hojas, como el Oro.
El Aluminio es
resistente al aire por cubrirse de una capa de óxido invisible, como un barniz
que le protege, por ser muy adherente. Las aguas potables y
ácidos le atacan. Puede soldarse con soplete o eléctrica mente, debiéndose
emplear fundentes para eliminar la capa de óxido.
El Aluminio es
un material sustentable. Más del 55% de la producción mundial de Aluminio se realiza utilizando
energía hidroeléctrica renovable. Casi la totalidad de los productos de Aluminio pueden ser reciclados
para producir nuevos productos, sin perder su calidad y propiedades. Es por
ello que el creciente uso del Aluminio reciclado
en diferentes aplicaciones le da el reconocimiento de metal verde. Se puede colorear
obteniéndose el Aluminio Anodizado,
muy empleado en decoración.
SALINIDAD DEL AGUA DE MAR
Existen otros métodos para determinar la salinidad de los mares, que dan
valores aproximados apoyados en las propiedades físicas del agua del mar como
la densidad, el índice de refracción, la conductividad eléctrica y la
temperatura de congelación; cada uno de ellos ofrece sus ventajas y sus
inconvenientes.
Desde hace algunos años, los científicos de Estados Unidos utilizan el
método eléctrico para determinar la salinidad. Se basa en los cambios que sufre
la conductividad eléctrica del agua marina en relación a la cantidad de sales
disueltas. Cuanto más concentrada esté el agua marina, será mejor conductora.
Se ha demostrado que este método es el más confiable.
A partir de innumerables mediciones realizadas en diferentes puntos del
océano, se ha podido determinar que 35 partes por mil es la salinidad media del
agua del mar, con ligeras variaciones de un océano a otro. En los mares del
Hemisferio Norte se encuentra menor salinidad que en el sur, debido a que los
continentes están más próximos y tienen mayor escurrimiento de agua dulce que
los del Sur pero tomando en cuenta el promedio de cada océano se tiene que en
el Pacífico es de 34.62 partes por mil, en el Índico 34.76 y, finalmente, en el
Atlántico 34.90 partes por mil.
La salinidad varía en dirección tanto horizontal como vertical y aun en
un mismo punto puede sufrir variaciones en las diferentes estaciones del año.
Los factores que hacen cambiar la salinidad son, en primer lugar, la
temperatura ya que si es elevada provoca una evaporación intensa y por lo tanto
un incremento de salinidad resultante de la concentración de sales; en segundo
lugar, los aportes de agua dulce, que por dilución, disminuye la salinidad.
Relación temperatura / salinidad
|
Profundidad en metros
|
Temperatura 0° C
|
Salinidad
|
|
0
|
26.44
|
37.45
|
|
50
|
18.21
|
36.02
|
|
100
|
13.44
|
35.34
|
|
500
|
9.46
|
35.11
|
|
1000
|
6.17
|
34.90
|
|
1500
|
5.25
|
34.05
|
De aquí que, por regla general, se presente una mayor salinidad en las
zonas tropicales que en las de latitud elevada.
Con los datos que se han obtenido al medir las variaciones de salinidad,
los oceanógrafos químicos elaboraron la Carta General de Salinidad para los
diferentes océanos del planeta, y al unir los puntos de igual salinidad
establecieron unas curvas a las que se les llama isohalinas, muy útiles de
conocer para la oceanografía y el aprovechamiento de los organismos en la
pesca.
En el Océano Atlántico, la salinidad más elevada se encuentra en las
latitudes tropicales localizadas entre los trópicos de Cáncer y el de
Capricornio, alcanzando más de 36 partes por mil, por tratarse de zonas en
donde la evaporación ocasionada por el sol es mayor durante todo el año y las
lluvias son escasas. En el Ecuador se observa una concentración de sales más
elevada, aunque menor a la de las zonas tropicales debido a que, si bien la temperatura se mantiene alta,
las lluvias, en cambio, son abundantes.
En las latitudes altas del Océano Atlántico, cerca de los polos, la
salinidad desciende a 34 partes por mil, porque al encontrarse la temperatura
baja, la evaporación es débil y además se presenta la fusión periódica de los
glaciares y, por consiguiente, aumenta la cantidad de agua dulce, lo que hace
que descienda la concentración salina.
Con ligeras variaciones se observa un comportamiento semejante en el
Océano Pacífico, y sólo se encuentra que su zona tropical es menos salada sin
rebasar nunca las 36 partes por mil. En el océano Índico las variaciones
también son mínimas.
En los mares
interiores, como los mediterráneos, los golfos y las zonas costeras, la
salinidad es muy variable, siendo en las lagunas costeras y los estuarios donde
presentan las variaciones más intensas.
INSTRUMENTO PARA MEDIR LA SALINIDAD
-
Salinómetro Dist 5 + Dist 6 (HI 98
311 + HI 98 312)
-
Salinómetro de EC y TDS (suma de sales
disueltas)
Los
salinómetros Dist 5 y Dist 6 ofrecen la posibilidad de medir simultáneamente el
valor de conductividad la salinidad y la temperatura. Dichos salinómetros
se pueden transportar fácilmente en el bolsillo del pantalón. La carcasa, impermeable
al agua, protege óptima mente la electrónica del salinómetro (también
contra el polvo). Naturalmente, la medición de conductividad EC y TDS está
automáticamente compensada. El campo de aplicación de los salinómetros es muy
amplio y abarca toda la industria, acuicultura, horticultura.
Campos de Aplicación
·
Tratamiento de aguas
·
Acuicultura
·
Acuarios
·
Estanques de jardín
·
Control de calidad
·
Agricultura y horticultura
·
Hidráulica
·
Torres de refrigeración
·
Calderas de vapor y de calefacción
