jueves, 15 de agosto de 2013

MARCO TEÓRICO

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

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