Corrosion 1

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Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra DEFINICION DE CORROSION Sellamacorrosinalaalteracinquecausaelambienteenunobjeto manufacturado,excluyendolosefectospuramentemecnicos(comoeldesgaste por frotacin y la ruptura por impactos). Los ejemplos dela corrosin viene siendo lo mismo que la oxidacin Los ms conocidos son las alteraciones qumicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formacin de patina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latn). Sin embargo, la corrosin es un fenmeno mucho ms amplio que afecta a todos losmateriales(metales,cermicas,polmeros...)ytodoslosambientes(medios acuosos, atmsfera, alta temperatura...). La corrosin es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (rupturadeunapieza)y,adems,representauncostoimportante,yaquese calcula que cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo. (Unoscuantosnanmetrosopicmetrosinvisiblesencadapieza,pero multiplicadosporlacantidaddeaceroqueexisteenelmundo...)Secalculaen general que su costo econmico no es inferior al 2% del producto interno bruto. Lacorrosinesuncampodelascienciasdematerialesqueinvocaalavez nociones de qumica y de fsica (fsico-qumica). Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra GENERALIDADES Seabordanaquloscasosmsconocidos,afindeintroduciralgunosconceptos clave de la corrosin que se usarn ms adelante para explicar los otros casos. LA CORROSIN DE LOS METALES OXIDACIN DEL METAL. Lacorrosindelosmetalesesunfenmenonatural.Enefecto,salvoraras excepciones(eloro,elhierrodeorigenmeteortico)losmetalesestnpresentes en la Tierra en forma de xido, en los minerales, (como la bauxita si es aluminio, la hematitasiesfierro...).Desdelaprehistoria,todalametalurgiahaconsistidoen reducir los xidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosin, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el xido. La corrosin es una reaccin qumica (oxidorreduccin) en la que intervienen dos factores: la pieza manufacturada yel ambiente.A menudo se habla del "acero inoxidable"; el trmino es impropio por dos razones: estetipodeacerocontieneelementosdealeacin(cromo,nquel)quese oxidan; a esta capa de xido se debe la proteccin del acero;Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra noestprotegidomsqueenciertostiposdeambiente,ysecorroeren ambientes distintos.Existenmltiplesvariedadesdeacerosllamados"inoxidables",quellevan nombrescomo"304","304L","316N"...correspondientesadistintas composicionesytratamientos.Cadaacerocorrespondeaciertostiposde ambiente; su uso en ambientes distintos ser catastrfico. Adems,elmaterialdelqueesthechalapiezanoeselnicoparmetro.La formadelapiezaylostratamientosalosqueselasomete(conformacin, soldadura, atornillado) tienen un papel primordial. As, un montaje de dos metales diferentes(porejemplo,dosvariedadesdeacero,oelmismoacerocon tratamientosdiferentes)puededarpieaunacorrosinacelerada;adems,a menudo se ven trazas de herrumbre en las tuercas. Asimismo, si la pieza presenta unintersticio(porejemplo,entredosplacas),ahpuedeformarseunmedio confinadoqueevolucionardeunmododiferentedelrestodelapiezay,porlo tanto, podr llegar a una corrosin local acelerada. De hecho, toda heterogeneidad puededesembocarenunacorrosinlocalacelerada,como,porejemplo,enlos cordones de soldadura. LA PROTECCIN CONTRA LA CORROSIN Lacorrosines,pues,unfenmenoquedependedelmaterialutilizado,dela concepcindelapieza(forma,tratamiento,montaje)ydelambiente.Sepuede influirentonces en estostresparmetros;sepuedeinfluirtambin enlareaccin qumica misma. ELECCIN DEL MATERIAL Laprimeraideaesescogertodounmaterialquenosecorroaenelambiente considerado.Sepuedenutilizaracerosinoxidables,aluminios,cermicas, polmeros (plsticos)... La eleccin tambin debe tomar en cuenta las restricciones delaaplicacin(masadelapieza,resistenciaaladeformacin,alcalor, capacidad de conducir la electricidad...). Caberecordarquenoexistenmaterialesabsolutamenteinoxidables;hastael aluminio se puede corroer. CONCEPCIN DE LA PIEZA En la concepcin, hay que evitar laszonas de confinamiento, los contactos entre materiales diferentes y las heterogeneidades en general. Hay que prever tambin la importancia de la corrosin y el tiempo en el que habr que cambiar la pieza (mantenimiento preventivo). Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra DOMINIO DEL AMBIENTE Cuando se trabaja en ambiente cerrado (por ejemplo, un circuito cerrado de agua), sepuedendominarlosparmetrosqueinfluyenenlacorrosin;composicin qumica(particularmentelaacidez),temperatura,presin...Sepuede,v.g., agregarproductosllamados"inhibidoresdecorrosin".Uninhibidordecorrosin esunasubstanciaque,aadidaaundeterminadomedio,reducedemanera significativalavelocidaddecorrosin.Lassubstanciasutilizadasdependentanto delmetalaprotegercomodelmedio,yuninhibidorquefuncionabienenun determinado sistema puede incluso acelerar la corrosin en otro sistema. Sinembargo,estetipodesolucinesinaplicablecuandosetrabajaenmedio abierto(atmsfera,mar,cuencaencontactoconelmedionatural,circuito abierto...) IMPEDIR LA REACCIN QUMICA Existen dos medios para impedir que ocurra la reaccin qumica. De entrada, se puede aislar la pieza del ambiente, dndole una mano de pintura, cubriendo la pieza de plstico, haciendo un tratamiento de superficie (por ejemplo, nitruracin, cromatacin o proyeccin plasma). Tambinsepuedeintroducirotrapiezaparaperturbarlareaccin;eselprincipio del"nododesacrificio".Secolocaunapieza(amenudodezinc)quesevaa corroerenlugardelapiezaquesequiereproteger;lareaccinqumicaentreel ambiente y la pieza sacrificada impide la reaccin entre el ambiente y la pieza til. En medio acuoso, basta con atornillar el nodo de sacrificio a la pieza que se debe proteger.Alaire,hayquerecubrirtotalmentelapieza;eselprincipiodela galvanizacin. Cabenotarquesehaabandonadocompletamenteelcromado(noconfundirel cromado,undepsito decromo,conlacromatacin,queesla formacin deuna capa de metal combinado con iones de cromo VI). En efecto, el cromo mismo no se corroe, protegiendo as la pieza, pero la mnima ralladura era catastrfica, pues lapiezahacaentonceslasvecesdenodosacrificialdelcromoysecorroaa gran velocidad. Laspinturasanticorrosinconplomohansidoabandonadasacausadesu impacto dramtico en el ambiente. Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra

I. FUNDAMENTOS DE LA ELECTRICIDAD Este captulo introductorio trata de los principios y definiciones del paso de un flujo elctricoatravsdeuncircuito.Encaptulosposterioresaplicaremosestos conocimientos fundamentales al anlisis de un circuito de proteccin catdica para determinar los indicadores de la eficiencia de un proceso, como el voltaje de celda, lascadashmicasendiversaspartesdelcircuito,ladistribucindecorriente, etctera.Paradescribiruncircuitoelctricosimpleestudiaremosunsistemadeproteccin catdica el cual puede consistir simplemente en una fuente de poder conectada a unoomscomponentes,principalmenteresistores(serndescritosms adelante),pormediodeunalambrehechodeunmaterialconductor(cobre,por ejemplo),elcircuitoelctricosimpleconstituyeunafuentedepoderquevaa proporcionarunafuerzaelectromotrizestableciendodiferenciasdepotenciala travs de los varios componentes del circuito e impulsando la corriente a travs de ellos. Todos estos componentes ofrecern varios grados de resistencia al flujo de la corriente.Encualquiercircuitoelctrico,entonces,existenvariosfenmenosquetenemos que medir:1) La corriente, medida en amperes (A);2)Lafuerzaelectromotrizyladiferenciadepotencial,ambasmedidasenvoltios (V);3) La resistencia, medida en ohms ( ).CONDUCTORESLanaturalezaylostiposdematerialesqueparticipanenlasreacciones electroqumicas de un sistema de proteccin catdica pueden tener un gran efecto Instituto Politcnico Nacional Escuela Superior de Ingeniera y Arquitectura Ciencias de la Tierra sobrelosresultadosqueseobtengan.Es,porlotanto,necesariofamiliarizarse con los factores que influyen en la conduccin de corriente.La conductividad elctrica es el movimiento de la carga elctrica. La habilidad de diferentes substancias para permitir el flujo de una carga est determinada por la movilidad de los electrones portadores de la carga o de los iones que contenga la sustancia.Conductores de primer ordenLos conductores de primer orden son aquellos que poseen conductancia elctrica, enloscualeslosportadoresdelacargasonloselectrones.Secaracterizanpor tenerunaconduccinsintransferenciasubstancialdemasa.Lamayoradelos metales, el grafito y algunos xidos muestran este tipo de conduccin. A veces, a estosmaterialesselesconocecomoconductoresmetlicosysuconductividad decrece cuando aumenta la temperatura.Conductores de segundo ordenLosconductoresdesegundoordenposeenconductanciainicaoelectroltica,y losportadoresdelacargasonlosiones.Enestetipodeconductoressedauna transferencia de masa asociada con la conductividad. Las soluciones acuosas con sales disueltas, los suelos y las sales inicas son algunos ejemplos de este tipo de conductores. Su conductividad aumenta cuando se incrementa la temperatura.Conductores mixtos o de tercer ordenAlgunosmateriales,llamadoscomnmentesemiconductores,poseentanto conductancia inica como elctrica. Por lo general predomina el carcter elctrico. Su conductividad es demasiado baja en general, pero aumenta rpidamente con la temperatura.Lamayoradelosxidosmetlicos(NiO,ZnO,etc.)yalgunos metales (Si, Ge, etc.) se agrupan dentro de esta categora.AISLANTESOtrasclasesdematerialesquemerecensermencionadossonlosaislantes.La conductanciaenellosesmuydifcil,sinimportareltipodemecanismoque participeenlaconductividad,sobretodosiselescomparaconladelos conductores mencio