edificacion4

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA

CONTROL Y PREVENCIN

DE LA CORROSIN

MONOGRAFA

Que para obtener el ttulo de: INGENIERO MECNICO ELCTRICISTA

PRESENTA: CASTELLANOS SNCHEZ ROGELIO

ALEJANDRO

ASESOR:

ING. FRANCISCO RICAO HERRERA

XALAPA, VER. NOVIEMBRE 2010

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA REGION XALAPA

Control Y Prevencin De La Corrosin

NDICE

INTRODUCCIN 1JUSTIFICACIN 2OBJETIVO 2MARCOCONTEXTUAL 3

CAPITULOICORROSINHierroyAcero 4Hierro 5Acero 8Corrosin 12I.1TIPOSDECORROSIN 20PorPicadura 21PorAtaqueIntergranular 21PorLixiviacin 21PorElevadasTemperaturas 21PorErosin 21PorEsfuerzos 22PorHendiduras 22PorFatiga 22Uniforme 22Galvnica 22PorRozamiento 22

CAPITULOIISISTEMASANTICORROSIVOSII.1SISTEMASANTICORROSIVOS 24MtodosdeDiseo 24RecubrimientosProtectores 24MtodosElectroqumicos 25Medidasqueafectanalmaterial 26Medidasqueafectanalmedio 28Medidasqueafectanlainterfase 29ProteccinGalvnica 30II.2PROTECCINCATDICA 31TiposdeProteccinCatdica 35CalculodeunaInstalacindeProteccinCatdica 38ProteccinpornodosdeSacrificio 38II.3PROTECCINCATDICAPORCORRIENTEIMPRESA 42Tiposdenodo 43nodosAuxiliares 46




nodosAuxiliares:Propiedades 46FuentesdeCorriente 48Rectificadores 49VentajasyDesventajasP.CatdicaconC.Impresa 49

CAPITULOIIIRECUBRIMIENTOSANTICORROSIVOSRecubrimientosAnticorrosivos 51III.1RECUBRIMIENTOSMETLICOS 52ClasificacindelosRecubrimientosMetlicos 52RecubrimientosdeNquel 53RecubrimientosdePlomo 54RecubrimientosdeCinc 54RecubrimientosdeCadmio 56RecubrimientosdeEstao 56RecubrimientosdeAluminio 56III.2RECUBRIMIENTOSINORGANICOSEsmaltesVtreos 57RevestimientodeCementoPortland 58RecubrimientosObtenidosPorTransformacinQumica 58III.3RECUBRIMIENTOSORGANICOSRecubrimientosOrgnicos 58CAPITULOIVTECNICASPARAAPLICACIN,INSPECCIONYPRUEBASDE

RECUBRIMIENTOS

PreparacindeSuperficies 60Limpieza 60AplicacindeRecubrimientos 61MtodosdeAplicacin 62FallasdeRecubrimientos 63Inspeccin 66NormativadeInspeccin,MuestreoyPruebas 68REFERENCIASFIGURASYTABLAS 70RECOMENDACIONES 73REFERENCIASBIBLIOGRFICAS 76

Agradecimientos

ADiosylaVirgen

Que sonmisngelesyestnpresentes en todos losmomentos demivida,yquehanhechoposibleelhechodeconcluirestaetapademivida.

AmisPadres.Estetrabajoesttotalmentededicadoaustedes.

Pap,graciaspor todo tuapoyoa lo largode todamivida,graciasporquenuncamehizo faltanada;yprincipalmentepor tu carioporqueapartede serunpadrehas sidounamigoque sesent aplaticar conmigoparadarme consejos y ensearme los valores para ser una buenapersonaenlavidaytenerunamentalidademprendedora,porestoymuchascosasmsMUCHASGRACIAS,TeQuieroMucho.

Mam,tquesiemprehasestadoamiladoenlosmomentosbuenosymalosdemivida,notengopalabrasparaagradecerteynohayformadepagarte todo loquehashechoporm,siempretellevoenmicorazn.GraciasPortodo.TequieroMucho.

Amihermano

Graciasportuapoyo,tuamistadycompaa,graciasatihermanohecambiadovariascosasenmiquenoestabanbienyhemejoradocomopersona.

AmisTosRomnyLupita

Quehanestadosiemprealpendienteapesardeladistancia.MuchasGraciasportodosuapoyo.

AmisAmigos

Quienesa lo largode lacarreramebrindaronsuapoyoyamistad.Gracias (Selene,Yoyita,Are,Rox,Jorge,Max,Kike,Mike,Fito,Julio,Polo,Fernando,Arturo,Rodrigoyatodosmiscompaeros)

AmiDirector

Ing.FranciscoRicaoHerrera,porhaberconfiadoenmipersonayaceptar ladireccindeestetrabajo.AmiJuradoIng.RodolfoSolrzanoyMtra.,MarthaEdithMoralesporladisposicinofrecidaenlarealizacindeestetrabajo.

UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERA MECNICA ELCTRICA

CONTROL Y PREVENCIN

DE LA CORROSIN

MONOGRAFA

Que para obtener el ttulo de: INGENIERO MECNICO ELCTRICISTA

PRESENTA: CASTELLANOS SNCHEZ ROGELIO

ALEJANDRO

ASESOR:

ING. FRANCISCO RICAO HERRERA

XALAPA, VER. NOVIEMBRE 2010

Agradecimientos

ADiosylaVirgen

Que sonmisngelesyestnpresentes en todos losmomentos demivida,yquehanhechoposibleelhechodeconcluirestaetapademivida.

AmisPadres.Estetrabajoesttotalmentededicadoaustedes.

Pap,graciaspor todo tuapoyoa lo largode todamivida,graciasporquenuncamehizo faltanada;yprincipalmentepor tu carioporqueapartede serunpadrehas sidounamigoque sesent aplaticar conmigoparadarme consejos y ensearme los valores para ser una buenapersonaenlavidaytenerunamentalidademprendedora,porestoymuchascosasmsMUCHASGRACIAS,TeQuieroMucho.

Mam,tquesiemprehasestadoamiladoenlosmomentosbuenosymalosdemivida,notengopalabrasparaagradecerteynohayformadepagarte todo loquehashechoporm,siempretellevoenmicorazn.GraciasPortodo.TequieroMucho.

Amihermano

Graciasportuapoyo,tuamistadycompaa,graciasatihermanohecambiadovariascosasenmiquenoestabanbienyhemejoradocomopersona.

AmisTosRomnyLupita

Quehanestadosiemprealpendienteapesardeladistancia.MuchasGraciasportodosuapoyo.

AmisAmigos

Quienesa lo largode lacarreramebrindaronsuapoyoyamistad.Gracias (Selene,Yoyita,Are,Rox,Jorge,Max,Kike,Mike,Fito,Julio,Polo,Fernando,Arturo,Rodrigoyatodosmiscompaeros)

AmiDirector

Ing.FranciscoRicaoHerrera,porhaberconfiadoenmipersonayaceptar ladireccindeestetrabajo.AmiJuradoIng.RodolfoSolrzanoyMtra.,MarthaEdithMoralesporladisposicinofrecidaenlarealizacindeestetrabajo.




NDICE

INTRODUCCIN 1JUSTIFICACIN 2OBJETIVO 2MARCOCONTEXTUAL 3

CAPITULOICORROSINHierroyAcero 4Hierro 5Acero 8Corrosin 12I.1TIPOSDECORROSIN 20PorPicadura 21PorAtaqueIntergranular 21PorLixiviacin 21PorElevadasTemperaturas 21PorErosin 21PorEsfuerzos 22PorHendiduras 22PorFatiga 22Uniforme 22Galvnica 22PorRozamiento 22

CAPITULOIISISTEMASANTICORROSIVOSII.1SISTEMASANTICORROSIVOS 24MtodosdeDiseo 24RecubrimientosProtectores 24MtodosElectroqumicos 25Medidasqueafectanalmaterial 26Medidasqueafectanalmedio 28Medidasqueafectanlainterfase 29ProteccinGalvnica 30II.2PROTECCINCATDICA 31TiposdeProteccinCatdica 35CalculodeunaInstalacindeProteccinCatdica 38ProteccinpornodosdeSacrificio 38II.3PROTECCINCATDICAPORCORRIENTEIMPRESA 42Tiposdenodo 43nodosAuxiliares 46




nodosAuxiliares:Propiedades 46FuentesdeCorriente 48Rectificadores 49VentajasyDesventajasP.CatdicaconC.Impresa 49

CAPITULOIIIRECUBRIMIENTOSANTICORROSIVOSRecubrimientosAnticorrosivos 51III.1RECUBRIMIENTOSMETLICOS 52ClasificacindelosRecubrimientosMetlicos 52RecubrimientosdeNquel 53RecubrimientosdePlomo 54RecubrimientosdeCinc 54RecubrimientosdeCadmio 56RecubrimientosdeEstao 56RecubrimientosdeAluminio 56III.2RECUBRIMIENTOSINORGANICOSEsmaltesVtreos 57RevestimientodeCementoPortland 58RecubrimientosObtenidosPorTransformacinQumica 58III.3RECUBRIMIENTOSORGANICOSRecubrimientosOrgnicos 58CAPITULOIVTECNICASPARAAPLICACIN,INSPECCIONYPRUEBASDE

RECUBRIMIENTOS

PreparacindeSuperficies 60Limpieza 60AplicacindeRecubrimientos 61MtodosdeAplicacin 62FallasdeRecubrimientos 63Inspeccin 66NormativadeInspeccin,MuestreoyPruebas 68REFERENCIASFIGURASYTABLAS 70RECOMENDACIONES 73REFERENCIASBIBLIOGRFICAS 76




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Introduccin

La corrosin es un deterioro que se encuentra permanentemente en nuestra vida cotidiana, lo podemos encontrar en nuestros hogares, trabajos e incluso en la calle. Es normal que en nuestros hogares encontremos ms de una herramienta o la misma reja que se ha deteriorado a causa de la corrosin.

A causa del dao que se puede producir por la presencia de la corrosin se pueden encontrar diversos centros, universidades, asociaciones industriales, industrias, centros cientficos, etc., los cuales estudian este proceso para llegar a una solucin o mtodos que prevengan este problema.

La tendencia de los metales a corroerse es un hecho natural y permanente, lo que origina que existan perdidas dentro de los procesos industriales y por consecuencia existan perdidas en el mbito econmico para dichas empresas.

Est claro que para poder desarrollar ciertos procesos que ayuden a prevenir o controlar la corrosin se debe tener un amplio conocimiento sobre de que se trata este fenmeno destructivo, como lo son las reacciones qumicas que se llevan a cabo durante el desarrollo del fenmeno, los elementos ambientales bajo los cuales se desarrolla y la composicin de la estructura del elemento o material al cual ataca, hierro y acero para este caso, asi como lo distintos tipos de corrosin que existen.

El problema radica en controlar este efecto destructivo con la mayor economa posible, en la forma tcnicamente adecuada, optimizando al mximo los recursos existentes, por ejemplo por mencionar algunos, la eliminacin de elementos corrosivos, mejores materiales para construccin; es decir materiales resistes a la corrosin, la implementacin de proteccin elctrica, colocar una separacin entre el metal y el ambiente, sobredimensionamiento de las estructuras, etc. Es indispensable hacer mencin sobre las ventajas y posibles desventajas que cada uno de los mtodos pueda tener. Todo ello depender de las condiciones del medio en el que se est aplicando y las condiciones fsicas del material.

La humedad y el calor en altos niveles son de los principales agentes que potencialmente contribuyen al desarrollo de la corrosin, ya que segn la temperatura se incrementa, la tasa de todas las reacciones qumicas tambin se incrementa, lo que origina que tambin se desarrolle la corrosin, una alta temperatura en presencia de humedad y oxigeno en la atmosfera es la principal razn por lo que la corrosin se presenta en el periodo de verano, aunque esta se puede presentar en cualquier parte del ao.

El agua, otro de los factores, los qumicos utilizados para realizar o mantener cierta mezcla puede incrementar la tasa de corrosin, todas las aguas contienen iones, algunos de los cuales son agresivos y pueden causar la corrosin en la mayora de los metales.

Tambin se ha de definir y entender trminos como lo es el de ph de los fluidos, ya que el ph de un fluido para el trabajo en metales es un factor a controlar en la corrosin, por ejemplo, un ph alto, dar proteccin a metales ferrosos, pero afectara el control de la corrosin en metales no ferrosos. Mencionar que el ph de un fluido puede verse afectadopor la presencia de bacterias, las




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cuales alteran esta caracterstica del fluido, provocando que esta disminuya y provoque que se desarrolle la corrosin en el metal.

Dado a lo extenso del tema, por lgica se debe tener un amplio conocimiento con lo que respecta a la fsica, qumica, propiedades de los materiales, etc., para as poder comprender los distintos mtodos de prevencin que se han desarrollado, y porque no, idear el posible desarrollo de un nuevo mtodo o sistema anticorrosivo que no tenga un impacto ambiental y poder corregir un reducir este problema que causa muchos estragos dentro de la industria o hasta en nuestra propia vida cotidiana.

Justificacin

Durante muchos aos nuestra sociedad de consumo ha exigido mejores condiciones de vida paralelas a sus necesidades crecientes y esto ha generado un formidable desarrollo industrial al cual se le ha invertido mucho tiempo de estudio en el diseo y construccin de plantas, equipos e instalaciones industriales de procesos para la sntesis y manufactura de productos que satisfagan dichas necesidades. Hoy da con da se desarrollan nuevos procesos, nuevos productos, nuevas necesidades las cuales ponen a prueba la creatividad e inventiva del hombre.

Es un hecho comn el observar la gradual destruccin de los materiales de construccin utilizadas en la fabricacin de maquinaria, equipos, tanques y tuberas por mencionar algunos a causa de la corrosin.

Para estos procesos se requiere de instalaciones eficientes con xitos productivos y econmicos y por tal motivo se requieren fuertes inversiones de capital. Esto justifica establecer programas de prevencin contra incendios, terremotos, explosiones y de mantenimiento y control de corrosin.

La proteccin anticorrosiva a base de mtodos electroqumicos, de pinturas y recubrimientos anticorrosivos viene a ser un seguro de vida para las instalaciones industriales.

Objetivo

El principal objetivo del siguiente trabajo de investigacin, es establecer un inters al lector sobre la importancia que tiene el tener un conocimiento base sobre el tema de la corrosin y su prevencin, esto fundamentado principalmente en el hecho de que el fenmeno de la corrosin forma parte de nuestra vida cotidiana y en el mbito industrial.




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Marco Contextual

La corrosin de los metales constituye una de las prdidas econmicas ms grande de la civilizacin moderna. La rotura de los tubos de escape y silenciadores de los automotores; el cambio continuo de los serpentines de los calefones domsticos; roturas de los tanques de almacenamiento y tuberas de conduccin de agua; el derrumbe de un puente; la rotura de un oleoducto que transporta crudo (aparte del costo que acarrea el cambio del mismo hay que tener en cuenta el problema de contaminacin del petrleo derramado, que muchas veces es irreversible, as como tambin el paro de la refinera), etc.

En concreto, se puede afirmar que la corrosin est ligada a la industria, a problemas tanto de seguridad como econmicos. La Ingeniera en la mayora de los casos los responsables de minimizar los costos y los riesgos de la corrosin en muchos mbitos: aviones, plantas generadoras de energa (trmica, nuclear, hidroelctrica, elica), plantas de manufactura, de procesos qumicos, estructuras de concreto. Sin embargo muchas veces ignoran las causas posibles de la corrosin y como de prevenirla o controlarla a base de distintos sistemas anticorrosivos o formas de aplicacin de ciertos recubrimientos que contribuyen a que disminuya el fenmeno de la corrosin.




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CAPITULO I CORROSIN

HIERRO Y ACERO A travs de la historia el hombre a tratado de mejorar las materias primas, aadiendo materiales tanto orgnicos como inorgnicos, para obtener los resultados ideales para las diversas construcciones. Dado el caso de que los materiales mas usados en la construccin no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompaen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones optimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleacin que rena una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos. El acero como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleacin de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener tambin otros elementos. Una de sus caractersticas es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad. En las dcadas recientes, los ingenieros y arquitectos han estado pidiendo continuamente aceros cada vez mas resientes, con propiedades de resistencia a la correccin; aceros ms soldables y otros requisitos. La investigacin llevada a cabo por la industria del acero durante este periodo ha conducido a la obtencin de varios grupos de nuevos aceros que satisfacen muchos de los requisitos y existe ahora una amplia variedad cubierta gracias a las normas y especificaciones actuales. El acero es una aleacin de hierro con carbono en una proporcin que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden aadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades. Las propiedades fsicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribucin. Antes del tratamiento trmico, la mayora de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dctil, es hierro con pequeas cantidades de carbono y otros elementos en disolucin. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composicin especfica y una estructura caractersticas, sus propiedades fsicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado trmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. 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, est por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono an mayores es una mezcla de perlita y cementita.




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Historia

Antes de 3000 A.C.

Se descubre el fuego.

Aparece la minera, la metalurgia. Se descubren los siguientes elementos: cobre, carbono, oro, hierro meterico, plomo, mercurio, plata, azufre, estao, zinc. El oro es extrado de los depsitos aluviales. El cobre, estao, plomo y zinc son reducidos de sus menas por fundicin. Vaciado de metales en moldes y forjado.

3,000 - 600 A.C.:

El oro se recupera por concentracin gravimtrica. Fundicin por el mtodo de la cera perdida (Egipto 2,500 aos A.C.). Se produce hierro forjado (2500 aos A.C.).

Se obtiene el acero por forja.

La fecha ms exacta en la humanidad descubri la tcnica de fundir material frrico para producir metal utilizable no es conocida. Los instrumentos frricos ms antiguos conocidos descubiertos por arquelogos en Egipto en el ao 3000AC y aun antes se usaron ornamentos frricos; se buscaba el endurecimiento de armas frricas por medio de variaciones de calor la cual era una tcnica avanzada en el ao 1000AC y fue dada a conocer por los Griegos. Las primeras aleaciones frricas fueron producidas por obreros aproximadamente hasta el siglo 14 DC, y este seria clasificado hoy como hierro forjado. Estas aleaciones fueron hechas calentando una masa de material frrico y carbn de lea en un horno que tena una cubierta rgida, bajo este tratamiento el material se redujo a la esponja de hierro metlico en forma de escoria, compuesta por impurezas metlicas y cenizas del carbn de lea. Esta esponja de hierro se alejada del horno incandescente, mientras la escoria se manejaba con trineos pesados, para as poder soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en estas condiciones contena 3% de partculas de escoria, y 0.1% de otras impurezas. De vez en cuando esta tcnica de fabricacin del hierro produjo, por accidente, un verdadero acero en lugar de hierro forjado. Los herreros aprendieron a hacer acero calentando hierro forjado y carbn de lea en arcilla embala para un periodo de varios das. Por este proceso el hierro absorbi bastante carbono para volverse un verdadero acero, el cual desarrolla mejores caractersticas que el hierro inicialmente. Despus del siglo 14 se mejoraron los hornos de fundimiento, aumentando el tamao y el proyecto fue usado para forzar la combustin gasea a travs de la carga en la cual se hacia la mezcla de materiales crudos. En estos hornos ms grandes, el material frrico en la parte superior del horno se redujo primero a hierro metlico y entonces adquiri mas carbono como resultado de los gases forzados a travs de l por la combustin. El producto de estos hornos era un lingote de hierro, una aleacin que se funde a una temperatura ms baja que el acero o el hierro forjado, luego este se refinaba para hacer acero. En la fabricacin moderna del acero se emplean hornos con combustin moderada que son una vil copia actualizada de los viejos hornos utilizados por los antiguos herreros. El proceso de refinamiento del hierro fundido con incorporadores de aire fue patentado por el Britnico Henry Bessemer que desarrollo el horno Bessemer o Comversor en 1855. Desde los aos sesenta se ha




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implementado el uso de hornos elctricos, con pequeos molinos, que proporcionan el metal en pequeos trozos, estos molinos son un componente importante en la produccin del acero americano. Propiedades de los Materiales Metlicos. Las propiedades principales que un metal debe cumplir para ser utilizado indispensablemente en una construccin debe cumplir con las siguientes propiedades: FUSIBILIDAD: Es la facilidad de poder dar forma a los metales, fundindolos y colocndolos en moldes. FORJABILIDAD: Es la capacidad para poder soportar las variaciones de formas, en estado slido o caliente, por la accin de martillos, laminadores o prensas. MALEABILIDAD: Propiedad para permitir modificar su forma a temperatura ambiente en laminas, mediante la accin de martillado y estirado. DUCTILIDAD: Es la capacidad de poderse alargar en longitudinalmente. TENACIDAD: Resistencia a la ruptura al estar sometido a tensin. FACILIDAD DE CORTE: Capacidad de poder separarse en trozos regulares con herramientas cortantes. SOLDABILIDAD: Propiedad de poder unirse hasta formar un cuerpo nico. OXIDABILIDAD: Al estar en presencia de oxigeno, se oxidan formando una capa de oxido. Hierro.- El hierro era conocido y utilizado para los propsitos ornamntales y para armas en edades prehistricas; el espcimen ms temprano todava existente es un grupo de cuentas frricas oxidadas encontradas en Egipto, en el ao 4000AC. El termino arqueolgico, edad frrica, solo aplicaba propiamente al periodo cuando se uso el hierro extensivamente para los propsitos utilitarios, como para herramientas, as como para la ornamentacin. Es un metal blando, dctil y maleable cuyo peso especfico es de 7.86 y su punto de fusin es de 1500C; antes de fundirse se reblandece y se puede trabajar. Todos los productos obtenidos con el hierro y sus aleaciones se denominan productos siderrgicos. Para la obtencin del hierro son necesarios minerales ferrosos y otras materias como fundentes y carbn. Los minerales de hierro ms importantes son: magnetita, oligisto, limonita y siderita. Es el elemento esencial para la produccin del acero, el cual est compuesto en un 78% como mnimo de Fe, el hierro posee una gran cantidad de propiedades favorables para la construccin, y por ello despus del concreto, es llamado como el esqueleto de las estructuras.




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Obtencin

Puede obtenerse hierro en estado slido por el procedimiento de forjas cartalanas, que solo es aplicable en minerales muy ricos; se obtiene hierro dulce y tambin acera.

En la actualidad la obtencin del hierro se efecta en altos hornos cuyo perfil caracterstico es el de los troncos de cono unidos por sus bases mayores la parte superior se denomina cuba y la parte inferior, atalaje, el producto obtenido es el arrabio o fundicin, escorias y gases. Esta materia no es utilizable, y es necesaria una nueva fusin para obtener el hierro dulce y la fundicin propiamente dicha. Para la obtencin del acero se emplean varios sistemas: becemer, siemens y tomas que tienden a volverlo a fundir, eliminando parte del carbono y aadiendo otras sustancias. Proceso De Produccin Este se produce generalmente en lingotes, los materiales bsicos usados en la fabricacin de este son el coque y el agua, el coque se quema como un combustible para calentar el horno a altas temperaturas, para generar la fundicin del material frrico para darle fluidez y pureza, apto para el moldeo, para formar un fluido, el cual se introduce en los diferentes moldes con el fin de darle la forma de lingote, la cual es la forma ms conveniente para almacenar y transportar, pero estos sufren un cambio brusco de temperatura al aadirle agua, para darle cierto temple. Propiedades El hierro puro tiene una dureza que va de 4 a 5, es suave maleable y dctil. Este es magnetizado fcilmente a temperaturas ordinarias; es difcil magnetizar a altas temperaturas (excedan 790C), sometido a estas este pierde su propiedad magntica. El metal existe en tres formas diferentes: ordinaria o alfha-hierro; gama-hierro; delta-hierro. Las propiedades fsicas diferentes de todas las formas alotrpicas y la diferencia en la cantidad de carbono subida por cada una de las formas tocan en una parte importante en la formacin, endurecido, y templado de acero. Qumicamente, el hierro es un metal activo. Combina los halgenos (fluor, cloro, bromo...), azufre, fsforo, carbono, y sicona. Este reacciona con algunos cidos perdiendo sus caractersticas, o en algunos casos llega a la correccin masiva. Generalmente al estar en presencia de aire hmedo, se corroe, formando una capa de oxido rojiza-castao (oxido frrico escamoso), la cual disminuye su resistencia y adems estticamente es desagradable. Usos El hierro puro preparado por la electrolisis de solucin del sulfato frreo, ha limitado su uso. El hierro comercial invariablemente contiene cantidades pequeas de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades fsicas, que son mejoradas considerablemente por la suma extensa de carbono y otros elementos ligando. La gran mayora del hierro se utiliza en formas procesadas, como hierro forjado, hierro del lanzamiento, y acero. El hierro puro comercialmente se usa para la produccin de metal en plancha, galvanizado, y de electroimanes, los elementos de hierro son empleados para los propsitos medicinales en el tratamiento de anemia, cuando la cantidad de




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hemoglobina o el numero de los corpsculos de sangres rojas en la sangre se baja. El hierro tambin se usa en tnicas. Pero Principalmente se usa en la fabricacin del acero. Acero.- Son aquellos productos ferrosos cuyo tanto por ciento de carbono est comprendido entre 0.05% y 1.7%; el acero endurece por el temple y una vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfra lentamente, disminuye su dureza. El acero funde entre los 1400 y 1500C, y se puede moldear con ms facilidad que el hierro. Aceros se pueden clasificar segn se obtengan en estado slido: ensoldados, batidos o forjados; o, en estado liquido, en hierros o aceros de fusin y homogneos. Tambin se clasifican segn su composicin qumica, en aceros originarios, al carbono y especiales. La proporcin de carbono influye sobre las caractersticas del metal. Se distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no aleados. Existe una aleacin cuando los elementos qumicos distintos al carbono se adicionan al hierro segn una dosificacin mnima variable para cada uno de ellos. Por ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno, el 10.5% para el cromo. De esta manera una aleacin del 17% de cromo mas 8% nquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino mltiples aceros. Proceso de Produccin y Obtencin El acero se fabrica partiendo de la fundicin o hierro colado; ste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fsforo y azufre, elementos que perjudican conside-rablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones. La fabricacin verdadera del acero se inici hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el empleo del convertidor Bessemer, consistente en un recipiente de gran capacidad y de forma de pera, de paredes de hierro y fondo provisto de numerosos orificios, a travs de los cuales se haca llegar una potente corriente de aire, que remova con violencia la masa de hierro colado fundido que llenaba el convertidor. La reaccin entre el oxgeno del aire y los componentes de la fundicin era violentsima y tal el calor desarrollado dentro del convertidor que la masa de la fundicin se mantena lquida por s misma. En la reaccin indicada se combinaba la mayor parte del carbono, fsforo y azufre con el oxgeno del aire insuflado, pero no se eliminaba el silicio, lo que constitua un grave inconveniente, razn por la cual no podan utilizarse los minerales de hierro ricos en aqul. Por otra parte, el primitivo convertidor Bessemer slo poda utilizarse un reducido nmero de veces, pues la fundicin lquida y a elevada temperatura atacaba las paredes de hierro del aparato, Estos inconvenientes fueron subsanados por el oficinista britnico Thomas, quien logr afinar el hierro colado revistiendo las paredes internas del convertidor Bessemer con una mezcla de greda y dolomita pulverizada (carbonato de calcio y magnesio), y al mismo tiempo agregaba a la fundicin un poco de cal viva, insuflando aire comprimido caliente por el fondo del aparato. El silicio y gran parte del manganeso contenidos en la fundicin se queman con rapidez y el xido de manganeso que se forma se combina con el silicio; el silicato manganoso funde con dificultad y flota sobre la masa incandescente lquida en forma de escoria, el carbonato arde a su vez y el




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fsforo se combina con la cal del revestimiento del convertidor y se forma fosfato clcico bsico, el cual flota tambin en forma de escoria (escories Thomas) sobre la masa lquida, y de la cual se separa con las escorias restantes. Posteriormente mejoraron el procedimiento de afinacin del acero Martn, francs, y Siemens, alemn; que introdujeron en la siderurgia los hornos de sus respectivos nombres. En estos hornos, calentaba la fundicin o hierro fundido en una atmsfera de gases de gasgeno y se le mezclan chatarra de acero viejo o de hierro dulce. Al alemn Krupp se le debe el mtodo Industrial de obtencin de aceros al crisol, que consiste en refundir el acero Martn-Siemens dentro de grandes crisoles fabricados con una mezcla de arcilla, grafito, coque y carbn vegetal en polvo, donde el acero se purifica ms an. As se obtiene el acero fundido, empleado en la fabricacin de herramientas de corte. Ms modernos an son los aceros elctricos, obtenidos en hornos elctricos, en stos se afina el acero obtenido en los hornos Martn-Siemens, y se le recarbura con carbono puro o aglomerados de limaduras de hierro y carbn vegetal. Las propiedades del acero se modifican con relativa facilidad, calentndolo a temperatura prxima a 1.000 C y sumergindolo con rapidez en agua, aceite o mercurio fros (temple) se aumenta su elasticidad; si, por el contrario, se le calienta a elevada temperatura y se le deja enfriar lentamente (recocido) se obtiene acero menos elstico pero ms tenaz y resistente al choque. El acero es una aleacin de hierro y carbono, esto, es, un carburo de hierro, por eso no existe de l un tipo nico; sus propiedades (tenacidad, elasticidad, etc.) varan segn el contenido de carbono y la clase empleada en su fabricacin (martensita, perlita, ferrita o hierro puro; tambin influye en l, el mtodo seguido en su fabricacin. Existen aceros duros, rpidos (resistentes a la lima), etc, el acero es de gran importancia a causa de las mltiples aplicaciones que recibe. Se pueden modificar sus propiedades alendolo con otros metales; de este modo se obtienen los aceros especiales. El acero lquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundicin) o de chatarras (procedimiento elctrico). A continuacin, el acero lquido se solidifica por moldeo en una mquina de colada continua. A la salida, se obtienen los SEMI-PRODUCTOS: barras de seccin rectangular (desbastes) o cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales. Por ltimo, las piezas en bruto se transforman en PRODUCTOS TERMINADOS mediante el laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento trmico. Ms de la mitad de las planchas laminadas en caliente son relaminadas en fro y eventualmente reciben un revestimiento de proteccin anticorrosin.




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Fig. 1.1 Fabrica de Aglomeracin Fabrica de Aglomeracin.- Para preparar el mineral de hierro: ste se tritura y calibra en granos que se aglomeran (se aglutinan) entre ellos. El aglomerado as obtenido se compacta, cargndolo despus en el alto horno junto con el coque. El coque es un potente combustible, que se obtiene como residuo slido de la destilacin de la hulla (una clase de carbn muy rico en carbono).




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Alto Horno Se extrae el hierro de su mineral. El mineral y el coque slidos se introducen por la parte superior del horno. El aire caliente (1200C) inyectado en la base produce la combustin del coque (carbono casi puro). El xido de carbono as formado reduce los xidos de hierro, es decir, extrae su oxgeno, aislando el hierro de ese modo. El calor desprendido por la combustin funde el hierro y la ganga en una masa lquida en que la ganga, de menor densidad, flota sobre una mezcla a base de hierro, denominada "fundicin". Los residuos formados por la ganga fundida (escorias) son aprovechados por otras industrias: construccin de carreteras, fabricacin de cementos. Convertidor de Oxgeno Aqu se convierte la fundicin en acero. La fundicin en fusin se vierte sobre un lecho de chatarra. Se queman los elementos indeseables (carbono y residuos) contenidos en la fundicin, inyectando oxgeno puro. Se recuperan los residuos (escoria de acero). Se obtiene acero lquido "bruto", que se vierte en una cuchara. Se denomina acero bruto porque, en esa etapa, est todava inacabado.

Fig. 1.2 Convertidor de Oxigeno Coquera El coque es un combustible obtenido mediante destilacin (gasificacin de los componentes no deseados) de la hulla en el horno de la fbrica de coque. El coque es carbono casi en estado puro, dotada de una estructura porosa y resistente a la rotura. Al arder en el alto horno, el coque aporta el calor necesario para le fusin des mineral y los gases necesarios para su reduccin. Acero Lquido La materia prima introducida en el horno puede incluir desde material en bruto (por ejemplo, piezas de maquinaria) debidamente seleccionado, hasta chatarra entregada en forma preparada, clasificada, triturada y calibrada con un contenido mnimo de hierro del 92%. La chatarra se funde en un horno elctrico obtenido de esa manera, se somete a continuacin a las mismas operaciones de afinado y de matizacin que en el procedimiento de fundicin. La chatarra procede de envases desechados, edificaciones, maquinaria y vehculos desguazados o desechos de




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fundicin o acero recuperados en la planta siderrgica o de sus clientes transformadores. Cada matiz de acero requiere una eleccin rigurosa de la materia prima, especialmente en funcin de las "impurezas" que un metal determinado u otro mineral contenido en la chatarra pueda representar para un matiz. Estacin de Afino Afino (descarburacin) y adiciones qumicas Las operaciones se producen en un recipiente al vaco, haciendo que gire el acero entre la cuchara y el recipiente con la ayuda de un gas inerte (argn). Se inyecta oxgeno a fin de activar la descarburacin y calentar el metal. Este procedimiento permite una gran precisin en el ajuste de la composicin qumica del acero ("matizacin"). Colada Continua, Moldeo de Piezas en Bruto (Semi-procesados) Moldeo de un desbaste. El acero fundido se vierte en continuo en un molde sin fondo. Al atravesar este molde, comienza a solidificarse en contacto con las paredes refrigeradas por agua. El metal moldeado baja, guiado por un conjunto de rodillos, y contina enfrindose. Al llegar a la salida, est solidificado hasta el ncleo. En ese momento se corta inmediatamente en las longitudes deseadas. Corrosin.- Podemos definir la corrosin como el deterioro que sufre un material (habitualmente un metal) en sus propiedades debido a una reaccin con el medio. Si se pretenden comprender los mtodos de control de la corrosin es necesario describir primero en un cierto grado de profundidad las reacciones y los factores que influyen en el fenmeno. La mayora de los metales se encuentran en estado natural formando parte de minerales, ya sea como oxido o metales. El mineral comn de hierro se asemeja al herrumbre, este es convertido a fierro metlico mediante el empleo de energa y esta misma energa es la que se libera cuando el hierro se convierte en herrumbre debido a al corrosin en efecto, es la energa que guarda el metal durante el proceso de refinacin lo que hace posible el proceso de corrosin. El fenmeno corrosin puede ser definido tambin como el deterioro de los materiales, a causa de alguna reaccin con el medio ambiente en que son usados. Este fenmeno no siempre involucra un cambio de peso o un deterioro visible, ya que muchas formas de corrosin se manifiestan por un cambio de las propiedades de los materiales, disminuyendo su resistencia. El caso de las aleaciones metlicas y particularmente el del acero el ms ampliamente difundido; en estos casos la corrosin se debe detallar con ms precisin basndose en la estructura atmica de la materia. En este caso el tomo est formado por un equilibrio de cargas positivas llamadas protones y de cargas negativas llamadas electrones; los materiales tienden a perder electrones o en otras palabras cierta energa, formando un in positivo, la cual se separa del metal perdiendo masa. Esto sucede cuando normalmente al entrar un metal en contacto con un electrolito (medio conductor de corriente) dando lugar a reacciones electroqumicas de oxidacin y reduccin. Decimos entonces, que ha comenzado un proceso de corrosin en medio hmedo con una circulacin simultnea de corriente elctrica, normalmente denominada pila galvnica. Como




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hemos vistos, en el caso particular del acero han aparecido algunos nuevos conceptos que toman parte del proceso de corrosin, lo que nos lleva a una definicin ms especfica: Corrosin es un proceso de destruccin o deterioro electroqumico de un metal por accin y reaccin de ste con el medio que lo rodea (reacciones de oxidacin y reduccin simultnea), o bien se puede decir que es el deterioro que le ocurre a un metal cuando este interacta o reacciona con su medio ambiente. La corrosin es un factor muy importante en cada planta de proceso qumico, es decir, representa la diferencia entre una operacin sin problemas y una operacin que se tenga que detener para efectuar reparaciones costosas. Un ejemplo comn del proceso es el siguiente: Fig. 1.3 Corrosin

La corrosin es casi siempre de naturaleza electroqumica, esto es, una corriente elctrica que circula entre determinadas zonas de la superficie del metal, conocidas con el nombre de nodos y ctodos, a travs de una solucin llamada electrlito capaz de conducir dicha corriente. Este conjunto constituye micro o macro pilas en las que la zona andica es la que sufre los efectos de la corrosin. Cuando los tomos del nodo se disuelven para formar iones, los electrones que dejan libres hacen al nodo negativo con respecto a la solucin. Sus electrones pasan al ctodo a travs de la masa metlica y all neutralizan a los iones positivos. La corrosin, por tanto, es sostenida por procesos simultneos andicos y catdicos. Reacciones Andicas:




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ReaccionesCatdicas

Fig. 1.4 Reacciones Catdicas

Esta corrosin de tipo electroqumico, caracterstica de estructuras sumergidas o enterradas, es sumamente peligrosa, no por la prdida de metal en s, que suele ser pequea, sino por tratarse de una corrosin localizada que puede ser origen de picaduras profundas. Para que exista corrosin hemos visto la necesidad de que existan simultneamente nodos, ctodos y un electrlito. Estos nodos y ctodos son micro o macropilas con una diferencia de potencial entre sus dos semi-elementos. Las micropilas pueden tener su origen en el metal o en el electrolito, siendo en cada caso provocadas por diversos motivos. Para que existan micropilas en el metal, es necesaria la presencia de heterogeneidades que pueden ser de varios tipos: - De construccin: metales o aleaciones polifsicas. - De estructura: fina, gruesa, deformada, etc. - Mecnicas: creadas por tensiones externas o internas. - Debidas a diferentes estados superficiales: grado de pulido, rayas, acoplamientos, xidos. En las tuberas metlicas enterradas los mayores riesgos se deben a los fallos del revestimiento.




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Las micropilas debidas al electrlito o medio corrosivo pueden resultar de diferencias de temperatura, pH, concentracin y, en particular, de diferencias en el contenido de oxgeno, formando las pilas de aireacin diferencial que son una fuente importantsima de fenmenos de corrosin. El reparto no uniforme de oxgeno es un importante factor de corrosin, independientemente de la naturaleza del metal; las partes ms aireadas funcionan como ctodos y las menos aireadas (rayas, entrantes agudos, uniones con radio de curvatura insuficiente, etc.) como nodos, y son, por consiguiente, atacados. Fig. 1.5

Fig.1.5RepartoNoUniformedeOxigeno

Las macropilas tienen su origen, por ejemplo, en uniones de metales distintos (Fig. 1.6), o en diferencias de resistividad de suelos (Fig. 1.7), o en el efecto de corrientes vagabundas (Fig.1.8).

Fig.1.6 Uniones de Metales




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Fig.1.7 Diferencias de Resistividad

Fig.1.8 Efecto de Corrientes Vagabundas

Naturaleza electroqumica de la corrosin.

Los problemas de corrosin que ocurren en la produccin industrial son debidos a la presencia de agua. Estando esta presente en grandes o pequeas cantidades siempre ser necesaria para el proceso de corrosin. A causa de lo anterior, entonces la corrosin en presencia de agua es un proceso electroqumico, lo cual quiere decir que hay flujo de corriente elctrica en el proceso de corrosin y para que esto fluya tiene que existir una fuerza impulsora, la cual acta como una fuente potencial y con esto se completa el circuito elctrico. La fuente potencial en este proceso es la energa almacenada por el metal durante el proceso de refinacin. Segn el metal es la cantidad de energa en su refinacin y por eso tendrn diferentes tendencias a corroerse. La magnitud de esta fuerza impulsora generada por el metal cuando esta en contacto con una solucin acuosa se llama potencial del metal. Este valor se relaciona con la energa que se libera cuando el metal se corroe.




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Circuito elctrico de la corrosin. En conjunto con la fuente de voltaje debe existir un circuito completo; este consiste en dos partes: nodo. Es aquella porcin de la superficie del metal que se est corroyendo. Es el lugar donde el metal se disuelve y pasa a la solucin; al momento de ocurrir esto es porque los tomos metlicos pierden electrones y pasan a la solucin como iones. Los tomos contienen la misma cantidad de protones y electrones y al ocurrir una prdida de electrones ocurre un exceso de carga positiva lo que resulta un in positivo.

Ctodo.

Es la cantidad de superficie metlica que no se disuelve y es el sitio de otra reaccin

qumica necesaria para que ocurra el proceso de corrosin. Los electrones que se liberan al dividir el metal en el nodo viajan hasta la zona catdica en donde se consumen por la reaccin de un agente oxidante presente en el agua. El consumo de electrones se llama reaccin de reduccin.

Electrolito.

Para que se complete el circuito elctrico la superficie metlica, tanto como el ctodo como

el nodo, deben estar cubiertas por una solucin conductora de electricidad, es decir, de electrolito. El electrolito conduce la corriente del nodo al ctodo y luego vuelve al nodo a travs del metal, completando el circuito.

La combinacin de estos tres componentes es conocido como celdas de corrosin. Composicin del electrolito.

Existen dos aspectos por los cuales la composicin del electrolito afecta la corrosin; primero afecta la conductibilidad y segundo el potencial de corrosin bsico del sistema, este ltimo se relaciona por la presencia o no de agentes oxidantes en la solucin los cuales son importantes para construir la parte catdica de la celda de corrosin.

Afortunadamente tenemos dos agentes oxidante en la mayora de los problemas, ellos son el in hidrgeno y el xido molecular. Las medidas para combatir la corrosin dependen del sistema que participe en la celda, por lo tanto lo primero que sec debe hacer es definir las reacciones catdicas que participan.

Conductividad.

Como ya se ha dicho anteriormente la superficie metlica debe estar cubierta de una solucin elctricamente conductora para conducir corriente elctrica desde el nodo al ctodo en la celda de corrosin; entre mejor conductor sea el electrolito mas fcil va a fluir la corriente y ocurrir mayor corrosin. En el caso de electrolitos poco conductores existe una gran resistencia al flujo de corriente minimizndose la reaccin de disolucin. Es importante recalcar que la cantidad de metal que se disuelve es directamente proporcional a la cantidad de corriente que fluye entre el nodo y el ctodo.




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PH.

La velocidad de corrosin del acero aumenta a medida que disminuye el ph, el cual al ser muy altos suele ser muy corrosivo. La velocidad de corrosin con el ph est influenciada por la composicin del electrolito.

Al aumentar la concentracin del in hidrgeno es ms cida la solucin y es menor el valor de ph. La magnitud de ph nos indica la intensidad de acidez o alcalinidad del medio. Esta magnitud se indica por medio de una escala la cual la nmero siete indica que la solucin con ph es neutra; los numerosa menores de siete indican que es cida y los mayores alcalinidad.

Gases disueltos.

El oxigeno, dixido de carbono y el cido sulfhdrico disuelto en agua aumenta la corrosividad de esta, por lo tanto, los gases son la principal causa de los problemas de corrosin.

Oxigeno disuelto.

De los gases disueltos es el peor de todos, basta con una pequea concentracin y puede producir una corrosin severa y si uno de los otros gases disueltos est presente aumenta la corrosin.

El oxgeno siempre acelera la corrosin ya que es un oxidante fuerte y se reduce rpidamente en el ctodo, lo que significa que se combina muy fcil con los electrones del ctodo, con lo cual la velocidad de corrosin estar limitada con la rapidez con este gas se difunde desde el ceno electrolito a la superficie del metal.

Dixido de carbono disuelto.

Si el dixido de carbono se disuelve en agua se forma cido carbnico, disminuyendo el ph de la solucin y aumentando su corrosividad. Tanto este como el oxigeno causan un picado y la corrosin causada por el dixido de carbono se conoce como corrosin suave.

cido sulfhdrico Disuelto.

El cido sulfhdrico es muy soluble con agua y se comporta como un cido dbil y causa un picado. La presencia de este se conoce como una corrosin cida. La unin de este con el dixido de carbono es ms agresiva que el cido sulfhdrico solo y esta combinacin es la que se encuentra en los pozos petrolferos. Si en estas condiciones se presenta una pequea cantidad de oxigeno, el resultado es desastroso

Variables fsicas.

Temperatura.

Al igual que las reacciones qumicas, la velocidad de corrosin aumenta generalmente con la temperatura; la velocidad se duplica por cada diez grados centgrados que aumenta la temperatura.

Una excepcin de esto podra ser en un sistema abierto a la atmsfera la velocidad de corrosin inicial aumenta disminuyendo posteriormente si la temperatura se aumenta.




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Presin.

La presin afecta la velocidad de las reacciones qumicas en la que participan gases y por consiguiente las reacciones de corrosin no son una excepcin. Resistencia a la Corrosin Hierro y Acero.- Bajo condiciones similares, el hierro y el acero se corroen prcticamente con la misma rapidez, pero la distribucin de la corrosin puede ser diferente en los dos. La escoria esparcida en el hierro dulce puede dar por resultado, bajo la corrosin atmosfrica, un ataque distribuido de una manera general ms bien que un ataque fuertemente localizado (picadura). En la corrosin subterrnea, y en la causada por sumersin continua en agua, los ensayos efectuados no han mostrado mucha diferencia entre los dos materiales. Las superficies pulidas resisten la corrosin mucho mejor que las speras. Las diferencias en el acabado superficial pueden tener una influencia mayor que las variaciones ordinarias en la composicin qumica distintas de la segregacin pronunciada. La presencia de cascarillas de laminacin sobre la superficie favorece la corrosin localizada o distribuida de manera irregular. Con frecuencia, una superficie pulida soportar la exposicin por un tiempo antes de mostrar seales de corrosin. Las condiciones externas sobrepasan el efecto de la composicin del metal al determinar las velocidades de corrosin. El oxigeno determina el comienzo de la corrosin del hierro y el acero bajo condiciones ordinarias; no solo acta como despolarizador, sino que adems se une con el hierro ferroso en lo nodos de la corrosin. En la ausencia general de oxgeno, la corrosin desciende a una rapidez despreciable. En la ausencia local de oxigeno se puede establecer una clula diferencial de oxigeno que sirve para acelerar la corrosin en la porcin pobre de oxgeno. En las soluciones salinas, la corrosin depende tanto de la cantidad de oxgeno como de la sal que est en la solucin.

La herrumbre puede acelerar la corrosin y causar picaduras. La explicacin probable es que las acumulaciones superficiales de herrumbre protegen al metal que recubren al acceso libre de al oxgeno, volviendo as andicas (corrobles) a esas porciones, con respecto a las zonas no cubiertas, a las cuales tiene ms libre acceso el oxgeno (zona Catdica). Bajo ciertas condiciones de exposicin, en especial atmosfrica, la herrumbre puede formar un recubrimiento tan continuo y adherente que protege al metal que recubre del ataque corrosivo. Esto se verifica particularmente en el caso del acero y el hierro al cobre sujetos a exposicin atmosfrica. La herrumbre de adhiere mucho mejor a la fundicin que al hierro o acero laminados; a esto se atribuye en gran parte la mayor resistencia a la corrosin de la fundicin.

Los aceros inoxidables dependen de la presencia del cromo para su resistencia a la corrosin y al calor. Este tipo de aceros de dividen en cuatro grupos: martensticos, ferrticos, austenticos y endurecidos por precipitacin o por envejecimiento. Los tipos martensticos y ferrticos son magnticos, templables y tiles para cuchillera, piezas de maquinas y para obtener resistencia a la corrosin atmosfrica; los tipo austenticos, por ejemplo los tipo 304 (18Cr, 8 Ni), no son templables pero tiene mayor utilidad por la resistencia a los lquidos corrosivos. Los aceros




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endurecidos por precipitacin o envejecimiento, que pueden alcanzar una resistencia a la traccin de 200 000 lbs/in2 (Aprox. 1400MN/m2), se utiliza en proyectiles autopropulsados y en aviones.

La pasividad se debe a una condicin de la superficie que, en el caso de aleaciones austenticas, es una pelcula de oxido que se repara por s misma, mantenida en un medio ambiente oxidante, por ejemplo, el acido ntrico. La pasividad puede perderse si se extrae el oxgeno, como en las hendiduras o al haber una pequea cantidad de materia extraa en agua estancada. La resistencia a la corrosin puede perjudicarse seriamente al soldar o con tratamiento trmico inapropiado, con lo cual el metal se vuelve susceptible a la corrosin intercristalina. Fundicin de Hierro. En ciertos tipos de suelos se produce corrosin en piezas de fundicin enterradas. El producto de esta corrosin graftica tapona el propio agujero, que ocasiona, de tal manera que un tubo, si no es perturbado, sigue aun prestando servicio en sistemas de baja presin. Se puede mejorar mucho la resistencia a la corrosin de la fundicin mediante elementos de aleacin, como el cromo y el nquel. La fundicin al silicio (con 13 a 14% de Si) es resistente a la mayora de los cidos y a muchas otras sustancias qumicas, aunque no a los lcalis; como este hierro es dbil y frgil, su uso se limita a adaptar las fundiciones a las dimensiones. Los nombres comerciales para este tipo de aleaciones son Duriron, Corrosiron y Tantiron. La fundicin al nquel (con 13 a 15% de Ni) tiene gran resistencia a la corrosin de muchas sustancias qumicas y a la de los cidos diluidos y posee la ventaja de tener resistencia mecnica y tenacidad superiores. I.1 TIPOS DE CORROSIN Las formas especficas de corrosin son las siguientes:

a) Picadura b) Ataque Intergranular c) Lixiviacin

(Disolucin Selectiva, Descincado) d) A Elevadas Temperaturas e) Por Erosin f) Por Esfuerzos g) Por Hendiduras

(Fragilizacin Custica) h) Por Fatiga i) Uniforme j) Galvnica

(Entre Dos Metales) k) Por Rozamiento

Fig. 1.9 Clasificacin de Corrosin




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a) Picadura Es una corrosin localizada que se presenta principalmente en los aceros inoxidables, cobre y sus aleaciones, aleaciones de nquel y de aluminio. Consiste en pequeas cavidades en la superficie del metal, que pueden incluso traspasar la pieza. Con una relacin de profundidad a ancho igual o mayor a 1. Es electroqumico, ya que se presentan celdas galvnicas y de concentracin. Las primeras debido a imperfecciones en la superficie que estn relacionadas con la inclusin de impurezas cuyo potencial es de mayor actividad (andicas), que el metal base. Las segundas, por la tendencia a que la concentracin de oxigeno en la superficie de las imperfecciones sea mayor que en el fondo de estas, lo que origina que no se forme una capa pasiva. Si se llegase a formar una alta concentracin de iones metlicos en la parte ms profunda de la picadura (exceso de carga positiva), se presentara una celda que se opusiera a la de la concentracin de oxigeno, cesando la penetracin, de otra manera continuara. Las favorecen aquellas soluciones con un pH neutro.

b) Ataque Intergranular Es un ataque a las fronteras de grano, debido a una composicin no homognea en ese lugar con respecto a la del grano mismo, tambin es del tipo electroqumico. Se presenta en los aceros inoxidables austenticos (Por ejemplo, si sufren un enfriamiento lento a partir del rango de 510 a 800C se forman carburos de cromo que se precipitan), por la prdida de cromo en el lmite de grano, y en aleaciones de cobre.

c) Lixiviacin La disolucin selectiva considera el ataque preferencial de uso de los elementos de la solucin slida (se ataca una fase). Como ejemplo, el descincado (Perdida de Zinc), que le ocurre al latn al ser expuesto al agua de mar, produce como resultado una superficie porosa de cobre, como consecuencia de la disolucin que se presenta.

d) A Elevadas Temperaturas Esta corrosin de ataque qumico directo se presenta debido a que las temperaturas altas y las fluctuaciones repetidas calentamiento-enfriamiento modifican la resistencia a la corrosin de los metales, particularmente a los materiales sometidos a atmosferas de vapor de agua sobrecalentado, bixido de azufre y dixido de carbono.

e) Por Erosin Se presenta por los efectos del movimiento relativo de un fluido con respecto a una superficie metlica, y aumenta con la velocidad y las partculas en suspensin que transporte, provocando ralladuras o picaduras que generan discontinuidad en la capa pasiva (si se presenta en el metal), y fomentando diferencias de potencial locales (ataque electroqumico). Al producirse cavitacin (formacin de burbujas de aire o vapor), en los lquidos en movimiento, se provocan elevadas presiones localizadas en la superficie metlica, que de ser frecuentes ocasionan un alto y rpido deterioro por erosin.




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f) Por Esfuerzos

Se produce por la combinacin de un ambiente corrosivo y esfuerzos de tensin que pudiesen ser residuales originados en su fabricacin, ya sea de origen trmico o mecnico; la deformacin producto del esfuerzo impide la generacin de una capa pasiva, aun con pequeos ataques, y las fisuras se propagan (ataque electroqumico).

g) Por Hendiduras Si dos componentes se encuentran a una distancia menor de un milmetro, sean o no metales, existe el depsito de slidos suspendidos sobre la superficie, o existen recovecos en la pieza, se acumulan sales, presentando una diferencia de potencial entre la solucin dentro de la hendidura y la que se encuentra fuera, produciendo una acelerada corrosin (electroqumica). Un caso considera la combinacin de esfuerzos de tensin con temperaturas elevadas en un ambiente de sosa caustica (NaOH), formada en una junta con fuga se producen grietas internas en las zonas de concentracin de NaOH (Incrustaciones diversas), que rpidamente se propagan produciendo una fractura frgil.

h) Por Fatiga Se presenta cuando existe un medio corrosivo y esfuerzos cclicos y repetidos (de fatiga) simultneamente. Inicia con la formacin de una fisura Intergranular que se propaga rpidamente fuera de los granos.

i) Uniforme Tambin es denominada corrosin general, y se presenta como un ataque qumico o electroqumico casi uniforme en la superficie expuesta al agente corrosivo. Es la forma especfica que se presenta con mayor frecuencia, sobre todo en los aceros, y es tambin la que causa las mayores mermas econmicas. No obstante es posible determinar su ocurrencia (no se presenta de manera repentina), debido a pruebas de laboratorio realizadas a los materiales sometidos a diferentes condiciones de entorno corrosivo. Al mismo tiempo permite la utilizacin de diversos medios para proteger la superficie, tales como la electrodeposicin, uso de inhibidores, proteccin andica, entre otros.

j) Galvnica Si dos o ms metales son acoplados, la diferencia de potencial electroqumico entre ellos producir que el ms activo se corroa, esto es importante al momento de seleccionar el tipo de recubrimiento a utilizar, metlicos para este caso. El metal a recubrir debe ser mas pasivo (reaccin de ctodo), con el fin de que el que recubre se sacrifique (reaccin de nodo). Es la base para la utilizacin de nodos de sacrificio.

k) Por Rozamiento Los metales en contacto, sometidos a deslizamiento y vibraciones, presentan corrosin entre las caras de interfase, debido al desprendimiento de viruta que originan ralladuras y orificios,




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fomentando una diferencia de potencial, si las superficies se encuentran corrodas, se desprendern partculas de oxido que actan como abrasivos, esto puede llegar a ocurrir en los cojinetes, arboles de transmisin y rodamientos.




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CAPITULO II SISTEMAS ANTICORROSIVOS

II.1 SISTEMAS ANTICORROSIVOS

Hemos descrito el mecanismo de corrosin electroqumico que se produce siempre, excepto en la oxidacin a elevadas temperaturas.

Por lo tanto, para luchar contra la corrosin debemos eliminar, o separar de los otros dos, uno de los tres elementos citados: nodo, ctodo y electrlito.

Si distinguimos entre corrosin atmosfrica y corrosin de estructuras enterradas y sumergidas podemos tambin distinguir los mtodos de proteccin. En el caso de metales situados en una atmsfera agresiva, el electrlito es la zona hmeda cercana al metal, que no podemos modificar excepto en ciertos casos mediante inhibidores en fase vapor. No podemos tampoco emplear la proteccin catdica clsica. Nos queda pues tan solo el diseo y seleccin de metales y el empleo de recubrimientos protectores que separen el electrlito de los nodos y ctodos y en algunos casos tengan adems un carcter activo como el galvanizado.

Cuando se trata de estructuras enterradas, adems de lo anterior podemos aplicar la

proteccin catdica y raramente modificar el electrlito. Finalmente, en estructuras sumergidas podemos actuar como en estructuras enterradas y, en muchos casos, modificar el electrlito. Por ejemplo, en el tratamiento qumico del agua de una caldera. Podemos subdividir los mtodos a emplear como sigue.

- Mtodos de diseo

Al proyectar cualquier estructura metlica debern seleccionarse ante todo los materiales a emplear, teniendo la precaucin, en el caso de trabajar con materiales con potenciales electroqumicos distintos, de aislarlos elctricamente.

Es fundamental que las tuberas metlicas enterradas no se conecten a metales enterrados ms nobles como el cobre de las tomas de tierra o armaduras de hormign armado. Asimismo el diseo debe evitar las situaciones que propicie pilas de corrosin.

- Recubrimientos Protectores

Entendemos como recubrimiento protector aquel que intenta evitar el contacto entre el

electrlito y el metal. Este recubrimiento puede ser metlico por inmersin, proyeccin, electrodeposicin o deposicin qumica; buscando recubrir el metal base con otro inatacable en el medio en cuestin, o que forma con l productos de corrosin pasivantes.

Otro mtodo consiste en variar la composicin de la superficie metlica con un anodizado,

fosfatado, cromado, pavonado, aplicacin de un estabilizador de xido, etc. Asimismo pueden utilizarse recubrimientos inorgnicos como vitrificados, silicatos de zinc, cemento, o bien recubrimientos orgnicos aplicados en fro o en caliente, siendo estos ltimos los ms empleados en estructuras enterradas.




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Los recubrimientos orgnicos deberan reunir las condiciones siguientes para constituir una solucin idnea: Perfecta adherencia a la superficie metlica, tanto en el momento de la aplicacin como

durante toda la vida de la instalacin. Ser compactos y no porosos.

Poder dielctrico elevado.

No absorber humedad.

Dureza para evitar su rotura (lo que ocasiona que quede la superficie metlica al

descubierto). Elasticidad para absorber las dilataciones del metal base, sin fisurarse.

Inalterabilidad frente a los agentes qumicos.

Inerte ante hongos y bacterias.

En las tuberas enterradas, es imposible garantizar que el recubrimiento no ha sufrido daos durante la instalacin.

- Mtodos Electroqumicos Pueden citarse: proteccin andica, proteccin catdica y canalizacin de corriente vagabundas, lo que no es ms que un caso particular de proteccin catdica. De ellos, la proteccin catdica es el mtodo ms extendido y tiene un gran campo de aplicacin en los metales enterrados o sumergidos y en los recipientes que contienen lquidos. La proteccin catdica es un excelente complemento de los recubrimientos

.




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Para cada tipo de corrosin existe un rango de potenciales en el cual la probabilidad de ataque localizado es muy pequea. Proteccin Mantener la superficie metlica en este rango de potenciales aplicacin de una cierta corriente Tipos:

Clasificacin de los mtodos electroqumicos Medidas que afectan al material

Medidas que afectan al medio

Medidas que modifican la interface

Medidas que separan metal y medio

MEDIDAS QUE AFECTAN AL MATERIAL METLICO En la eleccin del material hay que buscar un compromiso entre diversos factores entre los que se encuentra la resistencia a la corrosin Modificacin de Materiales Aleaciones

Fig. 2.1 Propiedades de Materiales




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Tabla 2.1 Ejemplos de medidas protectoras que afectan al material metlico, procedimientos seguidos y campos de aplicacin tpicos.




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MEDIDAS QUE AFECTAN AL MEDIO Tabla 2.2 Ejemplos de medidas protectoras que modifican el medio, eliminando sus componentes agresivos o aumentando la resistividad del mismo.




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- Medidas que afectan al medio:

o Eliminacin del agente agresivo O2/CO2 del agua H2O de combustibles/disolventes orgnicos Compuestos de S de los crudos

o Modificacin de la velocidad del fluido o Aumento de la resistividad del medio o Disminucin de la temperatura

MEDIDAS QUE MODIFICAN LA INTERFASE Estas medidas influyen en las reacciones que ocurren en la interface:

Inyeccin de electrones Proteccin catdica: Sir Humphrey Davy, 1824.




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Proteccin andica Eledeanu, 1954 Para metales y aleaciones pasivables E>Ecrit Transicin activa/pasiva drstica reduccin de la velocidad de disolucin Se requiere:

o j alta para proteger/pasivar o j baja para mantener

- Metales (y sus aleaciones) en los que es aplicable:

Fe, Ni, Al, Ti, Mo, Zr, Hf, Nb

Con la utilizacin de corrientes andicas se fomenta la formacin de una capa pasiva permanente que protege al metal de subsecuentes y no controladas corrosiones que lo deterioran. Proteccin Galvnica Natural Utiliza un material menos noble que el acero (nodo de Sacrificio), establecindose el siguiente circuito: Fig. 2.2 Proteccin Galvnica Natural

Proteccin Galvnica Usa el mismo principio de la proteccin catdica por corrosin galvnica natural, ya que el recubrimiento de zinc, acta como nodo de sacrificio, el cual se corroe a si mismo, en vez del acero que cubren. Esto puede observarse en situaciones en que el acero est en contacto con un medio corrosivo como por ejemplo, el agua de mar, en donde a los casquetes de los barcos se les unen placas de zinc las que vienen siendo los nodos de sacrificio. Tambin es posible encontrar nodos de magnesio en tanques de agua y tubos subterrneos, como se muestran en la figura:

Fig.2.3ProteccinGalvnica




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II.2 PROTECCIN CATDICA

Se atribuye al ingls Sir Humphrey Davy la paternidad del descubrimiento de la proteccin catdica, ya que en 1824, como resultado de experimentos de laboratorio en agua salada y con el fin de proteger la envoltura de cobre de los buques de guerra britnicos utiliz, por vez primera, bloques de zinc, con lo que se inici lo que se conoce en la actualidad como proteccin catdica. La realizacin de la proteccin catdica con nodos de sacrificio o galvnicos se lleva a cabo normalmente con tres metales caractersticos: zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) y sus aleaciones. El zinc ha sido siempre el material andico clsico, y es el pionero en el desarrollo de la proteccin catdica. Los nodos de aleaciones de magnesio han sido tambin utilizados con xito; principalmente se emplean para la proteccin de estructuras que requieren de una polarizacin rpida, o en medios agresivos de resistividad elevada, como los suelos. El aluminio es un material andico de gran inters por sus caractersticas electroqumicas. Sin embargo, la obtencin de aleaciones de aluminio adecuadas para nodos de sacrificio ha sido ms lenta que las de los dos otros metales, que en los ltimos aos han tenido un gran desarrollo.

La proteccin catdica fue incidental al proceso de proteger la chapa de acero recubrindola por inmersin en un bao de cinc en fusin (galvanizado), mtodo patentado en Francia en 1836 y en Inglaterra en 1837; sin embargo la prctica de recubrir el acero en cinc parece que era muy conocida en Francia hacia el final de los aos 1700. Proteccin Catdica.- La proteccin catdica se define como el mtodo de reducir o eliminar la corrosin de un metal, haciendo que, la superficie de este, funcione completamente como ctodo cuando se encuentra sumergido o enterrado en un electrlito. Esto se logra haciendo que el potencial elctrico del metal a proteger se vuelva ms electronegativo mediante la aplicacin de una corriente directa o la unin de un material de sacrificio (comnmente magnesio, aluminio o zinc). Normalmente, el mtodo es aplicable a estructuras de fierro y acero pero, tambin, se usa en grado limitado en plomo, aluminio y otros metales. Se debe recordar que el ctodo es aquel electrodo donde se desarrolla la reaccin de reduccin y prcticamente no ocurre corrosin alguna. Antes de aplicar la proteccin catdica, las estructuras corrobles presentan reas catdicas y andicas (estas son aquellas donde la estructura se corroe). Por lo tanto, si todas las reas andicas se pudieran convertir en catdicas, la estructura completa funcionara como un ctodo y la corrosin sera eliminada.

Fig. 2.4 Corrosin de B




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Fig. 2.5 Proteccin Catdica de B mediante la corriente externa de C

Ahora corresponde demostrar cmo la aplicacin de una corriente directa sobre cualquier estructura metlica corroble, puede convertirla en un ctodo. Para empezar, ha quedado de manifiesta la naturaleza de la corrosin electroqumica. Cuando dos metales diferentes A y B se conectan y sumergen en un electrlito, figura 2.4, se desarrolla un flujo de corriente a travs del electrlito y ambos metales; de tal manera que los aniones entran al seno de la solucin en el nodo y al mismo tiempo los electrones se mueven de este electrodo hacia el ctodo a travs del conductor metlico. La velocidad o rapidez de la corrosin depende de: la cantidad de corriente que fluye, la fuerza electromotriz total y las resistencias hmicas y no hmicas del circuito.

Si ahora, se forma un nuevo circuito agregando una fuente externa de fuerza electromotriz con su polo positivo conectado al metal C y el polo negativo a A y B (figura 2.5) esto har que B se vuelva ms negativo debido a los electrones que fluyen hacia el mismo. Estos electrones atraern a los iones positivos y reducirn la tendencia que tienen estos iones para entrar en solucin o sea que, de esta manera se reduce la velocidad de la corrosin. Dicho en otras palabras, el flujo de corriente de C a B a travs del electrlito reduce el flujo neto de corriente que sale de B y por lo tanto, se retarda la velocidad de corrosin. As mismo, se tiene un incremento de corriente de la solucin hacia el metal A. Las formas de corrosin que pueden ser controladas son: corrosin general, corrosin por picaduras, grafitizacin, corrosin en hendiduras, corrosin bajo tensin, corrosin/fatiga, cavitacin, corrosin bacteriana. Como ya se menciono, la proteccin catdica consiste en convertir en ctodo toda la superficie metlica a proteger, consiguiendo que por toda ella penetre corriente continua. El diagrama de Pourbaix refleja el comportamiento del hierro frente a la corrosin, en funcin de su potencial respecto al electrodo normal de hidrgeno y su pH.




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Fig. 2.6 Diagrama de Pourbaix

Este diagrama representa las circunstancias tericas de corrosin, de pasivacin y de inmunidad del hierro en presencia de una solucin acuosa. El examen de este diagrama muestra la posibilidad de proteger al hierro por los tres mtodos siguientes:

a) Elevar el potencial hasta situarse en la zona de pasivacin mediante la proteccin andica.

b) Alcalinizar el medio hasta superar el pH frontera entre la zona de corrosin y la de pasivacin.

c) Rebajar el potencial para situarse en la zona de inmunidad mediante la proteccin

catdica. Cuando un metal se est corroyendo tiene multitud de nodos y ctodos. Cuando se produce un fenmeno de corrosin generalizada, ello es debido a que la pequea diferencia de potencial de las micro pilas, permite que al formarse xido sobre el nodo ste se pasive lo suficiente para pasar a ser catdico frente a otra zona. Al alternarse las situaciones andicas y catdicas el ataque es prcticamente uniforme.




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Fig. 2.7 Par nodo- Ctodo

La fig. 2.7 representa un par nodo-ctodo situado en el mismo trozo de metal sumergido. Vemos que a travs del metal existe un flujo de electrones del nodo al ctodo que es el que permite que contine la corrosin. El sentido convencional de la corriente, inverso al de los electrones, es, pues, a travs del metal del ctodo al nodo, y en el electrlito sale corriente continua por el nodo y entra por el ctodo. En definitiva, vemos que en las zonas por las que sale corriente continua del metal al electrlito (los nodos) hay corrosin, y en las zonas en las que penetra corriente continua del electrlito al metal (los ctodos) hay proteccin. Para lograr la proteccin catdica unimos nuestro conjunto de nodos y ctodos a un nodo exterior (Fig. 2.8), que sabemos que sufrir corrosin, capaz de suministrar la suficiente corriente continua para que penetre por toda la superficie a proteger.

Fig. 2.8 Proteccin Catdica




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Podemos decir que la corriente que circulaba por el metal y sala del antiguo nodo al electrlito, se ve ahora forzada, por la presencia del nodo de la proteccin catdica, a seguir por el conductor, desapareciendo este antiguo nodo que ahora acta catdicamente. Como el electrodo de hidrgeno que se utiliza en el diagrama de Pourbaix es un electrodo de laboratorio, no utilizable en campo, se dan los potenciales de proteccin con respecto a otros electrodos de referencia ms manejables:

Tabla 2.3 Potenciales de ProteccinPOTENCIALDEPROTECCIN(Mv) ELECTRODODEREFERENCIA

+220 ZincPuro620 Hidrgeno760 Ag/ClAgenAguaSaladaSaturada800 Ag/ClAgenAguadeMar850 Cu/SO4Cu860 CalomelanosSaturado

900 Calomelanos1NNota.- Este criterio de Proteccin Habitual puede variar en algunos casos. Tipos Proteccin Catdica Para conseguir la proteccin catdica necesitamos conectar con la estructura a proteger algn elemento que tenga una diferencia de potencial con la misma, suficiente para hacer circular la corriente en el sentido deseado. Si observamos la serie electroqumica de los metales de la Tabla 2.4, vemos que estn ordenados segn sus potenciales tomando como cero el Hidrgeno.

TABLA2.4SerieElectroqumicaIONES POTENCIAL IONES POTENCIALLi+ 3.022 Ni++ 0.22Rb+ 2.924 Sn++ 0.136K+ 2.925 Pb++ 0.129Na+ 2.715 H++ 0.000Mg+ 1.866 Bi+++ +0.226Al+++ 1.67 Cu++ +0.334Zn++ 0.762 Te++++ +0.558Cr++ 0.71 Hg++ +0.798Fe++ 0.441 Ag+ +0.799Cd++ 0.397 Pt++ +1.2Ti+ 0.336 Au+++ +1.42Co++ 0.29

Si conectamos un trozo de hierro cuyo potencial es de -0.441 V, con un trozo de zinc cuyo potencial es de -0.762 V, la diferencia existente establecer una corriente elctrica a travs del electrlito, del zinc (nodo) al hierro (ctodo). Estamos realizando la proteccin catdica del hierro




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sacrificando un trozo de zinc. Este mtodo se denomina proteccin catdica por nodos de sacrificio y se consigue uniendo el metal a proteger con otro que sea ms electronegativo que l en la Tabla 2.4.En realidad los potenciales de la Tabla 2.4 se dan en unas circunstancias y electrlitos especiales (Potenciales Normales de disolucin) y en la realidad, deben usarse las series galvnicas de los metales y aleaciones en los medios (electrlitos) en que realmente se encuentren. En la primera columna de la Tabla 2.4.a, los metales estn clasificados por su nobleza termodinmica, mientras que en la segunda columna se ha tenido en cuenta tambin la pasivacin.

TABLA2.4.AClasificacindemetalesynometalesporordendenoblezatermodinmica

MetalesNoblesyNoNobles

NoblezaTermodinmica(Inmunidad)

NoblezaPrctica(InmunidadyPasivacin)

1 ORO 1 RODIO2 IRIDIO 2 NIOBIO3 PLATINO 3 TNTALO4 RODIO 4 ORO5 RUTENIO 5 IRIDIO6 PALADIO 6 PLATINO7 MERCURIO 7 TITANIO8 PLATA 8 PALADIO9 OSMIO 9 RUTENIO10 SELENIO 10 OSMIO11 TELURIO 11 MERCURIO12 POLONIO 12 GALIO13 COBRE 13 CIRCONIO14 TECNECIO 14 PLATA15 BISMUTO 15 ESTAO16 ANTIMONIO 16 COBRE17 ARSNICO 17 HAFNIO18 CARBONO 18 BERILIO19 PLOMO 19 ALUMINIO20 RENIO 20 INDIO21 NIQUEL 21 CROMO22 COBALTO 22 SELENIO23 TALIO 23 TECNECIO24 CADMIO 24 TELURIO25 HIERRO 25 BISMUTO26 ESTAO 26 POLONIO




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27 MOLIBDENO 27 TUNGSTENO28 TUNGSTENO 28 HIERRO29 GERMANIO 29 NIQUEL30 INDIO 30 COBALTO31 GALIO 31 ANTIMONIO32 ZINC 32 ARSNICO33 NIOBIO 33 CARBONO34 TNTALO 34 PLOMO35 CROMO 35 RENIO36 VANADIO 36 CADMIO37 MANGANESO 37 ZINC38 CIRCONIO 38 MOLIBDENO39 ALUMINIO 39 GERMANIO40 HAFNIO 40 VANADIO41 TITANIO 41 MAGNESIO42 BERILIO 42 TALIO43 MAGNESIO 43 MANGANESO

TABLA2.4.B

PILASGALVNICAS

PotencialDe

Corrosin(mV)

Cobre +50a100AtacanalHierro

AceroenHormign 100a200

Acero/Fundicinenarenalavada

400a450

HierroEnterradoAcero/Fundicinen

suelosmixtos450a600

Acero/Fundicinensuelosarcillosos

600a800

Zinc 900a1100ProtegenalHierro

Magnesio 1100a1700




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En la tabla 2.4.B se da una visin ms prctica de las pilas galvnicas. Si por ser la resistencia elevada, o por ser la intensidad necesaria alta, tenemos dificultades con los nodos de sacrificio, podemos usar como nodo cualquier metal que nos convenga y lograr la diferencia de potencial necesaria con una fuente de corriente continua cuyo negativo conectaremos a la estructura a proteger. Este mtodo se denomina proteccin catdica por corriente impresa o corriente forzada. Calculo de una Instalacin de Proteccin Catdica Para conseguir que la estructura a proteger alcance el nivel de proteccin de -0.85 V respecto al electrodo de referencia de Cu/SO4Cu debemos determinar que intensidad de corriente ser necesaria. La intensidad necesaria depender evidentemente de la superficie a proteger, pero adems influyen una multitud de factores suplementarios relacionadas con el electrlito (naturaleza, temperatura, agitacin aireacin, etc.) y con el metal a proteger (naturaleza, tipo de recubrimiento, estado superficial, dimensiones, etc.). La intensidad total necesaria ser pues el producto de la superficie a proteger en m2 y la densidad de corriente precisa en mA/m2. .Proteccin por nodos de Sacrificio Al proyectar un sistema de proteccin catdica por nodos de sacrificio (fig. 2.9 y fig. 2.10) tenemos un dato que nos viene impuesto, que es el potencial del nodo y que depende del tipo de nodo escogido. Los nodos de sacrificio ms comnmente empleados son los formados por aleaciones de zinc, magnesio y aluminio.

Fig.2.9nodosdeSacrificio




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Fig. 2.10 nodo de Sacrificio de Magnesio

En la tabla 2.5 se dan las caractersticas electroqumicas prcticas de algunas aleaciones modernas una vez considerada la reduccin por rendimiento de corriente.

Tabla2.5CaractersticasElectroqumicas

AleacinPotencial(Ag/ClAg)V

Potencialrespectoalaceroprotegido(0.8V)

ValoresPrcticos

AxHoraKg AxAoKg

Zn(H.S.Ni1) 1.05 0.25 780 0.089

AlZnSn 1.07 0.27 2420 0.276

AlIn 1.15 0.35 2740 0.313

AlHg 1.05 0.25 2830 0.323

Mg 1.5/1.7 0.7/0.9 1050/1230 0.120/0.140 Intensidad mxima de algunos nodos comerciales de zinc en agua de mar, en funcin de su peso y superficie.




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Tabla2.6IntensidadMximanodosdeZinc

TipoPesoNeto

[Kg]Superficie[cm2]

Intensidad[mA]

VidaMediaAIntensidadMxima

R.21 0.90 237 130 7MESESR.27 1.40 308 170 9MESES

WE.80Z 0.35 100 65 6MESESWE.120Z 1.25 226 140 9MESESWP.0 0.44 90 50 9MESESWP.1 1.32 18 90 1.5AOSWP.2 2.25 260 150 1.5AOSW.6Z 6.50 750 300 2AOSW.11Z 11.10 1400 500 2AOS

- Campos de Utilizacin de los nodos de Sacrificio

o Zinc

El valor relativamente elevado de su potencial de disolucin implica un alto rendimiento de corriente, una disminucin muy controlada del potencial de la estructura a proteger y una alcalinizacin muy pequea del medio en contacto con esa estructura. Uno de los factores que ms puede limitar la utilizacin del zinc es la resistividad del medio agresivo, y por ello es aconsejable que su empleo quede limitado para resistividades inferiores a los 1000 cm. Tambin debe cuidarse su utilizacin en presencia de aguas dulces a temperaturas por encima de 65 C, ya que en estas condiciones puede invertir su polaridad y hacerse catdico con relacin al acero, o en todo caso quedar pasivado por los carbonatos precipitados. Como nodo de sacrificio se utiliza masivamente, sobre todo para la realizacin de la proteccin catdica en agua de mar: buques, pantalanes, andenes martimos, refuerzos metlicos, diques flotantes, boyas, plataformas petrolferas, depsitos de agua, condensadores, etc. Tambin se utiliza en suelos de baja resistividad.

o Aluminio Por su situacin en la serie electroqumica, el aluminio es el metal ms idneo para la realizacin de la proteccin catdica, intermedio entre el zinc y el magnesio, con una elevada capacidad de corriente (Tabla 2.6). Su utilizacin es en el campo naval: su elevada capacidad de corriente hace que un solo nodo de aluminio pueda ejercer la accin de tres de zinc de iguales caractersticas, para una misma duracin del nodo. Estas circunstancias han motivado que estos nodos estn




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siendo muy utilizados para la proteccin catdica de tanques de lastre y carga-lastre de petroleros. Aunque el precio del aluminio es algo ms elevado que el del zinc, al necesitar menos nodos, esta diferencia se compensa; pero adems si se considera el ahorro en mano de obra de colocacin de los nodos, el aluminio puede llegar incluso a ser ms econmico. El campo de utilizacin de estos nodos es, en principio, semejante al de los de zinc, siendo su comportamiento altamente satisfactorio en la proteccin catdica de estructuras sumergidas en aguas dulces, sobre todo el de la aleacin Al-In de la cual se tiene una gran experiencia.

o Magnesio El magnesio es un elemento muy reactivo lo que implica una capacidad de proporcionar una densidad de corriente elevada, a costa de consumirse con gran rapidez. Por ello su principal aplicacin es en el caso de nodos enterrados en suelos de resistividades ms elevadas (2000 a 5000 x cm). Otro importante campo de aplicacin son los acumuladores de agua caliente sanitaria aunque suele limitarse a depsitos pequeos y bien revestidos.

o Otros Materiales Teniendo en cuenta la serie electroqumica, y el hecho de que es preciso alear algunos elementos para que sirvan como nodos de sacrificio, existen otros materiales que tambin se utilizan para determinadas aplicaciones. Como por ejemplo, el hierro para proteger cobre o acero inoxidable en casos especiales; o los metales que se utilizan para la fabricacin de bateras.

- nodos Enterrados Cuando un nodo de sacrificio se utiliza para la proteccin de una estructura enterrada conviene asegurarse que trabajar en las mejores condiciones. En general los nodos suelen rodearse con mezcla activadora (formada por una combinacin de bentonita, yeso y sales). Con ello se consiguen tres objetivos: a) Aumentar la superficie de contacto con el terreno. b) Mantener un cierto grado de humedad alrededor del nodo. c) Evitar la pasivacin del nodo con el paso del tiempo. La utilizacin de mezcla activadora es fundamental en suelos de resistividades elevadas (a partir de 2000 cm).




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II.3 PROTECCIN CATODICA PR CORRIENTE IMPRESA

El sistema de proteccin catdica con corriente impresa se llev a cabo aproximadamente cien aos despus que el de nodos galvnicos. En este sistema de proteccin catdica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la proteccin de una estructura.

Este procedimiento consiste en unir elctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo negativo de una fuente de alimentacin de corriente continua (pura o rectificada) y el positivo con un electrodo auxiliar que cierra el circuito. Los electrodos auxiliares se hacen de chatarra de hierro, aleacin de ferrosilicio, grafito, titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la existencia del electrolito (medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice el proceso electroltico.

Este sistema de proteccin catdica tiene la caracterstica de que utiliza como nodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metlicos que en mayor o menor grado se consumen con el paso

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