Corrosión Metálica: Causas, Tipos y Métodos de Protección

La corrosión metálica es un proceso por el cual un determinado metal se disuelve, oxida o combina, perdiendo sus propiedades mecánicas.

Zonas de Corrosión

• Zona anódica: zona metálica donde se produce la pérdida de electrones.
• Zona catódica: zona donde se consumen los electrones.

Corrosión por Agua

La corrosión por agua se debe a:

1. Contenido de oxígeno.
2. Alcalinidad/Acidez (pH).
3. Ion cloruro.
4. Gases disueltos (O₂, CO₂).

Corrosión por Oxígeno

1. Ocurre en cualquier parte del sistema, generando pitting.
2. Fácil de reconocer por la formación de picaduras profundas.

Tipos de Ánodos y Cátodos

• Dos metales diferentes en contacto.
• Metal sometido a tensiones.
• Corte fresco de un metal versus metal antiguo.
• Variaciones en densidad y composición.
• Óxido microescala versus acero.

Protección de Superficies Metálicas

Medios de protección de superficies metálicas contra la corrosión:

1. Autoprotección de metales.
2. Tratamiento de medios corrosivos e inhibidores.
3. Oxidación de las superficies y fosfatizado.
4. Pinturas y barnices.
5. Protección catódica:
   • Ánodo de sacrificio.
   • Corriente impresa.

Relación de Pilling-Bedworth

Pilling y Bedworth (1923) propusieron un criterio que permitió clasificar y diferenciar los metales que forman capas de óxidos protectoras de los que no las forman. La siguiente es la llamada Relación de Pilling-Bedworth:

VOL óxido / VOL metal = (W · d) / (w · D)

Donde:

• W = masa del óxido.
• w = masa del metal.
• D = densidad del óxido.
• d = densidad del metal.

Si la relación es menor que 1, se tiene un óxido poroso y no protector. Si es mayor que 1, se tiene un óxido continuo (protector).

Inhibidores de Corrosión

Los inhibidores son catalizadores negativos de la corrosión y pueden ser de naturaleza orgánica e inorgánica. La mayoría de inhibidores inorgánicos, tales como silicatos, cromatos, fosfatos y boratos, controlan la velocidad de corrosión al actuar sobre el ánodo.

Fosfatizado

El fosfatizado consiste en tratar con ácido fosfórico las superficies de acero desnudo antes del barniz o pintura. Se usa un baño de fosfato biácido de hierro y manganeso.

Calamina y Herrumbre

La calamina (o cascarilla azul) es un recubrimiento duro de color negro azulado que se forma sobre planchas de acero durante su fabricación. Se presenta a menudo fuertemente adherida al acero nuevo, pero esta adherencia se va perdiendo con el tiempo debido a diferencias de dilatación. Si se aplica pintura sobre la calamina, se desprenderá juntamente con ella.

La herrumbre es de fácil observación en piezas de acero a la intemperie. Su color puede variar desde un rojo brillante a un marrón oscuro y puede ser pulverulenta y mal adherida o dura y quebradiza.

Métodos de Limpieza de Calamina y Herrumbre

Los métodos más usados industrialmente para la eliminación de calamina y herrumbre son:

• Limpieza con llama.
• Chorreado abrasivo o granallado a presión.

A. Limpieza Mecánica

Se hace con cepillos de acero, lijas y herramientas de percusión, accionados neumática o eléctricamente. Las ventajas de esta limpieza están en su costo relativo, sencillez y operatividad en áreas pequeñas. Las desventajas son que no saca la calamina muy adherida, irregularidades en eficiencia y tiempo para superficies mayores.

B. Decapado

Se trata el acero, previo lavado y desengrasado, con una disolución caliente de ácido hasta que la calamina y la herrumbre se hayan disuelto. Ejemplo: Ácido sulfúrico al 10% y a 80 °C. Posteriormente debe lavarse con agua caliente, secar y pintar en el menor tiempo posible. Ventajas del sistema son su poca mano de obra, limpieza y rapidez para piezas difíciles y trabajos en serie. Desventajas son la exigencia de rigurosa limpieza anterior y posterior y la falta de "anclaje" de las superficies para la pintura.

C. Limpieza a la Llama

Consiste en quemar con soplete o mechero la superficie. Se produce el reblandecimiento de pinturas viejas, desprendimiento de calamina por dilatación y vaporización de la humedad subyacente. Posteriormente debe rasparse prolijamente. Desventajas: uso de gran mano de obra y requiere de mucho tiempo.

D. Chorreado Abrasivo

Consiste en proyectar a través de una boquilla, mediante aire comprimido o con agua a alta presión, abrasivos adecuados (arena de cuarzo, (barata); granalla de acero (cara) o escoria molida (barata)). El chorreado abrasivo es el único método completamente eficaz para limpiar el acero de calamina, herrumbre y otras impurezas. Produce una superficie rugosa, lo que significa un buen anclaje para la pintura. Desventajas: alto costo de los equipos, tamaños del compresor, personal entrenado. Se justifica en trabajos mayores.

Protección Catódica

Es una de las formas más modernas y rentables de combatir la corrosión. Consiste en instalar un circuito eléctrico en contracorriente del flujo anódico de electrones del metal. El método es de un costo de instalación alto, pero su mantención es muy económica comparada con los revestimientos y pinturas. Es muy útil en instalaciones sumergidas.

• Ánodos de Sacrificio: es muy conocida a bordo y consiste en barras de Zn apernadas al casco en las zonas más castigadas (cerca de la hélice). El Zn es el que cede electrones por ser más activo que el acero. Mientras haya Zn presente, el acero está protegido de ser ánodo. El Zn se disuelve continuamente haya o no haya necesidad.
• Corriente impresa: se consume energía solo cuando el acero es exigido de entregar electrones. La corriente impresa, por otra parte, es compatible con las pinturas (menos gasto de corriente).

Electroquímica

En electroquímica, los electrones se mueven a través de un material conductor. Electrólisis: la corriente eléctrica provoca una reacción química. Proceso en celda: reacción química que origina una corriente eléctrica (ejemplo: batería).

Los procesos electroquímicos son las reacciones de oxidación-reducción en que la energía liberada por una reacción espontánea se convierte en electricidad o la energía eléctrica se usa para causar una reacción no espontánea.

Celdas Electroquímicas

La diferencia en el potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se llama:

• Voltaje de la celda.
• Fuerza electromotriz (fem).
• Potencial de celda.

Potenciales Estándares del Electrodo

El potencial estándar de reducción (E⁰) es el voltaje secundario a una reacción de reducción en un electrodo cuando todos los solutos son 1 M y todos los gases están a 1 atm.

Cuanto más positivo es E⁰, mayor será la tendencia de la sustancia a reducirse. Las reacciones de semicelda son reversibles. El signo de E⁰ cambia cuando la reacción se invierte.

Electrólisis

Es el proceso en el cual la energía eléctrica se usa para inducir una reacción química no espontánea. Se utiliza industrialmente para obtener metales a partir de sales de dichos metales utilizando la electricidad como fuente de energía.

Ánodo de sacrificio: sirve para prevenir la corrosión. Consiste en soldar a la tubería de hierro un ánodo de Mg que forma una pila con el Fe y evita que este se oxide, ya que quien se oxida es el Mg.

Unidades

• Coulomb (C): unidad de carga, cantidad de electricidad que pasa a través de una sección transversal dada de un conductor en un segundo cuando la corriente es de 1 Ampere.
• Ampere (A): unidad de intensidad de corriente eléctrica (I).
• Faraday (F): unidad de capacidad eléctrica, cantidad de carga eléctrica asociada a un equivalente gramo de sustancia en un proceso electroquímico. 1 F = 96.490 Coulomb.
• Peso Equivalente (Peq) de un elemento es la masa del elemento capaz de combinarse con 8 g de oxígeno o con 1 g de hidrógeno o con un equivalente de otro elemento. Peq REDOX = PM / n° de electrones participantes. EQ (oxidante) = EQ (reductor).

Características y Propiedades de los Gases

Características Físicas de los Gases

Los gases adoptan el volumen y forma del recipiente que los contiene. Se consideran los más compresibles de los estados de la materia. Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente, se mezclan uniforme y completamente. Cuentan con densidades mucho menores que los líquidos y sólidos.

Propiedades de los Gases

• Compresibilidad: disminución del volumen de un gas, puede ser por un aumento de presión o bien disminución de temperatura.
• Expansibilidad: aumento del volumen que ocupa un gas, puede ser por un aumento de temperatura o bien por disminución de presión.
• Difusibilidad: propiedad de los gases de dispersarse en otro gas hasta formar una mezcla homogénea.

Presión Parcial

Presión parcial: La presión que ejerce un componente puro en una mezcla de gases, como si estuviese solo, ocupando el volumen total de la mezcla a la temperatura de la mezcla.

Fosfatizado

El fosfatizado consiste en tratar con ácido fosfórico las superficies de acero desnudo antes del barniz o pintura. Se usa un baño de fosfato biácido de hierro y manganeso.

Calamina y Herrumbre

La calamina (o cascarilla azul) es un recubrimiento duro de color negro azulado que se forma sobre planchas de acero durante su fabricación. Se presenta a menudo fuertemente adherida al acero nuevo, pero esta adherencia se va perdiendo con el tiempo debido a diferencias de dilatación. Si se aplica pintura sobre la calamina, se desprenderá juntamente con ella.

La herrumbre es de fácil observación en piezas de acero a la intemperie. Su color puede variar desde un rojo brillante a un marrón oscuro y puede ser pulverulenta y mal adherida o dura y quebradiza.

Métodos de Limpieza de Calamina y Herrumbre

Los métodos más usados industrialmente para la eliminación de calamina y herrumbre son:

• Limpieza con llama.
• Chorreado abrasivo o granallado a presión.

A. Limpieza Mecánica

Se hace con cepillos de acero, lijas y herramientas de percusión, accionados neumática o eléctricamente. Las ventajas de esta limpieza están en su costo relativo, sencillez y operatividad en áreas pequeñas. Las desventajas son que no saca la calamina muy adherida, irregularidades en eficiencia y tiempo para superficies mayores.

B. Decapado

Se trata el acero, previo lavado y desengrasado, con una disolución caliente de ácido hasta que la calamina y la herrumbre se hayan disuelto. Ejemplo: Ácido sulfúrico al 10% y a 80 °C. Posteriormente debe lavarse con agua caliente, secar y pintar en el menor tiempo posible. Ventajas del sistema son su poca mano de obra, limpieza y rapidez para piezas difíciles y trabajos en serie. Desventajas son la exigencia de rigurosa limpieza anterior y posterior y la falta de "anclaje" de las superficies para la pintura.

C. Limpieza a la Llama

Consiste en quemar con soplete o mechero la superficie. Se produce el reblandecimiento de pinturas viejas, desprendimiento de calamina por dilatación y vaporización de la humedad subyacente. Posteriormente debe rasparse prolijamente. Desventajas: uso de gran mano de obra y requiere de mucho tiempo.

D. Chorreado Abrasivo

Consiste en proyectar a través de una boquilla, mediante aire comprimido o con agua a alta presión, abrasivos adecuados (arena de cuarzo, (barata); granalla de acero (cara) o escoria molida (barata)). El chorreado abrasivo es el único método completamente eficaz para limpiar el acero de calamina, herrumbre y otras impurezas. Produce una superficie rugosa, lo que significa un buen anclaje para la pintura. Desventajas: alto costo de los equipos, tamaños del compresor, personal entrenado. Se justifica en trabajos mayores.

Protección Catódica

Es una de las formas más modernas y rentables de combatir la corrosión. Consiste en instalar un circuito eléctrico en contracorriente del flujo anódico de electrones del metal. El método es de un costo de instalación alto, pero su mantención es muy económica comparada con los revestimientos y pinturas. Es muy útil en instalaciones sumergidas.

• Ánodos de Sacrificio: es muy conocida a bordo y consiste en barras de Zn apernadas al casco en las zonas más castigadas (cerca de la hélice). El Zn es el que cede electrones por ser más activo que el acero. Mientras haya Zn presente, el acero está protegido de ser ánodo. El Zn se disuelve continuamente haya o no haya necesidad.
• Corriente impresa: se consume energía solo cuando el acero es exigido de entregar electrones. La corriente impresa, por otra parte, es compatible con las pinturas (menos gasto de corriente).

Electroquímica

En electroquímica, los electrones se mueven a través de un material conductor. Electrólisis: la corriente eléctrica provoca una reacción química. Proceso en celda: reacción química que origina una corriente eléctrica (ejemplo: batería).

Los procesos electroquímicos son las reacciones de oxidación-reducción en que la energía liberada por una reacción espontánea se convierte en electricidad o la energía eléctrica se usa para causar una reacción no espontánea.

Celdas Electroquímicas

La diferencia en el potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo se llama:

• Voltaje de la celda.
• Fuerza electromotriz (fem).
• Potencial de celda.

Potenciales Estándares del Electrodo

El potencial estándar de reducción (E⁰) es el voltaje secundario a una reacción de reducción en un electrodo cuando todos los solutos son 1 M y todos los gases están a 1 atm.

Cuanto más positivo es E⁰, mayor será la tendencia de la sustancia a reducirse. Las reacciones de semicelda son reversibles. El signo de E⁰ cambia cuando la reacción se invierte.

Electrólisis

Es el proceso en el cual la energía eléctrica se usa para inducir una reacción química no espontánea. Se utiliza industrialmente para obtener metales a partir de sales de dichos metales utilizando la electricidad como fuente de energía.

Ánodo de sacrificio: sirve para prevenir la corrosión. Consiste en soldar a la tubería de hierro un ánodo de Mg que forma una pila con el Fe y evita que este se oxide, ya que quien se oxida es el Mg.

Unidades

• Coulomb (C): unidad de carga, cantidad de electricidad que pasa a través de una sección transversal dada de un conductor en un segundo cuando la corriente es de 1 Ampere.
• Ampere (A): unidad de intensidad de corriente eléctrica (I).
• Faraday (F): unidad de capacidad eléctrica, cantidad de carga eléctrica asociada a un equivalente gramo de sustancia en un proceso electroquímico. 1 F = 96.490 Coulomb.
• Peso Equivalente (Peq) de un elemento es la masa del elemento capaz de combinarse con 8 g de oxígeno o con 1 g de hidrógeno o con un equivalente de otro elemento. Peq REDOX = PM / n° de electrones participantes. EQ (oxidante) = EQ (reductor).

Características y Propiedades de los Gases

Características Físicas de los Gases

Los gases adoptan el volumen y forma del recipiente que los contiene. Se consideran los más compresibles de los estados de la materia. Cuando se encuentran confinados en el mismo recipiente, se mezclan uniforme y completamente. Cuentan con densidades mucho menores que los líquidos y sólidos.

Propiedades de los Gases

• Compresibilidad: disminución del volumen de un gas, puede ser por un aumento de presión o bien disminución de temperatura.
• Expansibilidad: aumento del volumen que ocupa un gas, puede ser por un aumento de temperatura o bien por disminución de presión.
• Difusibilidad: propiedad de los gases de dispersarse en otro gas hasta formar una mezcla homogénea.

Presión Parcial

Presión parcial: La presión que ejerce un componente puro en una mezcla de gases, como si estuviese solo, ocupando el volumen total de la mezcla a la temperatura de la mezcla.