proteccion catodica

jueves, 16 de abril de 2009

CORROSION



INTRODUCCIÓN

Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. Las características fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas: una reaccción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal.

Este mecanismo que es analizado desde un punto de vista termodinámico electroquímico, indica que el metal tiende a retornar al estado primitivo o de mínima energía, siendo la corrosión por lo tanto la causante de grandes perjuicios económicos en instalaciones enterradas. Por esta razón, es necesario la oportuna utilización de la técnica de protección catódica.

Se designa químicamente corrosión por suelos, a los procesos de degradación que son observados en estructuras enterradas. La intensidad dependerá de varios factores tales como el contenido de humedad, composición química, pH del suelo, etc. En la práctica suele utilizarse comúnmente el valor de la resistividad eléctrica del suelo como índice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrán resistividades bajas, por la alta facilidad de transportación iónica.

La protección catódica es un método electroquímico cada vez más utilizado hoy en día, el cual aprovecha el mismo principio electroquímico de la corrosión, transportando un gran catódo a una estructura metálica, ya sea que se encuentre enterrada o sumergida. Para este fin será necesario la utilización de fuentes de energía externa mediante el empleo de ánodos galvánicos, que difunden la corriente suministrada por un transformador-rectificador de corriente.

El mecanismo, consecuentemente implicará una migración de electrones hacia el metal a proteger, los mismos que viajarán desde ánodos externos que estarán ubicados en sitios plenamente identificados, cumpliendo así su función.

A está protección se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo las pinturas, casí la totalidad de los revestimientos utilizados en instalaciones enterradas, aéreas o sumergidas, son pinturas industriales de origen orgánico, pues el diseño mediante ánodo galvánico requiere del cálculo de algunos parámetros, que son importantes para proteger estos materiales, como son: la corriente eléctrica de protección necesaria, la resistividad eléctrica del medio electrólito, la densidad de corriente, el número de ánodos y la resistencia eléctrica que finalmente ejercen influencia en los resultados

La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que está siendo aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero, en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar petróleo, productos terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables eléctricos y telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes.

En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre, plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión bajo tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques generalizados.

Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un eléctrolito.

Aproximadamente la protección catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphrey Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a pesar de que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferación de organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación

En 1850 y después de un largo período de estacamiento la marina Canadiense mediante un empleo adecuado de pinturas con antiorganismos y anticorrosivos demostró que era factible la protección catódica de embarcaciones con mucha economía en los costos y en el mantenimiento.

FUNDAMENTO DE LA CORROSION
La corrosión ha sido definida como el deterioro de una sustancia usualmente un metal por reacción con su ambiente; con esta definición el término corrosión puede aplicarse con propiedad al desgaste de la madera y el hormigón, por los agentes atmosféricos.

La oxidación es la reacción más común conduccente al deterioro de los metales y todas las teorías y prácticas de la corrosión, se concentra mayormente en este proceso.

Sin embargo, son de creciente importancia práctica, las reacciones de corrosión que suponen la disolución directa del metal sin oxidación y, las reacciones que conducen a la fragilidad y el agrietamiento, en las cuales el grado real de oxidación es de índole menor.

Las reacciones de corrosión en los metales se agrupan en tres tipos:

1.- Corrosión por solución electrolítica (generalmente acuosa), en donde las reacciones de corrosión implican oxidación electroquímica del metal y reducción electroquímica de alguna sustancia oxidante.

En estos sistemas, la teoría y la práctica de la corrosión se basan en la termodinámica y la cinética conocidas de las reacciones electroquímicas; la influencia de variables, como el ambiente, la composición del metal, temperatura, radiación e inhibidores de la corrosión, se estudian en función de su efecto en la electroquímica del sistema en conjunto.

2.- Corrosión por ambiente gaseoso (seco), de ordinario a temperatura elevada, en donde la reacción de corrosión es una combinación química entre el metal y un componente oxidante de su ambiente.

La tendencia de estas reacciones se determina por consideraciones comúnes siempre que se disponga de datos. Sin embargo, el grado o velocidad de reacción está determinado grandemente por la propiedades físicas y eléctricas de los productos de corrosión; por cuanto afectan al transporte de masa del metal, el oxidante o los electrones al lugar de reacción, el ambiente normalmente en función de su efecto sobre la estructura o las propiedades del producto de la corrosión.

3.- Corrosión por disolvente, como metales líquidos o sales fundidas, en los cuales el metal que se corroe puede ser directamente solubre.

A diferencia de los dos primeros tipos de corrosión, no intervienen aquí la oxidación del metal, sino su separación física directa.

La solubilidad del metal en su ambiente es el factor de unificación en estos sistemas y el efecto de las variables, como la composición del metal, la temperatura, velocidad y película inhibidora, se estudia en función de la influencia que ejerce sobre el grado o velocidad de disolución.

ASPECTOS QUIMICOS DE LA CORROSION
La corrosión de un metal es una reacción química de oxidación, el hierro se oxida y mientras sucede esto, otro elemento necesariamente tiene que reducirse. De aquí que se requiere conocer no solamente el mecanismo de la corrosión del hierro, sino elementos que puedan reducirse frente a el y la forma en que reaccionan; se puede afirmar que el hierro así como los metales en general presentan tendencia a oxidarse, algunos en forma muy acentuada como los metales alcalinos, y otros de modo imperceptibles como los metales nobles oro, plata, platino.

Prácticamente todos los medios son corrosivos en algún grado: el aire, la humedad, el agua, el agua dulce, el agua salada; atmósferas industriales, marinas, urbanas, productos químicos, etc, en terminos generales los materiales inorgánicos son más corrosivos que los orgánico.

a.-Corrosión por gases
La reacción química de los metales con los gases produce un efecto doble sobre el metal, el metal se va consumiendo y cambia sus propiedades.

Aunque la corrosión por gases es similar a la corrosión por líquidos, existen dos diferencias importantes; en el caso de los gases, los productos de corrosión permanecen normalmente sobre la superficie del metal y, en algunos casos, forman una película protectora que evita las reacciones de pilas electroquímicas locales. Pueden observarse 4 tipos de reacciones:


  1. El gas se disuelve en el metal en forma de molécula;
  2. Se origina en la superficie metálica un producto reaccción sólida, la reacción continua por difusión de gas o de los átomos o iones metálicos a través de la película superficial;
  3. Se forma un producto de reacción volátil;
  4. Aparece un producto de reacción líquido

En la mayoría de los casos de corrosión por gases se combinan dos o más de estos tipos de reacciones. Si son líquidos o volátiles los productos de reacción formados, sobreviene una rápida corrosión.

b.-Corrosión en soluciones neutras y alcalinas
La corrosión de los metales puede también ocurrir en agua fresca, agua de mar, soluciones alcalinas o básicas y, soluciones salinas. En todos estos casos la corrosión solamente ocurre, si existe oxígeno disuelto en el medio; las soluciones acuosas fácilmente disuelven el oxígeno del aire, siendo éste la fuente de oxígeno requerida en los procesos de corrosión.

La forma de corrosión más similar de este tipo es la herrumbre en el hierro, cuando este es expuesto a una atmósfera humedad o al agua.

Como se muestra en la ecuación (1), el hierro se combina con el agua y el oxígeno, formando hidróxido férrico que es una sustancia de color rojo oscuro.
4Fe+6H2O+3O2------ 4Fe(OH)3 (1)

Durante la formación de herrumbre en la atmósfera, hay una posibilidad que se produzca un secado, y que este hidróxido férrico se deshidrate y forme el óxido de hierro que es de color rojo, según se muestra en la reacción (2)
2Fe(OH)3------ Fe2O3+ 3H2O (2)


Reacciones similares (3) y (4) ocurren cuando el zinc es expuesto al agua o al aire húmedo.
2Zn+ 2H2O+ O2------ 2Zn(OH)2 (3)

Zn(OH)2------ ZnO+ H2O (4)


b.-Corrosión en ácidos
La corrosión de los metales ocurre también en soluciones ácidas y una de las formas más comunes es produciendo hidrógeno mediante la introducción de un pedazo de zinc, en una solución de ácido clorhídrico diluído, lo cual produce un rápido ataque del zinc desprendiéndose hidrógeno según la siguiente reacción (5).
Zn+2HCL------ ZnCl2+H2 (5)

Otros metales también son disueltos o corroídos por medio de ácido liberando hidrógeno.
Fe+ 2HCl------ FeCl2+ H2 (6)

2Al+ 6HCl------ 2AlCl3+ 3H2



1 comentario:

  1. Excelente artículo, lo usaré para clases vía internet (on line), agradecido.

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