Centro Regional de Chiriquí Facultad de: Ingeniería Industrial



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Universidad Tecnológica de Panamá

Centro Regional de Chiriquí

Facultad de:

Ingeniería Industrial

Carrera

Ingeniería Mecánica Industrial

Integrantes:

Richard Castillo Ced. 4-786 -2180

Jonathan Castillo Ced. 4-786-1650

Manuel Castillo Ced. 4-779-889

TEMAS DE INVESTIGACIÓN:

PROCESOS DE CORROSIÓN Y MÉTODOS DE PROTECCIÓN

Docente:

José A. Sánchez A.

Grupo: B-8

Año

2015

INTRODUCCIÓN

Nuestro trabajo tiene la finalidad de dar a conocer los conocimientos teóricos y científicos acerca de la corrosión, mediante una investigación científica del tema daremos a conocer estos conocimientos.

Pretendemos informar en forma correcta y entendible el tema, pues creemos que dicho tema es de suma importancia en la carrera de ingeniería en materiales, ayudará como elemento de apoyo en la investigación de los materiales. De una manera convincente y clara explicaremos la corrosión, sus elementos y factores.

También daremos posibles soluciones al proceso de corrosión en los materiales.

El trabajo se realizó en base de un desarrollo en la investigación de diferentes textos…

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL dar a conocer a las personas el proceso de corrosión de una manera general

OBJETIVO ESPECÍFICO: hablaremos de tipos de corrosión, el proceso y desgaste que se realiza en los diferentes tipos de materiales con respecto a este proceso.

Proceso de corrosión

Durante muchos años 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 diseño y construcción de plantas, equipos e instalaciones industriales de procesos para la síntesis y manufactura de productos que satisfagan dichas necesidades. Hoy día con día se desarrollan nuevos procesos, nuevos productos, nuevas necesidades las cuales ponen a prueba la creatividad e inventiva del hombre.



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Para estos procesos se requiere de instalaciones eficientes con éxitos productivos y económicos que por tal motivo se requieren fuertes INVERSIONES de capital. Esto justifica establecer programas de prevención contra incendios, terremotos, explosiones y de mantenimiento y control de corrosión.



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Es un hecho común el observar la gradual destrucción de los materiales de construcción utilizadas en la fabricación de maquinaria, equipos, tanques y tuberías.

El que si el producto presenta un aspecto diferente al original lo asociamos con oxidación o corrosión considerada como una situación o enfermedad que en mayor o menor grado los equipos llegan a padecer y desgraciadamente hasta entonces se aplican soluciones correctivas caras y muchas veces no las adecuadas.http://www.nervion.com.mx/web/conocimientos/corrosionww.jpg

¿QUE ES LA CORROSION?

La corrosión es un proceso que efectivamente puede comprometer la integridad de muchos tipos de metales como acero, hierro y cobre. La corrosión es un proceso que resulta de una reacción química entre un metal y su entorno. De acuerdo con la lista de control de la corrosión, existen varios factores conocidos que influyen o favorecen la misma. El entorno en el que se encuentra un metal, la tensión residual de su fabricación, su forma, su compatibilidad con otros materiales, así como el movimiento o las vibraciones, son todos factores que pueden favorecer la corrosión. Existen varios dispositivos y métodos para controlar o prevenir un material de la corrosión.

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. El proceso de corrosión es natural y espontáneo.

La corrosión es una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores: la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica.

Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).

Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmósfera, alta temperatura, etc.)

Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven cinco toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.

La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físicoquímica).

Lo que provoca la corrosión es un flujo eléctrico masivo generado por las diferencias químicas entre las piezas implicadas. (la corrosión es un fenómeno electroquímico) Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro. Cuando desde una especie química se ceden y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y se verifica la oxidación, y aquella que los recibe se comporta como un cátodo y en ella se verifica la reducción.

Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroquímico. Si separamos una especie y su semireacción, se le denominará semipar electroquímico; si juntamos ambos semipares, se formará un par electroquímico. Cada semipar está asociado a un potencial de reducción (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidación). Aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción y, viceversa, aquél que exhiba un potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación.

Este par de metales constituye la llamada pila galvánica, en donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta electrones. Al formarse la pila galvánica, el cátodo se polariza negativamente, mientras el ánodo se polariza positivamente.

En un medio acuoso, la oxidación del medio se verifica mediante un electrodo especial, llamado electrodo ORP, que mide en mili voltios la conductancia del medio. La corrosión metálica química es por ataque directo del medio agresivo al metal, oxidándolo, y el intercambio de electrones se produce sin necesidad de la formación del par galvánico.



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TIPOS DE CORROSIÓN

Antes de analizar los efectos para la sociedad que tiene la corrosión, tenemos que ver los diversos tipos de corrosión que existen. Los tipos de corrosión se pueden clasificar de la siguiente manera:



  • General o Uniforme

Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. A su vez, esta clase de corrosión se subdivide en otras:

  • Atmosférica

De todas las formas de corrosión, la Atmosférica es la que produce mayor cantidad de daños en el material y en mayor proporción. Grandes cantidades de metal de automóviles, puentes o edificios están expuestas a la atmósfera y por lo mismo se ven atacados por oxígeno y agua. La severidad de esta clase de corrosión se incrementa cuando la sal, los compuestos de sulfuro y otros contaminantes atmosféricos están presentes. Para hablar de esta clase de corrosión es mejor dividirla según ambientes. Los ambientes atmosféricos son los siguientes:

  • Industriales

Son los que contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y otros agentes ácidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición, los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas, lo que produce un aumento en la corrosión.

  • Marinos

Esta clase de ambientes se caracterizan por la presencia de cloridro, un ión particularmente perjudicial que favorece la corrosión de muchos sistemas metálicos.

  • Rurales

En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica, caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos y otras especies agresivas.

Existen factores que influencian la corrosión atmosférica. Ellos son la Temperatura, la Presencia de Contaminantes en el Ambiente y la Humedad.



  • Galvánica

La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución conductiva).

galvánica

El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones, dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión.

Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el ánodo) y así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples.

Quizá la problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante común se presente en variadas formas y muy seguido. Por ejemplo, la corrosión de tuberías subterráneas se puede producir por la formación de una pila galvánica en la cual una torre de alta tensión interactúa con grafito solidificado y soterrado, con un terreno que actúe de alguna forma como solución conductiva.



  • Metales Líquidos

La corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en presencia de ciertos metales líquidos como el Zinc, Mercurio, Cadmio, etc. Ejemplos del ataque por metal líquido incluyen a las Disoluciones Químicas, Aleaciones Metal-a-Metal (por ej., el amalgamamiento) y otras formas.

  • Altas Temperaturas

Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empañamiento, Escamamiento o Corrosión por Altas Temperaturas.

Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura. Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante, se forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la combinación entre el metal y el gas en esas condiciones de temperatura. Esta capa o “empañamiento” actúa como un electrolito “sólido”, el que permite que se produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico en la superficie.

Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes:


  1. Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas.

  2. Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos y no gases que se mezclen con el ambiente.

  3. La corrosión por Altas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión, como la Oxidación, la Sulfatación, la Carburización, los Efectos del Hidrógeno, etc.



  • Localizada

La segunda forma de corrosión, en donde la pérdida de metal ocurre en áreas discretas o localizadas.

Al igual que la General/Uniforme, la corrosión Localizada se subdivide en otros tipos de corrosión. A continuación, veremos los más destacados.



  • Corrosión por Fisuras o “Crevice”

La corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeñas cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera, o más comúnmente con un elemento no- metálico. En las fisuras de ambos metales, que también pueden ser espacios en la forma del objeto, se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. Se dice, en estos casos, que es una corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea removida, nunca podrá salir de la fisura. Además, esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.

corrosión por fisuras

Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes:



  1. Rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

  2. Cerrar las fisuras con materiales no-absorventes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.

  3. Prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.



  • Corrosión por Picadura o “Pitting

Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosión generalizada y el proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas “picaduras” en el cuerpo que afectan. Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo mucho mayor.

Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas:

Corrosión por Fricción o Fretting : es la que se produce por el movimiento relativamente pequeño (como una vibración) de 2 sustancias en contacto, de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y sólo son visibles cuando ésta es removida.

Corrosión por Cavitación: es la producida por la formación y colapso de burbujas en la superficie del metal (en contacto con un líquido). Es un fenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. Genera una serie de picaduras en forma de panal.

Corrosión Selectiva: es semejante a la llamada Corrosión por Descincado, en donde piezas de cinc se corroen y dejan una capa similar a la aleación primitiva. En este caso, es selectiva porque actúa sólo sobre metales nobles como al Plata-Cobre o Cobre-Oro. Quizá la parte más nociva de esta clase de ataques está en que la corrosión del metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras y hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera, por lo que es muy fácil que se produzcan daños en el metal al someterlo a una fuerza mecánica.

  • Corrosión Microbiológica (MIC)

Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la causa única de la falla o actúan como aceleradores del proceso corrosivo localizado.

La MIC se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales están sumergidos o flotantes. Por lo mismo, es una clase común de corrosión.

Los organismos biológicos presentes en el agua actúan en la superficie del metal, acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal, acelerando o produciendo, en su defecto, el proceso de la corrosión

¿COMO OCURRE LA CORROSION?

Para el caso del fierro y del Acero, que son los materiales de construcción mas comunes, el proceso de corrosión considera la formación de pequeñas pilas galvánicas en toda la superficie expuesta, presentándose un flujo de electrones de las zonas anódicas donde se disuelve el fierro hacia las zonas catódicas donde se desprende hidrogeno o se forman iones hidroxilo (álcali); para cerrar el circuito eléctrico se requiere la presencia de un electrolito proporcionado por el medio. El siguiente diagrama muestra esta situación.



modelo simplificado de la corrosion del acero

Las zonas anódicas y catódicas son ocasionadas por diferencias en la estructura cristalina, restos de escoria y oxido en general, así como a diferencias de composición en la superficie de los Aceros comerciales. De acuerdo con la figura anterior, además de los procesos en el metal tienen un papel preponderante la cantidad de oxigeno presente y la conductividad eléctrica del medio.



¿COMO CONTROLAR LA CORROSION?

A la fecha se cuenta con varios métodos que han resultado ser los mas prácticos para controlar la corrosión del Acero, cuya selección para cada caso depender de las condiciones del medio y de factores técnico - económicos. Estos métodos pueden justificarse a través de un análisis del mecanismo de corrosión mostrado en la figura, en la siguiente forma:



- Protección catódica.

El proceso de corrosión del Acero considera un flujo de electrones que abandonan la superficie metálica con la consecuente disolución del Acero en forma de iones Fe++. Durante la protección catódica a través de un circuito eléctrico externo o sistema de nodos de sacrificio, se imprime corriente a la superficie metálica invirtiendo el sentido del flujo de electrones y evitando así la disolución del fierro. Este método se utiliza preferentemente en tuberías y estructuras enterradas o sumergidas.



lingote de zinc soldado al casco de un barco camaronero como anodo de sacrificio

Lingote de Zinc soldado al casco de un Barco Camaronero como ánodo de sacrificioanodos de sacrificio (zinc) distribuidos a lo largo del casco de embarcaciones de acero

Ánodos de sacrificio (Zinc) distribuidos a lo largo del casco de embarcaciones de acero

- inhibidores de la corrosión.

Este método considera el uso de pequeñas cantidades de compuestos orgánicos o inorgánicos capaces de formar una película o barrera adherente en la superficie del Acero por atracción eléctrica o por una reacción, evitando el acceso de los agentes corrosivos.

Estos compuestos se caracterizan por las altas cargas eléctricas en los extremos de sus moléculas capaces de ser atraídas por la superficie a proteger; desafortunadamente esta atracción no es permanente siendo necesarios una dosificación constante en el medio. Este método se utiliza preferentemente en donde existen medios fluidos de recirculación.

- Uso de recubrimientos anticorrosivos.

Este método al igual que el anterior considera la formación de una barrera que impida en lo posible el acceso de los agentes corrosivos a la superficie metálica; no obstante, la barrera es formada a partir de la aplicación de una dispersión liquida de una resina y un pigmento, con eliminación posterior del solvente, obteniéndose una película sólida adherida a la superficie metálica. Su durabilidad esta condicionada a la resistencia que presente esta película al medio agresivo. Su uso esta muy generalizado en la protección de estructuras e instalaciones aéreas o sumergidas.



- Selección de materiales de construcción

Cuando las condiciones de presión y temperatura sean muy extremas o bien el medio sea excesivamente agresivo en tal forma que los métodos anteriores no sean utilizables se puede recurrir a una selección adecuada de materiales (generalmente caros). La alta resistencia a la corrosión de estos materiales se basa en la formación inicial de una capa delgada de óxido del metal y muy adherente e impermeable. A este fenómeno se le conoce como Pasivación. Afortunadamente la frecuencia en el uso de este método es menor en las instalaciones de la industria. Considerando el aspecto económico de cada uno de estos métodos así como sus limitaciones, las cuales necesariamente repercuten en su eficiencia de protección se concluye que la solución a los problemas de corrosión esta enfocada a su control mas que a su eliminación. Cada uno de los métodos mencionados constituye una extensa área de estudio dentro de la ingeniería de corrosión, existiendo gran cantidad de publicaciones y bibliografía en cada caso. En el presente seminario se considera únicamente lo concerniente a Recubrimientos Anticorrosivos.

El uso de recubrimientos anticorrosivos para la protección de instalaciones industriales constituye una de las prácticas más comunes en el control de corrosión, tanto por su versatilidad de uso como por su bajo costo relativo. A la fecha se han desarrollado gran diversidad de recubrimientos caracterizados fundamentalmente por el tipo de resina y pigmento utilizados en su formulación; generalmente un aumento de eficiencia va aunada a un aumento de costo, por lo que, la selección del tipo de recubrimiento para un caso específico debe ser el resultado de un balance técnico económico. De lo anterior es posible inferir que la investigación actual en este campo está orientada a recubrimientos anticorrosivos de alta eficiencia y bajo costo.

-Galvanizado

El proceso de galvanización implica la formación de una capa de zinc sobre la superficie de un metal. El zinc tiene la capacidad natural de resistir la corrosión. Hay varios métodos para galvanizar un metal. El galvanizado "por inmersión en caliente" implica la inmersión de un metal en un baño de zinc fundido. El "Sherardizing" es un método de galvanización hecho colocando un metal dado en un vacío, bombardeándolo con polvo de zinc y calentándolo a una temperatura relativamente alta. El calentamiento del material asegura la unión profunda de la capa de zinc al metal.



-Recubrimientos de polímeros

De acuerdo con la guía para la conservación de metales, el agua, el oxígeno y los electrolitos promueven la rápida corrosión. Si tomas uno de estos elementos fuera de la ecuación, un metal dado no se corroerá con la misma facilidad. Puedes aplicar materiales poliméricos a los metales en forma de hoja o en polvo para evitar que se corroa. La única desventaja de este método de prevención de la corrosión es si alguna parte de la superficie del metal se mantiene cubierta, esta se puede corroer rápidamente.



-Revestimientos de conversión

Utilizando recubrimientos de conversión puedes disminuir la probabilidad de corrosión de un metal. Las reacciones químicas en este método producen capas resistentes a la corrosión generalmente de fosfato o cromato en la superficie de un metal. Los recubrimientos de conversión pueden preparar la superficie de un metal para una capa de pintura, de acuerdo con la guía de la conservación de los metales.



-Pintura

Hay un número incontable de materiales que puedes aplicar sobre la superficie de un metal para que sea más resistente a la corrosión. Las pinturas pueden evitar que los electrolitos tomen su parte necesaria en el proceso de corrosión. Muchas pinturas naturalmente la desalientan ya que a menudo contienen sales de metales pesados ​​orgánicos. Puedes "galvanizar" los metales pintando una capa de zinc sobre la superficie.



Conclusión

Como conclusiones tenemos los siguientes puntos:



  • El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello conlleva al deterioro del mismo. No obstante es este proceso el que provoca la investigación y el planteamiento de fórmulas que permitan alargar la vida útil de los materiales sometidos a este proceso.

  • En la protección catódica entran en juego múltiples factores los cuales hay que tomar en cuenta al momento del diseño del sistema, inclusive es un acto de investigación conjunta con otras disciplinas mas allá de la metalurgia, como la química y la electrónica.

  • En el trabajo se confirma que la lucha y control de la corrosión es un arte dentro del mantenimiento y que esta área es bastante amplia, dado el sinnúmero de condiciones a los cuales se encuentran sometidos los metales que forman equipos y herramientas.

  • Como última conclusión está el hecho de que hay que ahondar en estos conocimientos pues ellos formarán parte integral de la labor que debe desempeñar un Ingeniero de Mantenimiento.

Bibliografía

º Demnald R. Askeland, Pradeep P. Plulé "ciencia e ingeniería en los materiales", cuarta edición, Ed. Prentice hall, 1998, México, pag 967 [1] [2]

º Ing. M. Sc. Jorge Leonardo Montoya Jurado, "corrosión y control de la corrosión", DGIT-SEIT-SEP, Instituto Tecnológico de Delicias, 1993, pag 95. [3] [4] [5].

º Ensayos de corrosión- F. A. Champion y Fundamentos de la ciencia e ingeniería de materiales- William F. Smith y Javad Hashemi

º William F. Smith, Javad Hashemi, "Fundamentos de la Ciencia e Ingeniería de Materiales", Ed. Mc Graw Hill, México, 2004, pag. 719

ºJohn M. West, M.A., Ph. D., M.I.M., "Departamento de Metalurgia Corrosión y Oxidación", 1° edición, 1986, Ed. Limusa, México D.F.



º Emanuel Estrada, "corrosión", Textos científicos, México, 2007, internet Explorer

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