Corrosión tipos de fallas

         La trascendencia económica que tiene la corrosión y la magnitud de las pérdidas que ésta origina, son motivos suficientes para dedicar una profunda atención al estudio de los problemas de corrosión. Pero existe además otra razón, aún cuando su trascendencia económica se revela a mediano o largo plazo: el conocimiento de la naturaleza de los mecanismos de corrosión o de las limitaciones del uso de un material en un ambiente agresivo nuevo (ya sea por la naturaleza del medio o de las condiciones de operación, presión, temperatura, pH, etc.) o en un medio ya conocido.

Definiciones

Existen muchas definiciones para corrosión. La más comúnmente aceptada es la siguiente:

“Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente”

         Hay otras clases de daños, como los causados por medios físicos. Ellos no son considerados plenamente corrosión, sino erosión o desgaste. Existen, además, algunos casos en los que el ataque químico va acompañado de daños físicos y entonces se presenta una corrosión-erosiva , desgaste corrosivo o corrosión por fricción.

         Es importante distinguir dos clases de corrosión: la Corrosión Seca y la Corrosión Húmeda. La corrosión se llama seca cuando el ataque se produce por reacción química, sin intervención de corriente eléctrica. Se llama húmeda cuando es de naturaleza electroquímica, es decir que se caracteriza por la aparición de una corriente eléctrica dentro del medio corrosivo. A grandes rasgos la corrosión química se produce cuando un material se disuelve en un medio líquido corrosivo hasta que dicho material se consuma o, se sature el líquido. La corrosión electroquímica se produce cuando al poner ciertos metales con alto número de electrones de valencia, con otros metales, estos tienden a captar dichos electrones libres produciendo corrosión.

Corrosión Electroquímica

         La corrosión es un proceso electroquímico en el cual un metal reacciona con su medio ambiente para formar óxido o algún otro compuesto. La celda que causa este proceso está compuesta esencialmente por tres componentes: un ánodo, un cátodo y un electrolito (la solución conductora de electricidad). El ánodo es el lugar donde el metal es corroído: el electrolito es el medio corrosivo; y el cátodo, que puede ser parte de la misma superficie metálica o de otra superficie metálica que esté en contacto, forma el otro electrodo en la celda y no es consumido por el proceso de corrosión. En el ánodo el metal corroído pasa a través del electrolito como iones cargados positivamente, liberando electrones que participan en la reacción catódica. Es por ello que la corriente de corrosión entre el ánodo y el cátodo consiste en electrones fluyendo dentro del metal y de iones fluyendo dentro del electrolito

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

     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 presentía 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).

    

 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, Escapamiento 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:

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

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

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

 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.

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

·         rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

·         cerrar las fisuras con materiales no-absorbentes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.

·         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

La Corrosión en la Industria y sus Procesos.

     Como se mencionó en un principio, la mayor problemática de la corrosión es la destrucción del metal al que afecta. Ahora intentaremos ver un enfoque desde la industria, el sector más afectado por la corrosión, a cerca de los ataques que este proceso causa. Podemos hablar desde fracturas, hasta fugas en tanques, disminución de la resistencia mecánica de las piezas y muchas otras maneras de efectos por los ataques. Aún así, lo peor de todo es que si no son prevenidas estas clases de ataques por corrosión, la seguridad de las personas es algo que se ve permanentemente afectado.

    

 Existen dos clases de pérdidas desde el punto de vista económico.

·         DIRECTAS: las pérdidas directas son las que afectan de manera inmediata cuando se produce el ataque. Estas se pueden clasificar en varios tipos también, de las cuales las más importantes son el Coste de las Reparaciones, las Sustituciones de los Equipos Deteriorados y Costes por Medidas Preventivas.

·         INDIRECTAS: se consideran todas las derivadas de los fallos debidos a los ataques de corrosión. Las principales son la Detención de la Producción debida a las Fallas y las Responsabilidades por Posibles Accidentes.

Las Celdas galvánicas

     Son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente eléctrica) puede ser utilizado.

·         En la siguiente figura, se muestran los componentes fundamentales de una celda galvánica o voltaica:

¿Cómo funciona una celda galvánica?

En la semicelda anódica ocurren las oxidaciones, mientras que en la semicelda catódica ocurren las reducciones. El electrodo anódico, conduce los electrones que son liberados en la reacción de oxidación, hacia los conductores metálicos. Estos conductores eléctricos conducen los electrones  y los llevan hasta el electrodo catódico; los electrones entran así a la semicelda catódica produciéndose en ella la reducción.

Fallas en la corrosión

• Las corrosiones generalizada, galvánica, por gradiente de concentración, preferente en soldaduras, por rendija y bajo depósitos, se pueden dar a través de uno o varios mecanismos de corrosión; la corrosión por tuberculación generalmente se da a través de los mecanismos uniforme y por picadura; la corrosión por de aleado normalmente involucra los mecanismos de picaduras, intergranular y selectiva de fases; la cooperación corrosión - erosión generalmente se da a través de los mecanismos uniforme y por picadura, pudiendo involucrar además deformación superficial.

• Las corrosiones preferenciales en soldadura y por de aleado se pueden considerar como formas de corrosión galvánica; las corrosiones por rendija, bajo depósitos y por tuberculación, son formas de corrosión por gradientes de concentración.

• Para poder detectar la forma de corrosión presente generalmente es suficiente con la inspección visual, mientras que la detección del mecanismo de corrosión requiere normalmente, hacer un decapado químico de la superficie corroída que retire depósitos y productos de la corrosión, para observarla a altos aumentos combinando con análisis metal gráficos transversales.

• El mecanismo de corrosión por agrietamiento también se conoce como agrietamiento por corrosión - esfuerzo (carga estática) o por corrosión - fatiga (carga cíclica), y es clasificado también como una forma de fractura.

• Los productos de la corrosión generalmente son sales, óxidos, hidróxidos, sulfatos, carbonatos, etc., compuestos estos que normalmente son sólidos a las condiciones de presión y temperatura reinantes en la mayoría de elementos de máquinas, por ello una vez formados se depositan sobre las superficies previamente corroídas.

• Los depósitos generalmente se refieren a sólidos que estaban suspendidos en un fluido y que por cambios de presión y temperatura en éste, se depositan sobre las superficies metálicas.

• Los productos de la corrosión y los depósitos pueden acelerar el proceso corrosivo, a través de la corrosión bajo depósitos y por tuberculación, especialmente si estos productos y depósitos permiten que el medio corrosivo penetre a través de ellos y llegue a la superficie metálica.

• Si los productos de la corrosión aíslan una vez formados la superficie metálica del medio corrosivo, se consideran benéficos y se dice que el metal se ha pasivado.

• Los medios atacantes generalmente son líquidos electrolitos (en la corrosión) o gases (en la oxidación), ambos casos comparten las formas y mecanismos de corrosión mencionados.

Protección anódica y catódica

La PROTECCIÓN CATÓDICA ocurre cuando un metal es forzado a ser el cátodo de la celda corrosiva adhiriéndole (acoplándolo o recubriéndolo) de un metal que se corroa más fácilmente que él, de forma tal que esa capa recubridora de metal se corroa antes que el metal que está siendo protegido y así se evite la reacción corrosiva. Una forma conocida de Protección Catódica es la GALVANIZACIÓN, que consiste en cubrir un metal con Zinc para que éste se corroa primero. Lo que se hace es convertir al Zinc en un ÁNODO DE SACRIFICIO, porque él ha de corroerse antes que la pieza metálica protegida.

     Por otro lado, la PROTECCIÓN ANÓDICA es un método similar que consiste en recubrir el metal con una fina capa de óxido para que no se corroa. Existen metales como el Aluminio que al contacto con el aire son capaces de generar espontáneamente esta capa de óxido y por lo tanto, se hacen resistentes a la corrosión. Aún así, la capa de óxido que recubre al metal no puede ser cualquiera. Tiene que ser adherente y muy firme, ya que de lo contrario no serviría para nada. Por ejemplo, el óxido de hierro no es capaz de proteger al hierro, porque no se adquiere a él en la forma requerida.