Definición de 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 5 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.
Tipos de Corrosión
Existen muchos mecanismos por los cuales se verifica la
corrosión, que tal como se ha explicado anteriormente es fundamentalmente un
proceso electroquímico.
Corrosión
química
En la
corrosión química un material se disuelve en un medio corrosivo líquido y este
se seguirá disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el líquido y
demás para todos.
Las
aleaciones base cobre desarrollan una barniz verde a causa de la formación de
carbonato e hidróxidos de cobre, esta es la razón por la cual la Estatua de la Libertad se ve con ese
color verduzco.
Tipos de Corrosión química
- Ataque por metal líquido: Los metales líquidos atacan a los sólidos en sus puntos más altos de energía como los límites de granos lo cual a la larga generará varias grietas.
- Lixiviación selectiva: Consiste en separar sólidos de una aleación. La corrosión grafítica del hierro fundido gris ocurre cuando el hierro se diluye selectivamente en agua o la tierra y desprende cascarillas de grafito y un producto de la corrosión, lo cual causa fugas o fallas en la tubería.
- Disolución y oxidación de los materiales cerámicos: Pueden ser disueltos los materiales cerámicos refractarios que se utilizan para contener el metal fundido durante la fusión y el refinado por las escorias provocadas sobre la superficie del metal.
- Ataque químico a los polímeros: Los plásticos son considerados resistentes a la corrosión, por ejemplo el teflón y el vitón son algunos de los materiales más resistentes, estos resisten muchos ácidos, bases y líquidos orgánicos pero existen algunos solventes agresivos a los termoplásticos, es decir las moléculas del solvente más pequeñas separan las cadenas de los plásticos provocando hinchazón que ocasiona grietas.
Tipos de
corrosión electroquímica
- Celdas de composición: Se presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma una celda electrolítica. Con el efecto de polarización de los elementos aleados y las concentraciones del electrolito las series fem quizá no nos digan que región se corroerá y cual quedara protegida.
- Celdas de esfuerzo: La corrosión por esfuerzo se presenta por acción galvaniza pero puede suceder por la filtración de impurezas en el extremo de una grieta existente. La falla se presenta como resultado de la corrosión y de un esfuerzo aplicado, a mayores esfuerzos el tiempo necesario para la falla se reduce.
- Corrosión por oxígeno: Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxigeno diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosión en las máquinas térmicas (calderas de vapor) representa una constante pérdida de rendimiento y vida útil de la instalación.
- Corrosión microbiológica: Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado algunas especies hidrógeno-dependientes que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su acción está asociada al pitting (picado) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias.
- Corrosión por presiones parciales de oxígeno: El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxígeno (mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de electrones, formándose óxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.
- Corrosión galvánica: Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción. 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 los electrones.
- Corrosión por heterogeneidad del material: Se produce en aleaciones metálicas, por imperfecciones en la aleación.
- Corrosión por aireación superficial: También llamado Efecto Evans. Se produce en superficies planas, en sitios húmedos y con suciedad. El depósito de suciedad provoca en presencia de humedad la existencia de un entorno más electronegativamente cargado.
Celda galvánica
En el uso
común, la palabra pila es una celda galvánica única y una batería propiamente
dicha consta de varias celdas, conectadas en serie o paralelo.
En 1780, Luigi Galvani descubrió que cuando dos metales diferentes (cobre y zinc,
por ejemplo) se ponían en contacto y, a continuación, ambos tocaban diferentes
partes de un nervio de un anca de rana, hacían que se contrajesen los músculos
de dicha extremidad. Llamó a este fenómeno "electricidad animal" y sirvió de modelo
para el diseño de la primera pila. La pila voltaica inventada por Alessandro Volta en 1800 es similar a la pila galvánica. Estos descubrimientos allanaron
el camino para las baterías eléctricas.
Una celda galvánica consta de dos semipilas (denominadas también semiceldas o electrodos). En su forma más simple,
cada semipila consta de un metal y una solución de una sal del metal. La
solución de la sal contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga
del catión. En esencia, la semipila contiene el metal en dos estados de oxidación, y la reacción química en
la semipila es una reacción redox.
En una pila galvánica de un metal es capaz de reducir
el catión del otro y por el contrario, el otro catión puede oxidar al primer
metal. Las dos semipilas deben estar separadas físicamente de manera que las
soluciones no se mezclen. Se utiliza un puente salino o una placa porosa para separar las dos soluciones.
Protección Catódica
La protección catódica (CP) puede, en bastantes casos,
impedir la corrosión galvánica.
La protección catódica fue descrita por primera vez por
Sir Humphry Davy en una serie de documentos presentados a la Real Sociedad en Londres en 1824. Después de una serie de pruebas, la primera
aplicación fue en el HMS Samarang en 1824. Se adjuntó un Ánodo de sacrificio de hierro a la plancha de cobre del casco por debajo de la línea de flotación y redujo
drásticamente la velocidad de corrosión del cobre. Sin embargo, un efecto
secundario de la CP fue que hizo aumentar el crecimiento
de algas. El cobre, cuando se corroe, libera iones de cobre que tienen un efecto antialgas. Dado que el exceso de crecimiento de algas afecta las
prestaciones de la nave, la Royal Navy decidió que era mejor permitir que el cobre se corrompiera y tener el
beneficio del crecimiento reducido de algas efecto anti-incrustación, de manera que la CP se dejó de utilizar.
Tipos de
protección catódica
CP galvánica: Actualmente, el ánodo galvánico o ánodo de sacrificio se
realiza en diversas formas con aleación de zinc, magnesio y aluminio.
El potencial electroquímico, la capacidad
actual, y la tasa de consumo de estas aleaciones son superiores para el
aluminio que para el hierro. ASTM International publica normas sobre la
composición y la fabricación de ánodos galvánicos.
Los ánodos galvánicos son diseñados y seleccionados para tener una tensión
más "activa" (potencial electroquímico más negativo) que el metal de
la estructura (en general acero). Para una CP eficaz, el potencial de la superficie de
acero a estar polarizado más negativo hasta que la superficie tenga un
potencial uniforme. En este momento, la fuerza impulsora para la reacción de
corrosión se elimina. El ánodo galvánico se sigue corroyendo, se consume el
material del ánodo hasta que finalmente éste debe ser reemplazado. La
polarización es causada por el flujo de electrones de la ánodo en
el cátodo. La fuerza impulsora para el flujo de CP actual es
la diferencia de potencial electroquímico entre el ánodo y el cátodo.
CP por corriente forzada: Para estructuras más grandes, los ánodos
galvánicos no pueden suministrar económicamente suficiente corriente para
proporcionar una protección completa. protección de corriente catódico forzado
(CIPC) utiliza un sistema de ánodos conectados a un CC (o rectificador de protección catodica).
Los ánodos para los sistemas CIPC son tubulares y sólidos en forma de
barras o cintas continuas de diversos materiales especializados. Estos incluyen
el silicio, hierro fundido, grafito, mixta de oxido metálico, platino y niobio recubiertos
con alambre y otros.
Un sistema típico de CIPC para un gasoducto incluiría un rectificador de
corriente alterna accionado con una potencia máxima de salida de CC de entre 10
y 50 amperios y
50 Volt.
El terminal positivo de DC de salida se conecta a través de un cable de la matriz de
ánodos enterrados en el suelo (el ánodo groundbed). Para muchas aplicaciones los
ánodos se instalan a 60 m (200 pie)
de profundidad, 25 cm (10-pulgadas) de diámetro vertical y relleno con
conductores Coque (un material
que mejora el rendimiento y la vida de los ánodos). Un cable clasificado para
la corriente de salida se espera se conecta el polo negativo del rectificador a
la tubería. La salida de funcionamiento del rectificador se ajusta al nivel
óptimo después de realizar varias pruebas incluyendo medidas de [electroquímica potencial].
Acero galvanizado: Galvanizado generalmente
se refiere a de galvanizado en caliente,
que es una forma de recubrimiento de acero con una capa de zinc metálico.
Recubrimientos galvanizados son muy duraderas en la mayoría de entornos, ya que
combinan las propiedades de barrera de una capa con algunos de
los beneficios de la protección catódica. Si la capa de zinc está rayado o
dañado a nivel local y el acero está expuesto, cerca de recubrimiento de zinc
forma una pila galvánica con el acero expuesto y protegerlo de la corrosión.
Esta es una forma de protección catódica localizada – el zinc actúa como
un ánodo de sacrificio.
Protección Anódica
Los metales que están cerca del
extremo anódico de la serie galvánica son activos y sirven como ánodos en la
mayoría de las celdas electrolíticas. Sin embargo, si se hace que estos metales
se vuelvan pasivos o más catódicos, se corroen a tasas menores de lo normal. La
pasivación se logra produciendo una fuerte polarización anódica, impidiendo la
reacción anódica normal; de ahí el termino de protección anódica.
La pasivación se produce al
exponer el metal a soluciones oxidantes altamente concentradas. Si el hierro se
sumerge en ácido nítrico muy concentrado, se corroe rápida y uniformemente para
formar un recubrimiento delgado y protector de hidróxido de hierro. Este
recubrimiento protege el hierro contra una corrosión subsecuente en el ácido
nítrico.
También podemos causar pasivación
incrementando el potencial del ánodo por encima de un nivel crítico. Sobre la
superficie del metal se forma una película pasiva, causando una fuerte polarización
anódica, y la corriente se reduce a un nivel muy bajo. La pasivación del
aluminio se conoce como anodizado, y produce un recubrimiento grueso de óxido.
Esta capa de óxido se puede teñir para producir colores atractivos. La capa de óxido
que se forma sobre los alambres de tantalio se utiliza para la fabricación de
capacitadores.
Bibliografía:
http://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n#Tipos_de_corrosi.C3.B3n
http://es.wikipedia.org/wiki/Celda_galv%C3%A1nica
http://es.wikipedia.org/wiki/Protecci%C3%B3n_cat%C3%B3dica
Alumnos:
Vincenzo Di Serafino C.I. 26.033.535
Fernando Aranaga C.I. 25.893.524
Rafael Peralta C.I. 20.022.682
