La ingeniería de corrosión es una especialidad de ingeniería que aplica habilidades científicas, técnicas, de ingeniería y el conocimiento de las leyes naturales y los recursos físicos para diseñar e implementar materiales, estructuras, dispositivos, sistemas y procedimientos para manejar la corrosión . [1]
Antecedentes generales
Desde una perspectiva holística, la corrosión es el fenómeno en el que los metales vuelven al estado en el que se encuentran en la naturaleza. La fuerza impulsora que hace que los metales se corroan es consecuencia de su existencia temporal en forma metálica. Para producir metales a partir de minerales y menas naturales, es necesario proporcionar una cierta cantidad de energía, por ejemplo, mineral de hierro en un alto horno . Por lo tanto, es termodinámicamente inevitable que estos metales, cuando se exponen a diversos entornos, vuelvan a su estado natural. La ingeniería de corrosión y corrosión implica, por tanto, un estudio de cinética química , termodinámica y electroquímica .
Generalmente relacionada con la metalurgia o la ciencia de los materiales , la ingeniería de corrosión también se relaciona con los no metálicos, como la cerámica, el cemento , el material compuesto y los materiales conductores como el carbono / grafito. Los ingenieros de corrosión a menudo manejan otros procesos que no son estrictamente de corrosión, que incluyen (pero no se limitan a) agrietamiento, fractura por fragilidad, agrietamiento, desgaste, erosión y, más típicamente, categorizados como gestión de activos de infraestructura . En la década de 1990, el Imperial College de Londres incluso ofreció una maestría en ciencias titulada "La corrosión de los materiales de ingeniería". [2] UMIST - Instituto de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Manchester y ahora parte de la Universidad de Manchester también ofreció un curso similar. Los cursos de maestría en ingeniería de corrosión están disponibles en todo el mundo y el plan de estudios contiene material de estudio sobre el control y la comprensión de la corrosión. La Universidad Estatal de Ohio tiene un centro de corrosión que lleva el nombre de uno de los ingenieros de corrosión más conocidos, Mars G Fontana . [3] En el año 1995, se informó que los costos de la corrosión a nivel nacional en los EE. UU. Fueron de casi $ 300 mil millones por año. [4] Esto confirmó informes anteriores de daños a la economía mundial causados por la corrosión. [5]
Se han formado grupos de ingeniería de corrosión en todo el mundo para educar, prevenir, ralentizar y controlar la corrosión. Estos incluyen la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE), la Federación Europea de Corrosión (EFC) y el Instituto de Corrosión en el Reino Unido. La principal tarea del ingeniero de corrosión es gestionar de forma económica y segura los efectos de la corrosión en los materiales.
Zaki Ahmad en su libro "Principios de ingeniería de corrosión y control de corrosión" afirma que "La ingeniería de corrosión es la aplicación de los principios desarrollados a partir de la ciencia de la corrosión para minimizar o prevenir la corrosión". [6] Shreir y col. sugieren lo mismo en su gran obra de 2 volúmenes titulada Corrosión. [7] La ingeniería de la corrosión implica el diseño de esquemas de prevención de la corrosión y la implementación de códigos y prácticas específicos. Las medidas de prevención de la corrosión, incluida la protección catódica , el diseño para prevenir la corrosión y el revestimiento de estructuras se incluyen en el régimen de la ingeniería de corrosión. Sin embargo, la ciencia de la corrosión y la ingeniería van de la mano y no pueden separarse: es un matrimonio permanente para producir nuevos y mejores métodos de protección de vez en cuando. Esto puede incluir el uso de inhibidores de corrosión . En el "Manual de ingeniería de corrosión", el autor Pierre R. Roberge afirma "La corrosión es el ataque destructivo de un material por reacción con su entorno. Las graves consecuencias del proceso de corrosión se han convertido en un problema de importancia mundial". [8]
Algunos de los contribuyentes más notables a la disciplina de Ingeniería de Corrosión incluyen, entre otros:
- Michael Faraday (1791-1867)
- Marcel Pourbaix (1904-1998)
- Herbert H. Uhlig (1907-1993)
- Ulick Richardson Evans (1889-1980)
- Mars G Fontana (1910-1988)
- Melvin Romanoff (-1970)
- Pierre R. Roberge
Tipos de situaciones de corrosión
Los ingenieros y consultores de corrosión tienden a especializarse en escenarios de corrosión interna o externa. En ambos, pueden proporcionar recomendaciones para el control de la corrosión, investigaciones de análisis de fallas, vender productos para el control de la corrosión o proporcionar la instalación o el diseño de sistemas de control y monitoreo de la corrosión. [9] [10] [11] [12] [13] Cada material tiene su debilidad. El aluminio , los revestimientos galvanizados / de zinc, el latón y el cobre no sobreviven bien en entornos de pH muy alcalinos o muy ácidos. El cobre y el latón no sobreviven bien en ambientes con alto contenido de nitrato o amoníaco . Los aceros al carbono y el hierro no sobreviven bien en ambientes de baja resistividad del suelo y alto contenido de cloruro. Los ambientes con alto contenido de cloruro pueden incluso vencer y atacar el acero revestido en concreto normalmente protector. El hormigón no sobrevive bien en ambientes ácidos y con alto contenido de sulfato. Y nada sobrevive bien en entornos con alto contenido de sulfuro y bajo potencial redox con bacterias corrosivas.
Corrosión externa
Corrosión del lado del suelo subterráneo
Los ingenieros de control de la corrosión subterránea recolectan muestras de suelo para probar la química del suelo en busca de factores corrosivos como pH, resistividad mínima del suelo, cloruros, sulfatos, amoníaco , nitratos, sulfuro y potencial redox. [14] [15] Recogen muestras de la profundidad que ocupará la infraestructura, porque las propiedades del suelo pueden cambiar de un estrato a otro. La prueba mínima de resistividad del suelo in situ se mide utilizando el método de cuatro clavijas de Wenner si se realiza a menudo para juzgar la corrosividad de un sitio. Sin embargo, durante un período seco, es posible que la prueba no muestre corrosividad real, ya que la condensación subterránea puede dejar el suelo en contacto con superficies metálicas enterradas más húmedas. Por eso es importante medir la resistividad mínima o saturada de un suelo. Las pruebas de resistividad del suelo por sí solas no identifican elementos corrosivos. [16] Los ingenieros de corrosión pueden investigar lugares que experimentan corrosión activa utilizando métodos de inspección por encima del suelo y diseñar sistemas de control de corrosión como protección catódica para detener o reducir la tasa de corrosión. [17]
Los ingenieros geotécnicos generalmente no practican la ingeniería de corrosión y derivan a los clientes a un ingeniero de corrosión si la resistividad del suelo es inferior a 3000 ohm-cm o menos, según la tabla de clasificación de corrosividad del suelo que lean. Desafortunadamente, una granja lechera vieja puede tener resistividades del suelo por encima de los 3000 ohm-cm y aún contener niveles corrosivos de amoníaco y nitrato que corroen las tuberías de cobre o las varillas de conexión a tierra. Un dicho general sobre la corrosión es: "Si el suelo es excelente para la agricultura, es excelente para la corrosión".
Corrosión externa subacuática
Los ingenieros de corrosión subacuática aplican los mismos principios que se utilizan en el control de la corrosión subterránea, pero utilizan buzos especialmente capacitados y certificados para la evaluación del estado y la instalación y puesta en servicio del sistema de control de la corrosión. La principal diferencia radica en el tipo de celdas de referencia utilizadas para recopilar lecturas de voltaje.
Corrosión atmosférica
La prevención de la corrosión atmosférica se maneja típicamente mediante el uso de la selección de materiales y las especificaciones de los recubrimientos . El uso de recubrimientos de zinc también conocido como galvanización en estructuras de acero es una forma de protección catódica donde el zinc actúa como un ánodo de sacrificio y también como una forma de recubrimiento. Se espera que ocurran pequeños rayones en el recubrimiento galvanizado con el tiempo. El zinc, que es más activo en la serie galvánica, se corroe con preferencia al acero subyacente y los productos de corrosión llenan el rayado evitando una mayor corrosión. Siempre que los rayones sean finos, la humedad de la condensación no debe corroer el acero subyacente siempre que tanto el zinc como el acero estén en contacto. Mientras haya humedad, el zinc se corroe y finalmente desaparece.
Corrosión en zonas húmedas y de salpicaduras
Una cantidad significativa de corrosión de las cercas se debe a que las herramientas de jardinería rayan los revestimientos de las cercas y los aspersores de riego rocían estas cercas dañadas. El agua reciclada generalmente tiene un contenido de sal más alto que el agua potable, lo que significa que es más corrosiva que el agua corriente del grifo. Existe el mismo riesgo de daños y rociado de agua para las tuberías sobre el suelo y los dispositivos de prevención de reflujo. Las cubiertas de fibra de vidrio, las jaulas y las zapatas de concreto han funcionado bien para mantener las herramientas al alcance de la mano. Incluso la ubicación donde el desagüe del techo salpica hacia abajo puede ser importante. El drenaje del valle del techo de una casa puede caer directamente sobre un medidor de gas y hacer que su tubería se corroa a un ritmo acelerado, alcanzando un espesor de pared del 50% en 4 años. Es el mismo efecto que una zona de salpicaduras en el océano o en una piscina con mucho oxígeno y agitación que elimina el material a medida que se corroe.
Los tanques o los tubos estructurales, como los soportes de los bancos o los juegos mecánicos de los parques de diversiones, pueden acumular agua y humedad si la estructura no permite el drenaje. Este ambiente húmedo puede conducir a la corrosión interna de la estructura que afecta la integridad estructural. Lo mismo puede suceder en ambientes tropicales que provocan corrosión externa.
Corrosión galvánica
La corrosión galvánica (también llamada corrosión bimetálica) es un proceso electroquímico en el que un metal (el más activo) se corroe preferentemente cuando está en contacto eléctrico con otro metal diferente, en presencia de un electrolito . [18] Se explota una reacción galvánica similar en las celdas primarias para generar un voltaje eléctrico útil para alimentar dispositivos portátiles; un ejemplo clásico es una celda con electrodos de zinc y cobre . La corrosión galvánica ocurre cuando hay un metal activo y un metal más noble en contacto en presencia de electrolito .
Corrosión por picadura
La corrosión por picaduras, o picaduras, es una corrosión extremadamente localizada que conduce a la creación de pequeños orificios en el material, casi siempre un metal. Las fallas resultantes de esta forma de corrosión pueden ser catastróficas. Con la corrosión general, es más fácil predecir la cantidad de material que se perderá con el tiempo y esto se puede diseñar en la estructura de ingeniería. Las picaduras, como la corrosión por grietas, pueden causar una falla catastrófica con muy poca pérdida de material. La corrosión por picaduras ocurre en materiales pasivos.
Corrosión por grietas
La corrosión por grietas es un tipo de corrosión localizada con un mecanismo muy similar a la corrosión por picaduras.
Corrosión bajo tensión
El agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC) es el crecimiento de una grieta en un ambiente corrosivo (Corrosión). Requiere tres condiciones para que ocurra: 1) ambiente corrosivo 2) estrés 3) material susceptible. El SCC puede provocar una falla repentina inesperada y, por lo tanto, catastrófica de metales normalmente dúctiles bajo tensión de tracción . Esto suele agravarse a temperaturas elevadas. El SCC es químicamente muy específico en el sentido de que es probable que ciertas aleaciones se sometan a SCC solo cuando se exponen a una pequeña cantidad de entornos químicos. Es común que el SCC no sea detectado antes de la falla. El SCC generalmente progresa bastante rápido después del inicio de la fisura inicial y se ve con más frecuencia en las aleaciones que en los metales puros. Por tanto, el ingeniero de corrosión debe ser consciente de este fenómeno. [19]
Corrosión filiforme
La corrosión filiforme se puede considerar como un tipo de corrosión por grietas y, a veces, se observa en metales recubiertos con una capa orgánica ( pintura ).
Fatiga por corrosión
Corrosión microbiana
Ahora se sabe que la biocorrosión, la bioincrustación y la corrosión causadas por organismos vivos tienen una base electroquímica . [20] Se sabe que otras criaturas marinas como los mejillones, los gusanos e incluso las esponjas degradan los materiales de ingeniería. [21]
Daño por hidrógeno
Corrosión por erosión
Fragilidad por hidrógeno
Corrosión por alta temperatura
La corrosión a alta temperatura ocurre típicamente en ambientes que tienen calor y sustancias químicas como fuentes de combustible de hidrocarburos, pero también otras sustancias químicas permiten esta forma de corrosión. Por lo tanto, puede ocurrir en calderas, motores de automóviles impulsados por diésel o gasolina, hornos de producción de metales y antorchas de la producción de petróleo y gas. También se incluiría la oxidación de metales a alta temperatura. [22] [23]
Corrosión interna
La corrosión interna es ocasionada por los efectos combinados y la severidad de cuatro modos de deterioro del material, a saber: corrosión general, corrosión por picaduras, corrosión microbiana y corrosividad de fluidos. [24] Los mismos principios de control de la corrosión externa se pueden aplicar a la corrosión interna, pero debido a la accesibilidad, los enfoques pueden ser diferentes. Por tanto, se utilizan instrumentos especiales para el control e inspección de la corrosión interna que no se utilizan en el control de la corrosión externa. El alcance de video de tuberías y cerdos inteligentes de alta tecnología se utilizan para inspecciones internas. Los cerdos inteligentes se pueden insertar en un sistema de tuberías en un punto y "atraparlos" en la línea. El uso de inhibidores de corrosión, selección de materiales y revestimientos internos se utilizan principalmente para controlar la corrosión en las tuberías, mientras que los ánodos junto con los revestimientos se utilizan para controlar la corrosión en los tanques.
Los desafíos de corrosión interna se aplican a lo siguiente:
- Corrosión de la tubería de agua - Corrosión de la tubería de gas - Corrosión de la tubería de aceite - Corrosión del depósito del tanque de agua
Buen diseño para evitar situaciones de corrosión
La ingeniería de corrosión implica un buen diseño. El uso de un borde redondeado en lugar de un borde agudo reduce la corrosión, al igual que no lo hace el acoplamiento por soldadura u otro método de unión de dos metales diferentes para evitar la corrosión galvánica. Es una buena práctica evitar tener un ánodo pequeño (o material anódico) junto a un cátodo grande (o material catódico). Por ejemplo, el material de soldadura siempre debe ser más noble que el material circundante. El acero inoxidable no debe usarse para manipular soluciones desoxigenadas, ya que el acero inoxidable depende del oxígeno para mantener la pasivación.
Ver también
- Corrosión
- Sociedades de corrosión
- Inhibidor corrosivo
- Corrosión bajo tensión
- Agrietamiento por estrés ambiental
- Fallo estructural
- Mecánica de fracturas
- Electroquímica
- Protección anódica
- Revestimiento
- Análisis de fallas metalúrgicas
- Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
Referencias
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Otras lecturas
enlaces externos
- NACE (anteriormente conocida como Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión) NACE International
- Federación Europea de Corrosión [1] http://www.efcweb.org/
- Instituto de Corrosión del Reino Unido [2]