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Corrosión: fenómeno natural, visible y catastrófico

Ricardo Orozco Cruz, Enrique A. Martínez Martínez ,
Ricardo Galván Martínez, José Luís Ramírez Reyes
e Imelda Fernández Gómez

Muchas veces hemos escuchado las frases erróneas de que “nada se puede hacer contra la corrosión”, o “échale una pintadita y ya está”. Si bien es cierto que la corrosión es un fenómeno natural y sucede espontáneamente, no tenemos que vivir con ella, y mucho menos pasarla por alto mediante pequeños retoques de pintura para mitigar los indicios de herrumbre. El costo del fenómeno de la corrosión implica una parte importante del producto interno bruto (PIB) y ocurre en un amplio campo de ejemplos, que van desde la corrosión de una gran estructura metálica colocada en un medio agresivo, a la de los implantes metálicos colocados en el cuerpo humano.

Los últimos estudios llevados a cabo sobre el impacto económico de la corrosión muestran resultados alarmantes. De 1999 a 2001, Estados Unidos tuvo un total anual de costos directos de aproximadamente 276 mil millones de dólares, algo así como 3.1% del PIB de ese país. De la misma manera, en Perú, de acuerdo con la empresa Teknoquímica, en el año 2000 las pérdidas por corrosión representaron 8% del PIB, es decir, aproximadamente 1,200 millones de dólares. En México todavía no se ha hecho ningún estudio para estimar los gastos que representan las pérdidas por corrosión. Pese a este desconocimiento, se pueden palpar los problemas debidos a este fenómeno, por lo que es clara entonces la necesidad de instrumentar las medidas pertinentes. Hay diferentes razones por las que el fenómeno no se ha controlado de manera apropiada, que van desde las climáticas hasta las políticas. La situación, como es de suponerse, afecta por igual a la mayoría de países latinoamericanos en que los gobiernos y las condiciones medioambientales son similares. Y es que el Estado prácticamente no presta atención alguna al problema de la corrosión, no por falta de personal capacitado sino por la falta de una política de mantenimiento de obras.

Es sabido que poco a poco la empresa privada está comenzando a tomar conciencia del tema de la corrosión y de los perjuicios que este fenómeno ocasiona al no recibir la atención debida. ¿ Qué es la corrosión? La corrosión se puede definir de muchas maneras. Algunas definiciones son muy directas y se enfocan a una forma específica de corrosión, mientras que otras son muy generales y cubren muchas formas de deterioro. La palabra “corroer” se deriva del latín c o r r o d e r e, que significa “ roer las piezas”. Para nuestros propósitos, la corrosión se puede caracterizar como una reacción química o electroquímica entre un material – usualmente un metal– y su ambiente que produce un deterioro del material y de sus p r o p i e d a d e s . Los metales son rara vez encontrados en estado puro; casi siempre se les halla en combinación química con uno o más elementos no metálicos, y el mineral es generalmente una forma oxidada de metal; por tanto, se debe aplicar una cantidad significativa de energía para transformar el mineral en metal puro. Esta energía puede aplicarse por vías metalúrgicas o químicas; también debe aplicarse energía adicional bajo la forma de trabajo en frío o mediante procesos de fundición necesarios para transformar el metal puro en una pieza de trabajo. Se puede entender la corrosión como la tendencia de un metal –producido y formado gracias a una aplicación sustancial de energía– para volver a su estado natural de menor energía. Desde una perspectiva termodinámica, la tendencia a disminuir el nivel de energía es la fuerza principal que induce la corrosión de los m e t a l e s .

La corrosión de los metales es un proceso electroquímico, esto es, las reacciones corrosivas del metal normalmente involucran reacciones químicas y un flujo de electrones. Una reacción electroquímica básica que provoca la cor rosión de los metales es la corrosión galvánica, que consiste básicamente en dos procesos de transferencia de electrones en lugares físicamente diferentes de la estructura metálica (procesos anódicos y catódicos). Este proceso de corrosión implica la generación y transferencia del catión metálico a la solución, la transferencia del oxígeno al cátodo metálico, la transferencia electrónica del metal al oxígeno, el paso de los electrones del ánodo al cátodo (electroneutralidad metálica), y la difusión de los iones Fe2 + y OH- en el electrolito (electroneutralidad iónica).

En general, puede concluirse que para lograr la protección metálica se tiene que anular, o al menos disminuir, cualquiera de estos pasos.

Efectos de la corrosión

Los efectos de la corrosión en nuestra vida diaria se clasifican en directos e indirectos. Los directos son aquellos que afectan la vida útil de servicio de nuestros bienes, y los indirectos son aquellos en que los productores y consumidores de los bienes y servicios tienen influencia sobre los costos de la corrosión. En el hogar, el fenómeno se observa directamente en el automóvil, el enrejado del patio o las ventanas, o en las herramientas metálicas.

Una de las consecuencias más serias de la corrosión sucede cuando afecta nuestras vidas en el desarrollo cotidiano. Cuando nos desplazamos de la casa al trabajo o la escuela, se puede observar una serie de problemas debidos al fenómeno de la corrosión. Por ejemplo, en un puente de una avenida o carretera puede ocurrir la corrosión de la varilla de acero de refuerzo del concreto, la que puede fracturarse y, consecuentemente, provocar la falla de alguna sección; de la misma manera, puede producirse el colapso de las torres de transmisión eléctrica. Estos efectos podrían dañar construcciones, edificios, parques y otros, y además implicarían una reparación costosa.

El otro efecto nocivo de este fenómeno es el daño al medio ambiente. Por mencionar un caso real, en diciembre de 1999, frente a las costas de Vizcaya, al norte de España, el buque-tanque E r i k a zozobró debido a la ruptura de su casco provocada por la corrosión. El resultado: aproximadamente 20 mil toneladas de petróleo crudo se derramaron en el mar y causaron un gran daño al ecosistema marino.

Es posible que entre todos los problemas que causa la corrosión uno de los más peligrosos sea el que ocurre en las plantas industriales, como las de generación de energía eléctrica o de procesos químicos. La inhabilitación total de estas plantas podría ocurrir debido a la corrosión. Precisamente, esta es una de las muchas consecuencias indirectas que conllevarían graves efectos económicos. Algunas de ellas se presentan a continuación:

• Reemplazo de equipo corroído. • Sobrediseño para controlar la corrosión. • Mantenimiento preventivo, como el pintado. • Paro de equipo debido a las fallas por corrosión. • Contaminación de un producto. • Pérdida de eficiencia cuando el sobrediseño y los productos de corrosión disminuyen la rapidez de transferencia de calor en intercambiadores de calor. • Pérdida del valor del producto, como el de un contenedor que tiene sus partes corroídas, etc.

Siguiendo con las consecuencias indirectas, también estas pueden tener efectos sociales:

• Seguridad (por ejemplo, alguna falla repentina puede causar fuego, explosión, fuga de productos tóxicos y colapso de construcciones). • Salud (por ejemplo, contaminación debido a la fuga de productos del equipo o tubería corroídos o debido a los mismos productos de corrosión). • Agotamiento de fuentes naturales, incluidos metales y combustibles usados para manufacturarlos. • Apariencia, pues el material corroído no muestra buenas condiciones a simple vista.

Por supuesto, todos los precedentes efectos sociales también tienen que ver con la economía. Es por eso que hay muchas razones para buscar alternativas para controlar la corrosión. Pero antes de esto, es necesario conocer el proceso o mecanismo de corrosión, o la forma en que se o r i g i n a . Formas de la corrosión La corrosión ocurre de manera grave de diferentes formas. La clasificación se basa usualmente en uno de estos tres factores:

1. Naturaleza del electrolito: la corrosión se puede clasificar como “húmeda” o “ seca” . Es necesaria una solución líquida o una mezcla para la corrosión húmeda, y la corrosión seca implica por lo regular la reacción con gases a alta temperatura.

2. Mecanismo de corrosión: implica reacciones electroquímicas o químicas directas.

3. Apariencia del metal corroído: la corrosión puede ser uniforme y el metal se corroe a la misma velocidad a lo largo de la superficie, o puede ser localizada, en cuyo caso solamente se ven afectadas pequeñas áreas.

La clasificación más común de la corrosión que se puede encontrar es la húmeda o acuosa, y este tipo de fenómeno se puede identificar en ocho formas basada en la apariencia del metal: corrosión uniforme o general; corrosión por picadura; cor rosión en resquicios; corrosión galvánica; corrosión-erosión, que incluye la cavitación-erosión; corrosión intergranular, que incluye la sensibilización y exfoliación; dealeación, que incluye la deszincificación, y agrietamiento asistido ambientalmente, que incluye la corrosión bajo esfuerzo, la corrosión por fatiga y los daños por evolución de hidrógeno.

En teoría, las ocho formas de corrosión son claramente distintas; en la práctica, sin embargo, existen casos de corrosión que se fijan en más de una categoría; otros casos no parecen ajustarse a ninguna de esas ocho categorías.

Dependiendo de la forma en que se presenta la corrosión, se puede aplicar la técnica más idónea para controlarla o prevenirla.

Métodos de control

Existen cinco métodos primarios de control de la corrosión:

1. Selección de materiales. Cada metal y aleación tiene un comportamiento único e inherente ante la corrosión que se ve reflejado en la posición que toma en la serie electroquímica de metales o en una serie galvánica. Puede estar en el intervalo de alta resistencia de metales nobles o pasivos –por ejemplo, oro y platino–, o en el de baja resistencia de metales activos, como el sodio y el magnesio.

Además, la resistencia a la corrosión de un metal depende del ambiente al cual se encuentra expuesto. Tomando en consideración estos puntos, se puede llevar a cabo una buena selección de materiales para un uso específico.

2. Recubrimientos. Los recubrimientos para la protección contra la corrosión se pueden dividir en dos grandes grupos: los metálicos y los no metálicos (orgánicos e inorgánicos). Con cualquier tipo de recubrimiento que se seleccione el objetivo es el mismo: aislar la superficie metálica del medio corrosivo. El concepto de aplicación de un recubrimiento con un metal más noble sobre un metal activo se basa en la ventaja de una mayor resistencia a la corrosión del metal noble. Un ejemplo de esta aplicación es el acero recubierto con estaño. Alternativamente, un metal más activo se puede aplicar, y en este caso el recubrimiento se corroe, o sacrifica, en vez del sustrato. Un ejemplo de este sistema es el acero galvanizado, en el que el recubrimiento de zinc se corroe preferentemente y protege al acero.

Los recubrimientos no metálicos pueden ser orgánicos e inorgánicos. La función primaria de un recubrimiento orgánico en la protección contra la corrosión es aislar el metal del ambiente corrosivo.

Adicionalmente, forma una barrera para extinguir la corrosión; el recubrimiento orgánico puede contener inhibidores de corrosión.

Existen muchas formulaciones de recubrimientos orgánicos, así como también una amplia variedad de procesos de aplicación para seleccionar de un producto dado o una condición de servicio.

Los recubrimientos no metálicos inorgánicos incluyen porcelanas, tintas de cemento y silicatos, recubrimientos vítreos y otros cerámicos resistentes a la corrosión. Al igual que los recubrimientos orgánicos, los inorgánicos se utilizan para aplicaciones en corrosión como recubrimientos de barrera.

3. Inhibidores. Así como algunas especies químicas (las sales, por ejemplo) causan corrosión, otras especies químicas la inhiben. Los cromatos, silicatos y aminas orgánicas son inhibidores comunes. Los mecanismos de inhibición pueden ser un poco complejos. En el caso de las aminas orgánicas, el inhibidor es adsorbido sobre los sitios anódicos y catódicos y anula la corriente de corrosión. Otras promueven la formación de una película protectora sobre la superficie del metal. Los inhibidores se pueden incorporar en un recubrimiento protector. Cuando sucede un defecto en

el recubrimiento, el inhibidor se dirige desde el recubrimiento hacia el defecto y se controla la corrosión. 4. Protección catódica. La protección catódica suprime la corriente de corrosión que causa el daño en una celda de corrosión e impulsa la corriente para dirigirla a la estructura metálica que se va proteger. De esta manera, se previene la corrosión o disolución del metal. En la práctica, la protección catódica se puede desarrollar por dos métodos de aplicación, la cual difiere en la fuente de alimentación de la corriente protectora. Un sistema de corriente impresa utiliza una fuente de poder para forzar la corriente de un á nodo inerte a la estructura metálica a ser protegida.

Un sistema de ánodo de sacrificio utiliza á nodos de metal activo, como zinc o magnesio, los cuales son conectados a la estructura para proporcionarles la corriente de protección catódica.

5. Diseño. La aplicación de principios de diseño puede eliminar muchos problemas de corrosión y reduce el tiempo y costo asociados con el mantenimiento y reparación. La corrosión ocurre frecuentemente en espacios pequeños o resquicios en los que el medio corrosivo empieza a ser más agresivo. Estas áreas se pueden eliminar o minimizar en el proceso de diseño. Donde la corrosión bajo esfuerzo es posible, los componentes se pueden diseñar para operar en niveles de esfuerzo menores a los que podrían colapsarse.

Por todo lo anterior, es muy importante que el ingeniero o especialista en corrosión, el ingeniero de materiales, el supervisor de mantenimiento o como se le designe, debe tener los conocimientos suficientes para controlar este fenómeno; debe reconocerlo y saber cuál es su origen y su gravedad; debe estar actualizado sobre las herramientas y métodos de control de que se dispone hoy en día, las técnicas de inspección, los efectos de las variables de diseño, la forma de interpretar y aplicar la información sobre la corrosión y saber dónde obtener ayuda.

La corrosión ocurre por múltiples causas y es promovida por diferentes mecanismos; por su propia naturaleza, seguirá prevaleciendo de manera tal que los costos asociados a este fenómeno no podrán ser eliminados completamente. Sin embargo, se podría estimar que de 25 a 30% del costo anual podría evitarse si se comienza una serie de procedimientos óptimos contra la corrosión. Estas estrategias de prevención implican el uso de los métodos de control y prevención más apropiados que protejan la seguridad pública, prevengan daños a las propiedades y al ambiente y logren salvar millones de dólares a México y el mundo.

Siete recomendaciones hay para mitigar la corrosión

1. Aumentar la conciencia acerca de los grandes costos de la corrosión y los potenciales ahorros.

2. Cambiar la errónea concepción de que nada se puede hacer sobre la corrosión.

3. Cambiar las políticas, regulaciones, estándares y prácticas de manejo para incrementar los ahorros a través de una gerencia certera.

4. Mejorar la educación y el entrenamiento del personal para controlarla.

5. Llevar a cabo prácticas de diseño avanzadas para su mejor manejo.

6. Predecir la vida y métodos de evaluación de comportamiento avanzados.

7. Impulsar una tecnología avanzada contra ella a través de investigación, desarrollo y aplicación.

Para el lector interesado

Un problema más alla de las estructuras” (2006). Boletín Informativo. Inpra Latina-Coatings and Corrosion Control for Latin America, 24 de mayo.

Genescá, Ll. J. y Ávila M., J. (1999). Más allá de la herrumbre. México: Fondo de Cultura Económica (Col. La Ciencia para Todos). Otero H., E. (1997). Corrosión y degradación de los materiales. Madrid: Síntesis.