Corrosión atmosférica

Corrosión atmosférica--- Generalidades

1. UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA INEGNIERIA DE LA CORROSION CORROSIÓN ATMOSFÉRICA 2017

2. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

3. I. INTRODUCCIÓN

4. A) FORMACIÓN DE PELÍCULA HÚMEDA A.1) Condensación por capilaridad La H.R. es función del radio de curvatura por la zona cóncava del menisco que pueda formar el líquido en un capilar y crece al disminuir este radio. A.2) Condensación por adsorción: Se da por la fijación de moléculas de agua en la superficie como consecuencia de las fuerzas físicas de atracción. A.3) Condensación Química: Puede producirse la humidificación de la superficie como consecuencia de la fijación e agua por productos microscópicos.

5. B) TIPOS DE CORROSIÓN B.1) Corrosión seca En ausencia de humedad, muchos metales se corroen muy lentamente a temperatura ambiente. Corrosión acelerada bajo condiciones secas se logran a temperaturas altas . A temperatura ambiente ocurre sobre metales que tienen una energía libre negativa de formación de óxidos y entonces forman rápidamente una película estable termodinámicamente en presencia de oxígeno.

6. B.2) Corrosión húmeda Cuando la humedad excede de un valor crítico, frecuentemente por encima del 80% de humedad relativa, una película de humedad extremadamente delgada se formará en la superficie del metal, proporcionando un electrolito para la transferencia de electrones.

7. B.3) Corrosión acuosa Ocurre cuando una película de centenares de micrones de espesor se forma en la superficie metálica, como productos de gotas de rocío, lluvia o un spray marino.

8. C ) MECANISMO DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA Como el mecanismo de corrosión es electroquímico, su característica principal es la presencia de un proceso anódico y otro catódico, con un electrolito de resistencia óhmica determinada. En el proceso anódico el metal se disuelve en la capa del electrolito, en la cual la concentración se eleva hasta la precipitación de un compuesto poco soluble

9. Reacción Anódica Reacción Catódica   Puesto que se trata de un medio habitualmente totalmente neutro donde el único oxidante presente es el O2

10. D) INFLUENCIA DE DISTINTOS FACTORES SOBRE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN D.1) Espesor de la película húmeda En espesores pequeños, la corrosión se da difícilmente, pues la resistencia óhmica de la capa del electrolito sobre la superficie metálica es muy grande y la disolución del metal es difícil . Al aumentar el espesor, disminuyen la resistencia de la capa del electrolito y la polarización catódica, lo que origina un aumento de la velocidad de corrosión hasta que alcanza un nivel máximo, que disminuye después con el aumento del espesor

11. D.2) Contaminación atmosférica Como se ha indicado, por debajo de un determinado nivel de humedad relativa (HR < 80%) no es probable la corrosión, pues, no existe película apreciable de electrolito sobre el metal (corrosión seca). Generalmente, la corrosión del hierro y otros metales es insignificante a humedad relativa (HR) por debajo 80 %. El NaCl y el SO2 son los principales contaminantes corrosivos de la atmósfera.

12. El NaCl y el SO2 son los principales contaminantes corrosivos de la atmósfera. Los cloruros se incorporan a la atmósfera desde el mar, y sus efectos son más notorios cerca de la orilla, donde el aire transporta grandes cantidades de partículas salinas, como resultado de la “pulverización del agua” al “romper” las olas. El dióxido de azufre se encuentra en las atmósferas que están contaminadas con humos industriales, y se origina al quemar combustibles que contienen azufre. Estas dos sustancias químicas estimulan grandemente la corrosión de las superficies metálicas humedecidas, ya que aumentan la actividad de la película acuosa

13. Los metales no ferrosos consumen SO2 en las reacciones de corrosión, y sus productos principales son los sulfatos metálicos. En el caso de la oxidación del hierro y del acero, los sulfatos ferrosos son hidrolizados formando óxidos y generando ácido sulfúrico

14. D.3) Efecto de la Lluvia ácida La atmósfera puede contener: HCl proveniente de la combustión de carbones ricos en cloruros. HNO3 formado a través de reacciones complejas a partir de radicales libres, hidrocarburos. H2SO4 Ácidos orgánicos,como fórmico y acético El retorno a la superficie de la tierra de los contaminantes atmosféricos se realiza de dos formas: por depósito seco y por depósito húmedo .

15. Por depósito seco se entiende el retorno del contaminante en forma gaseosa o aerosol. Por depósito húmedo se entiende el retorno de estos ácidos a la superficie de la tierra, principalmente por la acción de la lluvia, dando lugar a lo que se conoce como lluvia ácida Estas formas de depósito se realizan, por lo general, en las proximidades de las fuentes de emisión, pudiendo también realizarse a centenares de kilómetros de ellas, rebasándose incluso los límites geográficos del país causante de la contaminación

16. E) INFLUENCIA DE FACTORES CLIMÁTICOS E.1) Humedad Relativa En los periodos de precipitación de humedad (rocío, lluvia, niebla, etc ) la superficie metálica se recubre de un depósito visible de agua . C uando el aire se enfría a una temperatura ligeramente por debajo del punto de rocío y el vapor empieza a condensarse en forma de pequeñas gotas sobre el metal . La difusión de oxígeno a través de la capa acuosa suele ser el factor controlante de la velocidad de corrosión. Esta velocidad se incrementa al adelgazar la capa acuosa sobre el metal hasta alcanzar un valor máximo a espesores intermedios.

17. E.2) Temperatura Un cambio de temperatura afecta directa e indirectamente a l a corrosión de un metal en la atmósfera. Al subir la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones electroquímicas pero, al mismo tiempo se acelera la evaporación de la humedad depositada sobre el metal, desciende l a concentración de oxígeno y de otros gases corrosivos disueltos en ella.

18. E.3) Vientos La dirección y velocidad del viento determina la acumulación de partículas sobre la superficie del metal y la dispersión de contaminantes. Aunque hay que tener en cuenta que la acción del viento depende de la situación del foco contaminante con respecto al lugar de exposición.

19. MAPAS DE CORROSIVIDAD Las predicciones de corrosión o agresividad de las atmósferas, pueden servir como orientación respecto a las medidas protectoras que deben adoptarse para la conservación de una estructura metálica

20. Siendo la corrosión atmosférica un proceso electroquímico que involucra cargas eléctricas, la velocidad de corrosión se puede determinar midiendo la densidad de corriente de corrosión. Ésta es convertida a velocidad de corrosión a través de la Ley de Faraday VELOCIDAD DE CORROSIÓN   Así, la corriente puede ser medida en cualquier momento y obtener la velocidad de corrosión en cualquier instante. Ahora solo se mostrará la velocidad de corrosión utilizando las ecuaciones por la técnica de pérdida de masa que consiste en: Tomar una muestra metálica con una masa inicial dada. Exponer la muestra a la atmósfera durante un tiempo determinado. Remover apropiadamente los productos de corrosión. Determinar la pérdida de mas a . Con este valor y el tiempo de exposición se obtiene la velocidad de corrosión , utilizando las ecuaciones que indica la norma ISO 9223 (a) Donde: J : es la densidad de corriente ( mA /cm 2 ) m : es la masa equivalente (g) : es la densidad del metal (g/cm 3 ) V corr : es la velocidad de corrosión (cm/s)  

21. Donde: r corr : velocidad de corrosión en μm /año m : masa perdida (g) A : área de la superficie (m 2 ) T : tiempo de exposición (años) ρ : densidad del metal (g/cm 3 ) Método 1: Probetas en forma de placas La velocidad de corrosión también se puede expresar en g/cm 2 .año multiplicando la ecuación (b) por la densidad del metal, ρ (g/cm 3 ). Método 2 : Probetas en forma de espiral Donde: r corr : velocidad de corrosión en μm /año d : diámetro del alambre (mm) m o : masa inicial, antes de la exposición a la atmósfera (g) m : pérdida de masa (mg) t : tiempo de exposición (años) (b) (c)

22. El aluminio es el segundo metal más importante en las aplicaciones prácticas y, desde el punto de vista de su resistencia a la corrosión, en diferentes climas ofrece más ventajas que el acero. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DEL ALUMINIO *Proceso:

23. * *La difusión de las especies solubles lejos de la zona de reacción produce el adelgazamiento de la capa de óxido y el nacimiento de una picadura.

24. En el fondo de una picadura el medio es ácido y allí el aluminio actúa anódicamente, oxidándose según la reacción: Los bordes de las picaduras actúan de cátodos y en ellos el medio es alcalino, produciéndose la siguiente reacción catódica: Los iones , debido a que son prácticamente insolubles en agua, se combinan con los iones oxhidrilos, que proceden de la disociación del agua, para formar hidróxidos de aluminio, , según la reacción:   El hidróxido de aluminio no es soluble y precipita en forma de una masa blanca gelatinosa, llamada comúnmente alúmina (aunque puede ser bayerita ), que es el producto de corrosión y recubre las picaduras a modo de pústulas voluminosas, el cual se aprecia en la siguiente Figura I.9 : La corrosión por picaduras se produce cuando hay defectos de la capa del óxido natural ( , siendo los cloruros el factor principal que permite la penetración de la capa protectora.  

25. Figura I.9: Representación esquemática de la corrosión por picaduras de aluminio La reacción de corrosión del aluminio, provoca el aumento de cargas positivas en el interior de la picadura, debido a que los electrones migran hacia las áreas catódicas, donde se irán consumiendo en la reducción del . La neutralidad eléctrica se mantiene por la migración de iones hacia el interior de la picadura, causando un aumento de su concentración en ese lugar  

26. En atmósferas industriales, donde el aluminio se encuentra expuesto a iones SO 2 , se ha encontrado que el dióxido de azufre tiene pequeña afinidad con la superficie del aluminio. Pero cuando estos materiales tienen una capa de polvo sobre su superficie, es común la adsorción del SO2 sobre dicha capa. Esta capa reacciona con el oxígeno para producir iones sulfato, , los que a su vez pueden provocar una aceleración de la reacción anódica. Se conoce que la concentración de iones sulfatos es de 3 a 7% en el polvo de atmósferas industriales. Sin embargo, se han encontrado velocidades de corrosión y profundidades de picaduras en muestras de aluminio expuestas a concentraciones de SO 2 desde 30 mg/ a 370 mg/  

27. SUSTANCIA FÓRMULA Óxidos Alúmina Bohemita Bayerita - - O - - Cloruros Cloruro de aluminio Sulfatos Sulfatos básicos Sulfuros Sulfuro de aluminio SUSTANCIA FÓRMULA Óxidos Alúmina Bohemita Bayerita Cloruros Cloruro de aluminio Sulfatos Sulfatos básicos Sulfuros Sulfuro de aluminio TABLA I.1: Productos de corrosión del aluminio y sus fórmulas En la tabla I.1, se muestran los productos de corrosión del aluminio más comunes y sus correspondientes fórmulas.

28. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DEL COBRE *El primer producto de corrosión que se forma instantáneamente sobre la superficie del cobre es la cuprita (Cu2O), esta película natural de cuprita es de 1.6 nm de espesor aproximadamente.

29. La corrosión del cobre en la atmósfera obedece a un mecanismo electroquímico, donde el metal se disuelve anódicamente formando iones cuprosos o cúpricos de la siguiente forma : El agua, así como los gases o elementos disueltos (SO 2 , ) en la película de humedad, pueden también actuar como reactivos catódicos. Posteriormente la cuprita reacciona lentamente con los constituyentes de la atmósfera (SO 2 , , CO 2 ) formándose sales básicas, siempre y cuando el pH de la película de humedad sea suficientemente alto:   El oxígeno difundido a través de la película acuosa que recubre el metal, actúa como reactivo catódico:

30. Las pátinas tienen una composición compleja y variada según las condiciones de exposición. Contienen sulfatos, cloruros, carbonatos y nitratos básicos. El mecanismo por el cual el SO 2 ataca el cobre no se conoce perfectamente aún. Pero se sabe que el mismo provoca el aumento de la velocidad de corrosión del cobre a altas humedades relativa En resumen, las capas más próximas al cobre base son de óxido de cobre y las exteriores son, esencialmente, de sales básicas de sulfato de cobre. PÁTINA

31. Las capas de productos de corrosión del cobre en atmósferas contaminadas por SO 2 y Cl − , suelen presentar muchas imperfecciones, por lo que su poder protector es bastante exiguo. Si la atmósfera no está muy contaminada, la pátina se puede demorar cientos de años en formarse, debido a la falta de aniones para la formación de sales básicas de cobre, o por la baja temperatura o condiciones secas de exposición. En la tabla I.2, se muestran los productos de corrosión del cobre y sus fórmulas . Tabla I.2 Productos de corrosión del cobre y sus fórmulas

32. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DEL HIERRO Q uedan todavía por explicar algunos importantes aspectos relativos a ellos. Se ha propuesto una serie de esquemas de reacción para explicar los mecanismos de corrosión atmosférica del Hierro . Según éstos, las reacciones electroquímicas, en los primeros estadios de la corrosión, son las siguientes: E n los instantes iniciales de corrosión, incluso en ausencia de humedad y contaminación, se forma una película delgada ( 2 - 5nm ) de óxido, consistente en una capa más externa de hematita , -Fe 2 O 3 , y una capa interna de magnetita, Fe 3 O 4 . La corrosión por lo general se inicia en una irregularidad de la superficie, por ejemplo, en la vecindad de una inclusión , o debajo de una partícula depositada sobre la superficie  

33. En atmósferas no contaminadas, los productos primarios de la corrosión del hierro son principalmente hidróxidos ferrosos, Fe(OH) 3 . Sin embargo, los hidróxidos ferrosos no son estables y en presencia de oxígeno se transforman en óxidos férricos hidratados ( FeOOH ), los cuales son insolubles y frenan el proceso de corrosión Así, cuando la corrosión del fierro se inicia, pequeñas cantidades de oxígeno y de agua dan lugar a la formación de -FeOOH , la cual a su vez permite el inicio de la hidrólisis oxidativa, con la consecuente formación de herrumbre.   *La   herrumbre , sustancia que se forma sobre el  hierro metálico expuesto a la humedad, es una sustancia color marrón—cuya tonalidad varía de amarillento a rojizo, según la composición— que  corroe su superficie hasta llegar a perforarlo. Es una mezcla en proporciones variables de los siguientes hidróxidos y óxidos de hierro (III): óxido hidratado Fe 2 O 3 ·(H 2 O) n , donde  n  es un número natural. hidróxido Fe(OH) 3 óxido - hidróxido FeO (OH)

34. En las superficies anódicas se presenta la disolución del metal originando picaduras . En las áreas catódicas los iones fierro están expuestos a la acción del oxígeno y agua para producir óxido férrico hidratado, - FeOOH , la cual subsecuentemente forma magnetita de cuerdo a la siguiente reacción   Posteriormente la magnetita se reoxida por el oxígeno del aire en presencia de humedad para producir más herrumbre:

35. Según este mecanismo, el H 2 SO 4 generado en la solución por oxidación del SO 2 , disuelto, reacciona con el metal base para formar FeSO 4 , el cual, de acuerdo con el mecanismo cíclico de generación de ácido, experimenta una hidrólisis oxidativa : lo que explica las altas velocidades de corrosión atmosférica del hierro encontradas en atmósferas con contenidos en SO 2 , relativamente pequeños.

36. LOS NIDOS DE SULFATO La hidrólisis del sulfato ferroso formado en estos nidos controla su propagación. La presión osmótica puede llegar a reventarlos, aumentando así la velocidad de corrosión. Los mencionados nidos están recubiertos de una membrana que contiene FeOOH . Cuanto mayor es el contenido de FeOOH amorfo, tanto mayor es la estabilidad de esta membrana y más difícil que se agriete por efecto de la presión osmótica y de las repetidas humectaciones y secados de la capa de herrumbre Es un mecanismo y propone que los iones sulfatos son depositados en superficies anódicas , lo que conducirá a la formación de conglomerados de sulfatos llamados “nidos de sulfatos”. Cuando la superficie se moja, los “nidos de sulfatos ” en combinación con el área de los alrededores , forma una celda de corrosión . Representación esquemática de un nido de sulfato

37. EN LA CORROSIÓN DEL FIERRO EXPUESTO A ATMÓSFERAS CONTAMINADAS por cloruros no se forman tales nidos . La presión osmótica del cloruro sódico no influye en la actividad corrosiva , sino que ésta está determinada por otras causas, como la facilidad de los cloruros ferrosos y férricos para formar complejos. La hidrólisis oxidante no da lugar a FeOOH sino al complejo nFeOOHFeCl 3 , ó a una solución de FeCl 3 , en FeOOH eforma de gel según figura siguiente. Esquema de un agregado de cloruros Los iones cloruros y los sulfatos solubles en agua, pueden ser encontrados junto con los hidróxidos en la herrumbre formada en atmósferas marinas e industriales.

38. En la tabla I.3 se muestran los principales productos de corrosión del hierro y sus fórmulas correspondientes . Tabla I.3 Productos de corrosión del hierro y sus fórmulas [17]

39. El zinc se le usa ampliamente como recubrimiento o galvanizado de los productos metálicos. La formación de una capa protectora que cubre totalmente este metal, llamada “pátina de zinc” , es la que le otorga una buena resistencia a la corrosión atmosférica. La capa protectora está formada por óxido de zinc e hidróxidos, u otros compuestos como sales que dependen de la naturaleza del medio ambiente. Al igual que sucede con otros materiales, el proceso corrosivo del zinc en la atmósfera es de naturaleza discontinua. Es decir que el zinc en la atmósfera se corroe durante los períodos de humectación , en presencia de oxígeno y humedad , dando lugar a la formación de hidróxido de zinc (Zn(OH) 2 ), de acuerdo con las siguientes reacciones CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DEL ZINC GALVANIZADO

40. la corrosión del zinc progresa siempre que la superficie metálica está expuesta a películas de humedad depositada o de humedad adsorbida. En presencia del anhídrido carbónico atmosférico (CO 2 ), el zinc puede también dar lugar a la formación de ZnCO 3 , un compuesto solo ligeramente soluble en disoluciones acuosas neutra. En atmósferas industriales (atmósferas fuertemente contaminadas por SO 2 , episodios de lluvia ácida, atmósferas contaminadas por HCl , etc.), el pH de la película de humedad adquiere valores bajos. En este caso , no tiene lugar la formación de hidróxidos y sales básicas de zinc y, en su lugar, se forman sulfato y cloruro de zinc, según las siguientes reacciones: Estudios realizados en muestras de zinc a exposiciones de larga duración en atmósferas contaminadas por SO 2 revelan que los productos de corrosión se disponen en una estructura de dos capas . Una interior estable, sensible a la concentración de SO 2 , que controla la cinética de corrosión del zinc, y otra exterior, relativamente no protectora, que crece de forma continua Si el depósito de sulfato es mayor al de cloruros, primero se forma el hidroxicarbonato de zinc, seguido por el hidroxisulfato de zinc. Es posible la formación de clorohidroxisulfato de zinc si el contenido de electrones es apreciable.

41. En la tabla I.4 se muestran los principales productos de corrosión del zinc y sus fórmulas correspondientes . Tabla I.4. Productos de corrosión del zinc y sus correspondientes fórmulas

42. CLASIFICACIÓN DE LA CORROSIVIDAD ATMOSFÉRICA SEGÚN NORMA ISO 9223 ISO 9223 establece un sistema de clasificación para la corrosión de ambientes atmosféricos. Eso Define las categorías de corrosividad para los ambientes atmosféricos por la tasa de corrosión de primer año de los especímenes estándar . Las categorías de corrosividad pueden evaluarse en función de los factores atmosféricos más significativos que influyen en la corrosión de metales y aleaciones La corrosividad atmosférica o habilidad de la atmósfera para causar corrosión depende de los factores atmosféricos que influyen en el proceso corrosivo , y también de la naturaleza del metal. Es por esto que la categoría de corrosividad atmosférica no se expresa en forma general, sino que para cada metal se indica una categoría de corrosividad .

43. 1. SEGÚN LOS FACTORES METEOROLÓGICOS Y DE CONTAMINACIÓN: Según este procedimiento, se determinan: Los niveles del tiempo de humectación (τ), Velocidad de depósito de dióxido de azufre (P), y Velocidad de depósito de cloruros (S); Y en función de éstos, se determina la categoría de corrosividad atmosférica para el metal que se considere, haciendo uso de las tablas I.5, I.6 y I.7, y la tabla A-1. Tabla I.5: Clasificación del tiempo de humectación

44. Tabla I.6: Categorías según contenido de cloruros Tabla I.7: Categorías según contenido de dióxido de azufre Velocidad de depósito de dióxido de azufre (P), y Velocidad de depósito de cloruros (S);

45. Para poder determinar la categoría de corrosividad es necesario exponer el metal durante un año y determinar su velocidad de corrosión , haciendo uso de las ecuaciones (a) y/o (b). Este dato permite determinar las categorías de corrosividad atmosférica para dicho metal, haciendo uso de la tabla I.8 y la tabla I.9. 2 SEGÚN LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN DE LAS MUESTRAS METÁLICAS:

46. Tabla I.8: Categorías de corrosividad del Al, Cu, Fe y Zn, según su velocidad de corrosión (norma ISO 9223) Tabla I.9: Categoría de corrosividad según norma ISO 9223

47. *ISO 9226: 2012 especifica los métodos que se pueden utilizar para la determinación de la tasa de corrosión con los especímenes estándar. Los valores obtenidos de las mediciones (tasas de corrosión durante el primer año de exposición) están destinados a ser utilizados como criterios de clasificación para la evaluación de la corrosividad atmosférica de acuerdo con la norma ISO 9223. También pueden utilizarse para la evaluación informativa de la corrosividad atmosférica más allá del alcance de ISO 9223

48. E ste trabajo presenta resultados obtenidos después de un año de elaboración de un mapa de corrosión y de agresividad ambiental a nivel nacional, en términos de velocidad de corrosión, tiempo de humidificación y contaminantes en 31 estaciones de estudio en Chile . Para el logro del objetivo, se instalaron 124 bastidores con muestras de acero al carbono, cobre, acero galvanizado y aluminio a lo largo del país preparadas según normas ISO 9223 - 9226. En las estaciones de ensayo se miden las variables meteorológicas de temperatura, humedad ambiental, agua caída, velocidad y dirección de los vientos y radiación solar y como contaminantes contenido de cloruro y dióxido de azufre ambiental. La velocidad de corrosión de cada material se determinó por medidas de pérdida de masa. Los resultados al año de exposición muestran variaciones que permitirán confeccionar modelos de comportamiento que harán posible seleccionar el material más adecuado.

49. Tabla I.9: Categoría de corrosividad según norma ISO 9223

50. Predicción de datos de corrosión atmosférica ALCANCE DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA L a velocidad de corrosión de los metales en la atmósfera puede ser decenas e incluso centenares de veces mayor en unos lugares que en otros, lo que justifica el interés en conocer las variables fundamentales que actúan en la corrosión atmosférica y que originan esta gran dispersión de resultados . TABLA I- Corrosión anual del acero al carbono, zinc, cobre y aluminio en atmósferas de la Región Iberoamericana http://revistademetalurgia.revistas.csic.es

51. Los modelos tienen su utilidad para conocer la durabilidad de las estructuras metálicas, para determinar los costes económicos de los daños asociados con la degradación de los materiales, para el conocimiento científico del efecto de las variables ambientales en la cinética del proceso de corrosión atmosférica, etc. Sin embargo, las predicciones de corrosión constituyen un problema complejo por mediar en ellas múltiples factores. CORROSIÓN ATMOSFERICA ANUAL Feliu y Morcillo proponen un aproximación para estimar el valor de corrosión en el primer año, en función de una serie de parámetros. A la hora de realizar predicciones de la corrosión anual, el conocimiento de los parámetros meteorológicos en una determinada región no suele presentar grandes inconvenientes, habida cuenta de la existencia en los diferentes países de bancos de datos meteorológicos. Cuando se trata de estimar la contaminación atmosférica por S02 y cloruros. Para el primero de esos contaminantes, la información a nivel mundial es cada vez más amplia. La información disponible en cuanto a salinidad atmosférica es muy escasa ,lo que dificulta enormemente las predicciones de corrosión anual si no es posible realizar determinaciones in situ del contenido de Cl" en el aire atmosférico. La dificultad es todavía mayor al intentar realizar predicciones de la salinidad atmosférica en zonas próximas a la costa.

52. Está basado en estimar la corrosión a través de las ecuaciones de regresión, que resultan del tratamiento estadístico de datos meteorológicos y de contaminación atmosférica, de un conjunto de estaciones en diferentes atmósferas. Este enfoque ensaya la siguiente forma lineal : C = a1 + a2HR + a3P + a4T + a5TDH + a6S + a7Cl http://revistademetalurgia.revistas.csic.es TABLA II.- Funciones de daño para la corrosión atmosférica anual (2 y 7-11)

53. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA A LARGO PLAZO El conocimiento del dato de corrosión atmosférica a largo plazo (10, 20 ó más años) constituye una información de enorme interés para los ingenieros de diseño y expertos en corrosión a la hora de realizar distintos cálculos de ingeniería de la estructura metálica y dictaminar las medidas más adecuadas de protección anticorrosiva . Se presentan dos formas de realizar las estimaciones de corrosión atmosférica para largos períodos de tiempo, una basada en la norma ISO 9224 , y otra en la aplicación de una función potencial (ley bilogarítmica ), comúnmente empleada por los investigadores en corrosión atmosférica. ISO , en su norma 9224 , ha establecido unos valores guía de corrosión basados en la experiencia que se tiene de estudios de corrosión atmosférica de larga duración realizados en distintos países. Por otro lado, se admite generalmente, que la variación de la corrosión atmosférica con el tiempo sigue una ecuación del tipo: C = At n C :es la magnitud de la corrosión al cabo de t años A: es la corrosión después del primer año de exposición (corrosión anual) n: un exponente, generalmente inferior a la unidad, función a su vez del tipo de atmósfera y composición del metal.

54. Esta ecuación exponencial explica la velocidad de corrosión atmosférica como un proceso difusional . En tal sentido, la velocidad depende de las propiedades difusionales de la capa de los productos de corrosión existentes entre el metal base y el ambiente atmosférico. A partir de una recopilación bibliográfica a nivel mundial de datos de exposición de hasta 3 años, se muestra en la tabla III, donde se presentan los rangos de n obtenidos para las distintas atmósfera. TABLA III- Rangos de n en la ec . obtenidos en exposiciones de larga duración (10-20 años) Así, n = 0,5, nos indica que el proceso tiene lugar mediante un mecanismo ideal controlado por difusión del reactante en contacto con la superficie del metal. Con un valor de n menor de 0,5, la difusión disminuye con el tiempo, con la disminución de la porosidad de la capa, aglomeraciones, etc. Si n excede a 0,5, nos indica que el proceso difusional está acelerado como resultado de la remoción total o parcial de los productos de corrosión debido a la disolución, erosión, ruptura, etc.

55. SISTEMAS DE PROTECCIÓN – RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS Recubrimientos protectores orgánicos Una pintura es una sustancia orgánica en estado líquido, pastoso o en forma de polvo. Al aplicarse sobre un material, con fines de protección, decoración , estéticos u otras funciones específicas, se transforma en una película (capa) sólida, adherente y continua. El recubrimiento orgánico o pintura se aplica en estado líquido. En el proceso de secado ocurre la transformación de sustancia líquida a capa sólida. El secado puede hacerse por medios físicos (secado al aire) o por medios químicos Sistemas de pinturas Para la protección contra la corrosión no se suele usar una sola pintura, sino un sistema de pinturas. Normalmente, un sistema de pinturas está constituido por una pintura base (primer o anticorrosivo) y una pintura de acabado .

56. En ciertos casos, el sistema incluye una pintura de pre-pintado y/o una pintura intermedia. En la figura I, se representa esquemáticamente un recubrimiento de pintura con todas las capas posibles. Figura I. Las diferentes capas de un sistema de recubrimiento por pintura La capa de pre-pintado, es opcional, tiene como función acondicionar la superficie a pintar para asegurar una buena adhesión a la siguiente capa de pintura. La capa de pintura primer o base, debe proporcionar protección contra la corrosión y buena adherencia al metal y a la siguiente capa de pintura. La capa de pintura intermedia, es opcional y está diseñada para contribuir al espesor total del recubrimiento , y para proporcionar una adecuada adherencia entre la capa de pintura base y la capa de pintura de acabado. La capa de pintura de acabado, debe ofrecer protección a la capa base, tener buena adherencia con las capas intermedias, brindar resistencia a las condiciones de trabajo (acción de la luz solar, ácidos, sales, solventes, agua, oxidación , abrasión, incrustaciones, etc.), estética y duración del color de la pintura .

57. FALLAS COMUNES EN RECUBRIMIENTOS POR PINTURA EXPUESTOS A LA ATMÓSFERA Se considera falla o defecto a cualquier alteración de los recubrimientos por pintura . Estas fallas pueden presentarse por la pérdida de algunas propiedades que deben necesariamente poseer los recubrimientos de pintura. Entre estas propiedades están: la adherencia del recubrimiento al sustrato, la flexibilidad para soportar tensiones de tracción y compresión debido a las variaciones térmicas del medio o a las condiciones de trabajo, resistencia a las condiciones de exposición atmosférica, etc. Deslaminación o pérdida de adherencia Es un tipo de falla que puede ocurrir por diversas razones, siendo el resultado , la pérdida de adherencia de las capas de los recubrimientos. Las fallas pueden ocurrir de diferentes formas: directamente del sustrato, entre capas de pinturas, y en algunos casos, debido a fallas cohesivas de algunas pinturas. Figura II Representación esquemática de fallas de adherencia en sistemas de pinturas

58. Las causas probables de la deslaminación son : la preparación deficiente de la superficie del sustrato la presencia de contaminantes en la superficie al aplicar la capa siguiente la incompatibilidad entre capas de los sistemas de pinturas, entre otras . La deslaminación puede ocurrir con o sin orientación preferencial , ver figura I.1. Figura I.1 Deslaminación en recubrimientos por pintura: a) con orientación preferencial, y b) sin orientación. PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE Comprende: 1)Pre –Limpieza : remover contaminantes de la superficie metálica 2)Limpieza: Superficie metálica al nivel deseado 3)Rugosidad: Textura d el superficie metálica adecuada para una buena adhesión

59. Ampollamiento El ampollamiento consiste en la formación de bolsas en el recubrimiento por pintura. Las ampollas son áreas localizadas en las que la pintura pierde su adherencia al sustrato, facilitando la acumulación de agua y , en consecuencia, generando zonas donde empezarán a desarrollarse procesos de corrosión. Las causas que pueden producir el ampollamiento son muy diversas. Dentro de las más comunes, tenemos : L a presencia de contaminantes en la superficie del sustrato antes de la aplicación de la pintura . L a retención de solventes, durante la formación de las capas de los sistemas de pinturas. También puede ser la presencia de pigmentos solubles en agua en la capa base de los sistemas de pintura expuestos en condiciones de inmersión o altas humedades, entre otras. Figura I.2 Ampollamiento en recubrimientos por pintura

60. Oxidación o herrumbre La oxidación consiste en la aparición de productos de corrosión del sustrato en el recubrimiento de pintura. Por tanto , la oxidación, en realidad, no es una falla o defecto de la pintura sino mas bien una consecuencia de la deficiente especificación o aplicación de la pintura . La oxidación puede presentarse debido al envejecimiento natural del recubrimiento por pintura, pero, cuando ocurre de forma prematura, las causas probables son : La especificación inadecuada de los recubrimientos de pintura. L a preparación deficiente de la superficie del sustrato. L a incompatibilidad de las pinturas con las condiciones de operación de los equipos y estructuras metálicas (temperatura, impacto, abrasión, etc.)

61. Agrietamiento Este tipo de falla se caracteriza por la presencia de fisuras en los recubrimientos por pintura, los cuales, en ciertos casos, pueden observarse a simple vista y en otros por medio de una lente de aumento. L as fisuras pueden presentarse en tres formas: Tipo a: Fisuras que se producen en la capa de acabado, sin alcanzar las capas intermedias. Tipo b: Fisuras que penetran las capas intermedias, pero no llegan al sustrato . Tipo c: Fisuras que penetran todas las capas y llegan al sustrato . Además de la forma, las fisuras pueden ocurrir en diferentes dimensiones y orientaciones . En general, éstas pueden presentarse con determinada orientación o sin una orientación preferencial. Figura I.3 Agrietamiento en recubrimientos por pintura: a) con orientación preferencial y b) sin orientación

62. APLICACIONES INDUSTRIALES ANÁLISIS DE LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN EN LLUVIA ÁCIDA SIMULADA DE LAS ALEACIONES Zn-Sn El zinc y el estaño, junto con las aleaciones Zn-Sn, son empleados en la industria como recubrimientos del acero frente a la corrosión. Uno de sus usos más frecuentes es el galvanizado para exteriores, el cual es afectado por la corrosión debido a la lluvia ácida. El objetivo del trabajo es evaluar el comportamiento electroquímico que presentan las aleaciones Zn-Sn, con respecto a los metales puros, en una solución acuosa de lluvia ácida simulada compuesta por concentraciones de (H 2 SO 4 , HNO 3 , NaNO 3 , , NaCl etc ,) con un pH entre 3,5 y 4,0, a temperatura ambiente (25ºC). Para ello, se emplearon probetas de aleaciones con diferentes porcentajes en peso de estaño (6, 10 y 50), y de los metales puros, solidificadas horizontalmente . La lluvia no solamente moja la superficie metálica y aporta los electrolitos que provocan la corrosión, sino que también se encarga de renovar constantemente a los electrolitos presentes y lavar los productos de la disolución del metal. Además, la lluvia aporta un efecto significativo en la formación y retención de los productos sólidos que se forman durante el proceso de corrosión y que afectan fuertemente al comportamiento del metal frente a la corrosión

63. MATERIALES Y MÉTODOS Preparación de las probetas Para llevar a cabo el análisis de la resistencia a la corrosión presentado se prepararon probetas de las aleaciones en estudio, de las cuales se muestra su composición en la Tabla 1, y de los metales puros. ELEMENTO PROBETA I II III IV V Zn 100 94 90 50 0 Sn 0 6 10 50 100 Tabla 1: Composición de las probetas (% m/m). Figura 1: Modelo de probetas ensayadas. (a) Macroestructura revelada de la probeta de Zn-6%Sn ; (b) Seccionamiento de las probetas.

64. Medidas de polarización potenciodinámicas Como ensayos electroquímicos se efectuaron medidas de polarización potenciodinámicas en una celda electroquímica convencional de tres electrodos de vidrio Pyrex (ASTM G-5), con un electrodo de Calomel saturado (ECS) como electrodo de referencia y un alambre de platino con forma de espiral como contraelectrodo , en una solución acuosa de lluvia ácida simulada, cuya composición se detalla en la Tabla 2 tomada de , con un pH entre 3,5 y 4,0, a temperatura ambiente (25º C), tal como se observa en la Figura 2. COMPONENTE CONCENTRACIÓN (mg/L) H2SO4 31,85 HNO3 15,75 NaNO3 21,25 (NH4)2SO4 46,20 Na2SO4 31,95 NaCl 84,85 Tabla 2: Composición de solución acuosa de lluvia ácida simulada Figura 2: Celda electroquímica convencional de tres electrodos

65. Pérdida de masa por inmersión y velocidad de corrosión Seguidamente, las muestras fueron inmersas en 150 mL de solución acuosa de lluvia ácida simulada, a partir de agua destilada, cuya composición se muestra en la Tabla 1, de pH entre 3,5 y 4,0, a temperatura ambiente (25ºC). Las muestras fueron inmersas en la solución por 1, 8, 15 y 30 días. Para cada periodo de tiempo de inmersión se empleó una sola muestra de cada material. RESULTADOS Microestructura En la Figura 3 (a) - (c), se observan las microestructuras correspondientes a las aleaciones estudiadas, obtenidas luego del ataque químico. Figura 3: Fotografías de la microestructura de las probetas: (a) Zn-6%Sn; (b) Zn-10%Sn; (c) Zn-50%Sn A partir de la Figura 3 (a)-(c), se denotó que a medida que se incrementa el contenido de estaño en la aleación , aumenta el espaciamiento que se encuentra entre las fases formadas durante el proceso de solidificación de las probetas.

66. Una vez realizadas las medidas potenciodinámicas , se analizó la superficie de cada una de las probetas ensayadas mediante un microscopio óptico. En la Figura 4, se muestran las micrografías obtenidas. Figura 4: Micrografias : (a) Zn100% TCE, transversal; (b) Zn-6%Sn TCE, transversal; (c) Zn-10%Sn C, transversal; (d) Zn-50%Sn C, transversal; (e) Sn-100% C, transversal Figura 4, el zinc presenta corrosión generalizada, mientras que el estaño presenta picaduras más pronunciadas dispersas en la superficie de las probetas. También , se puede apreciar que a medida que aumenta el contenido de estaño en las aleaciones, aumenta la susceptibilidad a la corrosión por picado,

67. En las Figuras 5-7, se muestran las micrografías tomadas al finalizar los ensayos de inmersión Figura 5: Micrografías de Zn-6%Sn: (a) C, 1 día; (b) C, 8días; (c) E, 15 días; (d) C, 30días. Figura 6 : Micrografías de Zn-10%Sn: (a) C, 1día; (b) C, 8 días; (c) E, 15 días; (d) E, 30 días

68. Figura 6 : Micrografías de Zn-50%Sn: (a) C, 1 día; (b) E, 8 días; (c) C, 15 días; (d) E, 30 días Al mismo tiempo, se evidenció que a mayor contenido de estaño en la aleación, menor es el número de picaduras y mayor es la coloración de la superficie de las probetas, la cual podría deberse a la presencia de una capa de óxido. A diferencia de las medidas de polarización, en las cuales se trabaja a potenciales distintos al de equilibrio. A los 30 días de inmersión, se observaron depósitos sobre la superficie de las probetas de zinc y de las aleaciones estudiadas. Cuanto mayor es el porcentaje de estaño en la aleación, menor es la pérdida de masa El zinc es el material que presenta mayor pérdida de masa para las tres estructuras de granos