Corrosión: Principios Fundamentales y Métodos de Control

Definición de Corrosión

La corrosión es un fenómeno natural por medio del cual un sistema químico expresa su tendencia hacia un estado de equilibrio. Ocasiona:

• Destrucción y deterioro de un material a causa de su interacción con el medio ambiente.
• Destrucción de los materiales por cualquier medio, excepto los efectos mecánicos.

Razones para el Estudio de la Corrosión

El estudio de la corrosión es crucial debido a varios factores:

1. Los progresos tecnológicos imponen las exigencias más severas a los materiales.
2. El incremento de la contaminación del aire y del agua.
3. El uso de construcciones metálicas de grandes dimensiones.
4. Los medios son más corrosivos al fluir a mayor velocidad.

Pérdidas Económicas Originadas por la Corrosión

Las pérdidas económicas causadas por la corrosión pueden clasificarse en dos tipos:

Pérdidas Directas

Este tipo de pérdidas son cuantificables y están relacionadas con:

• Los costos asociados a las medidas de protección.
• La reposición de equipos que han quedado inservibles.
• El uso de metales costosos en lugar de acero.

Pérdidas Indirectas

Estas pérdidas son menos cuantificables y podemos nombrar las siguientes:

• Pérdida por interrupciones de producción.
• Pérdida de producto.
• Pérdida de rendimiento.
• Pérdida por contaminación del producto.

Mecanismos de la Corrosión

La mayor parte de los procesos de corrosión son de naturaleza electroquímica y suceden en etapas. El ataque inicial ocurre en las áreas anódicas sobre la superficie de los iones ferrosos.

Clasificación de la Corrosión

Corrosión Seca

Esta se da cuando el ataque se produce por una reacción simple sin intervención de una corriente eléctrica, o cuando un material se disuelve por medio de un líquido corrosivo.

Corrosión Húmeda

Es de naturaleza electroquímica y se caracteriza por la aparición de un elemento corrosivo. Esta se produce al poner en contacto metales con diferentes potenciales electroquímicos.

Protección y Control de la Corrosión

Todos los métodos existentes para controlar la corrosión de los materiales metálicos buscan hacer que este proceso sea lo menos eficiente posible o evitarlo por completo. Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión se encuentran las siguientes:

1. Uso de materiales de alta pureza.
2. Adición de inhibidores a las soluciones para disminuir sus efectos.
3. Aplicación de recubrimientos superficiales.
4. Aislamiento del metal: Esto puede lograrse mediante el empleo de pintura y resina o con la aplicación de diversos recubrimientos.
5. Combinación del sentido de la corriente de corrosión: Esto se realiza conectando el metal que se desea proteger a una corriente, haciendo que el metal más activo actúe como ánodo de sacrificio (protección catódica).
6. Polarización electroquímica: Esto se logra eliminando el oxígeno disuelto mediante la adición de sustancias llamadas secuestrantes de oxígeno.

Polarización

La polarización es el proceso por el cual en un conjunto originariamente indiferenciado se establecen características o rasgos distintivos que determinan la aparición en él de dos o más zonas mutuamente excluyentes llamadas polos.

La Capa Pasiva

La pasividad es la resistencia natural que poseen los aceros inoxidables para combatir la corrosión, y se define como el estado en el que un metal o una aleación pierden su reactividad química y se transforman en inerte. El contenido de poco más de 10% de cromo le da al acero inoxidable su pasividad, lo cual se debe a la formación en su superficie de una película extremadamente delgada, uniforme, continua, resistente y estable de óxido de cromo.

Pasividad de Metales

La pasividad de los metales es un fenómeno conocido desde hace más de siglo y medio. Se estudió principalmente en hierro, teniéndoselo por un fenómeno curioso, porque el metal se comporta como si fuera noble en condiciones en que cabría esperar fuera atacado muy severamente. En 1836 Faraday atribuye el fenómeno a la formación de una fina película de óxido sobre la superficie metálica, y tal explicación sigue aún vigente.

Mecanismos de Pasivación

En la mayoría de los casos prácticos, parece bien establecido que la pasividad se mantiene por una película superficial, probablemente de óxido, o tal vez de algún otro compuesto. En todos estos casos parece tratarse de una película tridimensional de espesor definido.

Potencial de Pasivación

La pasivación aparece a un potencial determinado, el potencial de Flade, que varía según el metal y el medio corrosivo considerado. Se han hecho muchos estudios para relacionar el valor de este potencial con el mecanismo de pasivación. Se cree que el potencial de Flade varía con el pH de las soluciones. Ejemplo: Me + H₂O → MeO + 2 H⁺ + 2e⁻.

La Electroquímica y las Celdas Galvánicas

Conceptos de Electroquímica

La electroquímica es la rama de la química que se ocupa de las reacciones entre la electricidad y las reacciones químicas. En la electroquímica intervienen reacciones de oxidación-reducción, también llamadas redox. Estas reacciones implican un cambio en el estado de oxidación de uno o más elementos.

Reacciones de Óxido-Reducción (Redox)

Una reacción de óxido-reducción se puede balancear dividiendo la reacción en dos semirreacciones: una para la oxidación y otra para la reducción. Una semirreacción es una ecuación química balanceada que incluye electrones. En las semirreacciones de oxidación, los electrones están en el lado de los productos (lado derecho) de la reacción; se puede pensar que estos electrones se transfieren desde una sustancia cuando esta se oxida.

Celdas Voltaicas o Galvánicas

Una celda voltaica o galvánica emplea una reacción espontánea de oxidación-reducción para generar electricidad. En una celda voltaica, las semirreacciones de oxidación y reducción suelen llevarse a cabo en compartimentos separados. Cada compartimento tiene una superficie sólida llamada electrodo, donde se efectúa la semirreacción.

Tipos Comunes de Celdas Voltaicas

Las celdas voltaicas comerciales emplean diversas reacciones redox. Una batería se compone de una o más celdas voltaicas conectadas en serie. A continuación, se analizan algunas baterías comunes:

• El acumulador de plomo.
• La batería de níquel-cadmio.
• La pila común seca alcalina.

Las dos primeras son recargables y las dos últimas no.

Pila de Níquel-Cadmio

La pila de níquel-cadmio es de desarrollo más reciente y ha encontrado considerable uso en equipos electrónicos portátiles. Es una pila que puede soportar sobrecargas, ya sea en su régimen de descarga o de carga, o permanecer descargada durante mucho tiempo. Siendo una pila secundaria, puede ser recargada.

Acumulador de Plomo

El acumulador de plomo elemental consiste en un recipiente lleno de una solución de ácido sulfúrico (H₂SO₄) como electrolito, donde se sumergen dos placas hechas de una malla muy fina de plomo, rellenas una con óxido de plomo (PbO₂) y otra de plomo (Pb) finamente dividido en forma esponjosa.

Pila Seca (Zinc-Carbono)

Una pila seca está formada por celdas galvánicas con electrolitos pastosos. Una pila seca común es la pila de zinc-carbono, que usa una celda llamada a veces celda Leclanché seca, con un voltaje nominal de 1,5 voltios, el mismo que el de las pilas alcalinas (debido a que ambas usan la misma combinación de zinc y dióxido de manganeso).

Pilas Alcalinas

Las pilas alcalinas y baterías alcalinas (una batería es un conjunto de varias celdas electroquímicas individuales) son un tipo de pilas eléctricas desechables o baterías recargables que obtienen su energía de la reacción química entre el zinc y el dióxido de manganeso (Zn/MnO₂), empleando hidróxido de potasio como electrolito.