Corrosión en La Industria de Alimentos

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CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS PARTE I

1. Introducción

El acero inoxidable es utilizado extensamente en la fabricación de equipos de proceso en la industria de alimentos, por su resistencia mecánica, excelente terminación y buena resistencia a los agentes ambientales y agentes de limpieza. El acero inoxidable será resistente a la corrosión si se tiene una serie de precauciones en la manufactura y montaje del equipo, en el diseño del sistema de proceso y el equipo, y el manejo y mantenimiento del mismo. En efecto, cuando se ponen en contacto diferentes metales en medio húmedo, tiene lugar un flujo de corriente eléctrica a través de la superficie del metal. Los metales diferentes forman una pila, donde la cantidad de corrientes o flujo que se forma dependerá de los metales en cuestión y de las características del electrolito. En esta pila el metal menos resistente actúa como ánodo, el cual cede material al electrolito. La resistencia del acero inoxidable a la corrosión es debida a la formación de una capa de óxido de cromo, llamada película pasivadora, que se produce en forma espontánea en la superficie del acero cuando este se expone al Oxígeno. Metales y aleaciones como aceros inoxidables y aleaciones de Titanio, se autopasivan en forma espontánea en medios acuosos, y por lo tanto, son llamados aleaciones resistentes a la corrosión. Si la combinación de la aleación y el medio ambiente no es la adecuada, los metales pueden sufrir corrosión severa. Los films pasivadores de aleaciones de Titanio, Aluminio y acero inoxidable, en un medio acuoso a temperatura ambiente, son cualitativamente óxidos hidratados u oxihidróxidos hidratados del metal base.  A pesar de estas características, el acero inoxidable es susceptible susceptible a la corrosión. Dentro de la industria de alimentos, podemos encontrar algunos productos utilizados en casi todas las etapas de procesamiento que potencialmente pueden iniciar procesos de corrosión, estos son: -

Líquidos de servicio, agua, salmueras refrigerantes Productos de limpieza, soluciones de Hidróxido de Sodio, ácidos minerales. Productos para desinfección, Hipoclorito de Sodio, Iodóforos, ácido Peracético.

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 Adicionalmente, hay que hacer consideraciones especiales en el caso de algunos alimentos en particular, como es el caso del suero de leche, azúcar líquida, jugos de fruta y mostos preservados con anhídrido sulfuroso, salmueras, salsas en base a tomate y carne. Los productos que contienen vinagre y sal en combinación, son los puntos más corrosivos. Para estos casos el acero AISI 316 es él mas indicado, así como para los productos más ácidos como jugo de limón y pepinillos dulces con pH 3. Normalmente la corrosión en la industria de alimentos se evalúa por la presencia de perforaciones o imperfecciones superficiales, las cuales hacen que los procesos de lavado y/o esterilización sean deficientes, no como la pérdida de material superficial/área/tiempo, como se hace en la industria química. Se estima que sobre el 90% de los procesos corrosivos en la industria de alimentos, se puede atribuir directa o indirectamente a la presencia de iones cloro en el ambiente. 2. Conceptos Básicos

Corrosión, es un proceso natural de deterioro de metales y aleaciones en un ambiente corrosivo. Esta es una definición muy general, pero la corrosión ocurre en una amplia gama de formas. Se pueden establecer dos tipos de corrosión, los cuales tienen mayor  ocurrencia, estos son la corrosión generalizada y el pitting. La corrosión generalizada, es la disolución de un metal o aleación en un ambiente corrosivo, lo que hace disminuir el espesor o tamaño original del metal o aleación. Esta disolución es relativamente uniforme sobre la superficie expuesta al medio corrosivo. El pitting es una forma localizada de corrosión, en la cual una pequeña parte del metal expuesto se corroe más rápido que la estructura completa. Para que ocurra un proceso corrosivo se deben presentar las siguientes condiciones: 1) El metal debe ser reactivo. Este debe ser inestable en su forma metálica, lo que indica tendencia a la corrosión. 2) El metal debe ser puesto en contacto con un electrolito. Un electrolito es una solución, normalmente acuosa, que puede conducir corriente eléctrica y permitir la existencia de especies ionizadas. 3) El electrolito debe tener especies disueltas. Estas pueden ser gases disueltos, como oxígeno o cloro, o iones disueltos como hidrógeno, los cuales actúan como agentes oxidantes. 4) La cinética de la reacción ( la velocidad a la cual las reacciones de corrosión pueden ocurrir) debe ser rápida y con suficiente significancia práctica. Las reacciones de corrosión son la combinación de reacciones de oxidación y reducción. La oxidación es un fenómeno electroquímico mediante el cual especies pierden 2

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electrones. La transformación de un metal a un metal iónico con pérdida de electrones simultánea es un ejemplo. Me  M+ + eReducción es un proceso electroquímico, por el cual un elemento o especie adquiere uno o más electrones. Como ejemplo tenemos la transformación de Hidrógeno iónico a Hidrógeno atómico. H+ + e-  Ho Cuando ocurren este tipo de reacciones, nunca lo hacen en forma aislada, sino que combinada. En consecuencia, el proceso de oxidación, el cual produce electrones, depende del consumo simultáneo de esos electrones por reducción. Si la reacción de reducción no está disponible, no ocurre la oxidación. En estos casos, las especies que experimentan una reacción reducción, se llaman agentes oxidantes. El estudio de las reacciones de óxido/reducción requiere el conocimiento de dos conceptos: a)Potenciales de óxido/reducción, el cual es aplicado a elementos y compuestos. b) Series galvánicas, las cuales se aplican a las aleaciones en determinados ambientes. 3. Potenciales de oxido/reducción

La siguiente tabla es un listado de algunos potenciales de oxido/reducción. Estos valores representan la tendencia termodinámica relativa para que ocurra una reacción. Todos los valores son comparados con un valor arbitrario de 0.00 volts, el cual es asignado a la reacción de oxidación del oxígeno. Mientras más negativo, tiene mayor tendencia a que se produzca la reacción. MAS ACTIVO

MAS NOBLE

REACCION Mg Mg++ + 2e  Al Al+++ + 3e Zn Zn++ + 2e Pb Pb++ + 2e H 2H+ + 2e Cu Cu++ + 2e Fe++  Fe+++ + e  Ag Ag+ + e  Au Au+++ + 3e

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E (volts) 2.38 1.66 0.763 0.126 0.000 Referencia +0.34 +0.771 +0.799 +1.4978

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4. Series Galvánicas

Considerando que los potenciales de óxido/reducción son solo aplicables a elementos puros, se han desarrollado las series galvánicas para comparar la reactividad relativa de aleaciones en determinado ambiente. La siguiente tabla es una versión simple de series galvánicas de aleaciones en agua de mar. MAS NOBLE O CATODICO

 ACTIVO O  ANODICO

Platino Oro Grafito Titanio Plata Hastelloy C  Acero inoxidable 316  Acero Inoxidable 304 Bronce Cobre Latón Estaño Plomo Fierro fundido  Aluminio Zinc Magnesio y sus aleaciones

Si un par de aleaciones se ponen juntas, la que tiene un valor mayor se corroerá mas rápidamente comparado con su capacidad de corroerse en forma independiente. La tabla muestra porqué aleaciones de aluminio o magnesio son utilizadas como ánodos de sacrificio cuando se asocian con el fierro. 5. Reacciones de corrosión

El tipo más común de reacción de corrosión es la oxidación del fierro en agua. 4Fe + 6H2O + 3O2  4Fe(OH)3 En una solución neutra o alcalina, las reacciones individuales son las siguientes:

Fe Fe+2 + 2eFe+2  Fe+3 + eFe Fe+3 + 3eO2 + 2H2O + 4e-  4OH-

Paso 1 Paso 2 Reacción completa Reacción de reducción

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El mecanismo de esta reacción es complejo. El oxígeno ataca la superficie del fierro, se oxida, esto libera iones fierro e Hidroxilo al medio acuoso. Como reacción secundaria está la transformación del ion ferroso a ion férrico. Esta especie forma un precipitado insoluble de hidróxido de fierro, el cual tiende a pegarse en la superficie del metal. Las etapas iniciales de esta reacción ocurren rápidamente. El oxígeno tiene libre acceso a la superficie, donde se difunde y reacciona. Como los iones ferrosos e Hidroxilo están cercanos a la superficie del metal, el oxígeno cercano a la superficie empieza a agotarse y la velocidad de la reacción empieza a disminuir. Como en las siguientes reacciones, el Hidróxido férrico forma un gel en la superficie del metal y restringe la difusión del oxígeno a la superficie. Eventualmente las reacciones disminuyen hasta lograr una tasa de equilibrio manejada por la difusión del oxigeno a través del óxido. Después de un periodo de tiempo, la tasa de corrosión del fierro gradualmente decrece hasta que se detiene.

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