Manual Corrosion Neopetrol 2014

TEMA 1 1.1 DEFINICION. 1.2 IMPORTANCIA DE LA CORROSION. 1.3 CLASIFICACION DE LOS PROCESOS DE CORROSION. 1.4 REACCIONES ANODICAS Y CATODICAS. 1.5 CORROSON UNIFORME 1.6 CORROSON GALVANICA 1.7 CORROSION POR PICADURAS. 1.8 CORROSION POR HENDIDURAS. 1.9 CORROSION SELECTIVA 1.10 CORROSION BAJO TENSION 1.11 CORROSION FATIGA TEMA 2 2.1 TERMODINAMICA DE LA CORROSION. 2.2 CINETICA DE LA CORROSION 2.3 DENSIDAD DE CORRIENTE Y VELOCIDAD DE CORROSIÓN 2.4 FACTORES QUE AFECTAN LA MORFOLOGIA DE LA CORROSION 2.5 INFLUENCIA DEL OXIGENO EN LA CORROSION 2.6 INFLUENCIA DEL DIOXIDODE CARBONO EN LA CORROSION 2.7 INFLUENCIA DEL SULFURO DE HIDROGENO EN LA CORROSION TEMA 3 3.1 CLASIFICACION DE LOS MATERIALES. 3.2 CRITERIOS DE SELECCIÓN DE ACUERDO A LA PROPIEDADES DE LOS MATERIALES 3.3 MATERIALES MAS USADOS EN LAS INSTALACIONES PETROLERAS TEMA 4 4.1 CLASIFICACION DE LOS RECUBRIMIENTOS 4.2 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIFERENTES RECUBRIMIENTOS 4.3 RECUBRIMIENTOS MAS USADOS EN LAS INSTALACIONES PETROLERAS

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TEMA 5 5.1 DEFINICION. 5.2 PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO. 5.3 CRITERIOS DE USO PARA SISTEMAS DE PROTECCION CATODICA. 5.4 MATERIALES EMPLEADOS COMO ANODOS DE SACRIFICIO. 5.5 FACTORES QUE AFECTAN EL FUNCIONAMIENTO DE LOS ANODOS. 5.6 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE PROTECION CATODICA CON ANODOS DE SACRIFICIO. 5.7 IMPORTANCIA DEL CONTROL DE CALIDAD DE LOS ANODOS. 5.8 ANODOS DE ALUMINIO. 5.9 ANODOS DE MAGNESIO. 5.10 ANODOS DE ZINC. 5.11 SISTEMAS DE PROTECION CATODICA CON ANODOS DE CORRIENTE IMPRESA 5.12 TIPOS DE ANODOS. 5.13 CORRIENTES PARASITAS. 5.14 CALCULO DE LA CORRIENTE NECESARIA PARA LA PROTECCION CATODICA DE ESTRUCTURAS. 5.15 CASO PRACTICO DE CALCULO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA CON ANODOS DE SACRIFICIO EN UN TANQUE ENTERRADO 5.16 CASO PRACTICO DE CÁLCULO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA CON CORRIENTE IMPRESA EN UNA TUBERIA ENTERRADA Y SUMERGIDA. 5.17 CRITERIOS PARA MEDIR LA EFICIENCIA DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION CATODICA. 5.18 MEDICIONES A EFECTUAR EN CAMPO PARA COMPROBACION DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS SISTEMAS DE PROTECCION CATODICA TEMA 6 6.1 DEFINICION 6.2 CLASIFICACION DE LOS INHIBIDORES 6.3 SELECCIÓN DE INHIBIDORES TEMA 7 7.1 MONITOREO DE CORROSION CON PROBETAS 7.2 MONITOREO DE CORROSION CON PROBETAS POR RESISTENCIA ELECTRICA 7.3 MONITOREO DE CORROSION CON POLARIZACION LINEAL 7.4 INSPECCION POR MEDIO DE ULTRASONIDO 7.5 INSPECCIÓN CON CORRIENTES INDUCIDAS 7.6 INSPECCION DE FUGA DE CAMPO MAGNÉTICO 2

TEMA 8 8.1 PROBLEMAS DE CORROSION ASOCIADOS A LOS SISTEMAS DE DUCTOS Y TUBERIAS EN EL TRANSPORTE DE GAS, CRUDO Y AGUA 8.2 INFLUENCIA DE LOS PATRONES DE FLUJO EN LA CORROSION DE DUCTOS OTUBERÍAS. TEMA 9 9.1 MEDICIONES DE LA CORROSIVIDAD DEL AGUA 9.2 CORROSION QUE SE PRESENTAN LAS TORRES DE ENFRIAMIENTO Y EQUIPOS QUE OPERAN CON AGUA Y METODOS PARA MITIGARLA. TEMA 10 10.1CONFIABILIDAD Y RIESGO DE SISTEMAS SOMETIDOS A CORROSION. 10.2EVALUACIÓN Y CONTROL INTEGRAL DEL CICLO DE VIDA UTIL DE LOS EQUIPOS SOMETIDOS A CORROSION. 10.3FRECUENCIA OPTIMA DE INSPECCION EN BASE AL DETERIORO POR CORROSION.

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1. FUNDAMENTOS DE LA CORROSIÓN

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1.1.

DEFINICION DE CORROSIÓN

Es la degradación o deterioro de los materiales debido a la interacción química o físico - química con uno o más de los diferentes componentes que conforman el medio ambiente que los rodea. La mayoría de los metales se encuentran en estado natural formando parte de minerales, ya sea como oxido o metales. El mineral común de hierro se asemeja al herrumbre, este es convertido a fierro metálico mediante el empleo de energía y esta misma energía es la que se libera cuando el hierro se convierte en herrumbre debido a la corrosión, en efecto, es la energía libre (∆G), que tiene el metal lo que hace posible el proceso de corrosión. De lo anterior el que se defina la corrosión como la tendencia de los materiales a volver a su condición original tal como se encuentran naturalmente. El fenómeno corrosión puede ser definido también como el deterioro de los materiales, a causa de alguna reacción con el medio ambiente en que son usados. Este fenómeno no siempre involucra un cambio de peso o un deterioro visible, ya que muchas formas de corrosión no se manifiesta en forma visible.

1.2.

IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN

La destrucción por corrosión de los materiales de equipos y/o estructuras es considerada como un mal inevitable con demasiada frecuencia, situación por la que hay que pasar forzosamente y a la cual la técnica se ve enfrentada inexorablemente. Se acepta esta actitud con mayor facilidad debido a que el desgaste, e incluso la destrucción de productos, necesariamente implica y obliga a suministrar el material de repuesto. Bajo este aspecto, la corrosión puede ser considerada como elemento motor de la economía, beneficiando solo a algunos. A veces los daños causados por un problema de corrosión pueden ser muy amplios. Pensemos en la reparación de la falla de un oleoducto de crudo, resultante de problemas de corrosión interna o externa. Aparte del costo inherente a la sustitución del tramo de tubería dañado, hay que tener en cuenta el daño causado por el aceite derramado al terreno, muchas veces irreversible, así como el posible paro de una refinería o una fuga con el riesgo de explosión o incendio y los consiguientes problemas posteriores de desabastecimiento que ello puede llegar a acarrear. Sin embargo, los investigadores de las disciplinas física y química y, en general, aquellos que estudian las ciencias de los materiales deben proponer soluciones para reducir las consecuencias económicas de la corrosión, soluciones que no solamente se basen en consideraciones técnicas escogidas en función de su 5

máxima eficiencia. Hoy en día, las exigencias y factores técnico económicos vinculados a los problemas de ahorro de energía y de materias primas son factores prioritarios y determinantes. Estas consideraciones implican, por consiguiente, que las personas que luchan contra la corrosión establezcan un nuevo clima de toma de decisiones. Es interesante señalar que el comité técnico T-3C de la NACE (National Association of the Corrosion Engineer) afirma: "La corrosión constituye un problema fundamentalmente económico. Los ingenieros especializados en problemas de corrosión tienen la tarea de producir ahorros óptimos para sus compañías, con respecto a cada problema específico. La elección de la solución óptima entre toda una serie de medidas de control de corrosión exige de ellos el reconocimiento y una evaluación inteligente de los factores económicos apropiados, además del dominio de la tecnología de protección contra la corrosión. Una referencia sumamente útil, es la publicación de la National Association of Corrosion Engineers, 1440 South Creek, Houston 77084, titulada: NACE Standard Rp-02-72: "Recommended Practice Direct Calculation of Economic Appraisals of Corrosion Control Measures". Para poder hacer admitir la importancia y la necesidad de unir los factores económicos con los factores técnicos que influyen en la corrosión, hay que llevar a cabo una política de sensibilización y de información a todos los niveles gerenciales o de mando, en donde se puedan tomar las decisiones en las compañías. El objetivo de este cambio de política es llevar a un ambiente de toma de decisiones cuyo objetivo es obtener una selección "óptima y eficaz" y ya no "máxima o eficiente", lo cual implica utilizar los criterios de los aspectos básicos, los cuales son: A) El enfoque técnico B) El enfoque económico A) Enfoque Técnico No vamos a dar aquí todos los detalles que puede abarcar el enfoque técnico sino solamente recordaremos que debe basarse en las siguientes fases: Identificación y comprobación del proceso de corrosión. Inventarios de las posibles tecnologías que se pueden usar para protección contra la corrosión que se considere: Selección de los materiales. Acción sobre el diseño y concepción Actuar sobre el medio ambiente específico 6

Revestimientos metálicos, orgánico y/o de otro tipo B) Enfoque Económico El análisis tecnológico no presenta dificultad alguna desde el punto de vista de los conocimientos, pero hay que admitir que el enfoque económico con sus distintos aspectos es más delicado de entender e introduce complicaciones en el proceso de toma de decisiones. Este enfoque, muchas veces no es usado y presenta las siguientes fases: Evaluación de la independencia con relación a las materias primas. Evaluación del costo unitario de los materiales. Evaluación del costo directo e indirecto de la corrosión y de las medidas para combatirla.

Costo de la corrosión Las encuestas estadísticas en este campo son difíciles de realizar, ya que resulta sumamente delicado incluir las "pérdidas directas" en el conjunto de los costos atribuibles a la corrosión, ejemplo: por la sustitución de materiales; y las "pérdidas indirectas" causadas por el paro de las instalaciones, pérdidas de producción o de rendimiento. No obstante las dificultades del análisis, una compañía industrial moderna tiene la obligación de atacar con método y con rigor esta forma de deterioro de los materiales que se traduce por pérdidas de materias primas y de energía. La corrosión cuesta caro porque hay que extraer nuevas cantidades de minerales para sustituir los metales corroídos, porque hay que gastar energía para fabricar y transformar el metal, porque hay que evitar la corrosión o aminorarla mediante la utilización de materiales más resistentes y más caros o mediante aplicación de recubrimientos o de procedimientos de protección, porque el mantenimiento y las reparaciones que la corrosión provoca cuestan caro en mano de obra y en pérdida de producción, porque toda rama tecnológica debe ser organizada y desarrollada para que la actividad humana pueda proseguir a pesar de la tendencia natural de los materiales a volver a su estado de energía original que generalmente es mínimo. El costo de la corrosión en los Estados Unidos en 2005 fue de 90.000 millones de dólares, es decir el 4,2% del producto nacional bruto, de los cuales se podría haber evitado el 15%. Para facilitar la medición de los costos causados por la corrosión, el BCL (Battele Columbus Laboratories) propuso una división de los costos de corrosión en diez puntos: 7

1. Cambio de equipos, de estructuras, incluyendo edificios. (Ejemplo: sustitución de tuberías corroídas), 2. Pérdidas de productos. (Ejemplo: pérdida por fugas, deterioro de productos almacenados), 3. Mantenimiento, reparaciones. (Ejemplo: soldaduras de recargado) 4. Exceso de capacidad de producción. (Ejemplo: para una producción anual determinada, la capacidad por hora debe ser mayor debido a los paros para mantenimiento programado), 5. Equipos de apoyo. (Ejemplo: una segunda bomba para asegurar continuidad en la producción). 6. Medidas contra la corrosión.(Ejemplo: inhibidores, pinturas, etc.), 7. Tecnologías, investigaciones, desarrollos y pruebas.(Ejemplo: diseño de nueva aleaciones, prueba de selección de materiales), 8. Concepción, diseño.(Ejemplo: materiales especiales para almacenamiento sin contaminación, mayor espesor por la corrosión, tratamientos de relajamiento de tensiones), 9. Seguros. (Ejemplo: costo por administración de pólizas de seguros contra la corrosión) 10. Inventario. (Ejemplo: costo de administración del almacenamiento y suministro de piezas de repuesto relacionadas con la corrosión).

También la publicación R.P. 02-72 de la National Association of Corrosion Engineers propone fórmulas de evaluación económica de las medidas de control de la corrosión. El documento NACE ya mencionado, proporciona muchos ejemplos característicos de análisis técnico - económico de tratamiento contra la corrosión.

1.3.

CLASIFICACIÓN DE LOS PROCESOS DE CORROSIÓN

Los procesos de corrosión pueden ser clasificados para su estudio según el medio en el que se desarrollan o según la morfología del ataque corrosivo. Una posible clasificación es la siguiente:

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Según el medio 1. 2.

Corrosión electroquímica Corrosión química

Según la forma 1. 2.

Corrosión uniforme Corrosión localizada Sin esfuerzos o desgaste

1.2 2.2 3.2 4.2 5.2

Corrosión galvánica Corrosión por picaduras Corrosión por hendiduras Corrosión selectiva Corrosión intergranular Corrosión con la acción conjunta de esfuerzos

6.2 7.2

Corrosión bajo tensión Corrosión bajo fatiga Corrosión con la acción conjunta de desgaste

8.2 9.2 10.2

Corrosión fricción Corrosión erosión Corrosión cavitación

CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MEDIO Corrosión química Se consideran bajo esta denominación todos aquellos casos en los que el metal reacciona con un medio no-iónico (por ejemplo: oxidación en aire a alta temperatura, carburización sulfurización, reacción con Butileno, etc.).

Reacción con Azufre

Reacción con óxidos de Vanadio y Azufre 9

Reacción con Butileno

Reacción con Gases Combustión

CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA Considerados desde el punto de vista de la participación de iones metálicos, todos los procesos de corrosión serían electroquímicos. Sin embargo es usual designar como corrosión electroquímica aquélla que se produce con un transporte simultáneo de electricidad a través de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas anódicas y catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal. A este importante grupo pertenecen: la corrosión en soluciones salinas, en agua de mar, la corrosión atmosférica, la corrosión en suelos, etc.

1.4 REACCIONES ANÓDICAS Y CATÓDICAS Las reacciones de óxido – reducción son muy comunes en la vida cotidiana, de hecho algunas reacciones muy importantes como la combustión de hidrocarburos y la oxidación de los metales son reacciones redox. La mayoría de los metales se obtiene a partir de los minerales por reacciones de oxidación o reducción.Generalmente, se toman como válidas las siguientes reglas: 1) La reacción anódica es una oxidación y la reacción catódica una reducción. 2) Los aniones (iones negativos) migran hacia el ánodo y los cationes (iones positivos) hacia el cátodo. Como ejemplo se dan las reacciones siguientes: Zn → Zn+2 + 2 e- oxidación (pérdida de electrones) 2H + 2 e- → H2 reducción (ganancia de electrones) 10

El Zn se oxida mientras actúa como reductor porque dona electrones que hacen que el hidrogeno se reduzca, hidrogeno se reduce mientras actúa como agente oxidante provocando la oxidación del Zn.

De las numerosas reacciones anódicas posibles, las que interesan en corrosión son las de disolución del material afectado. Es decir, el pasaje de iones metálicos de la red metálica al medio corrosivo. Por ejemplo: Fe ------> Fe+++ 2 eCu ------> Cu+ + 1 eAl ------> Al+++ + 3 e-

El pasaje directo de iones de la red metálica a la solución, tal como implicarían las ecuaciones anteriores, es relativamente raro. En general, el proceso de disolución de un metal suele ocurrir en etapas más o menos complejas, y las ecuaciones anteriores mostrarían sólo los estados inicial y final. Algunos metales siguen un mecanismo de reacción anódica simple. Por ejemplo la plata, en soluciones de ácido perclórico, pasa directamente a la solución según la reacción siguiente: 11

Ag ------> Ag+ + 1 eSon numerosos también los casos donde la reacción de electrodo es gobernada por iones presentes en la solución que no participan en la ecuación total. Por ejemplo en la disolución de las amalgamas de cinc en soluciones de cianuro la reacción total es: a) Zn (Hg) + 2 OH- ----> Zn (OH)2 + 2e b) Zn (OH)2 + 4 CN- ----> Zn(CN)4= + 2 OHDe este modo los iones OH- no se consumen durante la reacción pero participan en la misma "catalizándola". Precisamente a este tipo de mecanismo complejo de disolución pertenece la disolución del hierro en medio ácido. Se ha comprobado que la disolución del hierro en soluciones ácidas es catalizada por los iones OH-, así como también por otros aniones tales como Cl-, SO4=, etc. Las reacciones catódicas son las que normalmente controlan el proceso de corrosión y se producen por la reducción de iones. Una de las reacciones catódicas más importantes en los procesos de corrosión es la de reducción del oxígeno. Si en el electrolito es ligeramente acido no hay iones metálicos que puedan ser reducidos a átomos y el electrolito contiene un agente oxidante, la reacción catódica con oxígeno será: O2 + 4 H+ + 4 e- ----> 2 H2O Si en cambio el electrolito es neutro o básico y se encuentra presente el oxígeno, las moléculas de oxígeno y agua reaccionarán para formar iones hidroxilo y la reacción en el cátodo será: O2 + 2H20 + 4e- → 4 0HEsta reacción interviene en prácticamente todos los procesos de corrosión en medios acuosos. Otra reacción catódica importante, en especial en los casos de corrosión en ácidos fuerte o en ausencia de oxígeno, es la de desprendimiento de hidrógeno: 2 H+ + 2 e- ----> H2 El hidrógeno formado en esta reacción puede desprenderse y pasar al medio ambiente, o puede ser absorbido por un metal en corrosión. En el segundo caso el 12

metal puede formar hidruros (por ejemplo el TiH2) o fragilizarse (aceros de alta resistencia). Todas las reacciones catódicas necesitan la superficie de un material conductor de electrones para poder producirse. En el laboratorio son producidas, para su estudio, sobre electrodos inertes, por ejemplo platino. Pero también pueden desarrollarse sobre metales en corrosión, o metales pasivos cuyos óxidos pasivantes sean conductores de electrones. En cuanto al mecanismo de reacción, las reacciones catódicas pueden presentar las mismas complicaciones que las vistas en las reacciones anódicas. 1.5 CORROSIÓN UNIFORME Es un ataque químico o electroquímico, el cual se produce sobre la superficie expuesta al medio ambiente corrosivo en forma más o menos extensa, dependiendo de las variables del medio.

Los factores que afectan la corrosión uniforme El factor más importante que se relaciona directamente con el proceso de corrosión uniforme es la humedad, que es el origen del electrolito necesario en el proceso electroquímico.

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La figura siguiente muestra la relación que existe entre la corrosión atmosférica y el espesor de la capa del electrolito sobre la superficie metálica.

Influencia del espesor de la película de humedad condensada sobre la superficie metálica en la velocidad de corrosión. Se observa que en espesores pequeños la corrosión no existe, 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. La precipitación atmosférica (en forma de lluvia o niebla espesa) y la condensación de humedad, que se origina cuando la humedad relativa de la atmósfera sobrepasa el 100%, son las principales fuentes del electrolito. Los contaminantes del medio son el otro factor determinante en la corrosión uniforme y entre estos tenemos: partículas suspendidas totales, ozono, monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno, cloruro de sodio y dióxido de azufre. La oxidación del dióxido de azufre y la incorporación de ácido sulfúrico en las gotas de niebla pueden aumentar la acidez de las precipitaciones de la misma forma en que lo hacen la oxidación y la separación de los óxidos de nitrógeno, de manera que las regiones con altos niveles de óxidos de azufre y de nitrógeno tienen con cierta frecuencia lluvias ácidas. La lluvia normal, no contaminada, tiene un pH de aproximadamente 5.6, acidez debida a la presencia de ácido carbónico, formado en la atmósfera por combinación del bióxido de carbono y el agua. La lluvia ácida se caracteriza por un pH inferior a 5.6 y contiene pequeñas pero significativas cantidades de ácido sulfúrico y ácido nítrico. 14

En definitiva, se puede decir que las deposiciones atmosféricas sobre la superficie terrestre se pueden producir en forma de gas, partículas, aerosoles y precipitaciones. Sus efectos sobre el ecosistema terrestre son muy importantes, y uno de los más agresivos es el de la corrosión de los metales.

1.6 CORROSIÓN GALVÁNICA. Se produce por un proceso electroquímico que ocurre cuando dos materiales disímiles en composición, tratamiento térmico, recubrimiento, etc., entran en contacto formando parte de un circuito eléctrico completado por un medio conductor o electrolito; esto genera un flujo de corriente que trae como consecuencia la disolución del material que se comporta como ánodo. La relación geométrica entre superficies de distintos metales: un borde o una esquina del metal menos noble no deberá estar en contacto con el centro de un área de gran superficie del metal que ha de constituir el cátodo si llega a formarse una celda galvánica. La tabla galvánica dada a continuación presenta el comportamiento de los metales cuando se ponen en contacto entre ellos en agua de mar.

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Otros tipos de acoplamientos galvánicos son: a) Termo galvánico b) Aireación diferencial EJEMPLOS DE CORROSIÓN GALVANICA

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1.7

CORROSIÓN POR HENDIDURAS (CREVICE).

Es un proceso de corrosión que se localiza en sitios donde hay un confinamiento de la solución produciendo esto celdas de concentración o aireación, las cuales forman zonas anódicas o catódicas en el metal. Estos espacios son llamados comúnmente como rendijas o ranuras, también se les conoce con el nombre que se les da en inglés, es decir, “crevices”. Ejemplos de rendijas son los espacios y áreas de contactos entre piezas, en juntas o sellos, dentro de cavidades y costuras. El medio circundante inmediato de las rendijas puedes desarrollar condiciones químicas (tanto de concentración como de composición) muy distintas a las del resto del medio o solución del fluido. Existen dos factores determinantes en la iniciación de este tipo de corrosión: 1.

La composición química del electrolito dentro de la rendija

2.

La caída de potencial dentro de la rendija

Los investigadores habían afirmado previamente que uno u otro de los dos factores era el responsable de dar inicio a la corrosión por rendija, pero recientemente se ha demostrado que es una combinación de los dos lo que causa el comienzo de la corrosión.Ambos factores son de gran importancia en el comienzo del fenómeno corrosivo, ambas, tanto la caída de potencial como el cambio en la composición química del electrolito en la rendija son causadas por una desoxigenación de la rendija y una separación de áreas electroactivas, esto permite que una serie de reacciones catódicas ocurran en el exterior de la rendija y reacciones anódicas sucedan dentro de ella. La diferencia entre las áreas de las regiones catódicas y anódicas también es importante, también lo es la diferencia de concentración entre la solución dentro y fuera de la rendija, en especial la concentración de oxígeno, pues parte de este fenómeno se debe a que entre el metal en la rendija y el resto de él se crea una celda de concentración, donde como sabemos, la parte donde la 17

concentración es menor funciona como ánodo y el resto actúa catódicamente, lo cual se ve claramente en este tipo de corrosión, pues dentro de la rendija hay una escases de oxígeno (o baja concentración de solución) y está (la rendija) actuará como ánodo. La corrosión crevice también se ve aumentada por la presencia de iones cloruro. En la hendidura los metales actúan como ánodo, mientras que el medio electrolítico actúa como cátodo. Esta situación genera el proceso electroquímico de corrosión. Este intercambio de iones metálicos (la red cristalina de la estructura metálica, se carga negativamente y el electrolito se carga positivamente), genera una diferencia de potencial que, da lugar a que los iones metálicos sean transportados al electrolito. Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes: •

rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

•

cerrar las fisuras con materiales no-absorbentes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.

•

prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.

EJEMPLOS DE CORROSIÓN POR HENDIDURAS (CREVICE)

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DISEÑO PARA EVITAR LA CORROSIÓN POR HENDIDURAS

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1.8

CORROSIÓN POR PICADURAS.

Es un ataque localizado que se produce en ciertas zonas (anódicas) de una pieza En general, la corrosión metálica implica la pérdida de metal en un punto de la superficie expuesta. La corrosión se produce de varias formas, que van desde ataques uniformes sobre toda la superficie hasta ataques más agresivos en determinadas zonas. Se perfora el metal, mientras que la corrosión medida como pérdida de peso podría ser mínima. La velocidad de penetración puede ser de 10 a 100 veces la de la corrosión general, dependiendo de la agresividad del líquido. Este tipo de corrosión se produce más fácilmente Se considera que la corrosión por picaduras es autocatalítica en su naturaleza; una vez que una picadura empieza a crecer, las condiciones son tales que ella sola promueve su propio crecimiento. Las reacciones electroquímicas, anódicas y catódicas que se producen durante el proceso de corrosión se separan espacialmente durante el picado. El medio ambiente de la perforación local altera la reacción catódica disminuyendo el oxígeno, en comparación con el resto de la superficie expuesta, donde este reactante es más abundante. El medio ambiente en la perforación se va enriqueciendo en cationes metálicos y especies de aniones como cloruros. Los cuales electromigran a la picadura, para mantener la neutralidad de las cargas, balanceando de esta forma la carga asociada con la concentración del catión. El pH en las picaduras es cada vez más bajo debido a la reacción de hidrólisis del catión y a la ausencia de una reacción catódica local. El ambiente local acidificado junto con los cloruros acumulados en las picaduras, es agresivo en la mayoría de los metales y tiende a propagar el crecimiento por corrosión. Me2++ 2H2O = Me(OH)+ + H+ + H2O = Me(OH)2 + 2H+

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Esta clase de la corrosión es muy insidiosa, ya que causa poca pérdida del material en la superficie, mientras se daña la estructura con profundos agujeros en el metal. Los hoyos en la superficie a menudo son obscurecidos por productos de corrosión.

La picadura puede ser iniciada por un pequeño defecto superficial, siendo un rasguño o un cambio local de la composición, o un daño en la capa protectora. Las superficies pulidas muestran la resistencia más alta a las picaduras.

La presencia de cloruros, agrava considerablemente las condiciones para formación y crecimiento de las picaduras ya que generan un proceso autocatalítico. Las picaduras se hacen por la disolución anódica localizada generando en el agujero iones metálicos positivos. Los iones cloruros se concentran en las picaduras cambiando la neutralidad y favoreciendo la reacción de iones metálicos en el agua, formando un producto de corrosión de hidróxido e iones H+, haciendo que las picaduras sean débilmente ácidas, lo cual acelera el proceso. Además de los cloruros, otros aniones implicados en inducir picaduras incluyen los tiosulfatos (S2O32 − ), fluoruros o yoduros, y gases como CO2yH2S. El agua estancada condiciona favorece las picaduras. Los tiosulfatos son especies en particular agresivas y son formados por la reducción parcial del sulfato. Los tiosulfatos son una preocupación por la corrosión en muchas industrias: de procesamiento de minerales de sulfito, pozos y tuberías que transportan el petróleo agrio (sour) y plantas de producción de papel (proceso Kraft).

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EJEMPLOS DE CORROSIÓN POR PICADURAS

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Esta clase de corrosión por picaduras posee algunas otras formas derivadas: •

Corrosión por Fricción o Fretting: Es la que se produce por el movimiento relativamente pequeño (como una vibración) de 2 sustancias en contacto, de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y sólo son visibles cuando ésta es removida.

•

Corrosión por Cavitación: es la producida por la formación y colapso de burbujas en la superficie del metal (en contacto con un líquido). Es un fenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. Genera una serie de picaduras en forma de panal.

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Corrosión Microbiológica (MIC) La corrosión microbiológica no se considera otra forma de corrosión. Lo que ocurre es que la presencia de microorganismos facilita el inicio del ataque corrosivo, en la forma descritas anteriormente. La corrosión en la cual los organismos biológicos son la causa única de la falla o actúan como aceleradores del proceso corrosivo localizado, se denomina corrosión biológica. La MIC como se le conoce o corrosión inducida por microorganismos, se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales están sumergidos o flotando. Por lo mismo, es una clase común de corrosión. El efecto corrosivo de los microorganismos sobre los metales y aleaciones puede atribuirse a diferentes factores: 1) La acción química como consecuencia directa de los productos metabólicos, tal como el ácido sulfúrico sulfatos orgánicos e inorgánicos y agentes quelados como son los ácidos orgánicos. 2) La despolarización catódica asociada al crecimiento anaeróbico. 3) El establecimiento de pilas electroquímicas en zonas localizadas, como consecuencia de cambios en el potencial de oxígeno, concentración de sales, pH, etc. 4) Remoción de inhibidores de corrosión o de recubrimientos protectores. 5) La presencia de biomasa o residuos de ésta. Un ataque corrosivo de origen biológico debe considerarse como un peligro potencial en todos los sistemas que manejen agua. Aun cuando el tratamiento del agua disminuye la posibilidad de ataque, hay que tener en cuenta que una fuente de agua filtrada y clorada no permite descartar este hecho. Como se mencionará más adelante, el uso de biocídas no resulta siempre efectivo contra algunas bacterias; más aún, se ha encontrado que éstas pueden llegar a utilizar los compuestos el cloro con propósitos metabólicos. Existen tres clases de microorganismos asociados con la corrosión metálica: algas, hongos y bacterias; y como se dijo anteriormente, en la mayoría de los casos estas tres clases están asociadas con sistemas que utilizan agua. Por otro lado, las bacteriasson los microorganismos a los que se asocian la corrosión inducida microbiológicamente. A diferencia de las algas y los hongos, pueden desarrollarse y crecer en una gran variedad de ambientes y condiciones. La formación del biofilm comienza con la adsorción de la materia orgánica que se encuentra en el volumen de agua que está en contacto con la superficie metálica y el resultado de su formación, puede ser el comienzo de un ataque corrosivo en condiciones bajo las cuales éste no ocurriría en ausencia de microorganismos o bien, un cambio de la forma de ataque (por ejemplo, de una corrosión general a una localizada) o un cambio drástico en la velocidad de corrosión.

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En algunos estudios se ha encontrado que la colonización inicial que precede a la formación del biofilm, es aleatoria; Mientras que la proliferación de las bacterias, el desarrollo del biofilm y las formaciones asociadas, está determinado por las condiciones superficiales que permiten la concentración de los productos metabólicos de los microorganismos. El proceso de formación del biofilm se caracteriza por un cambio en el color de las superficies, de plateado metálico a un color bronce. Gradualmente la película adquiere una apariencia rugosa que se debe al aumento en el contenido de elementos como: aluminio, silicio, hierro, magnesio, calcio y potasio. La dinámica del fluido en contacto con la superficie metálica influye en la formación del biofilm y en algunos casos puede llegar a prevenir su formación. En el caso de los tubos con un flujo menor a 2m/s, puede ocurrir la formación del biofilm, quedando recubiertos uniformemente después de cierto período de exposición a aguas naturales. A medida que la película compuesta de sedimentos y biomasa se hace más gruesa, el suministro de oxígeno a la superficie se reduce, lo que trae como consecuencia la proliferación de bacterias anaeróbicas (específicamente BSR y metanogénicas). Para un acero inoxidable AISI-316, se ha encontrado que el desarrollo de la película biológica ocasiona una disminución en el contenido de cromo y de hierro con respecto al contenido de níquel, en la superficie del acero que se encuentra bajo la película de óxido. También se ha podido concluir que cerca de la superficie el contenido de cromo disminuye con respecto al del níquel. Estos efectos biológicos no requieren la presencia de un biofilm grueso, sino que ocurre como resultado de la distribución heterogénea de las bacterias, ocasionando un recubrimiento parcial de la superficie. En los bordes de grano que se encuentran en las regiones superficiales de la película de óxido, la colonización de la superficie por parte de las bacterias y el desarrollo del biofilm ocasiona que la concentración de cromo sea aún menor, debilitando el carácter pasivante de la película de óxido y permitiendo que algunos haluros, como el cloruro, alcancen más fácilmente la superficie metálica. De esta manera, se facilita el ataque por picaduras en las áreas superficiales donde los microorganismos se congregan.

Formación de tubérculos La formación de tubérculos por parte de los microorganismos y actuando conjuntamente con un mecanismo de corrosión electroquímica, puede ocurrir en casi todos los ambientes y aleaciones. A diferencia de la formación del biofilm, los tubérculos ocupan una zona muy localizada ocasionando en la mayoría de los casos la formación de picaduras. Los tubérculos pueden formarse en ausencia de microorganismos, pero siempre en sistemas acuosos biológicamente activos. El proceso de formación del tubérculo es 25

particularmente complejo y requiere de una serie de reacciones químicas. Para una aleación de base hierro, las reacciones tienen lugar se ilustran en el gráfico Nº 1. La estructura con forma de volcán comienza con la formación de depósitos de bacterias formadoras de limo o de aquellas que oxiden hierro o en algún punto donde exista una baja velocidad del fluido. La estructura ocasiona la formación de +2 una pila de aireación diferencial, que promueve la disolución de los iones Fe que se encuentran bajo los depósitos. A medida que estos iones salen de la picadura +3 en formación, son oxidados electroquímicamente a Fe , debido a la alta concentración de oxígeno que existe en el medio en comparación con la de la picadura o por la acción directa de las bacterias. Estos productos de corrosión (Fe(OH)3), se unen al biodepósito para formar las paredes del tubérculo. Este proceso es el mismo que permite el crecimiento del tubérculo. La presencia de bacterias hace que la estructura del tubérculo sea menos frágil y se adhiera con más fuerza a la superficie metálica, en comparación con aquella estructura que se forma en ausencia de bacterias. El exterior del tubérculo tiene un comportamiento catódico, mientras que la superficie metálica interna es muy anódica. Más aun, en el caso que el sistema contenga cloruros, el pH del electrolito atrapado dentro del tubérculo pasa a ser muy ácido. Por esta razón, el ataque corrosivo. Dentro de un tubérculo se considera de naturaleza autocatalítica. A medida que el tubérculo madura, parte de la biomasa se descompone, proporcionando una fuente de sulfatos a las BSR, las que forman sulfuro de hidrógeno, BSR, dentro del tubérculo. Dependiendo de los iones disponibles en el agua, la estructura del tubérculo puede contener carbonato de hierro, FeCO3, y cuando existen BSR, también pueden contener algo de sulfuro de hierro, FeS. Por último, cuando existe alguna fuente de cloruros y existen bacterias que oxidan al hierro, se puede formar una solución de cloruro férrico, muy ácida, en el interior del tubérculo.

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Generalmente, el daño corrosivo asociado a los microorganismos tiene asociado un color marrón rojizo característico. Cuando en el medio también existen bacterias reductoras de sulfatos asociadas al proceso de corrosión, también pueden aparecer en la superficie puntos negros compuestos por sulfuro de hierro. Si a estos puntos se les deja caer unas cuantas gotas de ácido clorhídrico, se produce un desagradable olor a huevo podrido, que corresponde al sulfuro de hidrógeno, H2S. Un análisis químico de los productos de corrosión asociados al ataque de la superficie, en la mayoría de los casos muestra una menor concentración de hierro y níquel y una mayor de cromo y cobre, en comparación con el metal base. También es normal encontrar ciertos niveles de cloro, azufre y manganeso, entre otros elementos.

Diagrama esquemático del mecanismo biológico y electroquímico involucrado en la formación del tubérculo. Los tubérculos que se forman en ausencia de bacterias aparecen sobre la superficie metálica en aquellos sitios de comportamiento anódico. El ataque de las superficies metálicas por parte de las bacterias se debe a la acidificación del medio y su efecto varía según la bacteria en cuestión. La tabla siguiente, resume las condiciones más comunes en las que se encuentran las bacterias que atacan al acero. Condiciones en las que pueden existir las bacterias anaeróbicas más comunes asociadas a la corrosión metálica.

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El efecto de cada una de estas bacterias sobre el acero es el siguiente: = = • La Desulfovibriodesulfuricans utiliza hidrógeno para la reducción del SO4 a S y H2S, produciendo películas de sulfuros. =

=

• La Desulfotomaculumnigricans reduce el SO4 a S y H2S, formando esporas. • Las bacterias Gallionella y Sphaerotilus pueden oxidar tanto al hierro como al manganeso a su estado iónico y promueven la formación de tubérculos. +3 • Algunas variedades de las Pseudomonas pueden reducir el Fe a Femetalico El caso más estudiado en el cual los microorganismos ocasionan un ataque corrosivo, es el del hierro y el acero en condiciones anaeróbicas y en presencia de bacterias reductoras de sulfatos, BSR. Basándose en la electroquímica, los substratos desaireados de pH neutros, no se consideran corrosivos para el hierro y el acero; sin embargo, si el substrato contiene BSR y alguna fuente de sulfatos, ocurrirá una rápida corrosión. La presencia de azufre y sus compuestos en el medio y la posibilidad de desarrollo de las BSR, se determina mediante un análisis químico. Las BSR son bacterias sésiles, capaces de autoadherirse a la superficie metálica, media la secreción de exopolisacáridos, que a través del microscopio aparecen como racimos angulados. El ataque corrosivo puede ser intergranular o por picaduras. Cuando es de naturaleza intergranular, desarrolla una forma muy angulada, ya que comienza en los puntos triples de los bordes de grano de la matriz de la aleación. A medida que la corrosión avanza, los granos van apareciendo completamente delineados, al ser observados bajo el microscopio. Las bacterias reductoras de sulfatos convierten los compuestos del azufre en sulfuro de hidrógeno, H2S. En el caso de los aceros inoxidables, al igual que los aceros al carbono y las aleaciones de base cobre, las BSR tienen un efecto corrosivo severo a causa de la formación de este compuesto. De todas las especies de bacterias reductoras de sulfatos, la más importante, por ser la más común y la más resistente, es la Desulfovibriodesulfuricans, que puede existir bajo 28

los depósitos que puedan formarse y en ausencia de oxígeno. En el caso del acero al carbono, el ataque corrosivo de las bacterias se distingue fácilmente porque aparece como anillos concéntricos con forma de discos sobre la superficie metálica. Además, también puede observarse la formación de depósitos de sulfuro de hierro de color negro y con olor a huevo podrido. La reacción química que acompaña el ataque corrosivo de las bacterias reductoras de sulfatos, es la siguiente: +

-2

+2

10H +SO4 +4Fe = 4Fe +H2S+4H2O H2S + Fe

+2

+

= FeS+2H

Los Thiobacillus son bacterias reductoras de sulfatos de carácter aeróbico. Tienen la capacidad de oxidar el azufre y sus compuestos (sulfitos y sulfatos) a la forma de ácido sulfúrico, ocasionando una reducción radical y localizada del pH (a valores menores que 1, en algunos casos). Ambos tipos de bacterias, los Thiobacillus y las Desulfovibrio pueden existir en conjunto, ya que las últimas, por ser anaeróbicas, pueden vivir bajo los depósitos de las primeras.

Corrosión localizada bajo un tubérculo de herrumbre. Otro organismo que se encuentra comúnmente en el agua de los sistemas de refrigeración es la bacteria nitrificadora Desulfotomaculumnigricans que oxida el amoníaco, NH3, a nitrato, ocasionando una disminución drástica del pH. El ataque corrosivo de estas bacterias ocurre según la reacción: 29

NH3+202= HNO3+H2O Además de las bacterias ya mencionadas, existen otros grupos que forman depósitos de hierro. Estas bacterias oxidan los iones de Fe+2 que son solubles en el agua, a Fe2O3, que es insoluble y se deposita sobre las superficies, fomentando algunos mecanismos de corrosión. Formas de identificar la corrosión microbiológica. Aspecto superficial del metal. Una de las formas posibles para identificar la biocorrosión, es mediante la inspección macroscópica de la superficie de la muestra, en la que se podrán observar varias modificaciones atribuibles a la presencia de microorganismos: • Depósitos característicos, blandos y/o mucilaginosos. • Tubérculos o excrecencias del metal, que generalmente contiene bacterias vivas. • Hoyuelos y/o perforaciones (distribuidas irregularmente, en la mayoría de los casos) en las superficies de las aleaciones diversas como el acero inoxidable, acero al carbono y aleaciones de cobre. • Pequeños orificios con cavidades formadas por debajo de la superficie. Estas estructuras se forman generalmente en el acero inoxidable por la acción de las bacterias del género Galionella • Estrías brillantes, visibles después de la remoción de los depósitos. Tabla 2: Kits para la detección de BSR.

CONDICIONES QUE PRODUCEN DE RIESGO DE MIC • Un medio con una temperatura dentro del rango de 20 a 50°C. • Valores de pH entre 4.5 y 9.0. • Presencia de carbono, nitrógeno, fósforo y otros nutrientes esenciales. 30

• Niveles de iones específicos adecuados para el crecimiento y metabolismo microbiano (por ejemplo, el nivel de sulfatos es importante en caso que se sospeche la presencia de BSR). • Existencia de zonas de menor velocidad de flujo, donde la formación de depósitos y áreas anaeróbicas es más factible.

Tratamiento del problema: • Limpieza del sistema • Control y mantenimiento de niveles bajos de células planctónicas y sobre todo sésiles. Un sistema debe ser tratado en forma inmediata cuando el nivel de 3 microorganismos sésiles supere a las 10 células/cm2. • Control y mantenimiento de niveles bajos de sólidos en suspensión. • Control de la formación de biofilms.

Armas para combatir la corrosión microbiológica y el biofouling: • Uso de biocídas oxidantes (cloro, ozono, bromo) con especial atención en las regulaciones vigentes sobre los valores residuales de descarga del sistema. • Utilización de biocídas solubles en agua. • Utilización de biocídas insolubles en agua y biodispersantes. • Uso de biocídas selectivos contra los biofilms. • Uso de recubrimientos, particularmente polímeros sintéticos o pinturas que +2 +3 +2 contengan sales inhibidoras. Por ejemplo: Cu , Cr , Zn . • Cambio de las condiciones ambientales, de manera que resulten desfavorables para el crecimiento bacteriano. Por ejemplo: cambio de la temperatura del medio. • La implementación de diseños que contemplen el establecimiento de las bacterias, de manera que eviten o dificulten su establecimiento o desarrollo.

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EJEMPLOS DE CORROSIÓN POR MIC

1.9

CORROSIÓN SELECTIVA.

Es el proceso de disolución de un elemento en una aleación por lixiviación, producido por un medio ambiente específico, como ocurre en la descincificación de los latones y en la desgrafitización del hierro fundido gris, deja un esqueleto de grafito quebradizo por la disolución del hierro.

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1.10

CORROSIÓN BAJO TENSIÓN.

Es la fragilización y fisuramiento del material debido a la acción conjunta de un medio ambiente especifico y de los esfuerzos que soporta o tiene la pieza. La corrosión bajo tensión se presenta en muchas aleaciones de uso industrial, pero no se ha observado en metales puros, excepto bajo condiciones muy extremas de laboratorio, históricamente el primer caso de corrosión bajo tensión corresponde a la llamada corrosión estacional (season cracking), que se presentó en cartuchos de latón conformados en frío, en atmósferas amoniacales húmedas, y aparecían con mayor frecuencia, por lo tanto, durante la épocas más húmedas del año. El fallo estructural debido a la Corrosión Bajo Tensión (CBT o SCC), es muchas veces, imprevisible, este depende del incremento de los esfuerzos y el tiempo de falla es la suma de dos partes: un período de inducción que determina la mayor parte de la duración de la vida (días, semanas o años) y la rapidez del período de propagación, típicamente horas o minutos. Las grietas suelen iniciarse en el punto de máxima concentración de tensiones y se propaga en planos macroscópicamente perpendiculares a la tensión aplicada, conduciendo el agrietamiento a la disminución de la sección útil del material, lo que puede dar lugar a roturas catastróficas Las grietas son frágiles sin deformación y el camino de las grietas es una característica del metal o aleación. Para algunas aleaciones es intergranular, para otras es transgranular y por último para otras varía dependiendo del medio y esfuerzo. 33

Se encuentra, frecuentemente, en ausencia de cualquier otro tipo visible de ataque corrosivo, virtualmente, todas las aleaciones son sensibles a la CBT en un medio ambiente específico y bajo la acción de condiciones de esfuerzo. El nivel de esfuerzo necesario para que ocurra la CBT es normalmente muy por debajo del límite elástico o de fluencia del material, y puede ser por esfuerzos residuales y/o aplicados. Un caso particular de este tipo de corrosión es la fragilización por hidrógeno, en la cual el hidrógeno atómico penetra en el material produciendo ampollamientos, descarburización, ataque químico o fragilidad, La tabla siguiente muestra un resumen de algunos medios ambientes y sus aleaciones respectivas que sufren corrosión bajo tensión y del ion que se supone es el causante de la corrosión.

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El granallado (shotpeening) controlado, introduce una tensión residual de compresión en la superficie del material y actúa sobre este fenómeno y puede impedirlo o retrasarlo. En ciencia de materiales el parámetro que describe la resistencia a la fractura de un material que tiene una grieta, es el factor de intensidad de esfuerzos KI (KI=σ (π.a)1/2), donde el subíndice I se refiere al modo de fractura (abertura de la grieta). En condiciones de corrosión bajo tensión las grietas se desarrollan a valores muy por debajo de KI, de tal manera que el valor umbral del factor de intensidad de esfuerzos en este caso, denominado KISCC es menor del 1% del valor umbral de KI.

35

EJEMPLOS DE CORROSIÓN BAJO TENSIÓN

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1.11 CORROSIÓN POR FATIGA. Es un proceso de fractura debido a cargas alternantes en un material que está sometido a un medio ambiente corrosivo que promueve la nucleación de fisuras. La fractura de fatiga es frágil y las grietas son a menudo transgranulares, a diferencia de la corrosión bajo tensión las grietas no son ramificadas. El ambiente corrosivo puede provocar un más rápido crecimiento de las grietas y/o crecimien.to de las grietas en un menor nivel de tensión que en aire seco, incluso relativamente a menor esfuerzo.

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2. CAUSAS PRINCIPALES DE LA CORROSIÓN

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2.1 TERMODINÁMICA DE LA CORROSIÓN La termodinámica muestra que para que una reacción se desarrolle espontáneamente es necesario que vaya acompañada por una disminución en la energía libre del sistema (∆G < 0). Por ejemplo, durante una reacción química el cambio de energía libre de un sistema aislado puede esquematizarse en una forma simplificada, del siguiente modo: ∆G1-2 mide el cambio de energía libre sufrido por el sistema durante la reacción, al pasar los átomos del estado (1) al estado (2). ∆G1 es la energía de activación de la reacción 1 ----> 2. Es decir, es la barrera de energía que deben saltar los átomos para poder pasar del estado inicial (1) al estado final (2). La velocidad de la reacción estará dada por el número de átomos en (1) que poseen una energía superior a ∆G1. En los casos en los que esta barrera es baja es suficiente la energía térmica que poseen los átomos a temperatura ambiente para que la reacción se produzca. En cambio cuando ∆G1 es muy alta, la reacción, si bien termodinámicamente factible, puede ser cinéticamente muy lenta o no detectable. En el caso del diagrama siguiente vemos que es mucho más fácil para los átomos pasar de (1) a (2) (∆G1) que en la dirección opuesta (∆G2*).

1 2 Si el mismo metal, en lugar de estar en el vacío, es sumergido en una solución acuosa, como las moléculas de agua pueden acercarse mucho a la superficie metálica, el ion no necesitará la misma energía para pasar a la solución. Le bastará una energía mucho menor. De este modo, en tanto resulta muy poco probable el pasaje de un ion metálico desde el metal al vacío, la reacción es mucho más fácil cuando se trata de pasar desde el metal a un medio polar (por ejemplo agua). Tratándose de partículas cargadas, el pasaje de iones del metal a la solución creará una diferencia de potencial en la interface metal - solución, que al ir aumentando, irá oponiéndose al pasaje de nuevos iones. Finalmente se alcanzará una diferencia de potencial para la cual la variación de energía libre por pasaje de iones a la solución será nula. Se habrá alcanzado así el equilibrio y la velocidad de disolución será igual a la de deposición. Si el metal está sumergido en una solución conteniendo sus propios iones, se alcanzará una diferencia de potencial en el equilibrio que será distinta para cada 39

metal. Metales como el oro o el platino, en presencia de sus iones, tenderán siempre a depositarse de la solución y el metal tomará un potencial positivo respecto a la solución. Por otra parte, metales como el magnesio o el zinc tendrán siempre a pasar a la solución cualquiera sea la concentración de sus iones, tomando potenciales negativos respecto a la solución. La medición directa de la diferencia de potencial entre el metal y la solución es experimentalmente impracticable. En cambio resulta mucho más fácil formar una pila en dos electrodos y medir la diferencia de potencial entre ambos. Por esto se buscó un electrodo cuyo potencial fuese fácilmente reproducible y se lo tomó como patrón. Se eligió para este fin el electrodo normal de hidrógeno. Consiste en una lámina de platino platinada, sumergida en una solución ácida de hidrógeno de actividad igual a 1,0 M (pH = 0) y sobre la cual se burbujea hidrógeno a una presión de 1 atmósfera. Por convención se asigna a este electrodo a cualquier temperatura, el potencial cero. De esta manera el potencial de los demás electrodos está dado por la pila que forman éstos con el electrodo de hidrógeno (Ver anexa la tabla de la serie electroquímica).

A continuación se presenta la ecuación termodinámica que se utiliza para determinar el cambio de energía libre que se produce en las reacciones de corrosión en medios polares (acuosos). ∆G = ∆Go - RT ln K Donde K = constante de equilibrio de la reacción 40

Si tenemos la reacción siguiente: M ---->Mz+ + n eLa constante de equilibrio es igual a [Mz+], dónde:∆G = ∆Go - RT ln [Mz+]

De igual modo, si se cambia la energía libre por el potencial de electrodo, obtenemos la ecuación de Nerst para potenciales de electrodo: ∆G = - n.F.ε, donde sustituyendo en la ecuación anterior, tenemos: ε = εo + RT/ZF ln (Mz+) Siendo:ε= potencial, en escala de hidrógeno, del metal M en una solución de concentración (Mz+) de sus iones εo =potencial del metal M en una solución de concentración unitaria de sus iones R = constante de los gases T = temperatura absoluta, °K F = constante de Faraday Con las ecuaciones antes descritas se construyen los diagramas de estabilidad termodinámica de los diferentes estados de un metal o aleación en un medio determinado, denominados también diagramas de Pourbaix.

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Sobre potencial y Polarización Cuando un metal está en equilibrio con una solución conteniendo sus propios iones, en ausencia de reacciones que interfieran, el metal tendrá un potencial (ε) dado por la ecuación de Nerst. Si se hace circular una corriente por dicho electrodo, el potencial variará, y el nuevo valor del potencial E dependerá de la corriente. La diferencia entre ambos potenciales se conocer como sobre potencial. ∆ε = E - ε Puede ocurrir que el potencial inicial no sea igual al potencial reversible termodinámico ε sino que, debido a reacciones que interfieren, tengan un valor diferente Umix. Este es el caso más común en corrosión, y dicho valor es conocido como potencial de corrosión o potencial mixto. Este potencial también varía si se hace circular una corriente por el electrodo; esta variación es conocida como polarización. ∆ε = E - Umix Sobre potencial de Transferencia de Carga (∆εt) Anteriormente vimos que la velocidad de una reacción está determinada por la barrera de energía o potencial que deben cruzar las especies reaccionantes para pasar de un estado a otro. Modificando la altura de dicha barrera es posible modificar la velocidad de una reacción. Para una reacción química, por ejemplo, la modificación puede lograrse variando la temperatura del sistema. De este modo se encuentra que con una variación de temperatura de unos 10 °C es posible duplicar la velocidad de una reacción química. En las reacciones electroquímicas, las barreras de potencial pueden ser modificadas mediante variaciones en el potencial de electrodo. Es tan importante esta variable en los procesos electroquímicos, que una variación de solamente 1 volt en el potencial de electrodo puede aumentar en más de 10 veces la velocidad de una reacción. Si al sistema en equilibrio se le aplica un sobre potencial∆ε, la curva de energía libre se modifica. Sobre potencial de difusión Normalmente los iones, tanto antes de reaccionar como después de haberlo hecho, deben pasar por una serie de etapas que a su vez pueden frenar la reacción electroquímica. Se tienen así diversas formas de sobre potencial que se suman al de transferencia de carga. Uno de estos sobre potenciales es el de difusión. Su efecto es particularmente importante en los procesos de corrosión controlados por la reacción catódica. Por ejemplo cuando la velocidad de corrosión está determinada por la velocidad de llegada del oxígeno a la superficie del metal en corrosión. 42

También juega un papel importante en las reacciones de electro deposición de metales. Sobre potenciales de cristalización y Óhmico de Reacción En un proceso de electrodeposición de metales, la etapa de difusión superficial del metal depositado, hasta ubicarse en un sitio ordenado de la red cristalina, puede ser una etapa lenta. Esto da lugar a lo que se conoce como sobre potencial de cristalización (∆ε c). Puede ocurrir en otros casos que el ion reaccionante M++, no se encuentre libre en la solución, sino que resulte de una reacción previa. MX2 = M++ + 2XSi esta reacción es lenta, interferirá con el proceso de electrodo creando una nueva forma de sobre potencial, el cual es conocido dentro del área electroquímica como sobre potencial de reacción (∆εR). Estas dos formas de sobre potencial no son muy frecuentes en los procesos de corrosión. Finalmente, hay una caída óhmica de potencial, o sobre potencial óhmico (∆U), que pueda localizarse en las películas de óxido que cubren el electrodo, o puede localizarse en el electrolito. En el primer caso es responsable del campo eléctrico que lleva al crecimiento del óxido. En el segundo caso, en cambio, su valor no afectará al proceso del electrodo, por lo que deberá eliminarse de las mediciones.

2.2 CINETICA DE LA CORROSIÓN La afirmación del carácter inestable de los materiales metálicos en presencia de medios acuosos debe naturalmente ser completada y moderada por consideraciones de orden cinético. Es conveniente especificar en primer lugar cuáles son los principales factores que afectan la cinética de corrosión en medios acuosos. Sin pretender ser exhaustivo, y dejando a un lado la multitud de casos especiales que pueden surgir todos los días, es posible diferenciar los factores intrínsecos de los extrínsecos: los factores intrínsecos (debido al carácter ionizable del agua) son el protón H+ (corrosión ácida) y el ion hidroxilo OH- (corrosión alcalina) cuyas proporciones en el agua varían en función del pH y de la temperatura. El oxígeno disuelto en agua, especialmente agresivo con respecto a los metales puede ser considerado como un factor semiintrínseco de la corrosión acuosa, en la medida en que constituye uno de los productos de la descomposición del agua. Pero, por lo general, las aguas fósiles o subterráneas no lo tienen. Entre los factores extrínsecos se encuentran mayormente los gases disueltos (gas carbónico CO2, dióxido de azufre SO2, sulfuro de hidrógeno H2S) y algunas colonias bacterianas como las bacterias del ciclo del hierro o las 43

sulfatoreductoras. Señalaremos que a nivel de los mecanismos de corrosión, el efecto de los gases disueltos y las bacterias sulfato reductoras consiste en generar protones H+ por lo que deben ser considerados como casos particulares de corrosión ácida, aun cuando el aspecto de estas corrosiones puede variar mucho. Naturalmente, en ausencia de elementos corrosivos, o cuando éstos hayan sido consumidos como resultado de la corrosión, el ataque al metal no podrá producirse: el metal se encuentra entonces en una zona de inmunidad. Así es como un agua totalmente desgasificada, estéril y de pH neutro (H+)= (OH-)=10-7 mol/l) es inofensiva con respecto al acero. Algunos metales o aleaciones como el aluminio o el acero inoxidable tienen la propiedad en el agua de cubrirse de capas finas de óxido especialmente estables e impermeables (siempre y cuando el agua no contenga grandes cantidades de cloruros u otros halogenuros) que impiden el acceso del agua a la superficie metálica y prácticamente detienen el proceso cinético de corrosión. En este mismo orden de ideas, los depósitos salinos que se forman en el acero o en el cobre bajo determinadas condiciones (carbonatos, sulfuros) pueden ser lo suficientemente compactos como para frenar en forma significativa las velocidades de corrosión.

2.3 DENSIDAD DE CORRIENTE Y VELOCIDAD DE CORROSIÓN Conocida la densidad de corriente con que se disuelve un metal, o aleación, es posible calcular la velocidad de corrosión del mismo expresada en g/m2día; en mm/día; o en alguna otra forma conveniente. Las leyes de Faraday nos dicen que se necesitan 96.493 coulombs (1 Faradio), para disolver (o liberar) un equivalente gramo de cualquier elemento. Recordando que 1 Amperio corresponde al pasaje de 1 Coulomb en 1 segundo, es fácil hacer la conversión de densidad de corriente a velocidad de corrosión. Por ejemplo, si una chapa de hierro se disuelve según la siguiente reacción: Fe = Fe2+ + 2e-; a una densidad de corriente de 1 A/cm2 (Peso Molecular del Fe = 55,6 g) tenemos:

De la misma manera, considerando que la densidad del hierro es 7,86 g/cm3, es posible calcular la velocidad de penetración del proceso de corrosión: 44

La ecuación para el cálculo de la velocidad de corrosión en masa/tiempo, es entonces: Vc= (Pm.i.t)/F.z.d Dónde: Pm: Peso Molecular i: Intensidad de corriente. t: Tiempo. F: Constante de Faraday z: Nº electrones intercambiados en la reacción.

Curvas de Polarización, su determinación y uso En la parte anterior vimos que para poder predecir la velocidad de corrosión de un sistema, debemos conocer la densidad de corriente, la cual se determina a partir de las curvas de polarización (relaciones i vs E) de cada una de las reacciones electroquímicas que lo componen. Por esto la determinación y estudio de las curvas de polarización es fundamental en los trabajos de corrosión. Las curvas de polarización pueden realizarse aplicando una corriente constante y midiendo el potencial. Se repite este procedimiento para diferentes valores de corriente, midiendo en cada caso el nuevo potencial alcanzado. Se tienen así las llamadas curvas galvano estáticas. Esta es la técnica de medición más simple, en cuanto a equipamiento se refiere, pero solamente puede usarse cuando las curvas de polarización muestran una variación monótona. No es adecuada en aquellos casos en los que hay cambios bruscos en la curva i-E, tal como ocurre durante la pasivación de metales. La otra forma de determinar la relación i-E es aplicando un potencial constante y determinando la forma en la que varía la corriente. Estas curvas potenciostáticas requieren equipamientos más complejos que las anteriores, pero son las que encuentran mayor aplicación en los estudios de corrosión de metales. El equipo experimental necesario para el trazado de curvas galvanoestáticas y potenciostáticas y potenciodinámicas es muy simple, ver esquema:

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Es conveniente que el milivoltímetro que se usa para medir el potencial sea de gran impedancia de entrada, 109 ohms o mayor. De otro modo la corriente que circula entre la probeta y el electrodo de referencia puede afectar las mediciones. En general un pH- metro cumple bien con estas condiciones. Si la probeta muestra resistencia positiva en todo el rango de corrientes usado, la curva galvanoestáticas así obtenida es idéntica a una curva potenciostáticas. Sin embargo, si el sistema presenta un rango de resistencia negativa, por ejemplo durante la pasivación, la curva galvano estáticas mostrará un salto en el potencial de la probeta. Las curvas galvano estáticas no sirven para estudiar sistemas pasivos, razón por la que se prefieren las curvas potenciostáticas o potenciodinámicas.

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Conservar una probeta a un potencial constante, que no sea afectado por la corriente, no puede conseguirse con circuitos tan simples como los galvanostáticos. En general se requiere un circuito electrónico que mantenga el potencial constante, y tenga una velocidad de respuesta suficientemente grande. Estos circuitos, potenciostatos, fueron desarrollados inicialmente por Hickling en 1942.

En la literatura se encuentran publicados numerosos circuitos de potenciostatos encontrándose además en el mercado numerosos potenciostatos aplicables a estudios de corrosión (Tacussel, Wenking, Witton, Elscint, etc).

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La corriente medida en el instrumento es igual a la que circula por la probeta, y se usa como medida de la velocidad de corrosión del espécimen. La curva de polarización potenciostáticas se obtiene a partir de los valores de corriente medidos en el aparato para cada potencial.

2.4 FACTORES QUE AFECTAN LA MORFOLOGIA DE LA CORROSIÓN Entre los factores que afectan la forma del ataque corrosivo están en primer lugar los factores del medio ambiente, entre los que tenemos, los contaminantes o especies iónicas presentes y su concentración, presión, pH, velocidad del fluido y temperatura. El otro factor importante son las características del metal, entre las que tenemos el acabado superficial, tratamientos térmicos, inclusiones, poros, segregaciones y propiedades mecánicas. Por último tenemos las condiciones externas a las que es sometida la pieza, entre esta tenemos, presión, cargas estáticas o dinámicas y dirección, impactos y radiaciones ionizantes. Sin embargo el que la morfología del ataque cambie de localizado a uniforme o viceversa, depende de un fenómeno denominado pasividad. La pasividad de los metales es el fenómeno de disminución de la velocidad de corrosión de un metal debido a la formación de una película protectora sobre su superficie. La pasividad de metales es un fenómeno complejo conocido pero no muy entendido. Se estudió principalmente en hierro, teniéndoselo por un fenómeno curioso porque el 48

metal se comporta como si fuera noble en condiciones en que cabría esperar que fuera atacado muy severamente. En 1836 un científico atribuyó el fenómeno a la formación de una fina película de óxido sobre la superficie metálica y tal explicación sigue aún vigente, aunque no es válida para una gran mayoría de los casos. Se observó que por encima de 0,5 V la densidad de la corriente de disolución del hierro presenta una disminución de aproximadamente cinco órdenes de magnitud, pues pasa de unos 0,3 A/cm2 en la zona activa, a menos de 10-5 A/cm2 en la zona pasiva. Esta corriente se mantiene constante hasta cerca de 1,6 V. Este es el intervalo de pasividad del hierro en ácido sulfúrico. Por encima de 1,6 V la corriente vuelve a aumentar pero esto se debe a la reacción de desprendimiento de oxígeno.

Además del hierro, muchos otros metales presentan este fenómeno de la pasividad. En todos los casos se observa una característica común: la pasividad aparece por encima de un cierto potencial, llamado potencial de Flade. La pasivación puede lograrse aplicando una corriente exterior o usando un oxidante lo bastante enérgico para hacer que el metal adquiera un potencial mayor al de Flade. 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 otro compuesto. En todos estos casos parece tratarse de una película tridimensional de espesor definido. Lo que no parece estar aclarado es el mecanismo de transición del estado activo al estado pasivo. En ciertos casos (Ag en Cl-, Pb en SO4=) se sabe que se forman núcleos del producto pasivante que se extienden y llegan a recubrir por completo la superficie metálica. Sin embargo, en un gran número de casos, en particular los del hierro y del acero inoxidable, la explicación de la pasivación como un proceso de nucleación y crecimiento de óxido no parece suficiente por la rapidez del proceso; se 49

cree que en tales casos la pasivación aparece por formación de una monocapa de óxido o hidróxido del metal en disolución. Según otros científicos, al aumentar el potencial de un metal, la reacción de formación directa del óxido a partir del metal se hace posible desde el punto de vista termodinámico, y acaba por entrar en competencia con la reacción de disolución del metal. La estructura de la película pasivante es en general la más estable desde el punto de vista termodinámico del sistema. Pero suele ocurrir también que las formas posibles de material anódico, la que compone la película, no sea precisamente la más estable. El hecho comúnmente observado, de que el producto anódico sea el óxido y no el hidróxido se puede explicar mediante una reacción del tipo: Me + MeOH→ Me2O + H+ + e, que podría llevar a la deshidratación del hidróxido. La película pasivante puede ser compleja y contener varios compuestos en distinta distribución. La pasivación aparece siempre a un potencial determinado, potencial de Flade, que varía según el metal y el medio corrosivo considerados. Se han hecho numerosos intentos de relacionar el valor de este potencial con el mecanismo de pasivación. Diferentes investigadores destacan que el potencial de Flade varía con el pH de las soluciones, según una ecuación del tipo: Ef = K*(Ph) Dónde: K= constante de Flade. Algunos autores tratan de relacionar el potencial de Flade con un potencial de equilibrio termodinámico al cual se produciría la reacción de formación del óxido, sin embargo, tal correlación no parece estar apoyada por los resultados experimentales. Los datos de potenciales de Flade encontrados en la forma experimental, si se comparan con los valores termodinámicos de formación de óxidos publicados en el Atlas de Pourbaix, muestran discrepancias que oscilan entre 60 y 400 mV. A este respecto, es oportuno citar las observaciones que hace Vermilyea en su trabajo sobre películas anódicas. Menciona este autor que la nucleación y crecimiento de una película anódica requiere generalmente sobrepotenciales apreciables. Los sobrepotenciales observados experimentalmente oscilan entre 10 y 1000 mV, siendo en general mayores para la nucleación de un óxido sobre otro que para la nucleación de un óxido sobre un metal. El mismo autor menciona que una estimación aproximada de las energías libres de las interfaces metal-solución, metal-óxido y óxido-solución, indica que la formación de un núcleo de óxido iría acompañada por un disminución de la energía libre. Esto explica, según Vermilyea, que pese a que la formación de un óxido requiere un cierto sobrepotencial, se conozcan casos donde tal formación aparece aproximadamente a los potenciales de equilibrio termodinámico.

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2.5 INFLUENCIA DEL OXIGENO EN LA CORROSIÓN La principal influencia del oxígeno en la corrosión es la formación de óxidos al reaccionar este con un metal. En el caso de la formación de óxidos a alta temperatura, este fenómeno de difusión involucra que los aniones oxígeno, se combinen con los cationes metálicos. La naturaleza de la especie de difusión depende de la estructura y del tipo de los defectos puntuales más numerosos presentes en el óxido. Por lo tanto, a una simple reacción química se superpone un fenómeno físico, o sea el fenómeno de la difusión. El problema requiere una descripción más precisa de los fenómenos elementales y, en el caso de una difusión, es necesario considerar:

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1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8.

La reacción de disociación del oxígeno molecular gaseoso; La adsorción del oxígeno atómico sobre la superficie externa del óxido; la ionización parcial y, después, total del oxígeno atómico para producir el anión o=; La reacción de interfaz que provoca la introducción del anión anterior en la red del óxido; Difusión del oxígeno a través del óxido desde la interfaz óxido/gas hasta la interfaz óxido/metal con una transferencia de electrones en la dirección opuesta; La reacción de ionización de un átomo metálico m para formar el catión mz+ (z depende de la valencia del metal considerado) con la introducción de dicho catión en la red del óxido (reacción interfacial); La eventual reacción de disolución del oxígeno en el metal para formar una solución intersticial sólida; La difusión del oxígeno disuelto en el metal (oxígeno bajo forma atómica o parcialmente ionizado) desde la interfaz óxido/metal hacia el núcleo del metal. Esta descripción se aplica muy bien a los metales del grupo IV (Ti, Zr y Hf) y V (V, Nb y Ta) de la tabla periódica de los elementos. La fuerza motriz que provoca la difusión a través de la capa de óxido es el gradiente del potencial químico de la especie de difusión, cuya naturaleza depende del tipo de defectos mayoritarios. Es difícil llegar a un conocimiento preciso de estos dos parámetros, puesto que la variación en la composición de un óxido determinado es limitada por la desviación con relación a la estequiometria: Si hay saturación de oxígeno habrá una desviación máxima para el contenido catiónico en la interfaz óxido/oxígeno por una parte, y si hay saturación de metal habrá en consecuencia una desviación máxima para el contenido aniónico en la interfaz óxido/metal, por otra. Puesto que los parámetros cristalinos son sensibles a la composición, su determinación precisa a diferentes profundidades en la capa de óxido puede a veces permitir establecer el gradiente de concentración. Las características de difusión en un óxido o más generalmente, en un compuesto más o menos iónico, en muchos casos van a regir la velocidad de oxidación de un metal. Dependen, como ya lo dijimos, de las características de los defectos puntuales (naturaleza y concentración de los defectos) y vimos que la presión de oxígeno y la temperatura actúan sobre las mismas en el caso de un óxido. Otro factor importante a tomar en cuenta son los iones heterovalentes en solución en el óxido en cuestión. En efecto, según su valencia, va a aumentar o a disminuir la concentración de defectos, o sea, aumentar o reducir la velocidad de difusión atómica a través del compuesto en cuestión y aumentar o reducir en consecuencia la velocidad de oxidación de un metal. Esto constituye entonces un medio de acción que se puede utilizar para desarrollar aleaciones con una mejor resistencia a la oxidación, seleccionando de manera apropiada especies heterovalentes que van a reducir la velocidad de difusión.

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Después de los trabajos de C. WAGNER, esto llevó a varias teorías aplicadas a las aleaciones, como por ejemplo, las elaboradas por HAUFFE y ILLSCHNER. Sin embargo, el alcance de dichas teorías se ve reducido en la medida en la cual estas especies heterovalentes deben pasar a una solución sólida en la fase oxidada. Muchas veces esta solubilidad es limitada y el efecto puede ser reducido. Además, la misma naturaleza de los defectos puede ser modificada provocando un cambio en la movilidad de las especies de difusión. Los elementos metálicos que se añaden al metal de base van además a modificar muchas veces las características metalúrgicas, la estructura y las propiedades mecánicas. Por lo tanto, la elección definitiva de los elementos de una aleación debe tomar en cuenta todos estos modos de acción, incluyendo aquellos que están relacionados con las modificaciones de la estructura y con las características mecánicas de la capa oxidada. La composición precisa de la atmósfera reactiva es otro parámetro importante. Algunos elementos o compuestos químicos pueden modificar profundamente la naturaleza de las fases formadas o simplemente modificar la composición de una fase sin cambiarla. La otra influencia del oxígeno es en la corrosión electroquímica (medios acuosos) donde se produce la aireación diferencial o corrosión debida a la presencia de oxígeno en diferentes zonas metálicas y en diferentes concentraciones. Muy típico es el ejemplo de una lámina metálica recubierta por una capa de pintura que presenta un poro, con lo que existe una porción metálica expuesta al aire. Lo curioso es que la zona que más se corroe es la zona adyacente recubierta por la pintura y no la que está descubierta. La explicación es sencilla: la zona metálica descubierta está expuesta a un medio con mayor contenido de oxígeno que la zona adyacente cubierta y por tanto tenderá a producirse la reacción de reducción del oxígeno: O2 + 4H+→ 4e-+ 2H2O Cuyo potencial tenderá hacia valores anódicos al aumentar la concentración de oxígeno. La reacción de corrosión: Fe0→Fe+2 + 2eSe producirá precisamente en las zonas en las que el contenido de oxígeno sea menor, es decir, en las zonas adyacentes recubiertas de pintura. Un ejemplo de corrosión en los que el metal contiene diferentes cantidades de oxígeno en distintas regiones, es la que se muestra a continuación:

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Muestra el tipo de corrosión que se produce en una superficie de hierro sobre la que existe una gota de agua. La corrosión se produce en el centro de la gota.

Otro ejemplo de corrosión diferencial es el que presenta una barra de hierro introducida parcialmente en una disolución electrolítica (agua marina), ya que el ataque se produce en la zona inferior, en la que el contenido de oxígeno es menor.

La acción nociva del agua es mayor cuanto más salina es el agua y menor el pH. Si se tienen más de 2 ppm de O2, el agua suele ser corrosiva. Las aguas profundas no suelen tener cantidades apreciables de oxígeno disuelto, en cambio, si es frecuente que las aguas poco profundas presenten cantidades apreciables de oxígeno disuelto. Cuando el oxígeno se encuentra disponible en el cátodo se forman ionesOH-. Estos iones reaccionan con los iones metálicos cargados positivamente, como los de Fe2+, generados en las zonas anódicas produciendo finalmente un producto sólido como el Fe (OH)2 o herrumbre.

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2.6 INFLUENCIA DEL DIOXIDODE CARBONO EN LA CORROSIÓN Por efecto del contenido de CO2 el agua se vuelve ácida, dependiendo del pH, de la presión parcial del gas (CO2) y de la concentración de sales disueltas, en particular el carbonato de calcio (CO3Ca).

En los sistemas donde está presente el CO2 y el agua la corrosión puede o no ser controlada dependiendo de la deposición y retención de la capa protectora de carbonato de hierro. La corrosión por CO2 involucra una serie de reacciones: Inicialmente el CO2 debe hidratarse mediante la reacción con el agua para producir ácido carbónico (H2CO3). CO2+ H2O →H2CO3 El ácido obtenido sufre una doble disociación dando lugar a la formación de iones carbonato y bicarbonato. 2H2CO3+2e-→2H2+2HCO3HCO3-+2e-→H2+ 2CO3Posteriormente ocurre el transporte de masa de la solución hacia la superficie del metal. H2CO3(sol.)→ H2CO3(ads.) HCO3-(sol.)→HCO3-(ads.) H+(sol.)→H+(ads.) En la siguiente etapa se presentan las reacciones electroquímicas en la superficie del metal. Las reacciones catódicas, comprende la reacción de reducción de los iones disociados H+. 2H+ 2e-→H2 Las reacciones de reducción del ácido carbónico a bicarbonato y de este a carbonato. 55

2H2CO3+2e-→H2+2HCO32HCO3- + 2e- →H2+ 2CO3-2 La reacción anódica está presente en el caso de aceros por la disolución del hierro. Fe →Fe+ 2 +2eEn esta etapa las especies disueltas se combinan para formar carbonato de hierro (FeCO3). Fe+2 + CO3-2→ FeCO3 A continuación se muestran las etapas del proceso de corrosión por CO2 en aceros.

Tipo I: Corrosión General, La disolución del hierro no es muy alta, la pequeña cantidad de carbonato de hierro formada en la superficie del metal, tiene poca capacidad de adhesión y es fácilmente eliminada por el paso del fluido.

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Tipo II: Ataque en forma de picaduras, se produce la mayor tasa de corrosión.

El crecimiento de cristales de carbonato de hierro sobre la superficie del metal ocurre de forma lenta, heterogénea y porosa. Tipo III: La velocidad de corrosión disminuye debido a la formación de una capa delgada, compacta y adherente. La velocidad de disolución del hierro y de formación del carbonato de hierro es elevada, de forma tal que la nucleación de los cristales de carbonato de hierro en la superficie del metal es rápida y uniforme.

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CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN POR CO2 El modelo predictivo principal para la determinación de la corrosión por dióxido de carbono se basa en el empleo de la correlación de Waards y Milliams, la misma permite estimar velocidades de corrosión a partir de parámetros operacionales: Log Vcorr = 5.8-1710/T + 0.67log (PpCO2) Dónde: Vcorr = Velocidad de corrosión en mm/año PpCO2= Presión parcial del CO2 en bar T = Temperatura en °K Hay ecuaciones sacadas de modelos electroquímicos entre ellas la más usada es: logVcorr = A – 2320/(T+273) – 5,55T/1000 + 0.67log(PpCO2) Dónde: Vcorr = Velocidad de corrosión en mm/año PpCO2 = Presión parcial del CO2 en atm T = Temperatura en °C A= 7,96 A=8,78 si Vcorr está en mils/año y PpCO2 está en psi.

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59

60

2.7

INFLUENCIA DEL SULFURO DE HIDROGENO EN LA CORROSIÓN

El contenido de H2S y la presencia de agua vuelven muy corrosivo el medio y dependiendo del pH, de la presión parcial del gas (H2S), de la temperatura y del material se tendrán diferentes tipos de corrosión. La presencia de sulfuro de hidrogeno se caracteriza por la pérdida del metal y la presencia de picaduras. El sulfuro de hierro formado generalmente no constituye una capa protectora y es usualmente catódico frente a la superficie metálica. El oxígeno incrementa la velocidad de corrosión, el mismo actúa como despolarizante catódico, reacciona con el sulfuro de hierro y forma azufre elemental Las picaduras formadas durante la corrosión por sulfuro de hidrógeno son generalmente pequeñas, redondas y el ángulo formado en el fondo del hoyo incrementa la tensión en el material. 61

MECANISMO DE LA CORROSIÓN POR H2S La reacción que ocurre es la siguiente: Fe + H2S = FeS + 2H Esta reacción es el resultado de la reacción del sulfuro de hidrógeno disuelto en agua, el cual sufre una doble disociación, formando primeramente iones hidrosulfuros (HS-) y luego iones sulfuro(S=). H2S + H2O + e- = HS-+ H2O HS-+ H2O + e-= H++ S=+ HS-+ H2O Así como de la reacción de oxidación del hierro en forma de iones ferrosos (Fe++) Fe →Fe+2+ 2eEl azufre proveniente del sulfuro de hidrógeno se combina con el hierro para formar sulfuro de hierro, el cual se deposita sobre la superficie del metal y el hidrogeno libre también puede afectar el material. Fe+2+ 2e-+ 2H+2+ S-2→FeS + 2H El tipo de sulfuro de hierro puede variar basado en las presiones parciales del H2S y el pH, los tipos de compuestos formados indican que por debajo de 0,689Kpa (0,1psi) se forman principalmente Pirita (FeS2) y/o Triolita (FeS) ambos protectores. A presiones superiores a este valor, se forma Kansita (Fe9S8) un compuesto imperfecto que permite la difusión del Fe+2. El pH es otro de los parámetros que determina la formación de estos compuestos en la solución: PH entre 3 a 4 o pH>9 produce Pirita (FeS2) y/o Triolita (FeS) PH entre 4 a 6.3 o pH entre 8.8 a 10 produce Kansita (Fe9S8) con predominio de Pirita y Triolita PH entre 6.6 a 8.4 produce exclusivamente Kansita (no protector) La corrosión por H2S, puede producir grietas debido a corrosión bajo tensión o grietas debido a fragilización por Hidrogeno. Características que diferencian la morfología del agrietamiento originado por corrosión bajo tensión debido a la presencia de sulfuro o la fragilización por hidrógeno.

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La corrosión bajo tensión en presencia de sulfuro de hidrógeno normalmente ocurre en aceros de alta resistencia y el material debe estar sometido a esfuerzos cercanos al punto de fluencia, también debe contener H2S con una presión parcial mayor a 0,0334 Kpa (0,05 psi) y el pH debe ser ácido (12%Cr Y < 18%Cr. INOX. FERRITICOS.

DESIGNACION DEL MATERIAL SEGÚN NORMAS ASTM Y API PLANCHAS TUBERIASFORJADOS A 283 A 285 A 515 A 516 A 517 A 204 A 387

A 53 A 106 API 5L A 333

A 105 A 694

A 335

A 182

A 240

A 312 A 213

A 182

A 312 A 213

A 182

A 203 A 353

A 333

A 420

A 240

A 790

A 240

ACEROS INOXIDABLES AL CROMO NIQUEL (Cr Ni ) 18%Cr Y 8%Ni. INOX. AUSTENITICOS

ACEROS AL NIQUEL (Ni ) 2,5%, 3,5% Y 9%. ACEROS INOXIDABLES TIPO DUPLEX Cr-NI 22%Cr 4-8%Ni Y SUPER DUPLEX 25%Cr. Mo Y Ni. ALEACIONES NIQUEL CROMO HIERRO (Ni- Cr-Fe) INCONEL, Y HASTELLOY

ALEACIONES NIQUEL HIERRO CROMO (Ni-Fe-Cr) INCOLOY

APLICACIONES EN LA INDUSTRIA

CABEZALES, MANIFOLDS Y TUBERIAS ALTA TEMPERATURA DE CORROSION MEDIA TUBERIAS DE POZOS , HORNOS, INTERCAMBIADORES Y APLICACIONES CON TEMPERATURAS COMPONENTES CON PRODUCTO CALDERAS DESDE HASTA 600°C COMPROMISO AGRIO Y ALTA TEMPERATURA ENTRE ACERO CARBON Y ACERO INOX.

ALTA CORROSION Y APLICACIONES CON TEMPERATURAS DESDE HASTA 800°C MEDIOS FUERTEMENTE OXIDANTES Y APLICACIONES CRIOGENICAS MEDIA CORROSION Y APLICACIONES BAJAS TEMPERATURAS HASTA -100°C A 182

MEDIOS CON ALTOS CLORUROS Y TEMPERATURAS MODERADAS 60°C B 444

B 564

B 424

B 423

B 564

AREAS O APLICACIONES ESPECIFICAS EN GAS Y PETROLEO

PROPOSITO GENERAL TUBERIAS DE CRUDO O GAS, CORROSION BAJA O MEDIA RECIPIENTES A PRESION, ESFERAS, TANQUES DE ALMACENAMIENTO, APLICACIONES CON TEMEPRATURAS INTERCAMBIADORES Y TUBERIAS LINEAS DE AGUA , SEPARADORES DESDE -45°C (SOLO A516/537/333 HASTA (KO DRUMS) Y LINEAS DE VAPOR 200°C

ALTA CORROSION Y APLICACIONES CON TEMPERATURAS DESDE HASTA 800°C

B 443

USO FINAL EN LA INDUSTRIA PETROLERA

ALTA CORROSION Y ALTAS TEMPERATURAS Y ALTOS CLORUROS Y MEDIOS CON ALTO NIVEL AGRIO H2S PARTES EXPUESTAS A LA ALTA TENSIÓN MECÁNICA Y AL AGUA DE MAR. PARTES QUE ESTÁN EXPUESTAS A GASES DE COMBUSTIÓN O PLANTAS DE DESULFURIZACIÓN DE GAS.

TUBERIAS ALTA TEMPERATURA CABEZALES, Y ARBOLES DE DE HORNOS, INTERCAMBIADORES NAVIDAD Y BARRAS DE POZOS , Y COLUMNAS VALVULAS Y TUBERIAS DE CASING

VALVULAS, INSTRUMENTOS Y RECIPIENTES A PRESION, SEPARADORES INTERNOS Y INTERCAMBIADORES, COLUMNAS TANQUES CON PRODUCTOS CON Y APLICACIONES CRIOGENICAS BAJO NIVEL DE CLORUROS

APLICACIONES CRIOGENICAS, TUBERIAS Y APLICACIONES PARA LNG

TANQUES, TUBERIAS Y BOMBAS DE LNG.

RECIPIENTES A PRESION E INTERCAMBIADORES, CON ALTO NIVEL DE CLORUROS

VALVULAS, TUBERIAS YSEPARADORES INTERNOS CON PRODUCTOS CON ALTO NIVEL DE CLORUROS

TUBERIAS Y APLICACIONES CON CABEZALES DE POZOS, ALTA TEMPERATURA Y MANIFOLDS, LINEAS Y VALVULAS AMBIENTES CON ALTO NIVEL CON ALTO NIVEL ACIDO Y AGRIO AGRIO H2S H2S TUBERÍA DE PROCESO, INTERCAMBIADORES DE CALOR, TUBOS Y CABEZALES DE POZOS, EQUIPOS DE CARBURIZACIÓN, VALVULAS CON ALTO NIVEL ACIDO ELEMENTOS CALIENTES, TUBOS Y AGRIO PARA CALDERAS

Normas que establecen los materiales a usar metálicos y no metálicos (Polímeros o Materiales Compuestos) para tuberías de proceso y de transporte de hidrocarburos líquidos y gas. ASME B31.3 Process Piping ASME B31.4 Pipeline Transportation Systems for Liquid Hydrocarbons and Other Liquids ASME B31.8 Gas Transportation and Distribution Piping Systems

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Tablas de la norma ASME 31,3 para temperaturas limites de los materiales no metálicos.

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4. RECUBRIMIENTOS PROTECTORES

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4.1

CLASIFICACIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS

Los recubrimientos se utilizan para formar barreras entre el metal y el medio ambiente corrosivo, nunca antes se habían hecho tantos esfuerzos, investigaciones, desarrollos y pruebas para prevenir la corrosión con un revestimiento de unas fracciones de milímetros apenas. Sin lugar a dudas, se han logrado algunos éxitos pero sin resolver tampoco todos los problemas. Y se ha progresado de manera importante en la reducción de los costos. Actualmente, la industria está en capacidad de producir revestimientos de protección de muy alta calidad que permiten garantizar la vida de las construcciones de acero por largos años. Pueden ser clasificados en tres tipos principales: 1.

Orgánicos: Pinturas y gomas.

2. Metálicos: Por electrodeposición ("electroplating"), por inmersión ("hotdipping") y por Rociado Térmico ("metallizing") 3.

Cerámicos: Conversión química, vidrios y concreto.

1. Recubrimientos Orgánicos Generalmente hablando, se definen a todos los recubrimientos orgánicos a los que provienen de materiales poliméricos. Los más usados son las pinturas y las gomas. Las pinturas tienen cuatro componentes básicos: pigmentos, vehículos, solventes y aditivos. a. Pigmentos: Son sólidos insolubles en forma de polvo, finamente dividido, los cuales contribuyen a dar el color, viscosidad, resistencia y dureza de la película, resistencia a la abrasión, poder de inhibición contra la herrumbre (rust), etc. Ejemplos: Cinc, cromato de cinc, silicato de magnesio, óxido de titanio. b. Vehículos: Son los líquidos que "transportan" a los pigmentos sólidos y resinas a la superficie. También se les conocer como aglutinantes (binders), porque mantienen unidas las partículas del pigmento y porque realizan el anclaje de la película a la superficie. Contribuye o determina el espesor de la película, la adhesión, cohesión, dureza, flexibilidad, resistencia a la penetración del agua, las propiedades de aplicación y la resistencia a los solventes y químicos. De todos los componentes de un revestimiento o pintura anticorrosiva, el vehículo es el que tiene la mayor influencia sobre las propiedades finales del mismo.

Entre los vehículos se pueden citar los siguientes: 81

. . . . . . . . c.

• • • • • •

Acrílicos Asfálticos Alquídicos Goma clorada Epóxicos Poliuretanos Vinilos Estírenos

. . . . . . . .

Silicatos inorgánicos Alquitrán de hulla Epoxi-éster Fenólicos Poliéster Silicones Ureas Acetato de polivinilo

Solventes: Son líquidos volátiles usados para disolver las resinas, aglomerándolas para lograr películas finas; los solventes evaporan completamente desde las películas después de la aplicación de esta última. Contribuyen para el control de la viscosidad, para la fijación y las propiedades de nivelación de la película; así como también influyen en las características de aplicación por medio de pistola o por brocha/cepillo. Entre los solventes típicos están los siguientes: Espíritu mineral MEX (Metil-Etil-Cetona) Varsol Tolueno Xileno Nafta

d. Aditivos: Es un término general para cubrir una extensa cantidad de materiales, los cuales se agregan a los revestimientos para suplirles algunas propiedades. Ejemplos: . Secadores/curado . Agentes mojadores . Agentes para suspensión del pigmento . Agentes anti-moho . Agentes anti-incrustantes. Las pinturas y revestimientos de clasifican de acuerdo con el mecanismo de protección o el de formación de película. Mecanismos de Protección de los Revestimientos Barrera. Los revestimientos actúan como una barrera física entre el substrato y el ambiente. Inhibición. Un revestimiento que actúa por inhibición es aquél que, además de actuar como una barrera, toma parte activa en el control de la corrosión. Sacrificio. 82

Estos revestimientos usualmente contienen un pigmento metálico anódico con respecto a la superficie (Ejemplo Cinc). . Mecanismo de Formación de los Revestimientos. La tabla dada a continuación, muestra la clasificación de varios de los revestimientos, de acuerdo con su mecanismo de formación de película. Mecanismo de Formación de Película

Revestimientos Genéricos

Oxidación de aceites natural con aire

Aceites secantes (linaza)

Oxidación de aceites sintético con aire.

Evaporación por Solventes

Revestimiento de correacción

Emulsiones (por coalescencia)

Revestimientos curados por calor

Revestimiento 100 % sólidos

Alquídicos Vinil - alquídicos Epóxi - ésteres Siliconas alquídicas Uralquídicas Nitrocelulosa Polímeros PVC-Acetato Acrílicos y cauchos clorados Epóxicas Epoxi-fenólica modificada Breas epóxicas Poliuretano Poliéster Silicona Vinil acetato Vinil acrílico Acrílica Epóxica Fenólico Epóxi-fenólico Polvo epóxico Alquitrán de hulla Esmalte asfáltico Polvo Expóxico Polvo vinílico Poliéster Resinas furánicas Polietileno extruido

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Propiedades deseables de las pinturas y revestimientos. Baja Absorción de Agua. Es deseable que la absorción de agua sea mínima con el objeto de disminuir el contacto de esta con el sustrato metálico. En aquellos casos donde el agua molecular es absorbida por el revestimiento y mantenida en la estructura molecular del mismo, no promueve procesos corrosivos, siempre y cuando no llegue a la superficie metálica. De existir sistemas de protección catódica, disminuirá la resistencia dieléctrica y aumentarían los consumos de corriente afectando así el desempeño del sistema de revestimiento. Alta Capacidad Dieléctrica. Tiene la finalidad de prevenir el flujo de corriente a través del revestimiento y evitar de esta forma el proceso corrosivo. Sin embargo, si se utilizan sistemas de protección catódica, una alta capacidad dieléctrica implicará mayor oposición al paso de corriente. Resistencia a la Absorción. Es posible que durante el servicio, el revestimiento esté sometido a abrasión, ya área por parte de fluidos, partículas, etc. por lo que es deseable una alta resistencia en función del requerimiento. Buena Adherencia. Las propiedades adhesivas determinan el desempeño final del revestimiento; así, una mala adherencia causada por una inadecuada aplicación o una superficie metálica mal preparada traerá consigo fallas en un corto plazo. Buenas Propiedades Cohesivas. Se requiere que exista buena cohesión entre capas diferentes o entre la misma. Resistencia a Esfuerzo Tangenciales. Son esfuerzos de corte que ejercen ciertos tipos de terrenos como los arcillosos en algunos revestimientos, ocasionándoles arrugamiento y/o desprendimiento del mismo.

Estabilidad a la Temperatura y Luz Ultravioleta. La estabilidad térmica es la mayor limitante de los revestimientos, ya que por su naturaleza orgánica sus temperaturas de usos son relativamente bajas. Existen fluidos que se transportan a temperaturas que podrían llegar a afectar el desempeño del revestimiento. En cuanto a la resistencia UV, se ha comprobado la pérdida de propiedades del revestimiento por efecto de la porción UV de la luz solar. Esta degradación puede ocurrir a largo o corto plazo de acuerdo con la resina base del revestimiento.

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Resistencia Química. Existen ambientes cuya naturaleza química puede ser corrosiva y degradativa afectando el desempeño del revestimiento. Resistencia Mecánica. Existen proyectos donde se requieren revestimientos con excelentes propiedades mecánicas, ya que durante el traslado, manejo, transporte, instalación y servicio están expuestos a impactos mecánicos. Alta resistencia al Desprendimiento Catódico. Esta se define como la resistencia que debe tener el revestimiento al desprendimiento por efecto de las reacciones catódicas. Los revestimientos anti-corrosivos, desde el punto de vista de la aplicación industrial para un uso específico de protección contra la corrosión, consisten en un sistema formado por varias capas, según el orden siguiente: •

Capa de Fondo o "Primer" En esta capa residen las propiedades de inhibición al óxido, mojado y adhesión del revestimiento.

•

Capa Intermedia o "Cuerpo" De ella dependen las propiedades de engrosamiento de la película y de la adhesión entre las capas del sistema.

•

Capa de acabado Aquí descansan las propiedades de resistencia a la decoloración, resistencia al ambiente corrosivo, y el color final del revestimiento. Estas tres capas del sistema deben ser compatibles entre sí y exhibir en su conjunto, las características, propiedades y calidad necesarios para satisfacer los requisitos técnicos, de una aplicación específica en un medio ambiente determinado.

2. Recubrimientos Metálicos. Se utilizan los recubrimientos metálicos en muchas aplicaciones contra la corrosión, su clasificación depende de la forma de aplicación de los mismos, a continuación se mencionan los más utilizados: a) Electrodeposición ("electroplating"): Consiste en sumergir el metal proteger en una solución del metal protector, haciendo pasar un corriente directa entre el metal a proteger y otro electrodo. Pueden ser brillantes, blandos y duros. Los espesores pueden ser hasta 20 mils o muy delgados (milésimas de pulgada). 85

Ejemplo: cincado, niquelado, cromado, estañado, cadmiado, etc. Usos: corrosión atmosférica, erosión-corrosión, apariencia, etc.

b) Por inmersión ("hotdipping"): Revestimiento en caliente o frio en donde el metal a proteger se introduce en un baño de un metal protector, de bajo punto de fusión, que le dará protección posterior. Por ejemplo: Zn-Sn-Pb y Al. El caso más popular es el galvanizado (acero con una capa de zinc). También se realizan recubrimiento por inmersión de Níquel y Fósforo obtenidos por una reducción química autocatalítica con Hipofosfito de Sodio, este recubrimiento se conoce como Níquel Fosforado o “Electroless Nickel” se aplica a piezas nuevas o usadas. Dependiendo de la aplicación específica, el espesor de la capa de este recubrimiento puede variar entre 5 y 150micras y la dureza superficial varía de 450 a 1.100 Vickers. Los espesores que se obtienen por inmersión en caliente son mayores que el obtenido por electrodeposición o por inmersión en frio (autocatalítico).

c) Rociado Térmico (metallizing): un alambre o polvo es atomizado en estado fundido sobre la superficie del metal a proteger. La fusión se logra por medio de la llama obtenida de quemar oxígeno, acetileno o propano o del calor generado por un plasma. La superficie a proteger debe ser limpiada. 86

Metales protectores que más se utilizan: aluminio, cinc, estaño, cromo, níquel, etc. Usos: Estructuras en la construcción, puentes, cascos de barcos, etc.

Existen otros tipos de recubrimiento metálico menos usados entre los que están. d) Deposición por vaporización: En una cámara de alto vacío el metal protector es vaporizado por calentamiento eléctrico y el vapor del metal se deposita sobre la superficie del metal a recubrir. Es un método costoso y se usa sólo para piezas de servicio muy crítico, por ejemplo en cohetería y proyectiles. e) Por difusión: Por un tratamiento térmico de difusión a alta temperatura, se logra difundir un metal dentro del otro. Se le llama también tratamiento de aleación superficial. Los metales a proteger se colocan en ambientes que contienen gases o polvos del metal protector. Ejemplo: Metales protectores: cinc (sherardizing), cromo (chromizing) y aluminio (calorizing). Revestimiento con Cr y Al se utiliza para dar mayor resistencia a la oxidación a altas temperaturas.

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3. Cerámicos. Los recubrimientos cerámicos pueden clasificarse en: a) Conversión química: El revestimiento protector se produce por corrosión del metal a proteger, haciendo que el producto de la corrosión forme una película protectora en este uso el recubrimiento está muy limitado en aplicaciones especiales.Así por ejemplo, el anodizado es un proceso en donde el metal a proteger (aluminio) es el ánodo de un circuito eléctrico, y el electrólito un baño que promueve la formación de la capa de óxido protector de Al2O3. Otros ejemplos: el fosfatado, (ácido fosfórico) y el cromatado (ácido crómico).

b) Vidrio: Este material se usa para dar protección al acero ("glassedsteel") en la industria farmacéutica, de vinos, alimentos, etc., en donde hay posibilidades de contaminación del producto, o de corrosividad del medio. c) Concreto: Para proteger el acero corriente del agua salada, por mencionar alguna de sus aplicaciones.

88

4.2

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS DIFERENTES RECUBRIMIENTOS

A continuación se dan algunas de las más relevantes ventajas de los diferentes tipos de recubrimientos: ORGÁNICOS: a. Proceso de aplicación relativamente más sencillo y económico. b. Proporcionan aislamiento eléctrico y en menor proporción al calor. c. Mayor diversidad de revestimientos específicos para cada caso. d. El costo por área es generalmente el más bajo.

METÁLICO: a. Mayor adherencia y resistencia al desprendimiento. b. Mejor ductilidad en general. c. Mayor durabilidad relativa. d. Buen conductor eléctrico y térmico.

CERÁMICOS: a. Tienen alta resistencia a la temperatura. b. Excelentes aislantes eléctricos y térmicos. c. Mayor resistencia al desgaste. d. En general se obtienen mayores espesores de recubrimiento.

Se indican a continuación las desventajas más comunes de los recubrimientos de cada tipo.

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ORGÁNICOS: a. No soportan alta temperatura y pueden algunos agarrar llama o emitir vapores tóxicos. b. En general requieren un mejor y más complejo sistema de preparación de superficie para su buen anclaje y desempeño. c. Su durabilidad es relativamente menor bajo condiciones ambientales agresivas.

METÁLICOS: a. No producen aislamiento eléctrico o térmico en el metal base. b. Ocasionan en algunos casos indeseables del substrato metálico.

modificaciones

microestructurales

c. Son difíciles de aplicar a estructuras de gran tamaño.

CERÁMICOS: a. Presentan alta fragilidad y agrietamiento con cambios de temperatura o bajo la acción de deformaciones o esfuerzos. b. Presentan en general problemas de adherencia al substrato metálico. c. Su uso está limitado a aplicaciones muy específicas. d. Su peso relativo es voluminosas.

más

alto lo

cual

lo hace impráctico para estructuras

4.3 RECUBRIMIENTOS MAS USADOS EN LAS INSTALACIONES PETROLERAS La aplicación de pinturas industriales en la industria petrolera es muy compleja ya que existen diversos factores que considerar. La exposición a la intemperie, el manejo de sustancias corrosivas, las altas temperaturas y en muchos casos la proximidad a ambientes marinos, hacen que el estricto cumplimiento de las especificaciones de cada cliente, sea vital para garantizar la efectiva protección de tuberías, tanques y equipos de las diferentes plantas. 90

A continuación se da una tabla general con los recubrimientos más usados en la industria petrolera y donde se indican las zonas de aplicación y condiciones. SISTEMA DE PINTURA

Nº 1

Nº 2

Nº 3

Nº 4

Nº 5

Nº 6

USO EN LA INDUSTRIA PETROLERA

EPÓXICO MODIFICADO O CATALIZADO DE ALTOS SÓLIDOS MAS POLIURETANO MODIFICADO

TANQUES, RECIPIENTES A PRESION, ESFERAS Y TUBERIAS NO ENTERRADAS. OPERACIÓN NORMAL A TEMPERATURAS DE 5ºC HASTA 60 ºC INORGÁNICO DE ZINC BASE EXPUESTOSAL AMBIENTE NO SOLVENTE MAS POLIURETANO SOMETIDOS A ATAQUE QUIMICO TANQUES, RECIPIENTES, ESFERAS Y TUBERIAS NO ENTERRADAS. INORGÁNICO RICO EN ZINC, OPERACIÓN A TEMPERATURAS DE BASE SOLVENTE 5 ºC HASTA 90 ºCEXPUESTOSAL MASPOLISILOXANO ACRÍLICO OPOLISILOXANO EPÓXICO AMBIENTE SALINO Y/O SOMETIDOS ALTOS SÓLIDOS A ATAQUE QUIMICO LIGERO NO AISLADOS TANQUES, RECIPIENTES Y ACRILICO SILICONA TUBERIAS NO ENTERRADAS MODIFICADA O ALUMINIO OPERACIÓN A TEMPERATURAS DE 5 DIFUSO ºC HASTA 200 ºC AISLADOS TERMICAMENTE INTERIOR DE TANQUES QUE ALMACENAN AGUA SALADA, AGUAS INDUSTRIALES, DISOLVENTES, EPÓXICOS FENOLICOS AGENTES QUÍMICOS Y CRUDOS DEL PETRÓLEO. TEMPERATURAS DE 5 ºC HASTA 100 ºC ESTRUCTURAS Y TUBERIAS de GALVANIZADO DE ZINC POR DIAMETROS PEQUEÑOS (6,5) prácticamente solo hay que preocuparse de la corrosión externa. Si las presiones parciales de CO2 y H2S en las tuberías de transporte están en la región 2, el nivel de corrosión esperado es medio. Si la temperatura es mayor a los 100°Cy el pH del agua es ácido, se recomienda utilizar aceros tipo API grado L-80 (Acero al Mo), e inhibidores de corrosión, pero si el agua de la tiene un pH básico, entonces el nivel de corrosión se minimiza y puede utilizarse cualquier grado de acero en la tubería como el API 5L grado B. Si la temperatura es menor a los 100°C y el pH del agua de formación es ácido, se recomienda utilizar el API grado TRC-95 o TRC193

110 (aceros Cr, Mo) pero si el agua de la formación tiene un pH básico, entonces el nivel de corrosión baja y puede utilizarse el API grado L-80. Si las presiones parciales de CO2 y H2S en las tuberías de transporte están en la región 3, el nivel de corrosión esperado por ácido sulfhídrico puede ser elevado, por lo que se recomienda el uso de grados de acero resistente a este fenómeno, tales como el API TRC-95 y TRC-110 e inhibidores de corrosión. Si las presiones parciales de CO2 y H2S en las tuberías de transporte están en la región 4,el nivel de corrosión esperado por CO2 en esta región es mínimo y puede utilizarse cualquier grado de acero al carbono, la inyección de inhibidores puede minimizar cualquier efecto corrosivo del agua y prácticamente solo hay que preocuparse de la corrosión externa. Si las presiones parciales de CO2 y H2S en las tuberías de transporte están en la región 5,el nivel de corrosión por CO2puede ser elevado, siempre y cuando la cantidad de agua sea considerable y su pH sea ácido, por lo que se recomienda utilizar aceros inoxidables (13-15 Cr), siempre y cuando el nivel de cloruros no sea alto (50 ppm). Sin embargo, si la cantidad de agua es mínima o el pH del agua tiende a ser neutro ó básico, entonces la corrosión se verá minimizada y un grado de acero API grados TRC-95 o TRC-110 pueden utilizarse, conjuntamente con inhibidores. Si las presiones parciales de CO2 y H2S en las tuberías de transporte están en la región 6 o 7, tienen los más altos niveles de corrosión, por lo que es importante revisar la temperatura de trabajo, pH del agua incluyendo sus cloruros (Cl-). En general puede considerarse un acero inoxidable de alto cromo (22-25 Cr) o tubería con bimetálica con aleaciones inoxidables de alto cromo o de alto níquel y cromo, principalmente cuando la cantidad de agua sea considerable y su pH sea ácido. Sin embargo, si la cantidad de agua es mínima y el pH es neutro o básico y está en el nivel 6, entonces la corrosión se verá minimizada y un acero API grado de TRC-95 o TRC-110 puede utilizarse combinado con un inhibidor.

194

8.2 INFLUENCIA DE LOS PATRONES DE FLUJO EN LA CORROSIÓN DE DUCTOS OTUBERÍAS El patrón de flujo monofásico consiste en una sola fase, gas o líquido. En sistemas de una sola fase acuosa existe un patrón de flujo que consta de un núcleo turbulento y una frontera cerca de la interface sólido-líquido. Todas las transferencias de masa y el impulso a capa límite se produce a través de este núcleo turbulento. Los patrones multifásicos: Se definen como el movimiento de un torrente de gases libres, líquidos o sólidos a través de tuberías. Los patrones de flujo tienen distintasconfiguracionesqueformandosomásfasesalfluirjuntasporunconducto.Estoshan sidoestudiadostantoteóricacomoexperimentalmenteconelobjetodeexplicarsusventajas ydesventajaseneltransportedecrudos. Los daños por corrosión se presentan donde los patrones de flujo son interrumpidos o modificados, pues se rompe el equilibrio hidrodinámico del fluido, incrementando la velocidad de corrosión en zonas cercanas a la perturbación: a. b. c. d. e.

Soldaduras. Cambios de diámetro. Picaduras ya existentes. Placas orificios. T, codos, U, etc.

Los problemas de corrosión que generalmente se presentan son: a. Corrosión por Picaduras b. Corrosión Generalizada

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En el caso de tuberías horizontales los patrones de flujo se correlacionan empíricamente como funciones de las velocidades de flujo y las propiedades del mismo (viscosidad, densidad, tensión superficial).

Flujo de Burbujas o Espuma En este tipo de flujo las burbujas de gas se encuentran dispersas en el líquido, ocurren velocidades superficiales de1,5 a 4,5m/s y las velocidades superficiales del gas van de0,3a3m/s.

Flujo Anular En este patrón, el líquido fluye como una película entorno a la pared interna de la tubería y el gas fluye como si fuera el núcleo. Además existe una porción del líquido que es arrastrada en forma de rocío por el núcleo central de gas. Este tipo de flujo se presenta para velocidades superficiales del gas mayores a 6m/s aproximadamente.

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Flujo Slug El patrón de flujo Slug se caracteriza por largas burbujas con diferentes tamaños y velocidades (denominadas burbujas deTaylor),elevándose de manera fortuita a través de un fluido líquido, el cual es subdividido en compartimientos de longitud es inconstantes.

Flujo Anular En este patrón, el líquido fluye como una película en torno a la pared interna de la tubería y el gas fluye como si fuera el núcleo. Ademásexiste una porción del líquido que es arrastrada en forma de rocío por el núcleo central de gas. Este tipo de flujo se presenta para velocidades superficiales del gas, mayores a 6m/s aproximadamente.

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Rocío o Flujo Disperso En este modelo, casi todo el líquido es arrastrado por el gas en forma de gotas finísimas, ocurre probablemente a velocidades superficiales de gas, mayores de 60 m/s.

Patrones de flujo en tuberías verticales

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La corrosión asistida por el flujo (FAC) es un mecanismo de corrosión en el que normalmente una capa de óxido protectora (magnetita), en la superficie metálica se disuelve en el agua que fluye rápidamente. El metal subyacente se corroe para crear nuevamente la capa de óxido, continuando entonces la pérdida del metal.

Por definición, la velocidad de la corrosión asistida por el flujo (FAC), depende de la velocidad del flujo. La corrosión asistida por el flujo (FAC), afecta frecuentemente a las tuberías de acero al carbón por las cuales fluye agua desoxigenada. El acero inoxidable no se ve afectado por la FAC. La corrosión asistida por el flujo del acero al carbón se interrumpe en la presencia de pequeñas cantidades de oxígeno disuelto en el agua. La velocidad de la FAC disminuye rápidamente al aumentar el pH del agua. Es necesario diferenciar FAC de la corrosión por erosión, porque el mecanismo fundamental en ambos tipos de corrosión es diferente. La corrosión asistida por el flujo (FAC) no involucra el impacto de partículas (erosión) o burbujas (cavitación), las cuales ocasionan un desgaste mecánico en la superficie (frecuentemente en forma de cráter). En contraste con la erosión mecánica, la corrosión asistida por el flujo (FAC), involucra la disolución de óxidos normalmente poco solubles, al combinar la electroquímica, la química del agua y los fenómenos de transferencia de masa. No obstante, los términos corrosión asistida por el flujo (FAC) y erosión son a veces utilizados de manera intercambiable porque el mecanismo real puede, en algunos casos, no estar claro.

199

Como herramienta para realizar las simulaciones hidrodinámicas de las tuberías se emplean simuladores PIPESIM , para lo que es indispensable recopilar información.

Una vez introducida toda la data requerida por el simulador, se realiza la simulación y a partir de ella se obtienen parámetros fundamentales de las condiciones hidrodinámicas del fluido, como: caída de presión, velocidad superficial del líquido y régimen de flujo. Con estos datos se procede a estimar la velocidad de corrosión para cada tramo de tubería seleccionado, empleando un simulador predictivo y con ello se categoriza el grado de corrosión presente en las tuberías, mediante la norma NACE RP0775-05.

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Métodos para disminuir los efectos de los patrones de flujo en la corrosión. a. b. c. d. e.

Minimizar la turbulencia. Utilizar aleaciones resistentes a la corrosión. Modificar el fluido. Minimizar las perturbaciones del flujo. Modificar regímenes de flujo.

201

9. Corrosión que presentan equipos que operan con agua

202

9.1

MEDICIONES DE LA CORROSIVIDAD DEL AGUA

En los procesos de corrosión la composición química del agua juega un papel determinante. Si se conoce la composición química del agua se pueden interpretar algunos de los procesos de corrosión que pueden llevarse a cabo, bien para anularlos o para prevenirlos, por lo que es recomendable una analítica metódica y periódica del agua. Frecuentemente, la composición de las aguas subterráneas muestra características incrustantes, también pueden ser agresivas (bajo pH, baja alcalinidad, poca dureza, alto contenido en dióxido de carbono libre más de 50 ppm. La presencia de ácidos orgánicos y otros ácidos libres, también es causa de severas corrosiones. Aguas con pH < 7 suelen ser agresivas aunque también lo puede ser aguas que tengan un pH por encima de 7. La conductividad (sólidos totales disueltos) del agua es importante, puesto que cuanta más alta es, más fácilmente se producen fenómenos electroquímicos (reacciones anódicas y catódicas). Con sólidos totales mayores a 700 ppm, ya aparecen problemas de corrosión. Contenidos en un agua de iones cloruro por encima de 50 ppm pueden originar problemas de corrosiónelectrolítica, en aguas de dureza mediana y el incremento de cloruros pueden originar corrosión creciente en forma exponencial, de tal manera que concentraciones de iones cloruro de 1000 ppm provocan rápidamente la destrucción por corrosión de metales como el acero al carbono y el acero inoxidable. La simple corrosión química se produce preferentemente en aguas poco salinas y viene reforzada por la presencia de CO2, O2, H2S, Cl2, SO4, etc. La cantidad de oxígeno disuelto en el agua condiciona de manera determinante la corrosión ya que la puede frenar o acelerar, según los casos. El oxígeno se puede combinar con el hidrógeno que se desprende en el cátodo para dar agua, destruyendo la polarización catódica y por lo tanto, permitiendo que la corrosión prosiga con toda su intensidad. La formación de películas protectoras (pasivación) está muy relacionada con el contenido de oxígeno en el agua. La acción nociva del agua es mayor cuanto más salina es el agua y menor el pH. Si se tienen más de 2 ppm de O2, el agua suele ser corrosiva. Las aguas profundas no suelen tener cantidades apreciables de oxígeno disuelto, en cambio, si es frecuente que las aguas poco profundas presenten cantidades apreciables de oxígeno disuelto.

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El gas sulfhídrico corroe al acero y al cobre, originando sulfuros no adherentes que pueden dar lugar a. Aguas con corrosión localizada, contenidos en H2S < 1 ppm ya se muestran corrosivas. Es difícil determinar correctamente los gases disueltos en un determinado agua, pero es importante hacerlo ya que son agentes corrosivos muy efectivos. También es importante considerar la cantidad de hierro disuelto en el agua con respecto a la saturación, puesto que a mayor déficit de saturación, mayor disolución para tender a saturarse, evitando la formación de películas protectoras. Sin embargo, es difícil conocer este déficit de saturación. El sulfato de hierro da corrosividad. Las aguas duras y poco conductoras protegen por incrustación si dan un recubrimiento continuo, pero las aguas duras y muy conductoras pueden no dar ninguna protección. La agresividad de un agua depende de su capacidad para conducir la corriente eléctrica. Un agua poco conductora ocasionará que la actividad de las pilas de corrosión que se puedan formar en la misma sea pequeña, ya que el circuito eléctrico que se cierra a través de ella presenta una resistencia eléctrica elevada. En el agua de mar; cuya conductividad es muy alta por la gran cantidad de iones presentes, la actividad de los procesos de corrosión es tan alta, que en lapsos muy cortos se pueden originar fenómenos muy graves de corrosión. Un mezcla de agua dulce y de mar produce una gran variedad de aguas cuya agresividad frente a los metales varía en función de su composición y factores como la concentración de oxígeno disuelto, pH, temperatura, concentración de cloruros y sulfatos, agitación y velocidad del medio, etcétera. La contaminación desempeña un papel determinante en la agresividad de una determinada agua frente a los metales de uso más común. Tanto es así, que una posible indicación del grado de contaminación de un agua de mar puede llegar a establecerse por su velocidad de corrosión. Asimismo, la presencia de sales disueltas modifica la estructura de las posibles incrustaciones existentes, volviéndolas porosas y heterogéneas, de tal forma que no constituyen una protección de las superficies metálicas. También se pueden formar zonas de aireación diferencial, al absorberse el oxígeno presente en el agua. Por su especial importancia e incidencia pueden citarse entre los contaminantes de los iones nitrato, NO3- provenientes, por ejemplo, de los abonos químicos nitrogenados, que por su naturaleza oxidante despolarizan la reacción catódica de reducción del oxígeno, acelerando el proceso de corrosión. Asimismo, la presencia de fosfatos, provenientes de los detergentes, ha dado lugar a la proliferación de algas, muy especialmente en lagunas costeras, las cuales consumen gran parte del oxígeno disuelto presente en el agua, haciendo que el medio se vuelva anaerobio, con la 204

consiguiente putrefacción de estas lagunas, que agravan los problemas de corrosión en el fondo de mares y lagunas por la posibilidad de crecimiento de bacterias sulfatoreductoras. Como puede verse, las formas de corrosión pueden ser muy diversas. El problema es complejo porque los factores motivadores son muy diversos. Entre los más importantes se encuentran las condiciones del flujo, la composición de los ductos y las características biológicas y fisicoquímicas del agua. Cabe señalar que la presencia en el agua de determinadas floras bacterianas (bacterias sulfato-reductoras y ferrobacterias) incide directamente en el aumento de la corrosión del sistema.

El agua de inyección se puede probar directamente para determinar si es estable. El índice de Langelier y de Riznar son pruebas de laboratorio que pueden determinar el 205

grado de saturación de carbonato de calcio en el agua. El agua que tenga carbonato de calcio alto o que es un poco sobresaturada con carbonato de calcio se considera incrustante, estable y segura. Sin embargo lo anterior no es del todo cierto ya que dependiendo del tipo de agua y del tipo de incrustación formada puede haber problemas de corrosión bajo depósitos.

9.2 CORROSION QUE SE PRESENTAN EN LOS EQUIPOS QUE OPERAN CON AGUA Y METODOS PARA MITIGARLA Los equipos más comunes que operan con agua son los tanques de almacenamiento de agua. La corrosión es la causa general de la destrucción de la mayor parte de los tanques de almacenamiento y de las tuberías de conducción del agua. Los tipos de acciones para evitar la corrosión interna en los tanques de almacenamiento de agua de inyección no tratada es comúnmente proteger el piso, techo y la pared del tanque de la corrosión, aplican dorevestimientosque incluyen pinturas con resinas epóxicas, fenólicas y vinílicas El uso de recubrimientos de elastómeros o de materiales compuestos (fibra de vidrio), es otra opción pero mucho más costosa. También en ciertos casos se emplea protección catódica interna. La protección externa en paredes y techos, es con sistemas de pintura epóxica con acabados de poliuretano. Debajo del piso se utiliza sistemas de protección catódica como el que está en la figura dada a continuación.

206

Algunos sistemas de manejo de agua contemplan reducir la corrosión por medio de la de columnas desgasificadoras, eliminando gases que generan corrosión como el oxígeno y el gas carbónico presentes en el agua, por medio del paso del agua en contra corriente con una columna de vapor o de gas inerte. Estos gases incrementan la corrosión en contacto con el acero, siendo indispensable proceder a su eliminación o reducción a niveles aceptables. Su eliminación se puede realizar bien por vía termo-física (para el conjunto de los gases disueltos).

Estos equipos en general no presentan serios problemas de corrosión interna debida precisamente a la eliminación de los gases presentes en el agua. En algunos casos hay que tener cuidado en los desgasificadores con vapor en las zonas donde el vapor puede presentar condensación.

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El agua posteriormente pasa a tanque donde se aplica un secuestrante de oxígeno utilizado con mayor frecuencia es el sulfito de sodio, dado su bajo costo, alta efectividad, rápida reacción con el O2 y fácil medición de su contenido en el agua La alternativa al sulfito de sodio es la hidracina, debido a que al volatilizarseno contribuye a los sólidos totales disueltos, como el sulfito de sodio. Los filtros de arena utilizados anteriormente o posteriormente a los desgasificadores en los sistemas de manejó de agua tienen normalmente los menos problemas de corrosión que el que tienen los tanques sin embargo puede haber problema de corrosión microbiológica y corrosión bajo depósitos. Los sistema de filtración por arena normalmente son protegidos por revestimientos resistentes a la erosión y el agua normalmente los sistemas epóxicos aductoamina y los fenólicos han resultado bien. Adicionalmente se han aplicado recubrimientos de materiales compuestos tipo cerámicos o recubrimiento con elastómeros (gomas). Las torres de enfriamiento presentan normalmente problemas de corrosión causados por varios factores el primero es el pH, por lo que se recomienda manejar un pH por encima de 7 pero con un límite máximo para evitar que disminuya la solubilidad del agua y que se precipiten los minerales, produciendo incrustaciones, otros factores que contribuyen a la corrosión son el exceso de oxígeno disuelto y el aumento de temperatura por encima de 50°C. Los microorganismos, son causantes también de corrosión y como las torres de enfriamiento funcionan a temperaturas de 27 a 49ºC, en presencia de luz solar, oxígeno y nutrientes, estarán sujetas a problemas de crecimientos biológicos. Hay tres clases de microorganismos que pueden existir en los sistemas de enfriamiento: algas, hongos y bacterias. La formación de algas genera una capa que consume oxígeno, cuando crece se vuelve gruesa y las capas inferiores no reciben oxígeno, esto genera bacterias anaeróbicas que consumen el sulfato presente en el aguay producen desechos ácidos sobre las superficies de acero causando una severa corrosión, cuando se remueven los biodepósitos se puede apreciar la pérdida localizada de material por corrosión. Las algas también pueden formar obstrucciones en el sistema restringiendo el flujo de agua y afectando las temperaturas y el rendimiento. Por lo que es necesario agregar biocídas para matar a los organismos e inhibir su crecimiento. Los tratamientos biocídas más comunes son los oxidantes (cloro, hipocloritos, bióxido de cloro, clorocianuro, bromo, etc.) y los no oxidantes (isotiazolanas, sales

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cuaternarias, sulfona, tionas, etc). Tratamientos que son costosos en la mayoría de veces

La corrosión es uno de los principales problemas que afectan a las bombas y una de las principales causas de los fallos que se producen en las mismas, llegando a debilitar de forma considerable la integridad estructural de las bombas y producir fugas y/o perdidas de eficiencia de las mismas. La existencia de fenómenos de corrosión erosión, picaduras y cavitación en las bombas, es frecuente en el manejo de aguas corrosivas. Esto se ha evitado realizando cambios en la metalurgia de las bombas usando aleaciones de fundición aleadas con cromo, aleaciones de alto níquel (Monel e Inconel), aceros inoxidables y revestimientos de materiales compuestos con cerámica. La salinidad y la temperatura son siempre una mala combinación para el acero inoxidable que se utilice en las bombas, por lo que deben tenerse en cuenta, la resistencia a la corrosión del acero inoxidable y esta consiste en comparar su resistencia a la corrosión por picaduras. El parámetro, que se usa como comparación se denomina: “Equivalente a la resistencia al ataque por picaduras” o PRE.

209

Los elastómeros empleados en la bomba son otros de los componentes que pueden resultar dañados por una mala calidad del agua. Este asunto se convierte en un problema cuando el agua tiene un contenido alto de hidrocarburos y de otras sustancias químicas. En estos casos el elastómero estándar puede reemplazarse con una goma de Viton. La corrosión es la principal causa de fallas en tuberías de los sistemas de inyección, cuando una tubería falla, ocasiona grandes impactos en términos de pérdidas de producción, daños a la propiedad y contaminación en general. Existen cuatro métodos comúnmente utilizados para controlar la corrosión en las tuberías, de los sistemas de inyección, estos son recubrimientos protectores y revestimientos, protección catódica, selección de materiales e inhibidores de corrosión. Recubrimientos y revestimientos: son las principales herramientas contra la corrosión, a menudo son aplicados en conjunción con sistemas de protección catódica para optimar el costo de la protección de tuberías enterradas. Protección Catódica: es una tecnología que solo se utiliza para contrarrestar la normal corrosión externa de tuberías, donde toda la tubería o parte de ella se encuentra enterrada o sumergida. En tuberías nuevas, la protección catódica ayuda a prevenir la corrosión desde el principio; en tuberías con un período de operación 210

considerable puede ayudar a detener el proceso de corrosión existente y evitar un deterioro mayor. Selección de Materiales: se refiere a la selección y empleo de materiales resistentes a la corrosión, tales como: aceros inoxidable, plásticos, y materiales compuestos (fibra de vidrio). Sin embargo, en la selección de materiales resistentes a la corrosión el criterio fundamental no es, en esencia, la protección de una estructura, sino las prestaciones mecánicas que requiera el sistema. Inhibidores de Corrosión: son aplicadas solo en medios particulares, reduciendo el ataque del ambiente sobre el acero. Los inhibidores de corrosión extienden la vida de las tuberías, previniendo fallas y evitando fugas, pero es muy importante evaluar el costo de aplicar este control de la corrosión.

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10. Confiabilidad y riesgo de sistemas sometidos a corrosión

212

10.1 CONFIABILIDAD Y RIESGO DE SISTEMAS SOMETIDOS A CORROSION. La mayoría de las decisiones de mantenimiento y operación en ingeniería, involucran algún aspecto de costo/riesgo fuera de las decisiones comerciales. El rango de decisiones vienen de evaluar un cambio en el diseño propuesto, determinar el óptimo intervalo de mantenimiento o de inspección ¿cuándo hay que remplazar un activo viejo?, o ¿cuáles y cuántos repuestos se deben mantener?. Las decisiones involucran el gasto deliberado para lograr algo de esperada confiabilidad, desempeño u otro beneficio. Nosotros podemos saber los costos involucrados, pero es a menudo difícil de cuantificar el impacto potencial de reducir los riesgos, mejorar la eficiencia, la seguridad, o alargar la vida de los equipos. No sólo es difícil cuantificar los beneficios, sino que los objetivos a menudo presentan conflictos entre si por ejemplo nosotros podríamos limpiar más a menudo un intercambiador de calor para lograr un mejor desempeño, pero la limpieza puede dañar los tubos y esto puede acortar su vida. Encontrar la estrategia óptima es difícil, por consiguiente, pero malos intervalos de mantenimiento producirán costos excesivos, riesgos o pérdidas. Se define la confiabilidad como la probabilidad de que un equipo, maquinaria, o sistema cumpla adecuadamente con la función para la cual fue diseñado o requerida, durante un periodo establecido de tiempo. El deseo de aumentar la confiabilidad y/o la seguridad, siempre choca con intereses contradictorios, como las presiones para reducir los costos. Es claramente imposible de lograr los compromisos ideales como cero costo al mismo tiempo como un total (100%) de confiabilidad o seguridad. La confiabilidad cuesta dinero o para ponerlo al revés, para gastar menos dinero nosotros debemos escoger que no hacer o lograr, de aquí que un óptimo a lograr representa alguna clase de compromiso.

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Este diagrama muestra el fondo de la curva del Impacto total pulcramente alineado sobre el punto de cruce de los componentes en conflicto, mientras da lugar a la confusión acerca de dónde y cuál es el verdadero óptimo. El Impacto Total es la suma de los costos, riesgos y otros factores. Cuando esta suma está en un mínimo, nosotros hemos definido la combinación óptima de los componentes: el mejor valor mezcla los costos incurridos, los riesgos residuales, las pérdidas de desempeño o vidas humanas, etc. Los puntos de cruce no significan el óptimo; ellos muestran meramente dónde los componentes son iguales, es decir los riesgos o las pérdidas tienen el mismo valor como las cantidades a gastarse para controlarlos. Los conceptos de balanceo de costos y riesgo encontrados en los puntos de equivalencia son peligrosos, por que ellos implican usar este punto de equivalencia como un blanco, en lugar del enfoque de la mejor combinación valor dinero. Hoy en día quienes manejan en las empresas estos conceptos es la Gerencia de Activos (NormasISO55000, 55001 y 55002), la cual es la disciplina que combina los métodos y las herramientas gerenciales necesarias, para optimizar el impacto total de costos, desempeño, confiabilidad o seguridad de los activos de la compañía para el negocio (Identificar y generar acciones para el cierre de la brechas). Los Aspectos que maneja la Gerencia de Activos son: 1. Recolección de datos enfocado en los requerimientos necesarios para los análisis costo / riesgo, desempeño, costo del ciclo de vida y la toma de decisiones financieras referente a los activos. 2. Hacer que los proyectos tengan visión global dentro del negocio. 3. Mantenimiento basado en condición de acuerdo a criticidad de los equipos y factibilidad económica de aplicación. 4. Cuantificación del riesgo e incluirlo en la toma de decisiones. 5. Optimizar la disponibilidad de los activos al menor costo. 214

Los pasos que debe implementar la Gerencia de Activos son: 1. Establecer un registro de los activos, su ubicación y sus funciones. 2. Programa de planificación y control de los trabajos que se realizan a los activos (Esto debe ser posterior a un análisis de criticidad de los activos). 3. Establecer en los activos un plan de monitoreo por condición que determine el plazo de remplazo de partes, inspecciones y renovación de los mismos. 4. Establecer o depurar la base de datos existente de los diferentes activos, con el objetivo que permitan su uso en la toma de decisiones. La confiabilidad desde el punto de vista del negocio se relaciona con la integración de estrategias de procura, instalación, arranque, operación y mantenimiento, con el propósito de evitar desperdicios, optimizar la disponibilidad de un servicio u operación de la planta, prevenir fallas y ajustar las acciones de mantenimiento, para optimizar el tiempo de vida y los costos del activo a largo plazo en términos financieros (Normas SAE JA1011 y SAE JA1012).

a. b. c. d. e.

Las Formas de Medición de la Confiabilidad son: Probabilidad de fallas y Probabilidad de supervivencia Densidad de fallas Tiempo medio entre fallas Tiempo medio fuera de servicios Rata de fallas

Está claro que se debe definir qué es un funcionamiento adecuado o satisfactorio, o lo que significa la falla del equipo o sistema, de otra manera, no es posible predecir cuándo fallará en el desempeño de su función requerida. El tiempo que tarda en fallar un equipo o sistema, es decir, su "vida", no se puede determinar precisamente, por lo tanto es una variable aleatoria. Por ello, la confiabilidad se debe cuantificar asignándole una función de probabilidad a la variable aleatoria del tiempo de falla. 215

Hay que tener en cuenta que el riesgo (norma ISO 17776), es la potencial pérdida causada por un evento (oserie de eventos), que pueden afectar adversamente el logro de los objetivos de la compañía.

Cuando es aplicado un programa de mantenimiento basado en riesgo, se requiere la evaluación sistemática de la probabilidad que cada evento indeseado ocurra, las consecuencias de cada uno de esos eventos y la eficacia de las herramientas de inspección

La metodología busca medir probabilidades, es necesario contar conestadísticas de ocurrencia de eventos. Para el cálculo de la confiabilidad es necesario conocer el tiempo promedio entre fallas, el cual es el momento esperado entre dos fallas sucesivas de un sistema o 216

equipo. Por lo tanto, es un indicador clave de la confiabilidad de los sistemas o equipos que pueden ser reparados o restaurados. El tiempo promedio para fallar es el momento esperado de falla en sistemas o equipos no reparables esto es que solo pueden fallar una vez. Por lo tanto, para un sistema no reparable, el tiempo promedio para fallar equivale a la media de la distribución del tiempo de falla. En sistemas reparables que pueden fallar varias veces, en general, tarda más tiempo para que se produzca el primer fallo de lo que tarda para que ocurran posteriores fallos, por lo tanto, el tiempo promedio para fallar para un sistema reparable pueden representar una de dos cosas: el tiempo promedio del primer fallo (MTTFF) o el tiempo promedio de operación (TPO). Una vez que un sistema o equipo reparado se devuelve a la operación, puede fallar de nuevo después de algún tiempo. El hecho de que el sistema o equipo falle produce un tiempo de inactividad. Por lo tanto, entre dos fallas consecutivas, se puede dividir el tiempo en tiempo de actividad y en tiempo de inactividad. El tiempo entre fallas (TEF) se compone del tiempo de operación y del tiempo fuera de servicio por reparación (TFS). En este caso, el promedio tiempo fuera de servicio (TPFS) es equivalente al tiempo promedio de reparación (TPPR). Para todos los tipos de sistemas o equipos no reparables, el tiempo de falla es una característica importante de confiabilidad. El valor esperado se conoce como el tiempo promedio para fallar (TPPF). Porque para un sistema no-reparable solo puede haber una falla, tanto el TPPPF y el TPPF se refieren al mismo valor. Dado que el tiempo para fallar es equivalente a la vez al tiempo antes de producirse la falla, algunas fuentes definen el TPEF (MTBF) como el tiempo promedio antes de producirse la falla, lo que realmente es el TPPF (MTTF). Usar el TPEF (MTBF) para representar el tiempo promedio antes de la falla es una de las principales fuentes de la confusión sobre este tema El uso de la distribución exponencial en los cálculos de confiabilidad es muy común, a menudo se asume la distribución estadística exponencial para representar el tiempo de falla. Esta distribución tiene una media constante λ, un motivo para la popularidad de la distribución exponencial es que la tasa de fallas es constante esto matemáticamente es más manejable que una tasa de fallas diferentes, la ecuación típica de confiabilidad, suponiendo que la distribución exponencial de fallas es: R (t) = e-λt DONDE: λ es la tasa de fallas inverso del TPEF (MTBF) t es la longitud de tiempo considerado 217

e es la base de los logaritmos naturales R (t) es la confiabilidad en el tiempo t Dado que la tasa de falla, λ, es una constante, implica que la probabilidad de falla en una pieza nueva es la misma que para una antigua o reparada. En consecuencia, muchas otras distribuciones de probabilidad se utilizan para describir el tiempo de falla de las piezas o componentes. La más versátil de ellas es la Weibull y su distribución es definida por la ecuación: F(t) = 1 - e-(t/θ)β La distribución de Weibull puede proporcionar estimaciones precisas de confiabilidad con pocas muestras, emite resultados gráficos simples y útiles, proporciona pistas sobre la física de la falla y puede representar muchas distribuciones. Cuando β es igual a 1, la distribuci ón de Weibull es exactamente igual a la distribución exponencial y cuando β es igual a 3,44, es aproximadamente igual a la distribución normal. Para analizar y medir las características de confiabilidad y susceptibilidad de mantenimiento de un sistema, se debe contar con un modelo matemático del sistema que muestre las relaciones funcionales entre todos los componentes, los sistemas secundarios y el sistema en su conjunto. La confiabilidad del sistema es una función de las confiabilidades de sus componentes. Un modelo de confiabilidad de sistema consiste en cierta combinación de un diagrama de bloque de confiabilidad o un diagrama causa-efecto, una definición de distribuciones de falla y reparación de todo el equipo, y un establecimiento de estrategias de reserva y reparación. Todos los análisis y optimizaciones de confiabilidad se hacen basándose en estos modelos matemáticos conceptuales del sistema. Análisis Costo Riesgo Beneficio (ACRB)

EQUIPO NUEVO COSTO ($) TPO TPFS COSTO DIRECTO($) COSTO PENALIZACION ($/H) FF CIF CAR COSTO PENALIZACION EVENTO PENALIZACION ANUAL FALLAS RIESGO TOTAL ANUAL

Opcion 1 $ S 6000,00 7200,00 18,00 4000,00 10000,00 1,22 219.000,00 12.166,67 180.000,00 219.000,00 231.166,67

Opcion 2 $ T 12000,00 18000,00 20,00 6000,00 10000,00 0,49 97.333,33 8.760,00 200.000,00 97.333,33 106.093,33

ACRONISMO FF CMO CM SITUACION ACTUAL CAR X TPFS

10 4000 10000 5 500.000,00 20.000,00 100.000,00 500.000,00 520.000,00

CP PAF RTA CIF TPFS TPO

SIGNIFICADO 1.Frecuencia fallas (fallas/año) 2.Costo Mano obra $ 3.Costo Materiales $ 4.Costo anual reparar (2+3) x (1) $/año 5.Tiempo de reparación horas 6.Impacto producción M$/hora 7.Penalización evento(5x6) $ 8.Penalización anual x fallas (7x1) $/año Riesgo total anualizado (4) + (8)1756 $/año: COSTO INDISPONIBILIDAD POR FALLAS CIF= FF x TPFS x CP TIEMPO PROMEDIO FUERA DE SERVICIO TIEMPO PROMEDIO OPERATIVO TPFS = Σ TFS/ N° FALLAS (MTTR) TPO = Σ TO/ N° FALLAS (MTTF)

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Quienes han usado herramientas de optimización costo riesgo en actividades de mantenimiento tendrán familiaridad en el trato de los deterioros que se producen (corrosión, erosión, fatiga etc.). El deterioro puede tener diversas formas, el más frecuente es una probabilidad/frecuencia de fallas creciente, pero otras formas de deterioro, tales como un costo de mantenimiento incrementándose con la edad del activo o una pérdida de eficiencia con la edad también pueden ser consideradas Un procedimiento para establecer el plan de mantenimiento encada equipo o componente del sistema, es la elaboración de la matriz de localización versus modos de falla, ver tabla a continuación, en la cual se colocan las partes críticas de los equipos o componentes a ser analizados. MODODE Corrosión Corrosión FALLA Bajo por Picaduras LOCALIZACION Tensión DE LA FALLA

Corrosión Corrosión Fatiga Intergranular Uniforme

Erosión

Otro

Internamente se procede a rellenar la matriz de acuerdo a las siguientes siglas: 1. AP (Alta probabilidad de falla) 2. BP ( Baja probabilidad de falla) La escogencia entre alta o baja probabilidad de falla es realizada de acuerdo a la información previamente recopilada y a los criterios obtenidos de las siguientes fuentes: a. Experiencias previas de ingeniería. b. Estimada de la experiencia de otras fuentes. c. Obtenida de ensayos de laboratorio. d. Predicha a partir de principios generales. Una vez rellena la matriz se procede en el cuarto paso a establecer para cada uno de los equipos o componentes evaluados las acciones necesarias para la prevención de los modos de falla entre las que están: 1. Modificar el medio ambiente para disminuir su corrosividad, inhibidores, aplicación de recubrimientos, uso de protección catódica, etc. 2. Cambiar el diseño o los materiales. 3. Utilizar equipos para monitorear la condición.

añadir

El siguiente paso es predecir la vida del equipo o componente por medio del uso de la data teórica obtenida de ensayos y/o de fallas similares, aplicando para esto el análisis estadístico. Este paso requiere una data confiable y un buen nivel matemático, lo cual hace que la predicción o estimación real del tiempo de vida sea 219

difícil. Sin embargo el uso de este método hasta el paso anterior, sin realizar el cálculo del estimado tiempo de vida, puede ser de mucha utilidad en determinar los componentes más susceptibles a presentar fallas y esto nos puede servir para tomar acciones preventivas al respecto. 10.2 EVALUACIÓN Y CONTROL INTEGRAL DEL CICLO DE VIDA UTIL DE LOS EQUIPOS SOMETIDOS A CORROSION Una de las mayores decisiones enfrentada por la gerencia actual es el remplazo de los activos de producción. Este problema también es extremadamente complejo. La mayoría de tales decisiones son hechas en las bases de algunos cálculos limitados y suposiciones provenientes de alguna evaluación. Algunas compañías afirman que poseen métodos rigurosos de evaluar el tiempo óptimo que debería ser aplicado para el remplazo del activo, y el rechazo natural a cometer tal gasto, el cual es absolutamente válido, es un factor que muchas veces hace que el resultado sea un cambio del activo mucho tiempo después del tiempo óptimo. El ciclo de vida de los activos (Normas ISO STD 15663-1 y ISO STD 156632Petroleum and Natural Gas Industries Life Cycle Costing- Part I - Methodology and Part II – Guidanceon Application of Methodolog y and Calculation Methods), nace desde la idea misma de realizar una actividad que involucrará activos en todas sus etapas de desarrollo, pasa por las etapas de anteproyecto, proyecto, diseño, compra o manufactura, instalación, prueba, puesta en marcha, operación y mantenimiento, hasta su eventual reciclaje, descarte ó disposición final. En todas las etapas, hay decisiones a tomar, información a seguir, costos a evaluar, registrar y considerar, repuestos a definir, capacitación de operadores y mantenedores a desarrollar, análisis que hacer referentes a distintos aspectos de la operación y el mantenimiento del activo. EI Ciclo de Vida de un Activo incluye las siguientes etapas: a. Idea inicial y estudios preliminares. b. Evaluación del contexto total del proyecto, incluyendo estudios de factibilidad técnica, viabilidad económica e impacto ambiental. c. Planeamiento de todas las etapas que abarcará el proyecto. d. Anteproyecto, incluyendo toda la ingeniería básica necesaria. e. Proyecto de detalle y diseño de los procesos. f. Ejecución del proyecto de acuerdo a las etapas planificadas. g. Compra de los elementos necesarios y/o eventual manufactura de los mismos e instalación de todos los elementos de acuerdo al proyecto.

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h. Puesta en marcha, prueba de todas las instalaciones y aceptación de las mismas. i. Operación de las instalaciones, uso ó consumo de los bienes o servicios. j. Evaluación de alternativas de aprovechamiento, incluyendo los posibles reciclajes ó la eventual eliminación de los elementos de la instalación. k. Descarte, reciclaje ó venta de la instalación.

La adecuada consideración de todos esos factores es clave en el logro del objetivo de maximizar el ROA (Retorno Sobre los Activos) y minimizar el LCC (Costo de Ciclo de Vida), así como lograr los adecuados TIR (Tasas de Retorno sobre Inversiones) que viabilicen los proyectos En el análisis del costo de ciclo de vida entra el deterioro esperado de los activos nuevos y usados. Aquí debemos plantearnos la siguiente pregunta, ¿el mantenimiento debe ser orientado por costos (como lo es actualmente en la mayoría de las empresas) ó por resultados? Para contestar dicha pregunta deberíamos tomar en consideración que centrarse en los resultados implica tener una visión de largo plazo, en tanto que centrarse en los costos implica, por el contrario, tener una visión de corto plazo. En la medida que desarrollamos el Ciclo de Vida, ¿cuándo se comienza realmente a pensar en el mantenimiento?, y por otro lado ¿cuándo deberíamos comenzar a pensar en el mantenimiento? Respondiendo a las preguntas anteriores, normalmente se comienza a pensar en el mantenimiento cuando los equipos e instalaciones ya están en operación, lo cual es siempre demasiado tarde, se debería comenzar a pensar en el mantenimiento desde la idea misma, de concepción del proyecto. Para demostrar esto debemos considerar la siguiente pregunta, ¿cuál es el costo de un cambio en cada etapa? Veamos la tabla siguiente, donde se presenta, en valores relativos, el costo de un cambio cualquiera en el proyecto:

Esto se expresa también en el gráfico siguiente, donde se ve la influencia de las decisiones tomadas en las primeras etapas de los proyectos, las cuales determinan la 221

mayor parte del ciclo de vida de las instalaciones, podemos ver que cuando solo se ha gastado el 5 % del presupuesto del proyecto las decisiones tomadas determinaron el 70 % del costo de ciclo de vida futuro que tendremos, lo mismo cuando solo llevamos gastados el 20 % del presupuesto del proyecto hemos determinado el 80 % del costo de ciclo de vida futuro.

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10.3 FRECUENCIA OPTIMA DE INSPECCION EN BASE AL DETERIORO POR CORROSIÓN Generar intervalos de frecuencias óptimas de inspección de equipos estáticos ydinámicos, es el objetivo principal de la gerenciade mantenimiento, incluyendo los intervalos de ejecución de pruebas funcionales (fallas ocultas)de equipos de protección, como por ejemplo conexiones a tierra, sobrecargas de motores, protecciones de transformadores, líneas, equipos de respaldo, etc. El principio de la metodología de optimización de inspección, se basa en la combinación de los costos de inspección versus las consecuencias de no hacer inspección en función de la frecuencia de la misma. A modo de ejemplo vemos en la siguiente gráfica, el tiempo óptimo de inspección calculado en basea los costos de inspección, el riesgo de no realizar nada y que ocurra una falla operacional y el riesgo de generar un problema externo.

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La Inspección basada en Riesgos (RBI) es un proceso que identifica, evalúa y realiza un mapeo de los riesgos industriales (debido a corrosión y grietas por esfuerzo), los cuales pueden comprometer la integridad del equipo, tanto en equipo presurizado como en elementos estructurales. La Inspección basada en Riesgos (RBI) trata sobre riesgos que pueden ser controlados a través de inspecciones y análisis apropiados. Durante el proceso de Inspección basada en Riesgos (RBI), los ingenieros diseñan estrategias de inspección (qué, cuándo, cómo inspeccionar) que coinciden de la manera más eficiente con los mecanismos de degradación proyectado u observados. El propósito de un programa de inspección basada en riesgo, es definir y realizar aquellas actividades necesarias para detectar el deterioro en servicio de los equipos antes de que se produzcan las fallas máscríticas que produzcan altas pérfidas de producción o grandes costos de mantenimiento. Este programa de inspección debe sistemáticamente identificar: · ¿Qué tipo de daño se produce? · ¿Dónde debe buscarse? · ¿Cómo puede detectarse (técnica de inspección)? · ¿Cuándo o con qué frecuencia debe inspeccionarse? Un programa de inspección está basado en riesgo cuando se emplea una metodología capaz de sustentar la toma de decisiones aun cuando se cuente con datos inciertos o incompletos. La inspección basada en riesgo sigue la siguiente metodología: a. Recolección de datos e información. 224

b. c. d. e. f. g. h.

Análisis del riesgo. Evaluación de consecuencias. Evaluación de la probabilidad de falla (veces/año). Evaluación del riesgo (mediante matriz de riesgos). Clasificación de los riesgos. Revisión del plan de inspección. Revaluación del plan de inspección

El sistema se implementa en tres Fases. En la Fase I se define el sistema o conjunto de equipos a analizar así como sus funciones y localización. Durante esta etapa inicial se realiza una auditoría al sistema de gestión de riesgos destinada a determinar el potencial efecto de la gestión actual sobre la probabilidad de falla de los equipos. Del resultado de la evaluación surgen en forma evidente las primeras acciones de mejoras a implementar. La Fase I se completa con la elaboración de un ranking de criticidad basado en riesgos de los equipos que componen el sistema. Para elaborarlo se emplea primariamente el método cualitativo de análisis de riesgo de API 581. Alternativamente se utiliza o desarrolla un análisis de peligros HAZOP. Los activos tales como recipientes, tanques, cañerías, compresores, torres, etc. Pueden deteriorarse con el transcurso del tiempo, produciéndose diversos tipos de daño (pérdida de espesor, fisuras, cambios metalúrgicos, etc.). Cada tipo de daño puede ser originado por diversos modos o mecanismos de falla operativos según sea el contexto operacional, (mecanismo de desgaste, corrosión, fatiga, creep, fragilización, etc.). Las diversas técnicas de ensayos no destructivos (END) permiten determinar la presencia y caracterizar las dimensiones asociadas con cada tipo de daño. Sin embargo no hay ninguna técnica de END que pueda emplearse durante una inspección que sea capaz de determinar la presencia de todos los tipos de daño posibles. Por su elevado costo, no es recomendable realizar una inspección para caracterizar la presencia de todos los tipos de daño posibles en un equipo, por lo que surge como necesidad un análisis previo a la inspección de cuáles modos de falla son posibles o pueden resultar operativos en un determinado equipo. Y luego determinar cuáles son los modos de falla más probables y que tipos de daño pueden causar en el equipo. Para inspeccionar los equipos identificados como de bajo riesgo se generan planes de inspección genéricos que contemplan un nivel de inspección satisfactorio que considera fundamentalmente el modo de falla por la pérdida de material por 225

corrosión, y se decide la aplicación a intervalos fijos en forma similar a la requerida por la normativa legal. Realizada estas acciones que involucran definir los Planes de Inspección de un conjunto importante de equipos se pasa a la Fase II. Esta Fase II consiste en el desarrollo de Planes de Inspección específicos para cada equipo. Con los equipos identificados como de alto riesgo se realiza un análisis semicuantitativo de riesgos para cada uno de los equipos. Primero se evalúa para cada equipo cuáles son los modos o mecanismos de falla posibles y los tipos de daño que estos pueden producir. De este modo es posible diseñar un plan de inspección efectivo para caracterizar la presencia de solo aquellos tipos de defecto que resulten más probables de estar presentes en el equipo, debido a la antigüedad del mismo, materiales con los que fue fabricado, dimensiones, medio agresivo, condiciones operativas, etc. Con los tipos de daño más probables para el equipo se pueden seleccionar las técnicas de END más adecuadas para caracterizarlos. Sin embargo, según la intensidad – efectividad de la inspección - con que se empleen las técnicas de END estas evidencian con diferente efectividad la presencia y magnitud del daño. Por ejemplo, la inspección puede ser externa o intrusiva, se pueden emplear una o más técnicas de inspección combinadas y se puede realizar la inspección total o parcialmente. La determinación de la categoría de efectividad de inspección que se empleará en el plan de Inspección está relacionada con el nivel de riesgo del equipo (en algunos casos asociado con la edad), las posibilidades de acceso al interior, la disponibilidad del equipo para su inspección y fundamentalmente de la frecuencia de inspección adoptada. Finalmente, con la categoría (Satisfactoria, Generalmente Satisfactoria, Muy Satisfactoria) y frecuencia de inspección adoptadas se puede diseñar un Plan de Inspección para el equipo que permita mantener el nivel de riesgo dentro de valores admisibles. El efecto del Plan de Inspección adoptado sobre el nivel de riesgo se focaliza en el efecto sobre la probabilidad de falla, más que sobre sus consecuencias. Si el Plan de Inspección es poco efectivo en determinar los daños, la probabilidad de falla resultará alta, fundamentalmente debido a la imprecisión en determinar la velocidad de daño.

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Cuanto mayor sea la efectividad de la inspección y su frecuencia mayor será el conocimiento sobre el comportamiento del sistema y por consiguiente la probabilidad de falla adoptada para calcular el nivel de riesgo del equipo se aproximará a la probabilidad de falla real, pero desconocida. De este modo el riesgo del equipo resultará menor y más aproximado al nivel genérico asociado al tipo de equipo(tuberías, recipientes, tanques, etc.). Para algún equipo particular, con un historial que amerite desarrollar un plan de inspección basado en un análisis más detallado que el precedente, se puede emplear el análisis cuantitativo que describe la norma API 581. Este análisis requiere de realizar un análisis de consecuencias muy detallado junto con un análisis de probabilidad basado en las probabilidades genéricas, corregidas por el TMSF (subfactor módulo técnico) y factores característicos de la planta que incluyen la información recogida inicialmente en la auditoría del sistema de gestión. A medida que se profundiza el estudio se debe corregir o actualizar el ranking de criticidad. Con los Planes de Inspección definidos, se ingresa en la FASE III, de consolidación de lo actuado, donde se deben realizar las Inspecciones, analizar sus resultados y realizar las acciones correctivas que surjan de las mismas, el análisis de los resultados de las inspecciones permite mejorar el conocimiento de la velocidad de daño, determinar la aptitud para el servicio y vida remanente del equipo, determinar las acciones correctivas para realizar reparaciones, decidir reemplazos, re-elaborar los Planes de Inspección y re-categorizar el nivel de riesgo del equipo. Paralelamente con la realización de estas tareas se debe consolidar la capacitación del personal destinado a administrar el sistema de inspección basado en riesgo. Junto con la planificación estratégica representada por el Sistema de Inspección Basado en Riesgos, se deben realizar las acciones tácticas de mantenimiento reactivo con la detección de fallas, diagnóstico de sus causas y acciones correctivas. Para ejecutar estas tareas se puede emplear la metodología de análisis de fallas. Un análisis costo–beneficio debe ser realizado para lograr la justificación económica de las acciones realizadas. El sistema de inspección basado en riesgo integra las técnicas de análisis de riesgo – determinación de integridad estructural y vida remanente, análisis de fallas y análisis costo beneficio.

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