“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación”

Universidad Nacional “San Luis Gonzaga” de Ica

FACULTAD DE INGENERIA MECANICA Y ELECTRICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECÁNICA Y ELECTRICA

CURSO : Corrosión y Tecnología de Protección

DOCENTE : Ing. Víctor Romero

TEMA : Corrosión Atmosférica

ALUMNOS : Reyes Zacarías, Ambar

Tataje Aldave Jorginho

Mansilla Lucas Deybi

CICLO : IXME - 3

LIMA - PERU

2015

CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

INTRODUCCIÓN

La corrosión atmosférica de metales transcurre por un mecanismo de naturaleza electroquímica. El electrolito está constituido por una película de humedad extremadamente delgada o una película acuosa, cuando el metal aparece perceptiblemente mojado. Bajo la película de electrolito la mayoría de los metales expuestos en la atmósfera se corroen por medio del proceso catódico de reducción de oxígeno. Únicamente en el caso de un alto grado de contaminación por productos ácidos adquiere importancia la reacción de descarga de iones hidrógeno.

El proceso de corrosión atmosférica es suma de los procesos parciales (individuales) de corrosión que tienen lugar cada vez que se forma la capa de electrolito sobre el metal. Las precipitaciones acuosas (lluvia, nieve o niebla) y la condensación de humedad 2 por cambios de temperatura son, sin duda, los principales promotores de la corrosión en la atmósfera. Se ha demostrado que la humedad relativa (HR) ejerce un papel decisivo en la corrosión atmosférica. Por debajo de un determinado nivel de HR no es probable la corrosión, pues no existe película apreciable de electrolito sobre el metal. Generalmente la corrosión de hierro y otros metales es insignificante a humedades relativas por debajo del 60-80%. Aun cuando la HR exceda de este nivel, para que la velocidad de corrosión sea realmente importante, la atmósfera debe estar, además contaminada.

A partir de un cierto nivel de acidez, es posible que el SO2 de las atmósferas contaminadas se comporte como oxidante, capaz de imprimir una fuerte aceleración al proceso catódico. Los cloruros marinos disueltos en la capa de humedad elevan considerablemente la conductividad de la película de electrolito sobre el metal y tienden a destruir eventuales películas pasivantes.

Así pues, entre los factores externos que determinan primariamente la intensidad del fenómeno está:

La vida de la película de electrolito sobre la superficie del metal

La composición química de la atmósfera (contaminación del aire con gases, vapores ácidos y aerosoles de agua de mar).

La temperatura ambiente. La participación de gran número de otros factores es generalmente secundaria.

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PROCESO DE CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

La corrosión atmosférica es el tipo más antiguo de la corrosión reconocido en la atmósfera, es el entorno al que los metales están más expuestos con frecuencia. El impacto en las sociedades de alta tecnología se ha ejemplificado por la suposición de que el costo de protección contra la corrosión atmosférica es de aproximadamente 50% de los costes totales de todas las medidas de protección contra la corrosión.

Los factores que influyen en la velocidad de corrosión son: Humedad del aire. Presencia de gases. Presencia de polvo.

La corrosión es posible únicamente cuando las superficies metálicas están humedecidas. El electrolito es una capa húmeda, que a veces es extremadamente delgada y prácticamente invisible y otras veces moja perceptiblemente al metal. El mecanismo de corrosión es electroquímico y se basa los procesos anódico, catódico y en el de resistencia óhmica.

En el proceso anódico, el metal debe disolverse dentro de una delgada capa de electrólito, en la que la concentración de cationes se eleva muy pronto hasta la precipitación de algún compuesto poco soluble, a menudo de pobre poder protector. Además, también se produce la llegada del oxígeno a la superficie metálica a través de la capa del electrolito.

Bajo la capa de humedad, se produce el proceso catódico, en la que la mayoría de los metales expuestos a la atmósfera se corroen por el proceso de reducción de oxígeno. No existe apenas impedimento para el transporte de

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oxígeno a la superficie metálica, que estará favorecido por el espesor de la película.

El adelgazamiento de la capa del electrolito va acompañado por un aumento de resistencia óhmica entre las zonas anódicas y catódicas de las minúsculas pilas locales de corrosión que, en gran número, se distribuyen sobre el metal

El agua se deposita sobre la superficie del metal debido a diversos factores. Las precipitaciones atmosféricas en forma de lluvia, son la causa más directa de la formación de películas sobre las superficies metálicas.

Cuando la humedad relativa de la atmósfera sobrepasa el 100%, o lo que es lo mismo, cuando la temperatura del metal desciende por debajo de la temperatura de rocío, tiene lugar la condensación de humedad con formación de innumerables gotas.

Si nos encontramos con humedades relativas inferiores al 100%, la superficie metálica puede también recubrirse de una película húmeda.

Por otro lado, puede producirse un deterioro del material en ausencia de película húmeda, a través de un proceso de corrosión directa que puede ser ignorado, ya que su velocidad de corrosión es prácticamente despreciable. Para ello deberíamos de tener una atmosfera perfectamente seca con una humedad relativa inferior al 20-30%.

1. AMBIENTES ATMOSFERICOS:

Respecto a la intensidad con que se manifiestan los fenómenos de corrosión podemos definir tres tipos de ambientes atmosféricos:

Industriales: Suelen contener una gran cantidad de partículas en suspensión aérea como compuestos sulfurosos, nitrosos y otros agentes ácidos, que favorecen el desarrollo del proceso de corrosión.

Marinos: La salinidad del agua del mar se debe a la presencia de clorhidro, un ión particularmente agresivo que favorece la corrosión de los sistemas metálicos, acelerando el proceso.

Rurales: Al existir bajos niveles de partículas ácidas y otros compuestos agresivos en este tipo de ambientes, se produce un menor efecto de corrosión atmosférica.

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2. CLASIFICACIÓN DE LA CORROSIÓN

Corrosión seca:Se produce en los metales que tienen una energía libre de formación de óxidos negativa.

Corrosión húmeda:Requiere de la humedad atmosférica, y aumenta cuando la humedad excede de un valor crítico, frecuentemente por encima del 70%.

Corrosión por mojado:Se origina cuando se expone el metal a la lluvia o a otras fuentes de agua.

3. FACTORES QUE AFECTAN LOS PROCESOS DE CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

La acción conjunta de los factores de contaminación y los meteorológicos determinan la intensidad y naturaleza de los procesos corrosivos, y cuando actúan simultáneamente, aumentan sus efectos. También es importante mencionar otros factores como las condiciones de exposición, la composición del metal y las propiedades del óxido formado, que combinados entre sí influyen en los procesos de corrosión.

4. INFLUENCIA DE LAS CONDICIONES METEOROLÓGICAS EN LOS PROCESOS DE CORROSIÓN:

La característica atmosférica más importante que se relaciona directamente con el proceso de corrosión es la humedad, que es el origen del electrolito necesario en el proceso electroquímico.

La figura muestra la relación que existe entre la corrosión atmosférica y el espesor de la capa del electrolito sobre la superficie metálica. 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 y la polarización catódica, lo que origina un aumento en la velocidad de corrosión hasta que alcanza un nivel máximo, que disminuye después con el aumento del

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espesor. En esta zona, la reacción catódica es determinante en el proceso de corrosión; el factor óhmico y la polarización anódica pierden importancia, pues la difusión de oxígeno en la superficie metálica es muy lenta y por tanto determinante del proceso global.

Esto nos permite comprobar la importancia del conocimiento de las causas y los factores que influyen en la formación de películas de humedad sobre la superficie metálica. La causa más importante es la precipitación atmosférica (en forma de lluvia o niebla espesa).

Existe también la condensación de humedad, que se origina cuando la humedad relativa de la atmósfera sobrepasa el 100%. Es importante mencionar también la condensación por adsorción, la condensación capilar y la condensación química.

4.1. INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA

Un cambio de temperatura afecta directa o indirectamente a la corrosión de un metal en la atmósfera. Al subir la temperatura aumenta la velocidad de las reacciones electroquímicas pero, al mismo tiempo, se acelera la evaporación de la humedad depositada sobre el metal, desciende la concentración de oxígeno y otros gases corrosivos disueltos en ella e incluso pueden producirse cambios en las propiedades protectoras de las capas de productos de corrosión. En el caso de la corrosión atmosférica, se tendrá que tener en cuenta que el tiempo de humectación de la superficie metálica cambia

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asimismo con la temperatura, por lo que el resultado final dependerá no sólo de la cinética de las reacciones electroquímicas sino de la duración del contacto electrolito-metal. Así, la corrosión en poblaciones o regiones de 6 temperaturas relativamente bajas puede superar, a veces, la de otros lugares más hacia el sur, de temperatura media más elevada, donde las películas de humedad se evaporan rápidamente. Esta situación de tendencias opuestas introduce un factor de incertidumbre respecto a la variable temperatura.

5. CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA:Cuando se alcanza el nivel de humedad necesario para la formación de pilas de corrosión, comienza a ser importante un segundo factor: de contaminación atmosférica.

Se puede definir la contaminación atmosférica como "la presencia en el aire de sustancias extrañas, sean éstas gaseosas, sólidas o la combinación de ambas, en cantidad y durante un tiempo de permanencia que puede provocar efectos nocivos para la salud humana y un deterioro de los bienes de uso y del paisaje"

En relación a su toxicidad, los contaminantes producen efectos nocivos en el ser humano y su medio ambiente, como irritación en los ojos, nariz y garganta. Además, atacan a muchos metales y materiales de construcción, deterioran equipo eléctrico, superficies pintadas, etcétera.

Los contaminantes atmosféricos de mayor importancia son: partículas suspendidas totales, ozono, monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno y dióxido de azufre.

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Los agentes contaminantes inorgánicos son generados por los vehículos y las industrias; los orgánicos, por los basureros. Las centrales termoeléctricas, las refinerías y las fábricas de papel contribuyen con el 85% del SO2 en la atmósfera; los automóviles con un 95% de CO.

Esto implica, por consiguiente, la necesidad de medir la cantidad de los distintos contaminantes dispersados dentro de la capa de aire. Lo anterior puede lograrse usando equipo adecuado o mediante el uso de los modelos de difusión de gases contaminantes.

La concentración de los contaminantes se mide en partes por millón (ppm o mg/m³) o en microgramos por metro cúbico (µg/m³). Cada contaminante tiene un tiempo específico de exposición.

5.1. PRINCIPALES CONTAMINANTES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN

El NaCl y el SO2 son los principales contaminantes corrosivos de la atmósfera. La correlación entre los niveles de concentración de S02 o NaCl y la velocidad de corrosión es alta, Como se muestra en la figura. También es importante mencionar al sulfuro de hidrógeno, que es el responsable del deslustre de cobre y plata, los compuestos nitrogenados que en solución incrementan la humedad en la superficie de los metales, las partículas inertes (silicio) y las partículas absorbentes (carbón de leña).

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Entre todos estos contaminantes, el SO2 tiene una importancia especial en los procesos de corrosión atmosférica, a causa de su incidencia directa en la velocidad de corrosión de los metales expuestos a la atmósfera.

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

Una característica importante del SO2 es que es más soluble que el oxígeno, lo cual origina que cuando se producen concentraciones muy bajas en la atmósfera pueden obtenerse películas de humedad sobre la superficie metálica con altas concentraciones de SO2, lo cual ocasiona el deterioro de la misma. Esto tiene una gran importancia, ya que estudios atmosféricos basados en técnicas de química analítica y en computadoras de alto poder resolutivo han llegado a la conclusión de que la composición de la atmósfera se ha convertido en un reservorio de gran cantidad de trazas de especies gaseosas.

A pesar de las bajas concentraciones en que se encuentran estas sustancias, frecuentemente representan un riesgo para la vida de plantas y animales, pueden alterar el clima y constituyen una aportación muy importante a los fenómenos de corrosión.

El cálculo indica que la mayoría de estas sustancias están presentes en la atmósfera a niveles más altos de los esperados en equilibrio termodinámico con el nitrógeno, el oxígeno, el bióxido de carbono y el vapor de agua. La composición de estas trazas está controlada por una serie de mecanismos cinéticos y engloban una combinación complicada de procesos químicos, físicos y biológicos.

Las reacciones químicas entre los constituyentes mayoritarios de la tropósfera son prácticamente inexistentes; en cambio, la formación de muchas especies químicas activas bajo la influencia de la luz solar produce un rápido incremento de reacciones en cadena que desempeñan un papel muy importante en la presencia de trazas en la composición de la atmósfera.

Es necesario caracterizar el flujo de fotones solares en función de la longitud de onda, con el fin de conocer cuáles serán absorbidos o

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disipados, en su trayectoria a través de las capas bajas de la atmósfera. Los fotones con una longitud de onda de aproximadamente 240 nm son absorbidos por las moléculas de oxígeno o de nitrógeno de la atmósfera y por el ozono, situado principalmente en la estratósfera. Así resulta que existe un filtro natural de fotones en la región espectral comprendida entre 240 y 300 nm, de manera que en la tropósfera sólo es necesario considerar aquellas reacciones químicas que son activadas por fotones de longitud de onda de 300 nm o más.

Una de las principales diferencias entre la química de la tropósfera y la de la estratósfera son los fotones ultravioleta, que tienen energía suficiente para romper el enlace oxígeno, O-O. Esta reacción conduce a la formación de ozono y explica la presencia de mayores cantidades de ozono en la estratósfera que en la tropósfera.

Las corrientes de convección de los vientos dominantes en las capas bajas de la atmósfera ocasionan que se produzca un cierto estancamiento en cada hemisferio, de manera que la difusión de los gases presentes en la tropósfera tarda cerca de dos meses en homogeneizarse en el hemisiferio sur o norte y unos dos años en hacerlo en toda la tropósfera.

La gran mayoría de las especies traza que llegan a la atmósfera están en estado de fase reducida (SH2, NH3, CH4, etc.); en cambio, las sustancias que regresan de la atmósfera a la superficie terrestre, usualmente por dilución en las gotas de lluvia o por sedimentación, están altamente oxidadas (H2SO4, HNO3, CO2, etc.). El escalón entre estas especies reducidas y las oxidadas lo constituyen las reacciones fotoquímicas atmosféricas, dando lugar de esta manera a un ciclo en el cual los gases reducidos son incorporados a la atmósfera, se oxidan fotoquímicamente y regresan a la superficie terrestre.

A principios de siglo se consideraba que las especies atmosféricas reducidas eran oxidadas por el ozono y el peróxido de hidrógeno, noción sostenida por la química atmosférica clásica y que ha persistido durante muchos años. Actualmente son considerados responsables de la mayor parte de estas oxidaciones los radicales libres de alta reactividad, como el hidróxilo y el hidroperoxilo, que están presentes en la atmósfera en concentraciones del orden de las 10 pptV

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6. CICLO ATMOSFÉRICO DEL AZUFRE Y EL NITRÓGENO

RADICALES LIBRES

Antes de describir el ciclo del azufre y el nitrógeno, presentamos una breve noción de la formación de radicales libres, la causa principal de las oxidaciones en la atmósfera.

Estas especies químicas tienen un electrón no apareado en la capa exterior y esto les da afinidad para adicionar un segundo electrón, el que las hace actuar como oxidantes poderosos en las pequeñas concentraciones en que se encuentran. De todos los radicales libres presentes en la atmósfera, el hidróxilo parece ser el de mayor incidencia.

La producción del radical hidroxilo se inicia con la fotólisis del ozono. En la atmósfera superior; el ozono se forma principalmente por acción de la radiación solar sobre el oxígeno molecular:

O2 hv (l - 175nm)  O (3P) + O (1P)O2 + hv ( l - 242nm) 2O (3P)

O (3P) + O2 + M  O3 + M(M = N2 o = O2)

En la atmósfera inferior, los procesos productores de ozono implican la absorción de radiaciones solares por el dióxido de nitrógeno:

NO2 + hv (l - 430nm)  NO + O (3P)O (3P) + O2 + M  O3 + M

O3 + NO NO2 + O2

Cuando el ozono absorbe un fotón en las proximidades del ultravioleta, con una longitud de onda menor a 315 nm, se produce un átomo de oxígeno eléctricamente excitado:

O2 + hu (l - 315nm)  O(1D) +O2

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La transición O(1D)O(3P) no es fácil y el átomo de oxígeno excitado, O(1D), tiene tiempo de vida relativamente largo, unos 110 s. En las capas más bajas de la atmósfera puede dar lugar a dos reacciones:

O(1D) + M  O(3P) + MO(1D) + H2O  2OH

Esta segunda reacción es la fuente principal de radicales hidroxilo en la tropósfera.

Los radicales de hidroxilo frecuentemente reaccionan con monóxido de carbono o metano:

CO + OH  CO2 + HCH4 + OH CH3 + H2O

Los radicales hidrógeno y metil formados se combinan rápidamente con oxígeno molecular formando radicales hidroperoxil (HO2) y metilperoxil (CH3O2).

El radical hidroperoxil puede regenerar OH

HO2 + NO  NO2 + OHHO2 + O2  2O2 + OH

Aunque también puede llegar a la formación de agua y peróxido de hidrógeno que son arrastrados por la lluvia:

HO2 + OH  H2O + O2

HO2 + HO2 H2O2 + O2

La química del radical hidroperoxil es mucho más compleja y parece ser que por oxidación conduce a la producción de monóxido de carbono, CO.

6.1. CICLO ATMOSFÉRICO DEL NITRÓGENO:

Los principales compuestos de nitrógeno presentes en la atmósfera son las formas oxidadas NO, N02 y HNO3, que están relacionadas químicamente entre sí por una serie de reacciones cíclicas.

La fuente principal de óxido de nitrógeno atmosférico es la reacción entre el oxígeno y el nitrógeno del aire empleado en procesos de combustión a temperaturas elevadas, el cual es oxidado rápidamente a dióxido, principalmente en presencia de iones hidroperoxil:

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NO + HO2  NO2 + OH

Esta reacción no sólo regenera el radical hidroxilo a partir del hidroperoxil, sino que también conduce a la formación de ozono:

NO2 + hu  NO + OO + O2 + M  O3 + M

Como se ha descrito anteriormente, el NO reacciona también con el ozono para formar N02, y así como el CO produce una disminución del radical OH, el NO ocasiona un aumento de este radical con la correspondiente potenciación de la acción oxidante del medio.

Las mediciones de las especies oxidadas del nitrógeno NO, NO2 y HNO3 indican que la distribución troposférica de las mismas no es afectada fuertemente por focos urbanos, como sucede con el CO. La razón de esta aparente diferencia es la velocidad relativamente rápida a la cual los óxidos de nitrógeno son eliminados a la atmósfera. Después de la emisión a la atmósfera, el NO pasa rápidamente a NO2, según las reacciones descritas. El NO2 reacciona con el radical OH y forma HNO3, el cual es altamente soluble y se elimina fácilmente con la lluvia.

OH + NO2  HNO3

Cuando no hay hidrocarburos en la atmósfera, el ozono reacciona con el NO para formar NO2 y las cantidades de O3 no son significativas. Más en presencia de radicales orgánicos oxigenados y minerales, el NO se oxida rápidamente a NO2:

ROX + NO  ROY + NO2

Por lo que el ozono se acumula en el ambiente atmosférico. Los productos de la reacción forman una mezcla compleja de sustancias, en la cual el ozono se encuentra en gran abundancia.

Por reacción del dióxido de nitrógeno con radicales acilperoxil se pueden formar cantidades menos importantes de sustancias como el nitrato de peroxiacetil (PAN):

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RCO2 + NO2  RCOONO2

Un producto que se ha podido identificar en cámaras de smog y que se ha caracterizado como muy estable es el perácido nítrico (HO2NO2).

En definitiva, se puede decir que el ácido nítrico se forma en la atmósfera por oxidación del dióxido de nitrógeno, principalmente por reacción con el radical hidroxil:

NO2 + OH  HNO3

La presión de vapor del ácido nítrico es alta, de manera que no se condensa en cantidades apreciables y permanece en fase gaseosa. La reacción con el amoniaco produce la formación de nitrato de amonio sólido, a humedades relativas del orden de 62%, dando lugar a la formación de aerosoles:

NH3 (g) + HNOg  NH4NO3(s)

 

Figura 2 Ciclo atmosférico del nitrógeno.

El equilibrio de esta reacción, que depende de la temperatura constituye el proceso de conversión de gas a partículas por la formación de aerosol de nitrato.

6.2. CICLO ATMOSFÉRICO DEL AZUFRE

El hecho de que la presencia de compuestos de azufre reduzca la calidad del aire y aumente la acidez del agua de lluvia ha provocado un aumento del interés en el conocimiento del ciclo atmosférico del azufre, y aun cuando la química atmosférica de este elemento es

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complicada y no se conoce a fondo, sí se ha logrado identificar la mayor parte de los compuestos correspondientes.

El principal compuesto de azufre presente en la atmósfera es el dióxido, el cual puede ser introducido directamente a partir de los procesos de combustión de combustibles fósiles o puede provenir de la oxidación de las formas reducidas del azufre, procedentes principalmente de procesos biogénicos (CS2, CH3SCH3, CH3 SSCH3, H2S, etc.). El proceso final es la conversión de SO2 en ácido sulfúrico y la incorporación de este ácido a las gotas de niebla y a los aerosoles.

Esta oxidación puede ser iniciada por la reacción en fase gaseosa del dióxido de azufre con el radical hidróxilo, por las reacciones en fase líquida en las gotas de niebla, que incluyen el dióxido de azufre disuelto y agentes oxidantes tales como peróxido de hidrógeno o el ozono, o por reacciones en las superficies sólidas de los aerosoles. La separación de los aerosoles y gotas de niebla que contienen H2SO4 en forma de precipitaciones devuelven el azufre a la superficie de la Tierra y cierra el ciclo del azufre atmosférico.

Figura 3 Ciclo atmosférico del azufre.

La reacción más importante de oxidación en fase gaseosa del SO2 atmosférico es la de este producto con radicales libres como el hidróxilo, el hidroperoxilo y el metilperoxilo. Parece ser que, entre todos estos radicales, el hidróxilo es el principal responsable de esta oxidación:

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SO2 2OH H2SO4

El ácido formado tiene una presión de vapor baja y se condensa fácilmente en presencia de H2O.

De la misma manera que el ácido nítrico, también el ácido sulfúrico puede dar lugar a un proceso de transformación de gas a partículas sólidas por reacción, principalmente, con el amoniaco presente en la atmósfera:

NH3(g) + H2SO4(g) D NH4HSO4(s)

NH3(g) + NH4HSO4(g)D (NH4)2(SO4(s))

La composición química del aerosol se caracteriza por las fracciones molares de los componentes NH4 HSO4 y (NH4)2SO4, que se pueden calcular si se conocen las concentraciones iniciales en fase gaseosa de los compuestos NH3 y H2SO4.

7. LLUVIA ÁCIDA

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.

La influencia de la lluvia ácida, sobre la velocidad de corrosión de los metales depende de dos factores fundamentalmente. En primer lugar, del metal, cuya naturaleza determinará su sensibilidad a la lluvia ácida y, en segundo lugar, del nivel de concentración general de la zona de estudio.

Ello es debido a la existencia de interacciones sinérgicas entre distintos contaminantes sobre la velocidad de corrosión, algunos relacionados directamente con la lluvia ácida, tal y como ocurre con los cloruros y SO2,

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que actúan sinérgicamente sobre la velocidad de corrosión del acero, de ahí que no tiene sentido hablar del pH de agua de lluvia sin relacionarlo con los niveles de otros contaminantes.

Además, se puede desdoblar el efecto de la precipitación ácida desde dos puntos de vista. Por un lado, la influencia de la deposición húmeda en sí, o lo que es lo mismo, el efecto del pH sobre la velocidad de corrosión, y por otro lado, la deposición seca, es decir, la existencia de contaminantes gaseosos y deposición de partículas en la atmósfera que rodea el metal, lo que genera los fenómenos de superficie.

A las consideraciones anteriores, hay que sumar los efectos que sobre el proceso corrosivo tiene la lluvia, sin tener en cuenta el que ésta esté o no afectada por el fenómeno de la acidificación.

7.1. FORMACIÓN DE LA LLUVIA ÁCIDA:

En regiones con aire limpio el agua de lluvia alcanza valores de pH de 5,6 unidades, es decir levemente ácida, debido a la formación de ácido carbónico (H2CO2) en el ambiente, un compuesto que resulta de la reacción del dióxido de carbono (CO2), producido por las plantas y otros organismos, con la humedad (H2O). En estas condiciones la acidez del agua de lluvia se considera natural y no daña al ambiente, incluso se considera indispensable para conservar el equilibrio ecológico

El fenómeno de lluvia ácida, definido técnicamente como depósito húmedo, se presenta cuando el dióxido de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx) reaccionan con la humedad de la atmósfera y propician la formación de ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido nítrico (HNO3), respectivamente. Estos ácidos fuertes que dan el carácter ácido a la lluvia, nieve, niebla o rocío, se miden en las muestras de agua recolectadas en forma de iones sulfatos (SO4²¯) y nitratos (NO3¯), respectivamente. Otros elementos que propician este fenómeno son: cloro, amoniaco, compuestos orgánicos volátiles y partículas alcalinas

Los compuestos que modifican el pH del agua de lluvia provienen de fuentes naturales biogénicas (compuestos provenientes del océano, de las mareas, etc.), no biogénicas (provenientes de la geotermia, combustión y aerosoles provenientes del suelo y agua) y fuentes

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antropogénicas que emplean combustibles fósiles (industria, transporte, hogar).

Estos compuestos pueden transportarse por viento y depositarse en la superficie terrestre por acción de la gravedad en forma de polvo, el cual se denomina técnicamente como depósito seco.

Los contaminantes atmosféricos que acarrea la lluvia (depósito húmedo) o que se precipitan por gravedad al suelo (depósito seco), reciben el nombre genérico de depósito atmosférico e incluye aerosoles, gases y partículas. Su constitución química produce en mayor o menor escala la acidificación del agua de lluvia.

7.2. PREVENCION DE LA LLUVIA ACIDA:

La lluvia ácida es un problema que puede solucionarse por medio de varias medidas:

Utilización de técnicas de neutralización de la acidez de las aguas, como el agregado de sustancias que actúen de base o la ubicación de filtros. No obstante, se trata de técnicas caras que sólo pueden servir para solucionar el problema a corto plazo.

Disminución de la emisión de los gases nocivos. En definitiva, se trataría de cortar el problema de raíz, reduciendo el uso del petróleo, el gas y el carbón y apostando por las energías renovables en la industria y el transporte.

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Mejora de las tecnologías. El uso más eficiente y racional de la energía, así como la aplicación de mejores sistemas de limpieza de los gases desprendidos, contribuiría también a reducir el problema.

8. ALCANCE DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

Es un hecho bien comprobado, a través de la experiencia práctica que se tiene sobre el comportamiento de estructuras reales y por los resultados de numerosos ensayos, que la velocidad de corrosión de los metales en la atmósfera puede ser decenas e incluso centenares de veces mayor en unos lugares que en otros, lo que justifica el interés en conocer las variables fundamentales que actúan en la corrosión atmosférica.

En la tabla I se exponen los rangos de velocidades de corrosión encontrados para el acero al carbono, cinc, cobre y aluminio en la Red Iberoamericana de Ensayo de Materiales en la Atmósfera (Proyecto MICAT (6)).

8.1. PREDICCIONES DE LA CORROSIÓN A CORTO PLAZO:

Como puede observarse al analizar la tabla II, en las funciones de daño interviene un número reducido de variables significativas: algún parámetro meteorológico, HR, temperatura, o una combinación de ambas (tiempo de

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humectación), número de días de lluvia, etc., y, por lo general, siempre la contaminación de la atmósfera por S02 y/o cloruros. A la hora de realizar predicciones de la corrosión anual, el conocimiento de los parámetros meteorológicos en una determinada región no suele presentar grandes inconvenientes, con la presencia de bancos de datos meteorológicos.

8.2. PREDICCIONES DE LA CORROSIÓN A LARGO PLAZO

El conocimiento del dato de corrosión atmosférica a largo plazo (10, 20 ó más años) constituye una información de enorme interés para los ingenieros de diseño y expertos en corrosión a la hora de realizar distintos cálculos de ingeniería de la estructura metálica y dictaminar las medidas más adecuadas de protección anticorrosiva.

Existen dos formas de realizar las estimaciones de corrosión atmosférica para largos períodos de tiempo, una basada en la norma ISO 9224, y otra en la aplicación de una función potencial (ley bilogarítmica), comúnmente empleada por los investigadores en corrosión atmosférica

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ISO, en su norma 9224, ha establecido unos valores guía de corrosión basados en la experiencia que se tiene de estudios de corrosión atmosférica de larga duración realizados en distintos países.

Por otro lado, se admite generalmente, que la variación de la corrosión atmosférica con el tiempo sigue una ecuación del tipo:

C = Atn

En la que C es la magnitud de la corrosión al cabo de t años, A es la corrosión después del primer año de exposición (corrosión anual) y n un exponente, generalmente inferior a la unidad, función a su vez del tipo de atmósfera y composición del metal. Parece general la utilidad de esta ley potencial para predecir el progreso de la corrosión, aun después de largo tiempo, con diferentes materiales metálicos.

De acuerdo con la ecuación, los datos referentes a la corrosión anual, A, sirven también para hacer extrapolaciones del comportamiento para períodos de tiempo mucho más largos.

La tabla III muestra los rangos de n obtenidos para las distintas atmósferas.

9. METODOS DE PREVENCION DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA:

Selección de materiales apropiados en el diseño

Cambios de ambiente (uso de inhibidores, control de PH, desaireación).

Recubrimientos metálicos

Pinturas

Técnicas electroquímicas:

Protección anódica

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Protección catódica

9.1. INHIBIDORES DE CORROSION:

Un inhibidor de corrosión es un material que fija o cubre la superficie metálica, proporcionando una película protectora que detiene la reacción corrosiva. Los recubrimientos inhibidores de corrosión más efectivos, en un tiempo, fueron los materiales de base aceite o solvente. En años recientes los productos de base agua han sido desarrollados y están siendo utilizados con gran éxito.

Los inhibidores de corrosión cumplen con las siguientes características principalmente: Revisten química y/o físicamente las superficies metálicas.

Forman una barrera que aísla la humedad y el oxígeno de la superficie metálica.

Pueden neutralizar la alcalinidad o acidez de la superficie.

Los inhibidores de corrosión de base agua funcionan modificando las características de las superficies del metal para disminuir su susceptibilidad a la formación de la oxidación y la corrosión. Normalmente se venden concentrados y requieren ser diluidos con agua, haciéndolos menos costosos que la mayoría de los productos de base aceite.

Los inhibidores de base agua pueden prevenir efectivamente la corrosión para largos periodos de tiempo (desde semanas hasta meses) bajo condiciones razonables de almacenaje en planta y embarque protegido.

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9.2. PINTURAS

El empleo de pintura inhibe el proceso de corrosión, se puede aplicar sobre superficies de muy diversas y complicadas formas, aislando el metal de los agentes climáticos u otros factores que producen degradación del material desnudo.

Por lo general las pinturas actúan formando una barrera protectora contra la acción del oxígeno y otros elementos agresivos que provocan reacciones sobre el hierro formando óxido.

Algunas pinturas más sofisticadas tales como la Pintura al Silicato (silicatos de zinc), además de ofrecer esta protección pasiva, lo hacen en forma activa, y deben ser aplicadas por personal experto bajo un control cuidadoso.

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