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Importancia de la preparación de superficies
ferrosas en la protección de equipos e instalaciones industriales contra la corrosión
Prof. Xavier Figarella Gerente de Desarrollo Tecnológico
Universidad Metropolitana
Propósito
Dar a conocer la importancia y alternativas en la preparación de superficies ferrosas en la protección de equipos e instalaciones industriales contra la corrosión.
Contenido
• Corrosión electroquímica
• Preparación de superficies ferrosas
– Sandblasting
– Inhibidores de corrosión
– Convertidores de óxido
Fe Fe+2(ac) + 2 e-
Fe´2(ac) Fe+3
(ac) + e-
Fe+2 Fe+3
Fe(OOH)
Metal
Herrumbre
Cátodo Ánodo O2 + 2 H2O + 4 e- 4 OH-
Agua O2 (Disuelto)
Corrosión Electroquímica
Factores que aceleran el proceso de corrosión
• Presencia de electrolitos (sales solubles)
• Humedad ambiental
• Acidez del medio (pH)
• Temperatura
• Características de la superficie
• Otros
Composición del herrumbre
• Geothita: Fe2O3.H2o • Lepidocrotita: Fe2O3.H2O
• Magnetita: Fe3O4
• Hidróxido Férrico : Fe(OH)3
Influencia de la presencia de herrumbre en la corrosión
• El Herrumbre presenta muy poca adherencia a la superficie del metal y además es hidrófilo.
• El oxigeno disuelto en la humedad ambiental en contacto con el metal hace que continúe y se favorezca el proceso de corrosión:
Importancia del control de la corrosión
En países industrializados, las pérdidas económicas a consecuencia de la corrosión alcanzan 3% del PIB. Para el caso de Panamá, esto representaría alrededor de 626 millones de dólares por año.
Lo anterior solo contempla las pérdidas estrictamente físicas y materiales. Esto no toma en consideración que la corrosión también acarrea problemas de seguridad industrial y de daños al ambiente, con pérdidas indirectas no ponderadas.
Costos asociados
Métodos de preparación de la superficie
• Métodos abrasivos (Sandblasting)
• Métodos químicos
– Inhibidores de corrosión
– Tratamientos ácidos
– Convertidores de óxido
Sandblasting - Normas de Preparación de Superficies
• Normas Sandblasting
Grados de Herrumbre
• Grados de herrumbre
Limitaciones del Sandblasting Contaminación
Limitaciones del Sandblasting Contaminación
Limitaciones del Sandblasting Salud laboral
Limitaciones del Sandblasting Salud Laboral
• Silicosis: es una enfermedad fibrósica-pulmonar de carácter irreversible y considerada enfermedad profesional incapacitante en muchos países.
La exposición intensa al sílice puede causar esta enfermedad en un año o menos, pero, por lo general, toma al menos 10 ó 15 años de exposición antes de que se presenten los síntomas. [Peters 1986; Ziskind et al. 1976].
la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (Occupational Safety and Health Administration, OSHA) ha establecido limitaciones al uso del Sandblasting.
• Se preparan con una técnica conocida como “sandblasting”
• Consiste en aplicar un chorro de arena sobre la tela vaquera
• Se estima que cerca de 5.000 empleados están afectados de silicosis
Limitaciones del Sandblasting Salud Laboral
Preparar vaqueros desgastados causa decenas de muertes en varios países
Limitaciones del Sandblasting Variables operacionales
La eficiencia del sandblasting depende de una serie de variables operacionales que deben ser estrictamente controladas para asegurar la productividad del proceso: • Tipo de boquilla • Diámetro y dureza del material abrasivo • Presión • Relación aire/abrasivo • Pericia del operario
Limitaciones del Sandblasting Variables operacionales
• Ejemplo: Efecto del tamaño del abrasivo sobre el patrón de anclaje (grado de rugosidad que posee una
superficie)
Inhibidores de Corrosión
Son compuestos químicos que se incorporan al medio corrosivo para retardar el proceso de corrosión.
• Condiciones que deben cumplirse:
1. Eficacia a bajas concentraciones
2. No modificar propiedades del medio
3. No tóxicos
4. Bajo costo
Los inhibidores de corrosión se clasifican como catódicos, anódicos o mixtos dependiendo de la reacción de corrosión que cada uno controla.
Inhibidores de Corrosión
• Los inhibidores de corrosión más comunes son:
• Anódicos: molibdatos, ortofosfatos, nitritos, silicatos;
• Catódicos: zinc, polifosfatos, fosfonatos.
Inhibidores de Corrosión Limitaciones
Los pretratamientos basados en diferentes ácidos minerales(Fosfatado) presentan serias limitaciones:
1. Las sales formadas en la interface metal / película usualmente generan abundante ampollamiento osmótico.
2. Además, en lo referente a las soluciones que incluyen
ácido ortofosfórico y fosfatos metálicos, no se alcanza una importante pasividad dado que la reacción con las diferentes capas de óxidos de hierro es marcadamente heterogénea.
Ampollamiento Osmótico
• Lamina con ampollamiento
¿Qué es un convertidor de óxido?
• El convertidor de óxido es un material que actúa químicamente transformando el herrumbre en compuestos inertes y estables, formando una barrera protectora contra la corrosión.
• Cuando la formulación incluye un copolímero biodegradable, el resultado es una doble capa de protección, inclusive antes del recubrimiento final.
Convertidores de Óxido
• Rust converters are solutions or primers designed to be applied directly to a rusty surface to convert residual rust on steel surfaces to harmless and adherent chemical compounds.
• Unlike the standard scrape, prime, and paint regime, the user does not have to bring the surface down to bare metal. These in turn are able to develop a protective film Rust chemistry on the metal surface that protect against rust. http://events.nace.org/library/corrosion/MetalCoatings/rust-converter.asp
Convertidores de Óxido Referencias
• Conversion of synthetic phase components of rust in aqueous solutions of oak tannin, of phosphoric acid, and of both these substances is described. The main components of atmospheric rust (viz., lepidocrocite, goethite, and magnetite) have been converted. Time of conversion ranged from 1 day to 12 months. The investigations were carried out using infrared spectroscopy.
• . Gust (1991) Application of Infrared Spectroscopy for Investigation of Rust Phase Component Conversion by Agents Containing Oak Tannin and Phosphoric Acid. Corrosion: June 1991, Vol. 47, No. 6, pp. 453-457. J. Gust (1991) Application of Infrared Spectroscopy for Investigation of Rust Phase Component Conversion by Agents Containing Oak Tannin and Phosphoric Acid. Corrosion: June 1991, Vol. 47, No. 6, pp. 453-457.
c
• Use of Mössbauer Spectroscopy to Study Reaction Products of Polyphenols and Iron Compounds
• J. Gust 1, J. Suwalski 21Building Research Institute, Filtrowa 1,
00-950, Warsaw, Poland.
• 2Atomic Energy Institute, 05-400, Otwock-Swierk, Poland.
Convertidores de Óxido Referencias
• Mössbauer spectroscopy was used to study parameters of the reaction products of iron compounds (FeIII) and polyphenols with hydroxyl (OH) groups in ortho positions. Polyphenols used in the reaction were catechol, pyrogallol, gallic acid, and oak tannin. The Fe-containing compounds were hydrated ferric sulfate (Fe2[SO4]3·nH2O), lepidocrocite (γ-FeOOH), goethite (α-FeOOH), magnetite (Fe3O4), and the carbon (C) steel corrosion products containing γ-FeOOH, α-FeOOH, and Fe3O4. Within a pH range of 1 to 7, all the polyphenols were shown to form with FeIII sparingly soluble complexes that were mixtures of mono- and bis-type complexes with different Mössbauer parameters. Parameters of each of the complex types were similar irrespective of the structure of the polyphenol used. A mixture of the mono- and bis-type complexes also formed as a result of a reaction between rust-phase components and oak tannin in an aqueous solution. When the reaction occurred on a surface of the rusted steel coated with an oak tannin solution, mainly mono-type complexes were formed. These complexes imparted anticorrosive properties to the converted rust.
Convertidores de Óxido Referencias
Universidad de Panamá
“ Estudios de caracterización de productos de reacción entre materiales férreos y extractos acuoso de plantas”
Elizabeth Garcia de Sardaña.
Tesis de Maestría en Ciencias
Año 2000
Convertidores de Oxido Mecanismo de Acción
• Diagrama de Pourbaix
Comparación de Costos
• Sandblasting:
El costo aproximado está entre 30 y 35 $/ m2
• Tratamiento por convertidor de óxido:
El costo aproximado está entre 1 y 2 $ por m2, dependiendo del costo, rendimiento del convertidor y estado de la superficie.
¿Qué es un convertidor de óxido?
• El convertidor de óxido es un material que actúa químicamente transformando el herrumbre en compuestos inertes y estables, formando una barrera protectora contra la corrosión.
• Cuando la formulación incluye un copolímero biodegradable, el resultado es una doble capa de protección, inclusive antes del recubrimiento final.
¿Cómo se evalúa la eficiencia del método de preparación de la superficie?
• Poder Protector Total
El Poder Protector Total es una variable experimental que se evalúa a través del grado de ampollamiento y presencia de oxido en probetas que han sido sometidas a ensayos de corrosión acelerada según la normativa ASTM D-714-74.
Su variación con las horas de inmersión en cámara salina esta relacionada directamente con la frecuencia de los ciclos de mantenimiento. Se estima que cuando el poder protector total (PPT) alcanza al 40% se debe realizar un mantenimiento mayor. En el caso del Kill Ox los ensayos de laboratorio registran un período de 40.7 años
Análisis Visual
Poder Protector Total
Poder protector (PP) = Número de densidad(ND) * Número tamaño (NT) (PP)c = Poder protector en ampollamiento alrededor del corte (PP)a = Poder protector en ampollamiento al azar (MO)c = Manchas de oxido cercanas al corte (MO)a = Manchas de oxido al azar
PPT = (PP)c + (PP)a + (GH) + (MO)c + (MO)a % PPT = [PPT*100]/250
Ampollamiento:
Poder protector total:
Las probetas (muestras) fueron sumergidas en una solución salina (NaCl al 5%) a 30oC, y evaluadas por un término de 500, 1000 y 1500 horas, a fines de determinar el Poder Protector Total (% PPT) y establecer una comparación de la efectividad pasivadora sobre superficies ferrosas del producto Kill Ox® comparado con la superficie preparada por el método de decapado mecánico con chorro de arena (sandblasting), y posteriormente tratadas con fondos epoxídicos, y pinturas alquídicas.
Pruebas de laboratorio
1 2 3 4
Laminas recubiertas con el convertidor, fondo y pintura. (1) Lamina original. (2) Con recubrimiento Kill OX® . (3)Con Fondo Epoxi. (4) Con
Pintura alquídica
Prueba de Cámara salina ASTM B-117 Universidad Metropolitana Venezuela
Pruebas de laboratorio
Resultados
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00
0 horas
500 horas
1000 horas
1500 horas
Prob sin Kill Ox
Prob con Kill Ox
Comparación del % de PPT en probetas bajo prueba, con y sin Kill Ox en función del tiempo
Resultados
70.00
75.00
80.00
85.00
90.00
95.00
100.00
0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.00
Prob con Kill Ox Prob sin Kill Ox
Descenso del % PPT en función del tiempo en años
Resultados
% PPT Años protección
Probeta con Kill Ox® 40,7
Probeta sin Kill Ox® 5,3
De acuerdo a las pruebas realizadas, se determino la siguiente relación máxima de Protección para llegar al 40% de PPT
El Kill Ox® además de brindar un mayor poder protector total a la superficie, en términos de adhesión, demostró una perfecta compatibilidad entre los recubrimientos utilizados :
Acero - Kill Ox®
Kill Ox ® - Fondo epoxi
Fondo epoxi - acabado alquídico
1
2
3
Resultados
Prueba de Planta: Petrobunker, Colón, Panamá
Prueba de campo
Aplicación de pintura 24 h después
del curado final
Prueba de campo
Contactos
• VP Producción Especialidades: Eduardo Lander [email protected]
• Gerente Desarrollo Tecnológico: Xavier Figarella [email protected]
• Cel 62377645
• Teléfonos: 507 2038490/ 2038491
• www.ecotekgrp.com
