Parte i Fundamentos Corrosion Subterranea Original (1)

Fundamentos de la Corrosin Subterrnea

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FUNDAMENTOS DE LA CORROSION SUBTERRANEA EN LINEAS DE TRANSMISION PARTE I Por el Ing. Carlos A. Gold

ABSTRACT: Es muy comn observar tipos constructivos de puestas a tierras y especificaciones tcnicas de pliegos en las ms variadas lneas y niveles de tensiones con flagrantes contradicciones bajo el punto de vista de la corrosin. Tambin hay muchos artculos tcnicos donde se explicitan las ventajas del uso del cobre en vez del acero galvanizado como materiales de puestas a tierras. Si bien esto es verdad, no lo es en forma absoluta y se podra cometer grandes errores de facilitar la corrosin si no se analiza los dems elementos metlicos enterrados, como ser anclajes de riendas en torres arriendadas y casos equivalentes, de los ms variados El Ingeniero especialista en lneas de transmisin debe conocer los conceptos de la corrosin, por lo menos los ms bsicos, de manera de entender cul es el problema y en consecuencia la forma de evitarlo, como en algunos casos concretos de pares galvnicos y en otros sino evitarlos, por lo menos minimizarlos. Por ltimo, como

la falta de corrosin absoluta no es posible , es tambin muy necesario conocer los fundamentos de la proteccin catdica para controlar la corrosin, que ms que evitar, reemplaza el elemento que se corroe por otro elemento sustituto diseado a ese fin. Dicho tema ser tratado en la parte II. En este artculo, parte I, se pretende dar los lineamientos bsicos de manera didctico y suficientemente explcito que ayuden a entender y controlar los problemas de corrosin que siempre existen, y que las ms de lo que pueda suponerse, son ignorados. En otro artculo se explicarn los fundamentos de la proteccin catdica.. El autor espera brindar dar mayor informacin a los Ingenieros Electricistas para mejorar las duracin de las puestas a tierras de las lneas de transmisin y al mismo timepo intercambiar opiniones con los que se interesen en el tema.

Conceptos bsicos Generales:Una significativa cantidad de energa es puesta dentro de un metal cuando es extraido desde su mineral, colocndolo en un nivel mas alto de energa. Estos minerales son tpicamente xidos de metal tal como hematites (Fe2O3) para el acero o bauxita (Al2O3.H2O) para el aluminio. Un principio fundamental de la termodinmica dice que un material siempre tiende al estado ms bajo de energa. En otras palabras, la mayora de los metales son termodinmicamente inestables y tienden a reaccionar con algo en su ambiente (ej. oxigeno agua) de manera de alcanzar un estado ms bajo y estable de energa, tal como un xido. Si dejamos actuar a la naturaleza, enterrando por ejemplo un metal, ste busca un nivel ms bajo de energa y tiende a transformarse en el mineral que le dio origen, un xido. Potencial de electrodos: La corrosin en las metales ms comunes usualmente involucra al agua..Bajo tierra, el suelo hmedo y en la atmsfera el aire hmedo. El proceso de corrosin ocurre cuando los electrones retirados del metal, la reaccin de oxidacin, son consumidos por otra reaccin, la de reduccin, como por ejemplo reduccin de Oxgeno, en el mismo u otro metal galvnicamente conectado. Los electrones desprendidos del metal o parte del metal que hace de

nodo, donde se produce la oxidacin pasan a travs del propio metal a la zona que hace de ctodo donde se produce la reduccin. Fe Fe 2+ + 2e 4 OH

O2 + 2H2O + 4e

Tanto la oxidacin como la reduccin son procesos irreversibles y en desequilibrio, es decir cambian su estado a travs del tiempo. La Oxidacin y la Reduccin son ambos definidos como reaccin de media celda. La reaccin completa es el par de ambas medias celdas. Para que exista corrosin debe formarse una celda, es decir deben estar presentes, ya sea en el mismo sitio del metal o fsicamente separadas ambas medias celdas de oxidacin y reduccin. Cada par de reacciones de medias celdas es relacionada con una energa libre y sta a una Fuerza electromotriz reversible E La fuerza electromotriz E es un potencial, y puede ser calculado para cualquier reaccin formada por dos medias celdas . Se ha calculado el potencial de la reaccin de media celda de reduccin del Hidrgeno: 2 H + 2 e - = H2 Se ha fijado arbitrariamente que la fuerza electromotriz E de dicha reaccin es igual a cero, tomndose la reaccin de reduccin del Hidrgeno

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como referencia de las reacciones individuales de otras medias celdas. Una compilacin de estas fuerzas electromotrices de reacciones de medias celdas, se indican a continuacin: Serie de FEM, tomando a la reaccin de reduccin del Hidrgeno como patrn Reaccin Potencial de Reduccin Standar +1.200 +0.987 +0.799 +0.788 +0.401

invertida, es decir haber considerado que el aluminio sufre una reduccin y el oro una oxidacin, el clculo de E hubiese arrojado un valor negativo, lo que indica que la reaccin no se produce o lo que es lo mismo decir que no corresponde como se ha escrito. Mediciones de Potencial Para la medicin se utilizan electrodos de referencia. Se lo define como un electrodo reversible usado para medir el potencial de otros electrodos . El electrodo de referencia patrn es el de hidrgeno, pero muy incomodo de usar. Otros electrodos de referencia comunes son los de: Calomel Plata-Cloruro de Plata Cobre-Sulfato de cobre Cada electrodo de referencia est basado en la reaccin de equilibrio para su respectivo metal. Los potenciales de referencia comnmente utilizados respecto al electrodo de referencia patrn de hidrgeno son los siguientes: Potencial (V) Electrodo a 25 C Cu/sulfato de cobre +0.300 Saturado Calomel +0.241 Ag/AgCl Saturado +0.196 Ag/AgCl (agua de mar) +0.250 Electrodo de Hidrgeno 0.000 Estandar Zinc (agua de mar) -0.800 El mas usado es el electrodo de Cobre-Sulfato de cobre, y su sigla en ingls es CSE (copper sulphate electrode) y est formado bsicamente por un tubo de vidrio, con una tapa hermtica por donde pasa un electrodo de cobre inmerso en una solucin saturada de sulfato de cobre, con cristales de sulfatos de cobre para mantener saturada la solucin y hacer estable el potencial a lo largo del tiempo. El fondo del tubo tiene un material poroso, de madera tipo balsa o porcelana higroscpica, y una tapa para antenerlo cerrado. Ver esquema de la .fig a) Para usar este electrodo, se hace un hoyo en la tierra de 15 cm a 20 cm de profundidad, y si est seca se la humedece, y luego se introduce el electrodo (sin la tapa inferior) y se hace contacto (por difusin) con el suelo. Para medir el potencial de una estructura metlica enterrada se mide el

Pt2+ + 2e- = Pt Pd2++ 2e- = Pd Ag+ + e- = Ag Hg2+ + 2e- = 2 Hg O2 + 2 H2O + 4e- = 4 HOCu2 + 2e- = Cu +0.337 + 2 H + 2e = H2 0.000 Pb2+ + 2e- = Pb -0.126 Sn2+ +2e- = Sn -0.136 2+ Ni +2e = Ni -0.250 Co2+ +2e- = Co -0.277 Cd2+ +2e- = Cd -0.403 Fe2+ +2e- = Fe -0.440 3+ Cr 3e = Cr -0.744 Zn2+ +2e- = Zn -0.763 Al3+3e- = Al -1.662 2+ Mg +2e = Mg -2.363 Na+ +e- = Na -2.714 K++e- = K -2.925 Cuando las reacciones estn escritas como reacciones de reduccin, los elementos ms positivos de la serie se denominan metales nobles, tales como el oro, platino. Y los elementos ms negativos de la serie se denominan metales activos, tales como el sodio, magnesio y potasio. El potencial E de reaccin de cualquier par de dos medias celdas puede ser calculado por la siguiente ecuacin: E= E (reduccin) E (oxidacin) Donde significa que son potenciales estndar de reaccin Por ejemplo, para la reaccin Au y Al: Oxidacin : Al Al3+3e- : -1.662 Reduccin: Au3++3eAu : +1.498 E = +1.498 (-1.662) = +3.160 V Como E es positivo, la reaccin se produce tal como est escrita. Si la direccin de la reaccin fuese


Fundamentos de la Corrosin Subterrnea - 850 mV

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potencial de la estructura de acuerdo al esquema de la fig b).

-

+

a)

Electrodo de Referencia de cobresulfato de cobre CSE

Tapa Sulfato de cobre saturado Granos de S04CuElectrodo de Referencia CSE

Electrodo de cobre suelo

b) -

+ 850 mV

positivo a la estructura y el terminal negativo al electrodo de referencia CSE, registrndose las lecturas con el mismo signo de la medicin.Serie Galvnica: La serie electroqumica anteriormente descripta es derivada de datos termodinmicos y representan condiciones de equilibrio. Pero raramente encontramos tales condiciones en el mundo real, excepto para el caso de electrodos de referencias, justamente una de sus fundamentales cualidades es la de estar en equilibrio. Una seria galvnica es en apariencia similar a una serie electroqumica, pero la diferencia radica en que representa medidas de potenciales reales de los materiales ms comunes utilizados en la ingeniera y en medios usuales como suelos hmedos Se indican a continuacin una Serie Galvnica para metales comunes en suelo neutral y agua medidos en relacin a un electrodo de referencia de cobre-sulfato de cobre (CSE) .SERIE GALVANICA respecto a un electrodo de

+Electrodo de Referencia CSE

El procedimiento de la forma de efectuar las mediciones de potencial dependera si es voltmetro es analgico o digital. Cuando es analgico la defleccin de la aguja debe ser positiva, como siempre el metal enterrado es negativo respecto al electrodo de referencia de cobre se debe conectar el terminal positivo del voltmetro analgico al electrodo de referencia CSE y el terminal negativo a la estructura metlica. Esta forma de medir es como ha sido historicamente realizada para producir la defleccin positiva de la aguja de un voltmetro analgico. Como queremos indicar el potencial de la estructura metlica respecto al suelo que tiene usualmente valores negativos, cuando registramos la lectura, el signo debe ser cambiado. Sin embargo, con la utilizacin de voltmetros digitales, invirtiendo la conexin, es posible obtener lecturas directamente negativas como potencial del metal enterrado. Las medicin con voltimetro digital sera como se indica a continuacin, conectar el terminal

referencia de cobre-sulfato de cobre.Metal Carbn, grafito, coke Platino Hierro fundido con silicio Cobre, bronce, latn Acero dulce en hormign Plomo Hierro fundido (no grafitado) Hierro dulce herrumbrado Hierro dulce limpio y brillante Aluminio puro comercial Aleacin de Aluminio Zinc Aleacin de Magnesio Magnesio puro comercial Potencial en Volts, ref a CSE +0.30 0 a 0.1 -0.2 -0.2 -0.2 -0.5 -0.5 -0.2 a 0.5 -0.5 a 0.8 -0.8 -1.05 -1.1 -1.6 -1.75



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La serie fue generada por medio de la medicin de potenciales estables entre el metal y un electrodo de referencia CSE en un suelo hmedo neutro. El potencial de cada metal, en esas condiciones, es denominado: Potencial de Corrosin Potencial natural El potencial medido para cada metal puede variar considerablemente, dependiendo de : La temperatura El tipo de suelo La humedad del suelo. El tiempo de contacto del metal con el suelo antes de la medicin. Sin embargo la Serie Galvnica provee una indicacin de la posicim relativa de los diferentes metales. Un Potencial de Corrosin no es un potencial de equilibrio. El metal nunca alcanza un estado de equilibrio en un medio ambiente que favorezca la corrosin. Hay una oxidacin neta del metal para producir iones del metal y productos de la corrosin, y una reduccin neta ( consumo) de oxgeno, hidrgeno agua. Estas reacciones son irreversibles. Si fuera posible medir el potencial de equilibrio para el metal inmerso en el suelo, sera encontrado a un valor un poco ms negativo que el potencial de corrosin . De la misma manera, si fuera posible medir el potencial de equilibrio para los elementos reducidos como oxgeno, hidrgeno agua, estara a un potencial un poco ms positivo que el potencial de corrosin .. As, el potencial de corrosin est en algn punto intermedio entre los potenciales de equilibrio de ambas reacciones. Ambas reacciones estn polarizadas desde sus valores de equilibrio. La reaccin de Oxidacin del metal es llamada reaccin andica que est polarizada andicamente porque se desarrolla en el nodo(-). La reaccin de Reduccin del metal es llamada reaccin catdica que est polarizada catdicamente porque se desarrolla en el ctodo(+) Celda de Corrosin Diferencial En las celdas descriptas, la oxidacin y la reduccin ocurre fsicamente en el mismo lugar o en lugares adyacentes muy cercanos del metal.

Sin embargo, es posible que las reacciones de oxidacin y de reduccin estn separadas en la superficie de un metal, donde la oxidacin del metal ocurre predominantemente en un sitio mientras que la reaccin de reduccin ocurre en otro sitio. En estos casos nos referimos a una celda de Corrosin Diferencial, de la que nos ocuparemos de aqu en adelante. Esquema Bsico de Corrosin Diferencial: (Anodo y Ctodo estn separados) Electrolito

ANODO (-)

Metal

CATODO (+)

CATODO (+)

Electrolito

En la figura se representa el metal con sus dos media celdas, la nodica (-) y la catdica (+). Las flechas indican el sentido de la corriente contnua, definida como el flujo de cargas positivas (iones +) dentro del metal y dentro del electrolito. El flujo de los electrones tendrn en consecuencia el sentido contrario a la corriente. Dentro del metal el sentido de la corriente contnua es desde el ctado hacia el nodo (de + a -). Dentro del electrolito el sentido de la corriente contnua es desde el nodo hacia el ctado (de - a +). El proceso de corrosin involucra la remocin de electrones de la superficie del metal (reaccin de oxidacin) y el consumo de esos electrones por la reaccin de reduccin, tales como reduccin de oxgeno agua. Por ejemplo: Oxidacin: Fe Fe ++ + 2 e Reduccin de Oxgeno: O2 + 2 H2O + 4 e 4 OH Reduccin de Agua: 2H2O + 2 e H2 + 2OH La oxidacin es comnmente llamada reaccin andica y la reduccin reaccin catdica.. Ambas reacciones electroqumicas son necesarias para



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que ocurra la corrosin. Los electrones liberados por la reaccin de oxidacin son consumidos por la reaccin de reduccin de tal manera de mantener neutra la carga. De otra manera se desarrollara muy rapidamente una gran carga negativa entre el metal y el electrolito y el proceso de corrosin cesara. La reaccin de oxidacin causa la prdida de metal y la reaccin de reduccin causa la ganancia proteccin del metal . Condiciones para que exista corrosin: Hay cuatro componentes necesarios para que exista una celda de corrosin diferencial: 1. Debe haber un nodo. 2. Debe haber un ctodo. 3. Debe haber una conduccin elctrica metlica conectando el nodo y el ctodo (puede ser el mismo metal, un conductor independiente) 4. El nodo y el ctodo deben estar inmersos en un electrolito elctricamente conductivo. Normalmente suelo hmedo Usualmente se analiza el recorrido de la corriente contnua en el electrolito. Veamos el siguiente croqui: Se define al nodo como el lugar del metal desde donde sale la corriente e ingresa al electrolito y el ctodo es el lugar del metal a donde llega la corriente desde el electrolito. Veamos los esquemas a), b) y c) que slo difieren en la forma de esquematizarse.

b)

conductor

Anodo

Ctodo

Electrolito

Sale la cte

Entra la cte

La circulacin de corriente electrolito.

se cierra por el

De la simple observacin de cualquiera de los esquemas obtenemos conclusiones muy importantes: 1) Si no hay electrolito, el circuito queda abierto, no hay corriente y por ende no hay corrosin.. 2) De la misma manera, si no hay un camino metlico (conductor conexin galvnica) entre el nodo y el ctodo el circuito queda abierto, no hay corriente y por ende no hay corrosin. 3) Si no hay simultneamente un nodo y un ctodo no se genera el potencial E no hay corriente y por ende no hay corrosin. Esquema c)Ctado

a)

Electrolito(nodo) (ctodo)

ElectrolitoAnodo

Si analizamos dentro del metal o conductor metlico que los vincula el sentido es el inverso. La corriente dentro del conductor metlico sale desde el ctodo y entra al nodo. El nodo y el ctodo pueden ser diferentes metales, unidos galvnicamente (conductor).

La aplicacin de estos conceptos sirve para entender la forma mecanismo de eliminar la corrosin. Se vern diferentes casos muy comunes en las lneas de transmisin. Hay veces que no es posible eliminar la corrosin, entonces el recurso



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es minimizar lo ms que se pueda y aplicar una proteccin catdica que se ver ms adelante. Para entender mejor el mecanismo de corrosin es necesario conocer los diferentes tipos de corrosin. Tipos de Corrosin Diferencial Hay varios tipos de corrosin diferencial, y pueden coexistir varios tipos simultneamente. Corrosin Diferencial Galvnica: En el caso de corrosin galvnica, la diferencia de potencial es creada por la presencia de diferentes metales. Refirindonos a la serie galvnica descripta, cada material tiene un potencial natural potencial de corrosin diferente en un entorno dado (en un determinado electrolito). Cuando estos metales son unidos, acoplados elctricamente, el metal con el potencial de corrosin ms positivo es catdicamente polarizado, reduciendo su porcentaje de corrosin, mientras que el metal con potencial de corrosin ms negativo de la cupla es andicamente polarizado, incrementando su porcentaje de corrosin. La corrosin galvnica puede ser muy destructiva en las estructuras bajo tierra, denominando genericamente como estructuras a todos los elementos metlicos enterrados, como ser barras y cables de cobre, barras y cables acero galvanizado, barras de acero dentro de hormign y en casos muy especiales aluminio, ya sea formando parte de las puestas a tierras como jabalinas, conectores de unin, y cables extendidos denominados contrapesos; como acero en las armaduras de las fundaciones, y como barras de acero galvanizado en los anclajes de las riendas . Las cuplas galvnicas se forman por la presencia de dos metales diferentes, (en la Argentina lo ms comn es el cobre y el zinc) en presencia de un electrolito. (suelo) Veamos unos croquis a) y b) de celdas de corrosin diferencial galvnicas genrico. En realidad son los mismos esquemas donde se han individualizado los metales que hacen de nodo y de ctodo. Supongamos tenemos un acero galvanizado unido con cobre. La serie galvnica nos indica que el cobre posee un potencial de corrosin potencial natural de 0,2 V respecto a un electrodo de referencia CSE, y el zinc posee un potencial de 1,1 V respecto al mismo electrodo. Este ltimo es ms negativo, por lo que actuar de nodo y se corroer (reaccin de oxidacin) y el cobre actuar como ctodo y se proteger (reaccin de reduccin).

a)

Zinc (Anodo)

Cobre (Ctodo

Electrolito

b)

Zinc

Cobre

ElectrolitoComo convencin, debemos recordar que dentro del electrolito, la corriente sale del nodo y entra en el ctodo. La circulacin de corriente entre el nodo y el ctodo se indica en los esquemas, diferenciando la direccin de la corriente que circula por el metal y por el electrolito (suelo hmedo). Una forma prctica de evitar la corrosin de dos metales diferentes en contacto directo (cupla galvnica) es interrumpir la conexin metlica entre ellos aislar la cupla elctricamente del medio (electrolito), ya sea el suelo si est enterrado o la superficie contaminada y el aire hmedo que hace tambin de electrolito en metales en contacto atmosfrico exterior. Veamos algunos ejemplos de corrosin galvnica en las lneas de transmisin: Utilizacin de Jabalina de cobre con cable de acero galvanizado: Si utilizamos una jabalina de cobre con alma de acero, comnmente denominada tipo copperweld y unimos a la torre con un cable de acero galvanizado, se formar una celda de corrosin galvnica entre el zinc del cable, que actuar como nodo, y el cobre de la jabalina que actuar como ctodo.



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stub conector Acero galvanizado

anlisis debe ser global de manera de evitar las corrosiones galvnicas que son las ms activas, y minimizando aquellas inevitables. Utilizacin de Jabalina de acero galvanizado con cable de cobre acero cobreado.Posible Celda de Corrosin galvnica

Jabalina de cobre

La corrosin del cable est garantizada y su velocidad de corrosin depender de cun conductivo es el electrolito (suelo). Para suelos con bajas resistividades y bajos PH la corrosin se produce en muy poco tiempo (meses). Para evitarla, la solucin sera no utilizar esta combinacin evitando la mezcla de metales. Si se uniformiza los metales utilizando jabalina tambin de acero galvanizado se elimina este tipo de corrosin (muy activa). La otra alternativa es homogeneizar todo con cobre, Tanto el cable como la jabalina seran de cobre y sera la ms eficaz forma de uniformar ya que se garantizara una puesta a tierra muy durable pues el cobre no es atacado por la mayora de los suelos y el porcentaje de suelos qumicamente agresivos al cobre es muy pequeo. Pero es de hacer notar que pueden existir otras estructuras subterrneas de acero galvanizado, independiente de la puesta a tierras, como ser barras de anclajes de riendas, y sean atacadas por el cobre de la puesta a tierra. En ese caso, an siendo el cobre el metal de uso industrial ms resistente a la corrosin se debera utilizar acero galvanizado como material de la puesta a tierra. Tambin se debe recordar que el cobre podra atacar al acero de las fundaciones, por lo que debera extremarse el cuidado de evitar la continuidad elctrica entre el acero de las armaduras de las fundaciones y el cable de puesta a tierra a travs del stub, por ejemplo. Como conclusin destaquemos que siempre debe haber un compromiso en la eleccin y utilizacin de los metales enterrados vinculados galvnicamnte . El

Sera el caso inverso. Se formar una celda de corrosin galvnica entre el zinc de la Jabalina, que actuar como nodo, y el cobre del cable que actuar como ctodo. Se va a corroer la jabalina. Para evitarla, la solucin sera igualmente evitar la mezcla de metales. Se uniformiza utilizando acero galvanizado tanto en el cable como en la jabalina. Haremos ms adelante una advertencia sobre los elementos de unin de cable-jabalina. Si se utiliza jabalina de cobre con alma de acero tambin se elimina la corrosin galvnica. Tanto el cable como la jabalina seran de cobre y con esto se garantizara una puesta a tierra muy durable. Esa solucin es la ideal, pero ya dijimos que hay que tener en cuenta que el cobre producira corrosin si hubiera otras estructuras de hierro enterradas, como por ejemplo las barras de acero galvanizado de los anclajes de riendas en torres arriendadas (cuyo anlisis se v ms adelante) tambin en las fundaciones de acero galvanizado tipo grillas parrillas (no es comn este tipo constructivo en la Argentina, se v ms adelante) y en menor proporcin a las armaduras de acero de la fundacin, como se observa a continuacin: Como el cable se conecta al stub y ste se conecta con el acero de la fundacin se crea un camino elctrico


Fundamentos de la Corrosin Subterrnea stub Conector Celda de Corrosin galvnica

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cobre

Jabalina de cobre

entre el acero y el cobre del cable-jabalina, establecindose un par galvnico entre ellos, siendo el nodo el acero y el ctodo el cobre. El hormign hmedo, fundamentalmente por sus porosidades y fisuras y el suelo forman en conjunto el electrolito, y con esto se tiene la cuarta condicin para que se establezca una corriente de corrosin. Es decir que a pesar que el acero de la fundacin est aparentemente protegido por el concreto, igualmente se establecer un proceso de corrosin en los aceros ms cercanos a la superficie del hormign. La solucin se logra evitando que el stub est en contacto directo con la armadura para interrumpir el puente conexin directa metlica. Como el nivel de aislacin del hormign dista mucho de ser eficiente en terrenos hmedos, es aconsejable disminuir las posibilidades de fisuras, porosidades y hoquedades por lo que es necesario una buena calidad del hormign y controlar que el espesor sea el mnimo recubrimiento necesario para proteger la armadura. No obstante, se puede presentar el caso muy especial en que se requiera que toda la fundacin acte como un electrodo de tierra, en cuyo caso es conveniente la unin franca y firme del stub con la armadura, la cual debe tener ataduras mucho ms fuertes para bajar la resistencia de contacto elctrico. En este caso es aconsejable la utilizacin slo de acero galvanizado en la puesta a tierra, y en este caso el acero de la

armadura actuar como ctodo (se proteger) y el zinc de la puesta a tierra actuar como nodo (se corroer). Esta utilizacin del macizo de fundacin como electrodo de puesta a tierra tiene el inconveniente que si se producen arcos disruptivos dentro del hormign durante el pasaje de la corriente del rayo puede partirse o quebrarse el mismo. Tambin puede producirse corrosin en el acero si algn punto de la armadura hace siempre de camino de salida de la corriente, ya sea por corrientes de rayo como por corrientes de fallas monofsicas a tierra. (Ver ms adelante corrosin por corrientes de fuga). Volviendo al caso de que se emplee cable de cobre, es muy comn observar que el cable de cobre de la puesta a tierra se conecta al stub de la torre a travs de un conector de acero galvanizado. All se genera otra celda de corrosin diferencial galvnica. Se produce entre el cable de cobre y el conector de acero galvanizado, (generalmente un conector bifilar de ranuras paralelas) que hace de nodo y el cobre del cable hace de ctodo. La unin de los metales hacen de unin conductiva.El polvo depositado sobre el conector y/o el aire hmedo hacen de electrolito y de esta manera se tienen dadas las cuatro condiciones para que se produzca la corrosin. Ser ms lenta porque en das secos la corrosin se detiene por la prctica desaparicin del electrolito conductor. Una forma de eliminar la cupla galvnica en la conexin del cable de cobre al stub de la torre, empleado en algunos casos en Brasil, es el reemplazar el conector por una pieza circular de porcelana (aislante) tipo disco plano, donde se apoya y fija el cable de cobre, que se conecta a un electrodo curvo en punta que se acerca al perfil del stub pero sin tocarlo, haciendo de explosor (gap).

Stub gap

aislante



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Con esto se elimina el contacto directo del cable de cobre con el perfil de acero (stub) y de esta manera se corta la continuidad elctrica. En el caso de la descarga de un rayo, debido a las altsimas sobretensiones que se manejan salta el arco entre el stub y el electrodo y se establece en ese momento la continuidad elctrica con la jabalina permitiendo la disipacin de la corriente del rayo. Para corrientes de cortocicuito por fallas monofsicas o bifsicas a tierra, este sistema podra traer problemas por ms elevada impedancia homopolar de puesta a tierra, lo que precisa se realicen los clculos de resistencia haciendo intervenir la resistencia de aislamiento, utilizar modelos matemticos o lo que es mejor an, realizar pruebas experimentales. Otra solucin es utilizar un conector bifilar de ranuras paralelas bimetlico, que tenga el cuerpo de acero cincado, pero las ranuras paralelas que prensan el cable (de cobre) posean una capa de cobre metalrgicamente adherida. Este conector no es usual en el comercio de all la dificultad en su utilizacin. Si no es posible recurrir a la solucin anterior, la solucin intermedia sera utilizar el cable de cobre con un conector comn de ranuras paralelas de acero galvanizado, pero tomando la precaucin de aislar el conjunto conectorcable de cobre con una pintura epoxi bituminosa, sin fisuras ni hoquedades para que no permita la corrosin localizada.

utilizarse soldaduras con autgena. No se recomiendan la unin utilizando toma-cables pues es muy precaria la conexin. Como vimos, slo es importante controlar no exista anclajes de acero galvanizado u otras estructuras de acero enterradas, y controlar la calidad superficial y recubrimientos del hormign de las fundaciones armadas, y la desvinculacin galvnica con el stub.Se debe evitar la corrosin

Cobre Soldadura aluminotrmica

Unin de Jabalina de Cobre con Contrapesos de cables de Acero Galvanizado: Aplicando los conceptos anteriores, el cable de acero galvanizado (contrapeso) hace de nodo y se corroer (reaccin de oxidacin). La jabalina de cobre hace ctodo (reaccin de reduccin). La corriente circula por el metal desde el cobre (+) hacia el zinc (-) e ingresa al electrolito saliendo desde nodo (zinc) y dirigindose y entrando al ctodo ( cobre) que se protege.

Proteccin (aislamiento) con pintura epoxi bituminosa

Unin de Jabalina de cobre con cable de cobre: La unin debe ser hecha con soldadura cuproaluminotrmica. Es excelente como unin y como el material depositado es cobre, queda un sistema bajo tierra totalmente homogneo, sin ningn tipo de celdas diferenciales galvnicas. Se considera ptimo a la corrosin. Como alternativa pueden



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La solucin es utilizar contrapesos de cobre, de ser posible. De no serlo, se debera utilizar jabalinas de acero galvanizado. Si es cobre, la unin cable-jabalina debe ser con soldadura cuproaluminotrmica. Si es acero galvanizado, tanto la jabalina como el contrapeso, la unin debe ser hecha con un conector de acero galvanizado estampado o de fundicin nodular del tipo bifilar de ranuras paralelas cuyos diametros se correspondan con el dimetro de la jabalina y del cable. Este conector debe ser aislado del terreno, para evitar la corrosin principalmente de los filetes de las tuercas por aireacin diferencial, cuyo concepto veremos ms adelante, utilizndose un colado de una resina epoxi de dos componentes con alquitrn de hulla, vertida en un molde descartable hasta que frague. Puesta a tierra de Postes arriendados con jabalina y cable de cobre) y barra de anclaje de acero galvanizado. Consideremos el croquis de la figura, sin incluir el aislador. Se observa que hay coneccin galvnica (elctrica) entre dos metales difrentes y hay un electrolito, por lo que se establecer una circulacin de corriente, trabajando la barra de anclaje como nodo, y la jabalinas de cobre como ctodo, por lo tanto va a existir una importante actividad de corrosin, y la barra de anclaje de las riendas se van a corroer. La solucin es interrumpir la conduccin metlica de la rienda, intercalando un aislador que deje aislada la jabalina de la barra de anclaje.aislador de rienda

Puesta a tierra en Torres Arriendadas con barras de anclaje de acero galvanizado con jabalinas y cables de cobre.

JabalinaJ abalina

De igual manera, las jabalinas de cobre hacen de ctodo (reaccin de reduccin) Las barras de anclaje de acero galvanizado hacen de nodo (reaccin de oxidacin). La corriente circula por el conductor metlico formado por la jabalina y cable de cobre (+), torre metlica, rienda propiamente dicha, y barra de anclaje que hace de nodo (-) e ingresa al electrolito dirigindose a la jabalina que hace de ctodo, que se protege. El resultado es la corrosin de las barras de anclajes de las riendas. Hay dos soluciones: 1. Utilizar puestas a tierras de acero galvanizado (Jabalinas y cables) homogeneizando los materiales de manera de evitar la unin de metales que crean la celda de corrosin diferencial galvnica. 2. Aislar perfectamente la barra de anclaje por medio de pinturas epoxi bituminosas, con varias capas y cuidando no existan poros, fisuras ni hoquedades, de tal manera de aislarla perfectamente del electrolito, impidiendo la formacin de la celda de corrosin. Si la proteccin de la barra fuese imperfecta, se concentrara la corrosin en los puntos de falla y sera muy intensa. 3. Dada la importancia de los anclajes, es preferible evitar la corrosin evitando el par galvnico antes que crearla (a la



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corrosin) y luego portegerlo. Por tal motivo se recomienda la alternativa 1). Puesta a tierra de cobre (jabalina y cable) en Torres Autosoportadas con fundaciones de grillas ( acero galvanizado). Sea el caso de torres con fundaciones de grilla, muy utilzadas en el resto de Sudamrica y Centroamrica y muy poco en la Argentina. Las jabalinas y cables de cobre hacen de ctodo (reaccin de reduccin) Los perfiles de acero galvanizado de las fundaciones tipo grillas hacen de nodo (reaccin de oxidacin).

3. Dada la importancia de las fundaciones, es preferible evitar la corrosin galvnica. Por tal motivo se recomienda la alternativa 1). Macros Celdas Galvnica. de Corrosin Diferencial

Cobre Acero Galv

Se presentan en los casos de puestas a tierras con metales diferentes, enterrados en diferentes sitios, pero unidos galvnicamente por un conductor, por lo general el cable de guarda. Las corrientes circulan por el conductor metlico formado por las jabalinas y cables de cobre (+) y perfiles de acero galvanizado (-) e ingresa al electrolito abandonando las grillas y dirigindose a las jabalinas (ctodo) que se protegen. El resultado es la corrosin de los perfiles subterrneos de las grillas. De igual manera a los casos anteriores, hay dos soluciones: 1. Utilizar puestas a tierras de acero galvanizado homogeneizando los materiales evitando la corrosin diferencial galvnica. 2. Aislar perfectamente del medio los perfiles de las grillas utilizando pinturas epoxi bituminosas, con varias capas y cuidando de evitar puntos no protegidos, impidiendo de esta manera la formacin de la celda de corrosin. Si la proteccin de las barras fuese imperfecta, se concentrara la corrosin en los puntos de falla y sta sera muy intensa por la relacin de reas. Torres con metales diferentes en sus puestas a tierras. Supongamos que la torre de la izquierda posee puestas a tierra de cobre y la torre de la derecha posee de acero galvanizado. A travs del cable de guardia se establecer un contacto galvnco entre el ctodo (PAT de cobre) y el nodo (PAT de acero galvanizado), cerrndose el circuito por el electrolito (suelo). Obviamente esto puede suceder entre torres contiguas entre grupos de torres alejadas unas de las otras. Como lo eliminamos? 1. Uniformando el material de las puestas a tierras. 2. Colocando un aislador tipo rienda en el cable de guarda, a cada lado de la torre que posea diferente material de puesta a tierra. El aislador debe ser capaz de soportar la carga mxima de diseo del cable de guarda. Obviamente la solucin 2 es en caso muy especial.



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3. Evitando que el cable de cobre haga contacto galvnico con la torre, apoyndose sobre un aislador y manteniendo una distancia en aire (explosor). Como un caso singular tenemos : Macrocelda de corrosin entre Malla de cobre de PAT de una E.T. y Torres con PAT de acero galvanizado.

Prtico E.T.

La zona con menos cantidades de oxgeno hace de nodo y la zona con mayor cantidad de oxgeno hace de ctodo. Menor Oxigenacin = Anodo Mayor Oxigenacin = Ctodo De un modo general, podemos decir que las estructuras enterradas tienen sus partes superiores expuestas a una mayor concentracin de oxgeno y se transforman en el ctodo de la celda, mientras que las partes ms bajas (ms profundas) de las estructuras son ms deficientes en oxgeno y se transforman en el nodo de la celda y se corroen. Veamos algunos ejemplos: Corrosin de Jabalina por aireacin diferencial: Veamos el esquema de ms abajo. La Jabalina presentar corrosin en las zonas inferiores.La parte superior se proteger.Cmo se controla la corrosin? Mediante Proteccin catdica PC. Corrosin por aireacin diferencial en Barras de Anclaje de riendas: La barra de anclaje presentar corrosin en las zonas inferiores.La parte superior se protegerBarra de Anclaje

Torre Terminal y subsiguientes

Malla de Tierra de Cobre E.T.

PAT de acero galv

Las Estaciones Transformadores comnmente tienen una malla de puesta a tierra de cobre. Tambin es comn que la puesta a tierra de las torres sean de acero galvanizado. Por la vinculacin de estas puestas a tierras de las torres con la malla de cobre de la E.T. a travs del cable de guarda, estableceremos una macro celda de corrosin galvnica entre todas las p.a.t. de las torres y la malla de cobre. Cmo lo eliminamos? 1. Uniformando el material de las puestas a tierras, hacindolos todos de cobre. 2. Cuando esto no es posible, colocando un aislador tipo rienda en el cable de guarda, a la salida del prtico de la ET (No dibujado). El aislador debe soportar la carga mxima de diseo . Otros tipos de corrosin Diferencial: Corrosin por Aireacin Diferencial: Este tipo de corrosin debe ser una de la principales causas de corrosin en las PAT, ya que generalmente se elude las conexiones bimetlicas, en cambio este tipo de corrosin es ineludible. Se produce por las diferencias de concentracin de oxgeno en el electrolito.

Zona con mayor

Ctodo

concentracin deOxgeno

Anodo

Zona con menor concentracin de Oxgeno

Para protegerlos se recurre a: 1. Aislar del medio (suelo) la barra de anclaje utilizando pinturas epoxi bituminosas, con varias capas. Tanto la zona del nodo como del ctodo. 2. Mediante P.C, (simultneamente con 1) Corrosin por aireacin Fundaciones de Grillas: diferencial en

Los perfiles de acero galvanizados ms profundos actuaran de nodo y se oxidaran. Para protegerlos se recurre a aislar del medio (suelo) los perfiles


Fundamentos de la Corrosin Subterrnea Stub

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M+ + H2O = M(OH) + H+ La produccin de H produce acidez (disminucin de pH) que incrementa la corrosin+ Oxgeno

Corrosin en Bulones y Tuercas enterradas:Zona catdica

- Oxgeno

Zona Andica

de las grillas utilizando pinturas epoxi bituminosas, con varias capas, cuidando de que no se presenten pequeas fisuras u hoquedades en la proteccin. Se protege con pintura tanto al nodo como al ctodo, y se aconseja reforzar con Proteccin Catdica en terrenos de bajas resitividades.

Es un caso tpico de corrosin en rendija Normalmente se debe evitar tener uniones roscadas bajo tierra, como el buln con tuerca de la figura, porque en el seno del electrolito que rodea a todo el conjunto, se presentan zonas con menor concentracin de oxgeno y se inicia la corrosin de rendija localizada entre los filetes de la tuerca y del buln, donde se establece una zona andica, respecto al resto del buln y tuerca, que se transforma en una zona catdica. y con una relacin de rea favorable para la reaccin de oxidacin.

Corrosin en Rendija (Crevice)La Corrosin en Rendijas es una forma de ataque localizado que se produce como un caso particular de la aireacin diferencial cuando existen aberturas estrechas entre dos componentes metlicos o entre uno metlico y uno no metlico que haga de apantallamiento y modifique la concentracin de Oxgeno del medio (electrolito). Por ejemplo: Agujeros, pernos, tornillos, bulones, tuercas, roscas en general, arandelas, cabezas de remaches, abrazaderas, solapas de juntas, etc Es consecuencia de cambios en la composicin del medio en el interior de la rendija. Se inicia por la falta o disminucin de oxgeno. Esto produce, si estuvieran presentes, un aumento de la concentracin de aniones agresivos Cl-, SO4-2 y un aumento de la acidez (disminucin del pH) que incrementa la corrosin. Proceso en el interior de la rendija: La zona con nulo menor concentracin de oxgeno se vuelve andica y la adyacente, con mayor concentracin se vuelve catdica. Reaccin de Oxidacin: (Andica) M = M+ +eReaccin de Reduccin ( Catdica): O2+2H2O+4e- = 4OHAmbas reacciones ocurren uniformemente en el interior de la rendija Hidrlisis de los iones metlicos.:ctodo nodo

Esta corrosin puede avanzar dentro de la rosca, an si no le penetra tierra pero s si le penetra agua en forma de humedad con sales disueltas, principalmente cloruros por los intercisios de los filetes. Cmo se controla la corrosin? 1. Aislando el conjunto buln-tuerca del medio (electrolito) utilizando varias capas de pintura epoxi bituminosa encapsulando en resina epoxi de dos componentes con alquitrn de hulla. Esta ltima solucin es ms segura. 2. Mediante Proteccin Catdica. 3. Combinacin de ambas. Otro ejemplo de Corrosin por aireacin diferencial: Sea el caso de una barra de acero dulce dentro de un recipiente con agua, como se indica esquemticamente en la figura. En el punto de apoyo con el fondo, se producir un dficit de



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oxgeno y se transformar en una zona andica y el resto dela barra en catdica. Se producir una corrosin concentrada del tipo pitting si el agua permanece estancada.

especfica arenosa 1> arcillosa 2 . El tramo con la resistividad ms baja 2 (arcillosa) actuar como zona andica y los tramos con resistividades ms altas 1 (arenosas) actuarn como zonas catdicas. Cmo se controla la corrosin? Mediante Proteccin Catdica P.C.. Macrocelda de corrosin diferencial por diferencias en la resistividad del suelo: De la misma manera, la diferencia de suelos entre diferentes torres o conjunto de torres dar lugar a un conjunto de macroceldas de corrosin donde los nodos se establecern en los terrenos de ms baja resistividad , los ctodos en los terrenos de mayor resistividad, el electrolito ser la tierra y la unin galvnica entre nodo y ctodo se establecer a travs del cable de guarda. La puesta a tierra de una torre puede trabajar como nodo respecto a las torres adyacentes con terrenos de mayor resistividad y al mismo tiempo actuar como ctodo

Corrosin diferencial por suelos dismiles: Una estructura enterrada pasando a travs de suelos dismiles puede establecer una celda de corrosin de la misma manera como se puede establecer entre diferentes metales. Esto es ilustrado en la figura donde se observa que una estructura, por ejemplo un cable conductor utilizado como contrapeso pasa a travs de tipos de suelo diferentes. Supongamos que el suelo tipo A tenga ms sales disueltas, es decir mayores iones, un PH ms bajo y un mayor tenor de humedad que el suelo adyacente tipo B, que se traduce en que el suelo A tiene mejor conductividad y por ende menor resistividad que el suelo B. El metal en contacto con el suelo tipo A se comportar como zona andica y el metal en contacto con el suelo B se comportar como zona catdica. La razn es que el potencial de la estructura en el suelo A ser levemente diferente al potencial de la estructura en el suelo B. Como ya indicamos anteriormente, el potencial de corrosin el potencial natural de un metal vara segn el medio en que se encuentra. Esto causa la diferencia de potencial y se crea el nodo y el ctodo en el mismo metal y se satisfacen las cuatro condiciones para que exista corrosin. En conclusin: 1. Zona andica < resistividad 2. Zona catdica > resistividad Veamos algunos ejemplos: Corrosin de contrapesos por diferencias de resistividades del suelo Supongamos un contrapeso que pasa por terrenos de diferentes caractersticas por ejemplo arenoso y arcilloso, individualizado por la resistividad

Suelos de mayor resistividad

Suelos de menor resistividad

respecto a otras torres con terrenos de menor resistividad. El resultado ser una circulacin neta de corriente entre las diferentes torres cuyas puestas a tierras actuarn como ctodos y nodos y se producir corrosin en las que en el balance la haga comportar como andicas.

Zona catdica (Arenosa) 1

Zona andica (arcilla) 2

Zona catdica (arenosa) 1

Metales dentro del Hormign: Un caso singular podra considerarse los metales embutidos dentro del hormign, siendo el hierro acero el ms comn



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industrialmente. El hierro dentro del hormign forma una finsima capa de xido estable (pasivado) que lo protege y siempre acta como zona catdica, mientras que el hierro en contacto del suelo del aire acta como zona andica. Metal enterrado, parcialmente en hormign y suelo:Sea un metal embutido parcialmente dentro de hormign, y parte enterrado en el suelo.

De esta manera el stub no queda en contacto directo con la tierra. No obstante, igual se presentar corrosin del stub en la interfase stubhormign y stub-aire, stub

a)nodo

ctodo

catodo

Hormign

nodo

b)

nodo

0,30 m

ctodo

En la serie galvnica podemos observar que el hierro dulce dentro del hormign tiene un potencial menos negativo (-0.2) que el hierro dulce limpio en terreno neutro (-0.5). Se corroer el metal fuera del hormign, que actuar como nodo. Esta situacin puede darse en barras de acero de anclajes de riendas, con muertos de hormign . Cmo se controla la corrosin? 1. Aislando la barra de anclaje del suelo mediante varias capas de pintura epoxi bituminosa y pintando de ser posible la parte de la barra dentro del hormign (nodo y ctodo). 2. Mediante P.C. 3. Combinacin de 1 y 2.

fuste

actuando el stub dentro del hormign como ctodo y la parte expuesta en el aire como nodo, que se corroer, pero mucho ms lenta y en menor proporcin al caso a).Cmo se controla la corrosin? 1. Pintando el stub, preferentemente antes de instalarlo, con pintura epoxi bituminosa, 40 cm por encima y 40 cm por debajo del extremo de hormign (nodo y ctodo), cuidando que se cumpla la longitud mnima de empotramiento del stub dentro del hormign (resistencia a la traccin). 2. Mediante P.C. 3. Combinacin de 1 y 2.

Corrosin del stub :Un caso particular se presentara si parte del stub quedase bajo tierra, como se indica en el esquema a).Para evitar que el perfil de acero galvanizado del stub entre en contacto directo con el suelo y de esta manera se produzcan corrosiones intensas del mismo, se recurre a prolongar el fuste del hormign para que sobresalga aproximadamente 0,30 / 0,40 m del nivel del terreno, como se indica en la figura b).



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Hay situaciones que se presentan en las lneas, sobretodo en terrenos ondulados, con cotas diferentes en cada pata, que por deficiente informacin topogrfica o mala prctica ingenieril, se disean las fundaciones con el largo del fuste uniforme en las cuatro patas, y cuando se ejecutan las fundaciones en terrenos no planos surge el problema que en alguna pata la cabeza del fuste queda debajo del nivel del suelo. Como solucin en obra se recurre a cortar el terreno, rebajndolo hasta que sobresalga + 0,30 cm el extremo del hormign. Ver esquema c).

Hierro dulce herrumbrado -0.2 a 0.5 V Hierro dulce limpio y -0.5 a 0.8 V brillante El hierro, como los otros metales se vuelven ms nobles cuando estn viejos y oxidados. Ya la naturaleza trabaj y bajaron sus niveles de energa. Si se juntan con el mismo metal, pero nuevo, que presenta un potencial ms electronegativo, se producir una celda de corrosin similar a la galvnica (unin de diferentes metales), donde la parte vieja u oxidada actuar como zona catdica y se proteger, y la parte nueva actuar como zona andica, y se corroer. Esta situacin se puede dar en las puestas a tierras de las lneas cuando se cambian tramos de cables enterrados trabajando como contrapesos cuando se cambian tramos de jabalinas acoplables. Tambin se puede presentar este tipo de corrosin cuando se raya un perfil de torre, stub, jabalina, etc. Relacin de Areas Andicas y Catdicas: Hemos visto que la corrosin depende de la densidad de corriente, por lo tanto la relacin de reas andica y catdica tiene efecto directo sobre la intensidad y velocidad de la corrosin y podemos concluir que: 1. Si el rea andica es relativamente pequea respecto al rea catdica, la corrosin ser severa. 2. Si el rea andica es relativamente grande respecto al rea catdica, la corrosin ser leve. Otros tipos de Corrosin. Corrosin localizada (Pitting): Ocurre cuando la zona andica tiene areas reducidas y permanece siempre en el mismo lugar. La corrosin avanza en profundidad. Pueden ser aislados o estar unos al lado de otro y aparentar una superficie rugosa. Hay metales que tienen una pelcula protectora pasivante. Si por una rayadura o golpe se rompe esta pelcula, vimos que el metal desnudo acta como nodo y el resto del metal con la pelcula pasivante acta como metal ms noble o ctodo. En presencia de un electrolito, se crea una

c)pendiente natural

corte del terreno

Sin entrar en detalles de cmo la excavacin pueda afectar el buen escurrimiento del suelo de la torre ni la afectacin al medio ambiente, bajo el punto de vista de la corrosin, el corte del terreno es tambin una mala prctica, pues la misma accin de la naturaleza hace que despus de un tiempo, ese corte excavacin vuelva a rellenarse con tierra y como resultado se sepulte parcialmente el stub, entrando en contacto permanente con la tierra y producindose una intensa corrosin generalizada de la parte del stub enterrado. Para evitar el problema no se debera realizar cortes excavaciones en el terreno como medio de adecuar las fundaciones al perfil del terreno, sino que el largo del fuste de hormign armado de cada fundacin debera ser variable para que sean stos lo que se adecuen al perfil del terreno. Celda de corrosin entre metal nuevo y viejo. Como vimos en la Serie galvnica:



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corrosin severa dada la relacin desfavorable de reas. Por esta razn los metales con superficies pasivadas como el acero inoxidable, el aluminio, niquel y cromo son muy susceptibles al pitting. Cuando hay pitting, generalmente en el electrolito se encuentran iones de cloruros, muy comunes en las mayoras de tipos de aguas, sobretodo en las aguas quietas, estancadas., que tienen tendencia en penetrar las superficies pasivadas. Corrosin bajo tensin: Es un proceso de falla por fisuras debido a la combinacin simultnea de corrosin y tensin esttica de traccin. Se caracteriza por fisuras intergranulares o transgranulares que se propagan hacia el interior del metal y no por la superficie. Los esfuerzos de traccin pueden ser ocasionados por aplicacin de una carga de traccin como el caso de las barras de anclajes de riendas por tensiones internas residuales ocasionadas por soldaduras trabajos en fro. Corrosin bajo fatiga: Es un proceso de falla por fisuras debido a la combinacin simultnea de corrosin y tensin cclica de traccin y compresin. Es similar al caso anterior pero los esfuerzos son alternativos cclicos. Corrosin por cambio de pH: La presencia de plantas rastreras y de vegetacin en el rea de la torre puede ser causa de corrosin de los perfiles debido al desprendimiento de anhdrido carbnico de las plantas durante la noche, que en combinacin con el roco se condensa sobre los perfiles en formas de gotas cidas ( cido carbnico). La gotas cidas se desplazan por gravedad hacia la parte inferior del stub y generalmente penetran dentro del hormign por las grietas (separacin) entre el stub y el hormign y se produce una corrosin localizada.

metal

nodo

ctodo

originadas por corrientes impresas exteriores a la misma corrientes de dispersin de cualquier otro electrodo en la vecindad, corrientes vagabundas de algn sistema de traccin en c.c. (por ejemplo trenes elctricos) ocurrir que debido a la mejor conductibilidad del metal respecto a la tierra, parte de estas corrientes de fuga tomarn como camino de menor resistencia al metal de la estructura. La zona por dnde ingresa la corriente se transformar en ctodo y la zona por donde abandona la corriente se transformar en nodo y se corroer.FUNDAMENTOS DE LA CORROSION Los fundamentos de la corrosin pueden ser divididos en las disciplinas de la termodinmica y de la cintica.. La termodinmica es usada para indicar si es posible un proceso de corrosin y la cintica es usada para comprender y predecir porcentajes reales de corrosin. Conceptos de Termodinmica: Un principio fundamental de la termodinmica dice que un material siempre tiende al estado ms bajo de energa. En otras palabras, la mayora de los metales son termodinmicamente inestables y tienden a alcanzar un estado ms bajo y estable de energa, tal como un xido. Si dejamos actuar a la naturaleza, enterrando por ejemplo un metal, ste busca un nivel ms bajo de energa y tiende a transformarse en el mineral que le dio origen, un xido. Consideremos un cuerpo con masa m. Si lo levantamos a una altura h incrementamos su energa gravitacional al valor U1 = m.g.h. Si lo dejamos caer, baja su energa al valor U2 = m.g.0 = 0, el cual es el nivel ms bajo. El cambio en energa es: U2-U1= - mgh.

Como eliminarla? Manteniendo controlado (carpindose regularmente) el crecimiento de maleza, libre de vegetacin dentro del rea de la torre. Manteniendo en buen estado el sello entre stub y el hormign en la punta de diamante del fuste de la fundacin. Corrosin por corrientes de fuga: Si una estructura subterrnea est inmersa en un terreno por donde pasan corrientes contnuas



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El cambio de energa es negativo. En trminos ms generales, para la energa de un sistema tenemos la ley de energa Libre de Gibbs, el cual usa la letra G y dice: Para que un proceso, tal como la corrosin, sea espontneo, G debe ser negativo. En la naturaleza, para los metales ms comunes, es decir en su ambiente natural, su G es menor que cero y los procesos de corrosin son termodinmicamente favorecidos. La energa libre de cada par de reacciones de medias celdas es relacionada a una Fuerza electromotriz reversible E a travs de la siguiente ecuacin: G = - z.F.E donde: z = Cambio de valencia asociada a la reaccin F= Constante de Faraday Es decir, la fuerza electromotriz E es relacionada con el cambio en la Energa libre de Gibbs de la reaccin. Un valor positivo de E indica que el cambio en la energa libre de Gibbs es menor que cero, y por lo tanto la reaccin es termodinmicamente favorecida. Por el contrario, si el valor de E resultase negativo, significara que no se producira la reaccin. La fuerza electromotriz E es un potencial, y puede ser calculado para cualquier reaccin formada por dos medias celdas utilizando la ecuacin arriba mencionada y datos termodinmicos. Se ha calculado el potencial de la reaccin de media celda de reduccin del Hidrgeno: 2 H + 2 e - = H2

Donde significa que son potenciales estndar de reaccin Por ejemplo, para la reaccin Au y Al: Oxidacin : Al Al3+3e- : -1.662 3+ Reduccin: Au +3e Au : +1.498 E = +1.498 (-1.662) = +3.160 V Como E es positivo, entonces G es negativo y la reaccin se produce tal como est escrita. Si la direccin de la reaccin fuese invertida, es decir haber considerado que el aluminio sufre una reduccin y el oro una oxidacin, el clculo de E hubiese arrojado un valor negativo, esto es G positivo, lo que indica que la reaccin no se produce o lo que es lo mismo decir que no corresponde como se ha escrito. Un Potencial de Corrosin no es un potencial de equilibrio. El metal nunca alcanza un estado de equilibrio en un medio ambiente que favorezca la corrosin. Hay una oxidacin neta del metal para producir iones del metal y productos de la corrosin, y una reduccin neta ( consumo) de oxgeno, hidrgeno agua. Estas reacciones son irreversibles. Si fuera posible medir el potencial de equilibrio para el metal inmerso en el suelo, sera encontrado a un valor un poco ms negativo que el potencial de corrosin . De la misma manera, si fuera posible medir el potencial de equilibrio para los elementos reducidos como oxgeno, hidrgeno agua, estara a un potencial un poco ms positivo que el potencial de corrosin .. As, el potencial de corrosin est en algn punto intermedio entre los potenciales de equilibrio de ambas reacciones. Ambas reacciones estn polarizadas desde sus valores de equilibrio. Cintica: Una defincin de Polarizacin puede decirse que es el cambio desviacin en el potencial como resultado del pasaje de una corriente. Esto significa que si hay una reaccin de oxidacin y reduccin habr un cambio de potencial polarizacin. Y puede ser medido desde su potencial de equilibrio o desde su potencial de corrosin. La cantidad de polarizacin es definida como un sobrevoltaje o sobrepotencial, expresada por el simbolo .

Se ha fijado arbitrariamente que la fuerza electromotriz E de dicha reaccin es igual a cero, tomndose la reaccin de reduccin del Hidrgeno como referencia de las reacciones individuales de otras medias celdas y se obtiene la Serie de FEM, tomando a la reaccin de reduccin del Hidrgeno como patrn.Los elementos ms positivos de la serie se denominan metales nobles, tales como el oro, platino. Y los elementos ms negativos de la serie se denominan metales activos, tales como el sodio, magnesio y potasio. El potencial E de reaccin de cualquier par de dos medias celdas puede ser calculado por la siguiente ecuacin: E= E (reduccin) E (oxidacin)



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La reaccin de corrosin (oxidacin y reduccin) est limitada a la reaccin de transferencia de electrones en la superficie del metal. Y la transferencia de electrones est asociada la energa activa relacionada exponencialmente con el cambio de energa libre de Gibbs y sta es relacionada con el potencial y el potencial est relacionado con la corriente, de tal forma que la relacin de la corriente con el potencial tienen una proporcionalidad expresada en la siguiente forma: I e RT Donde I es la corriente de corrosin, es la polarizacin R es la constante de los gases T la temperatura absoluta. Tomando logaritmos en ambos miembros tendremos: LogI RT Diagramas de EVANS: Nos permiten visualizar la relacin entre el Logaritmo de la densidad de corriente (abscisa) y potencial E (ordenada),

H2

2 H+ + 2 e-

limpia de un metal como el platino que sobre otro metal con una pelcula de xido . El potencial de corrosin de un metal rodeado por su medio ambiente es el potencial en el cual la suma de la reaccin neta de oxidacin es igual a la suma de la reaccin neta de reduccin. Este valor de potencial es indicado con Ecorr. Esto se debe a que no puede haber acumulacin de cargas; todos los electrones liberados por la oxidacin del metal (nodo) deben ser consumidos por la reaccin de reduccin del mismo u otro metal (ctado). Ntese en la figura de arriba que la reaccin de oxidacin del Hidrgeno y la reaccin de reduccin del Metal son ignorados en la suma del proceso. Esto se debe a que la escala de corrientes es logaritmica y los porcentajes de estas reacciones son despreciables cercanas al potencial de corrosin libre EH y EM. La figura muestra la relacin entre corrientepotencial de las reacciones individuales de oxidacin y de reduccin. La corriente neta es la diferencia entre la corriente de oxidacin y reduccin. Si la graficamos tiene la siguiente forma:

EH2 H+ + 2 eH22 H + + 2 eH2

Ecorr EM

M

M2++ 2 e75

M2++ 2 e-

M

IH2 H+ + 2

IM

Icorr

M

M2++ 2 e-

En el siguiente ejemplo, el potencial de equilibrio para la reaccin de reduccin del Hidrgeno y la reaccin de oxidacin del metal estn indicadas con EH y EM respectivamente. Ntese que para cada potencial de equilibrio de cada reaccin hay asociada una corriente. Esta corriente es referida como una corriente de intercambio. En equilibrio, el intercambio de corrientes en la reaccin de oxidacin y reduccin son iguales y el porcentaje neto es cero. El intercambio de corriente es diferente para cada tipo y naturaleza de la superficie donde est ocurriendo. Por ejemplo el intercambio de corriente para la reaccin del Hidrgeno es ms alta sobre la superficie

La corriente andica neta es indicada en rojo, y la corriente catdica neta es indicada en azul. Al potencial de corrosin libre la corriente neta es cero. Las corrientes andica y catdica se acercan a las curvas cuando el sobrepotencial es cercano a los 75 mV de Ecorr La ecuacin que describe la corriente neta tiene la siguiente forma:2.3. 2.3a. e inet = i corr e c



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donde a, c son las pendientes de las reacciones anodicas y catodicas en mV por dcimas de corriente.Las pendientes son referida como pendientes de Tafel. En general, las pendientes de Tafel andicas y catdicas son diferentes. La corriente andica de corrosin al potencial de corrosin Ecorr es Icorr y generalmente es expresada en A. Esta corriente puede ser convertida en un porcentaje de corrosin si se conoce el ra de la superficie sobre la cual acta la corriente, obtenindose la densidad de corriente y convertida en un porcentaje real de corrosin por la constante de Faraday, peso atomico del metal en gramos, numeros de electrones transferidos y el tiempo. Otro tipo de polarizacin es la llamada concentracin de polarizacin que se define comoLa porcin de polarizacin de una celda producida por los cambios en la concentracin resultante del pasaje de corriente a travs del electrolito La concentracin de polarizacin comunmente es asociada con la reaccin de reduccin, y un ejemplo se muestra en el siguiente grafico:

BibliografaControl of pipeline corrosion- A.W. Peabody Nace standard rp0193-2001 Pdvsa. Ing. Daniel Hidalgo API recommended practice 651,second edition, november 1997 Revista del instituto de investigacin figmmg Comit de normalizacin de petrleos mexicanos Tubos y accesorios de cobre cedic Ing Norberto Pesce. omnitronic sa Cathodic protection for tower foundations using induction from the transmission line electric field por Jos Maurlio da Silva- Copel A comparison among several protection currents foudation grillages in high and low resistivity soils- Jos Maurlio da Silva

Activacin de la Polarizacin Ecorr M M2++ 2 eConcentracin de la Polarizacin

En este ejemplo, la difusin del oxgeno en la superficie del metal limita el porcentaje de corrosin. En este caso se nota que el potencial de la reaccin de reduccin es independiente del potencial cuando ocurre la concentracin de polarizacin.

El lector interesado en intercambiar opiniones puede comunicarse con el autor al siguiente e:mail: [email protected]


Parte i Fundamentos Corrosion Subterranea Original (1)

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