INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas

“ PROTECCION CATODICA E N CAMBIADORES DE CALOR ”

T E S I SQUE PARA OBTENER EL TITULO DEI NGEN IERO QU IM ICO INDUSTRIAL P R E S E N T A NA BR A H A M EST R A D A F L O R E S PA BLO SA N C H EZ H ER N A N D EZ

M EX IC O , D. F 1983

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M<-x¡<o. D F. 19 Noviembre 198 2

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DP, !!KpTORKPC'MARTINEZ FRIAS, EJ Dír lor de U Escuela

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k m i e s n o s a s

Que con paciencia, sacrificio y amor cooperó para realizar una de mis más grandes ilusiones. Gracias mil, Aracely.

A mis padreesPor haberme iniciado en la difícil tarea.

A mi gran amigo Víctor,cuyos sabios consejos me condujeron hasta el íinal.

Y por que no,para todas aquellas personas que por alguna circunstancia no creían en mí.

Abrahám Estrada Plores

Con agradecimientoy profuncc respeto para mis padres;

Gabriel Sánchez Mendoza 7

Aurora Hernández Medina

Por haber sidoun constante estímulopara mi superación personal

Rosaura Sánchez Hernández

Como un reconocimiento, y para todas aquellas personas que de alguna u otra forma me ayudaron a través del largo camino.

Pablo Sánchez Hernández

C O N 1' U N I D O

Pag. No

ríe súmen 1I.- Introducción 3

II.- Generalidades 1011.1 Pintaras y Recubrimientos 2811.2 Pasivadores e Inhibidores 35IT.3 Selección de Materiales Inoxidables 41II.4 Protección Anódica 58III.- Protección Catódica 64111.1 ¿ Qu4 es ? ¿ Cómo se aplica ? 64111.2 Siemplo de un Sistema tradicional 94

(Tubería Enterrada)a.- Con ínodos de Sacrificio 94b.- Con Rectificadores de Corriente 98

IV.- El caso de los Cambiadores de Calor 102IV.1 Su Importancia 102IV.2 El compromiso Corrosión-Dureza del Agua 107IV.3 Resistividad, su medición y métodos 112V.- Cálculo de un caso práctico (Antes y

después de la protección) 119V I . - Conclusiones 144

VII.- Recomendaciones para futuros trabajos 145Bibliografía 147

R E S U M E N

Dentro de la Industria r.v.fíuj.ea, uno de I o b equipos de mp~ yor importancia y veraacilidad son los d3 transferencia de calor; debido a que ~asi todo proceso químico necesita un in­tercambio térmico? los Camoiadores de Calor se han constitui­do como una pieza clave dentro de ¿ata industria.

Por eso, el conocimiento de su diseño, operación y mante­nimiento es de trascendental importancia para el Ingeniero Químico. Dentro del mantenimiento, uno de los principales problemas que se tiene ee la corrosión; problema que tiene muchos origenes, sea por la construcción del Cambiador con metales disímiles, ya sea por las características de los flu­idos que maneja, aBÍ como también por las condiciones del proceso.

Por lo tanto se consideran aspectos generales de la co­rrosión a fin de que se pueda captar la importancia que éste fenómeno tiene para la Industria Química.

Así mismo, se tratan los fundamentos de la corrosión, así como de todas las formas en que ésta se presenta y los fac­tores que contribuyen a aumentar su velocidad sobre la super­ficie de un material metálico. Se analizan cuatro métodos an­ticorrosivos siéndo los más comunes en su empleo las pinturas y la selección de materiales inoxidables.

También se aborda una de las formas más confiables de pro­tección contra la corrosión, la protección catódica. Ee indu­dable que la comprensión de éste sistema es clave para enten­der el alcance de éste trabajo.

Se analizan las dos formas en que éste tipo de protección se aplica; ventajas y desventajas de uno con respecto al otro.

1

Por último, se da un ejemplo de éste sistema.

Los aspectos empíricos y teóricos de la Protección Cató­dica en eauípos de transíerencia de calor, son discutidos y se efectúa un análisis económico antes y desnuós de la aplicación.

Se concluye respecto a la efectividad de la anlicación de los sistemas de Protección Catódica en equipos de trans­ferencia de calor, tema áete novedoso en cuanto a su aplica­ción industrial en nuestro país.

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' J r\ s '' J I L . V ) J

~ N í i O D i G ¿ O n

En la actualidad el problema causado por la corrosión es de dimensiones casi catastróíleas, tal es ex caso que algu­nas empresas gastan gran parte de sus ganancias en cambiar tuberías, válvulas, recipientes, equícos de proceso, equi­nos de transferencia de calor; miles de motores de automó­viles tienen que ser cambiados debido a que pierden compre­sión por el desgaste sufrido en los pistones; en miles de casas se tienen fugas de agua por los problemas de corrosión que sufren las tuberías.

Es de esperarse todo esto ya que el desarrollo de la hu­manidad se aceleró cuando el ser humano comenzo a utilizar el metal fierro; en la actualidad todas las construcciones se hacen con varilla de hierro y concreto, dichas varillas no se pintan ni protegen contra la corrosión.

Las industrias basan su equipo de proceso en el hierro y sus aleaciones con cromo, níquel, cobre, carbón, titanio, cooalto, cinc, manganeso; pero siempre el hierro en mayor proporción; por lo cual es normal observar la corrosión en el metal fierro que en cualquier otro, sin que por ello deje de estudiarse la corrosión en los demás metales.

Cabe mencionar que la corrosión es el deterióro,destruc­ción ó cambio de un nivel mayor a uno menor de un metal ó una sustancia al reaccionar con el medio ambiente en que se encuentre.

Este medio ambiente puede ser dinámico (bión podría ser el observado dentro de un reactor en el cual hay un catali­zador, materias primas ó sustancias reaccionando en tremenda agitación y alta temperatura, desde luego el reactor es de hierro), ó puede ser un ambiente estático (que podría ser el observado en un poete metálico enterrado).

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La corrosión ae los materiales es fundamentalmente lo in­verso del proceso con oue se obtienen en el beneficio de sus minerales y se ha caracoerizpdo couo el reverso de una gran Industria.

Si se exceptúan el oro» la plata, y alguna vez el cobre, los metales no se presentan en el estado metálico y tienen que obtenerse de sus minerales gastando energía.

En consecuencia, el estado metálico representa un conte­nido elevado de energía con respecto al mineral original, por lo general un óxido, un sulfuro ó un carbonato; es de espe­rarse que los metales vuelvan al estado de energía más bajo con la liberación correspondiente de ásta.

Por regla general, la corrosión no puede reducirse a cero sin gastar energía (Protección Catódica), a causa de la rela­ción de enrgía entre el metal y los productos de la corrosión.

Por fortuna, la rapidóz de corrosión puede reducirse has­ta un punto en el cual es factible el uso de los metales en casi todos los medios. Las investigaciones y el análisis del mecanismo de la corrosión proporcionan los métodos para redu­cir la rapidóz de corrosión alterando uno ó varios de los factores que determinan dicha rapidáz.

Es de gran magnitud la corrosión de los metales ferrosos y no ferrosos en la Industria, a pesar del ferviente interés de un gran número de investigadores por eliminar las pérdidas que ésta ocasióna. Los factores que intervienen en la corro­sión son numerosos y por ésta razón es difícil de controlar.

Aún cuando no seamos capáces de eliminar completamente la corrosión, el problema en muchos casos puede ser reducido al mínimo teniéndo en cuenta los pasos siguientes:

a).- Un proceso cuidadoso en la manufactura del metal.

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b).- Protección catódica.c).- Preservación de lis superficies mediante el uso de

recubrimientos protectores.d).- Control de las sustancias que entran en contacto

con las superficies metálicas.e).- Selección de los materiales adecuados para condicio­

nes específicas.

Aiín así, la realidad no es tan simple, el fenómeno de co­rrosión es más complejo y muy difícilmente una aleación me­tálica está a salvo de destruirse debido a éste fenómeno.

Entre las causas que originan la corrosión se encuentran las siguientes:

a).- Malas materias primas cara procesar ese material.b).- Mal diseño del equipo industrial.c).- Condiciones de operación fuera de especificación.d).- Termodinámica mal usada en el proceso de ese mate­

rial.

Todos los daños ocacionados por la corrosión son lentos y constantes por lo tanto la lucha contra ella tendrá que ser también constante.

Normalmente el personal que se dedica al diseño de equi­pos consideran un desgaste aproximado de uno ó dos años e instalan tubos de fierro con un espesor mayor; sin embargo, el aumento de espesores en esa forma no es recomendable, ya que significa un aumento de peso además de un aumento en in­versión.

Todo esto es debido a que el fenómeno de corrosión se ve influenciado por efectos de pH, de gases disueltos (general­mente oxígeno y bióxido de carbóno), efectos de la temperatu­ra, de sales disueltas y de la velocidad del fluido en la tu­bería, entre otras, así como el material que está en contac­to con el medio ambiente.

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Cómo se ve, e: tos factores se presentan comunmente '•ólos 6 comoinadoe en alpnín proceso químico, ñor lo cuál la corro­sión ee inevitable, más sin embargo puede ser controlada, ya nue normalmente existen cuatro puntos básicos nara que el fe­nómeno de la corrosión ocurra (ánodo, cátodo, electrólito y flu3o de electrónes), y aislando cualquiera de ellos la co­rrosión m e d e ser controlada.

Dentro de las grandes plantas industriales, las pérdidas debidas a retrazos en la producción por tener que reemplazar partes corroídas resultan ser tan elevadas que a su lado re­sulte relativamente doco importante el costo inicial del ma­terial resistente.

El hecho de reunir en un lugar determinado las secciones T5refríbricfldfjs de una olanta ouímica pesada supone una carga económica notable. Por tal motivo, los costos de transporte que surpen cada vez que falla una üieza del equipo, repercu­tirán también en la elección del material de una instalación.

Las condiciones de una situación no se mantienen constan­tes todo el tiempo, ya que los precios de los metales y alea- cSbnes varían de año en año; incluso influyen las condicio­nes políticas de otros países, cuyo suministro de minerales puede auedar cortado de pronto, como en el propio, donde las Donificaciones arancelarias a la importación de equipos de faoricación pueden ser modificadas por conveniencia del mo­mento .

Desde luego, estos son factores ajenos al aspecto técnico, sin embargo son dignos de consideración puesto que influyen en la selección de materiales para la construcción de gran­des instalaciones.

Los problemas de corrosión durante ln fabricación de pro­ductos químicos y en las plantas industriales pueden ser con­siderables y abarcar aspectos muy diversos; ésto es, puede decirse que en una planta química, cabe encontrar cualquier tipo de problema de corrosión.

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El problema general fie la corrosión en el proyecto de una planta, exige una síntesis de costos, sentido común, expe­riencia y conocimiento de la teoría de la corrosión.

El costo es un factor importante; muchas de las partes me­tálicas fabricadas tienen previsto un determinado penódo de vida dtil, en cuyo caso el objetivo desde el punto de vista de la corrosión, debe ser que resistan durante dicho tiempo y no necesariamente más, a las condiciones de exposición al medio a que se destinan.

Teniéndolo en cuenta, se procurará utilizar siempre los materiales más baratos y emplear recubrimientos, y desde lue­go la Protección Catódica (Se aplica normalmente a metales férreos en dos formas que son;

a).- A través de un proceso de corrosión galvánica natu­ral, basado en el uso de un metal menos noble que se^ corroe gradualmente.

b).- Utilizando corriente impresa con ánodos inhertes con­sumibles.

Cómo básicamente el fenómeno de corrosión se traduce en pérdida de peso del material, no sólo en las plantas químicas se requiere un buen proyecto con fines anticorrosivos; lo pro­bable es que cualquier tipo de estructura está sometida a al­guna atmósfera corrosiva.

Desde el punto de vista de la corrosión, constituye un im­portante logro en el proyecto compaginar la instalación con el medio corrosivo, con el fin de prolongar la vida dtil de la estructura ó partes metálicas.

Además de la pérdida de tiempo en la repocisión del mate­rial destruido por la corrosión que más tarde se traducirá en pérdidas económicas tanto por las cuantiosas inversiones hechas para la corrección como por los tiempos muertos oca­sionados por tal fenómeno; además del mal aspecto que dan los

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equipos deteriorados, así como la contaminación que sufren los productos que fluyen ó están contenidos en el interior de tubos ó tanques de almacenamiento.

Las inversiones hechas para contrarestar éste ataque son de proporciones considerables, pero a largo niazo resulta más económico hacerlo para dar un mantenimiento preventivo, que comprar el equipo cuando éste ya se encuentra deteriora­do a causa de estar en contacto con su medio ambiente.

El problema de corroeión en los cambiadores decalor ee de suma importancia, puesto oue en toda planta química se hace uso de ellos, ya que son el medio a utilizar para enfriar ó calentar los productos que más adelante y en el mismo proce­so serán usados a las condiciones que salen de estos equipos de transferencia de calor.

Lb situación resulta no ser tan crítica, ya aue cpsí to­dos estos equipos hacen uso del agua para enfriar ó calentar y dándole el tratamiento adecuado se minimiza dicho proble­ma puesto que el medio corrosivo ó incrustante del agua tién­dela desaparecer.

Para tal motivo existen una infinidad de métodos de trata­miento de aguas, para que al ser introducidas a las torres de enfriamiento cómo aguas de repuesto no causen problemas, ya no sólo en los generadores de vapor, cambiadores de calor, etc., sino en las mismas torres de enfriamiento.

Es por eso, que viendo la infinidad de problemas que causa la corrosión, «1 presente trabajo ha sido encaminado a tratar loe problemas que ocacióna en los cambiadores de calor, que cómo ya se mencionó, son la base del buen funcionamiento de toda ülanta química que haga uso de ellos; y cómo estos tra­bajan generalmente a altas temperaturas se favorece la co­rrosión no sólo por la influencia del pH y gases disueltos, sino también por la incrustación de sales de calcio y magne­sio en los tubos d»l equino, formándose una capa hasta cier­to punto inhibidora de la corrosión, pués de no tenerse cui-

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dado, el ataque corrosivo puede continuar debajo de ella en forma de corrosión por picadura, siéndo éste el caso más crí­tico de éste fenómeno.

Además éste trabajo ha sido encaminado con el fin de sa­tisfacer las necesidades de todas aquellas personas que ten­gan interés en resolver toda la serie de problemas no sólo en éste tipo de equipos sino en cualquier otro, ya que ninguno escapa a su deterióro parcial ó total al no tener los cuida­dos necesarios para evitar éste fenómeno; 6 tan sólo para pre­venirlos de tal ataque, alargando con ello la vida útil de los mismos y como consecuencia que se tengan incrementos en la producción y reducción en los costos, que básicamente es la meta de todo profesional de la Industria Química.

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dado, el ataque corrosivo puede continuar debajo de ella en forma de corrosión por picadura, siéndo éste el caso más crí­tico de éste fenómeno.

Además éste trabajo ha sido encaminado con el fin de sa­tisfacer las necesidades de todas aquellas personas que ten­gan interés en resolver toda la serie de problemas no sólo en éste tipo de equipos sino en cualquier otro, ya que ninguno escapa a su deterióro parcial ó total al no tener loe cuida­dos necesarios para evitar éste fenómeno; ó tan sólo para pre­venirlos de tal ataque, alargando con ello la vida útil de los mismos y como consecuencia que se tengan incrementos en la producción y reducción en los costos, que básicamente es la meta de todo profesional de la Industria Química.

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CAPITULO II

G E N E R A L I D A D E S

PROTECCION ANTICORROSIVA

La palabra corrosión se deriva del latín "corrodere" y podría traducirse como una destrucción lenta, constante e i- irreversible de un metal ó una aleación metálica al reaccionar con su medio ambiente.

Es también la destrucción de un metal, la oxidación de un metal ya sea reaccionando con el oxígeno del medio ambiente u oxidándose porque así lo exige algún elemento que se redu­ce; la corrosión puede Ber también una oxidación del tipo e- lectroquíraico en la cual el metal que se corroe es el ánodo, de donde ¡fie aesprf-r.der. ¿tomoe y' cargas eléctricas negativas, las cuales se trarsladan mediante un electrólito hacia un lu­gar cercano el cual puede estar en el mismo metal y funcióna como cátodo.

La corrosión desde un punto de vista atómico, y de acuerdo con lo establecido por Nemst y Faraday, consiste en la sepa­ración de un Atomo del enrejado atómico al que pertenece.

La Ley de Faraday dicej Un equivalente químico de un metal se reduce al aplicar 96 500 Coulomb (Q) (cáto­do). Un equivalente químico de un metal se oxi­da y desprende 96 500 Coulomb (Q) (ánodo).

La Ley de Nemst dices Al sumergir un metal en una solu­ción 1 Normal de sus iones, se obtienen dos ti­pos de metal;a).- El metal del oue se desprenden los átomos,

obteniéndose una oxidación (ánodo), debido a que el metal se queda con l->s cargas ne­gativas y la solución se nueda con los 1 0—

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nes formados, lo que da una carga positiva,b).- El metal sobre el cuál loe iones de la so­

lución se depositan, lo que confiare al me­tal una carga positiva y la solución ae car­ga negativamente. Sobre éste tipo de metal ae efectúa una reducción (cátodo).

En ámbos casos un equivalente químico se oxida y despren­de 96 500 Coulumb y se reduce cuando absorbe 96 500 Coulomb.

Siándo la corrosión la reacción del metal con su medio am­biente, se pueden obtener casos específicos de ella, ee decir,

1.- PISICA: Táles como golpes sobre el metal, esfuerzo yagotamiento del mismo.

2.- QUWICA: Cuando los gases actúan directamente sobre elmetal (oxígeno, flúor, cloro, etc.).

3.- ELECTROQUIMICA: En éste tipo de corrosión, la reacciónquímica deja en libertad electrones; el amp«f- raje estará en función de la cantidad y la va­lencia de los átomos que se separan del metal, el potencial estará en función de la presión de disolución.

4.- BIOLOGICA: Consiste en la deposición de ácidos y ál­calis sobre el metal, que no son más que hecesde los microorganismos.

De acuerdo a la forma como se manifiesta la corrosión so­bre un metal, se establece la siguiente clasificación:Galvánica, uniforme, concentración, picadura, separación, in­tergranular, tensión, erosión; sin embargo se considera que la corrosión electroquímica se presenta en una mayor propor­ción.

GALVANICA: La corrosión galvánica se basa en el contacto eléc­trico de dos aleaciones ó metales con diferen­te posición en la serie electromotriz de los elementos. Se hace necesaria la presencia de

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una pequeñísima cantidad de electrólito ó al­guna. sustancia que funcióne como conductor, y de éeta manera se podrán obtener loe cuatro puntos básicos en la corrosión (ánodo, cáto­do, electrólito y flujo de electrones).

GENERALs La disminución uniforme del volúmen de un metal por la acción química (electroquímica), acción que generalmente entraña la formación de pro­ductos solubles, ee denomina CORROSION GENERAL. Esta ■'.irplíca que cada átomo en la superficie descubierta de un metal es exactamente igual a cualquier otro átomo, con respecto al medio corrosivo, y que éste último tiene igual ac­ceso a todos los átomos.En la práctica, por supuesto, ese caso ideal se presenta nocas veces ó ningúna; sin embar­go, se hacerca a él la acción de los ácidos sobre algunoB metales y de los álcalis fuertes sobre los metalas anfóteros como el aluminio,

el cinc y el plomo; la corrosión de éste tipo es también uniforme con respecto al tiempo; el metal es convertido en productos solubles de la corrosión con un ritmo constante, y el ata­que puede predecirse y en cierto grado, con­trolarse. Por otro lado, cuando la superficie ó el medio no son uniformes, el ataque no es general, se concentra en zonas locales y ori­gina una picadura máo ó menos intensa y otras formas de ataque local.

UNIFORMES Con áste tipo de ataque el metal se hace más del­gado y Be parte, ya que la superficie metáli­ca expuesta se ve sometida a reacciones quími- y electroquímicas, procediendo uniformemente sobre dicho metal.

POR CONCENTRACION i Se basa generalmente en la formación de un área catódica y un área anódica, ésto de­bido a la diferencia del medio ambiente; a éste tino de reacción se le llama también cel—

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POR PICADURA»

SEPARACION:

da de concentración.Al colocar un metal homogéneo y puro en un de­terminado medio ambiente, se pueden formar áreas anódicas y catódicas debido a que difí­cilmente se puede tener un medio homogéneo; ó sea que un metal en contacto con «na solución diluida tiende a disolverse (se comporta como ánodo); el mismo metal en contacto con una so­lución concentrada se comporta como un cátodo sobre el cual se realiza la reducción.

Éste tipo de corrosión se localiza en un área muy pequeña, la reacción se realiza en forma vertical, lo nue da como resultado un agujero en el metal; es difícil de detectar por que los productos de la corrosión cubren la pica­dura que se está formando. Cabe mencionar que las áreas anódicas y catódicas estarán separa­das por una distancia infinitesimal.Normalmente un átomo de hierro tiene un diáme­tro atómico de 2.34 A°; una picadura tiene diámetro de aproximadamente 1 mm, ó sea que se tiene un área de¡ 3.1416 x 0.5 x 0.5 = 0.78 mu? el enlace entre átomo y átomo tiene un prome­dio de 2 A°. Se podría considerar que por cada 121.44 A° cuadrados hay 9 átomos, lo cual daría que en eea área metálica existe un promedio de 5, 820, 652, 100, 000 átomos; un grupo de los cuales se separan obteniéndose un área anódica y a unos cuantos miles de Amstrong se tiene el área catódica.NOTA: 1 Cm = 10 Amstrong.Generalmente éste tipo de corrosión es origi­nada por impurezas en el metal, rugosidad, di­ferencias del medio, etc.; es de suponerse que las áreas anódica y catódica cambian constan­temente de posición en la picadura.

Difícilmente se puede considerar el uso de me­tales puros en los equipos industriales, nor­malmente es el hierro con algunos otros ele­mentos, lo cual da como resultado la formación de aleaciones, de las cuales se senara,

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se oxida ó se disuelve un metal en particu­lar y no precisamente el hierro.El término separación es más usado para indi­car un tipo de corrosión selectivo para un ele­mento en particular que ee separa de una alea­ción.

INTEHGrRWOIAH: Una pieza metálica consiste en la unión de mi­les de millones de átomos, los cuales forman un enrejado atómico; éste tiene un límite, pasan­do luego a convertirse en un grano, a la vez éstos granos pueden tener diferentes formas.La formación del grano es influida por el tipo de enlace metálico, existiéndo en el grano y en sus límites defectos ó errores de enlace. Como ya se mencionó, un metal consta de miles de á- tomos con miles de millones de defectos metá­licos en su enrejado.En loe límites de los granos se localizan, en algunas ocaciónes' reacciones de oxidación; és­tos límites se comportan como áreas anódicas y el grano como cátodo en la superficie del me­tal; el grano poco a poco se separa de los de­más granos y sí ésto ocurre en muchos granos del metal, éste se desintegra eonvirtiendose en un serio problema de corrosión.

TENSION: Un metal ó aleación se ven sometidos bajo esfuerzo al ser instalados} ó sea que su enrejado ató­mico se ve bajo una tensión y ésto origina un debilitamiento en el enlace de los átomos} si la tensión se retira, el metal tiende a recu­perar su original situación, si la tensión no se retira, los enlaces se estiran a tal punto que nuede sobrevenir una rotura, lo que daría como resultado un agrietamiento.

EHOSION; Esta corrosión se caracteriza ñor la aparición de ca­nales, curvas, agujeros redondos, etc. La velo­cidad de destrucción se va acelerando cor el movimiento del líquido que roza la superficie

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del metal.Al fluir el líquido sobre el metal, independien­temente de su poder corrosivo, crea efectos de abrasión al metal en cuestión; ósto coloca a to­dos los medios corrosivos con capacidad para crear una corrosión por erosión.

Además de las formas de ataque al material aquí ¡nencióna— das existen otras mediante las cuales se ve influenciada la corrosión, como son:

1).- El efecto del pH.2),- Efecto de gases disueltos.3).- Efectos de la temperatura.4).- Efecto de la velocidad del fluido.

EFECTO DEL pH: La concentración de loe iones hidrógeno del agua, es una medida del hidrógeno ionizado ó de la acidez ó alcalinidad activa del agua. Las concentraciones altas de iones hidrógeno tien­den a aumentar la corrosión del metal porque^ implican una mayor acidez en el agua. La velo­cidad de corrosión está controlada por la velo­cidad a la que el hidrógeno depositado en el á- rea catódica puede removerse por oxidación y por la velocidad de desprendimiento de las burbujas del gas. En aguas neutras ó alcalinas predomina la remoción de hidrógeno por oxidación, mien­tras que en aguas ácidas es dominante la despo­larización por el desprendimiento de burbujas de hidrógeno; cabe mencionar que ástoB mecanismos pueden efectuarse simultáneamente. Para aguas con pH menores de 5 son altamente corrosivas para el acero al carbón.La figura 1.1 mueBtra la influencia del pH en la velocidad de corrosión; así como la fig. I.1A

EFECTO DE GASES DISUELTOS: El oxígeno disuelto va intima­mente relacionado eon la influencia del conte­nido de iones hidrógeno, es decir, el hidróge­no atómico que se deposita en el área catódica, que se acumula hasta cierto punto, al haber oxí-

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EFEC TO D E LO S A LC A L IS EN LA CORROSION D E L

H IER RO

SHEPPARD T POWELX, A CON D IC IO NA M IEN TO DE AOUAS PARA LA INDUSTR IA ,

EDITORIAL LIMUSA , PAO No 426

IN ST ITUTO PO LITECN ICO N A C IO N A L

E .S .1. Q .I.E .

Te*is Profesional PROTECCION CATODICA

EN CAM B. D E CALORAbraham Estrada F

Pablo Sánchez H. Fifl t . l Mex 0 F

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EFECTO DEL pH SOBRE LA CORROSION DEL HIERRO

pH

8HEPPARD T POWELL, ACOND DE A8UAS PARA LA INO , 60 LIMUSA

PAS No. 427

IN ST IT U T O P O L IT EC N IC O NACIO NAL

E .8 . I .Q . IE

Tesis Profesional PROTECCION CATODICA

EN CAMB. DE CALORAbraham Estrada F

Pablo Sánchez H. FiQ I . l A Mex. D F

IT

geno disuelto en el electrólito éste se difun­de hacia el área catódica y reacciona con el hidrógeno para formar agua.Esta reacción tiende a limpiar dicha área per­mitiendo que continúe la corrosión. A continua­ción se describen las reacciones efectuadas.

H20 ---------- ► H+ + OH" ............... (1)

M ------------ ♦ M+ + e” ..................................... (2)

OH" + lí+ --■* MOH (3)

e " + H+ ----------- * H (4)

2H + 1/2 02 — ♦ H20 .............. (5)

Las reacciones (2) y (3) se efectúan en el áno­do y las reacciones (4) y (5) tienen lugar en el cátodo.

Analizando éstas reacciones, se verá que por ca­da átomo de hidrógeno neutralizado y convertido en agua, un ión hidroxílo se combina con el me­tal para formar hidróxidos metálicos (corrosi­vos), ó sea que el oxígeno dieuelto tiene consi­derable efecto en la velocidad de corrosión; co­mo se mueatra en la figura 1.2. y ia fig, 1.2.A.

El ácido carbónico, después del oxígeno es el gas disuelto más importante para acelerar la co­rrosión, sin embargo, estando en pequeñas canti­dades no tiene efectos corrosivos, ya que hay suficiente alcalinidad en el agua para neutrali­zar la acidez. Un contenido relativamente alto de ácido carbónico en el agua que se alimenta a los cambiadores de calor puede causar picaduras en los tubos de los mismos.

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EFECTO DEL C>2 DISUELTO EN LA CORR. DEL HIERRO

C o n o é a t r a o i o n d t O z d i m e l t o m l / l

KtRBY M. «ARY , CHCM . EM « . MARZO 12 OC 1 *7 * , PAO. 7»

IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O N A C IO N A L

E . S . I . Q I.E

T m í s P ro fes iona l P R O T E C C IO N CATOD.

EN CAM B DE CALO RAbraham Estrado F

Poblo Sánchez H. Fig |.2 Mex. D F

19

CORROSION D E L H IERRO A V A R IA S C O N C EN T RA . C IONES D E O XIGENO

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KuO1— — — — — — — — — — — — —

0 1 2 3 4 5 6 7O XIG ENO D ISU ELT O MU A .

SHtPPARD T. POWELL, ACONO DE A«UAS PARA LA INDUSTRIA

EDITORIAL LIMOSA , PAS. No 414

IN ST ITU TO PO L IT EC N IC O NACIONAL

E .S . I .Q . I .E

T«»l» Profotionol PROTECCION CATODICA

EN CAM B. OE CALORAbrohom Estrada F

Pablo Sanche* H Fifl 1 .2.A Mex D.F

20

EFECTO DE LA TEMPERATURA; Es bión conocido que el agua calien­te ee más corrosiva que el agua fría, áste efecto depende de varios factores, de los cuales, los más importantes son; Las corrientes de convección aumentadas y la disminución de la viscosidad, las que aceleran la difusión del oxígeno a travÓB de la película superficial del metal.

En la figura 1.3 se indica que la corrosión es proporcional a la temperatura; esto depende en gran parte de la cantidad de oxígeno que haya en el sistema y además de las características de 4b- te, es decir, si es un Bistema abierto ó cerrado.

Por ejemplo, en un sistema abierto, donde el oxígeno libre escapará, el rango de corrosión se incrementará con la temperatura hasta unos 80 °C pero cuando hay un incremento en la temperatura, ocurrirá un decremento en la corrosión debido a la caída de solubilidad del oxígeno en el agua, lo que ocurrirá arriba de los 80 °C. fEn un sistema cerrado, el oxígeno no escapará y la corrosión se incrementará con la temperatura hasta que el oxígeno sea consumido.

EPECTO DE LA VELOCIDAD DEL FLUIDO: Ha sido generalmente acep­tado que un aumento en la velocidad del agua que pasa sobre el metal, acelera grandemente la co­rrosión. Esto Be debe básicamente, al hecho de que el movimiento rápido del agua acarrea canti­dades mucho mayores de oxígeno sobre la superfi­cie del metal, que las que resultan exclusiva­mente de la difusión; como se ve en la figura 1.4. En aguas naturales, la corrosión aumenta al aumentar la velocidad de áste fluido y en base a esto se pueden establecer cinco categorías de a- cuerdo a los rangos de velocidad, es decir;

a).- pequeño movimiento (menor a 0.3048 m/seg.) tendrá

21

INFLUENCIA DE LA TEM I». EN LA CORROSION DEL

H IERRO EN AGUA CONTENIENDO 0 2 D ISU ELT O

KIRBY N SARY, CHEM. EN« . MARZO 12 DE 1*79, PAO Ne 77

I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L

E . S . I . Q . I . E

Tesie Profesional PROTECCION CATODICA

EN CAM8. D E CALORAbraham Entrada F

Pablo Sánchez H Fig 1.8 M «x .D F

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EFECTO DE LA VELOCIDAD EN LA CORROSION DEL HIERRO

SHEPPARO T. POWELL, ACONO. DE AGUAS PARA LA INO , ED LIMUSA IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A LPA6 No 428 E . S . 1. O I . E

T « « l* P ro fe s io n a l PR O T EC C IO N CA T O D .

ADrohom E . F. EN C A M 8 .D E C A L O R

Pa b lo S . H. R f l 1 .4 Mm .D .F

23

como consecuencia un ataque hacia el metal en forma locali­zada tal como un golpeteo.

b).- Un flujo a la velocidad de 0.3048 m/seg., incrementa el suministro de oxígeno a un nivel tal que aumenta la corro­sión tanto como 0.1016 cm/año. Incrementándose el flujo, tam­bién se acelera la disminución de la reducción catódica por adelgaeamiento de la película del líquido en la superficie del metal.

c).- Las altas velocidades proporciónen mucho oxígeno y ponen al metal en un estado de pasivación; y de ésta manera ce protegido de la oxidación por una capa de óxido u oxíge­no adsorbido. En la figura 1.5 se nota claramente que en una región de velocidad de 2.4384 a 3.048 m/seg. (que es un ran­go comunmente usado en loe equipos de proceso), los rangos de corrosión serán de 0.0254 y 0.0762 cm/año respectivamente, dependiendo del acabado de la superficie.

d).- Para velocidades arriba de 4 . 5 7 2 m/seg., la turbu­lencia acelera la corrosión lejos de ser evitada por la ca­pa protectora; ésto normalmente sucede en los cambiadores de calor y accesorios de tubería.

e).- A velocidades más altas, ocurrirá una corrosión por erosión; por ejemplo en la figura 1.6 se muestra un rango de corrosión arriba de 0.508 cm/aHo a 11.89 m/seg. En la prác­tica, otras consideraciones tales como efectos de momentum y tipos de aguas limitarán los niveles bajos de velocidad; figura 1.6a.

Bn aguas de mar, no ocurre la paaivaclón porque el cloro tiende a destrozar la película protectora, así es que en és­te ambiente la corrosión aumenta con la velocidad.

Normalmente cuando se manejan aguas de mar, se sugiéren las siguientes velocidades para tubería de acero al carbón!

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SINTESIS DE EFECTOS OE pH, TEMPERATURA, VELOCIDAD Y

SOLUTO EN LA CORROSION DEL HIERRO

u/ ai’ Cm/AHo

KIR8Y H 6ARY, CHEM EN6 MARZO 12 OE 1979, PAG No 74 IN ST IT U T O PO LITECN ICO NACIO NAL

E .S .I.Q .I.E

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EN CAM B. DE CALORAbraham EsfradoF

Poblo Sánchez H Figs.1.0 i 1.6 Mex 0 F

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EFECTO DE LA VELOCIDAD DEL A3UA EN LA CORROSION

DEL HIERRO A 21 #C

V ELO C ID A D EN m torpor i t g

KIRBY N GARY, CHEM EN0 MARZO a OE 1979, PAG No 78 IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O NACIO NAL

E . S . I . Q . I . E

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Abrahom Estrada F

Poblo Sánchez H

PRO TECC IO N CATODICA

EN CAM B. D E CALOR

Fig. I. 6 . a Mex DF

26

VELOCIDAD (m/seg.) CORROSION (cm/año)0.3048 0.01571.2192 0.03338.2296 0.1179

En ambientes donde hay un insignificante movimiento del fluido, se pueden aplicar éstas generalidades i

a).- Agua de río a 3.048 m/seg. causará una corrosión de0 . 0 2 5 4 a 0.0762 cia/afío» dependiendo del acabado ó rugosidad de la superficie.

b).- Agua de río a 3.048 m/seg. ocacionará una corrosión de 0.0762 a 0.127 cm/año, dependiendo de la turbulencia.

A continuación se tabulan loe valores normales y críticos de las cuatro variables que afectan la corrosividad del agua.

NORMAL CRITICOpH (agua) 6.5 5.202 disuelto, incluyendo 00 18.0 ppm. Arriba de 20 ppmTemperatura 30 a 35 °C 40 °CSales dieueltas 1500 ppm NaCl 7000 a 9000 ppm

de NaCl.Velocidad en la tubería 0.0127 a Arriba de 0.0254

0.0178 m/seg.

Habiéndo mencionado los principales factores que originan la corrosión, ee tratarán ahora loe métodos anticorrosivos más usuales, entre otros:

1.- Pinturas y recubrimientos.2.- Pasivadores e inhibidores.3.- Selección de materiales inoxidables.4.- Protección anódica.

27

Bajo condiciones de corrosión acuosa raramente es posible por razone» económicas, el uso de recubrimientos de metales.

Se plantea puée el problema de combatir la tendencia a la corrosión de los metales y aleaciones de empleo corriente por otros procedimientos. Varios de estos métodos disponibles pa­ra la protección metálica están basados en principios electro­químicos, otros derivan del principio obvio de separar el me­tal del medio que lo rodea; el éxito de estos depende de la resistencia química Ó electroquímica de la capa protectora La elección de un método de protección no es tan fácil, ya que se debe tener en cuenta, por un lado, las condiciones del medio, y por el otro loa factores económicos.

Estos últimos incluyen no sólo el costo inicial sino tam­bién los gastos de sustitución de las partes corroídas y la eventual renovación del medio protector#

Cabe mencionar que se tendrán que usar los parámetros eco- nomicoe con la misma familiaridad que los datos técnicos, en- to tiara decidir el método de protección más importante.

Eos métodos electroquímicos para la protección de un me­tal serán mejor comprendidos a través de un diagráma de Pour- oaix, mostrado en la figura 1.7.

II.1 PINTURAS Y RECU3RIMIENT0S

RECUBRIMIENTOSlEstos pueden ser metálicos y químicos.1).- Recubrimientos metálicos: Los recubrimientos metáli­

cos se aplican generalmente con el fin de prolongar la vida del metal subyacente.

Además de esto, existen otros fines que justifican su apli­cación, como son: Una mayor resistencia al desgaste (depo­sición de cromo); para un mejor contacto eléctrico de baja resistencia (deposición de oro y plata); para una reflecti- vidad elevada y constante (cromo); para una adecuada resis­tencia a la corrosión (electrodeposición de aluminio sobre

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DIAGRAMA DE POURSAIX PARA HIERRO Y OTROS METALE8

TANTALIO TITANIO

llNMUN IOAD CZ3PA3IVACION CD CO RRO S IO N

ALUMINIO M ASNESIOHENTHONNE M ICHAEL, CHEM. EN6

OCT l« OC 1*71, PAC. No. 148 IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O NACIONAL

E .S . I .Q . I .E

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EN C A M B . OE CALORAbraham E «Irada F

Pablo Sánchez H Fig 1.7 M ex . D F

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el hierro).

Debe tenerse en cuenta que éste tipo de recubrimientos, pueden aplicarse sobre aquellos materiales de hierro que no son muy grandes, tal es el caso de recipientes para almace­nar productos alimenticios; como la hoja de lata que con tan sólo una capa delgada de estaño cumple la funsión.

El estaño posee una resistencia bastante buena a la co­rrosión y tolera bién el contacto de loe productos alimenti­cios; muchos ácidos orgánicos presentes en los comestibles ó en los jugos de frutas enlatados, forman complejos con el es­taño, como consecuencia, disminuye la actividad de los iones estanosoe y el estaño se vuelve anódico con respecto al hie­rro en aquel medio.

TJn tratamiento adicional, es recubrir el interior con al­guna laca, ó en ocaciones con etiquetas pegadas con colas no corrosivas.

Respecto a la tubería de acero dulce, se recubre de cinc (proceso que recibe el nombre de galvanizado). Como el cinc es anédico respecto al hierro, sí penetra humedad hasta el metal base el cinc se corroe y se sacrifica para proteger al hierro. La protección cesa cuando la extensión del área de a- cero expuesto hace insuficiente la polarización debida al cinc lo cual se manifiesta especialmente en la zona central del a- cero desnudo.

La cantidad de cinc en la capa, es el factor más importan­te desde el punto de vista de la protección, es decir, el es­pesor del depósito gobierna su capacidad de protección, inde­pendientemente del procedimiento empleado para producirlo.

Las propiedades protectoras del cinc sobre el hierro se basan no sólo en la acción de sacrificio (ya que ésta tiene un límite), sino también en la obstrucción de los puntos de corrosión como consecuencia de la combinación de los iones de cine con los iones hidroxílo producidos por la reacción

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catódica sobre la superficie del hierro y la precipitación de hidróxido dentro de I o b pequeños poros y defectos "leí re­cubrimiento.

Los recubrimientos de cinc son extensamente usados para la protección del acero en medios acuosos.

El acero recubierto puede utilizarse sin peligro en so­luciones agitadas, sólo cuando loe valores de pH estén com­prendidos entre 6 y 12.5.

Existen infinidad de recubrimientos que son de gran uti­lidad para evitar tanto la contaminación como la corrosión que sufren los materiales que están hechos a base de acero al carbón.

2).- Recubrimientos químicos! Este tipo de protección con­tra la corrosión puede aplicarse sobre aquellos materiales de hierro nue no eon muy grandes, óomo ñor ejemplo, la protec­ción oue se hace contra la corrosión en las defensas de los automóviles; ee les hace un depósito de cromo de tan sólo u- naa mieras de espesor, el cromo reacciona de inmediato con el medio ambiente, se corroe químicamente al reaccionar con el oxígeno del medio y forma una capa de óxido de cromo muy estable, la que impide que el fenómeno de la corrosión con­tinúe .

Esto puede observarse también en los espejos de loa baños, los vidrios tienen un depósito de plata; como la humedad del medio ambiente puede corroer éste depósito, se recomienda o- tro de cobre electrolítico de sólo unas mieras, pero será suficiente para proteger de la corrosión al metal base del espejo, la plata. Las diferencias de potencial pueden verse en la serie electromotriz de los elementos tabla 1.1.

PINTURASPara que la corrosión se lleve a cabo, se hace necesaria

la presencia de cuatro participantes, que sons cátodo, ánodo, flujo de electrones y electrólito; la eliminación de uno de ellos detiene la corrosión.

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TABLA 1.1

SERIE ELECTROMOTRIZ DE LOS ELEMENTOS

ELECTRODO REACCION S ( V o l t s ) vs E.N.H

Li+ , Li Li+ + e ----Li - 3.045K* , K K* + e ----K - 2.925Ba++ , Ba Ba‘*'++ 2 e ----Ba - 2.900Sr++ , Sr Sr+++ 2 e ----Sr - 2.890Ca++ f Ca Ca+++ 2 e ----Ca - 2.870Na+ , Na Na+ + e ----Na - 2.744La*3 , La La+3+ 3 e ----La - 2 . 5 2 0

Ce+3 , Ce Ce+3+ 3 e ----Ce - 2.480Mg++ , Mg Mg+++ 2 e ----Mg - 2.370Be++ , Be Be+++ 2 e ----Be - 1.850Al+3 , Al Al+3+ 3 e ----Al - 1.660Ti++ , Ti Ti+++ 2 e ----Ti - 1.630V++ , V V++ + 2 e ----V - 1.180Mn++ , Mn Mn+++ 2 e ----Mn - 1.180Zn++ , Zn 2n+++ 2 e ----Zn - 0.763Cr++ , Cr Cr+++ 2 e ----Cr - 0.740Ga*3 , Ga Ga+3+ 3 e ----Ga - 0.530?e+-f , Pe Pe+++ 2 e ----Pe - 0.440Cd++ , Cd Cd+++ 2 e ----Cd - 0.403Co++ , Co Co+++ 2 e ----Co - 0.277Ni++ , Ni Ni+++ 2 e ----Ni - 0.250Mo+3 , Mo Mo+3+ 3 e ----Mo - 0.200

32

TABLA 1.1 CONT.

Sn'f+ , Sn Pb*+ , Pb H+ , H2 Cu++ , Cu i 2 r I "

P e * 3 , P e

Hgg+ * Hg Ag+ » Ag Pd** , Pd ci2 , Cl' Au'3 , Au

Sn++ ♦ 2 e

Pb** + 2 e

2 H * +2eCu+* +2e

h +2eP e * 3 + eHgJ+ +2eAg* + ePd** +2eC1 +2eAu*3 +3e

P 2+2e

Sn Pb

Cu 21 "

2Hg Ag Pd 2 C 1 "

Au— --2P"

- 0.136

- 0.126 - 0.000

- 0.377- 0.538- 0.771- 0.789- 0.799- 0.987- 1.360

- 1.500

- 2.650

Puente de información»Vlllarreal B. y Bello S.; Electroq. parte I ANUIES, Pag. 43'

33

S I u s o d e p i n t u r a s s o b r e u n m e t a l , l o a i B l a y e l i m i n a b u c o n t a c t o c o n e l e l e c t r ó l i t o , p o r l o q u e l a c o r r o s i ó n e o b r e b u s u p e r f i c i e n o p r o c e d e .

l i i a o u e n a p i n t u r a p a r a l a c o r r o s i ó n d e D e t e n e r l a s s i ­g u i e n t e s c a r a c t e r i s t i c a s i

a ) . - R e s i s t e n c i a a l a h u m e d a d , s a l e s , á l c a l i s y á c i d o s *b ) . - R e s i s t e n c i a a l o s r a y o s u l t r a v i o l e t a .c ) . - D e f á c i l a p l i c a c i ó n .d ) . - C o n b u e n a a d h e r e n c i a .e ) . - S e c a d o r á p i d o .f ) . - E s p e s o r mínimo d e 1 . 5 a i l í m e t r o s .

E s i m p o r t a n t e d e j a r b i f e p r e p a r a d a l a s u p e r f i c i e q u e v a a s e r p i n t a d a , á s t o p u e d e l o g r a r s e m e d i a n t e u n c e p i l l a d o ó c o n u n f l u j o d e a r e n a q u e h a r á d e s a p a r e c e r l a c a s c a r i l l a s u p e r ­f i c i a l d e l m e t a l , y a q u e c u a n d o á s t a c a e , f a c i l i t a l a p o s t e ­r i o r l i m p i e z a m e c á n i c a .

U f aa v e s l i m p i a l a s u p e r f i c i e m e t á l i c a , p u e d e p i n t a r s e , p r o c e s o q u e s e r e a l i z a a n v a r i a s e t á p a s . P r i m e r o s e d a u n l a ­v a d o p r o t e c t o r , p a r a l o c u a l s e u s a u n b a ñ o d e f o s f a t a d o » e - 1 1 o e v i t a l a o x i d a c i ó n d e l a s u p e r f i c i e l i m p i a d e c a s c a r i l l a , y d e b e h a c e r s e i n m e d i a t a m e n t e d e s p u á s d e l p r o c e s o d e l i m p i e ­z a . P o s t e r i o r m e n t e s e a p l i c a u n a i m p r i m a c i ó n y p o r ú l t i m o s e p i n t a .

A u n q u e s e a ¿ s t a l a s e c u e n c i a g e n e r a l , e n l a p r á c t i c a c a d a p a s o p u e d e n e c e s i t a r d e v a r i a s o p e r a c i o n e s ó p u e d e n c o m b i n a r ­s e l o s p a s o s e n u n a s ó l a o p e r a c i ó n .

L a p i n t u r a e s t á f o r m a d a p o r u n a c e i t e s a c a n t e l l a m a d o v e ­h í c u l o q u e f o r m a u n a p e l í c u l a y u n p i g m e n t o f i n a m e n t e d i v i d i ­d o , a d e m á s s u e l e n c o n t e n e r d i l u y e n t e s q u e r e b a j a n l a v i s c o s i ­d a d y f a c i l i t a n l a a p l i c a c i ó n ; s e c a n t e s q u e a c e l e r a n l a o x i ­d a c i ó n a e l v e h í c u l o y s u t r a n s f o r m a c i ó n e n p e l í c u l a d u r a .

S e i n s i s t e e n l a i m p o r t a n c i a d e e l i m i n a r p o r c o m p l e t o l a c a s c a r i l l a , y a q u e e s f u n d a m e n t a l p a r a e l p i n t a d o , p o r l o q u e r e s u l t a m e j o r u n a b u e n a p r e p a r a c i ó n c o n u n a p i n t u r a

34

p o b r e q u e u n a m a l a p r e p a r a c i ó n c o n u n a p i n t u r a b u e n a .

E l a c e i t e d e l i n a z a e e e l v e h í c u l o b á s i c o d e m u c h a s p i n ­t u r a s , a l g u n a s o t r a s c o n t i e n e n b a r n i z n a t u r a l .

E n e l c a s o d e p i n t u r a s b a s a d a s e n a c e i t e d e l i n a z a e s i m ­p o r t a n t e t e n e r e n c u e n t a q u e l a p e l í c u l a n o e s c o n t i n u a e n e l s e n t i d o d e a i s l a r c o m p l e t a m e n t e e l m e t a l ; a p a r t e d e i n c l u ­i r p o s i b l e s d e f e c t o s , e s p e r m e a b l e a l p a s o d e p e q u e ñ a s c a n t i ­d a d e s d e o x í g e n o . A d e m á s e l a c e i t e d e l i n a z a s e d e s c o m p o n e l e n t a m e n t e , e n e s p e c i a l b a j o l a l u z s o l a r y f o r m a u n g r a n n ú ­m e r o d e á c i d o s o r g á n i c o s .

P u e s t o q u e l a s p i n t u r a s n o p r o p o r c i o n a n u n a p r o t e c c i ó n c o m p l e t a y d e b i d o a q u e p u e d e n h a c e r s e a g r e s i v a s d u r a n t e s u d e s c o m p o s i c i ó n , s e e m p l e a n p i n t u r a s d e i m p r i m a c i ó n p a r a f i - n e s a n t i c o r r o s i v o s ; é s t a s p r o p o r c i o n a n u n a e x c e l e n t e s u p e r ­f i c i e p a r a l a a p l i c a c i ó n d e c a p a s u l t e r i ó r e s d e p i n t u r a .

L a s s u s t a n c i a s que c o n s t i t u y e n l a i m p r i m a c i ó n dependen del m e t a l q u e v a a p r o t e g e r s e y d e l m e d i o q u e h a y a q u e r e s i s t i r .

L a p i n t u r a d e i m p r i m a c i ó n m á s u s a d a e s t á f o r m a d a p o r r o j od e p l o m o , q u e c o n s t a d e P b ^ O . c o n p e q u e ñ a s c a n t i d a d e s d e P b O .i 4

E e i m p o r t a n t e m e n c i o n a r q u e p a r a q u e u n a p i n t u r a s e a a n h e ­r e n t e e s n e c e s a r i o q u e e l m a t e r i a l q u e v a a s e r p i n t a d o e s t á c o m p l e t a m e n t e l i m p i o y t e n g a a l g o d e r u g o s i d a d . E x i s t e n d i f e ­r e n t e s t i p o s d e l i m p i e z a , c o m o s o n :

1 . - L i m p i e z a m a n u a l .2 . - S e m i a u t o m á t i c a .3 . - D e c a p a d o s ( i n m e r s i ó n d e l m e t a l e n s o l u c i o n e s á c i d a s

p a r a e l i m i n a r g r a s a s y ó x i d o s ) .4 . - S o p l e t e o ( i n y e c t a n d o a r e n a a p r e s i ó n ) .

1 1 , 2 P A S I V A D O R E S E I N H I B I D O R E S

L o s i n h i b i d o r e s s o n s u s t a n c i a s o r g á n i c a s e i n o r g á n i c a s q u e

35

s e a g r e g a n a l a g u a ó a l a s o l u c i ó n c o r r o s i v a q u e e s t r a n s ­p o r t a d a p o r u n a t u b e r í a , c o n e l f i n d e d i s m i n u i r s u p o d e r d e a t a q u e ó c o n e l f i n d e r e t a r d a r l a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n , y a q u e ó e t e s e p u e d e c o n s i d e r a r c o m o u n c a l m a n t e d e l a c o r r o s i ó n p u ó s n o l a e l i m i n a t o t a l m e n t e .

L a i n h i b i c i ó n a b a r c a u n c a m p o m u y a m p l i o d e u s o s a n t i c o ­r r o s i v o s ; e n l a p r á c t i c a l a m a y o r p a r t e d e ó s t a s e d e d i c a a l t r a t a m i e n t o d e l a g u a ; e n é s t e c a s o c o n e l f i n d e s

a . - R e d u c i r l a c o n t a m i n a c i ó n d e l a g u a p o r l o s m e t a l e s ,b . ~ D i s m i n u i r l a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n y p o r l o m i s m o i n ­

c r e m e n t a r l a v i d a l í t i l d e l o s t u b o s y r e c i p i e n t e s .c . ~ R e d u c i r l a s r o t u r a s e n l a s c a l d e r a s y e q u i p o s d e t r a n s ­

f e r e n c i a d e c a l o r .

E n t r e l a s p r i n c i p a l e s c a r a c t e r í s t i c a s d e l o s i n h i b i d o r e s s e c u e n t a q u e : N o m o d i f i c a n l a s p r o p i e d a d e s f í s i c a s d e l a s o ­l u c i ó n , s a l v o c u a n d o n o s e a g r e g a n a l a s c o n c e n t r a c i o n e s a d e ­c u a d a s ; c o m o p u e d e o b s e r v a r s e e n l a t a b l a I I . 1 ; p u e d e n e n v e ­n e n a r l a s o l u c i ó n , a u n q u e t a m b i ó n s e v e a f e c t a d a c u a n d o « i r - c u l a a a l t a s v e l o c i d a d e s .

N o r m a l m e n t e a u u t i l i z a c i ó n d e b e e s t a r p r e v i s t a a n t e s d e l p r o y e c t o d e u n a i n s t a l a c i ó n , l o q u e p e r m i t e p r o y e c t a r ¿ s t a s c o n m a t e r i a l e s b a r a t o s ( a c e r o n e g r o , a c e r o g a l v a n i z a d o , e t c . ) a l s e r p o s i b l e d i s m i n u i r l o s r i e s g o s d e c o r r o s i ó n .

E n o c a s i o n e s , p u e d e n r e p a r a r l o s d e s g a s t e s o c a s i o n a d o s p o r u n f e n ó m e n o d e c o r r o s i ó n n o p r e v i s t o y q u e s e h a p u e s t o d e m a n i f i e s t o e n u n a i n s t a l a c i ó n y a r e a l i z a d a .

C o m o y a s e m e n c i o n ó , l o e c a s o s t í p i c o s d e u t i l i z a c i ó n d e l o s i n h i b i d o r e s s o n :

a . - B n s i s t e m a s d e c i r c u l a c i ó n d e a g u a , d e e s t o s s e p u e ­d e n d i s t i n g u i r t r e s t i p o s q u e s o n ;

36

TABLA II.1

I N H I B I D O R E S D E C O R R O S I O N

I N H I B I D O S C O N C E N T R A C I O N P H M E T A L E S O B S E R V A ­C I O N E S

C r o m a t o s C r 0 ^ / P 0 ^ 1 / 2 a 1 / 4 5 . 5 a 7 . 3

F e , C u , A l I n c o n v e ­n i e n t e s t

F o s f a t o s 3 0 a 3 5 m g / 1 . A c . G a l ­v a n i z a d o ■y s o l d a ­d u r a s .

C r e c i m i e n ­t o d e o r ­g a n i s m o s b i o l ó g i c o s

C r o m a t o

♦ C i n c

C r O ^ j ? a 1 0 m g / 1

Z n i 5 a 1 0 m g / l

5 - 7 . 5 C u , Z n , A l L a t ó n .

N o p u e d e h a b e r p r o ­d u c t o s d e c o r r o s i ó n .

P o l i f o s - f a t o s 4 C i n c

1 0 a 2 0 4 d e Z n 5 a 7 s i n C u6 a 7 c o n C u

C o m o e lp o l i f o a -f a t o

C o m o e l p o — l i f o s f a t o

C r o m a t o

«• P o l i f o s f a t o e C i n c

C r O . / P O . / Z n d e 4 4

1 / 2 a 21 0 a 2 5 m g / l

E n t o d o s

7 . 0 f C d O 8 L q b p o l i - f o s f a t o s a c t ú a n c o ­m o d e t e r ­

g e n t e y l i m p i a n l a s u ­p e r f i c i e .

P u e n t e d e i n f o r m a c i ó n :

C. Piaud; CP Septiembre - Octubre; Pag. 31

37

a . l ) . - L o s circuitos cerrados, donde e l agua e s t á c o m p l e ­t a m e n t e r e c i c l a d a . E s t o s c i r c u i t o s p . i n t e a n p o c o s p r o b l e m a s de c o r r o s i ó n ya que e l agua p u e d e t r a t a r ­s e p r e v i a m e n t e d e f o r m a c o n v e n i e n t e ( d e s i o n i z a d a , d e s a e r e a d a , i n h i b i d a ) . L a s c o m p o s i c i o n e s de l a s s u s ­t a n c i a s i n h i b i d o r a s u t i l i z a d a s d e p e n d e n e v i d e n t e ­m e n t e d e l t i p o d e c i r c u i t o p r e v i s t o ; c o m o s o n ; c r o ­m a t o s , p o l i f o s f a t o s , s a l e s d e c i n c p a r a l o s c i r c u i ­t o s c o n m e t a l e s f ó r r e o s . B e n z o a t o s , n i t r i t o s , fos­f a t o s , b o r a t o s , e t c . , p a r a l o s c i r c u i t o s d e r e f r i ­g e r a c i ó n d e I o b m o t o r e s .

a . 2 ) . - L o s c i r c u i t o s t o t a l m e n t e a b i e r t o s , d o n d e e l a g u as e p i e r d e e n u n e f l u e n t e c o n ó s i n t r a t a m i e n t o . E s ­t e e s e l c a s o d o n d e l o s i n h i b i d o r e s c a s i n u n c a s o n u t i l i z a d o s , y a q u e l a s g r a n d e s c a n t i d a d e s q u e s e n e c e s i t a n h a c e n e l t r a t a m i e n t o a n t i e c o n ó a i c o y a l ­t a m e n t e c o n t a m i n a n t e . S e p r e f i e r e c a m b i a r p e r i ó d i ­c a m e n t e l o s e l e m e n t o s d e l a i n s t a l a c i ó n c o r r o í d a . S ó l o e l s u l f a t o d e f i e r r o e s , e n c i e r t o s c a s o s , u - t i l i z a d o ; e s i m p o r t a n t e s e ñ a l a r l a i n h i b i c i ó n d e l a s a g u a s p o t a b l e s , c a s o e n e l q u e l o e i n h i b i d o r e s u t i l i z a d o s n o d e b e n t e n e r e f e c t o s f i s i o l ó g i c o s , é s ­t o s s o n * S i l i c a t o s y f o s f a t o s a c o n c e n t r a c i o n e s m u y b a j a s .

S e u s a n t a m b i é n s a l e s d e c i n c m e z c l a d a s c o n p o l i - f o s f a t o s p a r a e s t i m u l a r l a i n i c i a c i ó n de l a p r o t e c ­c i ó n ; 5 m g / l e s e l n i v e l m á x i m o de c i n c a c e p t a b l e p a r a e l a g u a p o t a b l e .

a . 3 ) . - C i r c u i t o s d e r e c i c l a d o c o n p a s o d e a i r e . E n é s t e c a s o e l a g u a s e c o n t a m i n a c a d a v e z q u e s e p o n e e n c o n t a c t o c o n l a a t m ó s f e r a y s u c o r r o s i v i d a d e s t á l i g a d a a l a s m o d i f i c a c i o n e s d e c o m p o s i c i ó n e n l a c i r c u l a c i ó n

C u a l q u i e r a q u e s e a e l m e c a n i s m o e x a c t o d e l a i n h i ­b i c i ó n , u n i n h i b i d o r d e c o r r o s i ó n a c t ú a s i e m p r e

38

disminuyendo la raoidóz de uno de I o b procesos electroquímicos elementales de la corrosión.

1.- Proceso Anódico: Paso del metal bajo forma de sus io­nes en solución.

M e * Me+n n+Se hablará entonces de tm inhibidor anódico.

2.- Proceso Catódicos Consumo de los electrones libres dela reacción anódica por reducción del oxígeno disuelto en la solución.

Og ♦ 4H+ + 4 e ------ » 2H20 (Sn medio ácido).

ó de los iones R+ (H* ♦ e ------ » 1/2 H^).Se hablará entonces de un inhibidor catódico.

CRITERIO DE ELECCION DE LOS INHIBIDORES La elección de un inhibidor ó de una mezcla de inhibido­

res para resolver un problema de corrosión, no es tarea fácil ya que es necesario darse cuenta que cada problema de corro­sión es un caso particular que pone en juego cierto mímero de parámetros específicos, como sons

a).- La naturaleza del metal.b).- La naturaleza del medio corrosivo.c).- El entorno del metal (Materiales diversos constitu­

tivos del circuito).d).- Las condiciones de servicio de la instalación.e).- Lae condiciones económicas (Costo de la corrosión

comparado con el costo de una protección eventual).

De estos, los que tienen mayor importancia son los dos pri­meros, ya que los tres restantes pueden ser analizados sobreejemplos precisos.

39

B 1 m e c a n i s m o d e i n h i b i c i ó n d e u n m e t a l p o n e e n j u e g o l a s f u e r z a s d e u n i ó n m e t a l - i n h i b i d o r ó i n c l u s o p r o c e d e p o r f o r ­m a c i ó n d e c o m p u e s t o s d e f i n i d o s e n t r e e l i n h i b i d o r y c i e r t o s i o n e s m e t á l i c o s , e s e v i d e n t e q u e l a e f i c i e n c i a d e u n i n h i b i ­d o r v a r í a e n f u n c i ó n d e l a n a t u r a l e z a d e l m e t a l .

a).- NATURALEZA DEL METAL

L a m a y o r p a r t e d e l o s e s t u d i o s s o b r e l a i n h i b i c i ó n d e l a c o r r o s i ó n s e h a n h e c h o a p a r t i r d e l o s m e t a l e s f é r r e o s , y a q u e s a l v o e l c a s o d e l c o b r e y e n m e n o r g r a d o e l a l u m i n i o , p o ­c o s e s t u d i o s h a n s i d o c o n s a g r a d o s a l o s m e t a l e s n o f ó r r e o s , d e b i d o a q u e p r e s e n t a n p o c o s p r o b l e m a s d e c o r r o s i ó n ( s ó l o e n e l c a s o d e p a r e s g a l v á n i c o s ) , p e r o s e r á n e c e s a r i o a s e g u r a r s e s i e m p r e q u e l a a d i c i ó n d e i n h i b i d o r e s n o l e s s e a p e r j u d i c i a l , y a q u e e s m u y p e l i g r o s o , p o r e j e m p l o , u t i l i z a r a m i n a s p a r a l a p r o t e c c i ó n d e l a c e r o s i h a y c o b r e p r e s e n t e , p u e s t o q u e l a f o r m a c i ó n d e c o m p l e j o s e n t r e e l c o b r e y c i e r t a s a m i n a s c o n ­d u c i r á a u n a t a q u e a c e l e r a d o d e á s t e m e t a l .

S Í s e d e s c o n o c e e l c o m p o r t a m i e n t o d e u n i n h i b i d o r c o n r e ­l a c i ó n a u n m e t a l , e s b u e n o h a c e r s i e m p r e u n e n s a y o r á p i d o d e c o n t r o l ; a u n q u e e l e s t a d o d e l a s u p e r f i c i e d e l m e t a l p u e d e t e n e r i n f l u e n c i a s o b r e l a e f i c á c i a d e u n i n h i b i d o r y , p o r e - j e m p l o , l a m e z c l a d e c r o m a t o d e s o d i o m á s s a l e s d e c i n c e s i n e f i c a z s i l a s u p e r f i c i e e s t á y a c o n h e r r u m b r e .

L a s d o s s a l e e t i e n e n d i f i c u l t a d e s p a r a a c t u a r s o b r e l a s u p e r f i c i e m e t á l i c a ; l a a d i c i ó n d e u n p o l i f o s f a t o c o n e f e c ­t o d e t e r g e n t e p e r m i t e s a l v a r e n p a r t e e s a d i f i c u l t a d .

b ) . - R e s p e c t o a l a n a t u r a l e z a d e l a s o l u c i ó n y l a i n f l u e n c i a d e l p H , á s t e p u e d e a c t u a r d e d o a f o r m a s s o b r e e l c o m p o r ­t a m i e n t o d d u n i n h i b i d o r c o n r e l a c i ó n a u n m e t a l .

b . l ) . - M o d i f i c a n d o l a r e a c t i v i d a d d e l i n h i b i d o r c o n r e l a c i ó n a l a s u p e r f i c i e ; d e á s t e m o d o , c i e r t o s c o l o r a n t e s d e l t i p o d e l o s d e r i v a d o s a z ó i c o s ( r o j o d e m e t i l o ) , s o n i n h i b i d o r e s d e l a c o r r o s i ó n d e a l e a c i o n e s d e a l u m i n i o e n s o l u c i ó n d e c l o r u r o d e s o d i o a l 3 j í y p H s u p e r i o r e s a 5 j l a e f i c á c i a

40

es debida a la formación de ouelatos entre los iones de aluminio y el colorante, cuelatos desplazados con benefi­cio de hidróxido de aluminio cuando la basicidad aumenta.

b.2).- Codificando el estilo de la superficie del metal; de áste modo, los cromatos no son inhibidores de la corrosión de aceros no aleados, más que en caso de que el pH de la solución sea superior a tres.

Estos compuestos actúan completando la capa de óxido pre­sente en la superficie del acero. Seta capa de óxido no existe a pH demasiado ácido y el inhibidor ya no es eficaz por el contrario, los cromatos pueden utilizarse en medio ácido si una capa de óxido existe sobre el metal (Caso de los aceros inoxidables).La infl-iencia de la temperatura es de gran importancia, yaque una elevación de la misma provoca una disminución de la eficacia inhibidora por varias razónes, a saber:

1.- Aumento de la velocidad de reacción en I o e electrodos.Desadsorsión parcial de los inhibidores.

3.- Posibilidad de descomposición de los inhibidores.

Entre tanto, la solubilidad del oxígeno disminuye cuando la temperatura aumenta, lo oue entraña una disminución de la velocidad de corrosión.

ai conclusión, la elevación de una coarosición inhibidora adaptada a un problema preciso de corrosión, no debe hacerse sin precaución; asi como la selección de la mejor formulación inhibidora, ásta etápa ec más importante ya que reposa sobre sobre la aplicación de métodos de ensayo, que bián aplicados deben conducir a conclusiones claras.

II.3 SELECCION DE RATERIALES INOXIDABLESLos procesos químicos y petroouímieoa involucran el mane­

jo de productos a diferentes temperaturas, ya oor neceeida-

41

des inherentes a loa mismoe ó porque requieren de servicios auxiliares.

Realmente es mínima la proporción de reacciones que ocu­rren con una entrada 6 salida de calor, y por el contrario, es grande el número de procesos y operaciones que exigen la inclusión de reactantes ó productos a temperaturas elevadas en reactores y equipos donde éstas se efectúan.

De igual manera, en ciertas etápas ee necesario disminuir las temperaturas de productos y reactantes para lograr el ba­lance de materia y energía solicitado por el proceso. Estas necesidades se satiafacen con el empleo de equipos que efec­túan el trabajo de transferencia de calor al producto mane­jado como son¡ Calentadores, calderas, hornos, intercambia- coreB, torres de enfriamiento evaporadores, etc.

Loa equipos que ae utilizan pára transferir calor se cla­sifican por su función dentro de loa procesos como calenta­dores, sobrecalentadores, intercambiadores, etc.; ó por el diseño en su construcción, situación que en el presente tra­bajo ae trata; puesto que las aleaciones empleadas en dichos equipos forman un grupo dentro del campo de los materiales metálicos.

En 4ate caso ee pondrá especial énfasis en los cambiado­res de calor, puesto que éstos son equipos que recuperán el calor que procede de un producto de reacción y se pueden clasificar por la función que desempeñan dentro de un proce­so dado.

Cuando en un equipo la transferencia de calor se efectúa entre dos líquidos, se denomina intercambiador de calor; si el producto caliente eB un vapor y no se persigue su conden­sación, ee llama mtercambiador de vapor, y en caso de per­seguir su condensación se aplica el término de condensador.

Sí el condensado se enfría posteriormente en un equipo

A a

que utiliza agua para ese fin, ee denomina enfriador.En base a éstas clasificaciones puede observarse que exis­

ten un gran número de condiciones originadas por los produc­tos que se manejan y por las presiones y temperaturas invo­lucradas en la operación.

De ésta manera, se tienen cambiadores que operan con flui­dos de proceso poco agresivos y en otras ocaciónes con altos contenióos de sales, ácidos orgánicos ó inorgánicos, lo que resulta en una amplia gama de aleaciones por seleccionar pa­ra construir éstos equipos.

Existen en el mercado un amplio número de tipos de cambia­dores de calor, entre los que destacan los de tubo y coraza, consistiendo «n general en un recipiente dentro del cual se instala un cierto número de tubos de un diámetro bastante me­nor; por otra parte, el producto caliente cicula a través del cuerpo, en tanto que el producto frío fluye dentro de los tu­bos efectuándose la transferencia de calor a través de las paredes interiores.

Cuando se diseña un equipo de éste tipo, se establecen en­tre otras cosas lo siguiente»

1).- La selección del patrón de flujo; se consideran deta­lles como la elección del producto que fluye en la tubería interna.

2).- El tipo de aleaciones para la construcción. SÍ uno de los productos requiére una aleación especial y el otro un acero, éstos deben ser eoldables entre si.

3).- La limpieza de las paredes de los tubos es más fácil por su interior.

4).- Las presiónes más altas se prefiéren en los tubos de menor diámetro.

Las fallas del equipo se deben generalmente a rotura, por corrosión y/ó erosión de los tuboB internos, siéndo mínimas las debidas ó las que se producen en los cabezales ó en el

43

cuerpo.El material más económico para fabricar los cambiadores de

calor ee el acero al carbón. Las construcciones con acero 1 - noxidable se emplean en plantas químicas y raramente en re­finerías de petróleo. Otras construcciones son de materiales disímiles, donde se requiáre de sumo cuidado para evitar un ataque electrolítico.

La desición de emplear un material determinado en la cons­trucción de un equipo la condiciónan loe factores que influ­yen en la duración de cada una de las partes que lo constitu­yen. La vida ¿til de las aleaciones empleadas como parte es­tructural depende principalmente de la resistencia que pre­sentan bajo las condiciones de servicio, dada por sus propie­dades que pueden resumirse enj Besistencia mecánica (resis­tencia a la tracción, límite elástico, resistencia a la abra- ción, etc.) y resistencia a la acción del medio químico en que se desenvuelven.

Es importante considerar que los resultados ootenídos en el laboratorio a temperaturas osdinarlas, pierden su signi­ficado cuando el material ensayado se emplea en equipos que funciónan a altas temperaturas, resultando riesgoso tomar una deeición cuando sólo se conocen estos.

No obstante se debe decidir el uso de una aleación cuando las circunstancias le son totalmente adversas, por lo que

se ha de tomar conciencia de las alternativas de que se dis­ponen para efectuar una reparación.

Ailn cuando los ensayos a temperaturas elevadas brindan u- na idea más próxima del comportamiento de una aleación, es­tos deben considerarse solamente como indicativos, ya que los altibajos del proceso anulan la exactitud de los cálcu­los.

De lo expuesto, ee concluye que existe un grupo de alea­ciones capáces de responder a servicios de temperaturas ele­vadas a las que generalmente se suman condiciones corrosivas.

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Esto ee ha hecho evidente al citar las aleaciones más em­pleadas en la construcción de cada uno de los equipos seña­lados.

La clasificación de éstas aleaciones ee efectúa tomando como referencia la composición química de loe productos ma­nufacturados, ásta es:

HierrosAceros al carbón de baja y media aleaciónAceros inoxidablesAleaciones base níquelAleaciones base cobreAleaciones base aluminioAleaciones especiales

Los elementos que nos dan ástas características son» El níquel, manganeso, titanio, vanadio, wolframio, molibdeno y circónio.

1.- Los hierros empleados en servicios a alta temperatura son aleaciones de hierro, carbóno y silicio, que con la a- dición de algunos elementos aleantes mejoran su resistencia a la oxidación.

Estos elementos sons Cromo, níquel, molibdeno, aluminio y silicio. Las adiciones de cromo y silicio elevan la resis­tencia a la oxidación al formar una pequeña capa superficial de óxidos adherentes; ámbos reducen la tenacidad y la resis­tencia al choque térmico. El níquel no afecta considerable­mente la resistencia a la corrosión, pero eleva la resisten­cia y tenacidad a temperaturas elevadas.

El molibdeno tambián eleva la resistencia mecánica en ca­liente; las adiciones de aluminio aumentan la resistencia a la oxidación, vero disminuyen la resistencia a temperatura ambiente.

La formación de una cascarilla de óxidos en los hierros es inherente cuando el servicio que prestan es a temperatu­

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ras altas y condiciones oxidantes.La cascarilla se constituye de óxidos de hierro cuando el

hierro no es aleado, y ésta cascarilla se pierde por su poca adherencia provocando una continua pérdida de material.

La adición de silicio, cromo y aluminio eleva la resis­tencia a la oxidación al formar una película de bus óxidos bastante adherentes. Estos elementos también reducen la te­nacidad y la resistencia al choque térmico, por lo que, ade­más de bu presencia, se requiére la del níquel en pequeñas cantidades, que contraresta los efectos nocivos dd aquellos.

En las tablas II.4, II.5, II.6, se dan algunas velocidades de oxidación para hierros aleados y sin alear, así como de algún acero inoxidable como referencia bajo condiciones oxi­dantes, ligeramente reductoraa y sulfurosas respectivamente.

La resistencia a la tracción y a la fluencia en caliente probados a temperaturas elevadas, dan una base para evaluar la utilidad d* los hierros aplicables a estos ««rvicios.

La fluencia en caliente se cuantifíca normalmente, por me­dio de la medición del alargamiento sufrido por una probeta sometida a un esfuerzo y a una temperatura dada durante un tiempo previamente eepecificado.

Este fenómeno se ve influido por la microestructura y la composición química. Los hierros aleados poseen una resisten­cia a la termofluencia notablemente más alta que aquellos sin alear, y los hierros nodulares son muy superióree a aquellos en que el grafito se presenta en forma de hojuelas.

2.- ACEROS AL CAR30N DE 3AJA Y MEDIA ALEACIONEl empleo de éstas aleaciones para servicio a alta tempe­

ratura implica sólo servicios donde ésta no es muy elevada y la corroeión se inhibe previamente. Es clásico el empleo de estos materiales en la construcción de calderas y cambiado­res de calor y varían grandemente de acuerdo a las propieda­des resultantes de su composición química y tratamiento tér­mico.

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TABLA II.4

OXIDACION DE HIERROS PARA SERVICIOS A ALTAS TEMPERATURAS

COMPOSICION

HIERBO C Si Ni Cr PENETRACION DE LA OXIDACION Cm/Año.

Perrítico 3-05 2.67 1.55 0.90 TotalAusteni-tico.

2.97 1.63 10.02 1.8S 0.68580

Austeni-tico.

2.52 2.67 20.03 5.16 0.01520

Austeni-tico.

2.32 1.86 30.93 2.86 0.19810

Acero Inoxida­ble 309

- - 12.00 25.00 0.00760

Nota» Estos ensayos fueron realizados a 760 °C durante un lapso de 3723 horas , en un horno eléctrico con aire atmosférico.

Puente de información:Apuntes de Protección Catódica, PEKEX, Capítulo VIII.

47

TABLA II.5

COMPOSICION QUIMICA (t) DE ALGUNOS HIERROS NODULARES RESISTENTES AL CALOR

ELEMENTO ALTOSILICIO

AL 20 Jt DE NIQUEL

AL 23 DE NIQUEL

Carbóno 2.8 a 3.8 2.9 máximo 3.0 máximoSilicio 2.5 a 6.0 1.7 a 3.2 2.0 a 3.0Manganeso 0.2 a 0.6 0.8 a 1.5 1.8 a 2.4Níquel 1.5 máximo 18.0 a22.0 21.0 a2 4 . 0

Cromo - 1.8 a 2.5 0.5 máximo

Fuente de informacióniApuntes de Protección Catódica, PEMEX, Capítulo VIII

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TABLA II.6

TABLA QUE MUESTRA EL INCREMENTO DE LA CORROSION AL DOBLE AL AUMENTAR LA TBíPER ATURA

TEKP. INICIAL EN(°C)

RANGO DE CO­RROSION A TEKP. INICIAL

cm /año

CAMBIO DE TEMP. QDE DUPLICARA LA CORROSION

(°C)

60 0.0203 3090 0.040640 0.0483 4270 0.068622 0.0305 2040 0.055932 0.0127 1654 0.0356 1865 0.0457 17

Fuente de informacióntApuntes de Protección Catódica, PBMEX, Capítulo VIII

49

Su aplicación decidida desde el diseño, se ve determinada por su resistencia a la tracción y a la oxidación cuando se enfoca a la fabricación de calderas, pero ee debe considerar su resistencia a diferentes medios corrosivos y a la termo- fluencia cuando la construcción es de cambiadores de calor y calentadores.

También presentan restricciones que limitan seriamente su uso, no asi cuando ee les agregan elementos de aleación, con lo que se mejoran las propiedades y resultan aptos para di­ferentes servicios.

El contenido de carbóno en los aceros sin alear, juega un papel importante en sus propiedades a temperaturas elevadas, ya que el incremento en su contenido, aán cuando mejora la resistencia mecánica, disminuye su resistencia a la corrosión además de disminuir la ductibilidad y la tenacidad.

Cabe indicar que éste es el elemento que determina la sol- dabilidad de estos aceros reduciéndola cuando es más alta au presencia.

La adición de cromo beneficia la resistencia mecánica en caliente, efecto similar lo producen adiciones de molibdeno, vanadio y tungsteno; y sólo cuando las partes se someten a choque tármico ó mecánico, se agrega níquel mejorando ístas condiciones. La tabla II.7 presenta la composición de los aceros comunmente usados en servicios a temperaturas elevadas.

A.- ACEROS AL CARBONLos aceros al carbón son aleaciones de hierro y carbóno

con elementos secundarios como manganeso, silicio, fósforo y azúfre. Los procesos de aceración a pesar de funcionar con altas eficiencias, no pueden lograr la total eliminación de los elementos azufre y fósforo que deterioran la calidad de los aceros. El azufre disminuye la resistencia mecánica a temperaturas elevadas al presentarse como sulfuro de poca resistencia.

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TABLA II. 7

COMPOSICION QUIMICA (*) DE ALGUNOS HIERROS GRISES RESIS­TENTES AL CALOR

ELEMENTO ALTOCROMO

ALTONIQUEL

Ni-Cr-Si ALUMINIO

Carbóno 1.8 a 3.0 1.8 a 3.0 1.8 a 2.6 1.3 a 1.7Silicio 0.5 a 2.5 1.8 a 3.0 5.0 a 6.0 1.3 a 6.0Manganeso 0.3 a 1.5 0.4 a 1.5 0.4 a 1.0 0.4 a 1.0Níquel 5.0 máx. 14.0 a20.0 13.0 a32.0 -Cromo 15.0 a35.0 1.7 a 5.5 1.8 a 5.5 -Cobre - 7.0 máx. 10.0 máx. -Molibdeno - 1.0 máx. 1.0 máx. -Aluminio - - - 18.0 a2 5 . 0

Puente de información»Apuntes de Protección Catódica, PEHEX, Capítulo VIII

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La presencia de azufre y fósforo en aceros de regular ca­lidad se limita a contenidos individuales de 0.035 valor que disminuye en casos especiales. El manganeso en conteni­dos inferiores a 1 se agrega intencionalmente como supre- sor del efecto nocivo del azúfre y no como elemento de alea­ción; sin embargo, se agrega como tal en caeos donde se re­quiere resistencia al desgaste ó como sustituto del níquel.

B.- ACEBOS CON 0.5 Y 1 í D2 MOLIBDENOEste elemento brinda una resistencia mecánica superior a

altas temperaturas, siéndo el de empleo más común por ser más económico. La resistencia a la termofluencia ae eleva también con la presencia de molibdeno, considerándose que contenidos superiores a 1 Jí redundan en un aumento de reeistencia me­cánica, pero no se mejora sensiblemente la resistencia a la corrosión, para lo que se agrega generalmente cromo.

C.- ACEROS AL CROMO - MOLIBDENOLa selección de estas aleaciones para servicios a más de

204 °C se efectúa considerando diversos factores y experien­cia® previas. Entre estos factores se cuentan los requeri­mientos mecánicos y metalúrgicos generados por las condicio­nes de presión y temperatura, así como por los diversos me­dios en los cuales puede surgir el deterióro y falla de cada aplicación en particular.

Para muchos procesos la selección del material puede ba­sarse en velocidades conocidas de corrosión, ó bién, si en los procesos no se puede predecir ésta, la selección s* hará por aquella de menor costo, que posteriormente se sustituirá con aleaciones de mayor calidad.

Los materiales fabricados con aceros de baja aleación cromo-molibdeno (0.5 i> - 2.5 a 0.5 í y 1 4), tienen mayo­res resistencias que aquellas de acero al carbón. La presen­cia de cromo hace al acero más resistente a las condiciones oxidantes ó sulfurosas, por lo que se prefieren a los aceros aleados únicamente con moliodeno.

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La corrosión por azúfre puede minimizarse con el empleo de mayores contenidos de cromo; ésta forma de ataque tiene lugar a temperaturas de 260 a 538 °C, y ee presenta especial­mente en las refinerías, siéndo más frecuente en aceros al carbóno y de baja aleación.

3.- ACEBOS INOXIDABLESEl desarrollo de los aceros inoxidaDles, se inicid a par­

tir de la Segunda Guerra Mundial, empleándose como aleaciones resistentes al calor y no como aleaciones resistentes a la corrosión. Todas estas aleaciones metalúrgicamente pueden cla­sificarse por la microestructura que las constituyes Ferríti- ca, austenítica, martensítica y mixta.

Dependiendo principalmente de los contenidos de cromo y níquel, se presentan las microestructuras mencionadas.

La estructura ferrítica es suave y relativamente blanda y dúctil a temperaturas elevadas.

La estructura martensítica es inestable tanto como aque­llas resultantes de una precipitación.

La austenítica es resistente y relativamente tenáz.

normalmente un contenido de cromo del Id % en loa aceros, produce resistencia a la corrosión y a la oxidación, por lo tanto se consideran como inoxidables a aquellos con 12 ^ y m á s de cromo.

La estructura austenítica se presenta sólo con contenidos de cromo inferióres al 12 y a temperaturas superiores a 831 °C. Los aceros inoxidables que sólo contienen hierro y cromo forman el grupo ferrítico, conteniendo como máximo de carbóno 0.12 JÉ normalmente, los contenidos de cromo se man­tienen entre 16 y 18 ?t.

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En casos especiales se eleva el contenido de carbáno has­ta 0.2 paralelamente a un incremento de cromo que llega hasta 27 % para estabilizar la fase ferrítica y aumentar la resistencia mecánica. Estos aceros que forman parte de la serie AISI - 400, soni 430, 430P, 446, etc.

El níquel reduce un fuerte efcto austenitizante, a tal gra­do que en proporciones de 8 fí la fase austenítica se hace es­table a temperatura ambiente. Los aceros que contienen níquel entre 8 y 22 ^ se incluyen en la serie 300 donde el cromo va­ría de 16 a 26 jí y el carbóno de 0.03 a 0 . 2 5

Loe aceros tradicionales son el 301, 304, 309, 316 y de uso reciente el 304L, 316L, 321 y 347.

Los aceros de la serie 300 no son endurecibles por temple, s<5lo por deformación y la serie 400 da aceros de alta resis­tencia mecánica pero de pobre resistencia a la corrosión.

4.- ALEACIONES BASE ALUMINIO Y ALEACIONES ESPECIALESLa gran variedad de reactantes y productos que se manejan

en la Industria Química originan el empleo de aleaciones con una complejidad metalúrgica, tales como las aleaciones de a- luminio, entre las que destacan aquellas que se forman con silicio, cobre, magnesio y cinc.

Además del aluminio, destacan otras aleaciones que se de­sarrollan para cubrir servicios a altas temperaturas y con­diciones corrosivas específicas, entre las que se encuentran las siguientes i DISCALOY, HYPALON, HASTELLOY, CARPENTER 20, etc., generalmente de buena resistencia mecánica, pero mejor resistencia a la corrosión.

Para nuestro caso, la selección de materiales que habrán de utilizarse para la fabricación de las partes constituti­vas de loe cambiadores de calor, ee realiza mediante el a- nálisis de todos y cada uno de loe factores que pueden in­tervenir en la seguridad, durabilidad y funcionamiento del equipo. Los factores que mayor influencia tienen en la se-

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lección eon: La corrosión, la presión y la temperatura.

Como se ha mencionado anteriormente es casi imposiole eli­minar le corrosión, pero si puede prevenirse; para ello, existen dos maneras, una con materiales sobrepuestos y la otra con placas integrales; en el primero, el material de re­cubrimiento se empalma sobre la superficie a proteger (metal base), y se fíja a ella mediante puntos de soldadura; en el segundo, la placa de material de adición pasa a ser parte in­tegral del material base, esto se logra mediante soldadura especial ó sencillamente el espesor de placa de recubrimiento requerido ee forma mediante depósito de soldadura.

Estos recubrimientos se usan cuando el metal resistente a la corrosión es relativamente caro ó posee bajos esfuerzos permisibles y los que deberá resistir sean altos, por lo que se requirirá de un grsn espesor de ¿ste material; por el con­trario si se emplea como recubrimiento el metal base que ge­neralmente es acero, resistirá los esfuerzos desarrollados y aquel el ataque corrosivo.

La temperatura es un factor importante en la selección de los materiales, ya que al variarla se producen cambios en las propiedades mecánicas de estos.

Las propiedades mecánicas de los materiales a la tempera­tura ambiente, presenta valores que sufrirán cambios cuando se presenten incrementos de temperatura; además al disminuir ásta, también se ocaciónan variaciones en las propiedades me­cánicas de los materiales.

Respecto a le presión, los cambiadores de calor estarán diseñados para resistir presiónes que harán trabajar a algu­nos de sus elementos a tensión. La presión no causará va­riaciones en las propiedades mecánicas de los materiales, pe­ro para resistir los esfuerzos generados por ella, el mate­rial seleccionado deberá poseer resistencia a dichos esfuer­zos} por ello en el cálculo de los espesores necesarios para la presión, ee deberán utilizar los esfuerzos permisibles a

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la temperatura de diseño.

Normalmente el material más usado en la construcción de Cambiadores de Calor, es el acero al carbóno y habrá de em­plearse siempre oue las condiciones corrosivas y de servicio lo permitan, ya que óste material es de menor costo, de mayor disponibilidad y posee buenas y variadas propiedades mecánicas por lo que se toma como base para la construcción de eetos equipos; pero cuando les condiciones de servicio no permitan b u uso, se seleccionará otro material de mejor calidad que proporcione el factor de seguridad y servicio requerido.

Los elementos constructivos de los Cambiadores de Calor en loe que se pondrá mayor atención al seleccionar el material son| aquellos sujetos a presión, ya que la corrosión puede llegar a destruir el material dtil para soportarla.

1.- TOBOSSn la selección del material de los tubos debe considerar­

se elj ataque corrosivo y las condiciones de servicio de cada fluido ya que ámbos están en contacto con el tubo, uno por su interior y el otro por su exterior.

La selección se efectuará atendiendo al fluido con carac­terísticas más críticas, tanto corrosivas como de servicio.

2.- ESPEJOSEl material de construcción de loe espejos también debe se­

leccionarse para satisfacer el ataque corrosivo y las condi­ciones de servicio de ámbos fluidos y en especial para el más crítico, ya que un fluido ataca una de sus caras y el otro la onuesta. k estos elementos se les puede adicionar un material para recubrirlos con el fin de detener la corrosión, por lo que, generalmente se fabrican de acero al car’bóno, pero debido a nue los tubos irán insertados en ellos quedando expuesta su unión a la acción de los fluidos, el material de los espejos deberá ser del mismo oue el de los tubos, ó bián de algiln otro

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de las mismas características para evitar que se desarrolle un ataque de corrosión galvánica.

Cuando los tubos son de acero al carbóno 6 de acero in­oxidable» no existe problema en fabricar los espejos de los mismos materiales, pero cuando los tubos son de cobre <5 al­guna de sus aleaciones, se tienen problemas para fabricar los espejos de estos materiales, debido a que tienen bajos es­fuerzos permisibles y bajan más aún cuando se eleva la tempe­ratura, por lo que necesitarán de un espesor mayor que el de los fabricados con acero al carbóno; y como el costo tambián es mayor sería antieconómico su empleo.

Es entonces cuando dichos espejos se fabrican de acero al carbóno con un recubrimiento integral de cobre ó sus aleacio­nes, aunque en ocaciónes se fabrican totalmente de estos úl­timos cuando el diámetro del equipo es menor a 101.6 cm., la presión baja y la temperatura no mayor de 150 °C, ó cuando por ámbos lados se tiene peligro de corrosión bimetálica.

Como generalmente se utiliza el cobre y sus aleaciones pa­ra servicios de agua, el recubrimiento integral estará del lado en que se maneje ésta como protección contra la corro­sión únicamente, ya que el acero al carbóao resistirá los es­fuerzos.

Los demás elementos que conforman el equipo de transmi­sión de calor se construirán de materiales de las mismas ca­racterísticas electroquímicas y así evitar la formación de pares galvánicos que conduzcan a la destrucción de uno de ellos.

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II.4 PROTECCION ANODICA

PASIVIDAD DE LOS METALESLa pasividad de los metales es un fenómeno conocido desde

hace más de siglo y medio. Se estudió principalmente en hie­rro, tentándosele como un fenómeno curioso» porque el metal se comporta como si fuera noble en condiciones en que cabría esperar fuera atacado muy severamente. En I8 3 6 Parad ay atri­buyó el fenómeno a la formación de una fina película de óxi­do sobre la superficie metálica, y tal explicación sigue aún vigente.

Varios son los metales que pueden presentar ésta caracte­rística, entre ellos el hierro. En todos los casos se obser­va una característica común; la pasividad aparece por encima de un cierto potencial, llamado Potencial de Piado.

La pasivación puede lograrse aplicando una corriente ex­terior ó usando un oxidante lo bastante enérgico para hacer que el metal adquiára un potencial superior al de Plade.

MECANISMOS DE PASIVACIONEn la mayoría de los casos prácticos parece bién estable­

cido que la pasividad se mantiene por una película superfi­cial, probablemente de óxido ó tal vez de algún otro coipues- to. En todos estos casos parece tratarse de una película tridimensional de espesor definido.

Lo que no parece totalmente aclarado es el mecanismo de transición del estado activo al pasivo. En ciertos casos se sabe que se forman núcleos del producto pasivante que se ex­tienden y llegan a recubrir por completo la superficie metá­lica. Sin embargo, en un gran número de casos, en particular los del hierro y el acero inoxidable, la explicación de la pasivación como un proceso de nucleación y crecimiento de óxi­do no parece suficiente por la rapidéz del proceso; se cree que en tales condiciones la pasivación aparece por formación de una monocapa de óxido ó hidróxido del metal en solución.

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Hoar y Schwabe visualizan en forma similar la aparición de la pasivación. Según estos autores, al aumentar el poten­cial de un metal, la reacción de formación directa del óxido a partir del metal se hace posible desde el punto de vista

termodinémico, y acaba por entrar en competencia con la reac­ción de disolución del metal.

POTENCIAL DE PASIVACIONLa pasivación aparece siempre a un potencial determinado»

el Potencial de Flade, que varia según el metal y el medio corrosivo considerados. Se han hecho numerosos intentos de leccionar el valor de éste potencial con el mecanismo de pa­sivación. Pranck y Vetter destacan que el potencial de Plade varía con el pH de las soluciones de acuerdo con una ecuación del tipos

e - g - 0.058 pHF O

El hecho de obtener la misma dependencia del Potencial de Tlade con el pH en diferentes metales apoya la idea de que se ®étá en presencia de un electródo del tipo metal óxido.

La reacción que se supone ocurre en dicho electródo pue­de ser:

Me + H D ► MeO + 2H+ + 2e'

EN(¿ROSAMIENTO DR LA PELICULA ANODICAUna vez formada una película continua de óxido, su engro-

samiento sólo puede ocurrir por transporte de iones a través de la misma. Sí se trata de películas delgadas en extremo, se obtienen a través d<* las mismas, con campos eléctricos del orden de 10® a 10? V/cm. A campos tan altos no se aplica la Ley de Ohm, y la corriente que circula por la película es una función exponencial de la intencidad del campo.

A medida que aumenta el espesor de la película, si se man­tiene al potencial constante, el campo eléctrico a través de la película disminuye. De esto ee desprende que la velocidad

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de engrosamiento de la película decrece con el tiempo y lle­ga finalmente a un estado estacionario. En éste estado esta­cionario, la velocidad de formación de la película anódica es igual a la velocidad de disolución de la misma en el medio.

A título de ejemplo, puede mencionares que el acero inoxi­dable en ácido sulfúrico 1 N, a la temperatura de ebullición, se alcanza el estado estacionario luego de una hora de expo­sición; en cambio, a temperatura ambiente, se requiere más de 100 horas de exposición a potencial constante para alcanzar dicho estado.

El espesor de un óxido pasivante se puede medir por méto­dos ópticos (elipeometría), ó eléctricos (culombimetría).

Por el primero se relaciona el espesor de la película con el grado de alteración de la luz polarizada al reflejarse so­bre el metal, en tanto que en el segundo se mide el número de culombios necesarios para producir ó reducir electrolíti­camente una película paeivantej la cantidad de culombios per­mite calcular la cantidad de óxido producido ó descompuesto.

Mediciones hechas por ámbos métodos, sobre hierro pasiva- do en soluciones alcalinas de boratos muestran buena coinci­dencia entre sí. Se encuentra en éste caso que el espesor de la película pasivante del hierro aumenta en forma lineal al aumentar el potencial, y varía desde 2 x 101*9 m.

Al aumentar el potencial, la condición límite del engro­samiento de una película anódica está dada por el potencial al cual comienza a desprenderse oxígeno. Para óxidos semicon­ductores el potencial máximo alcanzado en soluciones acuosas es de aproximadamente 2 Volts, es tanto que para óxidos ais­lantes (Al, Ta), al no circular los electrones necesarios pa­ra la reacción de desprendimiento de oxígeno, se puede llegar hasta valores del orden de los 1000 Volts.

ESTRUCTURA DE LA PELICULA PASIVANTELa estructura de la película pasivante es en general la

más estable desde el punto de vista termodinámico del siste­ma.

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Pero suele ocurrir también que de las formas posibles de material anódico, la que comnone la película no sea presiea- mente la más estable; tal es el caso cuando se forman óxidos amórfos (SiOg, AlgO,» Ta^O^, etc.), ó cuando se forma el óxi­do en condiciones en las que el hidróxido es termodinámica- mente más estable.

El hecho comunmente observado, de que el producto anódico sea el óxido y no el hidróxido se puede explicar mediante una reacción del tíiooj

Me + MeOH * Me20 -*• H+ + e"

Que podría llevar a la deshidratación del hidróxido.La película pasivante puede ser compleja y contener varios

compuestos en distinta distribución. Por ejemplo, según Naga- yama y Cohén, la película pasivante formada sobre hierro en soluciones neutras presenta la siguiente estructura»

tPe 7e3°4 - ,e2°3 II solución

Donde la fase II' sería óxido férrico con átomo» de hie­rro d« valencia superior a tres, a fin de compensar la presen­cia de vacantes existentes en dicha fase,

En la Protección Catódica la velocidad de la reacción dis­minuye como consecuencia de haberse rebajado el valor del po­tencial de corrosión, hasta el potencial reversible de la reacción ¡anódica, que generalmente es sobrepasado para asegu­rar un márgen contra posibles errores.

Cuando un metal cambia de activo a pasivo, la densidad de corriente se reduce hasta adquirir un valor muy bajo; la In­dustria hace uso de ésta característica para la protección de un metal, manteniéndolo dentro del estndo pasivo.

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Su aplicación ee encuentra con serias dificultades, asi mientras la Protección Catódica permite la conservación de gran número de metales frente a los más diversos medios, con tal que sean conductores.

La Protección Anódica es utilizada solamente para proteger secciones completas de plantas químicas siempre y cuando están hechas de un metal que pueda pasivarse en el medio que con— tiene la planta.

Esto resulta peligroso, ya que si en algún punto se pierde la protección y no se restablece, se grande el ataque en él, puás la discontinuidad en la película da un camino de baja resistencia para la disolución, mientras que el resto del me­tal está polarizado anodicamente.

B1 empleo de Protección Anódica exige planear con todo cui­dado la planta química. Ésta debe estar prevista de un sistema adecuado de vigilancia que advierta de cualquier pérdida de protección; se tomarán entonces las medidas oportunas para restablecerla; que podrán consistir simplemente en elevar la corriente anódica, y en el peor de los casos será necesario vaciar la planta.

La Protección Anódica no resiste los aniónes agresivos; los iones cloruro destruyen la película pasiva, por lo que su concentración debe mantenerse baja, excepto en el casofdel ti­tanio, que es capáz de pasivarse en ácido clorhídrico.

La Protección Anódica se ha empleado con el fin de reducir la corrosión del acero dulce en contacto con el ácido sulfúri­co y con soluciones acuosas de abónos que contienen amoniáco y nitrato amónico, posibilitando el empleo satisfactorio de temperaturas de hasta 93 °C.

La Protección Anódica se ha empleado en pocas ocasiones

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a pesar de oue consume muy poca corriente; puede aplicarse a los metales comunes que presenten naeivación, por ejemplo, los aceros al carbón y los aceros inoxidables en muchos de los medios haoitualeB.

Es de fácil control y no requiere la aplicación al metal de tratamientos superficiales costosos; utiliza el fenómeno natural de 1* reacción entre el recipiente.

Cabe mencionar, que su uso se hará extensivo cuando hayan resuelto loa problemas de la instalación de un sistema ade­cuado de vigilancia y aviso.

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CAPITULO III

P R O T E C C I O N C A T O D I C A

III.1 ¿ QUE ES ?, ¿ COMO SE APLICA ?La protección catódica es un método efectivo para la pre­

vención de la corrosión. Es usada sobre estructuras metáli­cas las cuales están en contacto con electrólitos como el suelo y el agua. Ha tenido una amplia aplicación en tuberías enterradas y ee ha encontrado que, ee efectiva en otras es­tructuras enterradas ó bajo el agua como los submarinos, tan­ques de almacenamiento de agua, los cascos e interiores de los barcos, equipos de tratamiento de agua, etc.

INTRODUCCIONLa protección catódica es un método eléctrico de preven­

ción de la corrosión; opera por el paso continuo de corriente directa de unos electródos, los cuales están instalados en el electrólito, a la estructura que está siéndo protegida. La corrosión es detenida cuando la corriente es de la suficien­te magnitud y está adecuadamente distribuida.

Aunque la mayoría de los métodos clásicos de prevención de la corrosión, tales como el uso de recubrimientos, inhibi­dores ó aleaciones, son bién conocidos, hay algo de misterio en lo que se refiére al uso de electricidad para éste propósi­to. Es muy probable que éste misterio sea un resultado del desconocimiento de la terminología, particularmente entre a- quellas personas que son responsables de combatir la corro­sión y que lo hacen con técnicas más bién familiares.

En la práctica actual, el uso de la protección catódica ya no es más misteriosa que otros métodos de prevención de la corrosión; y en numerosas aplicaciones, la protección ca­tódica se ha convertido en un método establecido y rutinario de prevención de ésta. Esto es particularmente cierto en tu­berías enterradas.

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E l u s o d e l a e l e c t r i c i d a d p a r a l a p r e v e n c i ó n d e l a c o r r o ­s i ó n n o e e d e s c o n o c i d a p a r a a q u e l l o s q u e t i e n e n u n c o n o c i ­m i e n t o d e l f u n c i o n a m i e n t o d e c e l d a s g a l v á n i c a s y b a t e r í a s .

S n l a s b a t e r í a s y c e l d a s g a l v á n i c a s , l a c o r r i e n t e d i r e c t a p u e d e s e r g e n e r a d a p o r l a c o r r o s i ó n d e m e t a l e s ; p o r l o t a n t o , n o s e r í a s o r p r e n d e n t e d e l t o d o q u e l a c o r r i e n t e d i r e c t a p u e ­d a s e r u s a d a p a r a p r e v e n i r l a c o r r o s i ó n c u a n d o e e d i r i g i d a a p r o p i a d a m e n t e .

Ea. l a p r á c t i c a s e p u e d e a p l i c a r l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a p a ­r a p r o t e g e r m e t a l e s c o m o e l a c e r o , c o b r e , p l o m o , l a t ó n y a l u - m i n o c o n t r a l a c o r r o s i ó n e n t o d o s l o s s u e l o s y e n c a s i t o ­d o s l o e m e d i o s a c u o s o s . P u e d e e m p l e a r s e e f i c a z m e n t e p a r a e l i ­m i n a r e l a g r i e t a m i e n t o p o r c o r r o s i ó n b a j o t e n s i ó n e s ( p o r e - j e m p l o d e l l a t ó n , a c e r o s i n o x i d a b l e s , m a g n e s i o y a l u m i n i o ) , ó f a t i g a p o r c o r r o s i ó n , ó l a c o r r o s i ó n i n t e r g r a n u l a r ( p o r e - j e m p l o d e l o s a c e r o s i n o x i d a b l e s e n e l a g u a d e m a r ó d e l a c e ­r o e n e l a u e l o ) .

N o p u e d e e m p l e a r s e p a r a e v i t a r l a c o r r o s i ó n p o r e n c i m a d e l a l í n e a d e l a g u a , p o r e j e m p l o , e n l o s d e p ó s i t o s d e a g u a , p o r q u e l a c o r r i e n t e i m p r e s a n o p u e d e a l c a n z a r l a s á r e a s d e l m e t a l q u e n o e s t á n e n c o n t a c t o c o n e l e l e c t r ó l i t o .

B R E V E H I S T O R I A

E s t a t é c n i c a h a s i d o u s a d a d e s d e h a c e m á s d e 1 5 0 a ñ o s , c u a n d o c o m o r e s u l t a d o d e e x p e r i m e n t o s d e l a b o r a t o r i o e n a g u a s a l a d a , S i r H u m p h r e y D a v y i n f o r m ó e n 1 8 2 4 q u e s e p o d í a p r o t e ­g e r e f i c a z m e n t e e l c o b r e c o n t r a l a c o r r o s i ó n u n i é n d o l o a l h i e ­r r o ó a l c i n c y r e c o m e n d a b a l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a d e e m b a r ­c a c i o n e s d e f o r r o e x t e r i o r d e c o b r e m e d i a n t e l a u t i l i z a c i ó n d e b l o q u e s d e s a c r i f i c i o d e h i e r r o , a i s l a d o s a l c a s c o e n l a r e l a c i ó n d e s u p e r f i c i e s h i e r r o - c o b r e d e l o r d e n l i l O O .

D e s p u é s d e l a m u e r t e d e D a v y e n 1 8 2 9 , s u p r i m o B d m u n d D a ­v y p r o t e g i ó l a o b r a d e h i e r r o d e B a l i z a s p o r a c o p l a m i e n t o d e b l o q u e s d e c i n c , y R o b e r t M a l l e t D r o d u j o e n 1 8 4 0 u n a a l e a - o i á n d e c i n c m u y a d e c u a d a p a r a l o s á n o d o s d e s a c r i f i c i o .

C u a n d o l o s c a s c o s d e m a d e r a s e r e e m p l a z a r o n p o r l o s d e

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a c e r o , a e h i z o t r a d i c i o n a l a c o p l a r p l a c a s d e c i n c a t o d o s l o s b u q u e s .

E s t a p l a c a d e c i n c d i ó u n a p r o t e c c i ó n l o c a l i z a d a e n e s p e ­c i a l c o n t r a l a a c c i ó n g a l v á n i c a d e l a s h é l i c e s d e b r o n c e , p e ­r o l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a t e t a d d e l a s e m b a r c a c i o n e s m a r i n a s n o s e v o l v i ó a e x p l o r a r d e n u e v o h a s t a a l r e d e d o r d e 1 9 5 0 , é s ­t a v e z p o r l a M a r i n a C a n a d i e n s e .

M e d i a n t e u n e m p l e o a d e c u a d o d e p i n t u r a s d e a n t i o r g a n i s m o s e n c o m b i n a c i ó n c o n p i n t u r a s a n t i c o r r o s i v a s s e d e m o s t r ó q u e e r a f a c t i b l e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a d e e m b a r c a c i o n e s y q u e p u e d e n o b t e n e r s e e c o n o m í a s c o n s i d e r a b l e s e n l o s c o s t o s d e m a n t e n i m i e n t o .

L a p r i m e r a a p l i c a c i ó n d e l a c o r r i e n t e i m p r e s a p a r a l a p r o ­t e c c i ó n d e e s t r u c t u r a s e n t e r r a d a s s e e f e c t u ó e n I n g l a t e r r a y e n E s t a d o s U n i d o s p o r l o s a ñ o s 1 9 1 0 - 1 9 1 2 . D e s d e e n t o n c e s e l e m p l e o d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a s e h a e x t e n d i d o c o n r a p i d e z y a ñ o r a m i l e s d e k i l ó m e t r o s d e t u b e r í a y c a b l e e s e p r o t e g e n e f i c a z m e n t e c o n t r a l a c o r r o s i ó n p o r é s t e m e d i o .

T E O R I A D E L A C O R R I E N T E

A n t e s d e p r o s e g u i r c o n u n a d i s c u s i ó n d e l o s m é t o d o s y p r o ­c e d i m i e n t o s u s a d o s e n l a a p l i c a c i ó n d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i ­c a , s e r í a i m p o r t a n t e e x p l i c a r b r e v e m e n t e l a t e o r í a e l é q $ r i c a d e l a c o r r o s i ó n .

H a y d o s m e c a n i z m o s b á s i c o s c o n l o s c u a l e s l o s m e t a l e s , e n c o n t a c t o c o n e l e c t r ó l i t o s s e c o r r o e n . P a r a e l p r o p ó s i t o d e n u e s t r a d i s c u s i ó n , e s t o s p u e d e n s e r i d e n t i f i c a d o s c o m o t

a ) . - C o r r o s i ó n e l e c t r o l í t i c a .b ) . - C o r r o s i ó n g a l v á n i c a

L a c o r r o s i ó n e l e c t r o l í t i c a e s e l r e s u l t a d o d e l f l u j o d e c o r r i e n t e d i r e c t a d e f u e n t e s e x t e r n a s q u e e n t r a n , y p o s t e r i o r ­m e n t e d e j a n a u n a e s t r u c t u r a m e t á l i c a e n u n a r e g i ó n e n p a r t i ­

6 6

c u l a r p o r m e d i o d e l e l e c t r ó l i t o . D o n d e l e c o r r i e n t e e n t r a , l a e s t r u c t u r a n o e s a f e c t a d a ó e e p r o v i s t a c o n a l gán g r a d o d e p r o t e c c i ó n . D o n d e l a c o r r i e n t e d e j a l a e s t r u c t u r a , l a c o r r o ­s i ó n B e p r e s e n t a .

E n e s t r u c t u r a s e n t e r r a d a s , é s t e t i p o d e c o r r o s i ó n e s t á c o n f r e c u e n c i a r e f e r i d a c o m o c o r r o s i ó n p o r c o r r i e n t e s v a g a b u n d a s y e s u n r e s u l t a d o d e c o r r i e n t e s q u e e n t r a n e n l a t i e r r a d e f u e n t e s <Je c o r r i e n t e d i r e c t a , t a l e s c o m o t r a n v í a s á m a a u i n a - r i a d e c o r r i e n t e d i r e c t a .

L a c o r r o s i ó n g a l v á n i c a e s u n a a c t i v i d a d a u t o g e n e r a d a r e ­s u l t a n d o d e d i f e r e n c i a s d e p o t e n c i a l , q u e s e d e s a r r o l l a c u a n ­d o e l m e t a l e s c o l o c a d o e n u n e l e c t r ó l i t o } e s t a s d i f e r e n c i a s e n e l p o t e n c i a l p u e d e n r e s u l t a r d e v a r i a c i o n e s e n l a s c o n d i ­c i o n e » q u e e x i s t e n e n l a s u p e r f i c i e d e u n m e t a l .

B e t a s v a r i a c i o n e s s o n e l r e p u l t a d o d e l a h e t e r o g e n e i d a d d e l m f t t a l , a s í c o m o t a m b i é n , d e d i f e r e n c i e s q u e e x i s t e n d e n ­t r o d e l e l e c t r ó l i t o .

C u a n d o d o s m e t a l e s d i s í m i l e s s o n c o n e c t a d o s e l é c t r i c a m e n ­t e y s u m e r g i d o s e n u n e l e c t r ó l i t o , e e g e n e r a c o r r i e n t e e l é c ­t r i c a y u n o d e l o s m e t a l e s s e corroe, c o m o p u e d e o b s e r v a r s e e n l a f i g u r a I I I . 1 ; l a c o r r i e n t e f l u y e d e l m e t a l q u e a e e s t é c o r r o y e n d o a l e l e c t r ó l i t o e n t r a n d o a l o t r o m e t a l , y e n t o n c e s r e g r e s a a t r a v é s d e l a c o n e x i ó n e n t r e l o s d o s m e t a l e s } e l m e ­t a l q u e s e c o r r o e e s c o n o c i d o c o m o á n o d o ; e l m e t a l q u e r e c i ­be l a c o r r i e n t e e s c o n o c i d o c o m o c á t o d o .

C o m o ec d i j o a n t e r i o r m e n t e , e l m i s m o m e t a l p u e d e d e s a r r o ­l l a r d i f e r e n c i a s d e p o t e n c i a l y c o m o r e s u l t a d o d e e s t o , p o r ­c i o n e s d e l a s u p e r f i c i e d e e s e m e t a l s o n a n ó d i c a s c o n r e s p e c ­t o a l r e s t o d e l a s u p e r f i c i e , c o m o p u e d e o b s e r v a r s e e n l a f i ­g u r a I I I . 2 . 15n e s t a s p o r c i o n e s a n ó d i c a s o c u r r i r á l a c o r r o s i ó n .

L a c o r r o s i ó n g a l v á n i c a y e l e c t r o l í t i c a s o n s i m i l a r e s , y a qu# e l p r o c e s o s i e m p r e o c u r r e e n e l á n o d o . L a d i f e r e n c i a es- c e n c i a l e n t r e l a s d o s , e s q u e e n l a c o r r o s i ó n e l e c t r o l í t i c a e s u n a c o r r i e n t e e x t e r n a l a q u e l a g e n e r a , m i e n t r a s q u e , e n

67

P ILA G ALVAN ICA

VILLARREAL £ Y BELLO S , ELECTROQUIMICA PARTE I , ANUIES, PA6. No. 24

IN ST IT U T O P O L IT EC N IC O NACIONAL

E . S . I Q . I .E

T e s is P ro fes io na l PRO TECC IO N CATODICA

EN CAM B. OE CALO RAbraham E s tra d a F

Pab lo Sánchez H F ig m i Mex D F

68

69

l a g a l v á n i c a , e s l a a c t i v i d a d c o r r o s i v a l a q u e g e n e r a l a c o ­r r i e n t e . T a m b i é n h a y u n a d i f e r e n c i a e n l a p o l a r i d a d ; e n u n a c e l d a e l e c t r o l í t i c a , e l á n o d o e s e l p o l o p o s i t i v o , y e n u n a g a l v á n i c a e l á n o d o e s l a t e r m i n a l n e g a t i v a . L a s d i f e r e n c i a s m e n c i o n a d a s e e m u e s t r a n e n l a f i g u r a I I I . 3 a n e x a .

A u n q u e l o d i c h o a n t e r i o r m e n t e e s m á s b i é n u n a a b r e v i a d a y s i m p l i f i c a d a e x p l i c a c i ó n d e l a c o r r o s i ó n , s e p u e d e a p r e c i a r q u e l a c o r r i e n t e e l é c t r i c a p u e d e g e n e r a r c o r r o s i ó n y q u e l a c o r r o s i ó n p u e d e g e n e r a r c o r r i e n t e e l é c t r i c a .

C o m o u n r e s u l t a d o d e é s t e f e n ó m e n o , e s q u e e e p o s i b l e p r e ­v e n i r l a c o r r o s i ó n p o r e l e m p l e o d e c o r r i e n t e e l é c t r i c a ; é s t o e s f u n d a m e n t a l p a r a l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a .

C u a n d o e s a p l i c a d a c o r r i e n t e e l é c t r i c a c o n u n a p o l a r i d a d l a c u a l s e o p o n e a l m e c a n i z m o n a t u r a l d e l a c o r r o s i ó n y c o n u n a m a g n i t u d s u f i c i e n t e p a r a p o l a r i z a r t o d a s l a s á r e a s c a ­t ó d i c a s a r r i b a d e l p o t e n c i a l d e c i r c u i t o a b i e r t o d e l a s á - r e a s a n ó d i c a s , l a c o r r o s i ó n e s d e t e n i d a .

P o r l o t a n t o , l a » c o n s i d e r a c i o n e s t e ó r i c a s i n d i c a n q u e l o s f u n d a m e n t o s p a r a l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a s o n r e l a t i v a m e n t e s i m p l e s y f á c i l e s d e a p r e c i a r . S i n e m b a r g o , d i s e ñ o s p r á c t i ­c o s p a r a a p l i c a c i o n e s v a r i a s p u e d e n d i f e r i r c o n s i d e r a b l e m e n ­t e d e b i d o a q u e e s t o e d e p e n d e n d e l t i p o d e e s t r u c t u r a a p r o ­t e g e r y d e l a s c o n d i c i o n e s a l a s c u a l e s e e e n c u e n t r a .

E n é s t e p u n t o , v a l d r í a l a p e n a c o n s i d e r a r a l g u n a s d e l a s p r i n c i p a l e s m e d i c i o n e s q u e s o n u s a d a s e n l a c o r r o s i ó n y e n e l c a m p o d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a . L a s d o s m e d i c i o n e s m á s u s a d a s s o n :

a ) . - B 1 p o t e n c i a l d e l a e s t r u c t u r a c o n r e s p e c t o a l m e d i o a m b i e n t e .

b ) . - L a r e s i s t i v i d a d d e l m e d i o .

C o n r e s p e c t o a l o s t r a b a j o s e n t e r r a d o s , e s t a s m e d i c i o n e s

70

CELDA E L E C T R O L IT IC A Y C ELD A G A LVA N IC A

UHLIO H H E R B E R T , CORROSION ANO CONTROL CORROS ION , ED ITOR IAL JOHN

W ILEY ANO S O N S , IN C , N Y

IN ST ITUTO P O L IT E C N IC O N A C IO N A L

E . S . I Q .I.E

T « * l* P r o fM io n a l PROTECC IO N CATODICA

EN C A M B .D E C A LO RA braham E s t r a d a F

P a b lo S á n c h e z H Fig I I I . 3 Mex D .F

71

s e r e f i e r e n a l p o t e n c i a l t u b o - s u e l o y l a r e s i s t i v i d a d d e l s u e l o .

L a s m e d i c i o n e s d e l p o t e n c i a l son usadas e n la e v a l u a c i ó n d e u n p r o b l e m a d e c o r r o s i ó n , a n t e s q u e l a p r o t e c c i ó n s e a a - p l i c a d a y e n d e t e r m i n a d o s g r a d o s d e p r o t e c c i ó n d e s p u é s q u e s e a p l i c ó é s t a .

E l e l e c t r ó d o d e r e f e r e n c i a q u e e s c a s i u n i v e r s a l m e n t e u s a ­d o e s l a s e m i c e l d a c o b r e - s u l f a t o d e c o b r e . U s a n d o ó s t e e l e c ­t r ó d o , e l p e t e n c i a l n o r m a l d e u n a t u b e r í a d e a c e r o e n t e r r a d a y d e s p r o t e g í d a s e r í a d e l r a n g o d e ( - 5 0 0 a - 6 0 0 m i l i v o l t s ) .

L a i n t e r p r e t a c i ó n d e m e d i c i o n e s d e p o t e n c i a l t o m a d a s a l o l a r g o d e l a t u b e r í a p a r a e v a l u a r u n p r o b l e m a p a r t i c u l a r d e c o r r o s i ó n r e q u i á r e d e u n a e x p e r i e n c i a c o n s i d e r a b l e .

E s s u f i c i e n t e d e c i r q u e u s a n d o e s t a s m e d i c i o n e s a p r o p i a ­d a m e n t e p o d e m o s d e t e r m i n a r l a m a g n i t u d r e l a t i v a d e u n p r o b l e ­m a d e c o r r o s i ó n , n o i m p o r t a n d o q u e ó s t e s e a d e n a t u r a l e z a g a l ­v á n i c a ó e l e c t r o l í t i c a .

C u a n d o u n a c o r r o s i ó n e l e c t r o l í t i c a e s d e t e c t a d a , l a s p a r ­t e s d e l a t u b e r í a s u j e t a s a l a c o r r o s i ó n s o n a q u e l l a s d o n d e l o s p o t e n c i a l e s s o n l o s m e n o s n e g a t i v o s ó l o s m á s p o s i t i v o s .

C u a n d o s e d e t e r m i n a u n a c o r r o s i ó n g a l v á n i c a , l a s p o r c i ó n e s d e l a t u b e r í a m á s s u j e t a s a l a c o r r o s i ó n s o n a q u e l l a s d o n d e l o s p o t e n c i a l e s s o n l o s m á s n e g a t i v o s .

C u a n d o s e a p l i c a l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a , e l p o t e n c i a l e s h e c h o m á s n e g a t i v o y , e n l a m a y o r í a d e l a s v e c e s , u n a c o m ­p l e t a p r o t e c c i ó n e e r e a l i z a c u a n d o u n p o t e n c i a l d e ( - 8 5 0 m i ­l i v o l t s ) e s a l c a n z a d o .

m e d i c i o n e s d e l a r e s i s t i v i d a d s o n u s a d a s e n l a d e t e r m i ­n a c i ó n d e l a r e l a t i v a c o r r o s i v i d a d d e l m e d i o a m b i e n t e y s o n n e c e s a r i a s e n e l d i s e ñ o d e s i s t e m a s d e p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a .

A u n q u e l a r e s i s t i v i d a d n o e s e l ú n i c o f a c t o r q u e g o b i e r n a e l m e c a n i z m o d e l a c o r r o s i ó n , e n l a m a y o r í a d e l o s c a s o s , u n a b a j a r e s i s t i v i d a d c o r r e s p o n d e a u n m e d i o a m b i e n t e m á s c o r r o ­s i v o .

72

E s t e e n u n c i a d o s e a p l i c a r í a m á s p a r t i c u l a r m e n t e a l o e m e ­d i o s u s u a l e s ( s u e l o y a g u a ) , e n l o s c u a l e s l a p r o t e c c i ó n c a ­t ó d i c a e s u s a d a ; a s í e l a g u a d e m a r , u n m e d i o a m b i e n t e m u y c o r r o s i v o , t i e n e u n a r e s i s t i v i d a d d e 1 5 a 3 5 O h m - c m . L a a r e ­n a s e c a y l i m p i a , l a c u a l e s c o n f r e c u e n c i a u n m e d i o n o c o ­r r o s i v o , t i e n e l a m a y o r í a d e l a s v e c e s v a l o r e s d e r e s i s t i ­v i d a d d e m á s d e 1 0 0 0 0 0 0 O h m - c m .

M E T O D O S '

H a y b á s i c a m e n t e d o s m é t o d o s p a r a a p l i c a r l a p r o t e c c i ó n c a ­t ó d i c a , a u n q u e h a y n u m e r o s a s v a r i a c i o n e s d e é s t o s . U n o d e e s ­t o s m é t o d o s u s a á n o d o s e n e r g i z a d o s p o r m e d i o d e u n a f u e n t e d e p o d e r e x t e r n a d e c o r r i e n t e d i r e c t a ? e n é s t e t i p o d e s i s t e m a d e p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a , l o s á n o d o s s o n i n s t a l a d o s e n e l e l e c ­t r ó l i t o y c o n e c t a d o s a l a t e r m i n a l p o s i t i v a d e l a f u e n t e d e c o r r i e n t e d i r e c t a .

L a e s t r u c t u r a q u e v a a s e r p r o t e g i d a e e c o n e c t a d a a l a t e r m i n a l n e g a t i v a d e l a f u e n t e . D e b i d o a q u e l a f u e n t e d e p o ­d e r e e c a s i s i e m p r e u n a u n i d a d r e c t i f i c a d o r a , é s t e t i p o d e s i s t e m a e s c o n f r e c u e n c i a l l a m a d o S i s t e m a R e c t i f i c a d o r , y p u e d e o b s e r v a r s e e n d e t a l l e e n l a f i g u r a I I I . 4 .

E l s e g u n d o m é t o d o d e p r o t e c c i ó n h a c e u s o d e á n o d o s g a l v á ­n i c o s , l o s c u a l e s t i e n e n u n a d i f e r e n c i a d e p o t e n c i a l n a t u r a l c o n r e s p e c t o a l a e s t r u c t u r a q u e v a a s e r p r o t e g i d a ; é s t e s i s t e m a p u e d e v e r s e e n d e t a l l e e n l a f i g u r a I I I . 5 a n e x a .

E s t o s á n o d o s e s t á n h e c h o s d e u n m a t e r i a l c o m o e l m e y g n e s i o ó e l c i n c , e l c u a l e s a n ó d i c o c o n r e s p e c t o a l a e s t r u c t u r a p r o t e g i d a .

E s t o s á n o d o s s o n c o n e c t a d o s d i r e c t a m e n t e a l a e s t r u c t u r a » e n l a m a y o r í a d e l o s c a s o s é s t e s i s t e m a e s t á d i s e ñ a d o p a r a e n t r e g a r c o r r i e n t e s r e l a t i v a m e n t e p e q u e ñ a s a u n n ó m e r o d e á n o d o s g r a n d e ; m i e n t r a s q u e e l s i s t e m a t i p o r e c t i f i c a c i ó n e s ­t é d i s e ñ a d o p a r a e n t r e g a r c o r r i e n t e s r e l a t i v a m e n t e g r a n d e s a u n n d m e r o l i m i t a d o d e á n o d o s .

C a d a m é t o d o d e a p l i c a c i ó n d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a t i e n e c a r a c t e r í s t i c a s q u e l o h a c e n m á s a p l i c a b l e a u n p r o b l e m a p a r -

73

L IN E A S OE a l t a - PRO TECC IO N CATODICA CON R E C T I_ t e n s ió n

P IC A D O R ES D E C O R R IEN T E

CAM A ANOD ICA

n o t a : l o s p o r o s s o n p o r

FA LLA S EN ELR ECU B R IM IEN TO

UHLI6 H HERBERT, CORROSION Y CONTROL D t CORROSION, ED URMO

IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O NACIO NAL

E .S .I.Q .I.E

B ILBAO , PAO No 202 T e s is P ro fe s io n a l PRO TECC IO N CATODICA

Abrohom E s tra d a F EN CAM S. OE CALOR

Pab lo S án ch e z H F ig I I I . 4 Mex D F

74

PROTECCION CATODICA CON ANODOS DE SACRIFICIO

(7^ S o l d a r e l a l a m b r e a l a o r e j a d e a c e r o c o n s o l d a d u r a d e l a t ó n y l a o r e j a d e l t u b o c o n s o l d a d u r a d e a r c o . E > / i t u b e r í a s c u b i e r t a s a i s l a r l a s c o n e x i o M $ y t o d o e l m e t a l e x p u e r t o - , a c a d a o r e j a s e p u e d e c o n e c t a r m á s d e u n á n o d o .

( D M o r t e r o d s B e n t o m t a y y e s o p a r a I n o r e m e n t a r l a c o n d u c t a n ­

c i a d e l s u e l o y d i s m i n u i r l a c o r r o s i o n e x t r a ñ o d e l M g .

(3 ) C o n d u c t o r d e p l o m o , t i p o S N , m a c i z o d e l N o - 1 2

UHLIS H. HERBERT, CORROSION Y CONTROL OE CORROS ION , ED . IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O N A C IO N A LURMO B ILBAO , PAS. No. 08

E S .1.0 1 E

T es is Pro fes ional PRO TECC IO N CATODICA

Abraham EstradoF. E N C A M B . D E C A L O R

Pablo Sánchez H Fig I I I . 8 Mex D F

78

t i c u l a r q u e e l o t r o . U n a c o m p a r a c i ó n d e e s t a s c a r a c t e r í s t i ­c a s e s l a s i g u i e n t e :

C O M P A R A C I O N D E C A R A C T E R I S T I C A S

S I S T E M A G A L V A N I C O 0P R O T E C C I O N CON A N O D O S D E S A C R I F I C I O

S I S T E M A R E C T I F I C A D O R 0P R O T B C C I O N CON C O R R I E N T E I M P R E S A

1 . — N o r e q u i á r e u n a f u e n t e d e p o d e r e x t e r n a .

R e q u i á r e f u e n t e e x t e r n a .

2 . - M a n e j a v o l t a j e s f i j o s . E l v o l t a j e p u e d e s e r v a — r i a d o .

3 . - C o r r i e n t e l i m i t a d a . L a c o r r i e n t e p u e d e v a r i a r .

4 . - N o r m a l m e n t e u s a d o d o n d e l o s r e q u e r i m i e n t o s d e c o r r i e n t e s o n p e q u e ñ o s .

P u e d e s e r d i s e ñ a d o p a r a c a s i c u a l q u i e r r e q u e r i ­m i e n t o d e c o r r i e n t e .

5 . - G e n e r a l m e n t e u s a d o d o n d e e l e l e c t r ó l i t o t i e n e u n a b a j a r e s i s t i v i d a d .

P u e d e u s a r s e e n m e d i o s d e c u a l q u i e r r e s i s t i v i d a d .

6 . - E n a p l i c a c i o n e s b a j o e l s u e l o , l a i n t e r f e r e n c i a c o n e s t r u c t u r a s v e c i n a s e s c o n f r e c u e n c i a d e s p r e ­c i a b l e .

B i a p l i c a c i o n e s b a j o e l s u e l o , l a i n t e r f e r e n c i a c o n e s t r u c t u r a s v e c i n a s d e b e s e r c o n s i d e r a d a .

S i n c o n s i d e r a r e l t i p o d e s i s t e m a u s a d o , l a c o r r i e n t e f l u ­y e d e l á n o d o a l a e s t r u c t u r a q u e e s t á s i á n d o p r o t e g i d a .

C u a n d o l a c o r r i e n t e f l u y e h a c i a l a e s t r u c t u r a d e s d e l o s e l e c t r ó l i t o s c i r c u n d a n t e s , e l p o t e n c i a l e s h e c h o m á s n e g a ^ - t í v o y l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a e s a l c a n z a d a c u a n d o e l c a m b i o e n e l p o t e n c i a l e s s u f i c i e n t e p a r a d e t e n e r l a c o r r o s i ó n .

76

P o d e m o s u s a r c u r v a s d e p o l a r i z a c i ó n p a r a d e m o s t r a r l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a ; e s t a s s o n m o s t r a d a s e n l a f i g u r a I I I . 6 .

E L s i s t e m a d e s p r o t e g í d t i e n e u n p o t e n c i a l d e c o r r o s i ó n B c o r r ’ y u n a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n p r o p o r c i o n a l a l c o r r . S i a p l i c a m o s u n a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e c a t ó d i c a d e ( i * ) » e l e s - p e c í m e n t i e n e u n p o t e n c i a l d e g ’ c o r r . , y u n a v e l o c i d a d d e c o ­r r o s i ó n p r o p o r c i o n a l a l ' c o r r .

P a r a o b t e n e r l a p r o t e c c i ó n c o m p l e t a , d e b e m o s a p l i c a r u n a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e d e l p r o t . , a f i n d e h a c e r e l p o t e n c i a l d e l á n o d o i g u a l a s u p o t e n c i a l d e c i r c u i t o a b i e r t o E o c . , d o n ­d e l o s s u b í n d i c e s ( o c ) , r e p r e s e n t a n e l p a r m e t a l / m e t a l - i ó n (M/ * * ) , e n ó s t e c a s o l a c o r r o s i ó n n o o c u r r e .

P o r l o t a n t o , l a s c u r v a s d e p o l a r i z a c i ó n p u e d e n s e r u s a d a s p a r a e s t i m a r l o s r e q u e r i m i e n t o s d e d e n s i d a d d e c o r r i e n t e p a r a l a P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a .

A u n a m a y o r v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n , m a y o r c o r r i e n t e e s n e ­c e s i t a d a p a r a d e t e n e r l a a f i n d e p r o t e g e r u n a e s t r u c t u r a m e ­t á l i c a ; s i n e m b a r g o , n o h a y u n a r e l a c i ó n d i r e c t a e n ó s t e c a s o y e s e l g r a d o d e p o l a r i z a c i ó n c a t ó d i c a e l q u e e s i m p o r t a n t e .

P o r l o e s t a b l e c i d o a n t e r i o r m e n t e , p a r e c e r í a q u e l a p r o t e c ­c i ó n c a t ó d i c a p u e d e s e r a l c a n z a d a s o l a m e n t e p o r l a a p l i c a c i ó n d e c o r r i e n t e d e m a g n i t u d s u f i c i e n t e .

A u n q u e ó s t e h e c h o e s v e r d a d e r o , e s e n g a ñ o s a m e n t e s i m p l e d e b i d o a q u e e x i s t e n d i f e r e n c i a s m u y g r a n d e s e n e l d i s e ñ o d e s i s t e m a s d e p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a . É s t a s d i f e r e n c i a s r e s u l t a n d e l a i n f i n i t a v a r i e d a d d e e s t r u c t u r a s q u e d e b e n s e r p r o t e g i ­d a s y d e l a g r a n c a n t i d a d d e m e d i o s e n l o s c u a l e s e s a s e s t r u c ­t u r a s s o n c o l o c a d a s .

D e b i d o a g r a n d e s d i f e r e n c i a s e n l o e d i s e ñ o s d e s i s t e m a s p a r a a l c a n z a r l a p r o t e c c i ó n , e s o b l i g a t o r i o q u e c a d a u n o d e e l l o s s e a d i s e ñ a d o a l a m e d i d a p a r a u n c a s o d a d o .

77

CURVA DE POLARIZACION PARA ELHIERRO

C O R R IE N T E , I

HENTHORNE M ICH A EL , CHEM ENO JULIO 26 O í 1971, PAO M» 99 IN ST IT U TO PO L IT EC N IC O NACIO NAL

E .S . I .Q . I .E

T esis P ro fes io na l

A b raham E s t r a d a F.

P a b lo Sánchez H

PRO TECC IO N CATODICA

EN CAMB D E CALOR

Ftg I I I .6 Mex D F

78

DENSIDADES DE CORRIENTE PARA PROTEC. CATOD.

DENSIDAD D t C O R R IE N T E , lo« i

IN ST IT U TO PO L IT EC N IC O N A C IO N A L

E .S . I .Q . I.E

T e s is P ro fes iono l PROTECC IO N CATODICA

EN CAM B. D E CALORAbraham E s tra d a F

Pa b lo Sánchez H Fig. I I I . 6 a Mex D F

79

P a r a d i s e ñ a r u n s i s t e m a d e p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a a p r o p i a d o , m e d i c i o n e s d e c a m p o d e b e n s e r t o m a d a s a f i n d e d e t e r m i n a r e l p a t r ó n d e l a c o r r o s i ó n , y l a c o r r i e n t e r e q u e r i d a p a r a d i c h a p r o t e c c i ó n .

D i s e ñ o s q u e n o e s t á n b a s a d o s e n m e d i c i o n e s d e c a m p o a c ­t u a l e s p u e d e n r e s u l t a r i n ú t i l e s y a ú n p e r j u d i c i a l e s .

C o n o b j e t o d e p r e v e n i r l a c o r r o s i ó n u s a n d o l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a , l a c o r r i e n t e d e b e f l u i r d e l e l e c t r ó l i t o a t o d a s p a r t e s d e l a e s t r u c t u r a ; s i u n a p o r c i ó n d e ¿ s t a n o r e c i b e c o ­r r i e n t e , l a a c t i v i d a d n o r m a l d e l a c o r r o s i ó n c o n t i n u a r í a a l l í .

C u a n d o p a r t e d e l a c o r r i e n t e d e l a p r o t e c c i ó n a b a n d o n a l a e s t r u c t u r a y r e g r e s a a l e l e c t r ó l i t o , l a c o r r o s i ó n s e a c e l e r a ­r í a e n e s e l u g a r . P o r e j e m p l o , u n a t u b e r í a e n t e r r a d a e n l a c u a l s o n u s a d a s j u n t a s m e c á n i c a s , s e c o r r e e l r i e s g o d e t e ­n e r u n a d i s c o n t i n u i d a d e l é c t r i c a .

S í u n s i s t e m a t i p o á n o d o g a l v á n i c o e s u s a d o p a r a l a p r o ­t e c c i ó n , s e r í a n e c e s a r i o i n s t a l a r u n á n o d o p a r a d e t e r m i n a d a l o n g i t u d d e t u b e r í a ó u n i r t r a m o s d e t u b o s a t r a v ó s d e c a d a j u n t a . S Í p a r t e d e l a t u b e r í a s e d e s c u i d a r a , h a c i e n d o q u e e s a p a r t e n o r e c i b i ó r a l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a , l a a c o i ó n n o r m a l d e l a c o r r o s i ó n c o n t i n u a r í a e n e s a p a r t e .

C u a n d o u n s i s t e m a r e c t i f i c a d o r e s i n s t a l a d o e n u n a t u b e r í a e s a ú n m á s i m p o r t a n t e q u e ó s t a s e a e l é c t r i c a m e n t e c o n t i n u a ; s i p o r c u a l q u i e r c a u s a h u b i á r a j u n t a s d i s c o n t i n u a s , e e p o s i ­b l e q u e l a c o r r i e n t e d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a a b a n d o n e l a t u b e r í a a t r a v é s d e e s a j u n t a .

S i m i l a r m e n t e , s i s e a p l i c a c o r r i e n t e p r o t e c t o r a a u n a e s ­t r u c t u r a e n u n a d e t e r m i n a d a á r e a , e s p r o b a b l e q u e e s t r u c t u r a s v e c i n a s s u f r a n d a i f a s , a m e n o s q u e s e t o m e n l a s m e d i d a s a d e ­c u a d a s .

80

M A T E R I A L E S D B L O S A N O D O S

A N O D O S G A L V A N I C O S

E n l a s e s t r u c t u r a s h e c h a s d e h i e r r o ó a c e r o , c u a l q u i e r m e t a l q u e s e a m á s a c t i v o d e a c u e r d o a l a s e r i e e l e c t r o m o t r i z d e l o s e l e m e n t o s , t e ó r i c a m e n t e p u e d e s e r u s a d o c o m o á n o d o .

E n l a p r á c t i c a , l o s m a t e r i a l e s q u e s o n u s a d o s c o m o á n o d o s g a l v á n i c o s s o n e l c i n c y e l m a g n e s i o ; a u n q u e e l a l u m i n i o e s t a m b i é n u n m a t e r i a l m á s a c t i v o q u e e l h i e r r o , n o e e h a p r o b a ­d o a ú n s e r u n m a t e r i a l e f e c t i v o p a r a e m p l e a r s e c o m o á n o d o d e s a c r i f i c i o , p o r l a s i g u i e n t e r a z ó n t E l a l u m i n i o o p e r a t e ó r i ­c a m e n t e a u n v o l t a j e e n t r e e l d e l c i n c y e l m a g n e s i o , p e r o t i e n d e a p a s i v a r s e e n a g u a y s u e l o s c o n u n a c o r r e s p o n d i e n t e d e s v i a c i ó n d e l p o t e n c i a l a u n v a l o r p r ó x i m o ó m á s n o b l e q u e •1 d e l a c e r o , p o r l o q u e d e j a d e f u n c i o n a r c o m o e l e c t r ó d o d e s a c r i f i c i o .

C o n o b j e t o d e e v i t a r l a p a s i v i d a d s e p u e d e p r e p a r a r a l r e ­d e d o r d e l e l e c t r ó d o u n m e d i o q u í m i c o c o n a l t o c o n t e n i d o d e c l o r u r o s . S i n e m b a r g o , ¿ a t e m e d i o l l a m a d o r e l l e n o ( B a c k P i l i ) e s e n e l m e j o r d e l o s c a s o s , u n r e m e d i o t e m p o r a l .

E n l a t a b l a I I I . 7 a e d a n e q u i v a l e n t e s e l e c t r o q u í m i c o s p a ­r a a l g u n o 8 á n o d o s .

E s d e n o t a r s e q u e l o s á n o d o s g a l v á n i c o s s e c o n s u m e n a s í m i s m o s e n e l p r o c e s o d e g e n e r a c i ó n d e c o r r i e n t e s p r o t e c t o r a s .

L a v e l o c i d a d d e c o n s u m o d e p e n d e d e l a m a g n i t u d d e l a c o ­r r i e n t e g e n e r a d a , a s í t a m b i ó n d e l m a t e r i a l d e q u e e s t á n h e ­c h o s l o s á n o d o » ; p o r e j e m p l o , e l c o n s u m o d e c i n c , t e ó r i c a m e n ­t e , e s a l a v e l o c i d a d d e 1 0 . 6 6 9 K g / A m p e r - a ñ o , y p a r a e l m a g ­n e s i o e s t e ó r i c a m e n t e a l a v e l o c i d a d d e 3 * 9 4 9 8 K g / A m p e r e - a f i o .

E n l a p r á c t i c a , n o t o d o e l m e t a l e s c o n s u m i d o e n g e n e r a r c o r r i e n t e , l a c u a l e s ú t i l p a r a l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a ; a l g o d e l m e t a l e s c o n s u m i d o e n s u p r o p i a c o r r o s i ó n . A s í e l c i n c t i e n e a p r o x i m a d a m e n t e e l 9 0 4 d e e f i c i e n c i a , m i e n t r a s q u e e l m a g n e s i o t i e n e u n a e f i c i e n c i a d e l 5 0 j í . E n l a f i g u r a I I I . 7 s e

81

TABLA III.7

E Q U I V A L E N T E S E L E C T R O Q U I M I C O S D E L O S A N O D O S

A N OD O V A L E N C I A G R A V E D A DE S P E C I P .

K g p o r A m p e r p o r A ñ o

C m ^ p o r A m p e r p o r A ñ o

A l u m i ­n i o

3 1 0 9 4 . 9 5 2 . 9 5 1 0 1 0 9 0

G r a f i t o 4 4 2 6 1 . 4 0 0 . 9 5 3 4 4 2 5

H i e r r o 2 1 1 6 3 . 6 9 9 - 1 2 5 4 1 1 6 0

N í q u e l 2 1 0 8 5 . 0 2 9 . 4 1 6 8 1 0 8 0

C i n c 2 1 4 9 8 . 0 5 1 0 . 6 6 9 0 1 4 9 0

M a g n e ­s i o

2 2 2 9 . 4 6 3 . 9 9 5 2

----- ----- —

2 2 8 0

P u e n t e d e I n f o r m a c i ó n »

S h e p p a r d T P o w e l l ; A c o n d i c i o n a m i e n t o d e A g u a s p a r a l a I n ­d u s t r i a ; E d i t o r i a l L i m u s a ; P a g . N o . 4 5 5

82

AREA DE ANODOS 4 0 % CONSUMIDOS

4 0 % CONSUMIDOS

W B MACKAT, ANODOS OE SACR IF IC IO , CAP 2 , VOL 2 PAS Na I I2* IN ST ITUTO PO LITECN ICO NACIONAL

E .S .1 Q .I.E

Tesis Profesional PROTECCION CATODICA

Abraham EstradaF EN CAMB DE CALOR

Pablo Sánchez H Fig II 1.7 Mex D F

83

p u e d e n o D s e r v a r á r e a s d e á n o d o s c u a n d o s e h a n c o n s u m i d o e n u n 4 0 % a p r o x i m a d a m e n t e ,

P o r c o n s i g u i e n t e , l o e k i l o g r a m o s r e a l e s c o n s u m i d o s p o r a s t p e r e - a ñ o d e c o r r i e n t e p r o t e c t o r a s o n 1 1 . 8 0 4 y 7 . 7 1 8 p a r a e l c i n c y e l m a g n e s i o r e s p e c t i v a m e n t e .

E l m a g n e s i o h a r e c i b i d o u n a m á s a m p l i a a p l i c a c i ó n q u e e l c i n c , p r i n c i p a l m e n t e d e b i d o a s u m á s a l t o m a n e j o d e v o l t a j e .

S I p o t a n c i a l d e l m a g n e s i o e s d e 1 . 5 5 V o l t s m e d i d o c o n e l e l e c t r ó d o d e r e f e r e n c i a d e s u l f a t o d e c o b r e , m i e n t r a s q u e e l c i n c t i e n e u n p o t e n c i a l d e 1 . 1 0 V o l t s ; p o r e s o , e l c i n c e s r a r a m e n t e e f e c t i v o e n s u e l o s d e m á s d e 1 0 0 0 O t a - e ® d e r e s i s ­t i v i d a d , a m e n o s q u e l a e s t r u c t u r a e s t á m u y b i á n r e c u b i e r t a y l o s r e q u e r i m i e n t o s d e c o r r i e n t e s e a n p e q u e ñ o s .

E l m a g n e s i o p o r o t r a p a r t e , p u e d e s e r u s a d o c o n u n a c o m ­p l e t a e f e c t i v i d a d e n s u e l o s c u y á r e s i s t i v i d a d s e a s u p e r i o r a 5 0 0 0 O h m - c m , y e n e s t r u c t u r a s b i ó n r c u b i e r t a s p u e d e s e r u s a ­d o a r r i b a d e l o s 1 0 0 0 0 O h m - c s 6 m á s d e r e s i s t i v i d a d .

S n a p l i c a c i o n e s b a j o s u e l o , e s t o s á n o d o s s o n r o d e a d o s c o n u n a m e z c l a e s p e c i a l d e r e l l e n o f é s t e r e l l e n o e s u s u a l ® e n t e u n a m e z c l a d@ y e s o , b e n t o n i t a y s u l f a t o d e s o d i o .

E s t a r e l l e n o s i r v e p a r a m u c h o s p r o p ó s i t o s , p r i m e r o , p r o ­v e e u n m e d i o a m b i e n t e u n i f o r m e p a r a e l á n o d o , c o n l o c u a l l a c o r r o s i ó n e n e l á n o d o s e l l e v a a c a b o e n forma t a m b i é n u n i ­f o r m e .

S e g u n d o , e l r e l l e n o d i s m i n u y e l a r e s i s t e n c i a á n o d o - t i e r r a . T e r c e r o , r e t i á n e h u m e d a d , c o n l o c u a l m a n t i e n e u n a r e s i s ­

t e n c i a m á s b a j a ; y f i n a l m e n t e a c t ú a c o m o u n a g e n t e d e s p o l a ­r i z a n t e .

A N O D O S E N B B G I Z A D O S

C u a n d o u n s i s t e m a t i p o r e c t i f i c a d o r e s u s a d o , l a c o r r i e n t e

84

e e d e r i v a d e s d e u n a f u e n t e e x t e r n a y n o e s g e n e r a d a p o r l a c o r r o s i ó n d e u n m e t a l e n p a r t i c u l a r , c o m o s u c e d e c o n l o s á n o d o s g a l v á n i c o s . S i n e m b a r g o l o s m a t e r i a l e s u s a d o s c o n o á n o d o s e n e r g i z a d o s s e c o r r o e n a u n q u e m u y l i g e r a m e n t e . L a s t a b l a s I I I . 8 y I I I . 9 , m u e s t r a n l o s d i f e r e n t e s t i p o s d e ¿ n o d o s e m p l e a d o s p a r a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a c o n c o r r i e n t e i m p r e s a .

P o r l o t a n t o , t u b o d e h i e r r o v i e j o y t r a m o s d e a c e r o , l o s c u a l e s f u e r o n e n u n t i e m p o u s a d o s c o a o m a t e r i a l e s d e á n o d o s e n s i s t e m a s t i p o r e c t i f i c a d o r , e e c o r r o e n a u n a v e l o c i d a d d e 1 0 K g / á a p e r e - a f l o .

A á n , s i s t e m a s r e l a t i v a m e n t e p e q u e ñ o s c o n u n a c a p a c i d a d d e s o l a m e n t e 1 0 A m p e r e s c o n s u m i r á n 1 0 0 0 Kg. d e a c e r o e n 1 0 a ñ o s .

P o r c o n s i g u i e n t e , m a t e r i a l e s p a r a á n o d o s d e u n a l a r g a v i d a s o n b u s c a d o s ; l o s m a t e r i a l e s u s a d o s y r e c o m e n d a d o s s o n e l g r a ­f i t o y e l h i e r r o c o l a d o a l a l t o s i l i c i o .

U n análisis t í p i c o d e l h i e r r o a l a l t o silicio ( H S X , h i g h Silicon i r o n ) , e s » 1 4 . 4 % S i , 0 . 7 % K n * 0 . 9 5 4 0 y el r e s t o d e h i e r r o .

E l c o n s u m o d e e s t o s m a t e r i a l e s d e p e n d e e n g r a n m e d i d a d e l m e d i o a m b i e n t e e n e l c u a l s o n u s a d o s , p e r o e n g e n e r a l , e s m e ­n o s d e l a d á c i m a p a r t e q u e e l d e l h i e r r o o r d i n a r i o ó e l a c e r o .

E n m e d i o s c l o r a d o s , c o m o e l a g u a d e m a r , e l g r a f i t o e s u s u a l m e n t e s u p e r i o r a l h i e r r o d e a l t o s i l i c i o , e n a g u a n a t u ­r a l ó f r e s c a , d o n d e e l o x í g e n o e s l i b e r a d o e n l o s á n o d o s , e s l o c o n t r a r i o .

K n a p l i c a c i o n e s b a j o e l s u e l o , n o h a y m u c h a d i f e r e n c i a e n e l c o m p o r t a m i e n t o d e e s t o s m a t e r i a l e s ; e n d i c h a s a p l i c a » c l o n e s , r e l l e n o s e s p e c i a l e s d e c i s c o d e c o q u e s o n u s a d o e c o n e l p r o p ó s i t o d e p r o v e e r u n m e d i o u n i f o r m e a l r e d e d o r d e l á n o ­d o y p a r a b a j a r l a r e s i s t e n c i a d e á n o d o - t i e r r a .

B 1 u s o d e r e l l e n o s d e c i s c o d e c o q u e n o e s t a n c r í t i c o p a ­r a e l h i e r r o a l a l t o s i l i c i o c o m o l o e s p a r a e l g r a f i t o .

85

TABLA III.8

SELECCION DE ANODOS DE SACRIFICIO Y CORRIENTE IMPRESA

Ir- E s t a b i l i d a d d e l s u e l o ó r e s i s t i v i d a d d e l m i a ñ o .2 . - R e q u e r i m i e n t o s d e c o r r i e n t e , l a c u a l d e p e n d e r á d e l a

a g r e s i v i d a d d e l m e d i o a m b i e n t e , d e l a n a t u r a l e z a d e l a c a p a p r o t e c t o r a y d e l á r e a d e l a e s t r u c t u r a .

3 . - C o n t i n u i d a d e l é c t r i c a e n l a e s t r u c t u r a .

S A S R I P I C I O

---------------------------------------- --------------------------—

C O R R I E N T E I M P R E S A

4 . - S e l e c c i ó n d e l á n o d o 4 . - S e l e c c i ó n c o n v e n i e n t ec o n v e n i e n t e ; a d e m á s d e d e l a l o c a l i z a c i ó n d el a m e d i d a ó p t i m a p a r a l a c a m a ; e s t o d e p e n d eu n b u e n r e n d i m i e n t o y d e td u r a b i l i d a d . a . - L a b a j a r e s i s t i v i d a d

d e l s u e l o .b . - C e r c a n í a d e l s u m i n i s ­

t r o d e c o r r i e n t e .c . - D e l p u n t o d o n d e e l

p r o b l e m a s e a m á s s i g ­n i f i c a t i v o .

á.~ U n a l o c a l i z a c i ó n d o n ­d e l a c a m a y l o s c a ­b l e s s e a n i n m u n e s ap e r t u r b a c i o n e s .

5 . - D e t e r m i n a c i ó n d e l n ú m e ­ 5 . - D e c i d i r s i l o s á n o d o sr o t o t a l d e á n o d o s r e ­ s e r á n i n s t a l a d o s h o ­q u e r i d o s ( e n s u e l o s d e r i z o n t a l ó v e r t i c a l ­1 5 0 0 O h m - C m , e l u s o d e l m e n t e .Z n ó A l s e r á n c o n s i d e ­r a d o s ) .

6 . - D e c i d i r e l e s p a c i o d e 6 . - D e t e r m i n a c i ó n d e l al o a á n o d o s p a r a u n a c o - r e s i s t e n c i a d e l c i r -

86

TABLA III.8 CONT.

c u i t o ( d e p e n d i e n d o d e l a s c o n d i c i o n e s d e l s u e l o .C á t o d o ( u s u a l m e n t e i n ­s i g n i f i c a n t e d e b i d o a l o l a r g o q u e e s ) .C a b l e ( d e l a m e d i d a y l a l o n g i t u d ) .X n o d o ( d e p e n d i e n d o d e l a c a m a ) .C o n s i d e r a r l a c a í d a d e v o l t a j e q u e v a a s e r u s a d o , e s t o c o m o u n p u n t o r e m o t o ) .

D e c i d i r e l v o l t a j e q u e v a a s e r u s a d o .

8 . - D e t e r m i n a c i ó n d e l m a ­t e r i a l ó p t i m o d e l á n o d o .

9 . - D e c i d i r e l n ú m e r o ó p t i ­m o d e ¿ n o d o s a « i c o m o l a m e d i d a .

1 0 . - D e c i d i r e l e s p a c i o e n ­t r e l o s á n o d o s .

P u e n t e d e i n f o r m a c i ó n :

J . 3 . G e r a r d ; A p l i c a c i o n e s d e P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a } O a p . I I V o l ú m e n I I ; P a g . 1 1 . 6 4

r r e c t a d i s t r i b u c i ó n d e c o r r i e n t e .

7 . - S e l e c c i ó n d e l a l o c a ­l i z a c i ó n d e l p u n t o d e p r u e b a ( u e u a l m e n t e s e ­r á e n t r e e l á n o d o y l a t e r ­m i n a l d e l a l í n e s ) .

a . -

b . -

c . -

d . -

7 . -

87

TABLA III.9

A N O D O S D E C O R R I E N T E I M P R E S A

M A T E R I A L M A X I M A C A P A C I D A D D B T R A B A J O E N

A m p e r / m 2 S U E L O A G U A

C ON S UM O A P R O X I ­M A D O E N K g / a ñ o .

S U E L O A G U A

C h a t a r r a 5 . 4 5 . 4 8 . 0 1 0 . 0

H i e r r o - s i l i c ó n 3 2 . 0 3 2 - 4 3 0 . 1 0 . 1

G r a f i t o 1 1 . 0 2 1 . 5 0 . 2 5 0 . 5

P l o m o - 1 0 7 - 2 1 5 - -

P l o m o - P l a t i n o - 1 0 8 0 - -

P l a t i n o - 1 0 8 0 0 - -

T i t a n i o - 1 0 8 0 0 - -

T a n t á l i o - 1 0 8 0 0 - -

A l u m i n i o - 2 1 . 5 - 4 . 0

F u e n t e d e i n f o r m a c i ó n j

J . S . G e r a r d ; A p l i c a c i o n e s d e P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a ; C a p . I I V o l ú m e n I I , P a g . N o . 1 1 . 6 6

8 8

P o r e s t o , e n a p l i c a c i o n e s d o n d e e l t a l r e l l e n o e s í m p r a c - t i c o , y e s n e c e s a r i o i n s t a l a r á n o d o s s i n r e l l e n o , e l h i e r r o a l a l t o s i l i c i o e s u s a d o c o n f r e c u e n c i a .

C R I T E R I O S D B P R O T E C C I O N

L a e f i c i e n c i a d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a e n l a p r á c t i c a s e p u e d e e s t a b l e c e r d e v a r i a s f o r a a s , h a b i é n d o s e e m p l e a d o e n e l p a s a d o d i v e r s o s c r i t e r i o s p a r a c o m p r o b a r s i l a p r o t e c c i ó n e s c o m p l e t a ó n o . P o r e j e m p l o , e n u n a t u b e r í a e n t e r r a d a s e c o n ­t r a s t a n e l n i & n e r o d e f u g a s o b s e r v a d a s e n f u n c i ó n d e l t i e m p o , a d v i r t i e n d o q u e l a s f u g a s p o r a ñ o d i s m i n u y e n h a s t a u n p e q u e ­ñ o m i n e r o , ó i n c l u s o a c e r o d e s p u é s d e i n s t a l a r l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a .

1 . - E N S A Y O S CON M U E S T R A

On t r o z o d e m e t a l d e p e s o c o n o c i d o , a d a p t a d o a l a s u p e r ­f i c i e e x t e r i o r d e u n a t u b e r í a e n t e r r a d a , e e u n e a l a m i s m a p o r m e d i o d e u n c a b l e c o n c o n e x i ó n s o l d a d a ; e l c a b l e y l a s u p e r f i c i e e n t r e l a m u e s t r a y l a t u b e r í a s e c u b r e n c o n a l ­q u i t r á n . D e s p u é s d e u n a e x p o s i c i ó n a l s u e l o d e v a r i a s s e m a ­n a s ó m e s e s s e r e t i r a l a m u e s t r a , s e l i m p i a y s e d e t e r m i n a l a p é r d i d a d e p e s o p a r a j u a g a r s i l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a d e l a t u b e r í a e e c o m p l e t a .

2 . - E N S A Y O S C O L O R M E T R I C O S

S e l i m p i a u n a e o n a d e l a t u b e r í a e n t e r r a d a p a r a e x p o n e r e l ■ e t a l d e s n u d o ; S e e m p a p a u n t r o z o d e p a p e l a b s o r b e n t e e n s o ­l u c i ó n d e f e r i c i a n u r o p o t á s i c o y s e p o n e e n c o n t a o t o c o n l a z o n a d e m e t a l q u e B e h a l i m p i a d o y s e t a p a t o d o v o l v i e n d o a c o l o c a r e n s u l u g a r l a t i e r r a r e t i r a d a .

D e s p u é s d e u n t i e m p o r e l a t i v a m e n t e c o r t o e e e x a m i n a e l pa­pel. Un c o l o r a z u l d e f e r r i c i a n u r o f e r r o s o i n d i c a q u e l a p r o ­t e c c i ó n c a t ó d i c a e s i n c o m p l e t a , m i e n t r a s q u e l a a u s e n c i a d e c o l o r a z u l m a n i f i e s t a q u e l a p r o t e c c i ó n e s s a t i s f a c t o r i a .

39

A m b o s e n s a y o s s o n c u a l i t a t i v o s y n o p r o p o r c i o n a n i n f o r m a ­c i ó n e o b r e e f l a c o r r i e n t e s u m i n i s t r a d a e e l a s u f i c i e n t e ó s í e s t á e n e x c e s o *

P R O B L E M A S CON L A P R O T E C C I O N C A T O D I C A

L a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a t i e n e s u s p r o b l e m a s y s u s l i m i t a ­c i o n e s } a p a r t e d e s u s c o s t o s o s d e t a l l e s t a l e s c o m o l a i n v e r ­s i ó n d e c a p i t a l y c o s t o s d e m a n t e n i m i e n t o , h a y t e m b l ó n a l g u ­n o s p r o b l e m a s t ó c n i c o » . E l m á s d r a m á t i c o y m u y d i v u l g a d o e s e l d e l o s e f e c t o s d e c o r r i e n t e s e x t r a v i a d a s ó v a g a b u n d a s e n l a c o r r o s i ó n d e e s t r u c t u r a s m e t á l i c a s a d y a c e n t e s .

Eta s i s t e m a d e p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a q u e p r o t e g e e f i c i e n t e ­m e n t e u n a t u b e r í a ( A ) , p u e d e i n c r e m e n t a r l a c o r r o s i ó n d e u n a t u b e r í a a d y a c e n t e ( B ) . E s t o p u e d e c o n d u c i r a s e r i o s p r o b l e ­m a s i n e s p e r a d o s d e c a r á c t e r l e g a l y t é c n i c o . E l m e c a n i z m o d e a t a q u e e s m o s t r a d o e n l a f i g u r a I I I . 8 . a , y u n a u n a s o l u c i ó n e n l a f i g u r a I I I . 8 , b ) a u n q u e c o n f r e c u e n c i a l a s o l u c i ó n n o e s t a n s i m p l e .

E l u s o d e á n o d o s p r o f u n d a m e n t e s u m e r g i d o s p u e d e a l i v i a r e l p r o b l e m a c u a n d o l a s c o r r i e n t e s v a g a b u n d a s a f e c t a n e s t r u c t u r a s j u s t a m e n t e a b a j o d e l n i v e l d e l p i s o . U n e s t u d i o d e t o d a s ' l a s e s t r u c t u r a s m e t á l i c a s q u e p u e d e n e s t a r r e l a c i o n a d a s , e s e s c e n - c i a l a n t e e d e l a i n s t a l a c i ó n d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a ; t a l i n s p e c c i ó n p u e d e r e v e l a r t s m b i á n u n a f u e n t e d e p r o t e c c i ó n p a ­r a s i s t e m a s v e c i n o s .

O t r o s p r o b l e m a s a s o c i a d o s c o n l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a , s o n l a s r e a c c i o n e s q u í m i c a s q u e o c u r r e n e n l a s u p e r f i c i e m e t á l i ­c a d e l a e s t r u c t u r a p r o t e g i d a d e b i d o a q u e ¿ s t a e e e l c á t o d o e n e l c i r c u i t o . P o r e j e m p l o , s i l a r e a c c i ó n c a t ó d i c a e e l a r e d u c c i ó n d e h i d r ó g e n o , e l h i d r ó g e n o r e s u l t a n t e p u e d e t e n e r u n e f e c t o m o r t í f e r o , y a q u e c a u s a r á a m p o l l a m i e n t o s e n e l m i s ­m o m e t a l } y s i e l m e t a l e s t á r e c u b i e r t o , p u e d e c a u s a r e l d e s ­p r e n d i m i e n t o d e é s t e .

P a r a a l g u n a s a l e a c i o n e s , e l h i d r ó g e n o q u e e n t r a a l m e t a l

90

EFECTO OE CO corr¡etñ¥M'(Mfa RMENTE8

II I. 8 a C o r r í a n t o s V a g a b u n d a $ , c a u s a n c o r r o s i o n e r > t u b e r í a s v e c i n a s .

111.6 b. R e d i s e h o q u e m i n i m i z a l o e e f e c t o s d e l o s c o r r i e n ­t e s v a g a b u n d o s .

NATIONAL ASSOSIATtON OF CORROSION ENGINEERIN6. IN ST ITU TO PO LIT ECN IC O N A C IO N A L

H0U8T0N T EX A S . E S .l O .l.E

i*is Profesional PRO TECCIO N CATODICA

Abraham Estrada F EN C A M B . D E C A L O R

Pablo Sánchez H. Fig I I I . 8 Me* D.F

91

puede cauear la rotura si la estructura está bajo esfuerzo.

L a r e a c c i ó n c a t ó d i c a p u e d e t a m b i é n c r e a r p r o b l e m a s c o m o r e s u l t a d o d e l a f o r m a c i ó n d e i o n e s h i d r o x í l o ( e e incrementa la alcalinidad). E s t o puede ser aa^íno para un .aetal anfo- térico tal como e l aluminio, pero puede s e r b e n é f i c o para e l a c e r o , p o r l a p r o t e c c i ó n d e é s t e e n e l c a s o d e u n a f a l l a d e e n e r g í a .

E s t o s p r o b l e m a s a s o c i a d o s c o n l a s r e a c c i o n e s c a t ó d i c a s s o n m á s e v i d e n t e s c u a n d o e l a l e t e a s « s t á s o b r e p r o t e g i d o , p o r e j e m p l o , p o t e n c i a l e s m u c h o m á s g r a n d e s q u e e l v o l t a j e d e l c i r ­c u i t o a b i e r t o p a r a u n p a r : m e t a l / m e t a l - i ó n , ó e l u s o d e á n o ­d o s d e s a c r i f i c i o q u e s o n m u y a c t i v o s e n r e l a c i ó n a l m e t a l q u e e s t á s i é n d o p r o t e g i d o .

P o r c o n s i g u i e n t e , e s l o m e j o r u s a r l a c a n t i d a d d e p r o t e c ­c i ó n n e c e s a r i a p a r a o b t e n e r l a d o v e r t u r a d e t o d a s l a s p a r t e s d e l a e s t r u c t u r a , p e r o n o e n g r a n e x c e s o .

M u c h o s o t r o s p r o b l e m a s e s t á n s i é n d o e n c a r a d o s y r e s u e l t o s e n l a a p l i c a c i ó n d e p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a e n e s t r u c t u r a s b a j o t i e r r a . L a c o r r o s i v i d a d d e l o s s u e l o s c a m b i a a s í c o m o e l g r a ­d o d e a e r e a c i ó n y s u r e s i s t i v i d a d .

E f e c t o s b a c t e r e o l ó g i c o s p u e d e n t a m b i é n c a m b i a r e l p o t e n ­c i a l d e c o r r o s i ó n .

T o d a s é s t a s i n f l u e n c i a s e n l a c o r r o s i ó n , h a c e n q u e a l o l a r g o d e u n a t u b e r í a p u e d a n e x i s t i r d i v e r s o s r e q u e r i m i e n t o s p a r a e l c o n t r o l c a t ó d i c o , q u e d e b e n s e r e s t i m a d o s a p a r t i r d e m e d i c i o n e s d e p o t e n c i a l , e x p e r i e n c i a , e t c .

A p e s a r d e e s t o s p r o b l e m a s , l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a h a t e ­n i d o u n a m p l i é x i t o . L o s p á r r a f o s a n t e r i o r e s s i r v e n c o m o u n a a d v e r t e n c i a d e q u e e s u n a t é c n i c a i n a d e c u a d a p a r a p r i n c i p i a n ­t e s

92

L o s c o s t o s d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a g e n e r a l m e n t e I n v o l u ­c r a n : D i s e ñ o , e q u i p o , i n s t a l a c i ó n , m a n t e n i m i e n t o , i n s p e c c i ó n , r e e m p l a z o y c o s t o s d e o p e r a c i ó n ( p o r e j e m p l o , e n e r g í a e l é c ­t r i c a p a r a s i s t e m a s d e c o r r i e n t e i m p r e s a ) ; d e p e n d i e n d o d e l a c a n t i d a d d e r e c u b r i m i e n t o s q u e s e h a y a n u s a d o , e l p o r c e n t a j e d e c a d a u n o d e e l l o s e n e l c o s t o d e l a p r o t e c c i ó n , v a r í a e n o r ­m e m e n t e .

ASPECTOS ECONOMICOS DE LA PROTECCION CATODICA

L o s c o s t o s d® l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a p u e d e n s e r m u y b a j o s s i s o n a p l i c a d o s b u e n o s r e c u b r i m i e n t o s y e l s i s t e m a e s t á b i é n d i s e ñ a d o y a i s l a d o , .

L a d e t e r m i n a c i ó n d e a h o r r o s e x a c t o » e n l o s c o s t o s g r a v a ­d o s o c a c i o n a d o s p o r l a p r o t e c c i ó n , e s m u y d i f í c i l ; l o s c o s t o s d i r e c t o s d e b i d o s a u n a m á s l a r g a v i d a y p o s i b l e m e n t e a l u s o d e m a t e r i a l e s m á s b a r a t o s y s e c c i o n e s m á s d e l g a d a s .

H a y t a m b i é n a h o r r o s i n d i r e c t o s ; e s t o s s o n l o s m á s d i f í c i ­l e s d e c u a n t i f i c a r , s e i n c l u y e n t L a e v i t a c i ó n d e p é r d i d a s p o r p a r o s d e p l a n t a s , p é r d i d a d e u n p r o d u c t o v a l i o s o , r i e s ­g o s e n l a s e g u r i d a d d e b i d o s a f a l l a s y c o n t a m i n a c i ó n o c a c i o - n a d a p o r l a f u g a d e l p r o d u c t o .

C u a n d o n o a x i s t e p r o t e c c i ó n c o n t r a l a c o r r o s i ó n , e l c o s ­t o d e r e e m p l a z o d e l m a t e r i a l ( n e c e s a r i o p o r l o m e n o s c a d a t r e s a ñ o s ) , p u e d e i n c r e m e n t a r s e s u s t a n c i a l m e n t e más con e l t i e m p o q u e e l c o s t o d e o p e r a c i ó n d e u n s i s t e m a d e p r o t e c c i ó n

q u e p u e d e g a r a n t i z a r u n t i e m p o d e v i d a ú t i l d e 2 0 a ñ o s .K L b a l a n c e g l o b a l d e c o s t o s l l e g a a t o r n a r s e e n f a v o r d e l

m é t o d o d e p r o t e c c i ó n c o n f o r m e « 1 t i e m p o a v a n z a .

L a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a e s g e n e r a l m e n t e , u n m é t o d o d e c o n ­t r o l a l a r g o p l a z o , a s r a r a m e n t e e c o n ó m i c o a l e m p e z a r a a p l i ­c a r l o a u n s i s t e m a q u e t e n d r á u n a f a l l a p o r c o r r o s i ó n , ó t i e ­n e u n d u d o s o f u t u r o ( p o r e j e m p l o , u n c a b l e s u b m a r i n o p u e d l l e g a r a s e r o b s o l e t o ) .

93

I I I . 2 A P L I C A C I O N D E P R O T E C C I O N C A T O D I C A E N T I Ñ E R I A E N T E R R A D A

a ) . - CON A N O D O S D E S A C R I F I C I O

L a i m p o r t a n c i a d e l a e o r r o s i ó n b a j o e l s u e l o s e d e r i v a d e l h e c h o d e l o s m i l e s d e k i l ó m e t r o s d e t u b e r í a e n t e r r a d a c o n d u c i e n d o p e t r ó l e o , g a s <5 a g u a .

L a c o r r o s i ó n d e é s t a s e s t r u c t u r a s o b l i g a a h a c e r u n o s g a s ­t o s d e m a n t e n i m i e n t o y r e p o s i c i ó n d e v a r i o s m i l l o n e s d e p e ­s o s a l a ñ o .

E s t o ee d e b e a l a s v e l o c i d a d e s d e c o r r o s i ó n o b s e r v a d a s e n l o e d u c t o s , y é s t a s a l a s v a r i a c i o n e s d e l a c o m p o s i c i ó n e n e l s u e l o ( r e s i s t i v i d a d ) .

L o s f a c t o r e s q u e f a v o r e c e n a l a c o r r o e i v i d a d d e l o s s u e ­l o s s o n :

1 . - P o r o s i d a d .2 . - C o n d u c t i v i d a d e l é c t r i c a .3 . - S a l e s d i s u e l t a s ( i n c l u i d o s d e s p o l a r i z a d o r e s e i n h i o i —

d o r e s ) .4 . - H u m e d a d .5 . - A c i d o s 6 a l c a l i n i d a d .

En l a m a y o r p a r t e d e l o s s u e l o s , s o b r e t o d o e n l o s n o b i é n a e r e a d o s , l a c o r r o s i ó n t o m a l a f o r m a d e p i c a d u r a s p r o f u n d a s .

E e t e t i p o d e c o r r o s i ó n l o c a l i z a d a e s m á s p e r j u d i c i a l p a r a u n a t u b e r í a o u e u n a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n g e n e r a l ¡ v A e e l e v a ­d a q u e t e n g a l u g a r bAb u n i f o r m e m e n t e .

N o r m a l m e n t e u n s u e l o c a r e n t e d e h u m e d a d 6 s a l e s d i s u e l t a s e s m e n o s c o r r o s i v o q u e u n o m u y c o n d u c t o r , p e r o l a c o n d u c t i v i ­d a d p o r sí sola n o e s suficiente como índice de corrosividad.

Se ha demostrado nue las carwctenstzcaE de polarización anódic% 6 catódica de un suelo eon también un factor a con­siderar.

9 4

L a v e l o c i d a d c o n q u e e e d e s a r r o l l a n l a s p i c a d u r a s e n l a s t u b e r í a s e n t e r r a d a s , t i e n d e a d e c r e c e r e n e l t r a n e c u r e o d e l t i e m p o , c o m o l o m u e s t r a l a s i g u i e n t e e c u a c i ó n »

P =. K t n

D o n d e tP s P r o f u n d i d a d d e l a p i c a d u r a , t i T i e m p o e n q u e s e e f e c t u ó l a p i c a d u r a . K , n t S o n c o n s t a n t e s .

n = 0 . 1 P a r a s u e l o s b i á n a e r e a d o s , n = 0 . 9 P a r a s u e l o s m a l a e r e a d o s .

G u a n d o ( n ) s e a p r o x i m a a l a u n i d a d , l a v e l o c i d a d s e h a c e r - c a a u n v a l o r c o n s t a n t e , e s d e c i r , l a p e n e t r a c i ó n e s p r o p o r ­c i o n a l a l t i e m p o .

En l o e g r a n d e s c o n d u c t o s d e t u b e r í a s m e t á l i c a s , s e m a n i ­f i e s t a u n a t e n d e n c i a a u n m a y o r d e s a r r o l l o d e l a s p i c a d u r a s e n l a p a r t e i n f e r i o r ; a v e c e s ó s t a t e n d e n c i a e s l o s u f i c i e n ­t e m e n t e g r a n d e c o m o p a r a h a c e r q u e v a l g a l a p e n a g i r a r e l t u ­b o 1 8 0 ° d e s p u é s d e c i e r t o t i e m p o d e e x p o s i c i ó n c o n o b j e t o d e a u m e n t a r l a v i d a d e l a t u b e r í a .

L a f o r m a c i ó n d e p i c a d u r a s e n l a p a r t e i n f e r i o r e s c o n s e ­c u e n c i a d e l c o n t a c t o c o n s t a n t e c o n e l s u e l o ; m i e n t r a s q u e l a p a r t e s u p e r i o r , d e b i d o a l a s e n t a m i e n t o d e l a t u b e r í a , t i e n d e a s e p a r a r s e f o r m a n d o u n a c á m a r a d e a i r e e n t r e l a t u b e r í a y e l s u e l o ; a t o d o e s t o h e y q u e a g r e g a r l e l o e p r o b l e m a s q u e c a u ­s a n l a s l l a m a d a s c o r r i e n t e s v a g a b u n d a s .

M E T O D O S P R E V E N T I V O S

En l a a c t u a l i d a d , e x i s t e n n u m e r o s o s m ó t o d o s d e p r o t e c c i ó n a n t i c o r r o s i v a , c o m o s o n ; L o s r e c u b r i m i e n t o s d e a l q u i t r á n d e c a r b ó n . L o s r e c u b r i m i e n t o s d e g o m a d e 6 mm d e e s p e s o r p r o p o r ­c i o n e n a l a c e r o e n t e r r a d o e x c e l e n t e p r o t e c c i ó n d u r a n t e 1 0 a - f t o s a p r o x i m a d a m e n t e ; a s í c o m o l o s r e c u b r i m i e n t o s d e c e m e n t o

95

p o r t l a n d .S i n e m b a r g o , e x i s t e n m é t o d o s e l e c t r o q u í m i c o s c o n s i d e r a d o s

m á s e f i c i e n t e s d e l o s c u a l e s n o s o c u p a r e m o s e n é s t e t r a b a j o , e l l o s s o n :

a ) , - P R O T E C C I O N C A T O D I C A CON A N O D O S D E S A C R I F I C I O

S e h a m e n c i o n a d o q u e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a , e s e l m é t o d o m á s i m p o r t a n t e d e t o d o s l o s i n t e n t a d o s p a r a c o n s e g u i r e l c o n ­t r o l d e l a c o r r o s i ó n .

P o r m e d i o d e u n a c o r r i e n t e e l é c t r i c a a p l i c a d a e x t e r i o r m e n - t e , l a c o r r o s i ó n s e r e d u c e a c e r o y s e p u e d e t e n e r u n a s u p e r ­f i c i e m e t á l i c a e n u n m e d i o c o r r o s i v o s i n s u f r i r d e t e r i ó r o a l ­g u n o d u r a n t e u n t i e m p o i n d e f i n i d o ; e s d e c i r , a p l i c a n d o u n a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e e x t e r n a d e v a l o r e l e v a d o j e n t r a a l m e ­t a l e n t o d a s d i r e c c i o n e s d e s u s u p e r f i c i e u n a c o r r i e n t e p o s i ­t i v a n e t a q u e e l i m i n a l a t e n d e n c i a d e l o s i o n e s m e t á l i c o s a d i s o l v e r s e .

L a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a p u e d e e m p l e a r s e e n t o d o s l o s m e d i o s p e r o n o p u e d e e m p l e a r s e p a r a e v i t a r l a c o r r o s i ó n p o r e n c i m a d e l a l i n e a d e a g u a , p o r e j e m p l o , e n t a n q u e s d e a l m a c e n a m i e n ­t o d e a g u a , p o r q u e l a c o r r i e n t e n o p u e d e a l c a n z a r l a s á r e a s q u e n o e s t á n e n c o n t a c t o c o n e l e l e c t r ó l i t o ; t a m p o c o p u e d e l a c o r r i e n t e p r o t e c t o r a a c t u a r e n á r e a s e l é c t r i c a m e n t e b l i n d a d a s t a l e s c o m o e l i n t e r i o r d e l o s t u b o s d e c o n d e n s a d o r e s d e a g u a , a m e n o s q u e e l á n o d o a u x i l i a r e n t r e e n e l t u b o , a ú n c u a n d o l a c a r c a s a s e p u e d e p r o t e g e r a d e c u a d a m e n t e .

O n á n o d o d e s a c r i f i c i o e s u n m e t a l q u e s e c o r r o e y p o r l o t a n t o t i e n e c o m p o r t a m i e n t o a n ó d i c o ; l o q u e s e d e b e b u s c a r e s q u e t e n g a u n a p o s i c i ó n a r r i b a d e l h i e r r o e n l a S e r i e E l é c t r o — m o t r i z d e l o s E l e m e n t o s , l o q u e i n d i c a q u e s e r á m á s a c t i v o q u e e l h i e r r o , p o r l o q u e l a c o r r i e n t e a u n v o l t a j e d e t e r m i n a d o q u e s e d e s p r e n d a d e l a c o r r o s i ó n d e e s e m e t a l p u e d e e n v i a r s e a l a e s t r u c t u r a ó t u b o d e h i e r r o p a r a c o n v e r t i r l o e n c á t o d o , m i e n t r a s q u e e l o t r o m a t e r i a l s e c o r r o e , s e s a c r i f i c a p a r a m a n t e n e r e n b u e n e s t a d o e l m a t e r i a l b a s e .

S i e l h i e r r o e n l a S e r i e E l e c t r o m o t r i z d e l o e e l e m e n t o s t i e n e u n p o t e n c i a l d e o x i d a c i ó n d e 0 . 4 4 V o l t s , u n á n o d o d e

96

s a c r i f i c i o d e b e r á t e n e r u n p o t e n c i a l d e o x i d a c i ó n m a y o r a é s t a .

E l á n o d o d e s a c r i f i c i o n o ú n i c a m e n t e d e b e r á t e n e r l a p r o ­p i e d a d e l e c t r o q u í m i c a n e c e s a r i a , s i n o q u e t a m b i é n s e d e s e a q u e s e c o n s u m a l e n t a m e n t e p a r a q u e t e n g a u n a v i d a d e t r a b a ­j o r a z o n a b l e , l o c u a l i m p l i c a q u e e l á n o d o d e s a c r i f i c i o d e ­b e e s t a r t o d o e l t i e m p o e n m e d i o h ú m e d o y e v i t a r q u e s e p a z ­o l v e c o m o o c u r r e c u a n d o s e c o l o c a e n c o n t a c t o c o n s o l u c i o n e s q u e d e p o s i t a n i o n e s u ó x i d o s s o b r e e l á n o d o .

A l p a s i v a r s e á s t e , l a e s t r u c t u r a d e l h i e r r o n o t e n d r á p r o ­t e c c i ó n y s e c o r r o e r á . E l á n o d o d e s a c r i f i c i o d e b e r á t e n e r f i l o s , e s q u i n a s , p u n t a s s o b r e s a l i e n t e s y a q u e s e r á n l o s l u ­g a r e s q u e m á s f á c i l m e n t e s e c o r r o a n y d o n d e s e o b t e n d r á m a ­y o r d e n s i d a d d e c o r r i e n t e .

L o s m e t a l e s q u e m á s s e u t i l i z a n p a r a á s t e f i n s o n e l m a g ­n e s i o , e l a l u m i n i o y e l c i n c . E s t o s m e t a l e s s o n u t i l i z a d o s c o m o á n o d o s c u a n d o n o e s p o s i b l e o b t e n e r e n e r g í a e l é c t r i c a c o n f a c i l i d a d 6 e n c i r c u n s t a n c i a s e n q u e n o e s e c o n ó m i c o i n s ­t a l a r l i n e a s d e e n e r g í a p a r a á s t e p r o p ó s i t o .

P a r a e v i t a r l a p a s i v a c i ó n e n e l á n o d o , e s r e c o m e n d a b l e p r e p a r a r a l r e d e d o r d e l e l e c t r ó d o u n m e d i o q u í m i c o c o n a l t o c o n t e n i d o d e c l o r u r o s ; e s f r e c u e n t e a l e a r l o s á n o d o s d e m a g ­n e s i o c o n 6 i> d e a l u m i n i o y 3 JÉ d e c i n c p a r a r e d u c i r e l a t a ­q u e p o r p i c a d u r a s y a u m e n t a r e l r e n d i m i e n t o d e c o r r i e n t e .

L o s á n o d o s d e á s t e t i p o i n c r e m e n t a n l a v i d a d e l o s d e p ó s i ­t o s d e a c e r o e n v a r i o s a f í o s , e o b r e t o d o s i s e r e n u e v a a m e d i ­d a q u e e e n e c e s i t e .

P a r a h a c e r m á s e f i c i e n t e e l m á t o d o , e n l a p r á c t i c a e s c o n ­v e n i e n t e e m p l e a r a l g u n a c l a s e d e r e c u b r i m i e n t o a i s l a n t e ; p o r e j e m p l o , l a d i s t r i b u c i ó n d e c o r r i e n t e a u n a t u b e r i a r e c u b i e i > - t a e s m u c h o m e j o r q u e a u n a t u b e r í a d e s n u d a .

97

L a c o r r i e n t e t o t a l y e l n ú m e r o d e á n o d o s r e q u e r i d o s e e m e n o r y l a l o n g i t u d t o t a l d e t u b e r í a p r o t e g i d a p o r á n o d o s e s m a y o r , e s t o e s , u n á n o d o d e m a g n e s i o p u e d e p r o t e g e r h a s t a 8 K m . d e t u b e r í a r e c u b i e r t a , m i e n t r a s q u e p a r a u n a t u b e r í a d e s n u d a l a d i s t a n c i a p r o t e g i d a s e r í a d e u n o s 3 0 m .

E l l í m i t e d e l a l o n g i t u d d e t u b e r í a p r o t e g i d a p o r á n o d o n o l o i m p o n e l a r e s i s t e n c i a d e l s u e l o , s i n o l a r e s i s t e n c i a e l é c t r i c a d e l m e t a l d e l a p r o p i a t u b e r í a .

L a m a g n i t u d d e l a c o r r i e n t e p r o t e c t o r a d e p e n d e d e l m e t a l y d e l m e d i o ; e n l a t a b l a I I I . a . 2 , p u e d e v e r s e q u e l a d e n s i ­d a d d e c o r r i e n t e a p l i c a d a s i e m p r e d e b e e x c e d e r l a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e e q u i v a l e n t e a l a v e l o c i d a d d e t e r m i n a d a e n e l m i s m o m e d i o ; p o r e l l o c u a n t o m a y o r e s l a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n , m a y o r t e n d r á q u e s e r l a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e i m p r e s a p a r a l a p r o t e c c i ó n .

D e b i d o a q u e l a r e s i s t i v i d a d e f e c t i v a d e l s u e l o q u e r o d e a a u n á n o d o s e l i m i t a a l a z o n a i n m e d i a t a a l e l e c t r ó d o ; e s c o ­m ú n r e d u c i r l a r e s i s t e n c i a l o c a l p o r e l p r o c e d i m i e n t o l l a m a ­d o d e r e l l e n o , u s a n d o p a r a e l l o u n m o r t e r o d e b e n t o n í t a y y e s o ; ó t a a s b i á n d e 3 a 4 p a r t e e d e y e s o p o r u n a d e c l o r u r o d e s o d i o ; e s t o c o m o y a s e m e n c i o n ó , e e c o n e l f i n d e i n c r e ­m e n t a r l a c o n d u c t a n c i a d e l s u e l o y d i e m i n u í r l a c o r r o s i ó n d e l á n o d o u t i l i z a d o .

E s d e c i r , e l r e l l e n o t o m a p a r t e d e l a c o r r i e n t e , r e d u c i e n ­d o e l c o n s u m o d e l á n o d o n o m e n o s q u e l o r e q u e r i d o p o r l a L e y d e F a r a d a y p a r a s u m i n i s t r a r l a c o r r i e n t e e l é c t r i c a e q u i v a l e n t e .

b ) . - P R O T E C C I O N C A T O D I C A . CON R E C T I F I C A D O R E S D E C O R R I E N T E

N o r m a l m e n t e , l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a r e q u i e r e d e u n a f u e n ­t e d e c o r r i e n t e c o n t i n u a y u n e l e c t r ó d o a u x i l i a r ( á n o d o ) , p o r l o g e n e r a l d e h i e r r o ó g r a f i t o s i t u a d o a c i e r t a d i s t a n c i a d e l a e s t r u c t u r a a p r o t e g e r . L a t e r m i n a l p o s i t i v a d e l a f u e n t e d e c o r r i e n t e c o n t i n u a s e c o n e c t a a l e l e c t r ó d o a u x i l i a r , y I r t e r m i n a l n e g a t i v a a l a e s t r u c t u r a a p r o t e g e r ; d e á s t a m a n e r a

TABLA III.a.2

R E Q U E R I M I E N T O S D E C O R R I E N T E P A R A P R O T E C C I O N C A T O D I C A

M E D I O A M B I E N T E D E N S I D A D D E C O R R I E N T E R E Q U E R I D A P A R A U N A A D E C U A D A P R O T E C C I O N C A T O D I C A E N ( m A / m 2 ) .

A C E R O D E S N U D O

S u e l o n e u t r o e s t e r i l i z a d o 4 . 3 a 1 6 . 1

S u e l o n e u t r o a e r e a d o 2 1 . 5 a 3 2 . 3

S u e l o a e r e a d o s e c o 5 . 4 a 1 6 . 1

S u e l o a l t a m e n t e á c i d o 5 3 . 8 a 1 6 1 . 4

S u e l p m e d i a n a m e n t e h ú m e d o 2 6 . 9 a 6 4 . 6

S u e l o d e a c c i ó n s u l f a t a d a 4 5 1 . 9 a

S u e l o c a l i e n t e ( d e s c a r g a d e l í n e a ) 5 3 . 8 a 2 6 9 . 0

C o n c r e t o s e c o 5 . 4 a 1 6 . 1

C o n c r e t o h i i n e d o 5 3 . 8 a 2 6 9 . 0

A g u a f r e s c a e s t a c i o n a r i a 5 3 . 8

A g u a f r e s c a e n m o v i m i e n t o 5 3 . 8 a 6 4 . 6

A g u a f r e s c a c o n O g d i s u e l t o 5 3 . 8 a 1 6 1 . 4

S o l u c i o n e s á c i d a s y a l c a l i n a s 5 3 . 8 a 2 6 9 . 0

C a m b i a d o r e s d e c a l o r c o n t u b o s d e h i e r r o 2 1 . ü a 3 5 . 0

P u e n t e d e i n f o r m a c i ó n :

J . S . G e r a r d ; A p l i c a c i o n e s d e P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a ; C a p . I I V o l u m e n I I , P a g . N o . 1 1 . 6 4

99

l a c o r r i e n t e f l u y e d e l e l e c t r ó d o a t r a v é s d e l e l e c t r ó l i t o a l a e s t r u c t u r a .

E L v o l t a j e a a p l i c a r n o e s c r í t i c o , s ó l o s e n e c e s i t a q u e s e a s u f i c i e n t e p a r a s u m i n i s t r a r u n a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e a d e ­c u a d a a t o d a s l a s p a r t e s d e l a e s t r u c t u r a p r o t e g i d a . T a m b i é n t e n d r á q u e e l e v a r s e e l v o l t a j e c u a n d o s e t r a t e d e p r o t e g e r l o s e x t r e m o s d e u n a l a r g a t u b e r í a c o n u n s ó l o á n o d o .

É s t a f u e n t e d e c o r r i e n t e , g e n e r a l m e n t e u n R e c t i f i c a d o r d e C o r r i e n t e , e s u n a p a r a t o q u e t r a n s f o r m a l a c o r r i e n t e a l t e r n a e n d i r e c t a ; l a c o r r i e n t e y a r e c t i f i c a d a l l e g a a l o s b o r n e s d e s a l i d a y d e a h í s e t o m a p a r a u s a r l a e n l a p r o t e c c i ó n , y d e é s ­t a m a n e r a p u e d e o b s e r v a r s e q u e e l t u b o d e h i e r r o n o s e c o r r o e ­r á d e b i d o a q u e a s u e n r e j a d o l l e g a u n e x c e s o d e e l e c t r o n e s q u e a y u d a n a u n m e j o r a m a r r e d e l o s á t o m o s y p r o v o c a n r e a c c i o ­n e s d e r e d u c c i ó n .

t i l a r r e g l o t í p i c o d e é s t a i n s t a l a c i ó n s e o b s e r v a e n l a f i ­g u r a I I I . 4» c a p í t u l o I I I , p á g i n a 7 4 .

L o s e l e c t r o d o s ( á n o d o s ) , u t i l i z a d o s p a r a é s t e f i n s o n d e m a t e r i a l e s m u y v a r i a d o s , e n t r e o t r o s , c a r b ó n , h i e r r o , g r a f i t o , m a g n e s i o , e t c .

C o m o l o e e l e c t r o d o s s o n a n ó d i e o s c o n r e s p e c t o a l a e s t r u c ­t u r a a p r o t e g e r , t o d a l a p é r d i d a d e m e t a l ó m a t e r i a l l a s u m i ­n i s t r a n é s t a s u n i d a d e s ; s i e l á r e a c a t ó d i c a e s t á p r o t e g i d a e n f o r m a a d e c u a d a . P o r c o n s i g u i e n t e , l o e e l e c t r o d o s d e b e r á n s e r d e d i m e n s i o n e s a m p l i a s c o n o b j e t o d e s e r r e e m p l a z a d a s l o m á s e s p a c i a d o q u e s e p u e d a .

L a s c o n d i c i o n e s e s c e n e i a l e s p a r a d i s e ñ a r s a t i s f a c t o r i a m e n t e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a d e t u b e r í a s e n t e r r a d a s s o n »

1 . — D e b e r á m a n t e n e r s e u n c i r c u i t o e l é c t r i c o c o n t i n u o a l o l a r g o d e l a t u b e r í a q u e v a a p r o t e g e r s e , u n i é n d o t o d a s l a s b r i d a s , v á l v u l a s y c o n e x i o n e s m e d i a n t e a l a m b r e d e c o b r e .

100

2 . - L a s l i n e a s d e t u b e r í a q u e v a n a p r o t e g e r s e d e b e r á n a i s l a r s e m e d i a n t e r e c u b r i m i e n t o s q u e t e n g a n u n a a l t a r e s i s t e n c i a e l é c t r i c a h a c i a e l s u e l o , y a q u e e s t o s r e ­c u b r i m i e n t o s r e d u c e n l a s e x i g e n c i a s d e c o r r i e n t e y p u e ­d e n s e r d e f i e l t r o d e a s b e s t o i m p r e g n a d o c o n a s f a l t o c a l i e n t e .

E s i m p o r t a n t e a i s l a r l a s c o n e x i o n e s y v á l v u l a s c o n o b ­j e t o d e e v i t a r u n f l u j o d e c o r r i e n t e e n l o s p u n t o s n o a i s l a d o s .

3 . - T o d a s l a s t u b e r í a s a u x i l i a r e s p a r a l a s q u e n o s e r e ­q u i e r e p r o t e c c i ó n , d e b e r á n e s t a r u n i d a s a l a l í n e a p r o ­t e g i d a m e d i a n t e c o n e x i o n e s a i s l a d a s .

L a t u b e r í a u n i d a y a i s l a d a s e c o n e c t a a l p o l o n e g a t i v o d e u n r e c t i f i c a d o r , e l p o l o p o s i t i v o d e é s t e ú l t i m o s e c o n e c t a a d e s p e r d i c i o s d e t u b e r í a <5 d e m e t a l e n t e r r a d o . S e h a e n c o n ­t r a d o q u e l a s t u b e r í a s s e p r o t e g e n d e b i d a m e n t e c u a n d o e l p o ­t e n c i a l d e l t u b o s e m a n t i e n e a ( - 0 . 8 5 V o l t s ) , m e d i d o s c o n xxn e l e c t r ó d o d e c o b r e - s u l f a t o d e c o b r e c o l o c a d o e n l a t i e r r a ; y l a d i f e r e n c i a d e p o t e n c i a l p u e d e m e d i r s e c o n u n v o l t í m e t r o .

G u a n d o v a n a p r o t e g e r s e l i n e a s p a r a l e l a s e n l a m i s m a z a n j a , d e b e r á n i n s t a l a r s e u n i o n e s e l é c t r i c a s e n t r e á m b o s s i s t e m a s c o n o b j e t o d e p r e v e n i r c u a l q u i e r d i f e r e n c i a d e p o t e n c i a l q u e e x i s t a e n t r e l a s d o s l i n e a s d e t u b e r í a .

E n l a a c t u a l i d a d , l a d i s m i n u c i ó n d e l a c o r r i e n t e d e c o r r o ­s i ó n d e l a c a r a e x t e r i o r h a c e p o s i b l e e s p e c i f i c a r t u b e r i a s d e p a r e d e s m á s d e l g a d a s , a d e c u a d a s p a r a r e s i s t i r l a s p r e s i o n e s i n t e r n a s y e l i m i n a r l o s e s p e s o r e s e x t r a s d a d o s c o m o f a c t o r d e s e g u r i d a d c o n t r a l a c o r r o s i ó n , s ó l o é s t a e c o n o m í a h a p a g a d o e n a l g u n o s c a s o s l o s c o s t o s d e l c a p i t a l e m p l e a d o e n l a i n s t a l a ­c i ó n y e q u i p o d e l a P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a .

101

CAPITULO IV

L A Í E O I E O C I O H C A T O D I C A B H L O S C i l B I i ü O S n D 2 C A L O R

X Y . 1 3 U I M P O R T A N C I A

B á s i c a m e n t e , l a f u n c i ó n p r i n c i p a l d e e s t o s e q u i p o s e s l a t r a n s m i s i ó n d e l c a l o r e n t r e l o a f l u i d o s q u e c i r c u l a n d e n t r o d e e l l o s » p e r o a t r a v é s d e c o n d u c t o s d i f e r e n t e s .

B 1 d i s e ñ o d e u n c a m b i a d o r d e c a l o r , s e b u s c a s i e m p r e q u e e l e q u i p o r e s u l t a n t e s e a s e g u r o , e f i c i e n t e , d e c o n s t r u c c i ó n s e n c i l l a y f á c i l m a n t e n i m i e n t o ; p o r l o q u e s e d e b e r á n t o m a r e n c u e n t a t e m p e r a t u r a s y p r e s i o n e s d e o p e r a c i ó n m í c o m o c o m ~ p o s i c i o n q u í m i c a y p r o p i e d a d e s d e l o s f l u i d o s i n t e r c a m b i a d o - r e s d e c a l o r , y a q u e d e e s t o d e p e n d e r á l a a c c i ó n c o r r o s i v a d e l o s f l u i d o s h a c i a él ó l o s m a t e r i a l e s d e c o n s t r u c c i ó n d e l e - q u í p o y c o m o c o n s e c u e n c i a d e e s t o , u n b u e n p o r c e n t a j e d e l a s e g u r i d a d d e s e a d a .

A l e s t a r e n o p e r a c i ó n u n e q u i p o d e e s t o s , s u b u e n f u n c i o ­n a m i e n t o e s t a r á e n f u n c i ó n d e l m e j o r d i s e ñ o , a s i c o m o d e l a s p r o v i d e n c i a s t o m a d a s p a r a c u a l q u i e r a t a q u e c o r r o s i v o , y a q u e d e n o s e r a s í , l o s d a ñ o s p u e d e n r e d u n d a r e n l a i n t e r r u p c i ó n d e u n p r o c e s o h a s t a l a d e s t r u c c i ó n d e l e q u i p o ó p o s i b l e m e n t e d a ñ o s m a y o r e s .

B s i m p o r t a n t e m e n c i o n a r l o s p r i n c i p a l e s e l e m e n t o s q u e c o n s ­t i t u y e n a l o s c a m b i a d o r e s d e c a l o r s

E N V O L V E N T EE s u n c u e r p o c i l i n d r i c o , c o n s t r u i d o d e u n a s o l a p i e a a , q u e

p u e d e s e r u n t u b o s i n c o s t u r a q u e s o s t e n d r á e n s u i n t e r i o r a l h a z d e t u b o s y a t r a v ó s d e l a c u a l c i r c u l a e l f l u i d o q u e i r áp o r e l e x t e r i o r d e l o s t u b o s .

102

H A Z D E T O B O SE s e l e l e m e n t o f o r m a d o p o r l o s t u b o s d e t r a n s m i s i ó n , s i ­

t u a d o e n e l i n t e r i o r d e l a e n v o l v e n t e ) c o n s t a t a m b i é n d e mam ­p a r a s , c u y a f u n c i ó n e s a d e m á s d e s o p o r t a r a l o s t u b o s , l a d e c r e a r t u r b u l e n c i a s .

E S P E J O SS I h a z d e t u b o s r e m a t a s u s e x t r e m o s e n p l a c a s p e r f o r a d a s

l l a m a d a s e s p e j o s , q u e s i r v e n p o r t i n a p a r t e c o m o e l e m e n t o s d i v i s o r e s e n t r e e l f l u j o d e l l a d o d e l a e n v o l v e n t e y e l f l u ­j o d e l a d o d e l o s t u b o s y p o r o t r a p a r t e c o m o e l e m e n t o s d e s u j e c c i ó n d e l o s t u b o s .

E s t o s c r u z a n e l e s p e j o a t r a v ó s d e s u s p e r f ó r e t e i o n e s y s e ­l l a n r o l a d o s c o n t r a l o s e s p e j o s ó m e d i a n t e u n a s o l d a d u r a p e - r i m e t r a l a l a s e c c i ó n d e l t u b o s e p u e d e u n i r s i l e s p e j o p e r m a ­n e n t e m e n t e .

& 1 l o s c a m b i a d o r e s d e c a l o r , a d e m á s s e d i s t i n g u e n t r e s t i ­p o s , q u e s o n » D e c a b e z a l f l o t a n t e , e s p e j o s f i j o s y t u b o s e n ~ü~.

E n l o s e q u i p o s d e c a b e z a l f l o t a n t e , e l h a z d e t u b o s s e e n ­c u e n t r a l i b r e y ú n i c a m e n t e e s t á b r i d a d o d e l l a d o d e l e s p e j o f i j o a l a e n v o l v e n t e , d a n d o c o n e l l o l i b e r t a d a l a e n v o l v e n ­t e p a r a l a s d i l a t a c i o n e s t ó r m i c a s , e n c u y o c a s o e l h a z t e n ­d r á l a m i s m a l i b e r t a d .

E n e s t o s e q u i p o s l a l i m p i e z a d e l o s t u b o s p o d r á e f e c t u a r ­s e i n t e r n a y e x t e r n a m e n t e , y a q u e ó s t e p u e d e e x t r a e r s e d e l a e n v o l v e n t e .

E n l o s e q u i p o s d e e s p e j o s f i j o s , l o s t u b o s e s t á n i n t e g r a ­d o s a l a e n v o l v e n t e , p o r l o c u a l , e l h a z d e t u b o s n o p o d r á d e s m o n t a r s e p a r a l i m p i a r e x t e r i o r m e n t e l o s t u b o s p o r m e d i o s m e c á n i c o s .

E n l o s c a m b i a d o r e s d e t u b o s e n ••o** l a l i m p i e z a e n s u

103

p a r t e inlema no es fácil p o r mec’ios mecánicos, y e s enton­c e s c u a n d o s e r e c u r r e al u s o d e a g e n t e s q u í m i c o s .

L o s d a ñ o s » c a m b i a d o r e s d e c a l o r p u e d e n r e s u l t a r c a r o s , p e r o p u e d e n s e r e v i t a d o s c o n ion c o n o c i m i e n t o d e l a n a t u r a ­l e z a c o r r o s i v a d e l a c o r r i e n t e d e p r o c e s o .

M u c h o s d e l o s c a s o s d e c o r r o s i ó n e n e q u i p o s d e t r a n s f e r e n ­c i a d e c a l o r p r o v i e n e n d e c a u s a s t a l e B c o m o l a p r e s e n c i a d e p e q u e ñ a s p a r t í c u l a s , c o r r o s i ó n p o r e s f u e r z o , v e l o c i d a d e s f u e ­r a d e l a s p e r m i s i b l e s d e n t r o d e l o s t u b o s , e t c .

G o m o á s t e t i p o d e e q u i p o e s e x t r e m a d a m e n t e i m p o r t a n t e d e n ­t r o d e l a I n d u s t r i a Q u í m i c a , e s d e v i t a l i m p o r t a n c i a p r o t e ­g e r l o c o n t r a t o d o a t a q u e c o r r o s i v o , a ó n d e s p u é s d e h a b e r s e ­l e c c i o n a d o l o e m a t e r i a l e s a d e c u a d o s p a r a s u c o n s t r u c c i ó n ; q u e d e s d e l u e g o s e v e n i n f l u e n c i a d o s p o r a s p e c t o s e c o n ó m i c o s .

L o s a t a q u e s e n c a m b i a d o r e s d e c a l o r p u e d e n c o n s i d e r a r s e c o m o u n c a s o d e c o r r o s i ó n g e n e r a l i z a d a , y n o e s m á s a u e e l r e s u l t a d o d e l a m a l a s e l e c c i ó n d e l o s m a t e r i a l e s c o m p o n e n t e s d e l e q u i p o , ó b i á n a m a l o B c á l c u l o s d e l e f e c t o c o r r o s i v o o c a - c i o n a d o p o r e l m e d i o .

P a r a e v i t a r é s t e t i p o d e p r o b l e m a s , a c o n t i n u a c i ó n s e m e n - c i ó n a n c u a t r o m é t o d o s g e n e r a l e s d i s p o n i b l e s p a r a e l a t a q u e d e ion p r o b l e m a e s p e c í f i c o d e c o r r o s i ó n :

1 . - L a s u s t i t u c i ó n d e u n m e t a l d e m a y o r r e s i s t e n c i a , ó u n aa l e a c i ó n p a r a l a p a r t e q u e s u f r e l a c o r r o s i ó n .

2 . - U n t r a t a m i e n t o d e l m e d i o c o r r o y e n t e a f i n d e v o l v e r l o ¿ c o n v e r t i r l o m e n o s a g r e s i v o .

3 . - L a a p l i c a c i ó n d e u n r e c u b r i m i e n t o a f i n d e s e p a r a r e l

104

m e d i o a t a c a n t e y l a s u p e r f i c i e q u e e s t á s i é n d o d a ñ a ­d a .

4 . - L a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a .

E s t o s c u a t r o m é t o d o s n o s e e m p l e a n a n f o r m a a i s l a d a p a r a u n p r o b l e m a e s p e c í f i c o , p o r e l c o n t r a r i o , l a c o m b i n a c i ó n d«- d o s ó m á s d e e l l o s s e h a e n c o n t r a d o s u p e r i o r p a r a l a r e s o l u ­c i ó n d e d i c h o p r o b l e m a .

S o l a m e n t e u n a d e é s t a s c u a t r o t é c n i c a s e s d e f i n i t i v a m e n t e d e s c a r t a d a p a r a l a p r o t e c c i ó n d e l a p a r t e d e a g u a d e e n f r i a ­m i e n t o e n c o n d e n s a d o r e s y c a m b i a d o r e s d e c a l o r ; l o e r e c u b r i ­m i e n t o s , c o m o s o n u s u a l m e n t e c o n o c i d o s , s o n i m p r á c t i c o s p o r l a r a z ó n q u e u n b u e n a i s l a n t e t é r m i c o r e d u c e e l p r o p ó s i t o p r i ­m a r i o d e l e q u i p o .

Un t r a t a m i e n t o d e l m e d i o c o r r o y e n t e e s p r á c t i c o a l g u n a s v e c e s c u a n d o e n c a m b i a d o r e s d e c a l o r s e u s a u n s i s t e m a d e a g u a d e e n f r i a m i e n t o c e r r a d o ; p e r o d o n d e « 1 a g u a e s u s a d a s o ­l a m e n t e u n a v e z , e l v o l u m e n m a n e j a d o e s d e m a s i a d o g r a n d e p a r a s e r a c o n d i c i o n a d o a u n c o s t o r a s o n a b l e .

L a c l á s i c a r e s o l u c i ó n d e l p r o b l e m a d e c o r r o s i ó n e n l o s t u - o o s d e l c a m b i a d o r h a s i d o e l u s o d e m e t a l e s ó a l e a c i o n e s l o s c u a l e s m u e s t r a n u n a r e s i s t e n c i a s u p e r i o r a l a t a e m e . En l a m a ­y o r í a d e l o s c a s o s e s t o h a r e s u l t a d o u n c o m p l e t o é x i t o , p o r l o m e n o s e n c u a n t o a l o s t u b o s s e r e f i é r e .

M u c h o s d e l o s l a t o n e s y b r o n c e s e m p l e a d o s e s t á n p a r t i c u ­l a r m e n t e b i é n a d a p t a d o s p a r a é s t e s e r v i c i o d e b i d o a s u a l t a c o n d u c t i v i d a d t é r m i c a .

U n a d i f i c u l t a d e n c o n t r a d a , s i n e m b a r g o h a s i d o l a c o r r o ­s i ó n g a l v á n i c a ó b i m e t á l i c a i n i c i a d a p o r l a p r e s e n c i a d e l a s a l e a c i o n e s d e l o s t u b o s y e l a c e r o d e l o s e s p e j o s , b r i d a s y

105

sus tapas, deflectores, espaciadores y ls carcasa.

S n á e t a s c o m b i n a c i o n e s l o s m i e m o s t u b o s s o n i n v a r i « D i e ­m e n t e e l c á t o d o , a s í e s q u e e l a t a a u e e s d i r e c t o c o n t r a l a s p a r t e s d e a c e r o . L o s e s p e j o s s i é n d o l a p a r t e m á s c e r c a n a , s o n c o n f r e c u e n c i a l o s m á s f u e r t e m e n t e a t a c a d o s .

L a s u s t i t u c i ó n ( a u n c o n s i d e r a b l e c o s t o ) , d e l o s e s p e j o s p o r a l e a c i o n e s m á s r e s i s t e n t e s , t r a n s f i e r e e l a t a q u e a l a e n ­v o l v e n t e , d o n d e l a r e d u c c i ó n d e l á r e a r e l a t i v a a l a s e c c i ó n a n ó d i c a h a c e e l a t a q u e m u c h o m á s v i o l e n t o .

S e t a c o n d i c i ó n h a s i d o e x i t o s a m e n t e c o m b a t i d a c o n l a i n e - t a l a c i ó n d e á n o d o s d e m a g n e s i o e n l a c a j a d e a g u a . L a c o r r i e n ­t e p r o t e c t o r a n o c u b r i r á m á s q u e u n n i í m e r o r e d u c i d o d e t u b o s , a s í e s q u e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a n o s e r á e f e c t i v a a l 1 0 0 Jt e i n o s e c a l c u l a e x a c t a m e n t e e l n ó m e r o d e á n o d o s r e q u e r i d o p a r a l a p r o t e c c i ó n d e l e q u i p o .

P o r o t r o l a d o , e i s e p u d i e r a e n c o n t r a r u n n a l e a c i ó n r e s i s ­t e n t e p a r a l o s t u b o s , d i c h a p r o t e c c i ó n p u e d e s e r u s a d a p a r a v e n c e r l o a p o t e n c i a l e s g a l v á n i c o s e n t r e l n a l e a c i ó n y e l a c e r o d e l o s e s p e j o s y c a b e z a l e s , y c o n e s t o u n d i s e ñ o m á s e c o n ó m i ­c o e e e f e c t u a r á .

106

L a p r o t e c c i ó n c o n t r a l a c o r r o s i ó n e i n c r u s t a c i o n e s s o b r e l o s m e t a l e s e n s i s t e m a s d e r e c i r c u l a c i ó n d e a g u a p a r a e n f r i a ­m i e n t o , e s u n p r o b l e m a d e e n o r m e i m p o r t a n c i a e c o n ó m i c a . L a p r o ­t e c c i ó n d e c u a l q u i e r m e t a l a l a c o r r o s i ó n p o r e l a g u a d e p e n ­d e a c o n d i c i o n a r e l a b a s t e c i m i e n t o p a r a c o r r e g i r s u s c a r a c t e ­r í s t i c a s c o r r o s i v a s , ó d e m a n t e n e r u n a b a r r e r a f í s i c a e n t r e 1 ® p a r t e a n ó d i c a y l a c a t ó d i c a d e l a s u p e r f i c i e m e t á l i c a y e l e l e c t r ó l i t o .

IV.2 EL COMPROMISO CORROSION-DUREZA DEL AGUA

E n b a s e a l a s n e c e s i d a d e s t e n i d a s e n ó s t e a s p e c t o , s e h a d e s a r r o l l a d o u n r e c u b r i m i e n t o p r o t e c t o r e n f o r m a d® i n c r u s ­t a c i ó n d e c a r b o n a t o d e c a l c i o , a b a s e d e a j u s t a r y r e g u l a r e l p H y l o s i o n e s d e c a l c i o p a r a m a n t e n e r u n a s o l u c i ó n d e c a r b o ­n a t o d e c a l c i o l i g e r a m e n t e s a t u r a d a ; n o r m a l m e n t e s e r e q u i e r e u n r e a j u s t e d e l a d u r e z a ó a l c a l i n i d a d d e l a g u a p a r a d e s a r r o ­l l a r y c o n t r o l a r l a d e p o s i c i ó n d e l a i n c r u s t a c i ó n .

*

S e h a a m p l i a d o e l u s o d e l a i n c r u s t a c i ó n d e c a r b o n a t o d e c a l c i ó p a r a p r e v e n i r l a c o r r o s i ó n y p a r a a l c o n t r o l d e l a i n ­c r u s t a c i ó n e x c e s i v a ; e s d e c i r * « K i s t e u n m e d i o p a r a p r e d e c i r e l c o m p o r t a m i e n t o c o r r o s i v o ó i n c r u s t a n t e d e l a g u a n a t u r a l , ¿ s t e e s e l I n d i c e d e L a n g ^ l i e r ó d e s a t u r a c i ó n .

L a m a t e r i a m i n e r a l d i s u e l t a e n l a m a y o r p a r t e d » l o s a b a s ­t e c i m i e n t o s d e a g u a , c o n s i s t e d e c a l c i o y m a g n e s i o e n f o r m a d e d u r e z a d e b i c a r b o n a t o s y d u r e z a d e n o c a r b o n a t o s ( c l o r u ­r o s j s u l f a t o » ) , m í c o m o s a l e s d e s o d i o , b i ó x i d o d e c a r b ó n o d i s u e l t o , o x í g e n o y o t r o s *

A l c o n t r o l a r t o d o s e s t o s c o n u n t r a t a m i e n t o c o r r e c t i v o , t a n t o l a i n c r u s t a c i ó n c o m o l a c o r r o s i ó n p u e d e n r e d u c i r s e a l m í n i m o .

L a s r e l a c i o n e s d e s o l u b i l i d a d d e l c a r b o n a t o d e c a l c i o d i s ­m i n u y e n a l m í n i m o e l a t a q u e c o r r o s i v o p o r q u e l a a g r e s i v i d a d d e l b i ó x i d o d e c a r b ó n o d i s u e l t o e n e l a g u a s e r e d u c e c o n f o r ­m e s e a p r o x i m a e l e q u i l i b r i o d e s a t u r a c i ó n .

107

E n c o n d i c i ó n d e e q u i l i b r i o l a s d i v e r s a s f o r m a s d e b i ó x i ­d o d e c a r b ó n o ( C 0 2 l i b r e , H C O , y C O . ) , e s t á n b a l a n c e a d a s e n t a l f o r m a q u e n o c a u s a n c o r r o s i ó n e i n c r u s t a c i ó n .

D e l a f i g u r a I V . 1 I . 1 , e l p H d e s a t u r a c i ó n ( p H ) y e l Í n ­d i c e d e s a t u r a c i ó n ( I ) , p u e d e n c a l c u l a r s e c u a n d f s e c o n o c e n l o s v a l o r e s d e l a d u r e z a d e c a l c i o , a l c a l i n i d a d y s o l i d o s t o ­t a l e s , e s d e c i r s

p H s = p C a -t- p A l c ♦ c ...................... ( 1 )

D o n d e »p H s » p H d e s a t u r a c i ó n ,p C a i F a c t o r l o g a r í t m i c o d e l a d u r e z a d e c a l c i o e n

p p m c o m o G a C O ^ .p A l c i F a c t o r l o g a r í t m i c o d e l a a l c a l i n i d a d ( M ) e n

p p m c o m o C a C O ^ *

c i F a c t o r l o g a r í t m i c o d e l o s s ó l i d o s t o t a l e s e n p p m a l a t e m p e r a t u r a d e l a g u a .

1 8 “ p H a c t u a l “ p H s c a l c u l a d o ‘ * * * * 2 )

y n o r m a l m e n t e s e p r e s e n t a n t r e s c a s o s j

1 . - S Í I s * 0 , e x i s t e u n e q u i l i b r i o d e s a t u r a c i ó n y n oh a y f o r m a c i ó n d e i n c r u s t a c i ó n y e l a t a q u e c o r r o s i v o s e d i s m i n u y e a l m í n i m o .d i s m i n u y e a l m í n i m o

2 . - S Í I s e s m a y o r q u e c e r o , e x i s t e u n a c o n d i c i ó n d e s o b r e ­s a t u r a c i ó n d e C a C O , r e s p e c t o a l a a l c a l i n i d a d y s ó l i ­d o s t o t a l e s , h a b i á & d o t e n d e n c i a p a r a d e p o s i t a r i n ­c r u s t a c i ó n s o b r e l a s u p e r f i c i e d e t r a n s f e r e n c i a d e c a l o r .

3 . - C u a n d o I s e s m e n o r q u e c e r o , e l e q u i l i b r i o e s t á b a -

108

<8<-Jo

50 200 1000PARTES POR MILLON

5000

S H tP P A R D T P O W E L L , A C O N D . D E IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O NACIONALAGUAS P A R A t-A IN D U S T R IA

E O IT L IM O S A , PAG NO 331 E S I Q . I E

T e s is P ro fe s io n a l PROTECCION CATODICA

A braham E s t r a d a F EN CAM B D E CALOR

Pa b lo S án ch e z h F ig IV . I I . I Mex D F

109

lanceado en dirección opuesta y ocurrirá corrosión del metal descubierto y se disolverá cualquier in­crustación formada.

C o n o b j e t o d e i n h i b i r l e c o r r o s i ó n , e s n e c e s a r i o m a n t e n e r u n I n d i c e d e S a t u r a c i ó n l i g e r a m e n t e p o s i t i v o ( 0 . 6 a 1 ) , p a r a a s e g u r a r l a d e p o s i c i ó n d e i n c r u s t a c i ó n , a u n q u e e s t o c o n t r i ­b u y e a l a p é r d i d a d e t r a n s f e r e n c i a d e c a l o r e n l o s e q u i p o s , m á s a ó n e s p r e f e r i b l e d e p o s i t a r l a i n c r u s t a c i ó n r á p i d a m e n t e a n t e s d e q u e o c u r r a l a c o r r o s i ó n .

RECOVENDACIONES PRACTICAS DICEN QUE»Después de que el equipo se ha limpiado, especialmente si

se ha usado un ácido, el metal tiende a corroerse a gran ve­locidad, un Indice de incrustación alto establecido inmedia­tamente prevendrá el ataque inicial.

Normalmente, la incrustación ideal para proporcionar la mejor protección con el mínimo de aumento en la pérdida de transmisión de calor, es un depósito delgado firmemente adhe­rido y cristalino que pueda escasamente verse. De hecho,al­gunos de los mejores depósitos de protección no pueden ser observados cuando se encuentran hi&sedos, y solamente se ■des­cubren cuando se aplica una gota de ácido clorhídrico, reve­lando la existencia de carbonato por la efervescencia de bió­xido de carbóno; sin embargo en donde la temperatura es alta, la incrustación es gruesa y viceversa; pero si es controlado el incremento de temperatura, ocurrirá una condición de uni­formidad en la incrustación.

Una manera m á s eficáz para controlar tanto la corrosión como la incrustación es acondicionando el agua de enfriamien­to. E s recomendable además colocar elementos de detección de incrustación ó corrosión segón sea el caso.

Más sin embargo en un momento dado es preferible oue exis­tan características incrustantes, puós con un tratamiento áci­do se solucionaría el problema, y en caso de que con ésta con­

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d i c i ó n s e t u v i e r a u n I s n e g a t i v o s e p r o c e d e r í a a a g r e g a r u n i n h i b i d o r d e c o r r o s i ó n a s e g u r a n d o c o m p l e t a m e n t e e l b u e n f u n ­c i o n a m i e n t o d e l o s e q u i p o s d e e n f r i a m i e n t o y t r a n s f e r e n c i a d e c a l o r .

P a r a t e n e r u n a c o m p r e n s i ó n m á s p r e c i s a d e l a t a q u e c o r r o ­s i v o , n o r m a l m e n t e e x i s t e u n í n d i c e d e c o r r o s i ó n q u e d a i d e a d e l a t a q u e q u e s u f r e n l o s m e t a l e s , e s d e c i r :

M e n o s d e 0 . 0 0 2 5 4 c m / a ñ o D e 0 . 0 0 2 5 4 a 0 . 0 0 5 0 8 c m / a ñ o D e 0 . 0 0 5 0 8 a 0 . 0 1 0 2 0 c m / a ñ o

M á s d e 0 . 0 1 0 2 0 c m / a ñ o

P r o t e c c i ó n e x c e l e n t e .B u e n a p r o t e c c i ó n . P r o t e c c i ó n r e g u l a r ( c o m - b i e n e c a m b i a r e l t r a t a m i e n ­t o ) .M a l a p r o t e c c i ó n ( e s i n d i s ­p e n s a b l e c a m b i a r e l t r a t a ­m i e n t o ) .

S o n m u c h o s l o s f a c t o r e s q u e i n f l u y e n p a r a d a r u n í n d i c e d e c o r r o s i ó n a l t o e n u n s i s t e m a d e e n f r i a m i e n t o d a d o , s i ó n d o l o s p r i n c i p a l e s l o s s i g u i e n t e s :

1 . - L a t e m p e r a t u r a i n i c i a l y f i n a l d e l a g u a a l p a s a r a t r a ­v é s d e l o s e q u i p o s .

2 . - L a v e l o c i d a d d e c i r c u l a c i ó n d e l a g u a d e e n f r i a m i e n t o e n e q u i p o s y l í n e a s .

3 . - C o n c e n t r a c i ó n d e l a s s a l e s d i s u e l t a s y e n p a r t i c u l a r l a c o n c e n t r a c i ó n d e l o s c l o r u r o s .

4 . - C o n t e n i d o y n a t u r a l e z a d e l o s s ó l i d o s e n s u s p e n s i ó n .

5 . - C o n t a m i n a c i ó n d e l a g u a d e e n f r i a m i e n t o c o n g a s e s , l í ­q u i d o s ó s ó l i d o s c o r r o s i v o s .

6 . - F o r m a c i ó n d e c e l d a s g a l v á n i c a s o r i g i n a d a s p o r m e t a l e s d i f e r e n t e s .

7 . - C o n t e n i d o d e m a t e r i a o r g á n i c a e n e l a g u a d e e n f r i a m i e n ­t o .

111

I V . 1 1 1 R E S I S T I V I D A D , S U M E D I C I O N Y M E T O D O S

E s b i é n s a b i d o q u e l a r e s i s t e n c i a e l é c t r i c a d e u n c o n d u c ­t o r c u a l q u i e r a , e s d i r e c t a m e n t e p r o p o r c i o n a l a s u r e s i s t e n c i a e s p e c í f i c a ( R e s i s t i v i d a d ) , p o r s u l o n g i t u d e i n v e r s a m e n t e p r o ­p o r c i o n a l a l á r e a d e s u s e c c i ó n t r a n s v e r s a l , e s d e c i r s

L , .R * R e s i s t i v i d a d T ( 3 )

A

D o n d e :

R j R e s i s t e n c i a e l é c t r i c a e n O h rn s . L t L o n g i t u d e n c m .A j Á r e a e n c m .

R e s i s t i v i d a d = R ------- ~*

2— COIR e s i s t i v i d a d = O h a i —

c m

R e s i s t i v i d a d = Oh¡n x c m .

Be d e c i r l a R e s i s t i v i d a d e s e l r e c í p r o c o d e l a C o n d u c t a n ­c i a e s p e c í f i c a .

P o r t a n t o , l a R e s i s t e n c i a e s p e c í f i c a e s l a r e s i s t e n c i a d e u n a s o l u c i ó n m e d i d a e n O h m s e n t r e e l e c t r ó d o s c u y a á r e a e s d e 1 c m 2 y s e p a r a d a s e n t r e s í a u n a d i s t a n c i a d e 1 c m . ; y c o m o e l r e c í p r o c o d e l a r e s i s t e n c i a e s p e c í f i c a B e d e f i n e c o m o C o n d u c ­t a n c i a E s p e c í f i c a , é s t a s e r á m e d i d a e n t r e e l e c t r ó d q * d e 1 c m d e á r e a y c o n u n a s e p a r a c i ó n d e 1 c m .

G o m o l a s s o l u c i o n e s q u í m i c a s c o n d u c e n l a e l e c t r i c i d a d e n d i f e r e n t e s m e d i d a s , e s t a s s o l u c i o n e s ( e l e c t r ó l i t o s ) , e e c l a ­s i f i c a n c o m o b u e n o s , p o b r e s y m a l o s c o n d u c t o r e s , e s t o e s , l a

112

conductividad de una solución depende de la naturaleza del soluto.

S e p o r e s o q u e c u a n d o s e v a a i n s t a l a r u n t u b o d e h i e r r o b a j o t i e r r a , e s d e g r a n i m p o r t a n c i a r e a l i z a r u n e s t u d i o d e l a r e s i s t i v i d a d d e l s u e l o p o r d o n d e s e t e n d e r á d i c h a t u b e r í a .

E l e s t u d i o d e e s a s r e s i s t i v i d a d e s s e r v i r á p a r a d i b u j a r u n p e r f i l d e r e s i s t i v i d a d e s q u e d a r á u n a i d e a d e l a c o r r o s i ó n q u e p o d r á s u f r i r e l t u b o i n s t a l a d o y a q u e i n d i c a r á l a a g r e s i ­v i d a d d e l s u e l o p o r d o n d e p a s e ó s t e t u b o .

é s t a s m e d i c i o n e s p u e d e n s e r t o m a d a s c a d a 2 5 , 5 0 ó 1 0 0 m . e i r á n d e a c u e r d o a l a p r e s i c i ó n q u e s e d e s e e t e n e r e n l a g r á ­f i c a ó p e r f i l d e r e s i s t i v i d a d e s . S e h a c e n ó s t a s m e d i c i o n e s p o r ­q u e t o d a l í n e a d e s n u d a s i e m p r e s u f r i r á c o r r o s i ó n m á s s e v e r a e n u n a s z o n a s q u e e n o t r a s , e s d e c i r , h a y n e c e s i d a d d e l o c a ­l i z a r l a z o n a c r í t i c a d e c o r r o s i ó n y d o n d e l a p r o t e c c i ó n e s m á s n e c e s a r i a . E n l a f i g u r a I V . I I I . 1 s e d a n l a s r e s i s t i v i d a ­d e s d e l a g u a a d i f e r e n t e s t e m p e r a t u r a s .

( t o a v e z t r a z a d o e l p e r f i l d e r e s i s t i v i d a d e s , l a z o n a c r í ­t i c a s e r á l o c a l i z a d a e n b a s e a l s i g u i e n t e c r i t e r i o »

R E S I S T I V I D A DO H M - C M .

A G R E S I V I D A D D E L S U B L O

O B S E R V A C I O N E S

0 - 2 0 0 0 S e v e r a B l e c t r ó l i t o f u e r ­t e .

2 0 0 0 - 1 0 0 0 0 R e g u l a r E l e c t r ó l i t o d é ­b i l .

1 0 0 0 0 - 3 0 0 0 0 P o c a C a s i n o e s e l e c ­t r ó l i t o .

3 0 0 0 0 ------------------ C a s i n u l a . N o e s e l e c t r ó l i ­t o .

113

RESISTIVIDAD DEL AGUA A DIFERENTES TEMPERATURAS

oo

ow3Ow.©O.6

W 8 MACKAY, AN0D08 DE SA­C R IF IC IO , CAP. Z , VOL 2 PAO No. 11 26

IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A L

E .S . I .Q . I . E

Tesis P ro fes io n a l PR O TEC C IO N CATODICA

EN C A M B . D E C A LO RAbraham Estrada F

Pablo Sánchez H F iq I V . I I I . 1 Mex D F

114

P a r a e f e c t u a r l a m e d i c i ó n d e l a r e s i s t i v i d a d d e l s u e l o , e x i s t e u n m é t o d o c o n o c i d o c o m o e l M á t o d o d e l o e C u a t r o E l e c ­t r o d o s , d i s p u e s t o s c a d a u n o s o b r e u n a l í n e a r e c t a y s e p a r a ­d o s p o r u n a d i s t a n c i a ( a ) , c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r aI V . I I I . 2 a n e x a .

P o r l o s e l e c t r o d o s m e t á l i c o s e x t e r i o r e s p a s a c o r r i e n t e e s ­t a b l e { I ) , q u e p r o p o r c i o n a u n a b a t e r í a y s i m u l t a n e á m e n t e s e m i d e l a d i f e r e n c i a d e p o t e n c i a l ( A 0 ) d e l o s e l e c t r o d o s i n t e ­r i o r e s d e r e f e r e n c i a . P o r l o g e n e r a l , l a m e d i d a s e r e p i t e i n v i r t i e n d o l a d i r e c c i ó n d e l a c o r r i e n t e c o n e l f i n d e e l i m i ­n a r c u a l q u i e r c o r r i e n t e v a g a b u n d a ; e n t o n c e s s e t e n d r á l a s i ­g u i e n t e e c u a c i ó n ; q u e n o s d e t e r m i n a r á l a r e s i s t i v i d a d »

R e s i s t i v i d a d * ( 4 )

D o n d e j

L a r e s i s t i v i d a d s e m i d e a u n a p r o f u n d i d a d a p r o x i m a d a q u e ( a ) .

O t r o d e l o s e l e m e n t o s p a r a h a c e r m e d i c i o n e s d e r e s i s t i v i ­d a d e s e l e l e c t r ó d o d e C o b r e - S u l f a t o d e C o b r e .

8 L K L B C T R O D O D B C O B R B - S U L P A T Q D B C O B R E

B n l a m e d i d a d e l f l u j o e l é c t r i c o , e l i n g e n i e r o e n c o r r o ­s i ó n t i e n e q u e c o m p e t i r e n c o n d i c i o n e s d e s f a v o r a b l e s c o n o - t r o s q u e r e a l i z a n l a s m i s m a s m e d i d a s . P a r t e d e ó s t a s d i f i c u l ­t a d e s s e o r i g i n a n d e l h e c h o d e q u e e s n e c e s a r i o t r a t a r c o n u n c o n d u c t o r i n f i n i t o , l a t i e r r a ; y e n u n c o n d u c t o r d e t a l e s d i ­m e n s i o n e s l a L e y d e O h m n o p u e d e a p l i c a r s e s e n c i l l a m e n t e .

O t r a f u e n t e d e d i f i c u l t a d e s p r o v i e n e d e u n a p a r t e d e l c i r ­c u i t o , q u e e s e l e l e c t r ó l i t o ; y p a r a h a c e r l a s c o s a s m á s c o n ­f u s a s , u n e l e c t r ó l i t o d e c a r a c t e r í s t i c a s d e s c o n o c i d a s .

B n e l c u r s o d e s u s i n v e s t i g a c i o n e s , e s c o n f r e c u e n c i a n e c e ­s a r i o p a r a él h a c e r m e d i c i o n e s d e p o t e n c i a l t u b o - s u e l o .

115

METODO DE LOS CUATRO ELECTRODOS PARA MEDIR LA R£_ SISTIVIDAD DEL SUELO

Electrodo / Metálico

POTENCIOMETRO

^Electrodos de Referencia \

ElectrodoMetolico\

Sup del Jsuelo

rt U H U G H E R B E R T , C O R R O S IO N ANO C O N T R O L C O R R O S IO N .E O J R M O B IL B A O , PAS N o 198

IN S T IT U T O P O L IT EC N IC O N A C IO N A L

E.8 .1 Q .l.E

Tesis Profesional PR O T EC C IO N CATODICA

EN CAMB. D E CALORAbraham Estrado F

Pablo Sánchez H Fig IV. II 1.2 Mex D F

116

E n u n a v a r i e d a d d e p o s i b l e s m e d i o s p a r a r e a l i z a r t a l e s m e d i c i o n e s , e l e l e c t r ó d o d e s u l f a t o d e c o b r e s e h a c o n v e r t i d o e n u n e s t á n d a r d .

É s t e a p a r a t o e s m á s p r o p i a m e n t e d e s c r i t o c o m o u n e l e c t r ó d o C o b r e - S u l f a t o d e C o b r e , ó c o m o u n a S e m i p í l a j c o n s i s t e e s c e n - c i a l m e n t e d e c u a t r o e l e m e n t o s ? U n a p i e z a d e c o b r e c o n u n m e d i o p a r a c o n e c t a r l o a l e q u i p o , u n a s o l u c i ó n d e s u l f a t o d e c o b r e s a t u r a d o c o n e c t a d a a l a p i e z a d e c o b r ® c o n u n a c o n s i d e r a b l e á r e a , u n a m e m b r a n a p o r o s a a t r a v ó s d e l a c u a l u n c o n t a c t o e e h e c h o c o n e l s u e l o p o r m e d i o d e l a s o l u c i ó n s o l a m e n t e y , u n r e c i p i e n t e d e a l g u n a c l a s e »

L a c a d e n a d e c o n e x i ó n , l a c u a l n o d e b e s e r a l t e r a d a p o r n i n g ú n m e d i o , e s j I n s t r u m e n t o - C o b r e - S u l f a t o d e C o b r e - S u e l o ; e l t í l t i m o e n l a c e d e l s u l f a t o d e c o b r e a l a t i e r r a p u e ­d e t e n e r o t r a s o l u c i ó n i n t e r p u e s t a : Un P u e n t e S a l i n o , p e r o n o d e b e h a b e r n i n g ó n m e t a l .

L a p r e c i s i ó n d e ó s t e e l e c t r ó d o e s a d e c u a d a p a r a l a m a y o r p a r t e d e l a s i n v e s t i g a c i o n e s d e c o r r o s i ó n , a u n q u e e s t á a l g o p o r d e b a j o d e l a q u e s e o b t i e n e c o n l o e e l e c t r ó d o s d e C a l o - m e l ó d e C l o r u r o d e P l a t a .

l a r e a c c i ó n d e s e m i p í l a e s l a s i g u i e n t e :

C u ° -------------------- ► C u ++ + 2e~ B° = - 0 . 3 3 V o l t s .

P a r a s o l u c i ó n s a t u r a d a d e s u l f a t o d e c o b r e , e l p o t e n c i a l e s d e 0 . 3 1 6 V o l t s .

B 1 p o t e n c i a l s e h a c e m á s c a t ó d i e o c o n e l a u m e n t o d e t e m p e ­r a t u r a e n c a n t i d a d d e u n o s 0 . 7 m V / ° C .

L a s v e n t a j a s e s p e c i a l e s d e l e l e c t r ó d o d e c o b r e - s u l f a t o d e c o b r e , s o n d e d o s c l a s e s :

117

L o s m a t e r i a l e s p a r a s u c o n s t r u c c i ó n y p a r a e l r e e m p l a z o d e s u e l e c t r ó l i t o s o n r á p i d a m e n t e o b t e n i d o s e n u n a l t o f r a d o d e p u r e z a » A d e m á s , e l c o b r e e s e x c e p c i o n a l m e n t e e s t a b l e e n c o n ­t a c t o c o n s o l u c i o n e s d e s u s p r o p i o s i o n e s ; e s t o s i g n i f i c a q u e e l p o t e n c i a l n o r m a l d e l e l e c t r ó d o n o e s t á s u j e t o a s e v e r a s f l u c t u a c i o n e s , y n o s e r á p e r t u r b a d o e n u n a m a g n i t u d a p r e c i a - b l e p o r p e q u e ñ a s c a n t i d a d e s d e c o n t a m i n a c i ó n c o n m a t e r i a e x ­t r a ñ a . J i m b a s c a r a c t e r í s t i c a s s o n u n a c o n s i d e r a b l e v e n t a j a .

E l p o t e n c i a l d e ó s t e e l e c t r ó d o e s r e v e r s i b l e , c o n l o c u a l , s u v a l o r n o s e a f e c t a p o r e l p a s o d e u n a p e q u e ñ a c a n t i d a d d e c o r r i e n t e e n c u a l q u i e r d i r e c c i ó n } s i n e m b a r g o , s i l a c o r r i e n ­t e e n e x c e s o e s d e a p r o x i m a d a m e n t e 2 0 M i c r o a m p e r e s p o r cm 2 ( d e s u p e r f i c i e d e c o b r e e n c o n t a c t o c o n e l s u l f a t o d e c o b r e ) , y p a s a , h a b r á a l g o d e p o l a r i z a c i ó n , y u n o s m i n u t o s b a s t a r á n p a r a q u e e l e l e c t r ó d o s e r e c o b r e .

118

CAPITULO V

C A L C U L O D E U N C A S O P R A C T I C O ( A N T E S Y D E S P U E S D E L A P R O T E C C I O N )

E s b i é n s a b i d o q u e l a a m p l i a v a r i e d a d d e a p l i c a c i o n e s d e l o s c a m b i a d o r e s d e c a l o r , e s m u y g r a n d e , y l o s f l u i d o s m a n e ­j a d o s s o n t a m b i é n m u y v a r i a d o s ; s i n e m b a r g o , e n e l p r e s e n t e t r a b a j o s e h a c e m e n c i ó n s o l a m e n t e a l m á s c o m d n d e e l l o s , c o ­m o l o e s e l a g u a .

E l a g u a u t i l i z a d a e n c a m b i a d o r e s d e c a l o r g e n e r a l m e n t e p r o ­v i e n e d e l m i s m o p r o c e s o , p o r e s o e n a l g u n a s o c a c i o n e s v i e n e c o n t a m i n a d a d e b i d o a l a s d i s t i n t a s s e c c i o n e s d e l a o p e r a c i ó n e n q u e h a i n t e r v e n i d o . P o r e s t o , y p a r a e v i t a r q u e e l e q u i p o s e a c o r r o í d o , s e h a c e u s o d e l a P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a .

P a r a e l l o , s e c o l o c a n á n o d o s d e s a c r i f i c i o , t a n t o s c o m os e a n n e c e s a r i o s p a r a u n a e f i c i e n t e p r o t e c c i ó n ( s i e m p r e y c u a n ­d o s e d i s p o n g a d e e s p a c i o p a r a s u c o l o c a c i ó n ) . É s t a c o l o c a ­c i ó n s e h a c e e n l a p l a c a d e p a r t i c i ó n d e l e q u i p o , e n d o n d e a l d i s e ñ a r l o , p r e v i a m e n t e s e h a h e c h o e l ó l o s b a r r e n o s p a r al a c o l o c a c i ó n y a m e n c i o n a d a ; l a f i j a c i ó n d e l o s á n o d o s s e h a ­c e c o n r e m a c h e s .

C o m u n m e n t e l o s r e m a c h e s s o n d e a c e r o i n o x i d a b l e , y e n t r e é s t e y l a p l a c a d e p a r t i c i ó n s e e n c u e n t r a u n e m p a q u e t a d o ( a i s ­l a m i e n t o ) ; a d e m á s l a s c a b e z a s d e l o s r e m a c h e s s e c u o r e n c o n u n a e n v o l v e n t e d e p l á s t i c o ó a l g u n a o t r a r e s i n a , c o n e l f i n d e e v i t a r u n a p o s i b l e c o n t a m i n a c i ó n y s o b r e t o d o u n i n m i n e n t e p a r g a l v á n i c o ; c o m o s e m u e s t r a e n l a f i g u r a V . l a n e x a .

E s p o s i b l e c o n s i d e r a r l a p o s i b i l i d a d d e c o l o c a r á n o d o s d e s a c r i f i c i o e n l a e n v o l v e n t e c u a n d o s e d i s p o n g a d e e s p a c i o ; t a l e s e l c a s o c u a n d o s e u s e u n a r r e g l o t r i a n g u l a r .

É s t a p o s i b i l i d a d e x i s t i r á s o l a m e n t e s i e l n d m e r o d e á n o d o s r e a u e r í d o p a r a l a p r o t e c c i ó n n o a l c a n z a a s e r c o l o c a d o e n l a

119

PROTECCION CATODICA EN CAMBIADORES DE CALOR CON ANODOS DE SACRIFICIO

¿ZZZ22ZZZZZZ&.

A IS LAN TE ,A N O D O

'ZZZZZZZí P L A C A D E

P A R T IC IO N\ E N V O L ­

T U R A D E P L A S T C O

’ZZS/SIZZTZZ

T U E R C A P A R A

S U J E T A R L A C A M IS A

\T U B O S

xzzzzzzr

P L U D E K V R , D IS E Ñ O Y C O N T R O LD E C O R R O S IO N , E D IT J H O N W IL E Y A N D S O N S N Y , PA8 No 281

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALE S.I.Q 1 E

Tesis Profesional PROTECCION CATODICAAbraham Estrada F EN CAMB DE CALORPablo Sánchez H Fifi V.l Mex D F

120

placa de partición.

U n a r e c o m e n d a c i ó n p r á c t i c a e s q u e c u a n d o e l e q u i p o t e n g a u n d i á m e t r o d e e n v o l v e n t e m e n o r d e 4 0 . 6 4 c m . , n o s e r á a p l i ­c a b l e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a .

C u a n d o s e h a g a u s o d e l a p r o t e c c i ó n c a t ó d i c a c o n c o r r i e n ­t e i m p r e s a , s e r á p o r l a s s i g u i e n t e s r a z ó n e s i

1 . - C u a n d o l a c o r r i e n t e n e c e s a r i a t i a r a l a p r o t e c c i ó n r e h a ­c e l a q u e n o s p o d r í a n p r o p o r c i o n a r l o s á n o d o s d e s a c r i ­f i c i o c o n u n n ú m e r o d e e l l o s r a z o n a b l e , ( c o m o y a s e m e n c i o n ó p o r c u e s t i ó n . d e e s p a c i o i n s u f i c i e n t e p a r a l a c o l o c a c i ó n d e l o s m i s m o s ) .

2 . - C u a n d o s e r e q u i e r a u n a , d e n s i d a d d e c o r r i e n t e q u e n o s e p u e d a p r o p o r c i o n a r c o n á n o d o s d e l o s l l a m a d o s c o n ­s u m i b l e s .

B1 m ó t o d o a s e g u i r c o n c o r r i e n t e i m p r e s a e s e l m i s m o q u e f u ó d e s c r i t o p a r a d a r l e p r o t e c c i ó n a u n a t u b e r í a e n t e r r a d a ; e s d e c i r , u s a n d o á n o d o s d e l o s l l a m a d o s n o c o n s u m i b l e s ; y e l r e c o m e n d a d o p a r a é s t e c a s o e s e l g r a f i t o , c u y o s d a t o s d e d i ­s e ñ o a p a r e c e n e n l a t a b l a I I I . 9 , y l o s r e q u e r i m i e n t o s d e c o ­r r i e n t e p a r a c a m b i a d o r e s d e c a l o r e n l a t a b l a I I I . a . 2 .

L o s d a t o s d e d i s e ñ o s o n b á s i c a m e n t e l a s d e n s i d a d e s d e c o ­r r i e n t e y l o s c o n s u m o s a p r o x i m a d o s p o r A m p e r e p o r a ñ o d e p r o ­t e c c i ó n .

L a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e e s u n f a c t o r i m p o r t a n t e , y a q u e a m a y o r c o n t e n i d o d e o x í g e n o d i s u e l t o y v e l o c i d a d d e l a g u a , e s n e c e s a r i a u n a d e n s i d a d d e c o r r i e n t e m a y o r .

Un a s p e c t o i m p o r t a n t e a c o n s i d e r a r , e s q u e l o s e l e c t r o d o s u t i l i z a d o s p a r a t a l f i n , d e b e r á n e s t a r a i s l a d o s e l é c t r i c a m e n t e

1 2 1

de la sunerfície que va a protegerse.

R e s p e c t o a l o s m a t e r i a l e s d e c o n s t r u c c i ó n n o r m a l m e n t e l a c o r a s a e s d e a c e r o a l c a r b ó n , m i e n t r a s q u e p a r a t u b o s y e s ­p e j o s s e p r e s e n t a n c u a t r o c a s o s , a s a b e r :

1 . - C u a n d o l o s e s p e j o s y t u b o s s o n d e a c e r o a l c a r b ó n .

2 . - C u a n d o l o s e s p e j o s s o n d e a c e r o i n o x i d a b l e y l o s t u ­b o s d e a c e r o a l c a r b ó n .

3 . - C u a n d o l o s e s p e j o s s o n d e a c e r o a l c a r b ó n y l o s t u ­b o s s o n d e c o b r e ó s u s a l e a c i o n e s .

4 . - C u a n d o e s p e j o s y t u b o s s o n d e a c e r o i n o x i d a o l e .

1 . - E S P E J O S Y T U B O S S O N D E A C E R O A L C A R B O N

C o m o y a s e h a m e n c i o n a d o , c u a n d o l a s c o n d i c i o n e s d e o p e r a ­c i ó n y c a r a c t e r í s t i c a s d e l o s f l u i d o s l o p e r m í t a n , s e u s a r á ó s t e m a t e r i a l , y a o u e e s e l d e m a y o r d i s p o n i b i l i d a d e n e l m e r ­c a d o a d e m á s d e t e n e r b u e n a r e s i s t e n c i a m e c á n i c a y n o p r e s e n t a r p r o b l e m a s a l a h o r a d e e f e c t u a r l a s s o l d a d u r a s d e l a s d i f e r e n ­t e s u n i o n e s .

2 . - E S P E J O S D E A C E R O I N 0 X I D A 8 L B Y T U B O S D E A C E R O A L C A R B O N ;0 V I C E V E R S A .

P a r a ó s t e c a s o , e l i n o x i d a b l e t i p o 3 1 6 e s e l m á s c o m u n m e n ­t e u s a d o , y a q u e s u c o n t e n i d o d e c r o m o l e c o n f i e r e p r o p i e d a ­d e s r e s i s t e n t e s a l a c o r r o s i ó n .

U n o d e l o s p r o b l e m a s a v e n c e r e s e l e f e c t u a r l a s o l d a d u ­r a e n t r e á m b o s m a t e r i a l e s , p u e s t o q u e e x i s t e n d i f e r e n c i a s e n s u s p u n t o s d e f u s i ó n , s i ó n d o m á s b a j o e l d e l a c e r o a l c a r b ó n , ñ o r l o q u e ó s t e s e r á a d h e r i d o a l a c e r o i n o x i d a b l e .

N o r m a l m e n t e p a r a e v i t a r e s t a s d i f e r e n c i a s s e s o m e t e a u n p r e c a l e n t a m i e n t o p r e v i o a l i n o x i d a b l e c o n e l f i n d e i g u a l a r s u s t e m p e r a t u r a s y h a c e r e f i c i e n t e l a s o l d a d u r a ; a ú n a s í , n o e s t á s o l u c i o n a d o e l p r o b l e m a , c u e s t o q u e s e d e b e r á s e l e c c i o ­

122

n a r t a n t o l a s o l d a d u r a c o m o e l e l e c t r ó d o p a r a o b t e n e r u n m í n i ­m o d e 1 8 $> c r o m o e n l a i n t e r f a s e ( p u é s B e p i e r d e d e 3 5 a 4 0 ^ d e é s t e e l e m e n t o a l e f e c t u a r l a s o l d a d u r a ) ; s i n d e s c a r t a r a d e ­m á s e l i n m i n e n t e p a r g a l v á n i c o e n t r e e l f i e r r o y e l c r o m o d e l i n o x i d a b l e .

E n l a p r á c t i c a n o e s r e c o m e n d a b l e c o n s t r u i r l o s t u b o s d e i n o x i d a b l e , y a q u e l a c o n d u c t i v i d a d d e é s t e m a t e r i a l e s b a j a , a f e c t a n d o d i r e c t a m e n t e e l f i n p r i m a r i o d e l e q u i p o d e t r a n s f e ­r e n c i a d e c a l o r ; p o r l o o u e l o n o r m a l e e f a b r i c a r l o e e s p e ­j o s d e a c e r o i n o x i d a b l e y l o s t u b o s d e a c e r o a l c a r b ó n . E n l a s g r á f i c a s V . a y V . b , s e p u e d e n o b s e r v a r l o s t i p o s d e s o l d a d u ­r a y e l e c t r o d o s r e c o m e n d a d o s p a r a l o s d i f e r e n t e s t i p o s d e a c e r o i n o x i d a b l e m á s c o n o c i d o s .

3 . - E S P E J O S D E A C E R O A L C A R B O N Y T U B O S D E C O B R E 0 S U S A L E A C I O N E S

3 Í l a e l e c c i ó n d e l m a t e r i a l d e l o s t u b o s s e h i c i é r a p a r a s a t i s f a c e r l o s r e q u i s i t o s d e t r a n s f e r e n c i a d e c a l o r , n o s e d u ­d a r í a e n u t i l i z a r a l c o b r e ó s u e a l e a c i o n e s , y a q u e p o s e e u n a c o n d u c t i v i d a d t é r m i c a e l e v a d a .

E l p r o b l e m a m á s d i f í c i l d e r e s o l v e r e s e l p a r g a l v á n i c o e n t r e á m b o s m e t a l e s , e s d e c i r , e l c o b r e y e l h i e r r o d e l o s e s p e j o s ; y a q u e c u a n d o e s t á n e n c o n t a c t o á m b o s m a t e r i a l e s , e l h i e r r o e s a n ó d i c o r e s p e c t o a l c o b r e , d e b i d o a l a d i f e r e n c i a d e p o t e n c i a l e x i s t e n t e e n t r e e l l o a .

A u n a d o a e s t o , e l h e c h o d e q u e u n a g r a n á r e a a n ó d i c a e n c o n t a c t o c o n u n a p e q u e ñ a á r e a c a t ó d i c a , c o n d u c i r á a a c e l e r a r l a c o r r o s i ó n e n e l á n o d o »

P a r a r e s o l v e r l o q u e s e c o n s i d e r a c o m o “ d i f í c i l p r o b l e m a " s e h a c e u s o d e l a P r o t e c c i ó n C a t ó d i c a e n C a m b i a d o r e s d e C a l o r , c o l o c a n d o á n o d o s d e s a c r i f i c i o e n l a f o r m a y a d i s c u t i d a c o n a n t e r i o r i d a d .

O t r o d e l o s f e n ó m e n o s q u e t i e n e n l u g a r c u a n d o s e c o n s t r u ­y e n l o s C a m b i a d o r e s c o n e s t o s m a t e r i a l e s , e s l a p o l a r i z a c i ó n

123

M A T E R IA L E S f e r r o s o s

t i p o 310 3i6 347 5?. i

304 30 4<

31/2N i

12 C r 403.

12 C r 410

9Cr

5Cr

21/4 Cr

11/4C r C Mo C S

A c e r o o l Corb P 1 12 A 2 A 12 A 1 8 »F IG I E I E l 0 IB IAC a r b ó n M o t ib P 3 12 B 12 B 12 8 128 2 C 28 2 F 2 G 2 E 2 £ 2 0 2 Bl l A o r 1/2 M o P 4 12 D 120 t2D 12 D 30 3 D 3 F 36 3 E n 3 02 1/4 C r 1 M o P 5 e e 12 E 12 E 12 E 4 £ 4 £ 4 F 4 G 4 E 4 £5 Cr 1/2 M o P 5 t2 e i2 c 12 E 12 E & £ 5 É 5 F 569 C r 1 M o P 6 12 $ t2 Q 126 t2 0 6 6 6 6 6 6 6 612 C r T ip o 4 Í0 P 6 12 F 12 F XI F 12 F 7 F 7 F 7 Ft t C r T ( p o « O í P 7 12 H 12 H £ H 12 H» 7 C 7 0

3 1/2 P 9 8 12 C e c !2 C e c 6 C

I d C r «N t3 Q 4 .2 04 L. P 6 9 H 9 H 9 H 9 Hl8 C r 8 N i 347 32) P 8 10H 10 H 10 Hl6 C r ’ lO N i M o l. 2lñ J1 6 L p e { 1 H ü H2 5 C r 2 0 N i T ip o 310 P B I6H

TIPOS DE SOLDADURA Y TRATAMIENTOS TERM ICOS

A L E A C IO N E S B A S E N IQ U E LT IP O N IQ U E l M O N E L IN CONEL 1NC0LC*

A c dt Corb P l 13 14 13 13

A& moa P 8 ! 3 ) 3 1 3 13

Incoloy P 46 1 3 1 3 1 3 1 3inconel P 43 I 3 3 ! 3Mono1 P 42 1 5 1 4Mquet P 41 15

El Prec atontamiento mínimo es 10 8C No requiere frotamiento despues de la soldadura

A J W IL L IA M S A N O M O M A LO N E

M 1 D R O CA R B O N P R O C E S S IN G J U N IO 0 € 1977, PAG N o I I I

IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A L

E . S I . Q . I . E

Tesis Pro fesional P R O T E C C IO N C A T O D IC A

E N C A M B . D E C A L O RAbraham Estrad a F

Pob 'o Sancnez H F ia V . 0 M< t L F

124

M A T E R IA L E S DE S O LD A D U R A

M A T E R IA L E S E L E C T R O D O A LAM BF E D ESN U D OA SM E C L A S IF IC A C IO N A SM E C L A S IF IC A C IO N

Acero a l Carbón : ? ‘ a 5 £610 E 7 0 I8 SFA 5 18 E 7 0 S -2Carbón Molibdeno SEA- 5 5_ E 7 0 I0 i 1 E 7 0 IB Al $ f A i : 8 E 7 0 S IB¡ 1/4 Cromo Molibdeno fifA.-S.5- F 80I6 B ? EBOI8 R2 E R S 1S21/4 Cromo Molibdeno LSÍA 15 X 80Í6 a i £ 20 ífi ñ s E R 5715 Cromo Molibdeno S f A 5 A, E 502 16 0 15 SFA 5 9 E R 5029 Cromo Molibdeno S F A - 5 4 ER 50512Crcmo S E & i 4_- £410 é o 18 |S F A 5 5 I r 4 . ? "3 1/2 Níquel' SFA - 5 5 E 8016. C2 E80 I8 C218-8 Cr Ni 308. 3 0 8 L S F A -5 4 E 308 16 0-15

E 3 0 8 L 16 o 15 S F A 5 9 E R 308 E R 3 0 8 L

l8C r- 8 Ni-Cb ( 3 4 7 ) SFA -5 4 E 347 16 0 IS SFA 5 9 ER 347IBCr- ION i - Mo I.SIfl Í I B l ) SFA -5 4 E 316 16 o 15 S F A 5 9 E R 3I6 E R 3I6 L28 Cr-l2 Ni (3 0 9 ) INCONEL

S F A -5 4 S F A -5 1

E 309 16 o 15 EN iC rFe 3 F A 55?4

E R 309 ER N iC r 3

Inconol SFA -5 11 EN iC rF# 3 tocorc«íj62 SFA 5 14 ER NiCr 3 (inconef 8 2 )

Monel SFA -5 II ENiCu 2 (Meo*! 190) SFA 5-14 ERNiCu 7 (Monel 6 0 )

Níquel SFA -5 11 EN i 1 (Níquel I4 |) SFA 5 14 ER N t 3 (Ni<iuel 6 l)

26 Cr-20NI ( 310) JIAzSlA. E3I0 16 o- 15 l É í ? ER 310

TRA T AM IEN TO T ER M IC O

S IM B O L O S P R E C A L E N T A M 1EN R E L E V A D O DE E 8 F U E R 7n s

A 10 ° C Mínimo So b re l” 8 0 °C Mln

Ninguno Eioepoion Acero inoxidable 3 /4 v n n t 6? n ° r .

B 10 °C Mínimo Sob re 1/ 2 ” 80 °C M i«

1/ 2 " y mo»6 2 0 °C 1 Hr / Pa la .

C » 3 ° C Mínimo 620 ° C 1 H r/Pu lfl

D 150 ° C Mínimo 7 3 0 °C l H r/Pu lg Con 2 H r Min

E I7 6 °C Mínimo 7 3 0 °C 1 H r/ P u lg Con 2 Hr Mm

F 204 °C Mínimo 7C0 °C 1 H r/Pu lQ Con 2 Hr Min

eI7 6 ° C Mm Con Reí de E » f 2 6 0 ° C 1/2 Hr

7 50 ° C 1 Hr/Pulfl. Con 2 Hr Mm

H 10 °C M ín im o Ñ in g a n o

A J W ILLIAMS ANO M. O MALONE HIDROCARBON PRO CESSING JUN IO DE 1977, PA S No 112

INST ITUTO PO LITECN ICO NACIONAL

E .8 . IQ . I E

T * s ¡ » P r o f e s io n a l PROTECCION CATODICA

EN CAMB. DE CALORAbraham Estrada F

Pablo Sánchez H. Fig V . b Mex D F

125

pudióndo ser de dos tipos;

a ) . - P o l a r i z a c i ó n p o r C o n c e n t r a c i ó n ( l a m á s c o m ú n ) .

b ) . - P o l a r i z a c i ó n p o r A c t i v a c i ó n .

L a P o l a r i z a c i ó n p o r C o n c e n t r a c i ó n , ó a e a e l f e n ó m e n o q u e d i s m i n u y e e l p o t e n c i a l d e c o r r o s i ó n , s e p r e s e n t a d e l a s i g u i e n ­t e m a n e r a s

C o m o e s t á n e n c o n t a c t o d o s m a t e r i a l e s d e d i f e r e n t e p o t e n ­c i a l , e l a c e r o a l c a r b ó n s e c o r r o e p r i m e r o , e s d e c i r , d e a c u e r ­d o a l a e c u a c i ó n d e N e m s t s e t i e n e »

E c o r r o s i ó n = E a c . i n o x . - E a c . c a r b ó n

D o n d e »

( E ) e s e l p o t e n c i a l e n V o l t s .

1 . — P a r a e l a c e r o i n o x i d a b l e j

D o n d e s

+ 3 e s e l p o t e n c i a l d e r e f e r e n c i a , y p a r a e l i n o x i ­d a b l e e s a p r o x i m a d a m e n t e d e ( + 0 . 7 7 V o l t s ) .

E s l a c o n c e n t r a c i ó n d e l e l e m e n t o o x i d a d o .C

2 . - P a r a e l a c e r o a l c a r b ó n s

126

O pe+^ es potencial de referencia para el ace-1 * ro al carbón, y es aproximadamente de (- 0.43

Volts)» a 25°C.

Donde s

^Ac. carbón _ o.43 ♦ -5,0592_ log (1)

"Ac. carbón - 0.43 Volts

^Corrosión + 0.77 - (- 0.43)

B =s “Corrosión + 1.20 Volts

Ac. carbónn 0.0592 - 0.43 + ---g---- log (2)

BAc. carbón - 0.421 Volts

E » Corrosión + 0.77 - (- 0.43)g 3*Corrosión + 1.191 Volts

®Ac. carbón f 0.43 ♦ log (3)

EAc. carbón “ - 0.415 Volts

B s Corrosión ♦ 0.77 - {- 0.43)

B 5=Corrosión ♦ 1.185 Volts

Como ee puede observar al aumentar la concentración, dis­minuye el potencial y como consecuencia la corrosión.

4.- ESPEJOS Y TOBOS SON DE ACERO INOXIDABLEBn óste caso el principal problema es el costo; aunado a

esto el hecho de que en nuestro país no se fabrica el acero inoxidable, por lo qu« tendrá que ser de importación. Con los tubos el problema es el siguiente»

127

Loa tubos para cambiadores de calor hechos de acero inoxi­dable son sin costura y por ello difíciles de soldar, sobre todo por los tipos de soldadura a utilizar.

La unión de los tubos con los espejos puede hacerse de va­rias formas, como sonj Soldados, soldados y rolados y rolados (normalmente el tubo deberá salir aproximadamente 3»175 mm del otro lado del espejo para poder efectuar la soldadura ó bién el rolado); el caso elegido es definido por aspectos eco­nómicos y del proceso en sí, es decir, el que presente mayor seguridad.

Los inoxidables tipo 304 y 316 son los más ampliamente usa - dos, ya que los demás grados de inoxidable presentan serlos problemas de sensibilización, como es el caso del tipo 430, ocasionado por el calentamiento de la soldadura.

SÍ en algunos casos se desea incrementar el área de trans­ferencia, se recurre a los Cambiadores de Calor de Tubos Ale- tados.

Algunos fabricantes eligen al acero inoxidable en lugar del cobre y sus aleaciones pensando quizás que van a evitar la corrosión; pero desconociendo la naturaleza de la misma en la superficie y pared de los -tubos. El acero inoxidable forma una película pasiva, mientras que el bronce forma una capa de óxido de espesor finito para protección contra la co­rrosión, pero perjudicando la transferencia de calor.

La naturaleza de la corrosión es un factor importante en la selección del método a usar para la limpieza de los tubo».

Para mantener la eficiencia, la incrustación tendrá que ser eliminada.

Para el acero inoxidable la limpieza tendrá que hacerse mecánicamente y sin dañar la película formada en el tubo, pués de lo contrario se conducirá a una inminente corrosión acelerada.

128

Las aleaciones de inoxidable cuyo metal base es el hierro, deberán tener no menos del 10.5 ^ de cromo, que es el nivel mínimo requerido vara formar la película en el tubo, oue carac­teriza su resistencia a la corrosión.

Por otro lado, la resistencia a la corrosión, propiedades mecánicas, soldabilidad y otras, son controladas mediante la adición de elementos tales como el níquel, molibdeno, mangar- neeo, silicio, titanio y nióbio entre otros; dándo como resul­tado 57 diferentes tipos de inoxidables generalmente utiliza­dos para servicios de transferencia de calor.

129

CALCULO DEL NUMERO DB ANODOS REQUERIDO PARA LA PROTECCION CATODICA

Para la evaluación del número de ánodos necesario para la protección catódica, se requiere de los siguientes datos $

1.- RESISTIVIDAD DEL MEDIO CORROSIVOEn áste caso el electrólito es agua, y tiene una Resis­tividad promedio de 200 Ohm - Cm.

2.- DENSIDAD DE CORRIENTEÉste dato es tomado de la tabla III.a.2; y el valor recomendado es de 21 a 35 Miliampers.

Considerando que el equipo a proteger tiene un diámetro de envolvente de 30 Pulg. (76.2 Cm), y una longitud de tubos de 3 m., se tiene lo siguientes

CARACTERISTICAS DE DISEÑO DEL EQUIPOa).- Tipo dé equipos Tubo y corasa.b).- Arreglo de tubos: Triangular.c).- Separación entre centros de tubos (Pitch): 23.8125 mmd).- Diámetro de tuboss 19.05 mme).- Número de tubos requerido por las dimensiones del

equipo» 896 tubos (o).

1.- CALCULO DEL AREA DE LOS TUBOS

Área = 3.1416 x d x L x No. tubos

(o): Petro/Chem. Eng. May 1966 Pag. 66

130

L = 3 md * 19.05 nun = 0.01905 m No. de tubos = 8 96

Area = 3.1416 x 0.01905 x 3 x 896 Área = 160.87 m2

2.- CALCULO DEL AREA DE LA ENVOLVENTE

Area * 3.1416 x d x LL = 3 md = 76.2 Cm * 0.762 m

Area = 3.1416 x 0.762 x 3 Area = 7.18 b <;

Para el área total de la envolvente y demás accesorios a proteger, se considera un 20 pí del área de la envolvente ex­clusivamente, es decir»

Area = 7.18 x 1.20OArea = 8.616 m

3.- CALCULO DEL AREA TOTAL A PROTEGER

Area , = Area tubos + Area envolvente

Areey= 160.87 + 8.616 írea^= 169.486 m£

NUKSHO DE ANODOS REQUERIDO Densidad de Corriente necesaria = 35 Milismpere/m2

131

132

CORRIENTE NECESARIA PARA LA PROTECCION

35 Miliampers/m2 x 169.486 nr~=

= 5932 Miliampers

CORRIENTE DRENADA POR CADA ANODO

2500 Miliampers

EFICIENCIA DE OPERACION DEL ANODO DE MAGNESIO

50 a

N186 ERO REQUERIDO DE ANODOS

5932 Miliampers * 2500 Mliapers/Anodo = 2.3728 Anodos

NUMERO DE ANODOS CONSIDERANDO EFICIENCIA

- - - - - - = 4.7456 = 5 Anodosu • pu

De acuerdo a la figura V.3. Considerando la separación mínima de colocación entre ánodos, es decir» de 1.5 m y una eficiencia del 50 %, el nómero de ánodos requerido sería de seis; pero como es imposible considerar esa separación en el Cambiador de Calor, con cinco ánodos sería suficiente para asegurar la protección.

Además tampoco se consideraría una pérdida de eficiencia como lo marca la figura V.4, ya que como se mencionó, Iz se­paración de 1.5 « entre ánodos no puede ser posible.

2Area total a proteger = 169.486 m

133

REDUCCION DE LA CO RRIENTE DRENADA POR ANODO CO.

NECTADOS A V A R IA S D ISTANC IAS

NUMERO DE ANODOS POR GRUPO

PARKER E . MARSHAl l ANO THE Ott_ AND GAS JOURNAL CORROSION Y CONTROL, PAG I I 3 IN ST IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A L

E . S . I . Q I.E

T o t li Profesional PROTECC IO N CATODICA

EN CAM B. DE CALORAbrahom Estrado F

Pablo Sánchez H Fig V .3 M exDF

1 3 4

T esl« Pro fes ional

Abraham Estrada

PRO TECCIO N CATODICA

EN CAM B. D E CALOR

Pablo Sánchez H Fig V . 4 Mex D F

PO TENCIAL EN V O LT S CONTRA UN ELEC T R O DE CO_ B R E SULFATO DE COBRE

ANO QAS JOURNAL- CORROS ION YCONTROL, PAG No. 113

IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A L

E S . I .Q . I .E

O S -0 6 -0 7 -0 8

P O T E N C IA L T U B O - S U E L O

Cu l Cu s o 4

PARKER E MARSHALL ANO THE O IL

136

Las dimensiones e instalación de los ánodos son las mos­tradas en las figuras V.5f V.5-a, V.5.t> anexas.

20.32 Cm x 20.32 Cm x 10.16 Cm

Originando un volúmen de 4 195 Cm3

La densidad del magnesio es de 1.74 Gr/Cm3

Por lo que el peso del ánodo será de:

4 195 Cm3 x 1.74 Gr/Cm3 = 7.299 Kg.

Aproximándose a un ánodo comercial de 17 libras, equiva­lente a 7.718 Kg.

136

•3 7

D E T A L L E S PARA PROTECCION CONTRA CORROSION

6ALVAK1CA

138

D ET A LLES PARA PROTECCION CONTRA CORRO­

SION GALVANICA

PEM EX E S P G R A LES PARA C A M .61 A D O R E S D E C A L O R E - 2 0 1 O C T 28 OE 1977, R E V 2

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALP A G N o 7 D E SO E.S .I.Q.I.E

Tesis Profesional PROTECCION CATODICAAbraham Estrada F EN CAMB. DE CALORPablo Sánchez H Fig V.5, b Mex D F

139

BVALUACION ECONOMICA

1.- Antes de la protección»Cuando no se tiene idea de que un equipo puede pro-

gerse catódicamente, los pasos a seguir son»

a).- Alterar el diseño por un sobreespesor para absorber los desprendimientos de metal por corrosión.

b).- Como resultado de ello se tiene más peso en el equipo y aumento en el costo del mismo.

Como no hay forma de evitar la corrosión sucede lo siguien-

a).- Se pican los tubos» Para no utilizarlos normalmente se taponean originando que»

1.- Disminuya la transferencia de calor.2.- Mayor caída de presión.3.- Incremento de velocidad en los demás tubos.4.- Mayor consumo de energía para la transferencia.5.- Se incrementa la velocidad de corrosión.

b ) P o r lo anterior a cada taponamiento existen pérdidas por paros al hacer la reparación del equipo, utiliza­ción del personal, etc.

c).- En un caso crítico, la adquisición de un equipo nue­vo semejante al anterior.

d).- Normalmente un Cambiador de Calor en éstas condicio­nes, dura aproximadamente 5 años trabajando las 24 horas del día.

1 4 0

CA'JSA COSTO EN PS30S

1.— Por el Bobreespesor ¿ (3.175 mm mínimo).

2 . - Por desprendimiento de metal $3.- Por mayor consumo de energía $4.- Personal para hacer los ta­

ponamientos.4.a Cuatro obreros con sueldo de

8500.00 al día (considerando oue se hace en una semana). %

4.b Un supervisor con sueldo de>1 C00.00 al día $

4.c Un Ingeniero con sueldo de*2 000.00 al día %

4.d Paro en la producción poruna semana, (o) 3

Finalmente ;Depreciación del eouípo: 5 años Tiemno de operación: 24 Hr por día durante 365 dias.

Pérdida de capital debido a lafalta de protección $ 1 067 448.00

II.- Después de la protección:

Cuando se tiene conocimiento del fenómeno de corro­sión, al hacer el diseño del equipo, se instalan los ánodos de magnesio para efectuar la Protección Catódi­ca; ~¡or lo que no incluye ningún costo extra.

(o): Costo 8t>royim=.do, puée es difícil de poder evaluar.

12 447.80 (1)

20 000.00 ( 2 )

10 000.00 ( 3 )

10 000.00 5 000.00

10 000.00

1 000 000.00

141

Amortización del ecuínotlO añosTiempo de operación 24 Hr al día durante los 36$ días.Costo de cada ánodo (íiov. 1982), i 3000.00Húmero de ánodos requerido para la protección! 5 ánodos.Se considera que los ánodos traDajan con la misma eficien­cia durante la vida útil ael eauípo, es decir, 50

CAUSA COSTO EN PESOS

1.— Costo de los ánodos S 15 000.00

2.- Costo de los accesorios para la instalación de un ánodo* 2 0 0 0.0 0 ; de 5 ánodos i 10 0 0 0 .0 0

3 .- Costo por un sobredieeño en la estructura debido al peso originado por los cinco áno­dos.

3.a Peso de un ánodos 7.718 Kg3 .b Húmero de ánodos: 53.c Peso total: 7.718 Kg x 5

38.59 Kg.3.d Precio de la estructura $ 80 000.00 (4)

Costo total de la protección $ 105 000.00

FINALMENTE

COSTO ANTES DE LA PROTECCION $ 1 067 448.00

OOSTO TOTAL DESPUES DE LA PROTEC. $ 105 000.00

1.- (1): En un Cambiador de Calor de 3 m de longitud y una

142

envolvente de 76.2 Cm. de diámetro.

2.- (2): Es un costo aproximado, ya nue el desprendimiento de metal se ve influenciado ñor factores tales como veloci­dad, temneratura, oxígeno disuelto, etc.

3.- (3): Considerando oue es un vapor de baja presión, es de­cir, 4.57 Kg/Cm" y 156 °G, a un costo de i- 221.10 por tonela­da, y un consumo extra de 45 toneladas.

4.- (4)s Proporcionado por la Compartía Ecología S.A de C.V en Diciembre de 1932, ppra un eouípo de las dimensiones ya mencionadas.

En caso de proteger catódicamente al eouípo mediante co­rriente impresa, se deberá considerar el costo del Rectifi­cador y del ‘rransformador, así como también del electródo no consjmible, y par*3 el caso el electródo recomendado es el grafito.

Cálculo del grafito necesario nara proporcionar la corrien­te reaueríía para la orotección.

De acuerdo a la tabla III.9, el consumo de grafito es de 0.5 Kg/Ampere-Año.

Corriente reouerída nara la oroteccións 5.932 Amper.

Corriente reouerída de acuerdo a la eficiencia del ánodo de magnesios 50 56

5.932 Amper , --- = 12 AmnerU. 5Grafito requerido para 18 protección:

0.5 Kg/Amper-Ario x 12 Amper = 11.44 Kg/aflo

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CAPITULO VI

Se ha demostrado que la Protección Catódica en Cambiado­res de Calor, es un proceso en el cual se debe poner el in­terés necesario a fin de lograr disminuir los costos extras originados por sobreeespesores ó reemplazos a corto plazo de estos equinos.

C O N C L U S I O N E S

La Protección Catódica con ánodos de sacrificio es apli­cable solamente cuando las condiciones de espacio en los Cam­biadores de Calor permítan colocar el número de ánodos nece­sario para darnos una eficiente protección.

Cuando el minero de ánodos calculado reouiera de un espa­cio que no nuede proporcionar el equipo para su colocación, se aplica la Protección Catódica con Rectificadores de Co­rriente; utilizando para ello los llamados ánodos no consu­mibles .

El control adecuado de corrosión e incrustación en estos equíoos, se logra aplicando cualouier sistema de Protección Catódica disnoníole, aunado a un tratamiento del agua circu­lante.

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CAPITULO VII

Para la elaboración de nuevos diseños de equipos de trans­ferencia de calor, no hay mejor recomendación que la expe­riencia; sin embargo, es necesario tener conocimiento pleno de aspectos tales como velocidad de corrosiónj aeí como tam­bién de las diferentes formas existentes para retardar éste fenómeno.

RECOMENDACIONES PARA FUTUROS TRABAJOS

Con el fin de evitar la derrama de capital, los tiempos muertos, y como una ayuda para todas aquellas personas que se dedican al diseño de equipos de transferencia de calor, se sugiere:

Determinar las propiedades físicas y químicas de los flui­dos en cuestión á la temperatura considerada como crítica.

Hacer los diseños de los equipos con los esfuerzos máxi­mos permisibles, obtenidos a la temperatura de diseño.

No operar los equipos a condiciones superiores para las que fueron diseñados.

Obtener información de los tipos de corrosión que puedan tener efecto y la manera de como retardarlos.

Evitar al máximo los mantenimientos correctivos a cambio de mantenimientos preventivos; ya que de lo contrario redun­dará en la producción y como consecuencia en los costos.

No rebasar las velocidades permisibles dentro de los tu—

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bos (1 a 1.5 m/seg.), para no crear turbulencias y se presen­ten proDlemas de erosión y nosteriormente algún caso espe­cífico de corrosión.

Cuando se haga limpieza química dentro de los tubos con algún ácido, inmediatamente después hacer un baño con sosa para obtener un Indice de Saturación de aproximadamente (0.6) y de ésta manera anular cualquier indicio de corrosión antes de noner en servicio el eouípo.

Evitar al máximo los pares galvánicos dentro del equipo, cuando esto sea innevitable hacer uso de la Protección Catódi-C8>«

La aplicación de la Protección Catódica, no presenta nin­gún riesgo siempre y cuando se aplique la densidad de corrien­te necesaria para la protección, en base al área total de trans­ferencia de calor.

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Feb. de 1991

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Jul. 26, 1971

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