I. INCIDENCIA DE LA CORROSI�N SOBRE EL MEDIO AMBIENTE

EN LOS �ltimos a�os se ha dado gran atenci�n a los cada vez mayores problemas que presenta la corrosi�n met�lica, provocados por el progresivo deterioro del medio ambiente. Numerosos trabajos han puesto de relieve la influencia de la contaminaci�n atmosf�rica, especialmente en zonas urbanas e industriales, sobre la velocidad de corrosi�n de diferentes materiales. Los estudios han incidido en la relaci�n que la contaminaci�n del medio ambiente ejerce sobre la corrosi�n. En cambio, se ha dedicado mucha menos atenci�n a la relaci�n inversa, el efecto que la corrosi�n tiene sobre el medio ambiente. Esto podr�a ser debido a que la acci�n de la corrosi�n sobre el medio ambiente suele presentarse de una manera menos general, con efectos m�s puntuales, tanto en su localizaci�n como en el tiempo, si bien casi siempre revestidos de gravedad. Por otra parte, la misma naturaleza de este tipo de problemas hace que en ellos se encuentren comprometidos t�cnicos como ingenieros de proceo o jefes de seguridad, la mayor�a de las veces poco interesados en los fen�menos de corrosi�n. Cabe se�alar aqu� las propuestas realizadas con anterioridad (1) con el objeto de mejorar la formaci�n de recursos humanos en corrosi�n.

En este cap�tulo se hace una breve revisi�n de los caminos a trav�s de los cuales la corrosi�n act�a sobre el medio ambiente, as� como de los efectos provocados por esta acci�n. Al final se presenta una breve descripci�n de dos casos significativos, la fuga de gas t�xico que tuvo lugar en Bhopal, India y de un problema de corrosi�n que afecta a las centrales nucleares del tipo BWR, como ejemplo de lo tratado en el cap�tulo.

Analizando aquellos sectores en los cuales pueda tener m�s repercusi�n la corrosi�n sobre el medio ambiente, se pueden seleccionar los correspondientes a las centrales nucleares, la extracci�n de petr�leo y la industria qu�mica.

En relaci�n con los dos primeros, existe muy poca informaci�n publicada sobre casos en los cuales la corrosi�n haya sido la causa directa de la fuga de radiactividad o de hidrocarburos, respectivamente.

En el caso de las centrales nucleares, el estricto control de los materiales y componentes, as� como el relativamente peque�o n�mero de instalaciones y una cierta tipificaci�n en las mismas podr�an explicar este hecho. Recientemente se ha efectuado una revisi�n de los problemas que afectan a las centrales nucleares del tipo BWR (agua en ebullici�n). (2)

En el caso de las plataformas marinas de explotaci�n de petr�leo, si bien los accidentes son m�s numerosos (3) y muchos de ellos ocasionan fugas de crudo, sus causas suelen ser ajenas a la corrosi�n (errores humanos, fallas estructurales debidas a tempestades, etc�tera).

Es en el sector qu�mico, pues, donde la corrosi�n ha tenido una mayor repercusi�n. Sin embargo, es dif�cil reunir datos estad�sticos significativos sobre cu�les son los tipos o formas de corrosi�n que con m�s frecuencia han intervenido en estos casos. No obstante, puede suponerse que la frecuencia es pr�cticamente la misma que la existente en los casos usuales de corrosi�n en las plantas qu�micas, la cual s� se conoce aunque de manera aproximada. Gavelli y colaboradores (4) han estudiado 1 115 casos del banco de datos sobre corrosi�n del Instituto Guido Donegani, y han encontrado la siguiente distribuci�n:


*Tipo de corrosión*	%

Corrosión bajo tención	21
Corrosión uniforme	20
Corrosión - fatiga	18
Corrosión por picaduras	10
Corrosión - erosión	7
Corrosión en hendiduras	6
Corrosión a alta temperatura	6
Fluencia	4
Corrosión intergranulada	3
Fragilización por hidrógeno	1
Corrosión galvánica	1
Otros casos	3

En lo que se refiere a las causas por las cuales aparecen diferentes modalidades de corrosi�n, es m�s dif�cil encontrar datos. Las m�s usuales, sin embargo, parecen ser:

M�s concretamente, las razones que han causado accidentes con impacto ambiental originados por la corrosion han sido, con mayor frecuencia:

—falta de seguimiento del manual de operaciones, sobre todo en el arranque y en las paradas.

Debido a la gran variedad de industrias presentes en el sector qu�mico, el impacto ambiental puede tener diferentes grados y caracter�sticas. Ahora bien, es evidente que su primera manifestaci�n es la fuga de un gas o de un l�quido.

Las consecuencias de esta fuga depender�n de las propiedades del fluido. Si �ste es combustible, ocasionar� f�cilmente un incendio o la formaci�n de una nube inflamable, con posterior explosi�n. Si es t�xico, puede formar una nube o simplemente difundirse en el aire (5). Las diferentes posibilidades han sido esquematizadas en la figura I.1, en forma simplificada.

Las consecuencias finales, as�, consisten en la fuga al ambiente de calor o productos de diversa toxicidad. En ocasiones puede formarse una nube, dependiendo de las condiciones hidrodin�micas de la fuga, que si es inflamable producir� probablemente una explosi�n, y si es t�xica y de densidad parecida o superior a la del aire puede tener consecuencias graves para la poblaci�n.

En un cierto n�mero de casos, y sobre todo en las plantas qu�micas, la corrosi�n puede provocar o contribuir a provocar accidentes que tengan una grave repercusi�n sobre el medio ambiente. Estos accidentes suelen ser de corta duraci�n, pero de gran intensidad. Adem�s de las p�rdidas materiales, las consecuencias sobre la poblaci�n pueden ser fatales o de larga duraci�n.

As�, es evidente la necesidad de extremar la prevenci�n de la corrosi�n en aquellas plantas que, por el grado de peligrosidad de los productos en ellas procesados o por el almacenamiento de los mismos, sean susceptibles de sufrir este tipo de accidentes. Esta prevenci�n, presente muchas veces en el dise�o inicial, se reduce cuando la planta experimenta modificaciones tanto estructurales como de operaci�n que no son acordes con los requisitos de seguridad iniciales.

El 3 de diciembre de 1984 tuvo lugar en la India un accidente de triste memoria en la opini�n p�blica mundial. Se presentan a continuaci�n algunos detalles referentes al mismo, como un ejemplo de c�mo un problema de corrosi�n puede tener un enorme impacto ambiental, en este caso al causar una fuga de gas t�xico.

El accidente tuvo lugar en un dep�sito enterrado, el cual dispon�a de protecci�n cat�dica para evitar la corrosi�n externa, construido de acero inoxidable tipo 304, de acuerdo al c�digo ASME (American Society of Mechanical Engineers) para productos letales. Su contenido eran 40 000 kg de metil isocianato (MIC), con el cual entraron en contacto entre 700 y 1 400 kg de cloroformo, debido a una mala destilaci�n, as� como de 400 a 900 kg de agua, de manera desconocida (Informe Bhopal). (6) Se produjo una lenta reacci�n exot�rmica (desprendimiento de calor con el consiguiente aumento de la temperatura) al entrar en contacto el MIC y el agua. El aumento de la temperatura provoc� una mayor corrosion de las paredes del recipiente, y el hierro proveniente de la reacci�n de disoluci�n (corrosi�n) cataliz� la reacci�n de trimerizaci�n del MIC, la cual tambi�n es de naturaleza exot�rmica, dando lugar a un aumento considerable de la temperatura, hasta valores probablemente cercanos a los 200 �C, y de la presi�n (valores superiores a los 4.5 bars). Este incremento provoc�, a 3.7 bars, la rotura del disco de ruptura, abri�ndose la v�lvula de seguridad, la cual permaneci� abierta durante unas dos horas. La instalaci�n de lavado de gases no funcion� correctamente, con el agravante de que la antorcha que hab�a en la planta para el quemado de los eventuales gases de salida estaba desmontada por mantenimiento. El resultado fue que aproximadamente 23 000 kg de MIC en forma l�quida y en vapor fueron emitidos a la atm�sfera.

En el residuo s�lido que qued� en el dep�sito (50% de trimero) hab�a un 0.18 a 0.26% de sales de hierro, cromo y n�quel. Estos elementos se encontraban presentes aproximadamente en la misma proporci�n que en el acero inoxidable de que estaba construido el dep�sito. En total hab�a unos 9 kg de estos metales en el residuo s�lido.

Experimentos llevados a cabo en el laboratorio despu�s del accidente dieron los resultados siguientes:


*mezcla*	*temperatura mm/año*	*velocidad de erosión*

MIC con 18 % cloroformo y 2-7% agua	100° C		0.25-0.50
MIC con 18 % cloroformo y 2-7% agua	200° C		43-89
MIC con 16 % cloroformo	ambiente		0.0046
MIC con 2.5 % cloroformo	ambiente		0.001
MIC con 0.5 % cloroformo	ambiente		0

Como puede verse en el cuadro anterior; el problema fue causado por la presencia de agua y un incremento significativo de la temperatura, debido precisamente a la misma presencia del agua, cuyo origen no fue esclarecido en el informe de las causas del accidente. [Tomado de Bhopal Methyl Isocyanate Incident Investigation Team Report, Union Carbide Corporation. Danbury, Conn. (1985).]

Las fallas por agrietamiento intergranular bajo tensi�n (IGSCC) en aceros inoxidables del tipo 304 y 316 son muy comunes en ciertos componentes de sistemas empleados para la transformaci�n de energ�a. En la segunda mitad de la d�cada de los setenta aparecieron serios problemas relacionados con el agrietamiento intergranular bajo solicitaci�n mec�nica en tuber�as de aceros inoxidables 304 y 316, empleadas en reactores nucleares del tipo de agua en ebullici�n (BWR). Las fallas se localizaban espec�ficamente en las zonas afectadas por el calor resultante de un proceso de soldadura.

Se ha demostrado, a trav�s de una investigaci�n exhaustiva sobre las causas de estas fallas, que son el resultado de la interacci�n de tres factores: a) un esfuerzo de tensi�n (cercano al esfuerzo de procedencia), b) el medio acuoso, y c) la presencia de carburos de cromo precipitados a lo largo de los bordes de grano austen�tico de un acero inoxidable. Esta precipitaci�n deja, por lo general, zonas empobrecidas en cromo, las cuales son susceptibles de ser atacadas severamente en el medio en que se encuentra la aleaci�n.

El ambiente de los reactores de agua en ebullici�n (BWR) consiste esencialmente de agua pura con un contenido de ox�geno que oscila entre 0.2 y 0.8 mg/1 a una temperatura de 289 �C. Cuando el sistema se encuentra a temperaturas m�s bajas, esto es, durante periodos de arranque y paro, el nivel de ox�geno puede llegar al nivel m�s alto del intervalo indicado. Se ha comprobado que al aumentar el contenido de ox�geno disuelto, el resultado es un incremento en la corrosi�n intergranular bajo esfuerzo.

Se puede producir una microestructura sensibilizada en la misma secci�n plana del tubo cuando �ste es unido a otro mediante soldadura. El material que se encuentra en una zona paralela, pero no adyacente al cord�n de soldadura, es usualmente expuesto al intervalo de temperatura cr�tico de 430 a 870 �C. Bajo estas condiciones, puede tener lugar una precipitaci�n mixta de carburos de cromo y hierro en los l�mites de grano austen�tico, siendo �stos de preferencia ricos en cromo. Sin embargo, se ha demostrado en ensayos de laboratorio que se pueden producir cantidades significativas de carburos de cromo precipitados a temperaturas tan bajas como 289 �C, que corresponde a la temperatura normal de operaci�n de los reactores del tipo BWR. La condici�n necesaria para que esta precipitaci�n ocurra es que deben existir de antemano algunos precipitados de carburo de cromo que sirvan como n�cleos. Estos pueden formarse previamente durante la soldadura o bien estar ya presentes en piezas que no hayan sido recocidas de manera adecuada durante el proceso del conformado.

Durante las inspecciones de servicio a que son sometidos los sistemas y circuitos de las centrales nucleares de potencia se han detectado grietas en algunos lugares muy espec�ficos. La aparici�n de grietas en las tuber�as de acero inoxidable austen�tico en los reactores tipo BWR ha tenido lugar desde la introducci�n de la primera planta comercial. Las grietas se localizan en la zona de calor afectada por la soldadura en las tuber�as de aceros 304 y 316, debido a un mecanismo de corrosi�n intergranular bajo tensi�n (IGSCC). Aunque tambi�n se han detectado grietas en las centrales de agua a presi�n (PWR), en �stas la incidencia ha sido menor, ya que los componentes afectados en este caso son casi siempre del circuito secundario, y tienen una menor repercusi�n en la seguridad del reactor.

Los primeros problemas aparecieron en 1965, en la central nuclear Dresde I, al observarse una fuga en las l�neas de seis pulgadas del by-pass de recirculaci�n del agua del reactor; fabricado con acero austen�tico tipo 304.

Desde entonces se han registrado numerosos casos, cada vez m�s en l�neas mayores. Algunos de los m�s significativos, seg�n el informe de la Comisi�n Nuclear Reguladora (NUREG CR-2541, febrero de 1982), son :

1974: En l�neas de cuatro pulgadas del by-pass de recirculaci�n. Dresde II, Quad Cities II. En l�neas de 10 pulgadas de las l�neas de inyecci�n del reactor; del sistema de refrigeraci�n de emergencia del n�cleo. Dresde II.

1978: En las ocho toberas de 10 pulgadas del sistema de recirculaci�n. Duane Arnold. En l�neas de 14 pulgadas del sistema de recirculaci�n. Grundemmingen.

Desde julio de 1979, el n�mero de incidentes debidos a grietas en las tuber�as se ha incrementado significativamente a nivel mundial. Adem�s, las grietas han aparecido tambi�n en tuber�as de di�metros cada vez mayores, pero siempre de los mismos materiales, aceros inoxidables 304 y 316. En algunas centrales nucleares las grietas han aparecido de manera extensiva.

A partir de 1975 se observaron fisuras de este tipo (IGSCC) en las l�neas de los sistemas de recirculaci�n, core spray de limpieza de la vasija y de accionamiento de las barras de control, en algunos casos incluso en tuber�as de di�metro elevado, 24 pulgadas, as� como en las piezas de transici�n de las tuber�as con las toberas de la vasija del reactor.

En la figura I.2 se presenta una comparaci�n de los incidentes debidos a grietas en tuber�as durante el periodo 1979-1983. Con el nombre de incidente debido a una grieta entendemos la identificaci�n de las mismas basada en ex�menes llevados a cabo mediante ultrasonidos, l�quidos penetrantes, metalograf�a destructiva o el reporte de fugas. Los sistemas de tuber�as afectados en los reactores tipo BWR incluyen las l�neas de recirculaci�n, eliminaci�n del calor residual, limpieza del reactor; condensador de aislamiento y sistema de retorno de las barras de control. Los di�metros de las tuber�as afectadas oscilan entre las 3 y las 28 pulgadas (75 y 710 mm).

A la vista de la importancia del tema, todos los implicados acometieron el estudio del problema, llegando a crearse incluso un Pipe Crack Study Group por la Nuclear Regulatory Comission (NRC) en 1975, cuyos objetivos primordiales eran los siguientes:

—Hacer recomendaciones a las plantas a nivel de dise�o o de construcci�n, tendientes a la eliminaci�n total del problema o a su reducci�n.

El tema fue incluido en la lista de asuntos de seguridad no resueltos (Unresolve Safety Issues, USI) con el n�mero A-42.

Tanto la NRC como la General Electric, el principal Licenciatario de los BWR, publicaron sus primeras conclusiones en 1975, en la elaboraci�n de las cuales intervino tambi�n el Electric Power Research Institute (EPRI), principal asociaci�n de propietarios de centrales nucleares de potencia.

Tras estos estudios se concluy� que la mayor�a de los defectos eran grietas, debidas a corrosi�n intergranular bajo tensi�n (IGSCC), que afectaban principalmente a la zona afectada t�rmicamente de las soldaduras de los aceros inoxidables austen�ticos, con especial incidencia en el tipo 304.

Se estableci� que para la existencia de este fen�meno era necesario que confluyeran simult�neamente tres factores esenciales:

El informe Nureg 531, Investigation and Evaluation of Stress Corrosion Cracking in Piping of Light Water Reactor Plants, publicado en febrero de 1975, recomienda medidas dirigidas a reducir cada uno de estos factores en la mayor medida posible. Los estudios se dirigieron a resolver estos problemas por separado, aunque la soluci�n m�s eficaz ser�a atenderlos todos a la vez.

Paralelamente, el proyectista (General Electric) modific� su dise�o eliminando aquellos puntos de remanso en los que pudieran acumularse las impurezas y cambiando los materiales austen�ticos del tipo 304 por otros no susceptibles a la corrosi�n intergranular; as� como desarrollando t�cnicas para mejorar el rendimiento de los ya instalados.

Los esfuerzos dedicados a solucionar los dos primeros factores han sido fruct�feros, llegando incluso a poder retirar el tema de la lista de asuntos no resueltos de la NRC, tras la publicaci�n del informe Nureg 0313 Rev. 1, octubre de 1979: Technical Report on Materials Selection and Processing Guidelines for BWR Coolant Pressure Boundaring Piping, que recoge las conclusiones y recomendaciones finales de la NRC (7).

1. J. Genesc� y J. �vila, "Aspectos socioecon�micos de la corrosi�n", Informaci�n Cient�fica y Tecnnol�gica (CONACYT). 10 (137) 97-49(1988)

2. J. Genesc� y J. �vila, "Corrosi�n de aceros inoxidables austen�ticos", en Revista de Corrosi�n (AMIC), 3(7)23(1992).

4. G. Gavelli, C. Scala y V. Colombari, Reliability of Engineering Materials, Eds. A. L. Smith, Butterworths, Londres, 1982, p.115.

5. A. Romano, N. Piccinini y G. C. Bello, Ingenier�a qu�mica, pp. 200, 211, 1985.

6. Bhopal Methyl Isocyanate Incident Investigation Team Report, Union Garbide Gorporation, Danbury, Gonn., 1985.

Para mayor informaci�n sobre el tema, cons�ltense las siguientes publicaciones:

7. J. C. Danko, "Boiling water reactor research on pipe cracking", en Materials Performance 24 (5), pp. 14-17, 1985; "Corrosi�n en la industria nuclear", n�mero monogr�fico de la Revista Iberoamericana Corrosi�n y Protecci�n 16 (1), enero-febrero 1985, que incluye: A. Sala y C. Ranniger "Acciones contra la corrosi�n intergranular bajo tensi�n en reactores de agua en ebullici�n", pp. 17-22; F. Casas, "Influencia de la qu�mica del agua en la corrosi�n intergranular en sistemas de reactores de agua en ebullici�n", pp. 23-25; J. A. Rescalvo y E. Naval, "Agrietamientos intergranulares por corrosi�n-tensi�n en BWRs. Causas, mecanismos y remedios", pp. 28-32, y A. Portol�s, J. R. Ibars y C. Ranniger; "Influencia de los tratamientos t�rmicos en la corrosi�n de los aceros inoxidables austen�ticos estabilizados con titanio", pp. 33-40.