II. EFECTOS DEL MEDIO AMBIENTE EN LA CONSERVACIÓN DE BIENES Y EQUIPOS METÁLICOS

LA CORROSIÓN atmosférica, que es la causa más frecuente de la destrucción de metales y aleaciones, es posible únicamente cuando la superficie metálica está humedecida. El mecanismo de corrosión es de naturaleza electroquímica.

El electrolito es una capa de humedad que unas veces es extremadamente delgada e invisible y otras moja perceptiblemente el metal. La corrosión depende del tiempo en que esta capa permanece sobre la superficie metálica.

Los contaminantes gaseosos y sólidos potencian el efecto corrosivo de los factores meteorológicos. Así, el proceso de corrosión depende fundamentalmente de la humedad relativa del aire y de los contaminantes presentes en el mismo.

El cloruro de sodio (NaCl) y el dióxido de azufre (SO₂) son los principales contaminantes corrosivos en la atmósfera. El primero es un contaminante "natural" y llega a la atmósfera proveniente del mar (atmósfera marina). El SO₂ se encuentra en el aire, y es originado principalmente por la combustión de combustibles fósiles. Los niveles más altos de contaminación sulfurosa se registran en las áreas industriales (atmósfera industrial) y en las grandes ciudades (atmósfera urbana). El grado de contaminación salina depende de la distancia al mar. Más allá de unos pocos cientos de metros del borde del mar, la salinidad y la velocidad de corrosión suelen decaer ostensiblemente.

La humedad relativa es importante en el grado de corrosión atmosférica. El hierro desnudo no se corroe en zonas urbanas ni industriales con una humedad relativa (HR) ambiente menor de 70%. La humedad crítica está asociada con la naturaleza higroscópica del sólido contaminante presente, como la de los productos de corrosión. Sus valores oscilan entre el 50 y el 70% en el acero, cobre, níquel y zinc.

Las partículas de polvos en suspensión en la atmósfera, en conjunción con la humedad, forman celdas de corrosión por aireación diferencial en la superficie. A través de la absorción de SO₂ también pueden acelerar la corrosión en la zona de contacto con el metal.

Tanto la exposición directa como el resguardo de la lluvia pueden ser beneficiosos o perjudiciales. El agua de lluvia puede lixiviar inhibidores solubles de revestimientos protectores, así como productos de corrosión con características similares.

Otro tipo de contaminantes que pueden estar presentes en ciertas atmósferas son los vapores de ácidos orgánicos de tipo alifático (fórmico, acético, propiónico, etc.), originados por degradación de algunas maderas, plásticos, gomas y pinturas, y constituyen otra fuente de corrosión atmosférica. En atmósferas húmedas concentraciones muy bajas de estos compuestos, hasta de 0.1 partes por millón (ppm) resultan agresivas para algunos metales.

Afortunadamente, la que podríamos llamar "corrosión por vapor" se encuentra sólo en atmósferas confinadas (interior de equipos, envoltorios de embalaje, etcétera).

Por lo dicho hasta el momento, es evidente que la forma más efectiva de disminuir la corrosión atmosférica sería a través de la eliminación de las sustancias agresivas y en especial del SO₂. Como esto no puede realizarse en equipos y estructuras situados en zonas industriales, se requiere, por lo tanto, de técnicas de protección adecuadas. En interiores, el aire acondicionado mantenido continuamente puede asegurar una atmósfera filtrada, limpia y seca, con una humedad relativa baja, pero su interrupción (por ejemplo, durante la noche) puede causar condensación de agua con la consiguiente iniciación de la corrosión.

Cabe señalar que un material resistente al ataque de un determinado tipo de atmósfera no necesariamente será resistente a otra. Existen diferentes tipos de recubrimientos para proteger especialmente al acero de la corrosión atmosférica. Por otra parte, también hay metales y aleaciones que son muy resistentes. Así, los aceros inoxidables y el aluminio, que tienen buena resistencia a la corrosión en atmósferas industriales, urbanas y rurales, no la tienen en las marinas.

Pequeñas cantidades de aleantes como cobre, fósforo, níquel y cromo incorporados al acero aumentan considerablemente su resistencia a la corrosión atmosférica. Algunos aceros de este tipo son los llamados autopasivables, por formar con el medio películas protectoras, adherentes, de composición compleja. Por lo tanto, no requieren de recubrimientos de pintura, la principal protección contra la corrosión atmosférica utilizada para el acero. Estos aceros autopasivables se emplean en la construcción de puentes, estructuras para edificios, etc., pero no en interiores, ya que al abrigo de ciertos componentes atmosféricos no forman dichas películas pasivantes.

Para proteger al acero descubierto en lugares inaccesibles (embalajes, componentes internos de maquinaria, etc.) se usan inhibidores volátiles o en fase vapor. Los más comunes son el carbonato de ciclohexilamina (con gran poder inhibidor, pero de bajo tiempo de protección por su alta presión de vapor) y el nitrito de diciclohexamina. Estos compuestos actúan por evaporación lenta, depositándose sobre la pieza de acero como una película protectora. Sin embargo, algunos de ellos corroen los metales (cobre, zinc y cadmio) que pueden estar junto al acero. Su acción es efectiva si los envoltorios están sellados adecuadamente, si los componentes metálicos no se encuentran ya corroídos y si la presión parcial del inhibidor volátil es suficiente.

Un producto metálico o formado por partes metálicas, como maquinaria, instrumentos de precisión, aparatos ópticos, aparatos eléctricos y electrónicos y otros muchos, puede sufrir daños por corrosión durante el transporte y almacenamiento, antes de ser utilizado, a menos que se proteja adecuadamente en los ambientes húmedos, con altas temperaturas y niveles de contaminación, en los que puede situarse temporalmente. El daño puede convertirlo en un producto totalmente inadecuado o, simplemente, puede crear problemas estéticos. En cualquier caso, la comercialización del producto se dificulta. La exportación de artículos supone, a menudo, largo tiempo de transporte y almacenamiento. El peligro de daño por corrosión existe sobre todo en los envíos por vía marítima. Una inadecuada protección puede echar por tierra los mayores y más cuidadosos esfuerzos de producción.

En general, puede producirse corrosión en el lapso que media entre la fabricación y utilización de un equipo por las siguientes causas: a) una contaminación con productos corrosivos durante el procesado y manejo, b) el uso de materiales de embalaje que contengan sustancias corrosivas, y c) una protección inadecuada contra la corrosión atmosférica.

Las características del medio ambiente que actúan sobre los embalajes durante su manejo, almacenamiento y transporte son, en general, considerablemente mayores que las que actúan sobre los mismos productos metálicos. Con el fin de disminuir los daños provocados por estas influencias ambientales, deben adoptarse técnicas de embalaje adecuadas y de protección temporal contra la corrosión. Esta protección se consigue normalmente de la siguiente manera: a) mediante la regulación del clima, ventilación, deshumidificación, etc., b) mediante la utilización de sustancias anticorrosivas, que producen películas protectoras, c) mediante embalajes adecuados, utilizando papeles impregnados con inhibidores de corrosión, desecantes o productos inhibidores volátiles de corrosión, y d) mediante la utilización simultaea de alguno de los métodos anteriores (figuras II.1 y II.2)

El efecto del medio ambiente en la vida de los automóviles es otro ejemplo de la influencia del medio ambiente sobre la conservación de bienes metálicos. La crisis económica y el aumento en los precios han convertido al automóvil en un bien duradero. Las estadísticas muestran que la edad media del parque de automóviles se está elevando en muchos países. Por otro lado, el deterioro por corrosión de la estructura del vehículo aumenta las posibilidades de accidentes. La corrosión puede afectar a partes vitales, como los elementos de dirección, suspensión y sistema de frenos.

La presencia de contaminantes en el aire (especialmente SO₂ y cloruros) repercutan de manera decisiva tanto en la corrosión cosmética como en la corrosión perforante y en la estructura del automóvil. La corrosión del vehículo es muy sensible a la cantidad de cloruros de las atmósferas marinas y de sal añadida a las carreteras en lugares fríos. La presencia de cloruros incrementa los peligros de corrosión en resquicios y la formación de picaduras, y acelera el deterioro de los recubrimientos de pintura, así como del metal subyacente.

El progreso de la corrosión depende de las circunstancias ambientales del lugar donde se utiliza el coche (Figura II.3). Las mayores corrosiones ocurren en el norte y centro de Europa y en la región noreste de Estados Unidos, debido a la gran cantidad de productos químicos para derretir la nieve utilizados en estas áreas durante el invierno. Las áreas señaladas en el mapa de la figura II.3 también son muy corrosivas, y corresponden a atmósferas calientes, húmedas y salinas. La corrosión es moderada en otras áreas. Las condiciones ambientales altamente corrosivas coinciden con las áreas donde se utiliza una mayor cantidad de automóves.

Figura II.3. La corrosión depende de la parte del mundo donde se utiliza el coche.

El microclima que se forma dentro de un coche tiene también gran importancia en su conservación. La HR depende de la temperatura del aire, de modo que cuanto menor sea ésta tanto menor será la cantidad de agua que el aire puede contener sin condensarla. Por esta razón se forman gotas de humedad sobre el parabrisas al introducir un coche frío en un garaje caliente: el aire de éste se enfría en contacto con la superficie externa del cristal, condensando la humedad. Por el contrario, la humedad se condensa dentro del coche si se saca éste del garaje en tiempo frío: la humedad del aire dentro del coche es ahora la que se condensa sobre la superficie interior del parabrisas y de los paneles de la carrocería rápidamente enfriados. De esta manera pueden llegar a acumularse cantidades notables de agua dentro del coche, debajo del tapizado. Algunas veces el metal se perfora en tan sólo dos años si el coche se guarda en un garaje húmedo, mal ventilado, y se somete a frecuentes lavados.

En sitios muy fríos la corrosión de los coches es mayor dentro de los garajes calientes y húmedos que en la calle, donde, al congelarse la humedad, el proceso corrosivo se detiene.

Cuando el pavimento está mojado, el agua lanzada a gran velocidad por las ruedas del coche contra la propia superficie metálica (figura II.4) produce minúsculas gotas de agua que forman una especie de niebla. Debido a pequeños cambios de presión, esta niebla es arrastrada dentro de los cuerpos huecos interconectados, depositando en ellos las sales disueltas y agregados insolubles que favorecen la corrosión.

Figura II.4 La pulverización producida por las ruedas delanteras es aspirada dentro de la estructura (cuerpo hueco) del coche.

El tipo de corrosión más común en los coches es una combinación de corrosión en resquicios y de ataque bajo depósito. Los resquicios y depósitos de polvo y barro retienen la humedad mucho más tiempo que el resto de la superficie, lo que favorece la actuación de pilas de aireación diferencial. Estos resquicios se producen invariablemente en las uniones entre planchas metálicas, en los refuerzos de la carrocería y en diversos puntos de fijación, por lo cual es imposible evitarlos en la soldadura por puntos. El polvo de la carretera, la suciedad y la humedad se acumulan en cabidades y resquicios (Figura II.5) y dentro de los miembros de refuerzo de la estructura. Las concavidades, perfiles en U mirando hacia arriba o ángulos frente a nerviaciones son lugares en que se amontona la suciedad que causa el ataque bajo depósito. El volumen de agua lanzado por las ruedas está asociado a agregados insolubles y barro que se depositan en estratos en los bajos del coche, los cuales solidifican sobre los faros delanteros y los montajes de las luces laterales, y en el umbral y soporte de las luces delanteras. El uso de sales de deshielo durante el invierno crea problemas adicionales muy graves para la durabilidad y seguridad del vehículo.

EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA EN LA VIDA DE LOS RECUBRIMIENTOS PROTECTORES

Para proteger los metales expuestos a la atmósfera, se recurre a menudo a las aplicaciones de recubrimientos, que pueden ser de distinta naturaleza: de pintura, metálicos, de conversión, etc. La capacidad protectora de estos recubrimientos disminuye con el tiempo en función de una serie de variables, entre las que ejerce un papel principal la contaminación atmosférica. Por lo tanto, para el proyecto de un sistema de protección es de gran utilidad disponer de datos cuantitativos sobre el efecto de la contaminación atmosférica en la vida del recubrimiento protector. Desafortunadamente, esta información es escasa.

Así como el efecto de los contaminantes en la corrosión de metales desnudos ha sido extensamente experimentado, son muy reducidos los trabajos en que se plantee el establecimiento de relaciones cuantitativas entre las variabIes de contaminación y el comportamiento del recubrimiento protector.

En general, la información disponible revela la intervención decisiva de los contaminantes en la durabilidad del recubrimiento protector. A continuación haremos referencia únicamente a dos recubrimientos típicos para la protección del acero: pintura y galvanización en caliente. Aunque existe poca información cuantitativa sobre el efecto de la contaminación en el comportamiento de estos recubrimientos, nos interesa mostrar la importancia de sus efectos y la necesidad de tenerlos en cuenta.

Al igual que en la corrosión atmosférica de los metales desnudos, el comportamiento de los recubrimientos de pintura expuestos a la atmósfera depende del tiempo de humectación de la superficie pintada y de la contaminación ambiental. No obstante, a diferencia del metal desnudo, la estabilidad de los sistemas de pintura puede verse afectada en grado importante por otros factores, como la acción de la luz solar (en particular la radiación ultravioleta), el ozono, la acción microbiológica, el desgaste por erosión, etc., cuya importancia no ha sido totalmente dilucidada.

No contamos con muchos datos experimentales sobre el efecto de las variables climáticas en la vida de los recubrimientos de pintura aplicados al acero. Se ha señalado (Bibliografía, 1-5) la importancia de la cantidad de lluvia y, posiblemente, del tiempo de humectación, así como de la presencia de contaminantes en la atmósfera (SO₂, cloruros, ozono, etc.). El cuadro II.1 muestra cómo se reduce la vida de un sistema de pintura al pasar de una atmósfera rural a otra urbana de moderada contaminación sulfurosa. El cuadro II.2 reproduce los resultados de una encuesta realizada por Keane (6) en los departamentos de obras públicas de los diferentes estados norteamericanos. Se observa que la durabilidad del recubrimiento de pintura decrece marcadamente conforme aumenta la agresividad atmosférica. En otro intento de relacionar la contaminación atmosférica con la duración del sistema de pintura, el cuadro II.3 presenta los resultados de un estudio que el Centro Nacional de Investigaciones Metalúrgicas de Madrid, España, realiza en la actualidad (7), y que confirma el efecto de la agresividad ambiental en el deterioro del recubrimiento de pintura. En este sentido, es de particular importancia la contaminación por cloruros (atmósfera marina).

CUADRO II.1. Efecto de la contaminación, principalmente por SO₂, en la duración de un sistema de pintura alcídico con cromato de zinc, de 80 micras de espesor (8).


*Tipo de atmósfera*	*Duración del recubrimiento (en años)*

Rural (Falhult, Suecia)	10
Urbana (Estocolmo)	8

CUADRO II.2. Resultados de una encuesta realizada a los departamentos norteamericanos de obras públicas sobre la durabilidad de los sistemas de pintura en las diferentes atmósferas.


*Tipo de atmósfera*	*Durabilidad del sistema de pintura (número de respuestas)*

	10 años	7-9 años	4-6 años	1-3 años

Normal	21	12	3	-
Seca	12	3	1	-
Húmeda	3	4	8	3
Urbana o industrial	6	8	4	1
Marina o química	-	4	9	9

CUADRO II.3. Variación con el tiempo del grado de oxidación del sistema clorocaucho en distintas atmósferas. Preparación de superficie BSt 2. Espesor de película: 60 micras.


*Tipo de atmósfera*	*Agresividad atmosférica (corrosión de metales desnudos)*		*Grado de oxidación de la superficie pintada (% superficie oxidada)*

	Acero, mm/año	Zinc,mm/año	Primer año	Segundo año

Rural	14.7	0.94	0	0
Urbana	27.9	0.78	0	0
Industrial	52.7	2.05	0	0.3
Marina	62.6	4.13	1	16

Los recubrimientos de zinc, que se realizan generalmente mediante la inmersión en caliente, son, después de los recubrimientos de pintura, los más utilizados en la protección anticorrosiva de grandes estructuras de acero. Puede obtenerse una idea del desgaste medio de este recubrimiento metálico a partir de los datos sobre corrosión del zinc en la atmósfera (Cuadro II.4), sobre los cuales existen abundantes referencias (8).

CUADRO II.4. Velocidades representativas de la corrosión del zinc en distintas atmósferas.


*atmósfera*	*Corrosión (micras/año)*

Rural	0.8	—.1.2
Urbana	1	—.2
Industrial	2	—10
Marina	4	—14

Es muy importante relacionar la vida del recubrimiento con el cociente entre el espesor de la capa de zinc y su velocidad de corrosión. Sin embargo, el ataque no progresa uniformemente, por lo que cabe esperar la desaparición (perforación) del recubrimiento en unos puntos cuando en otros queda todavía un espesor apreciable de zinc. Aunque el zinc contiguo al área descubierta aporta todavía protección catódica al acero, la desaparición local del recubrimiento marca el inicio de una etapa peligrosa para la futura integridad del acero base. Por ello, este momento puede ser considerado como el límite práctico de la vida del recubrimiento protector. Para conocer el tiempo que transcurrirá hasta la perforación del recubrimiento necesitaríamos poseer información acerca de la relación (R) entre la profundidad de las picaduras más profundas y la penetración media del ataque, información que no se obtiene con facilidad. En una investigación realizada en Estados Unidos (9) se han encontrado los siguientes valores:


Atmósfera	Corrosión media (en micras/año)	Valor de (R)

Fuertemente marina (Kure Beach)	3.9	4
Marina (Punta Reyes)	1.4	9
Industrial (Newark)	3.5	1.3

Estos valores parecen apuntar hacia valores normales de tres y mayores para la relación (R). En este caso el ataque corrosivo perforará la capa de zinc en tiempos del orden de un tercio, y aun menores de los calculados, en el curso de un ataque uniforme.

6. J. D. Keane, "Protective coatings for highway strucral steel",

NCHRP

Report núm. 74, 1969. SSPC, Pittsburgh.

8. S. Felíu y M. Morcillo, Corrosión y protección de los metales en la atmósfera, Ed. Bellaterra, Barcelona, 1982.

9. S. R. Dunbar y W. Showak; Atmospheric Corrosion, W.H. Ailor (comp.), John Wiley, Nueva York, 1982.