II. EFECTOS DEL MEDIO AMBIENTE EN LA CONSERVACI�N DE BIENES Y EQUIPOS MET�LICOS
LA CORROSI�N atmosf�rica, que es la causa m�s frecuente de la destrucci�n de metales y aleaciones, es posible �nicamente cuando la superficie met�lica est� humedecida. El mecanismo de corrosi�n es de naturaleza electroqu�mica.
El electrolito es una capa de humedad que unas veces es extremadamente delgada e invisible y otras moja perceptiblemente el metal. La corrosi�n depende del tiempo en que esta capa permanece sobre la superficie met�lica.
Los contaminantes gaseosos y s�lidos potencian el efecto corrosivo de los factores meteorol�gicos. As�, el proceso de corrosi�n depende fundamentalmente de la humedad relativa del aire y de los contaminantes presentes en el mismo.
El cloruro de sodio (NaCl) y el di�xido de azufre (SO2) son los principales contaminantes corrosivos en la atm�sfera. El primero es un contaminante "natural" y llega a la atm�sfera proveniente del mar (atm�sfera marina). El SO2 se encuentra en el aire, y es originado principalmente por la combusti�n de combustibles f�siles. Los niveles m�s altos de contaminaci�n sulfurosa se registran en las �reas industriales (atm�sfera industrial) y en las grandes ciudades (atm�sfera urbana). El grado de contaminaci�n salina depende de la distancia al mar. M�s all� de unos pocos cientos de metros del borde del mar, la salinidad y la velocidad de corrosi�n suelen decaer ostensiblemente.
La humedad relativa es importante en el grado de corrosi�n atmosf�rica. El hierro desnudo no se corroe en zonas urbanas ni industriales con una humedad relativa (HR) ambiente menor de 70%. La humedad cr�tica est� asociada con la naturaleza higrosc�pica del s�lido contaminante presente, como la de los productos de corrosi�n. Sus valores oscilan entre el 50 y el 70% en el acero, cobre, n�quel y zinc.
Las part�culas de polvos en suspensi�n en la atm�sfera, en conjunci�n con la humedad, forman celdas de corrosi�n por aireaci�n diferencial en la superficie. A trav�s de la absorci�n de SO2 tambi�n pueden acelerar la corrosi�n en la zona de contacto con el metal.
Tanto la exposici�n directa como el resguardo de la lluvia pueden ser beneficiosos o perjudiciales. El agua de lluvia puede lixiviar inhibidores solubles de revestimientos protectores, as� como productos de corrosi�n con caracter�sticas similares.
Otro tipo de contaminantes que pueden estar presentes en ciertas atm�sferas son los vapores de �cidos org�nicos de tipo alif�tico (f�rmico, ac�tico, propi�nico, etc.), originados por degradaci�n de algunas maderas, pl�sticos, gomas y pinturas, y constituyen otra fuente de corrosi�n atmosf�rica. En atm�sferas h�medas concentraciones muy bajas de estos compuestos, hasta de 0.1 partes por mill�n (ppm) resultan agresivas para algunos metales.
Afortunadamente, la que podr�amos llamar "corrosi�n por vapor" se encuentra s�lo en atm�sferas confinadas (interior de equipos, envoltorios de embalaje, etc�tera).
Por lo dicho hasta el momento, es evidente que la forma m�s efectiva de disminuir la corrosi�n atmosf�rica ser�a a trav�s de la eliminaci�n 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 t�cnicas de protecci�n adecuadas. En interiores, el aire acondicionado mantenido continuamente puede asegurar una atm�sfera filtrada, limpia y seca, con una humedad relativa baja, pero su interrupci�n (por ejemplo, durante la noche) puede causar condensaci�n de agua con la consiguiente iniciaci�n de la corrosi�n.
Cabe se�alar que un material resistente al ataque de un determinado tipo de atm�sfera no necesariamente ser� resistente a otra. Existen diferentes tipos de recubrimientos para proteger especialmente al acero de la corrosi�n atmosf�rica. Por otra parte, tambi�n hay metales y aleaciones que son muy resistentes. As�, los aceros inoxidables y el aluminio, que tienen buena resistencia a la corrosi�n en atm�sferas industriales, urbanas y rurales, no la tienen en las marinas.
Peque�as cantidades de aleantes como cobre, f�sforo, níquel y cromo incorporados al acero aumentan considerablemente su resistencia a la corrosi�n atmosf�rica. Algunos aceros de este tipo son los llamados autopasivables, por formar con el medio pel�culas protectoras, adherentes, de composici�n compleja. Por lo tanto, no requieren de recubrimientos de pintura, la principal protecci�n contra la corrosi�n atmosf�rica utilizada para el acero. Estos aceros autopasivables se emplean en la construcci�n de puentes, estructuras para edificios, etc., pero no en interiores, ya que al abrigo de ciertos componentes atmosf�ricos no forman dichas pel�culas pasivantes.
Para proteger al acero descubierto en lugares inaccesibles (embalajes, componentes internos de maquinaria, etc.) se usan inhibidores vol�tiles o en fase vapor. Los m�s comunes son el carbonato de ciclohexilamina (con gran poder inhibidor, pero de bajo tiempo de protecci�n por su alta presi�n de vapor) y el nitrito de diciclohexamina. Estos compuestos act�an por evaporaci�n lenta, deposit�ndose sobre la pieza de acero como una pel�cula protectora. Sin embargo, algunos de ellos corroen los metales (cobre, zinc y cadmio) que pueden estar junto al acero. Su acci�n es efectiva si los envoltorios est�n sellados adecuadamente, si los componentes met�licos no se encuentran ya corro�dos y si la presi�n parcial del inhibidor vol�til es suficiente.
CONSERVACI�N DE EQUIPOS DURANTE EL ALMACENAMIENTO Y TRANSPORTE
Un producto met�lico o formado por partes met�licas, como maquinaria, instrumentos de precisi�n, aparatos �pticos, aparatos el�ctricos y electr�nicos y otros muchos, puede sufrir da�os por corrosi�n durante el transporte y almacenamiento, antes de ser utilizado, a menos que se proteja adecuadamente en los ambientes h�medos, con altas temperaturas y niveles de contaminaci�n, en los que puede situarse temporalmente. El da�o puede convertirlo en un producto totalmente inadecuado o, simplemente, puede crear problemas est�ticos. En cualquier caso, la comercializaci�n del producto se dificulta. La exportaci�n de art�culos supone, a menudo, largo tiempo de transporte y almacenamiento. El peligro de da�o por corrosi�n existe sobre todo en los env�os por v�a mar�tima. Una inadecuada protecci�n puede echar por tierra los mayores y m�s cuidadosos esfuerzos de producci�n.
En general, puede producirse corrosi�n en el lapso que media entre la fabricaci�n y utilizaci�n de un equipo por las siguientes causas: a) una contaminaci�n con productos corrosivos durante el procesado y manejo, b) el uso de materiales de embalaje que contengan sustancias corrosivas, y c) una protecci�n inadecuada contra la corrosi�n atmosf�rica.
Las caracter�sticas del medio ambiente que act�an sobre los embalajes durante su manejo, almacenamiento y transporte son, en general, considerablemente mayores que las que act�an sobre los mismos productos met�licos. Con el fin de disminuir los da�os provocados por estas influencias ambientales, deben adoptarse t�cnicas de embalaje adecuadas y de protecci�n temporal contra la corrosi�n. Esta protecci�n se consigue normalmente de la siguiente manera: a) mediante la regulaci�n del clima, ventilaci�n, deshumidificaci�n, etc., b) mediante la utilizaci�n de sustancias anticorrosivas, que producen pel�culas protectoras, c) mediante embalajes adecuados, utilizando papeles impregnados con inhibidores de corrosi�n, desecantes o productos inhibidores vol�tiles de corrosi�n, y d) mediante la utilizaci�n simultaea de alguno de los m�todos anteriores (figuras II.1 y II.2)
Figura II.1 Deshumidificaci�n de contenedores.
Figura II.2. Esquema de embalaje con uso de desecantes. .
DURABILIDAD DE LOS AUTOM�VILES
El efecto del medio ambiente en la vida de los autom�viles es otro ejemplo de la influencia del medio ambiente sobre la conservaci�n de bienes met�licos. La crisis econ�mica y el aumento en los precios han convertido al autom�vil en un bien duradero. Las estad�sticas muestran que la edad media del parque de autom�viles se est� elevando en muchos pa�ses. Por otro lado, el deterioro por corrosi�n de la estructura del veh�culo aumenta las posibilidades de accidentes. La corrosi�n puede afectar a partes vitales, como los elementos de direcci�n, suspensi�n y sistema de frenos.
La presencia de contaminantes en el aire (especialmente SO2 y cloruros) repercutan de manera decisiva tanto en la corrosi�n cosm�tica como en la corrosi�n perforante y en la estructura del autom�vil. La corrosi�n del veh�culo es muy sensible a la cantidad de cloruros de las atm�sferas marinas y de sal a�adida a las carreteras en lugares fr�os. La presencia de cloruros incrementa los peligros de corrosi�n en resquicios y la formaci�n de picaduras, y acelera el deterioro de los recubrimientos de pintura, as� como del metal subyacente.
El progreso de la corrosi�n 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 regi�n noreste de Estados Unidos, debido a la gran cantidad de productos qu�micos para derretir la nieve utilizados en estas �reas durante el invierno. Las �reas se�aladas en el mapa de la figura II.3 tambi�n son muy corrosivas, y corresponden a atm�sferas calientes, h�medas y salinas. La corrosi�n es moderada en otras �reas. Las condiciones ambientales altamente corrosivas coinciden con las �reas donde se utiliza una mayor cantidad de autom�ves.
Figura II.3. La corrosi�n depende de la parte del mundo donde se utiliza el coche.
El microclima que se forma dentro de un coche tiene tambi�n gran importancia en su conservaci�n. La HR depende de la temperatura del aire, de modo que cuanto menor sea �sta tanto menor ser� la cantidad de agua que el aire puede contener sin condensarla. Por esta raz�n se forman gotas de humedad sobre el parabrisas al introducir un coche fr�o en un garaje caliente: el aire de �ste se enfr�a en contacto con la superficie externa del cristal, condensando la humedad. Por el contrario, la humedad se condensa dentro del coche si se saca �ste del garaje en tiempo fr�o: 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 carrocer�a r�pidamente 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 s�lo dos a�os si el coche se guarda en un garaje h�medo, mal ventilado, y se somete a frecuentes lavados.
En sitios muy fr�os la corrosi�n de los coches es mayor dentro de los garajes calientes y h�medos que en la calle, donde, al congelarse la humedad, el proceso corrosivo se detiene.
Cuando el pavimento est� mojado, el agua lanzada a gran velocidad por las ruedas del coche contra la propia superficie met�lica (figura II.4) produce min�sculas gotas de agua que forman una especie de niebla. Debido a peque�os cambios de presi�n, esta niebla es arrastrada dentro de los cuerpos huecos interconectados, depositando en ellos las sales disueltas y agregados insolubles que favorecen la corrosi�n.
Figura II.4 La pulverizaci�n producida por las ruedas delanteras es aspirada dentro de la estructura (cuerpo hueco) del coche.
El tipo de corrosi�n m�s com�n en los coches es una combinaci�n de corrosi�n en resquicios y de ataque bajo dep�sito. Los resquicios y dep�sitos de polvo y barro retienen la humedad mucho m�s tiempo que el resto de la superficie, lo que favorece la actuaci�n de pilas de aireaci�n diferencial. Estos resquicios se producen invariablemente en las uniones entre planchas met�licas, en los refuerzos de la carrocer�a y en diversos puntos de fijaci�n, 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 �ngulos frente a nerviaciones son lugares en que se amontona la suciedad que causa el ataque bajo dep�sito. El volumen de agua lanzado por las ruedas est� 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 veh�culo.
Figura II.5 Mecanismo de corrosi�n en la zona de retenci�n de agua y polvo.
Figura II.6 �reas de un coche m�s propensas a la corrosi�n.
EFECTOS DE LA CONTAMINACI�N ATMOSF�RICA EN LA VIDA DE LOS RECUBRIMIENTOS PROTECTORES
Para proteger los metales expuestos a la atm�sfera, se recurre a menudo a las aplicaciones de recubrimientos, que pueden ser de distinta naturaleza: de pintura, met�licos, de conversi�n, etc. La capacidad protectora de estos recubrimientos disminuye con el tiempo en funci�n de una serie de variables, entre las que ejerce un papel principal la contaminaci�n atmosf�rica. Por lo tanto, para el proyecto de un sistema de protecci�n es de gran utilidad disponer de datos cuantitativos sobre el efecto de la contaminaci�n atmosf�rica en la vida del recubrimiento protector. Desafortunadamente, esta informaci�n es escasa.
As� como el efecto de los contaminantes en la corrosi�n 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 contaminaci�n y el comportamiento del recubrimiento protector.
En general, la informaci�n disponible revela la intervenci�n decisiva de los contaminantes en la durabilidad del recubrimiento protector. A continuaci�n haremos referencia �nicamente a dos recubrimientos t�picos para la protecci�n del acero: pintura y galvanizaci�n en caliente. Aunque existe poca informaci�n cuantitativa sobre el efecto de la contaminaci�n 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 corrosi�n atmosf�rica de los metales desnudos, el comportamiento de los recubrimientos de pintura expuestos a la atm�sfera depende del tiempo de humectaci�n de la superficie pintada y de la contaminaci�n 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 acci�n de la luz solar (en particular la radiaci�n ultravioleta), el ozono, la acci�n microbiol�gica, el desgaste por erosi�n, etc., cuya importancia no ha sido totalmente dilucidada.
No contamos con muchos datos experimentales sobre el efecto de las variables clim�ticas en la vida de los recubrimientos de pintura aplicados al acero. Se ha se�alado (Bibliografía, 1-5) la importancia de la cantidad de lluvia y, posiblemente, del tiempo de humectaci�n, as� como de la presencia de contaminantes en la atm�sfera (SO2, cloruros, ozono, etc.). El cuadro II.1 muestra c�mo se reduce la vida de un sistema de pintura al pasar de una atm�sfera rural a otra urbana de moderada contaminaci�n sulfurosa. El cuadro II.2 reproduce los resultados de una encuesta realizada por Keane (6) en los departamentos de obras p�blicas de los diferentes estados norteamericanos. Se observa que la durabilidad del recubrimiento de pintura decrece marcadamente conforme aumenta la agresividad atmosf�rica. En otro intento de relacionar la contaminaci�n atmosf�rica con la duraci�n del sistema de pintura, el cuadro II.3 presenta los resultados de un estudio que el Centro Nacional de Investigaciones Metal�rgicas de Madrid, Espa�a, 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 contaminaci�n por cloruros (atm�sfera marina).
CUADRO II.1. Efecto de la contaminaci�n, principalmente por SO2, en la duraci�n de un sistema de pintura alc�dico con cromato de zinc, de 80 micras de espesor (8).
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Tipo de atmósfera
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Duración del recubrimiento (en años)
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| Rural (Falhult, Suecia) |
10
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| Urbana (Estocolmo) |
8
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CUADRO II.2. Resultados de una encuesta realizada a los departamentos norteamericanos de obras p�blicas sobre la durabilidad de los sistemas de pintura en las diferentes atm�sferas.
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Tipo de atmósfera
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Durabilidad del sistema de pintura (número
de respuestas)
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10 años
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7-9 años
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4-6 años
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1-3 años
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| Normal |
21
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12
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3
|
-
|
| Seca |
12
|
3
|
1
|
-
|
| Húmeda |
3
|
4
|
8
|
3
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| Urbana o industrial |
6
|
8
|
4
|
1
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| Marina o química |
-
|
4
|
9
|
9
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CUADRO II.3. Variaci�n con el tiempo del grado de oxidaci�n del sistema clorocaucho en distintas atm�sferas. Preparaci�n de superficie BSt 2. Espesor de pel�cula: 60 micras.
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Tipo de atmósfera
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Agresividad atmosférica (corrosión
de metales desnudos)
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Grado de oxidación de la superficie pintada
(% superficie oxidada)
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Acero, mm/año
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Zinc,mm/año
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Primer año
|
Segundo año
|
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| 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
|
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Los recubrimientos de zinc, que se realizan generalmente mediante la inmersi�n en caliente, son, despu�s de los recubrimientos de pintura, los m�s utilizados en la protecci�n anticorrosiva de grandes estructuras de acero. Puede obtenerse una idea del desgaste medio de este recubrimiento met�lico a partir de los datos sobre corrosi�n del zinc en la atm�sfera (Cuadro II.4), sobre los cuales existen abundantes referencias (8).
CUADRO II.4. Velocidades representativas de la corrosi�n del zinc en distintas atm�sferas.
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| atmósfera |
Corrosión (micras/año) |
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| Rural | 0.8 | —.1.2 |
| Urbana | 1 | —.2 |
| Industrial | 2 | —10 |
| Marina | 4 | —14 |
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Es muy importante relacionar la vida del recubrimiento con el cociente entre el espesor de la capa de zinc y su velocidad de corrosi�n. Sin embargo, el ataque no progresa uniformemente, por lo que cabe esperar la desaparici�n (perforaci�n) del recubrimiento en unos puntos cuando en otros queda todav�a un espesor apreciable de zinc. Aunque el zinc contiguo al �rea descubierta aporta todav�a protecci�n cat�dica al acero, la desaparici�n 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 l�mite pr�ctico de la vida del recubrimiento protector. Para conocer el tiempo que transcurrir� hasta la perforaci�n del recubrimiento necesitar�amos poseer informaci�n acerca de la relaci�n (R) entre la profundidad de las picaduras m�s profundas y la penetraci�n media del ataque, informaci�n que no se obtiene con facilidad. En una investigaci�n realizada en Estados Unidos (9) se han encontrado los siguientes valores:
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Atmósfera
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Corrosión media (en micras/año)
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Valor de (R)
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| Fuertemente marina (Kure Beach) |
3.9
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4
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| Marina (Punta Reyes) |
1.4
|
9
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| Industrial (Newark) |
3.5
|
1.3
|
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Estos valores parecen apuntar hacia valores normales de tres y mayores para la relaci�n (R). En este caso el ataque corrosivo perforar� la capa de zinc en tiempos del orden de un tercio, y aun menores de los calculados, en el curso de un ataque uniforme.
1. I. R. Rischbieth y KR. Bussell, JOCCA 44 (6) 351, 1961.
2. I. D. Singh, J. Sci. Tech. 10-A (2) 94, 1972.
3. V. Kucera, Ambio 5 (5-6) 243, 1976.
4. G. G. Campbell et. al., J. Paint Technology 46 (593) 59, 1974.
5. J. W. Spence et. al., J. Paint Technology 47 (609) 57, 1975.
6. J. D. Keane, "Protective coatings for highway strucral steel", NCHRP
Report n�m. 74, 1969. SSPC, Pittsburgh.
7. M. Morcillo et. al., Rev. Iber. Corros. Prot. 15 (3) 37, 1984.
8. S. Fel�u y M. Morcillo, Corrosi�n y protecci�n de los metales en la atm�sfera, Ed. Bellaterra, Barcelona, 1982.
9. S. R. Dunbar y W. Showak; Atmospheric Corrosion, W.H. Ailor (comp.), John Wiley, Nueva York, 1982.
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