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CAPITULO 5. DETERIORO DE LOS MATERIALESINTRODUCCIÓNTodos los materiales sufren deterioro bajo ciertas condicionesde servic...
DETERIORO DE LOS MATERIALESMETALES.DesgasteCorrosiónCERAMICOSCorrosiónPOLIMEROSDegradación
DESGASTE.El desgaste puede ser definido como el daño superficialsufrido por los materiales después de determinadascondicio...
Efectos de la cavitación en un impulsor.
El desgaste es mu importante en la práctica de la ingeniería;en muchos casos constituye el principal factor que limita lav...
Los mecanismos de daño en los materiales se debenprincipalmente a deformación plástica, formación y propagaciónde grietas,...
El desgaste puede producirse por contacto con:a) Otro metal (desgaste adhesivo),b) Un abrasivo metálico o uno no metálico ...
Cada forma de desgaste está afectada por una variedad decondiciones:a. Ambienteb. Tipo de carga aplicada, velocidades rela...
DESGASTE ADHESIVOSe produce debido a que entre dos superficies metálicas,existen pequeñísimas salientes que producen fricc...
Si la fuerza de impulso es suficiente para mantener elmovimiento:a. Las partículas entrelazadas se deforman.b. Si son de u...
La adhesión esta asociada a toda formación y posteriorrompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces,cuando dos sup...
DESGASTE ABRASIVOEl desgaste por abrasión, que es el más común en laindustria, se define como la acción de corte de un mat...
La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste pordeslizamiento es el .grado de desgaste. entre los cuerposinvolucrados ...
En abrasión a de los cuerpos, el desgaste es causado porrugosidades duras pertenecientes a una de las superficies encontac...
DESGASTE POR FATIGAEste tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas aelevados esfuerzos fluctuantes, los cuales pr...
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El desgaste por erosión se define como el proceso deeliminación de metal provocado por la incidencia de partículassólidas ...
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Se estima que el desgaste en la industria se debe en un 50%a la abrasión, un 15% por adhesión y el porcentaje restantese d...
La prolongación de la vida útil de partes o piezas se hacomienza a lograr mediante:1.- Aplicación de recubrimientos protec...
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IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN. La corrosión es unfenómeno de permanente interés e importancia tecnológicasiempre vigente, po...
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Zn →Zn+++2e         ÁnodoO2+2H2O+4e → 4OH-   Cátodo
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Bibliografía:1. Smith William.          Fundamentos de la ciencia e Ingeniería de   Materiales cuarta edición2. Smith Will...
Capitulo 5. deterioro de los materiales
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Capitulo 5. deterioro de los materiales

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  1. 1. CAPITULO 5. DETERIORO DE LOS MATERIALESINTRODUCCIÓNTodos los materiales sufren deterioro bajo ciertas condicionesde servicio o ambientes determinados, que deben evitarse paraprolongar al máximo su vida útil.Es importante conocer por qué ciertos materiales tienden a serestables (o inestables) en determinados medio ambientes. Eldeterioro se relaciona con la estructura, las propiedades y elprocesamiento de los distintos materiales.
  2. 2. DETERIORO DE LOS MATERIALESMETALES.DesgasteCorrosiónCERAMICOSCorrosiónPOLIMEROSDegradación
  3. 3. DESGASTE.El desgaste puede ser definido como el daño superficialsufrido por los materiales después de determinadascondiciones de trabajo a los que son sometidos. Estefenómeno se manifiesta por lo general en las superficies delos materiales, llegando a afectar la sub-superficie.El resultado del desgaste, es la pérdida de material y lasubsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto lapérdida de tolerancias.
  4. 4. Efectos de la cavitación en un impulsor.
  5. 5. El desgaste es mu importante en la práctica de la ingeniería;en muchos casos constituye el principal factor que limita lavida y el rendimiento de los componentes de máquinas.Ej: un camión de 5 toneladas totalmente desgastado suelepesar entre dos y tres kilogramos menos que cuando nuevo.Ningún elemento de máquina es inmune al desgaste; estefenómeno se manifiesta siempre que exista carga ymovimiento.Ej: el desgaste de pistones en los motores de combustióninterna, las picaduras y fisuramiento en los engranajes detransmisión, etc., son manifestaciones de desgaste.
  6. 6. Los mecanismos de daño en los materiales se debenprincipalmente a deformación plástica, formación y propagaciónde grietas, corrosión y/o desgaste.Criterios para prevenir o combatir el desgaste:1. Mantener baja la presión de contacto2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento3. Mantener lisas las superficies de rodamientos4. Usar materiales duros5. Asegurar bajos coeficientes de fricción6. Usar lubricantes
  7. 7. El desgaste puede producirse por contacto con:a) Otro metal (desgaste adhesivo),b) Un abrasivo metálico o uno no metálico (desgaste abrasivo),c) Líquidos o gases en movimiento (erosión y cavitación) El desgaste que implica un solo tipo es raro, y en la mayoría de los casos ocurren el desgaste abrasivo y el adhesivo.
  8. 8. Cada forma de desgaste está afectada por una variedad decondiciones:a. Ambienteb. Tipo de carga aplicada, velocidades relativas de las piezas que se acoplanc. Lubricanted. Temperaturae. Durezaf. Acabado superficialg. Presencia de partículas extrañash. Composicióni. Compatibilidad de las piezas de acoplamiento implicadas
  9. 9. DESGASTE ADHESIVOSe produce debido a que entre dos superficies metálicas,existen pequeñísimas salientes que producen fricción porinterferencia mecánica, con movimiento relativo de lassuperficies en contacto que incrementan la resistencia paramovimiento posterior.
  10. 10. Si la fuerza de impulso es suficiente para mantener elmovimiento:a. Las partículas entrelazadas se deforman.b. Si son de un material frágil, pueden arrancarse Por lo que se llega a la conclusión de que la resistencia al desgaste se mejorará:• Evitando el contacto metal-metal• Incrementando la dureza• Aumentando la tenacidad para resistir la separación violenta de las partículas metálicas• Incrementando el acabado superficial para eliminar salientes.
  11. 11. La adhesión esta asociada a toda formación y posteriorrompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces,cuando dos superficies son colocadas en contacto íntimo. Laadhesión conlleva además al soldado en frío de lassuperficies.Con respecto al desgaste adhesivo, el papel principal lo juegala interacción entre las superficies y su grado de limpieza, esdecir, cuando el acercamiento entre los cuerpos es tal, que nose presenta ningún tipo de impurezas, capas de óxido osuciedades, se permite que el área de contacto seaaumentada, pudiéndose formar uniones adhesivas másresistentes.
  12. 12. DESGASTE ABRASIVOEl desgaste por abrasión, que es el más común en laindustria, se define como la acción de corte de un materialduro y agudo a través de la superficie de un material mássuave. Tiende a formar ralladuras profundas cuando laspartículas duras penetran en la superficie, ocasionandodeformación plástica y/o arrancando virutas.El desgaste abrasivo ocurre cuando partículas duras sedeslizan o ruedan bajo presión a través de una superficie, ocuando una superficie dura se frota a través de otra. Laspartículas arrancadas por rozamiento del objeto más durotienden a rasguñar o acanalar al material más suave.
  13. 13. La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste pordeslizamiento es el .grado de desgaste. entre los cuerposinvolucrados (mayor en el desgaste abrasivo), ya sea por lanaturaleza, tipo de material, composición química, o por laconfiguración geométrica.
  14. 14. En abrasión a de los cuerpos, el desgaste es causado porrugosidades duras pertenecientes a una de las superficies encontacto, mientras que la abrasión a tres cuerpos, el desgastees provocado por partículas duras sueltas entre lassuperficies que se encuentran en movimiento relativo.Como ejemplo de desgaste abrasivo a dos cuerpos, se tieneun taladro penetrando una roca, mientras que a tres cuerposse puede citar el desgaste sufrido por las mandíbulas de unatrituradora al quebrar la roca, o por la presencia de partículascontaminantes en un aceite que sirve para lubricar de lossuperficies en contacto deslizante.
  15. 15. DESGASTE POR FATIGAEste tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas aelevados esfuerzos fluctuantes, los cuales provocan laaparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva deestos.En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capassuperficiales sufren intensas deformaciones como resultadode la acción simultánea de las tensiones de contacto y de lafuerza de fricción. Los esfuerzos a los que están sometidoslos materiales particularmente en las capas superficiales,promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en laestructura cristalina y en el tamaño de grano.
  16. 16. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas porfatiga de contacto superficial típica de elementos demáquinas, los cuales trabajan bajo régimen de lubricaciónelastohidrodinámica y elevadas cargas superficiales.Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadasen su punto de contacto. Aquí, el mecanismo principal de fallaes la aparición y propagación de grietas después que lassuperficies han almacenado una determinada deformaciónplástica. Por esto, es importante el buen acabado superficial yla correcta selección y filtrado de los lubricantes.
  17. 17. DESGASTE EROSIVOEl desgaste erosivo es un fenómeno que afecta gran cantidadde elementos de máquinas en las industrias minera yalimenticia, así como: turbinas hidráulicas, implementosagrícolas, sistemas de bombeo y dragado en ríos y minas, aligual que piezas específicas usadas en las industriaspetrolífera y petroquímica, entre otras muchas aplicaciones.Con este tipo de desgaste, no solo se tiene perdida dematerial y la consecuente falla de las piezas, sino que estáasociado a perjuicios financieros en virtud del tiempoasociado a la reparación de equipos y substituciones de loscomponentes desgastados.
  18. 18. El desgaste por erosión se define como el proceso deeliminación de metal provocado por la incidencia de partículassólidas arrastradas por un líquido en movimiento, sobre unasuperficie.El desgaste por erosión es deliberado como en el caso de lalimpieza de piezas fundidas o cascos de barco por medio dechorros de arena, pero en ocasiones se produce una pérdidadestructiva y costosa de material como en el caso de lashélices de turbinas de gas o los refractarios en hornos de arcoeléctrico.
  19. 19. El grado de desgaste tiene relación con el ángulo deincidencia de la partícula respecto de la superficie. Losmateriales dúctiles parecen deformarse y posiblemente seendurezcan cuando se les golpea en forma perpendicular,pero a un ángulo crítico de aproximadamente 20º, el metalse elimina por una acción de corte.
  20. 20. DESGASTE POR CAVITACIÓNEl desgaste por cavitación se puede definir como aqueldaño que ocurre en los materiales debido al crecimiento ycolapso de pequeñas burbujas, que surgen debido a lasvariaciones de presión durante el flujo de un fluido. Los efectos que el desgaste por cavitación provocan, vandesde la pérdida de eficiencia, hasta la inutilización completadel equipo.Tenemos dos maneras de enfrentar con el problema de lacavitación: uno es el desarrollo de materiales más resistentesy otro, es mejor el diseño de equipos hidráulicos evitandocaídas de presión muy bruscas.
  21. 21. Durante el colapso, ocurre flujo de fluido en dirección a laburbuja, provocando aumento de presión en la interfaceburbuja/líquido y acelerando cada vez más la interface.El colapso se da de manera tan rápida que parte delvapor presente en la burbuja no tiene tiempo suficiente decondensarse. Así, el vapor (y también cualquier gas disuelto)será comprimido a una alta presión que, eventualmente, serásuficientemente alta para interrumpir el colapso y hacer conque la burbuja crezca nuevamente de forma explosiva,emitiendo ondas de presión o de choque
  22. 22. DESGASTE POR FRICCIONEl desgaste por fricción ocurre entre dos superficies encontacto (no necesariamente moviéndose tangencialmente),las cuales experimentan pequeñas oscilaciones cíclicas (delorden de 1 a 100 um). Cuando algunas vibraciones aparecenen las superficies en contacto, ocurren pequeñosdeslizamientos en la dirección del movimiento relativo, esospequeños deslizamientos son causa de desgaste por fricción.Desgaste por fretting es comúnmente observado en los cubosde las ruedas de vehículos, entre las esferas y su camino derodadura en un rodamiento de bolas, en los puntos decontacto entre dos engranajes, entre otros ejemplos.
  23. 23. Un fenómeno asociado al daño por fretting, es la aparición degrietas en la región afectada, lo que ocasiona reducción de laresistencia a fatiga del material, en caso que el componenteexperimente esfuerzos cíclicos.El desgaste por fretting es comúnmente estudiado enlaboratorios, utilizando un sistema esfera-plano, donde sonaplicadas tanto carga normal como carga tangencial. Comofue mostrado en el capítulo de la mecánica de contacto,cuando una esfera es presionada normalmente contra unasuperficie plana, se genera debajo de esta zona unadistribución de presiones, obteniéndose una presión máximaen el centro y aproximadamente cero en el borde delcontacto.
  24. 24. TRIBOLOGIALa tribología (del griego tribos, "frotar o rozar") es la cienciaque estudia la fricción, el desgaste y la lubricación que tienenlugar durante el contacto entre superficies sólidas enmovimiento. El término es usado universalmente desdefinales del siglo XX.Para entender a la tribología se requiere de conocimientos defísica, de química y de la tecnología de materiales. Las tareasdel especialista en tribología (tribólogo) son las de reducir lafricción y desgaste para conservar y reducir energía, lograrmovimientos más rápidos y precisos, incrementar laproductividad y reducir el mantenimiento.
  25. 25. La tribología está presente prácticamente en todas laspiezas en movimiento tales como:RodamientosChumacerasSellosAnillos de pistonesEmbraguesFrenosEngranajesÁrboles de levas
  26. 26. La tribología ayuda a resolver problemas en maquinaria,equipos y procesos industriales tales como:Motores eléctricos y de combustión (componentes yfuncionamiento)TurbinasCompresoresExtrusiónRoladoFundiciónForjaProcesos de corte (herramientas y fluidos)Elementos de almacenamiento magnéticoPrótesis articulares (cuerpo humano)
  27. 27. FUNDAMENTOS DE LA TRIBOLOGÍALa tribología se centra en el estudio de tres fenómenos:1. La fricción entre dos cuerpos en movimiento2. El desgaste como efecto natural de este fenómeno3. La lubricación como un medio para reducir el desgaste.
  28. 28. FRICCIÓNLa fricción se define como la resistencia al movimientodurante el deslizamiento o rodamiento que experimenta uncuerpo sólido al moverse sobre otro con el cual está encontacto. Esta resistencia al movimiento depende de lascaracterísticas de las superficies. Una teoría explica laresistencia por la interacción entre puntos de contacto y lapenetración de las asperezas.La fricción depende dei) la interacción molecular (adhesión) de las superficiesii) la interacción mecánica entre las partes.
  29. 29. La fuerza de resistencia que actúa en una dirección opuestaa la dirección del movimiento se conoce como fuerza defricción.Existen dos tipos principales de fricción: fricción estática yfricción dinámica. La fricción no es una propiedad delmaterial, es una respuesta integral del sistema.Existen tres leyes de la fricción:1. La fuerza de fricción es proporcional a la carga normal.2. La fuerza de fricción es independiente del aparente áreade contacto entre las superficies deslizantes.3. La fuerza de fricción es independiente a la velocidad dedeslizamiento.
  30. 30. LUBRICACIÓNEl deslizamiento entre superficies sólidas se caracterizageneralmente por un alto coeficiente de fricción y un grandesgaste debido a las propiedades específicas de lassuperficies. La lubricación consiste en la introducción de unacapa intermedia de un material ajeno entre las superficies enmovimiento. Estos materiales intermedios se denominanlubricantes y su función es disminuir la fricción y el desgaste.El término lubricante es muy general, y puede estar encualquier estado material: líquido, sólido, gaseoso e inclusosemisólido o pastoso.
  31. 31. Se estima que el desgaste en la industria se debe en un 50%a la abrasión, un 15% por adhesión y el porcentaje restantese divide entre los demás tipos.En muchos procesos pueden coexistir dos o más tipos deestos desgastes, además, en algunos de estos desgastes sehan observado dos regímenes denominados desgaste suavey desgaste severo.
  32. 32. La prolongación de la vida útil de partes o piezas se hacomienza a lograr mediante:1.- Aplicación de recubrimientos protectores antidesgaste2.- La reparación con soldadura de partes y piezas que hansufrido desprendimientos.3.- Diseño de nuevos materiales con características deresistencia al desgaste que sustituyan materialesactualmente en uso.
  33. 33. CORROSION. Definición:1. Deterioro que sufren los materiales por interacción químicay electroquímica con el medio ambiente.Metales: interacción química y electroquímicaPolímeros y cerámicos: Interacción química.2. Proceso de metalurgia regresiva (regreso al estado originalque es de menor energía. Se da en dos etapas:a. Oxidación del metalb. Formación de micropilas (ánodo, cátodo y electrolito)
  34. 34. IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN. La corrosión es unfenómeno de permanente interés e importancia tecnológicasiempre vigente, por las pérdidas económicas que ocasiona,tanto directas como indirectas.Un estudio reciente efectuado por el National Bureau ofStandards de los Estados Unidos señala que tomando comobase el año 1975, los costos totales de la corrosión metálicapueden estimarse del orden de los 70 billones de dólares, locual supone un 4.2% del Producto Nacional Bruto (PNB).El costo debido a fallas por corrosión por un año en USA esmayor que los daños combinados anuales debidos a desastresnaturales. Se estima que en un país industrializado el 5% desu ingreso se gasta en la prevención de corrosión,mantenimiento o reemplazo de partes o componentes.
  35. 35. Materiales y Rango Costo promedioservicios ($ x billon) ($ x billon) (%)RecubrimientosOrgánicos 40,2 – 174,2 107,2 88,3Metálicos 1,4 1,4 1,2Metales y 7,7 7,7 6,3aleacionesInhibidores 1,1 1,1 0,9Polímeros 1,8 1,8 1,5Protección 0,73 – 1,22 0,98 0,8anódica ycatódicaServicios 1,2 1,2 1,0Investigación y 0,020 0,020 < 0,1desarrolloEducación y 0,01 0,01 < 0,1entrenamientoTotal 54,16 – 188,65 121,41 100 %
  36. 36. Existen dos clases de pérdidas desde el punto de vistaeconómico.DIRECTAS: las pérdidas directas son las que afectan demanera inmediata cuando se produce el ataque. Estas sepueden clasificar en varios tipos también, de las cuales lasmás importantes son el Coste de las Reparaciones, lasSustituciones de los Equipos Deteriorados y Costes porMedidas Preventivas.INDIRECTAS: se consideran todas las derivadas de los fallosdebidos a los ataques de corrosión. Las principales son laDetención de la Producción debida a las Fallas y lasResponsabilidades por Posibles Accidentes.
  37. 37. Dentro de los aspectos económicos tenemos:a).- Reposición del equipo corroído.b).- Coeficiente de seguridad y sobre diseño para soportar lacorrosión.c).- Mantenimiento preventivo como la aplicación de recubrimientos.d).- Paros de producción debidos a fallas por corrosión.e).- Contaminación de productos.f).- Pérdida de eficiencia ya que los coeficientes de seguridad, sobrediseño de equipo y productos de corrosión por ejemplo, decrecen lavelocidad de trasmisión de calor en cambiadores de calor.g).- Pérdida de productos valiosos.h).- Daño de equipo adyacente a aquel en el cual se tuvo la falla decorrosión.
  38. 38. Dentro de los aspectos humanos y sociales tenemos:a).- La seguridad, ya que fallas violentas pueden producirincendios, explosiones y liberación de productos tóxicos.b).- Condiciones insalubres por ejemplo, contaminacionesdebido a productos del equipo corroído o bien un producto de lacorrosión misma.c).- Agotamiento de los recursos naturales, tanto en metalescomo en combustibles usados para su manufacturera.d).- Apariencia, ya que los materiales corroídos generalmenteson desagradables a la vista.
  39. 39. TASA DE CORROSIÓNLa resistencia a la corrosión se mide cuantitativamente por lapérdida de peso del material, por unidad de área deexposición al ambiente y por unidad de tiempo. Se puedenhacer ensayos sencillos de laboratorio, para determinar laexpresión:donde W [mg] es el peso del material perdido, ρ [g/cm3]densidad de la muestra, A [cm2] área de exposición de lamuestra, t [hs] tiempo de exposición, mpy milésimas depulgada por año, K constante por unidades (534 para mpy).
  40. 40. Categoria de materiales según su resistencia a la corrosión:mpy < 1 Material excelentempy 1 - 5 Muy bueno.mpy 5 - 20 Bueno.mpy 20 - 50 Regular.mpy 50 - 200 Malo.mpy > 200 Inaceptable.
  41. 41. La cantidad de metal uniformemente corroído de un ánodo oelectrodepositado por un cátodo en una disolución acuosadurante un período de tiempo se puede determinar usando laecuación de Faradayw = peso de metal corroído o electrodepositado, gt = tiempo de exposición o electrodeposición, s.M = masa atómica de metal, g/molN = Número de electrones producidos o consumidos en elproceso.F = Constante de Faraday = 96500 A.s/molI = densidad de corriente, A/cm2.
  42. 42. PILAS GALVÁNICAS.La corrosión se caracteriza por la formación de micropilasgalvánicas y el potencial de cada semicelda se puededeterminar porE = F.e.m. de la semiceldaEo = F.e.m. estándar de la semiceldan = Número de electrones transferidosCión = Concentración molar de iones.
  43. 43. REACCIONES ANODICASDurante el ataque corrosivo la reacción anódica siempre esla oxidación de un metal a un estado superior de valencia,por ejemplo las reacciones 1, 2, 3, y 4.Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2Zn + H2 SO4 = ZnSO4 + H2Fe + 2HCI = FeCI2 + H22Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2
  44. 44. REACCIONES CATODICASHay varias reacciones catódicas que se encuentran durantela corrosión de los metales, tales como:Desprendimiento de hidrógeno2H+ + 2e → H2Reducción de oxígeno (en soluciones ácidas)O2 + 4H+ + 4e → 2H2 OReducción de oxígeno (en soluciones neutras o alcalinas)O2 + 2H2 O + 4e → 4OH-Reducción de iones metálicosFe+3 + 1e → Fe+2Depósito de metalCu+2 + 2e → Cu
  45. 45. Zn →Zn+++2e Ánodo2H++2e→H2 Cátodo
  46. 46. Zn →Zn+++2e ÁnodoO2+2H2O+4e → 4OH- Cátodo
  47. 47. POLARIZACIONLa polarización viene a ser la desviación del electrodo de susvalores de equilibrio, los cuales son potenciales de circuitoabierto.La fuerza impulsora para la corrosión es la diferencia depotencial inicial que existe entre las reacciones anódica ycatódica. Cuando la corriente de corrosión comienza a fluir,ocurren ciertos efectos irreversibles junto a los electrodos. Lapolarización continua hasta alcanzar un estado constanteconocido como potencial de corrosión Ecorr..En este potencial de corrosión, la suma de las velocidades detodas las reacciones de oxidación (anódicas), iguala a la sumade las velocidades de las reacciones de reducción (catódicas).
  48. 48. POLARIZACION POR ACTIVACION.Se produce debido a las variaciones de energía libre de laintercara metal-solución ocasionadas por el paso de losátomos del metal al estado de ión o viceversa. Es el tipo depolarización que interviene más frecuentemente en losfenómenos de corrosión.
  49. 49. Polarización por ActivaciónEs la que resulta como consecuencia de la existencia deuna etapa de la reacción total conocida como la etapadeterminante de la velocidad, en la reacción que tiene lugaren la interfase electrodo/electrolito. Estas reacciones son lasque tienen lugar una vez que todos los reactivos ya hanalcanzado esta superficie de reacción, es decir cuando nohay retardo en la llegada de reactivos por un procesodifusional. La reacción de transferencia de carga involucramover un electrón desde la superficie metálica al reactivodel lado del electrolito. Por ejemplo, considérese laevolución del gas hidrógeno en el cátodo.
  50. 50. La velocidad a la cual los iones de hidrógeno se reducen agas hidrógeno esta en función de diversos factores,incluyendo la velocidad de transferencia de electrones al ionhidrógeno en la superficie del metal. Por lo tanto lavelocidad es inherente a esta reacción y depende del metalespecífico y de la temperatura del sistema. De hecho, haygrandes variaciones en la capacidad de los distintos metalespara transferir electrones a los iones hidrógeno, y por lotanto la velocidad de la evolución de hidrógeno paradiferentes metales difiere considerablemente.La polarización por activación predomina a menudo en loselectrolitos en los que abundantes reactivos y/o productospropios de la reacción electroquímica son fácilmenteprovistos o bien removidos. En ácidos concentrados,predomina la polarización por activación.
  51. 51. POLARIZACION POR CONCENTRACION.Se produce cuando la velocidad de difusión de un ión haciael electrodo limita la velocidad de reacción en el electrodo.Conforme se efectúa la reacción en los electrodos, laconcentración iónica en las cercanías de cada electrodo sevuelve diferente de la del cuerpo principal del electrolito.Es decir, la concentración iónica en las cercanias de cadaelectrodo se empobrece como resultado de la lentitud dedifusión de los iones de las zonas adyacentes.
  52. 52. Polarización por ConcentraciónEs el resultado de etapas en la reacción total que incluyen ladifusión de reactantes hasta la superficie del electrodo obien la eliminación de productos de la reacción. Cualquiercosa que provoque una disminución en la cantidad dereactantes disponibles o bien en el aumento de productosde la reacción, disminuye la velocidad de la reacción. Si laetapa más lenta de la reacción total de electrodo involucra elarribo de reactantes o la eliminación de productos de lareacción, se dice que la reacción se encuentra bajo controlpor polarización de concentración.
  53. 53. La polarización por concentración generalmente predominaen electrolitos en que la concentración de reactivos es baja,como en soluciones diluidas, o donde se acumulanproductos de reacción, como en medios estáticos. Lacapacidad de los reactivos para alcanzar la superficie dereacción, y los productos de la reacción para alejarse de lamisma, puede alcanzar una condición de densidad decorriente limite difusional. La polarización total de unaestructura es la suma de las polarizaciones de activación yconcentración.
  54. 54. PASIVIDAD.Un metal pasivo es aquel que es activo en la serieelectroquímica, pero que no obstante solo se corroe avelocidad muy pequeña. La pasividad es la propiedadfundamental de resistencia útil y natural a la corrosión demuchos metales estructurales, incluidos, el aluminio, cromo, yaceros inoxidables.Algunos metales y aleaciones se pueden pasivar porexposición a medios pasivadores (pasividad artificial). Lapasividad se mantiene por una película superficial,probablemente de óxido o tal vez de algún otro compuesto.
  55. 55. La energía de un determinado sistema puede medirse en lostérminos de lo que se llama la energía libre. Se puedenpresentar tres casos:a) la energía libre es positiva. El metal es activo y puede haber corrosión. Es el caso más frecuente entre los metales de uso común (hierro, aluminio, cinc);b) la energía libre es positiva, pero el metal en vez depresentar corrosión, permanece inatacado aparentemente. Sedice que el metal está pasivo o pasivado;c) la energía libre es cero o negativa. El metal es indiferente alos agentes agresivos habituales, no siendo posible ningunareacción de corrosión. Es el caso de los metales nobles.
  56. 56. Entonces los metales y aleaciones pueden tener uncomportamiento:a. Activo (ej. hierro y acero), yb. activo-pasivo ( Aluminio y aceros inoxidables)
  57. 57. Corrosión uniforme: La reacción actúa sobre toda lasuperficie expuesta (o sobre un área grande). El espesor delmetal se reduce y eventualmente falla. Representa la mayordestrucción de metal. La vida de un equipo o estructurapuede estimarse mediante ensayos.La corrosión uniforme se caracteriza por una reacciónquímica o electroquímica que actúa uniformemente sobretoda la superficie del metal expuesto a la corrosiónEs relativamente fácil su control:1. Recubrimientos2. Inhibidores3. Protección catódica
  58. 58. Corrosión atmosférica: Es la producida por el oxígeno delaire. La reacción actúa sobre toda la superficie expuesta (osobre un área grande). El espesor del metal se reduce yeventualmente falla. La vida de un equipo o estructura puedeestimarse mediante ensayos.La corrosión uniforme se caracteriza por una reacciónquímica o electroquímica que actúa uniformemente sobretoda la superficie del metal expuesto a la corrosiónEs relativamente fácil su control:1. Recubrimientos2. Inhibidores3. Protección catódica
  59. 59. Los factores que influyen en la corrosión atmosférica son:a. La presencia de exceso de oxígeno. El oxígeno cumpleuna doble función en el proceso de corrosión: Actúa deoxidante del metal y en la despolarización de los cátodos.b. Humedad relativa. La húmedad relativa crítica estácomprendida, en general entre 50 y 70 % para el acero,cobre, níquel y Zinc.c. Temperatura. La humedad relativa aumenta cuando baja latemperatura.d. Contaminantes. El polvo es el principal contaminante demuchas atmosferas.
  60. 60. CORROSIÓN GALVÁNICA O BIMETÁLICA.La corrosión electroquímica o galvánica es la que se producecuando dos metales de diferente electronegatividad seencuentran en contacto. El metal con mayor electronegatividad se oxida (ánodo), dandolugar a su progresivo deterioro y desprendimiento desde lasuperficie metálica, en presencia del segundo (cátodo).
  61. 61. Este principio puede usarse como forma de protección de unaestructura. La estructura se usa como cátodo. Como ánodo seusa Zn o magnesio (Mg), que no son resistentes acorrosión. El ánodo se sacrifica.La corrosión Galvánica es una de las más comunes que sepueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada quepuede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox)se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (porejemplo, una solución conductiva).
  62. 62. Las formas por las cuales se puede controlar son:1. Combinar metales que se encuentren lo más cerca posible uno del otro, en la serie galvánica.2. Evitar el efecto de área relativa desfavorable, es decir depequeño ánodo y un cátodo grande.3. Donde sea posible, aislar los metales diferentes. Esimportante que la aislación sea completa.4. Aplicar recubrimientos.
  63. 63. 5. Si es posible, añadir inhibidores, para disminuir laagresividad del medio ambiente.6. Realizar diseños de tal forma que las partes anódicassean fácilmente reemplazables, o que sean de mayorespesor para prolongar su vida útil.7. Instalar un tercer metal el cual sea anódico a los otros dosen contacto galvánico.8. Evitar uniones roscadas entre materiales muy separadosen la serie galvánica.
  64. 64. CORROSIÓN POR PICADO (PITTING)Es una forma de corrosión localizada en grado extremo, queproduce agujeros pequeños en el metal. Pueden haceragujeros aislados o tan cercanos que dan la impresión visualde una superficie rugosa.Es una de las formas más destructivas, pero la perdida dematerial es muy poca. Es difícil medirlo porque la perforaciónqueda cubierta con el óxido. A veces requieren tiemposlargos para actuar (meses o años). Generalmente crece en ladirección de la gravedad.
  65. 65. Este tipo de corrosión se puede controlar o prevenir:1. Mediante la selección de materiales adecuados. Algunosmateriales son más resistentes que otros al ataque porpitting, por ejemplo, la adición de 2% de molibdeno al aceroinoxidable 316, le da mayor resistencia al pitting que elacero inoxidable 304.2. Preparación adecuada de las superficies.3. Modificación del ambiente, remoción de iones agresivos,eliminación de agentes oxidantes.4. Adición de inhibidores.5. Control de las variables de procesos: controlar velocidad,temperatura, presión, PH, etc..
  66. 66. CORROSIÓN EN ABERTURAS (CREVICE CORROSION)Se produce en pequeñas cavidades o grietas formadas en laszonas de contacto entre una pieza de metal y otra igual odiferente a la primera, o entre un metal y un elemento nometálico. En las fisuras de ambos metales se acumula lasolución que provoca la corrosión de la pieza.En aberturas pequeñas (pueden ser hendiduras, grietas,debajo de la cabeza de pernos, remaches y bajo depósitosporosos-empaques) donde se acumulan pequeñascantidades de solución estancada.
  67. 67. Para prevenir o minimizar la corrosión por fisuración endiseños de ingeniería se pueden emplear los métodos yprocedimientos siguientes:1. Usar en las estructuras de ingeniería uniones de extremos completamente soldados en lugar de atornillados o remachados.2. Diseñar recipientes para drenaje completo donde puedan acumularse soluciones estancadas.3. Utilizar juntas o empaques no absorbentes tales como teflón, si es posible.
  68. 68. CORROSIÓN INTERGRANULARLa corrosión intergranular es un deterioro por corrosiónlocalizada adyacente a lo límites de grano de una aleación.Los granos pierden cohesión, la aleación se desintegra opierde rigidez. Puede ser causada por impureza en loscontornos de los granos o por diferencia de composición entrelos granos y sus límites.Ej. Es muy severa en soldaduras de acero inoxidable 18-8 queha sido calentado de 500 a 800C. Al enfriarse se produce laprecipitación de carburos de cromo en los límites de granos,creando una diferencia de composición entre los límites y losgranos.
  69. 69. Carburo de cromo 18 % Cr 8 % Ni !0 % Cr 8 % NiLimites de grano Zona empobrecida de cromo
  70. 70. La corrosión intergranular puede controlarse con los métodossiguientes:1. Utilizando un tratamiento de calentamiento a alta temperatura después de soldar, para disolver precipitados, seguido de un enfriamiento en agua.2. Añadiendo elementos estabilizadores3. Bajando el contenido del elemento que forma precipitados.
  71. 71. CORROSIÓN BAJO TENSIÓN (stress-corrosion-cracking-SCC)Es la fisuración producida por la acción combinada detensiones de tracción y un medio corrosivo. El esfuerzocausante de la fractura corrosiva puede estar entre 0.7 y 0.9del esfuerzo de fluencia (Sy), y variará con respecto a lanaturaleza del medio ambiente corrosivo. La apariencia de lasfisuras es como si fuera fractura frágil, pueden ser entregranos o a través de los granos.Inicialmente la tasa de progreso de una fisura es constante,hasta que la sección transversal se reduce y aumenta σ, hastaque se produce la rotura como un proceso mecánico.
  72. 72. Picadura de corrosión Concentración de Esfuerzos (a) Zona CorroidaAgrietamiento Esfuerzos (b)
  73. 73. Las formas por las cuales se puede controlar son:1. La aplicación de la protección catódica detiene elagrietamiento al eliminar la corrosión.2. Eliminar esfuerzos residuales mediante un tratamientotérmico de recocido apropiado.3. Disminuir esfuerzos aplicados si es que es posible.4. Adicionar inhibidores al medio corrosivo.5. Aumentar espesores.6. Selección de materiales adecuados.
  74. 74. LIXIVIADO SELECTIVO (SELECTIVE LEACHING)Es la eliminación preferencial de un elemento de una soluciónsólida por procesos de corrosión. El ejemplo más común deeste tipo de corrosión es la decincificación que tiene lugar enlatones, consistente en la eliminación selectiva de zinc queesta aleado con el cobre.Procesos similares ocurren en otras aleaciones, como lapérdida observable de níquel, estaño y cromo de lasaleaciones de cobre; de hierro en las fundiciones; de níquel enlos aceros y de cobalto en la estelite.
  75. 75. Las formas mediante las cuales se puede controlar ladecincificación son:1. Selección de materiales adecuados. Por ejemplo: En lugarde utilizar latón amarillo (20-36% Zn) utilizar latón rojo (5 - 10%Zn).2. Protección catódica, pero ésta puede resultarantieconómica.3. Inhibidores para reducir la agresividad del medio.4. Adicionar 1% de Sn, o pequeños porcentajes de As, Sb, o Pcon o sin Sn.
  76. 76. CORROSIÓN POR EROSIÓNEs el ataque que se produce en el metal debido al movimientorelativo entre un fluido corrosivo (gases, vapores y líquidos) yla superficie metálica. Este movimiento es muy rápido (flujo turbulento) yproduce un efecto mecánico o abrasivo en la superficiemetálica, debido a que el fluido puede contener partículassólidas en suspensión, o el líquido penetra en el poros delmetal y en su subsecuente escape, puede arrastrar consigopartes de metal, mientras más poroso sea un material, mássevero será el ataque.
  77. 77. Las formas por las cuales se puede controlar son:1. Seleccionar los materiales más resistentes.2. Aumentar el diámetro de tuberías dentro de lo posible3. Aumentar el espesor de pared.4. Evitar desalineamientos al colocar tuberías.5. Emplear inhibidores.6. Emplear recubrimientos.7. Disminuir el tamaño de grano del material.
  78. 78. CORROSIÓN CON FATIGAEs el deterioro debido a la acción combinada de esfuerzosrepetidos o fluctuantes y un medio ambiente corrosivo hastaproducir el agrietamiento. Usualmente, un ambiente agresivotiene un efecto de disminución del límite de fatiga, produciendofallas en pocos ciclos de esfuerzo que el requerido en unambiente no corrosivo. Entonces en un medio ambiente de este tipo, laresistencia a la fatiga por corrosión es mucho menor que ellímite de fatiga. Aunque se trate de un esfuerzo en límitesestrechos que actúe durante el tiempo suficiente, finalmente seproducirá la falla por agrietamiento debido a la corrosión y a lafatiga.
  79. 79. Estría de fatiga en la superficie de fractura
  80. 80. Las formas por las cuales se puede controlar son:1. Eliminar o disminuir esfuerzos.2. Introducir tensiones de compresión en la superficie mediantenitruración o cementación.3. Cambios en los diseño, con el fin de evitar entalles en loposible.4. Adición de inhibidores.5. Usar recubrimientos (zinc, cromo, níquel y cobre).
  81. 81. CORROSIÓN POR CAVITACIÓN.Es la producida por la formación y colapso de burbujas en lasuperficie del metal (en contacto con un líquido). Es unfenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores delas hélices de los barcos. Genera una serie de picaduras enforma de panal.
  82. 82. Es la que se produce por el choque o colapso de burbujasque se forman en puntos, en los que la presión local es igualo inferior a la presión de vapor del líquido. El daño puedeinvolucrar factores químicos y mecánicos, particularmente sila película protectora es destruida.La cavitación es causada por la formación de burbujas deaire o cavidades llenas de vapor en zonas de baja presión delflujo de líquidos. Cuando un líquido pasa rápidamente de unazona de baja presión a otra de alta presión, como en losimpulsores de bombas, o en los propulsores navales y segeneran flujos a grandes velocidades en conductos curvos,las cavidades de aire o vapor chocan contra una superficiesólida, y causan desgaste en le metal por abrasión o erosión.
  83. 83. Las formas por las cuales se puede controlar son:1. Selección de materiales adecuados (ej. acero 18-8).2. Al diseñar disminuir caídas de presión.3.Usar recubrimientos de caucho de alta resiliencia.4.Aumentar la dureza superficial de los materiales.5.Evitar superficies rugosas, ya que una superficie bien pulidainhibe la iniciación de la cavitación.6.Operar las bombas a las más altas presiones de cabezaposibles para evitar la formación de burbujas.7.Para los álabes de turbinas, la aereación del agua sirvecomo colchón al daño causado por el colapso de lasburbujas.
  84. 84. Daño por cavitación de los álabes de un rodete
  85. 85. Daño por cavitación de una turbina Francis
  86. 86. CORROSIÓN POR FRICCIÓN O FRETTING . La corrosión por fricción es un fenómeno químico y mecánicocombinado. Ocurre en la interface entre superficies metálicas encontacto y sumamente cargadas, cuando están sometidas aligeros movimientos vibratorios relativos.Estas superficies deben estar en íntimo contacto, de tal modoque las vibraciones de interface produzcan el martilleo orozamiento de la superficie metálica. . Este movimiento generauna serie de picaduras en la superficie del metal, las que sonocultadas por los productos de la corrosión y sólo son visiblescuando ésta es removida.Ejemplos de este tipo de corrosión se observan en laschumaceras o cojinetes de rodillo, y de bola, las bielas, lasagujas, los acoplamientos y los ejes.
  87. 87. Las formas por las cuales se puede controlar son:1. Lubricar las superficies metálicas con aceites y grasasde baja viscosidad y alta tenacidad.2. Usar empaques para absorber vibraciones.3. Aumentar la dureza de una, o de las dos superficies encontacto.4. Aumentar carga para reducir los movimientos relativosentre superficies.5. Fosfatizado de las superficies.6. Combinación de un metal suave con un más duro.
  88. 88. OXIDACION DE METALESOxidación es el deterioro de los metales debido a la accióncombinada del calor y del oxígeno.La oxidación de los metales a elevadas temperaturas esimportante en el diseño de turbinas de gas, motores decohetes y equipamiento petroquímico de alta temperatura.Una película de óxido en ciertos casos puede brindarprotección a los metales siempre y cuando sea homogenea,continua y adherente.
  89. 89. 2
  90. 90. Características de la película de óxido:a. Si la película formada es porosa y permite el libre acceso de oxígeno hasta el metal, el ataque continuará en forma constante hasta consumir el metal o agotar el oxígeno ( Ley lineal)b. Si la película de óxido es homogénea y continua la corrosión estará gobernada por difusión (Ley parabólica)
  91. 91. Según Pilling y Bedworth, las características de la películaformada se determina mediante la siguiente relación:Donde w = peso molecular del óxido. W = peso atómico del metal. D = densidad del óxido. d = densidad del metal.Si la relación es menor que 1 se tiene un óxido poroso, si esmayor que 1 el óxido es continuo.
  92. 92. EL POTENCIAL REDOX (Eh) es un valor relativo medido contra elpunto 0 del electrodo normal de hidrógeno u otro electrodo secundariode referencia (ej. Electrodo calomel de HgCl ó Hg2Cl2 ó el electrodoplata/plata cloruro: Ag/AgCl[sat], KCl[sat]).Cualquier sistema o ambiente que acepte electrones de un electrodonormal de hidrógeno es una media celda con un potencial redox positivo.En contraposición, cualquier ambiente o sistema que done electrones alelectrodo normal de hidrógeno se define como una media celda con unpotencial redox negativo. El potencial redox se mide en milivoltios ovoltios
  93. 93. PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓNDentro de las medidas utilizadas industrialmente paracombatir la corrosión están las siguientes:1. Selección de materiales2. Recubrimientos3. Diseño4. Protección anódica y catódica5. Control del medio
  94. 94. PROTECCIÓN CATÓDICA Y ANÓDICAPROTECCION CATODICA.La protección catódica es el único medio que asegura lainmunidad casi completa del metal contra la corrosión. Conla protección catódica se neutraliza cualquier corriente quecircula por una estructura y que origina corrosión.La protección catódica se define como “el método dereducir o eliminar la corrosión de un metal, haciendo que,la superficie de este, funcione completamente comocátodo cuando se encuentra sumergido o enterrado en unelectrólito”.
  95. 95. Ello se consigue con la polarización del cátodo por mediode una corriente externa (parte C-A), llevando el potencialde corrosión Ecorr. al potencial del ánodo a circuito abiertoEa. Estarán al mismo potencial y no habrá más corrosiónen el ánodo(Figura 6.1). E Ec C Ecorr Ea I aplicada A I corr I
  96. 96. Ep Ea Ec ia ic ip ia´ ic´
  97. 97. PROYECTO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICAEl procedimiento a seguir es el siguiente:a. ESTUDIO PREVIO Se efectúa un reconocimiento del estado de la superficiede la estructura, midiendo al mismo tiempo los potencialesnaturales respecto al medio, con referencia a un electrodoimpolarizable, por ejemplo de cobre-sulfato de cobre y laresistividad del medio Son potenciales naturales los que adquiere la estructuraal ser sumergida en el medio corrosivo (electrólito), exceptode campos perturbadores.
  98. 98. PROCEDIMIENTO:1. Estudio Previo2. Selección del sistema de protección adecuado a. Protección catódica por ánodos galvánicos b. Protección catódica por corriente impresa3. Diseño del sistema de protección a. Calculo del área a proteger b. Selección de la densidad de corriente de protección c. Determinación de la corriente total d. Selección del material anódico y determinación de su cantidad e. Cantidad de ánodos y su distribución4. Montaje y prueba del sistema de protección catódica
  99. 99. SISTEMA POR ÁNODOS GALVÁNICOSSe fundamenta en el mismo principio de la corrosióngalvánica, en la que un metal más activo es anódico conrespecto a otro más noble, corroyéndose el metal anódico.En la protección catódica con ánodo galvánicos, se utilizanmetales fuertemente anódicos conectados a la tubería aproteger, dando origen al sacrificio de dichos metales porcorrosión, descargando suficiente corriente, para laprotección de la tubería.La diferencia de potencial existente entre el metal anódico yla tubería a proteger, es de bajo valor porque este sistema seusa para pequeños requerimientos de corriente, pequeñasestructuras y en medio de baja resistividad.
  100. 100. Los ánodos galvánicos que con mayor frecuencia se utilizanen la protección catódica son: Magnesio, Zinc, Aluminio.Magnesio: Los ánodos de Magnesio tienen un alto potencialcon respecto al hierro y están libres de pasivación. Losánodos de Magnesio son apropiados para oleoductos, pozos,tanques de almacenamiento de agua, incluso para cualquierestructura que requiera protección catódica temporal. Seutilizan en estructuras metálicas enterradas en suelo de bajaresistividad hasta 3000 ohmio-cm.Zinc: Para estructura metálica inmersas en agua de mar o ensuelo con resistividad eléctrica de hasta 1000 ohm-cm.Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar.
  101. 101. Ventajas del sistema de protección por ánodos galvánicos:No es necesario el suministro de energía externa.Los costos de instalación y mantenimiento son bajos.Rara vez causan problemas de interferencia a otrasestructuras.Mejor distribución de la corriente de protección.
  102. 102. Desventajas principales de este sistema de proteccióncatódica:La densidad de corriente suministrada a la estructura estálimitado por la diferencia de potencial bastante baja, entrelos ánodos y la estructuraLimitaciones con la resistividad del electrólito (menor a6000 ohm-cm)Para estructuras desnudas o pobremente recubiertas esalto el costo de la protección, fundamental-mente enaquellas de grandes dimensiones.
  103. 103. Principales ánodos galvánicos y su utilización: ANODOS DE MAGNESIO: Instalaciones enterradas o sumergidas en aguas dulces (suelos de resistividad hasta de 3000 Ohm-cm) ANODOS DE ZINC: Instalaciones enterradas o inmersas (Suelos de resistividad hasta de 1000 Ohm-cm) ANODOS DE ALUMINIO: Instalaciones inmersas, principalmente de instalaciones marítimas como plataformas petroleras
  104. 104. SISTEMAS DE PROTECCIÓN POR CORRIENTE IMPRESAEn este sistema se mantiene el mismo principio fundamental,pero tomando en cuenta las limitaciones del material, costo ydiferencia de potencial con los ánodos de sacrificio, se haideado este sistema mediante el cual el flujo de corrienterequerido, se origina en una fuente de corriente generadoracontinua regulable o, simplemente se hace uso de losrectificadores, que alimentados por corriente alterna ofrecenuna corriente eléctrica continua apta para la protección de laestructura.
  105. 105. La corriente externa disponible es impresa en el circuitoconstituido por la estructura a proteger y la cama anódica. Ladispersión de la corriente eléctrica en el electrólito se efectúamediante la ayuda de ánodos inertes cuyas características yaplicación dependen del electrólito.El terminal positivo de la fuente debe siempre estarconectado a la cama de ánodo, a fin de forzar la descarga decorriente de protección para la estructura.Este tipo de sistema trae consigo el beneficio de que losmateriales a usar en la cama de ánodos se consumen avelocidades menores, pudiendo descargar mayorescantidades de corriente y mantener una vida más amplia.
  106. 106. Chatarra de hierro: Por su economía es a veces utilizadocomo electrodo dispersor de corriente.Este tipo de ánodo puede ser aconsejable su utilización enterrenos de resistividad elevada y es aconsejable se rodee deun relleno artificial constituido por carbón de coque.El consumo medio de estos lechos de dispersión de corrientees de 9 Kg/Am*Año.
  107. 107. Ferrosilicio: Este ánodo es recomendable en terrenos demedia y baja resistividad. Se coloca en el suelo incado otumbado rodeado de un relleno de carbón de coque. Aintensidades de corriente baja de 1 Amp, su vida esprácticamente ilimitada, siendo su capacidad máxima desalida de corriente de unos 12 a 15 Amp por ánodo.Su consumo oscila a intensidades de corriente altas, entreo.5 a 0.9 Kg/Amp*Año. Su dimensión más normal es lacorrespondiente a 1500 mm de longitud y 75 mm dediámetro.
  108. 108. Grafito: Puede utilizarse principalmente en terrenos deresistividad media y se utiliza con relleno de grafito o carbón decoque. Sus dimensiones son variables, su longitud oscila entre1000-2000 mm, y su diámetro entre 60-100 mm, son másligeros de peso que los ferrosilicios.La salida máxima de corriente es de 3 a 4 amperios por ánodo,y su desgaste oscila entre 0.5 y 1 Kg/Am*Año.
  109. 109. Titanio-Platinado: Este material está especialmente indicadopara instalaciones de agua de mar, aunque sea perfectamenteutilizado en agua dulce o incluso en suelo. Su característicamás relevante es que a pequeños voltajes (12 V), se puedensacar intensidades de corriente elevada, siendo su desgasteperceptible.En agua de mar tiene, sin embargo, limitaciones en la tensión aaplicar, que nunca puede pasar de 12 V, ya que ha tensionesmás elevadas podrían ocasionar el despegue de la capa deóxido de titanio y, por lo tanto la deterioración del ánodo.
  110. 110. Ventajas del sistema de protección por corrienteimpresa :Posibilidad de suministrar mayores cantidades decorriente.Posibilidad de controlar las cantidades de corrientesuministradasPosibilidad de ser aplicados en cualquier electrolito(elevada resistividad)Posibilidad de ser aplicado, con eficacia, para laprotección de estructuras viejas o pobremente revestidasPosibilidad de ser aplicado, para instalaciones de grantamaño.
  111. 111. Desventajas de este sistema de protección catódica :La necesidad de mantenimiento periódico.Posibilidad de generar problemas de interferencia conotras estructuras metálicas enterradas en lasproximidadesLos costos de mantenimiento e instalación son altos.Requieren de alimentación de corriente eléctricaexterna.
  112. 112. PROTECCIÓN POR RECUBRIMIENTOLa protección por recubrimiento consiste en crear unacapa superficial o barrera que aísle el metal del entorno.En principio es el método más evidente, ya que se impideque el material sensible entre en contacto con el oxígeno yla humedad. Dentro de este tipo de protección podemosdiferenciar los recubrimientos no metálicos y los metálicos
  113. 113. Preparación de la pieza para el recubrimiento.Para la elaboración de los recubrimientos de las piezasse requiere en general de alguna preparación previa,antes de aportar la capa de metal deseada; en generalesta preparación puede ser:Obtención de las dimensiones y acabado superficialdeseado; Esto resulta necesario en algunos casos ya quela capa depositada copia exactamente el perfil de lasuperficie base, incluso hasta los rasguños.Desengrasado; El maquinado y pulido de las piezaspuede dejar capas notables de grasas en las piezas.Estas capas deben ser eliminadas usando un disolventeadecuado.
  114. 114. Aislamiento de las partes que no serán recubiertas; Enmuchos casos no toda la pieza debe recibir la capagalvánica. Estas partes se recubren con algúncomponente aislante tal como el celuloide, o varias capasalguna laca o barniz resistente al electrólito que seutilizará. Los agujeros que no quieren recubrirse puedenser cerrados con tapones adecuados.Desengrasado final; la presencia de películas de grasaen la superficie de la pieza a recubrir impide la buenaadherencia del recubrimiento a la base, por tal motivo esfrecuente el uso de productos químicos tal como la sosacaústica caliente para piezas de acero o los barros de calpara las piezas de aluminio.
  115. 115. Decapado; está destinado a eliminar totalmente de lasuperficie de la pieza, las películas de óxidos (enocasiones invisibles) que pueden estar presentes. Enmuchas ocasiones el decapado se realiza en el mismobaño electrolítico donde será recubierta, invirtiendo poralgunos segundos (30 a 50) la polaridad de la corriente yconvirtiendo así la pieza en ánodo, el consecuentedesgaste de la pieza retira completamente el óxido de lasuperficie.
  116. 116. Métodos para aplicar recubrimientos metálicosLos recubrimientos metálicos pueden ser aplicados por:a. Por electrólisis (cromado, niquelado y cobreado)b. Por Inmersión (galvanización y estañado)c. Por metalizaciónd. Por cementación (sherardización, cromización, aluminación y silicación)e. Por chapado
  117. 117. -POR ELECTROLISIS (ELECTRODEPOSICIÓN). Se hacepasar corriente eléctrica entre dos metales diferentes queestán inmersos en un líquido conductor que actúa deelectrolito.-Uno de los metales será aquel que queremos proteger de laoxidación y hará de cátodo. El otro metal hará de ánodo. Alpasar corriente eléctrica, sobre el metal catódico se crea unapelícula protectora.-Con este método se produce el cromado o niquelado dediversos metales.
  118. 118. NIQUELADO.Es el procedimiento mediante el cual se recubre la superficie depiezas metálicas con una delgada capa de níquel con finesdecorativos o para protegerlas de la corrosión. Evidentementepara usos en aeronáutica, la finalidad del niquelado será lasegunda de las nombradas.El método electrolítico consiste en hacer actuar como cátodo lapieza a niquelar, como ánodo placas de níquel puro y elelectrolito será sulfato de níquel, cloruro de níquel o ácidobórico.
  119. 119. CROMADO.Es un tratamiento muy difundido que se utiliza para daracabado a la pieza, en cuyo caso se denomina cromadodecorativo o para otorgarle dureza superficial cromado duro;existe también el cromado poroso.En todos los casos se efectúa por métodos electrolíticos,mediante un baño de anhídrido crómico (llamado vulgarmenteácido crómico) y ácido sulfúrico.
  120. 120. COBREADO.Es el revestimiento de piezas metálicas mediante una delgadacapa de cobre con fines generales anticorrosivos. Esteprocedimiento se efectúa casi en todos los casos porelectrólisis, actuando la pieza como cátodo dentro de unelectrolito constituido por sales de cobre.A veces se utiliza con el objeto de facilitar la adherencia deotros metales. Por ejemplo, y como fue ya indicado, las piezasde acero no pueden ser cromadas, después niqueladas y porúltimo cromadas.
  121. 121. CINCADO.El cincado puede ser aplicado sobre piezas metálicas o no,teniendo por finalidad proteger al material.Este tratamiento puede ser efectuado por inmersión oelectrolíticamente. En el primer caso se sumerge la pieza en unbaño de cinc fundido y el segundo se efectúa en una soluciónde sulfato de cinc.La aplicación más común es para proteger de la corrosión alhierro, quedando la pieza con una coloración brillante conreflejos azulados, perdiendo casi inmediatamente este aspectocon la exposición al aire, debido a la formación de hidróxidoque le confiere una coloración grisácea.
  122. 122. Principio de la electrolisisCuando conectamos los electrodos con una fuente deenergía (generador de corriente directa), el electrodo que seune al borne positivo del generador es el ánodo de laelectrólisis y el electrodo que se une al borne negativo delgenerador es el cátodo de la electrólisis.
  123. 123. Baños para cromo decorativo.Acido crómico comercial 200 a 300 gr/ litroAcido sulfúrico 1 a 3 gr /litroTemperatura de trabajo de 35 a 45 ºCDensidad de corriente de 6 a 12 A/dm2Baños para cromo duro.Acido crómico comercial 250 a 400 gr/ litroAcido sulfúrico 1 a 2 gr /litroTemperatura de trabajo de 45 a 65 ºCDensidad de corriente de 15 a 50 A/dm2
  124. 124. Baños de níquel mate.Este baño sirve para dar capas gruesas de níquel sobrehierro, cobre, latón y otros metales ( el aluminio es un casoaparte) es un baño muy concentrado que permite trabajarcon corrientes de 8 - 20 amperios por decímetro cuadrado,con el cual se consiguen gruesos capas de níquel entiempos razonables.Sulfato de níquel 200 gramos/lCloruro de níquel 60 gramos/l.Acido borrico 10 gramos/lAjustar el pH para que este entre 4 y 5, si es bajo añadir unpoco de ácido sulfúrico ( 1 o 2 cm3) si es alto añadir un pocode carbonato de níquel.
  125. 125. Niquelado brillante.El niquelado brillante se realiza con un baño de composiciónidéntica al anterior al que se le añade un abrillantador.Resulta por lo tanto la siguiente composición.Sulfato de níquel 200 g/lCloruro de níquel 60 g/lAcido bórico 10 g/lSacarina 1,5 g/lHumectante 0,5 g/l
  126. 126. -INMERSIÓN: Consiste en recubrir los metales a protegercon otros de menor potencial, es decir, ánodos de sacrificio.Para ello se sumerge el metal a proteger en un baño de otrometal fundido. Al sacarlo del baño, el metal se solidificaformando una fina película protectora. Los metales másempleados en estos procedimientos son: Estaño (estañado): se utiliza mucho en las latas deconserva (la hojalata). Cinc (galvanizado): es el más empleado para protegertuberias, vigas, vallas, tornillos y otros objetos de acero. Aluminio (aluminización): es muy económico y de grancalidad.
  127. 127. RECUBRIMIENTOS NO METÁLICOS Es el tipo de protección más difundido en el cual la superficiedel metal es tratada mediante pinturas. Su tecnología essimple y muy accesible teniendo como desventaja el cuarteode la capa protectora dejando pasar la humedad. La protecciónse verifica de acuerdo a los siguientes mecanismos:Efecto barrera. La película protectora tiene muy bajadifusibilidad del agua y del oxígeno.Protección galvánica. Pigmentos que actúan como ánodos desacrificio.Protección química. Pigmentos que se vinculan químicamenteal hierro.Mixta: Es una combinación de las anteriores
  128. 128. -Pinturas y barnices.- Es un método económico. Precisa quela superficie del material a proteger se encuentre limpia deóxidos y grasas. El minio, pintura que contiene en sucomposición óxido de plomo, es uno de los más empleados.-Plásticos.- Son muy resistentes a la oxidación. Tienen laventaja de ser muy flexibles, pero tienen poca resistencia alcalor. El más habitual es el PVC.- Esmaltes y cerámicos.- Tiene la ventaja de resistirelevadas temperaturas y desgaste por rozamiento.
  129. 129. Protección por capa química. Se provoca la reacción delas piezas con un agente químico que forme compuestos deun pequeño espesor en su superficie, dando lugar a unapelícula protectora por ejemplo. Cromatizado. Se aplica una solución de ácido crómicosobre el metal a proteger, formándose una película de óxidode cromo que impide su corrosión. Fosfatación. Se aplica una solución de ácido fosfórico yfosfatos sobre el metal. Formándose una capa de fosfatosmetálicos sobre el metal, que la protegen del entorno.
  130. 130. Anodización. Es la formación de una película de óxido duro yno corroíble, sobre el aluminio o sus aleaciones, por métodoselectrolíticos, para su protección contra la oxidación. Estacapa llamada "anódica", no se deposita sobre la superficie dela pieza sino que se forma hacia su interior por lo que la piezaqueda tal cual fue fabricada, en cuanto a color y terminación.El proceso de anodizado se realiza conectando como ánodo(+) al material a tratar y como cátodo (-) un material inerte; elelectrolito es una solución de agua y ácido sulfúrico.
  131. 131. Los metales anodizados pueden pintarse o colorearsemediante iones metálicos o anilinas con lo que se obtiene unbrillo metálico en varios colores y con un acabado perfecto.El anodizado proporciona además la buena terminación yprotección contra la corrosión, mayor dureza superficial yresistencia al desgaste.
  132. 132. INHIBIDORESEl método consiste en añadir productos químicos o inhibidoresal electrolito los cuales actúan como catalizadoresdisminuyendo la velocidad de la corrosión.Los inhibidores pueden ser:· De absorción: forman una película protectora.· Barrenderos: eliminan oxigeno.Los más utilizados son las sales de cromo, muy empleadas enlos radiadores de los automóviles.
  133. 133. DISEÑOQuizás el método más eficaz para evitar la corrosión esrealizar un buen diseño y elección de los materiales aemplear en las aplicaciones industriales. Algunas reglasgenerales que se deben tener en cuenta son:- Analizar los esfuerzos mecánicos a que se someterán losmateriales. Este factor es muy importante cuando seproyecten tuberías y tanques que contengan líquidos.- Deben utilizarse metales próximos en la tabla deelectronegatividad. Si se atornillan metales que no esténpróximos en la tabla galvánica se deben usar arandelas nometálicas para evitar contactos eléctricos entre estosmateriales
  134. 134. -Se recomiendan los depósitos soldados a los remachadospara reducir la corrosión por grietas.- Es necesario evitar concentraciones de tensiones enzonas propensas a la corrosión para prevenir la ruptura porcorrosión debida a esfuerzos, sobre todo con acerosinoxidables, latones y materiales propensos a este tipo defenómeno.- Se deben evitar recodos agudos en redes de tuberías. Enlas zonas den las que el fluido sufre un cambio de direcciónse potencia la corrosión por erosión.
  135. 135. - El diseño de tanques y recipientes debe favorecer sulimpieza y desagüe, ya que el estancamiento de sustanciaspropicia la aparición de fenómenos corrosivos.- Se debe hacer un diseño eficiente de las piezas que seespera se degraden en tiempos breves, para que seanfácilmente reemplazables.- Los sistemas de calefacción se tienen que diseñar demanera que no aparezcan zonas puntuales calientes, puestoque los cambios de temperatura favorecen la corrosión
  136. 136. -MODIFICACIÓN DEL ENTORNOLas condiciones ambientales pueden ser muy importantes aldeterminar la gravedad de la corrosión. Algunos métodosimportantes son:1. Bajar las temperaturas2. Disminuir la velocidad de los líquidos3. Eliminar el oxigeno de los líquidos4. Reducir la concentración de los iones5. Añadir inhibidores a los electrolitos
  137. 137. Uno de los factores determinantes en la velocidad y grado delos procesos de oxidación son las condiciones ambientales.El control o modificación de estas condiciones permitirácontrolar y minimizar el proceso.Los métodos más utilizados son:· Disminución de la temperatura.- con ello se consiguedisminuir la velocidad de reacción y, por tanto, el riesgo decorrosión
  138. 138. · Reducción de la velocidad de un fluido corrosivo.- Seconsigue disminuir la corrosión por erosión. Es muyinteresante cuando se trabaja con metales y aleacionessusceptibles de pasivación. Es importante evitar lasdisoluciones estancadas.· Eliminar el oxigeno de soluciones acuosas.- Minimiza lacorrosión, especialmente en las calderas de agua.· Reducción de la concentración de iones corrosivos enel electrolito que está corroyendo un metal anódico, lo queacarrea una disminución de la velocidad de corrosión. Muyempleado en aceros inoxidables
  139. 139. SELECCIÓN DE MATERIALES ADECUADOSUno de los métodos más comunes de control de la corrosiónes la utilización de materiales que sean resistentes a lacorrosión para un determinado medio. La primera idea esescoger todo un material que no se corroa en el ambienteconsiderado. Se pueden utilizar aceros inoxidables, aluminios,cerámicas, polímeros (plásticos), FRP, etc. Cabe recordar queno existen materiales absolutamente inoxidables; hasta elaluminio se puede corroer.Existen, sin embargo algunas reglas generales que sonbastante aceptadas y que pueden ser aplicadas cuando seseleccionan metales y aleaciones resistentes a la corrosión:
  140. 140. Combinaciones de metales y medios que proporcionan buena resistencia a la corrosión a bajo costo.1. Acero inoxidable-ácido nítrico2. Níquel y aleaciones de níquel-Caústicos3. Monel-ácido fluorhídrico4. Hastelloy-. Ácido clorhídrico caliente5. Plomo-ácido sulfúrico diluido.6. Aluminio-exposición atmosférica7. Estaño-agua destilada8. Titanio-soluciones calientes altamente oxidantes9. Tántalo-resistencia máxima10. Acero-ácido sulfúrico concentrado.
  141. 141. Recomendaciones a tomar en cuenta:1. Para condiciones no oxidantes o reductoras tales como ácidos y soluciones acuosas libres de aire se utilizan frecuentemente aleaciones de níquel y cromo.2. Para condiciones oxidantes se usan aleaciones que contengan cromo.3. Para condiciones altamente oxidantes se aconseja la utilización de titanio y sus aleaciones.
  142. 142. INFLUENCIA DE LA COMPOSICION QUÍMICA EN LA RESISTENCIA ALA CORROSIÓN.Cromo (Cr):Es principal elemento para aleación en el acero inoxidable, yaque es esencial en la formación de la capa pasiva. Otroselementos pueden mejorar su eficacia en la formación y elmantenimiento de este recubrimiento, pero no sustituirla.Cuanto mayor es el tenor de Cr, mayor es la resistencia a lacorrosión.Níquel (Ni):Es el segundo más importante de los elementos del aceroinoxidable. Eficaz para regenerar la capa pasiva(repasivación). El Ni estabiliza la austenita en la temperaturaambiente, mejorando la resistencia a la corrosión, ypotencializando la viabilidad del acero inoxidable.
  143. 143. Molibdeno (Mo):Mezclado con cromo, es eficaz en la estabilización de la capapasiva en la presencia de cloruros. Las adiciones de Moaumentan la resistencia general a la corrosión, por pite y poraberturas en el acero inoxidable.Manganeso (Mn):En cantidades moderadas, tiene el mismo efecto que en laaleación de níquel, sin embargo, el cambio de Ni con Mn no espráctico. Para mejorar la plasticidad por calor, el Mn mezclacon S (azufre) creando sulfetos de manganeso.
  144. 144. Carbono(C):Porcentajes de 0,03% de C proporcionan una mayorresistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. Es unelemento que otorga tratamiento térmico de temple de losaceros martensíticos, y promueve mayor resistencia mecánicaen aplicaciones por alta temperatura. El C es perjudicial a laresistencia a la corrosión debido a su reacción con Cr (Cromo),en el caso de otras aplicaciones. En los aceros ferríticos, elaumento de porcentaje de C provoca una disminución en latenacidad.Titanio (Ti), Niobio (Nb) y Tántalo (Ta):Todos estos elementos se añaden a los de aceros inoxidablespor su mayor afinidad con el C, evitando la precipitación y laformación de carburos de cromo, lo que aumenta la resistenciaa la corrosión intergranular.
  145. 145. DEGRADACION DE POLIMEROSEl termino degradación significa destrucción de la estructura. Ladegradación de un polímero puede acarrear:a. Su disoluciónb. Engrosamiento (Hinchamiento)c. Pérdida de propiedades mecánicasd. Alteración del colore. Inestabilidad térmicaf. Pérdida de peso o desmoronamiento estructural, Bajo la influencia de uno o más factores ambientales, como: calor , luz o sustancias químicas tales como ácidos , álcalis y algunos sales.
  146. 146. Estos cambios generalmente son indeseables, tales comogrietas y la desintegración química de los productos o, másraramente, deseable, como en la biodegradación , odeliberadamente reducir el peso molecular de un polímero dereciclaje. Los cambios en las propiedades a menudo sedenominan "envejecimiento".
  147. 147. Un polímero puede tener diversos cambios físicos o químicos:1.- FÍSICOS: decoloración, pérdida de brillo superficial,formación de grietas, superficies untuosas, erosión superficialy pérdida de propiedades como resistencia a la tracción-deformación2.- QUÍMICOS: rotura de cadenas, eliminación de cadenas delos extremos (despolimerización) , eliminación de gruposlaterales, reacciones de entrecruzamiento, etc.Cada agente externo que conduce a la degradación delpolímero da lugar a un mecanismo diferente de degradación (ymodifica la estructura del polímero).
  148. 148. FOTODEGRADACION. La rotura de los enlaces covalentesdebido a la radiación UV (72 -100 Kcal) pueden ocasionar elamarilleo y fragilidad de los polímeros orgánicos.DEGRADACION TERMICA. La ruptura hemolítica de losenlaces covalentes de la cadena o de los grupos laterales,provocada por el aumento de la temperatura.DEGRADACION OXIDATIVA. El oxígeno originaradicales libres en el polímero, que pueden dar todo tipo dereacciones secundarias degradativas (peróxidos que luego sedescomponen). El oxígeno o el ozono, pueden reaccionar conlos polímeros provocando o favoreciendo su escisión.
  149. 149. DEGRADACIÓN HIDROLÍTICA. Al entrar en contacto elmaterial con un medio acuoso, el agua penetra en la matrizpolimérica y provoca hinchamiento, ruptura de puentes dehidrógeno intermoleculares, hidratación de las moléculas yfinalmente la hidrólisis de los enlaces inestables.DISOLUCION. Se produce cuando el polímero escompletamente soluble en el disolvente. Cuando mayor sea elparecido entre la estructura química del soluto y la delpolímero, mayor probabilidad habrá de que se produzca elhinchamiento o la disolución.BIODEGRADACIÓN. Se debe a la acción de organismos vivoscomo bacterias, hongos, levaduras y sus enzimas queconsumen una sustancia polimérica como una fuente dealimento tal que su forma original desaparece.
  150. 150. FOTODEGRADACIÓNAunque gran parte de la radiación solar es absorbida por laatmósfera, la comprendida entre los 280 y 400 nm alcanza lasuperficie terrestre (UV). Puesto que la energía de estaradiación va de 72 a 100 Kcal, es suficiente para producir larotura de los enlaces covalentes y ocasionar el amarilleo yfragilidad de los polímeros orgánicos.El polietileno, PVC, poliestireno, los poliésteres y el propilenose degradan cuando se someten a longitudes de onda de 300,310, 319, 325 y 370 nm, respectivamente. Así, la mayoría deestos polímeros se fabrican con una gran cantidad de aditivospara evitar la descomposición por fotodegradación.
  151. 151. DEGRADACIÓN TÉRMICAEl calor conlleva a la ruptura hemolítica de los enlacescovalentes de la cadena o de los grupos laterales, provocadapor el aumento de la temperatura. Tras la ruptura del enlace,las reacciones que se dan dependen de la actividad de cadaradical (como es obvio, a más temperatura, mayor es ladegradación).Los polímeros térmicamente estables se obtienen según dosvías: aumentando su rigidez, o su cristalinidad. Esto seconsigue con la inclusión de grupos rígidos y voluminosos(anillos) en la cadena, y también con polímeros estéreoregulares. Así se aumenta, además, la temperatura detransición vítrea, con lo que se incrementa su resistenciatérmica.
  152. 152. El aumento de la agitación molecular, provocada por unaabsorción de energía calorífica, disminuye la fuerza de losenlaces que pueden llegar a romperse.En algunos casos, las reacciones químicas que se producenhacen aparecer productos gaseosos, lo que se traduce enuna pérdida de peso del material.Cuanto mayor sea la fuerza de los enlaces de un materialpolimérico mayor será su estabilidad térmica.
  153. 153. DEGRADACIÓN OXIDATIVAConsiste en el ataque del oxígeno activo sobre el polímero; enel fondo, es una reacción orgánica de oxidación-reducción.Como en la degradación térmica, el oxígeno originaradicales libres en el polímero, que pueden dar todo tipo dereacciones secundarias degradativas. En general, lospolímeros diénicos o con carbonos terciarios son los menosresistentes al oxígeno radicalario debido a la reactividad de loscarbonos acrílicos y terciarios.Este tipo de degradación ha sido muy estudiada enpoliolefinas y depende claramente de la concentración de O2.En una primera etapa, el oxígeno se fija en los carbonossusceptibles que hay en la cadena, y se forma un peróxidoque se descompone a acetona o aldehído.
  154. 154. DEGRADACIÓN HIDROLÍTICAAl entrar en contacto el material con un medio acuoso, el aguapenetra en la matriz polimérica y provoca hinchamiento,ruptura de puentes de hidrógeno intermoleculares, hidrataciónde las moléculas y finalmente la hidrólisis de los enlacesinestables.La ruptura por hidrólisis de los grupos funcionales puedeocurrir tanto en los grupos de la cadena principal como en lossustituyentes laterales. Sin embargo, el concepto degradaciónde polímeros se asocia a una disminución del peso molecular,por lo que es necesario que la cadena principal se rompa porvarios puntos.
  155. 155. Factores que influyen en la degradación hidrolítica de lospolímeros:A) Naturaleza de los grupos funcionales. Existe unarelación directa entre la sensibilidad del grupo a la hidrólisis yla degradabilidad del polímero. Sin embargo, otros factorestienen una influencia considerable y pueden alterar elcomportamiento de un material poliméricopredecible.B) Permeabilidad al agua y solubilidad (hidrofílicos-hidrofóbicos). Depende del carácter hidrofílico de los gruposfuncionales, del número de éstos, y de su accesibilidad (factorde vital importancia). Cuando la velocidad de absorción deagua es superior a la velocidad de hidrólisis, ocurre unadegradación en masa, y al revés, tiene lugar una degradaciónSuperficial.
  156. 156. C) Factores físico-químicos: intercambio iónico, fuerzaiónica, pH. La velocidad de degradación de un polímero esfunción del medio de incubación. Generalmente el procesode degradación puede ser activado o ralentizado por uncambio en el pH del medio.D) Cristalino-amorfo. La morfología del polímero es de granimportancia, ya que la fase amorfa es mucho más accesible alagua que la cristalina. Así, los polímeros biodegradablessuelen ser semicristalinos, y es frecuente que en las primerasfases de degradación aumente el porcentaje de cristalinidaddel polímero.
  157. 157. E) Temperatura de transición vítrea (Tg). La rigidez o laflexibilidad del polímero es consecuencia de la movilidad desus moléculas, que depende a su vez de la temperatura delexperimento y de la Tg del polímero. Cuando se incuba unpolímero en un tampón, su Tg queda afectada por el efectoplastificante causado por la penetración del agua en la matrizdel polímero. Reed (1981) demostró que la velocidad dehidrólisis aumenta de forma significativa cuando el polímero seencuentra por encima de su Tg.F) Peso molecular y estructura química (naturaleza de losenlaces hidrolíticamente inestables).G) Aditivos: ácidos, básicos, monómeros, plastificantes,monómeros, fármacos…H) Esterilización, ubicación del implante…
  158. 158. DISOLUCIÓNLa disolución puede considerarse una continuación delhinchamiento, que se produce cuando el polímero escompletamente soluble en el disolvente.Cuando mayor sea el parecido entre la estructura química delsoluto y la del polímero, mayor probabilidad habrá de que seproduzca el hinchamiento o la disolución. Al igual que en elhinchamiento, un bajo peso molecular, poco entrecruzamientocristalino y el aumento de temperatura son factores quefavorecen la disolución.En general, los polímeros, especialmente los fluorocarbonos y elPVC, son más resistentes que los metales a los ataques dedisoluciones ácidas y alcalinas.
  159. 159. ROTURA DE ENLACES. La rotura de enlaces en las cadenas moleculares, lo que sedenomina escisión, produce una disminución del peso moleculardel polímero, que disminuye apreciablemente sus cualidadesfísicas y químicas.La rotura del enlace puede producirse como consecuencia deradiaciones incidentes de energía térmica o de reaccionesquímicas.
  160. 160. RADIACION.Algunos tipos de radiación incidente sobre el polímero tieneenergía suficiente para desplazar electrones de sus átomos,produciendo su ionización y, por consiguiente, la rotura deenlaces.Algunos ejemplos de estos tipos de radiación son: haces deelectrones, rayos X, rayos β, rayos γ y radiación ultravioleta. Sinembargo, el efecto de estas radiaciones no es idéntico en todoslos caso. Por ejemplo, la radiación γ se utiliza para aumentar elentrecruzamiento del polietileno, con el fin de aumentar suestabilidad térmica.Mediante la adición de estabilizantes puede aumentarse laprotección del polímero a las radiaciones, en particular a laradiación ultravioleta.
  161. 161. REACCIONES QUIMICAS.Determinados elementos o compuestos, tales como el oxígenoo el ozono, pueden reaccionar con los polímeros provocando ofavoreciendo su escisión.Este fenómeno es esencialmente importante en el cauchovulcanizado, en el que, tras cierto tiempo de exposición alagente agresivo, las escisiones producidos en la estructura delmaterial provocando su agrietamiento.
  162. 162. BIODEGRADACIÓNSe aplica este término cuando las transformaciones y eldeterioro del polímero se debe a la acción de organismos vivos:el proceso está catalizado por la acción de hongos, bacterias,etc. y enzimas segregados por éstos. Al suceder en mediosacuosos, en ocasiones biodegradación y degradación hidrolíticavan de la mano.La biodegradación comienza por la colonización de la superficiedel polímero por bacterias y hongos. La unión a su superficiedepende de factores tales como la tensión superficial, porosidady textura superficial. Los polímeros compactos (p.e. sintéticosestereo regulares y con unidades repetitivas pequeñas) sonmenos biodegradables, puesto que las enzimas son menosaccesibles a los grupos hidrolizables.
  163. 163. El ataque de microbios se aprovecha para producir polímerosbiodegradables, así se eliminan materiales de desperdicio. Lospolímeros como los celulósicos se pueden dividir fácilmente enmoléculas con peso molecular bajo, por tanto sonbiodegradables, obviamente los polímeros producidos a partirde bacterias son biodegradables también.Sin embargo, ciertos polímeros incluidos los poliésteres, lospoliuretanos, los plásticos celulósicos y el cloruro de poliviniloplastificado son particularmente vulnerables a la degradaciónmicrobiana. Estos polímeros pueden fragmentarse enmoléculas de bajo peso molecular por radiación o por ataquequímico hasta que son suficientemente pequeños para seringeridos por los microbios.
  164. 164. La biodegradación exige la conversión completa del polímeroen bióxido de carbono, agua, sales inorgánicas y otrospequeños subproductos resultantes de la ingestion delmaterial por parte de las bacterias. Los polímeros del tipo delos celulósicos se pueden fragmentar fácilmente enmoléculas con pesos moleculares bajos y son, por tanto,biodegradables.Además, se producen polímeros especiales para su rápidadegradación; un ejemplo es un copolimero de polietileno y delalmidón. Las bacterias atacan la porción de almidón delpolímero y reducen el peso molecular del polietileno restante.
  165. 165. CORROSION DE CERAMICASLos materiales cerámicos están constituidos porcombinaciones de elementos metálicos y no metálicos, y sonaltamente resistentes a la corrosión en la mayoría de medios,especialmente a temperatura ambiente.En general, la corrosión de las cerámicas se produce pormecanismos químicos, mediante disolución de los elementosmetálicos y no metálicos, por lo que puede admitirse que ya seencuentran corroídos, por lo que resultan casi inmunes aprocesos de oxidación ulteriores. Por este motivo, se utilizanmateriales cerámicos en aquellos casos donde se requiere unaelevada estabilidad y resistencia a la corrosión a altastemperaturas.
  166. 166. Los cerámicos son productos ya quemados y corroídos y, enconsecuencia, no pueden someterse a otra degradación deeste tipo (oxidaciones, combustiones y corrosiones)constituyendo unos excelentes materiales inoxidables yrefractarios.Los materiales cerámicos refractarios, además de ser aislantestérmicos y estables a altas temperaturas, deben resistir elataque de diversos agentes agresivos, como los que seencuentran en diversas sales o en las escorias.También se utilizan sistemáticamente vidrios y otros materialescerámicos cuando se requiere una altísima estabilidad térmicaa temperaturas muy elevadas.
  167. 167. Fallas mecánicas en los materiales cerámicos.Los cerámicos son frágiles por imperfecciones como grietas,porosidad e inclusiones extrañas, se intensifica la fracturafrágil que es una falla mecánica, los defectos varían entamaño, forma y orientación.La fractura frágil es cualquier grieta o imperfección que limitala capacidad de un cerámico a resistir un esfuerzo.La fractura frágil tiene un tratamiento estadístico. existenmétodos para mejorar la tenacidad que resultan en una mayorresistencia a la fractura y en esfuerzos mayores, un método esel de rodear las partículas frágiles con un material motriz mássuave y tenaz.
  168. 168. CORROSIÓN DE ALGUNOS CERÁMICOS CRISTALINOS.Los óxidos tales como la sílice (SiO2) y la alúmina (Al2O3) nopresentan problemas de oxidación por estar ya oxidados. Laprincipal limitación de estos compuestos como materialesde construcción para altas temperaturas, está en sus altoscoeficientes de expansión, lo que los hace poco resistentes agrandes cambios de temperatura.La resistencia a la oxidación de los nitruros no es elevada,pero puede elevarse debido a la formación de capas de óxidoprotectores de algunos de sus componentes: el nitruro desilicio, debido a la formación de una película superficial desílice, soporta temperaturas de hasta 1.500ºC sin degradarse.
  169. 169. El carburo de silicio es el único carburo que puede ser usadohasta temperaturas de 1.300ºC a 1.600ºC sin degradarse. Losdemás carburos presentan baja resistencia a la oxidación.Los boruros presentan una buena resistencia a la oxidación.Los siliciuros tienen una buena resistencia a la oxidación,especialmente el disiliciuro de molibdeno (MoSi2) que puedeusarse como elemento calefactor en aire hasta 1.800ºC.El cuarzo no es atacado a temperatura ambiente por losácidos clorhídrico, nítrico o sulfúrico (pero como todos loscompuestos de sílice, es atacado por el ácido fluorhídrico),pero es atacado, aunque lentamente, por soluciones alcalinas.A temperaturas elevadas el cuarzo es atacado por solucionesde NaOH, KOH, Na2CO3, silicatos de sodio y soluciones debórax.
  170. 170. Los carburos y nitruros de metales de transición sonquímicamente estables a temperatura ambiente pero muestranalgún ataque en soluciones concentradas de ácido.Los materiales vítreos se corroen, principalmente, por laacción de medios acuosos. En general, los vidrios con altoscontenidos en sílice (>96% SiO2), así como los basados enaluminosilicatos o en borosilicatos, muestran excelenteresistencia a la corrosión en una amplia variedad de medioscorrosivos.Los vidrios basados en silicatos son menos resistentes ensoluciones alcalinas que en soluciones ácidas.
  171. 171. CORROSIÓN DE VIDRIOSLos materiales vítreos se corroen, principalmente, por laacción de medios acuosos. En general, los vidrios con altoscontenidos en sílice (>96% SiO2), así como los basados enaluminosilicatos o en borosilicatos, muestran excelenteresistencia a la corrosión en una amplia variedad de medioscorrosivos.Los vidrios basados en silicatos son menos resistentes ensoluciones alcalinas que en soluciones ácidas.
  172. 172. Dentro de los vidrios más comúnmente utilizados, el ordencreciente de corrosión según sus agregados es el siguiente:• para vidrios resistentes Alto sílice < aluminosiclicatos <borosilicatos (pirex)• para vidrios comunes Na2O.CaO.SiO2 < boratos < fosfatosEn soluciones ácidas el ataque de los vidrios mássusceptibles se produce por intercambio de los metales delvidrio con protones del medio corrosivo. Al no conteneróxidos metálicos solubles en ácidos, esta forma de ataqueno se presenta en la sílice.
  173. 173. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓNPara minimizar la corrosión de los cerámicos es necesario:• seleccionar un material adecuado para el uso requerido,• realizar mantenimiento de las piezas periódicamente,• realizar controles para verificar que la degradación estédentro de los valores tolerables.La selección del material adecuado incluye la selección desu porosidad y su textura que puede ser mejorada deacuerdo a los requerimientos. Los cerámicos estructuralesrequieren menor porosidad que los refractarios.
  174. 174. En un rango intermedio de pH los silicatos metálicospresentan baja solubilidad, y suelen formar una capaprotectora que reduce la velocidad de corrosión. Cuando elpH aumenta se llega a valores en los que la sílice comienzaa formar silicatos solubles, y la corrosión en todos los casosaumenta.Los vidrios de borosilicato para contención de residuosnucleares de alta actividad contienen aluminio, hierro y otrosmetales de transición. La figura 4.38 muestra, en formaesquemática, los valores de velocidades de corrosión devidrios para repositorios nucleares, comparados con vidriode baja sílice (vidrio común) y de alta sílice.
  175. 175. Bibliografía:1. Smith William. Fundamentos de la ciencia e Ingeniería de Materiales cuarta edición2. Smith William. Ciencia e Ingeniería de Materiales.3. Askeland. Ciencia e Ingeniería de Materiales.4. Callister William. Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales5. Shakefford. Ciencia de Materiales para Ingenieros.6. Mangonon. Ciencia de Materiales Selección y diseño.7. Flinn-Trojan. Materiales de Ingeniería y sus Aplicaciones.8. Avner. Introducción a la Metalurgia Física.9. Red Hill. Principios de Metalurgia Física.10.Lasheras. Tecnología del acero.
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