Atmospheric Corrosion Factors and Their Effects

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”.
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO.
ÁREA DE TECNOLOGÍA.
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA.
UNIDAD CURRICULAR: CORROSION.
Santa Ana de Coro, JUNIO de 2021
Dr. Cornelio Martínez
CORROSIÓN ATMÓSFERICA

Factores ambientales y sus efectos sobre la
corrosión.
La corrosión atmosférica se puede definir como la corrosión de los materiales expuestos al aire y sus
contaminantes, en lugar de sumergirse en un líquido.
Clasificación de la corrosión atmosférica:
 Secas.
 Húmedas.
Este tema trata solo de la corrosión atmosférica húmeda que se manifiesta a través de dos formas de
presencia del electrolito: Películas de humedad y películas mojadas.
Películas de humedad: Se refiere a la corrosión en presencia de películas de electrolito microscópicas (o
"humedad“ no visibles a la vista). Se crean a un nivel critico de humedad relativa (> 60%)
Películas mojadas : Se refiere a la corrosión en presencia de capas de electrolito visibles en la superficie. Se
asocian con el rocío, rocío oceánico, agua de lluvia y otras formas de salpicaduras de agua.

corrosión.
Sistema electroquímico de la corrosión atmosférica :
1. Material metálico o susceptible a la corrosión (concreto) .
2. Productos de corrosión ( óxidos o hidróxidos metálicos) y posiblemente otros depósitos..
3. Capa superficial de electrolito ( agua más o menos contaminada)
4. La atmosfera (presencia de humedad y contaminantes)
La reacción catódica general es la reducción de oxígeno, que se difunde a través de la capa superficial de agua y
depósitos. El espesor de la película de agua puede tener un gran efecto, pero es más familiar relacionar la
corrosión atmosférica con otros parámetros :

corrosión.
Factores que determinan la corrosión atmosférica :
1) El tiempo de humedad.
2) La composición del electrolito de la superficie.
3) La temperatura.
Los tres factores principales que determinan la corrosión atmosférica, dependen por una parte del tipo
de atmósfera:
1) Rural (interior)
2) Marina
3) Urbano
4) Industrial

Tipos de atmósfera.
corrosión .
1. Rural (interior): Ambiente seco con poca o ninguna contaminación.
Este tipo de atmósfera es generalmente la menos corrosiva y normalmente no contiene contaminantes
químicos, pero sí contiene partículas orgánicas e inorgánicas. Los principales factores corrosivos son la
humedad, el oxígeno y el dióxido de carbono. Los tipos áridos y tropicales son casos extremos especiales en la
categoría rural.
2. Marina: Dentro y por el mar, con alta humedad y presencia de iones cloruros.
Las partículas finas de cloruro que se depositan en las superficies caracterizan este tipo de atmósfera. Las
atmósferas marinas suelen ser altamente corrosivas, y la corrosividad tiende a depender significativamente de
la dirección del viento, la velocidad del viento y la distancia desde la costa. Cabe señalar que se crea un
entorno corrosivo equivalente mediante el uso de sales de deshielo en las carreteras de muchas regiones frías
del planeta.

Tipos de atmósfera.
corrosión .
3. Urbano: Contaminado por los gases de escape, el humo y el hollín. Este tipo de
atmósfera es similar al tipo rural en que hay poca actividad industrial. Contaminantes
adicionales son de la variedad SOx y NOx, de las emisiones de vehículos de motor y
combustible doméstico.
4. Industrial: Altamente contaminado por la industria que generan descargas y
precipitados. Estas atmósferas están asociadas con instalaciones de procesamiento
industrial pesado y pueden contener concentraciones de dióxido de azufre, cloruros,
fosfatos y nitratos.

Mapas geográficos de la corrosividad atmosférica.
corrosión .
Las regiones costeras, tienden a tener las
atmósferas más corrosivas debido al efecto de los
cloruros azotados por el viento ( altos niveles de
humedad).

corrosión .
Los efectos de la lluvia (más ambiguos). Por un
lado proporciona la humedad necesaria para las
reacciones de corrosión, pero, por otro lado,
tiende a tener un efecto de limpieza al lavar o
diluir las especies de superficie corrosivas.

En este mapa se puede notarse fácilmente
el efecto de los microclimas y más aún las
diferencias en la corrosividad de cada a
atmósfera en particular: como por ejemplo
las estaciones La Voz y Punto Fijo, las
cuales se encuentran situadas en el mismo
clima (Figura 2) y sin embargo,. la
velocidad de corrosión en la primera
supera en varios ordenes de magnitud a la
segunda.
Como puede notarse el alto contenido de
cl- , SO2 y la alta velocidad del viento
(velocidad de corrosión por erosión = 1.4
mm/año). permiten que en esta estación
la velocidad de corrosión sea mayor que
en Punto Fijo. siendo considerada la más
agresiva de las estudiadas en Iberoamérica

Efectos de la humedad relativa y la contaminación del aire sobre la
corrosión atmosférica de materiales .
 Superficies metálicas completamente limpias y lisas, y
no hay contaminación de la atmósfera, no se produce
una corrosión significativa con una humedad relativa
inferior al 100%.
 Los materiales como el acero, el cobre, el zinc y el
níquel se corroen cuando la humedad relativa supera el
50–70%.
 Si la superficie además está contaminada por partículas
de cloruro, hollín o “polvo” (línea recta de la figura 8.2),
que son higroscópicas, la velocidad de corrosión es
considerablemente más alta cuando la humedad
relativa supera el 60%.

Tipos de atmosferas y velocidades de deposición de Cl
-
y SO2 sobre la
velocidad de corrosión del acero.
Las velocidades de
corrosión se corresponden
bien con las velocidades de
deposición de Cl- y SO2

Teoría de la corrosión atmosférica.
 En el hierro, la humedad
crítica es del 60% en una
atmósfera libre de dióxido
de azufre.
 El nivel crítico de humedad
no es constante y depende
de la corrosión del material,
la tendencia de los
productos de corrosión y los
depósitos superficiales a
absorber la humedad y la
presencia de contaminantes
atmosféricos.
 En presencia de electrolitos
de película delgada el
oxigeno de la atmósfera es
suministrado fácilmente.

Proceso catódico
Proceso anódico
La reducción del oxígeno atmosférico es una de las reacciones
más importantes. En presencia de contaminantes gaseosos del
aire, se deben considerar otras reacciones de reducción que
involucran ozono, azufre y nitrógeno. Se ha demostrado que un
mecanismo de transporte de difusión de oxígeno es aplicable solo
a una capa de electrolito de aproximadamente 30 µm de espesor
en condiciones estrictamente isotérmicas.
Dos pasos de reacción, con peróxido de hidrógeno como
intermedio, de acuerdo con las ecuaciones. (2.3) y (2.4).
Esta reacción ocurre en medios altamente ácidos que provocan un
ataque corrosivo bajo los recubrimientos, cuando la producción de
hidrógeno puede causar la formación de ampollas en el recubrimiento
y otras condiciones de corrosión de las grietas.
La ecuación (2.5) representa la reacción anódica generalizada que
corresponde al paso determinante de la velocidad de corrosión
atmosférica.

Teoría de la corrosión
atmosférica.
Modelo tipo GILDES: Mecanismo de reacción para los
procesos de formación y descomposición de productos de
corrosión para explicar las velocidades de corrosión
atmosférica. (Graedel,1985)
Basada en seis regímenes diferentes o
regiones (Fig. 2.5):
1) La región gaseosa (G)
2) La interfaz de gas a líquido (I)
3) El líquido de superficie (L)
4) La capa de deposición (D)
5) La capa electródica (E)
6) El sólido corrosivo (S).

1) La región gaseosa (G): En esta región se considera el arrastre y la
transferencia de especies a través de la interfaz líquida, las transformaciones
químicas, los efectos de la radiación solar en las reacciones atmosféricas
fotosensibles, los efectos de la temperatura y la cinética de la reacción.
2) La interfaz de gas a líquido (I) : Se estudia la transferencia de moléculas a
la capa líquida antes de su interacción química en dicha capa. No solo el régimen
líquido "recibe" especies de la fase gaseosa, sino que las especies del líquido
también se volatilizan en la fase gaseosa.
3) El líquido de superficie (L) : Las variables importantes en el régimen líquido
incluyen el espesor de la película acuosa y su efecto sobre la concentración de
especies, las transformaciones químicas en el líquido y las reacciones que
involucran iones metálicos que se originan de las reacciones de corrosión
electroquímica.
4) La capa de deposición (D): En la zona de deposición, los productos de
corrosión se acumularán, luego de su nucleación en el sustrato. Las especies más
termodinámicamente estables tenderán a dominar.
5) La capa electródica (E): El "electrolito interno" puede quedar atrapada
dentro o debajo de los productos de corrosión formados. Las capas de producto de
corrosión depositadas pueden verse así como membranas, con diversos grados de
resistencia al transporte iónico. Las películas pasivantes tienden a representar
fuertes barreras para el transporte iónico.
6) El sólido corrosivo (S) : Los pasos mecanicistas detallados (secuencias) en
la disolución del sólido y sus características cinéticas son relevantes.

La naturaleza de los productos de corrosión encontrados en diferentes metales expuestos a la atmósfera se
muestra en la Fig. 2.6
Se requieren conocimientos especializados de diferentes
campos científicos para formular matemáticamente los
procesos de transición y transformación en estos
regímenes (GILDES):
 Capa gaseosa: Química atmosférica.
 Capa de interfaz: Ingeniería de transporte de masa y
ciencia de interfases.
 Capa liquida: Química del agua dulce, marina y
salmuera.
 Capa de deposición: Química coloidal y mineralogía.
 Capa electródica: Electroquímica.
 Capa sólida: Química del estado sólido.

Corrosión atmosférica sobre diferentes
materiales.
La Figura 8.3 muestra mediciones de corrosión en diferentes aceros en diferentes tipos de atmosfera: (a) rural , (b)
atmósfera marina y dos sitios industriales (c y d, el último más contaminado).

Tabla 8.2 Efectos de corrosión atmosférica en diferentes materiales:
Material Resistencia a la
corrosión
Tipos de corrosión Velocidad de
corrosión
Aluminio Buena en diversas
atmósferas.
Picaduras,
intergranular,
galvánica en contacto
con cobre, acero
dulce (en atmósfera
marina) y grafito.
5 µm/año en
promedio
Cobre Altamente resistentes
debido a películas
pasivantes de óxidos
de cobre
Picaduras y galvánica. inferior a 2–3 μm /
año
Estaño y Níquel Altamente resistentes Picadura, galvánica y
SCC.
Inferior a 2 µm/año
Plomo Excelente resistencia
debido a películas
protectoras.
Picadura, galvánica y
erosión.
Inferior a 1 µm/año
Acero inoxidable No se corroe Ninguna Despreciable.

materiales.
La velocidad de corrosión del zinc depende más del tipo de atmósfera, como se muestra en la Tabla 8.2

materiales.
Los métodos más importantes para prevenir la corrosión atmosférica son:
1) Seleccionar un material estructural resistente a la corrosión.
2) Usar un recubrimiento resistente a la corrosión (metálico, inorgánico, orgánico o compuesto).
3) Cerrar las cavidades internas para evitar acceso de aire húmedo, o por el contrario, asegurarse
de que haya suficiente ventilación y drenaje.
4) Suministrar aceite, grasa o sustancias especiales como tectyle a las cavidades.

Variables practicas de importancia de la
corrosión atmosférica.
Tiempo de humedad (TOW) : Es el tiempo que tarda en aparecer la película del electrolito en la superficie
corrosiva. El tiempo de humedad depende en gran medida de la humedad relativa crítica se puede utilizar la
definición ISO de TOW como el número de horas que la humedad relativa excede el 80 por ciento y la
temperatura excede los 0°C.
Dióxido de azufre: El dióxido de azufre, juega un papel importante en la corrosión atmosférica en atmósferas urbanas
e industriales. Se adsorbe en superficies metálicas, tiene una alta solubilidad en agua y tiende a formar ácido sulfúrico
en presencia de películas de humedad superficial. Los iones sulfato se forman en la capa de humedad superficial por la
oxidación del dióxido de azufre de acuerdo con la ecuación. (2.6)

Dióxido de azufre: A partir de la reacción de disolución anódica se forman los iones ferrosos.
Fe → Fe+2 + 2e-
Estos iones ferrosos se combinan con los iones sulfatos para producir sulfato de hierro.
Fe+2 + SO2
- → FeSO4
El sulfato de hierro se hidroliza por la reacción expresada por la ecuación. (2.7):
Los iones de sulfato estimulantes de la corrosión se liberan por esta reacción, lo que conduce a un tipo de ataque
autocatalítico sobre el hierro.

Cloruros : La salinidad atmosférica aumenta claramente las velocidades de corrosión atmosférica. Además de la
formación mejorada de electrolitos en la superficie por sales higroscópicas como NaCl y MgCl2, también es
probable la participación directa de iones cloruro en las reacciones de corrosión electroquímica. En los metales
ferrosos, se sabe que los aniones cloruro compiten con los iones hidroxilo para combinarse con los cationes
ferrosos producidos en la reacción anódica.
Fe+2 + 2Cl- → FeCl2
Otros contaminantes atmosféricos: El sulfuro de hidrógeno (H2S), el cloruro de hidrógeno (HCl) y el cloro (Cl2)
presentes en la atmósfera pueden intensificar el daño por corrosión atmosférica, pero representan casos
especiales de corrosión atmosférica que están invariablemente relacionados con las emisiones industriales en
microclimas específicos.

Otros contaminantes atmosféricos: Los compuestos de nitrógeno, en forma de NOx, también tienden a acelerar
el ataque atmosférico. Los efectos del ozono (O3) en la atmósfera puede conducir a un aumento en la velocidad
de deposición de dióxido de azufre. La deposición de materia sólida de la atmósfera puede tener un efecto
significativo en las velocidades de corrosión atmosférica, particularmente en las etapas iniciales. Dichos depósitos
pueden estimular el ataque atmosférico por tres mecanismos:
 Reducción de los niveles críticos de humedad por acción higroscópica.
 La provisión de aniones, estimulando la disolución del metal.
 Efectos microgalvánicos por depósitos más nobles que el metal corroído; Los depósitos carbonosos merecen
una mención especial en este contexto.

Temperatura: El efecto de la temperatura sobre las tasas de corrosión atmosférica también es bastante complejo.
Un aumento de la temperatura tenderá a estimular el ataque corrosivo al aumentar la velocidad de las reacciones
electroquímicas y los procesos de difusión. Para un nivel de humedad constante, un aumento de la temperatura
conduciría a una mayor velocidad de corrosión. Sin embargo, elevar la temperatura generalmente conducirá a una
disminución de la humedad relativa y a una evaporación más rápida del electrolito de la superficie. Cuando el
tiempo de humedad se reduce de esta manera, la velocidad de corrosión general tiende a disminuir.
Para espacios de aire cerrados, como las atmósferas interiores, se ha señalado que el aumento de la humedad
relativa asociada con una caída de temperatura tiene un efecto primordial en la velocidad de corrosión. Esto
implica que el aire acondicionado simple que disminuye la temperatura sin deshumidificación adicional acelerar el
daño por corrosión atmosférica.

Corrosividad atmosférica y velocidad de
corrosión.
Enfoques fundamentales para clasificar la
corrosividad atmosférica, como se muestra
en la figura 2.7. Estos dos enfoques para la
clasificación ambiental pueden usarse de
manera complementaria para derivar
relaciones entre las velocidades de corrosión
atmosférica y las variables atmosféricas
dominantes

Clasificación de la corrosividad según
metodología ISO.
La metodología ISO. La Organización Internacional de Normalización (ISO) ha desarrollado un completo sistema de
clasificación de corrosividad. Las normas ISO aplicables se enumeran en la Tabla 2.1. La verificación y evolución de este
sistema está en curso a través del programa de exposición más grande que se haya realizado a nivel mundial.

metodología ISO.
Procedimiento y limitaciones. La clasificación de corrosividad ISO de los parámetros atmosféricos se basa en el
supuesto simplificador de que el tiempo de humedad (TOW) y los niveles de impurezas corrosivas determinan la
corrosividad. Solo se consideran dos tipos de impurezas corrosivas, a saber, dióxido de azufre y cloruro. A
continuación se presentan definiciones prácticas para todas las variables involucradas en el cálculo de un índice de
corrosividad ISO.
Tiempo de humedad. Unidades: horas por año (h/año) cuando la humedad relativa (HR) > 80 por ciento
y la temperatura (T) > 0 °C

metodología ISO.
Salinidad en el aire. Unidades: tasa de deposición de cloruro (mg / m2 día)
Contaminación industrial por SO2. Se utilizan dos tipos de unidades:
Concentración (µg/m3), PC Velocidad de deposición (mg/m2 día), PD

metodología ISO.
Categorías de velocidad de corrosión. Se predicen dos tipos de velocidades de corrosión:

metodología ISO.
La categorización TOW se presenta en la Tabla 2.2. Los valores de TOW se pueden medir directamente con
sensores, o se puede utilizar la definición ISO de TOW como el número de horas que la humedad relativa excede
el 80 por ciento y la temperatura excede los 0°C.
% tiempo de humedad:
% TOW = (
# ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 (𝐻𝑅>80% 𝑦 𝑇>0°𝐶)
365 𝑑𝑖𝑎𝑠 𝑥 24 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠
) x 100
Ejemplo calculo % TOW:
% TOW = (
250 ℎ
8760 ℎ/𝑎ñ𝑜
) x 100 = 2,85 % ≈ 3 %

metodología ISO.
Las clasificaciones de dióxido de azufre y cloruro se presentan en la Tabla 2.3.

Después de la categorización de las tres variables clave, la
categoría de corrosividad ISO aplicable se puede determinar
utilizando el cuadro ISO apropiado (Tabla 2.4). Se aplican
diferentes categorías de corrosividad a diferentes tipos de
metal.
Como paso final en el procedimiento ISO, la velocidad de
corrosión atmosférica se puede estimar para la categoría de
corrosividad determinada. La Tabla 2.5 muestra una lista de
velocidades de corrosión de 12 meses para diferentes metales
para diferentes categorías de corrosividad.

Análisis de corrosividad ISO. Ejemplos en dos
bases aéreas.
El uso de la metodología ISO se puede ilustrar aplicándolo a una evaluación de corrosividad realizada para dos
bases aéreas contrastantes: una base marítima en Nueva Escocia y una base interior en Ontario (Fig. 2.8).

bases aéreas.
La motivación para determinar la corrosividad atmosférica en estos lugares se puede ver en el contexto de la estrategia
idealizada de vigilancia de la corrosión que se muestra en la figura 2.9. Esencialmente, este esquema gira en torno a
predecir dónde y cuándo el riesgo de daño por corrosión es mayor y adaptar en consecuencia los esfuerzos de control de
corrosión.
Una consideración subyacente en estas
recomendaciones es que los aviones
militares pasan la gran mayoría de su
vida útil en tierra, y se produce la
mayor parte del daño por corrosión a
nivel del suelo.

bases aéreas.
El parámetro ISO TOW podría derivarse directamente de las mediciones de humedad relativa y temperatura
realizadas cada hora en las bases. El promedio diario de TOW en la base marítima se muestra en la Fig. 2.10, junto
con las categorías ISO TOW correspondientes, según lo determinado por los criterios de la Tabla 2.2. El perfil
general de TOW para la base interior fue notablemente similar.

bases aéreas.
En el caso de las bases aéreas, no hubo datos medidos directamente para las tasas de deposición de dióxido de
azufre y cloruro. Sin embargo, los datos relacionados con los niveles de dióxido de azufre atmosférico y los niveles de
cloruro en la precipitación se registraron en sitios relativamente cercanos. Sobre la base de estos datos, las categorías
probables de cloruro ISO y dióxido de azufre para la base marítima fueron S3 y P0-P1, respectivamente.

Bajo estos supuestos, las clasificaciones de corrosividad ISO
aplicables están en los niveles de alto a muy alto (C4 a C5) para
el aluminio. Usando las categorías ISO de cloruro y dióxido de
azufre de S0 y P0 – P1, respectivamente, para la base aérea del
interior, el índice de corrosividad para el aluminio está en el
nivel C3.

El procedimiento paso a paso (usando la tabla
2.4) para determinar estas categorías y las
diferentes velocidades de corrosión predichas
para el aluminio en las dos bases se muestran
en la figura 2.11.
0,3 < TOW <0,6
0,03 < TOW < 0,3
≤ 3 mg/m2 día
301< S3 < 1500
mg/m2 día
P0 ≤ 10
11 < P1 < 35

bases aéreas.
Para mejorar el control de la corrosión teniendo en
cuenta las variaciones de humedad , se pueden
considerar los efectos de la deshumidificación de la
aeronave. Se supone que la deshumidificación se
aplicaría solo de forma estacional, cuando la
categoría TOW T4 se alcanza en un promedio
mensual . Se supone además que el tiempo de
humedad puede reducirse a un nivel promedio de T3
en estos meses críticos mediante la aplicación de
sistemas de deshumidificación. El énfasis en la
deshumidificación debe colocarse en la noche, sobre
la base de la figura 2.12.

bases aéreas.
Las velocidades acumuladas de corrosión
proyectadas del aluminio con y sin esta simple
medida, basadas en las predicciones ISO, se
muestran en la figura 2.13. Las categorías de
cloruro S3 y dióxido de azufre P1 se utilizaron en
este ejemplo, junto con las velocidades de
corrosión más conservadoras de 12 meses de
las clasificaciones de corrosividad ISO
aplicables. Los beneficios potenciales de la
deshumidificación, incluso cuando se aplica
solo en períodos de tiempo seleccionados, son
evidentes a partir de este análisis.

Existen otras metodologías para la
clasificación de la corrosión atmosférica
como el algoritmo PACER LIME, medidas
directas usando probetas de corrosión y
sensores instrumentales electroquímicos.
Pero estos no serán tratados en este curso.

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