Enviado por davaro el Mar, 03/24/2020 - 00:43
UTILIZACION DE INHIBIDORES DE CORROSION VERDES Y SUSTENTABLES EN LA INDUSTRIA
Rubén Daniel Avaro, CEO de Aloetrade America LLC.
© by Rubén Daniel Avaro, 2020.
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Introducción y Causas de la Corrosión
La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna.
Siempre que la corrosión este originada por una reacción electroquímica (oxidación) la velocidad a la que tiene lugar dependerá en algunas medidas de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. La corrosión puede ser mediante una reacción química (oxidorredución) en la que intervienen tres factores: La pieza manufacturada, ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica (Askeland, 2006)
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón). Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, alta temperatura, entre otros).
Es un industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedente de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante. (Smith, 2006).
La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-química). Por ejemplo un metal muestra una tendencia inherente a reaccionar con el medioambiente (atmosfera, agua, suelo, entre otros) retornando a la forma combinada. El proceso de corrosión es natural y espontaneo (Smith, 2006).
Lo que provoca la corrosión es un flujo eléctrico masivo generado por las diferencias químicas entre las piezas implicadas. La corrosión es un fenómeno electroquímico. Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro. Cuando desde una especie química cede y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo y se verifica la oxidación, y aquella que los recibe se comporta como cátodo y en ella se verifica la reducción. (Askeland, 2006)
Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroquímico. Si separamos una especie y su semireacción, se le denominará semipar electroquímico; si juntamos ambos semipares, se formará un par electroquímico. Cada semipar está asociado a un potencia de reducción (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidación). Aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positiva procederá como una reducción y, viceversa, aquel que exhiba un potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación
Para que haya corrosión electroquímica, además del ánodo y el cátodo debe haber un electrolito (por esta razón, se suele llamar corrosión húmeda, aunque el electrolito también puede ser solido). La transmisión de carga eléctricas es por electrones del ánodo y al cátodo (por medio del metal) y por iones en el electrolito.
Este par de metales constituye la llamada pila galvánica, en donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta electrones. Al formarse la pila galvánica, el cátodo se polariza negativamente, mientras el ánodo se polariza positivamente.
En un medio acuoso, la oxidación del medio se verifica mediante un electrodo especial, llamado electro ORP, que mide en mili voltios la conductancia del medio. La corrosión metálica química es por ataque directo del medio agresivo del metal, oxidándolo, y el intercambio de electrones se produce sin necesidad de la formación del par galvánico. La manera de corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales.
En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteoritico) los metales están presentes en la Tierra en forma de óxido, en los minerales (como la bauxita si es aluminio, la hematita si es hierro). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido. (Askeland, 2006)
1.1. Tipos de Corrosión
Según Askeland, (2006) los tipos de corrosión son los siguientes:
Corrosión electroquímica o polarizada: la corrosión electroquímica se establecen cuando en una misma superficie metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre sí en donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se verifica el potencial de oxidación más bajo, llamado área catódica.
El conjunto de las dos semi reacciones constituye una célula de corrosión electroquímica. La corrosión electroquímica es debido a la circulación de electrones entre zonas de diferente potencial, en contacto con el medio conductor. Esta diferencia de potencial puede darse entre dos puntos de un mismo material en cuyo caso la diferencia de potencial no acostumbra a ser elevada o entre diferentes metales dando lugar a una pila galvánica en la que la corriente de corrosión es importante.
Es característica de este tipo de corrosión la localización de la zona de corrosión; esto puede dar lugar a consecuencias catastróficas a pesar de que la pérdida de material puede no ser muy importante. En una pila de corrosión la pérdida de material corresponderá a la zona o metal más electronegativo que se denominará zona catódica y será donde se concentra la salida de la corriente al medio. La zona de entrada de la corriente, denominada zona catódica no sufrirá ningún deterioro y corresponde al potencial más electropositivo. Entre sus tipos está:
Corrosión por oxigeno: Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxigeno diatómico disuelto en agua o l aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión elevada (ejemplo: calderas de vapor). La corrosión en las maquinas térmicas (calderas de vapor) representa una constante pérdida de rendimiento y vida útil de la instalación
Corrosión microbiológica: Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. Se han identificado alguna especies hidrogeno- dependientes que usan el hidrogeno disuelto en agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante. Su acción está asociada al pitting (picado) del oxígeno o la presencia de ácido sulfhídrico en el medio. En este caso se clasifican las ferrobacterias.
Corrosión por presiones parciales de oxigeno: El oxígeno presente en una tubería por ejemplo, está expuesto a diferentes presiones parciales del mismo. Es decir una superficie es más aireada que otra próxima a ella y se forma una pila. El área sujeta a menor aireación (menor presión parcial) actúa como ánodo y la que tiene mayor presencia de oxigeno (mayor presión) actúa como un cátodo y se establece la migración de electrones, formándose oxido en una y reduciéndose en la otra parte de la pila. Este tipo de corrosión es común en superficies muy irregulares donde se producen obturaciones de oxígeno.
Corrosión galvánica: Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo.
Aquel que tenga el potencial de reducción más negativo procederá como una reducción y viceversa aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción. Este par de metales constituyen la llamada pila galvánica, en donde la especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta los electrones.
Corrosión por actividad salina diferenciada: este tipo de corrosión se verifica principalmente en calderas de vapor, en donde la superficie metálica expuesta diferentes concentraciones salinas forma a ratos una pila galvánica en donde la superficie expuesta a la menor concentración salina se comporta como un ánodo.
Corrosión por heterogeneidad del material: Se produce en aleaciones metálicas, por imperfecciones en la aleación.
Corrosión por aireación superficial: También llamado efecto Evans. Se produce en superficies planas, en sitios húmedos y con suciedad. El depósito de suciedad provoca en presencia de humedad la existencia de un entorno más electronegativamente cargado.
1.2. Formas de Corrosión
Según Smith, (2006) son las siguientes:
Corrosión uniforme: El ataque corrosivo uniforme se caracteriza por una reacción electroquímica o química que procede de manera uniforme sobre la superficie completa del metal expuesto al ambiente corrosivo. Con base en el peso, el ataque uniforme representa la mayor destrucción de los metales, en particular de los aceros.
Corrosión por grietas: La corrosión por grietas es una forma de corrosión electroquímica localizada que puede ocurrir en las grietas y bajo superficies recubiertas donde sea posible que existan soluciones estancadas. La corrosión por grietas es importante para la ingeniería cuando ocurre bajo las juntas, remaches y pernos, entre discos y asientos de válvulas, bajo depósitos porosos, así como en muchas otras situaciones similares. La corrosión por grietas se presenta en muchos sistemas de aleaciones tales como acero inoxidable y titanio, aleaciones de aluminio y cobre.
Corrosión por picaduras o pitting: Las picaduras son una forma de ataque corrosivo localizado que produce hoyos o picaduras en un metal. Esta forma de corrosión es muy destructiva para las estructuras de ingeniería si llega a perforar el metal. Sin embargo, si no se produce la perforación, se puede aceptar un mínimo de picaduras en los equipos de ingeniería. Las picaduras son difíciles de detectar en ocasiones debido a que las pequeñas pueden estar recubiertas por los productos de corrosión.
Además, es posible que varíe bastante el número y profundidad de las picaduras, y hasta cierto punto el daño por picaduras quizá resulte difícil de evaluar. En consecuencia, las picaduras, debido a su naturaleza localizada, pueden con frecuencia producir fallas repentinas e inesperadas.
Corrosión intergranular: La corrosión intergranular es un ataque corrosivo localizado en y/o adyacente a las fronteras de grano de una aleación. En condiciones comunes si un metal se corroe de manera uniforme, las fronteras de grano sólo serán un poco más reactivas que la matriz. Sin embargo, en otras condiciones, las regiones de la frontera de grano pueden ser muy reactivas, y causar corrosión intergranular que provoca la pérdida de resistencia de la aleación inclusive la desintegración en las fronteras de grano.
Corrosión selectiva: La disolución selectiva es la eliminación preferencial de un elemento de una aleación sólida mediante un proceso de corrosión. El ejemplo más común de este tipo de corrosión es la deszinificación, en la cual ocurre la fuga selectiva de zinc a partir de cobre en latones. También se producen procesos similares en otros sistemas de aleaciones tales como las pérdidas de níquel, estaño y cromo a partir de aleaciones de cobre, hierro de hierro fundido, níquel de aleaciones de acero, y cobalto a partir de estelita.
Corrosión por erosión: La corrosión por erosión puede definirse como la aceleración en la velocidad del ataque corrosivo a un metal debido al movimiento relativo de un fluido corrosivo y de la superficie metálica. Cuando el movimiento relativo del fluido corrosivo es rápido, los efectos del desgaste y la abrasión mecánicos pueden ser severos. La corrosión por erosión se caracteriza por la aparición en la superficie metálica de huecos, valles, picaduras, hoyos redondeados y otras configuraciones de daño de la superficie metálica que suelen ocurrir en la dirección del flujo del fluido corrosivo.
Corrosión por esfuerzo: Las grietas debidas a la corrosión por esfuerzo (GCE) de los metales se refieren a las grietas provocadas por los efectos combinados de esfuerzos por tensión y un ambiente de corrosión específico que actúa sobre el metal.
2. La Eliminación de la Corrosión
Las corrosiones en los ductos pueden ser removidos por métodos mecánicos y mediante el uso de productos químicos. La selección del método para remover incrustaciones depende de:
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La adherencia de la incrustación
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Espesor de la incrustación
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Tipo de incrustación
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Costos de remoción de la incrustación por uno o por otro método
Los métodos pueden ser usados por separado o juntos para dar una mayor eficiencia al trabajo.
2.1. Remoción Química
La remoción de incrustaciones con productos químicos es usualmente el método más usado sobre todo cuando las incrustaciones de hierro o depósitos de otros materiales como el manganeso, se ubican en puntos de difícil acceso. Para la remoción de la corrosión podemos utilizar diferentes tipos de inhibidores.
Un inhibidor es una sustancia que se añade, generalmente en proporción muy pequeña, a un medio corrosivo, para detener o disminuir la velocidad de la corrosión formando un compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien sea catódica o anódica.
Encontramos diversos tipos de inhibidores, a saber:
Inhibidores anódicos
Los inhibidores anódicos reaccionan sobre las partes anódicas del metal, formando un compuesto protector. Se emplean como inhibidores anódicos el carbonato sódico, el bicarbonato sódico, el fosfato sódico, el silicato sódico y el cromato sódico. También se emplea el bicromato potásico en la proporción de 0,2 por ciento.
Los inhibidores anódicos producen una velocidad de corrosión pequeña, con alto potencial de electrodo. (Cuesta, 2009)
Inhibidores catódicos
Los inhibidores catódicos forman compuestos protectores sobre el cátodo, empleándose para este fin sulfato de magnesio, de níquel y de cinc. Los inhibidores catódicos se utilizan para evitar la corrosión del acero en aguas neutras.
Existen otros inhibidores denominados de absorción, que son sustancias coloidales que se fijan sobre el metal. Entre estos pueden citarse la gelatina, el tanino, el agar-agar, etc. (Cuesta, 2009)
Inhibidores pasivantes
En algunos casos se forma una película en la superficie del metal que detiene la corrosión apenas iniciada. Se dice entonces que estos metales tienen pasividad natural contra la corrosión en el medio que ocurre esto. También puede conseguirse la pasividad tratando previamente el metal, y entonces se dice que la pasividad ha sido provocada por un pasivador. Un ejemplo de pasividad provocada es la que se obtiene sumergiendo una pieza de acero en ácido nítrico concentrado, resultando así inatacable por el ácido nítrico diluido, que sin esta pasivación lo ataca fácilmente.
No se conocen bien las causas de la pasivación, pero se atribuye, en general, o bien a la formación de películas gaseosas protectoras, generalmente de oxigeno e hidrogeno, o bien a la formación de películas sólidas, generalmente de óxidos, que protegen el metal, como ocurre con el aluminio, que posee pasividad natural. (Cuesta, 2009)
Inhibidores biodegradables
Se han estudiado una gran cantidad de compuestos orgánicos para investigar su potencial inhibidor de la corrosión. Todos estos estudios revelan que los compuestos orgánicos, especialmente aquellos con N, S y O muestran una significativa eficiencia de inhibición.
Los extractos de plantas se han convertido en una opción ambientalmente amigable, se encuentran disponibles y representan un recurso renovable para una amplia gama de inhibidores. Además de esto, son una fuente muy rica de compuestos químicos naturales que se pueden extraer por medio de procedimientos simples de bajo costo y son biodegradables por la naturaleza (Lecante et ál., 2011; Abdel et ál., 2006)
En este marco es donde encuadra nuestro inhibidor de corrosión a base de extractos vegetales de aloe barbadensis miller, aloe chinensis y aloe arborescens miller.
Los inhibidores de corrosión cumplen con las siguientes características:
En líneas generales las principales características de los inhibidores según Diana López (2016) son las siguientes:
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Reelentizar el flujo del electrón entre las áreas anódicas y catódicas en la superficie del metal.
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Formar una prevención física e hidrofóbica de la capa de agua y humedad que entra en contacto directo con el metal y formación del electrólito.
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Regular el valor del pH del electrolito
2.2. Remoción Mecánica
Las soluciones mecánicas para eliminar depósitos minerales ofrecen una amplia variedad de herramientas y técnicas aplicables en las tuberías de pozos y en la formación.
Los dispositivos que se introducen en tuberías y viajan a través de ellas son los llamados “diablos” y son utilizados para la remoción de depósitos de incrustación y de corrosión poco adheridos y para arrastrar sólidos después de un trabajo de remoción con productos químicos. Los diablos pueden ser de espuma, de platos de caucho, de cepillos y mixtos (platos de caucho con cepillos).
2.3. La Solución Tradicional de Prevención de la Corrosión
Como hemos analizado, la corrosión ha sido mitigada en gran medida mediante el uso de las tecnologías convencionales a base de compuestos químicos. Pero su principal desventaja radica en que todas las soluciones químicas convencionales generan pasivos ambientales y representan altos costos para la industria. En resumen, son productos con alta responsabilidad ambiental.
3. Nuestra Solución Verde y Sustentable
En los últimos años se han desarrollado nuevas formulaciones de tratamientos químicos anti corrosivos basadas en productos sustentables, también llamados de química verde. Estas soluciones tecnológicas ofrecen eficiencias muy similares a los productos convencionales, pero con la gran ventaja que no representan ningún riesgo al medio ambiente, y están en línea con las nuevas tendencias emergentes en las políticas, reglamentos e incentivos a nivel nacional e internacional.
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