UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE POSGRADO
TUNJA
2022
MÉTODOS DE CONTROL DE CORROSIÓN, APLICADOS A NIVEL INDUSTRIAL EN LA
PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
CARLOS YESID NOVA PUERTO
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Control de Corrosión en Estructuras Metálicas: Nivel Industrial, Guías, Proyectos, Investigaciones de Equipos Electrónicos de Consumo
Una monografía sobre los métodos de control de corrosión aplicados a nivel industrial en la protección de estructuras metálicas. El texto aborda la importancia del método en la selección de materiales, los inhibidores de corrosión, los tipos de inhibidores, la evaluación de inhibidores de corrosión aplicados en la industria, la protección catódica y anódica, entre otros temas. Dirigido por ing. Phd. El control de la corrosión en la etapa de diseño no solo sucede, debe planificarse para cualquier proyecto importante.
Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones
2020/2021
1 / 60
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UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE POSGRADO
TUNJA
MÉTODOS DE CONTROL DE CORROSIÓN, APLICADOS A NIVEL INDUSTRIAL EN LA
PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
CARLOS YESID NOVA PUERTO
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE POSGRADO
TUNJA
MÉTODOS DE CONTROL DE CORROSIÓN, APLICADOS A NIVEL INDUSTRIAL EN LA
PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS
CARLOS YESID NOVA PUERTO
Monografía, presentada para optar el título de ESPECIALISTA EN GESTIÓN DE INTEGRIDAD Y CORROSIÓN
DIRIGIDO POR:
Ing. PhD. JOSÉ ANÍBAL SERNA GIL
“La autoridad científica de la Facultad de Ingeniería, reside en ella misma, por lo tanto, no responde por las opiniones expresadas en este trabajo de grado”.
DEDICATORIA
A Dios, por haberme dado salud, por haberme dado una familia tan hermosa y poder seguir compartiendo con ellos el día a día, y permitirme poder cumplir con mis objetivos propuestos anteriormente. A mi mami Nancy por apoyarme en cada paso que doy, por la motivación que ella me da cada día y sus concejos
que me han sido de gran ayuda. A mi papá Luis Carlos, que siempre me ha apoyado en todas mis decisiones, que siempre me aconseja en todo momento, mis padres han sido mis pilares para poder seguir adelante, a mi hermano
Manuel, que ha sido un muy buen hermano brindándome consejos, y su gran compañía, a mi hermano Marlon, por siempre estar ahí cuando lo necesito, también por sus buenos consejos y de su buena compañía, a mis amigos que también han sido de gran apoyo.
Gracias.
LISTA DE TABLAS
TABLA1: COMO REFERENCIA MUY GENERAL SE CITAN LAS ALEACIONES DE MAYOR APLICABILIDAD EN MEDIOS CORROSIVOS Y EL ION QUE MAS NOCIVO RESULTA………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………
TABLA 2: LISTA DE PROPIEDADES DE LOS MATERIALES QUE SUELEN USARSE AL SELECCIONARLOS…………………………………………………………………………………………………………………………………………
TABLA 3: CLASIFICACIÓN DE RECUBRIMIENTOS……………………………………………………………………...
TABLA 4: DESIGNACIONES DEL STEEL STRUCTURES PAINTING COUNCIL (SSPC).
TABLA 5: CRITERIOS SELECCIONADOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA PARA DIFERENTES MATERIALES……………………………………………………………………………………………………………………….
1.0 INTRODUCCIÓN
El fenómeno de la corrosión es un proceso de deterioro en los compuestos metálicos mediante reacciones químicas y electroquímicas, debido a la exposición con el medio ambiente en presencia de oxígeno, ya que los átomos que los componen buscan un estado de menor energía, producto de esto se da el fenómeno de la corrosión.
La corrosión genera varios problemas a nivel económico, de seguridad y de la conservación de los activos, por lo que es importante entender el fenómeno de la corrosión para poder mitigarlo. Este documento facilita consideraciones que se deben tener en cuenta a la hora de diseño, selección de materiales, técnicas utilizadas para el monitoreo de la corrosión, modificación del ambiente, protección catódica, protección anódica y usos de recubrimientos, la norma NACE STUDY MANUAL versión 2.01, nos habla detalladamente de métodos de control, parámetros para asegurar una buena calidad de los activos por parte de las empresas. También se tendrá en consideración las ultimas publicaciones de la Nace, y trabajos realizados en este campo^1.
El control de la corrosión en la etapa de diseño no solo sucede, debe planificarse para cualquier proyecto importante el cual deberá dedicarse un buen tiempo en los aspectos relacionados con la corrosión, el diseño debe tener en cuenta la geometría para el drenaje, parámetros de construcción, parámetros de proceso, margen de corrosión, vida útil de funcionamiento entre otros. La corrosión a lo largo del tiempo ha causado grandes accidentes, la mayoría de estos accidentes podrían haberse evitado si se hubiera hecho un control adecuado de la corrosión, otros accidentes podrían haberse previsto y corregido antes de que ocurriera la tragedia^2. .
(^1) Protocolo para Control de la Corrosión Interna en Oleogasoductos de México, 2019, Instituto Politécnico Nacional, Jaimes Perez Seleni, pág. 17. (^2) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014
Para comprender la corrosión como una problemática, este es un fenómeno de deterioro de los metales, por lo general es un resultado de reacciones químicas y electroquímicas donde los elementos metálicos buscan un punto de equilibrio termodinámico. La mayoría de procesos de corrosión involucran reacciones de oxido reducción (reacciones electroquímicas), para que se puedan llevar a cabo estos procesos, es necesario la existencia de tres constituyentes: el primero que es un electrodo que se compone de un (ánodo y un cátodo), el segundo sería un electrolito como medio conductor, que en la mayoría de casos corresponde a una solución acuosa, el tercero corresponde a una conexión eléctrica entre los electrodos^5. Con esta serie de componentes se origina particularmente en el hierro y en otros metales, un material en la superficie de estos denominado herrumbre. El potencial electroquímico define la susceptibilidad o la resistencia de un material metálico a la corrosión cuyo valor puede variar con la dependencia de la composición del electrolito, cuanto más positivo sea el valor de dicho potencial más noble (resistente), es el material. Mientras que por el otro lado cuanto más negativo sea este, será más reactivo al fenómeno de la corrosión. La serie galvánica consta de una tabla donde se ubican los diferentes tipos de materiales respecto al potencial electroquímico^6
(^5) Salazar, José Introducción al fenómeno de Corrosión: tipos, factores que influyen y control para la protección de materiales, revista Tecnológica en marcha 127-136, disponible en internet, https://www.scielo.sa.cr/pdf/tem/v28n3/0379- 3982 - tem- 28 - 03 - 00127.pdf (^6) Salazar, José Introducción al fenómeno de Corrosión: tipos, factores que influyen y control para la protección de materiales, revista Tecnológica en marcha 127-136, pág. 3, disponible en internet, https://www.scielo.sa.cr/pdf/tem/v28n3/0379- 3982 - tem- 28 - 03 - 00127.pdf
3.0 JUSTIFICACIÓN
El fenómeno de la corrosión genera grandes consecuencias negativas en el funcionamiento de oleoductos, tanques de almacenamiento, bombas entre otros equipos, un posible daño por esta problemática pone en peligro la vida de las personas y un daño ambiental. Bajo estas circunstancias se propone que el presente trabajo orientado a la revisión sistemática de estudios realizados en la mitigación y prevención de procesos de corrosión generada en estructuras metálicas sirva como referente para controlar este fenómeno.
A través del tiempo a nivel industrial los accidentes y el riesgo latente de fallas por el fenómeno de la corrosión, las empresas se han dado cuenta que el manejo de la corrosión es muy costoso, mientras que los métodos para mitigar este fenómeno pueden reducir los gastos económicos hasta en un 35% aproximadamente, logrando grandes ahorros monetarios y tiempos en paradas de mantenimientos correctivos, generando gran confiabilidad en el mercado, seguridad pública y cuidado con el medio ambiente. Prolongando la vida útil de los activos, generando mejores rentabilidades financieras.
5.0 MARCO DE REFERENCIA
5.1 DISEÑO PARA CONTROLAR LA CORROSIÓN
En la etapa de diseño se deben de tener en cuenta una serie de requisitos y parámetros como, la funcionalidad, integridad estructural, la seguridad, la resistencia y durabilidad, sin comprometer la estética ni los costos. Si se establece la tecnología de aplicación, debe seleccionarse con cuidado una solución conocida, con una atención meticulosa a los nuevos parámetros y condiciones de operatividad. En caso de implementar una tecnología nueva de la corrosión, se deberá realizar pruebas para hacer elecciones razonables^7.
En la etapa de diseño se incluyen varios factores a tener en cuenta como:
- Selección de materiales
- Parámetros de construcción
- Parámetros de proceso
- Geometría para el drenaje
- Metales disimiles
- Grietas
- Margen de corrosión
- Vida útil de funcionamiento
- Facilidad de acceso para inspección y mantenimiento
5.1.1 PARÁMETROS DE CONSTRUCCIÓN
Las ubicaciones de las estructuras deben considerarse dentro de una instalación. Por ejemplo, si se van a construir varios edificios, la estructura que vaya a contener procesos que produzcan gases deberán ubicarse en dirección del viento respecto a las demás estructuras. En varios casos, las estructuras se construyen o se ensamblan en condiciones de campo en lugar de condiciones controladas de taller. El control de las condiciones de campo es particularmente importante con respecto a la soldadura y a la aplicación de recubrimientos protectores. En campo, es usualmente necesario soldar o aplicar un recubrimiento protector en condiciones anormales o difíciles, un ejemplo sería soldaduras por encima de la cabeza. Estas son condiciones que se deben considerar en
(^7) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014, pág. 181
la fase de diseño^8.
La aplicación de recubrimientos protectores y de cordones soldaduras pueden requerir algunas consideraciones de campo especiales, como la instalación de carpas o talleres improvisados temporales.
La dificultad para controlar adecuadamente las condiciones puede resultar en un sistema que no sea tan resistente a la corrosión como se desea.
5.1.2 ADMITIR OTRAS MEDIDAS DE CONTROL DE LA CORROSIÓN
El diseño general del sistema puede afectar ciertas medidas de control de la corrosión como los recubrimientos protectores y la protección catódica. Un ejemplo de una característica de diseño semejante es el espacio suficiente alrededor, por encima y por abajo de los componentes que se van a recubrir. El espacio debe ser suficiente para preparar la superficie y aplicar los revestimientos, así como el espacio para el andamio, si es necesario. Una superficie a la que se accede fácilmente recibirá una mejor capa en comparación con una de difícil acceso. También debe considerarse el acceso para la reparación de los revestimientos y recubrimientos^9.
En los sistemas de la protección catódica también se debe de tener en cuenta que, en el diseño general como un imprevisto de haber dejado pasar por alto, la ubicación de los ánodos, los rectificadores y demás elementos del sistema, deben incluirse con un amplio acceso para la instalación y el mantenimiento.
5.1.3 PARÁMETROS DE PROCESO
Al diseñar sistemas estructurales es muy importante considerar distintos factores que conforman las condiciones de servicio que entre ellas se encuentran:
- Velocidad
- Temperatura
- Presión
- Medio ambiente
5.1.4 VELOCIDAD
(^8) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014, pág. 181 (^9) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014,
materiales utilizados para la construcción normalmente se seleccionan sobre la base de la temperatura nominal de funcionamiento^12.
5.1.9 TEMPERATURA MÁXIMA DE FUNCIONAMIENTO/ INACTIVIDAD
El ingeniero de diseño debe considerar la temperatura máxima de funcionamiento a la que los equipos pueden estar expuestos en caso de un funcionamiento incorrecto. Por ejemplo, el radiador de un vehículo funciona a temperaturas de 80ºC
- 9 0ºC (176ºF – 194ºF), pero en caso de que algún líquido se pierda, la temperatura puede superar bastante los 100 ºC (212 ºF). Como resultado, las mangueras del radiador o de acoplamiento pueden reventarse. Del mismo modo, si una gran caldera de vapor pierde su agua o contenido, los tubos de la caldera ya no se enfrían con el agua o el vapor, y los tubos de acero pueden dañarse seriamente^13.
La temperatura máxima de funcionamiento debe tenerse en cuenta con la temperatura nominal de funcionamiento. En algunos casos, las velocidades de corrosión pueden ser muy altas a la temperatura máxima de funcionamiento, y puede producirse una corrosión significativa durante estos breves períodos. Además, la corrosión puede comenzar a temperaturas elevadas cuando no se iniciaría a temperaturas normales de funcionamiento, y esta corrosión iniciada por la temperatura, a veces, continúa durante la temperatura normal de funcionamiento^14.
5.1.10 PRESIÓN
Los sistemas que transportan fluidos o los almacenan, la presión tiene poco efecto sobre las reacciones de corrosión, pero tiene un gran efecto sobre las consecuencias de la corrosión. Cuando se diseñan equipos a altas presiones estos deben diseñarse cuidadosamente para evitar fallas catastróficas. La presión también juega un papel muy importante en las tensiones del sistema, el efecto de las tensiones sobre los metales con signos de corrosión especialmente sobre las grietas debe de tenerse en cuenta a la hora del diseño.
5.1.11 MEDIO AMBIENTE
El tipo de ambiente donde se va a exponer la estructura metálica juega un factor importante en el diseño del sistema, en algunos casos habrá un rango amplio de ambientes expuestos a cloruros, elevados porcentajes de humedad, entre otros, puesto que se debe diseñar teniendo en cuenta todos los tipos de ambientes
(^12) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014 (^13) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014 (^14) Study Manual, versión 2.01, 2014, © NACE International 2000, jul 2014
posibles. Estos incluyen condiciones normales de funcionamiento, excursiones y condiciones durante el tiempo de inactividad. Como se comentó anteriormente, un gran número de factores químicos influye en la corrosión, entre ellos:
- pH
- Principales especies
- Especies menores
- Naturaleza del ambiente (atmosférica vs inmersión)
Todos estos y otros factores de la composición química del ambiente deben considerarse durante el diseño.
5 .1.12 DRENAJE
Un diseño debe garantizar que el agua o los agentes corrosivos no queden atrapados en el sistema metálico, hay muchas maneras de diseñar pesimamente de modo que estos agentes queden atrapados y se mantengan en contacto con la superficie, lo que aumenta el fenómeno de la corrosión de la estructura metálica debido al aumento del tiempo de la humedad. La figura 1 y la figura 2, muestran dos problemas comunes de drenaje.
Figura 1. Miembro estructural de orientación para el drenaje
Fuente : NACE International 2000, julio de 2014