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MATERIALES METÁLICOS: ÍNDICE GENERAL 1. MECANISMOS DE CORROSIÓN EN INSTALACIONES RELACIONADAS CON EL TRATAMIENTO Y CONDUCCIÓN DE AGUA 1.1 CORROSIÓN DE MATERIALES FÉRREOS 1.1.1 1.1.2 1.1.3 1.1.4

CORROSIÓN EN MEDIOS ACUOSOS CORROSIÓN DE METALES ENTERRADOS CORROSIÓN BIOLÓGICA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

1.2 CORROSIÓN DEL COBRE Y SUS ALEACIONES 1.3 CORROSIÓN DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

2. PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN 2.1 PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES METÁLICOS 2.1.0 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5

PERSPECTIVA GENERAL ACERO AL CARBONO FUNDICIONES DE HIERRO ACEROS INOXIDABLES COBRE Y SUS ALEACIONES ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

2.1.6 COSTE ECONÓMICO RELATIVO DE LOS MATERIALES METÁLICOS 2.2 DETALLES DE DISEÑO 2.3 RECUBRIMIENTOS PROTECTORES CONTRA LA CORROSIÓN RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS PINTURAS RECUBRIMIENTOS METÁLICOS RECUBRIMIENTOS INORGANICOS (NO METÁLICOS) 2.4 INHIBIDORES DE CORROSIÓN 2.5 PROTECCIÓN ELECTROQUÍMICA PROTECCIÓN CATÓDICA PROTECCIÓN ANÓDICA

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3. CORROSIÓN Y PROTECCIÓN DE MATERIALES EN LAS INSTALACIONES DE TRATMIENTO DE AGUA 3.1 CORROSIÓN ATMOSFÉRICA Y PROTECCIÓN 3.2 CORROSIÓN ACUOSA Y PROTECCIÓN 3.3 CORROSIÓN Y PROTECCIÓN DE TUBERÍAS Y MATERIALES ENTERRADOS

4. MATERIALES METÁLICOS PARA BOMBAS, VÁLVULAS Y TUBERÍAS 5. BIBLIOGRAFÍA MATERIALES METÁLICOS

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1. MECANISMOS DE CORROSIÓN EN INSTALACIONES DE TRATAMENTO DE AGUA.

1.1 Corrosión de Materiales Férreos 1.1.1 CORROSIÓN EN MEDIOS ACUOSOS 1.1.1.1 MECANISMO ELECTROQUÍMICO DE LA CORROSIÓN ACUOSA 1.1.1.2 FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN ACUOSA

1.1.1.1 MECANISMO ELECTROQUÍMICO DE LA CORROSIÓN ACUOSA La oxidación de los metales en un medio acuoso es esencialmente un proceso de pérdida de electrones, que se materializa como una red de pilas en cortocircuito sobre la superficie de un metal. La presencia en la disolución acuosa de sustancias con más avidez por los electrones que el metal en cuestión, hacen que éste los ceda, oxidándose. El metal pasa entonces al medio acuoso como ión. Las zonas de la superficie metálica donde ocurre este proceso de oxidación o disolución del metal se denominan zonas anódicas. Los electrones cedidos por el metal se trasladan a través de la masa metálica hasta las zonas donde se hallan los agentes demandantes de electrones (agentes oxidantes), que al aceptarlos se reducen. Las zonas de la superficie metálica donde tienen lugar los procesos de reducción mencionados, se denominan zonas de reducción o catódicas. En la figura siguiente se representa la superficie de un material metálico mostrando zonas con diferente potencial electroquímico.

Zonas Catódicas Zonas Anódicas

El metal sufre disolución en las zonas anódicas. El proceso de corrosión no afecta por igual a toda la superficie metálica, pues en las zonas catódicas no hay ataque.

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Ecuaciones de Oxidación - Reducción El proceso de oxidación y reducción se expresa en las siguientes ecuaciones - Reacción Anódica : Oxidación del Fe Fe → Fe2+ + 2e- ( E0 = - 0,44 V ) -

ReaccionesCatódicas En función de los agentes oxidantes existentes en el medio acuoso predominará alguna de las siguientes reacciones de reducción: a) Agua aireada con pH neutro o alcalino O2 + 2H2O + 4e- → 4 OH- (reducción del oxígeno, abreviadamente O2 → OH- ) Esta es la reacción más habitual en las aguas naturales.

Fe (OH)3 O2

Fe

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b) Agua ácida o agua neutra sin oxígeno disuelto 2H+ + 2e- → H2 (reducción de H+, abreviadamente H+ → H2 )

Fe

c) Agua ácida con oxígeno disuelto: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O d) Reducción de cationes de metales más nobles (M n+ ) existentes en la disolución acuosa M n+ + ne → M Productos de Corrosión El ión Fe2+ originado en la reacción anódica, salvo en el caso de medios muy ácidos, no permanece como hierro disuelto (Fe2+) sino que se combina con los iones OH- de la disolución acuosa originando Fe(OH)2. Debido a la presencia de O2 en el agua, ocurren las siguientes reacciones: Fe (OH )2 + 1/4 O2 + ½ H2O → Fe (OH )3 , de color pardo rojizo 3 Fe (OH )3 → Fe2O3 + 3 H2O El óxido ferroso hidratado, FeO – nH2O, o hidróxido ferroso, Fe (OH)2, compone la capa de la barrera de difusión próxima a la superficie del hierro a través de la cual tiene que difundirse el O2 para continuar oxidando al Fe.. El pH del Fe (OH)2, saturado es aproximado a 9,5; es decir, la superficie del hierro que se corroe en agua pura aireada es siempre alcalina. El color del Fe (OH)2, aunque blanco cuando es puro, es normalmente de color verde a negro verdoso debido a la oxidación incipiente que produce el aire. En la cara externa de la película de óxido, el acceso del oxígeno disuelto convierte al óxido ferroso en óxido férrico hidratado o hidróxido férrico, de acuerdo con: Fe (OH)2 + ½ H2O + ¼ O2 → Fe (OH)3, El óxido férrico hidratado es de color anaranjado a rojo oscuro y constituye la mayor parte del orín ordinario. Existe como Fe2O3 α (Hematites) no magnético y como Fe2O3 γ magnética, siendo la forma α más estable. El Fe (OH)3 saturado tiene un pH casi neutro. Entre el Fe2O3 y FeO hidratado es frecuente que se forme una capa intermedia de color negro, de óxido ferroso-férrico hidratado magnético, de fórmula Fe2O3 – nH2O, según esto las películas de herrumbre u orín se componen, por lo general, de tres capas de óxidos de hierro en diferentes estados de oxidación.

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1.1.1.2 FACTORES QUE AFECTAN A LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN ACUOSA En relación a la velocidad con que ocurren las reacciones de oxidación y reducción expuestas anteriormente, se pueden hacer las siguientes afirmaciones generales: - La reacción de oxidación o anódica (Fe → Fe2+ + 2e-) es rápida casi siempre. - Las reacciones de reducción son normalmente mucho más lentas que la de oxidación, por ello la velocidad del proceso de corrosión está normalmente determinado por el desarrollo de las reacciones de reducción (control catódico). Los fenómenos que tienden a limitar la velocidad de las reacciones se les conoce también como agentes polarizantes, pudiendo afectar a los procesos de oxidación o de reducción. Los fenómenos que eliminan o atenúan las causas que que limitan la velocidad de las reacciones se les conoce como agentes despolarizantes. Los factores que pueden aumentar o disminuir la velocidad de las reacciones de corrosión en medio acuoso son los siguientes: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Oxígeno disuelto Bacterias anaerobias (medios acuosos sin oxígeno) Temperatura pH Sales disueltas Carácter agresivo o incrustante del agua (Índice de Saturación) Velocidad relativa del agua (Corrosión – Erosión) Cavitación

1. Oxígeno disuelto Para que el hierro o el acero sufran corrosión apreciable en agua neutra o casi neutra, a temperatura ambiente, es necesaria la presencia de O2 disuelto; de lo contrario, la velocidad de corrosión es prácticamente nula. Efecto de la concentración de O2 sobre la corrosión del acero dulce en agua destilada moviéndose con lentitud. Ensayo de 48 h, a 25 ºC

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En la figura anterior se ha representado el efecto de la concentración de O2 sobre la corrosión del acero dulce en agua destilada moviéndose con lentitud. Se observa como inicialmente la velocidad de corrosión aumenta con el contenido de oxígeno en el agua, pero a partir de un determinado valor, esta velocidad disminuye debido a que se forma una capa de óxido protector. Cuando a la superficie del Fe llega más oxígeno que el que se puede reducir por la reacción catódica, el exceso de O2 crea una película de óxido protectora, ya que dificulta la difusión del oxígeno hacia la superficie del metal no oxidada. En el agua destilada, la concentración crítica de O2 por encima de la cual la corrosión decrece otra vez, es aproximadamente 12 ml de O2/1itro. Este valor aumenta con las sales disueltas y con la temperatura y decrece con el aumento de velocidad y el pH. Si se rompe por cualquier causa la película protectora en zonas localizadas se forman pilas que provocarán una fuerte corrosión por picaduras, en particular a temperaturas altas o en presencia de iones de haluros. Cuando la concentración de cloruros es apreciable, por ejemplo en agua de mar, no es posible conseguir la pasividad del hierro y el aumento de la presión del oxígeno sólo conduce a elevar la velocidad de corrosión.

2. Bacterias anaerobias (medios acuosos sin oxígeno) Ver CORROSIÓN_BACTERIAS_ANAEROBIAS en apartado 1.1.3 Corrosión Biológica

3. Temperatura Efecto de la temperatura sobre la corrosión del hierro en agua que contiene oxígeno disuelto

Cuando la corrosión está controlada por la difusión del oxígeno hacia la superficie del metal, la velocidad de corrosión se duplica, aproximadamente, por cada 30 ºC que aumente la temperatura, para una oncentración dada de O2.

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En un recipiente abierto que permita escapar al oxígeno disuelto, la velocidad aumenta con la temperatura hasta unos 80 ºC y entonces desciende, hasta alcanzar para el punto de ebullición un valor muy bajo, según se muestra en la figura anterior. La disminución de la corrosión por encima de 80 ºC está relacionada con el significativo decrecimiento de la solubilidad del O2 en el agua a medida que aumenta la temperatura, contrarrestando al efecto acelerador propio del aumento de temperatura. En un recipiente cerrado el oxígeno no puede escapar y la velocidad de corrosión continúa aumentando con la temperatura hasta que se agota el O2. Cuando la corrosión tiene lugar con desprendimiento de hidrógeno (2H+ + 2e- → H2 ) , el aumento de velocidad es de más del doble por cada 30 ºC que se eleve la temperatura. Por ejemplo, la velocidad de corrosión del hierro en ácido clorhídrico se duplica, aproximadamente, por cada 10 ºC de aumento de la temperatura.

4. pH En la figura siguiente se representa el efecto del pH sobre la corrosión del hierro en agua aireada y a temperatura ambiente. Efecto del pH sobre la corrosión del hierro en agua aireada y a temperatura ambiente. Para ajustar el pH en las zonas alcalinas y ácidas se empleó NaOH y HCl respectivamente.

En la figura anterior aparecen claramente diferenciadas tres zonas:

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1) ZONA de pH 4 a 10 La velocidad de corrosión es independiente del pH, y sólo depende de la velocidad con que se difunda el oxígeno hacia la superficie del metal (etapa controlante). En este rango de pH ocurre la mayor parte de los casos de corrosión en los medios naturales (aguas, incluida el agua de mar, y suelos). En esta región, los hechos más destacados son los siguientes: a) La superficie de hierro está cubierta por una capa de óxido ferroso hidratado, cuyo pH observado es aproximadamente 9,5. b) La velocidad de corrosión depende sólo de la velocidad de difusión del oxígeno hacia la superficie catódica disponible. La extensión de la superficie catódica no es en apariencia importante. c) En tanto las reacciones estén controladas por la velocidad de difusión del oxígeno, como ocurre en el caso de pH comprendido entre 4 y 10, la velocidad de corrosión la determinan la concentración de oxígeno, la temperatura y velocidad del agua. Las variaciones de composición de un acero (salvo las excepciones que se mencionarán) , el tipo de tratamiento térmico o si está trabajado o deformado en frío, no afectan a la velocidad de corrosión. Lo anterior implica que si se expone al agua dulce, al agua de mar (o a la mayorías de los suelos) aceros de alto y bajo contenido de carbono, aceros de baja aleación (p. ej., 1 a 2 % de Ni, de Mn o Cr, etc.), hierro maleable o fundido, o acero suave laminado en frío, para unas mismas condiciones (concentración de oxígeno, temperatura y velocidad relativa metal-agua) , la corrosión observada será esencialmente la misma en todos los tipos de aleaciones metálicas anteriormente mencionados. La velocidad de corrosión sólo se reducirá de manera apreciable cuando el acero se alea en las proporciones de un acero inoxidable (> 12 % Cr), o con altos contenidos de níquel o silicio. La fundición en aguas naturales o en el suelo se corroe al principio a la misma velocidad que el acero, pero puede dar una vida de servicio mucho mayor. Aparte del considerable espesor de metal que es común en las estructuras obtenidas por colada en moldes, la fundición presenta la ventaja de que al estar compuesta por una mezcla de ferrita (casi hierro puro) y láminas de grafito, los productos de corrosión originados en algunos suelos y aguas cementan las láminas o nódulos de grafito residual. La estructura que resulta (p. ej., en las tuberías de agua), aunque corroída por completo, puede retener, suficiente resistencia mecánica remanente para continuar funcionando bajo las tensiones y presiones de trabajo requeridas. Este tipo de corrosión, denominada corrosión selectiva grafítica, se produce sólo en la fundición gris (grafito laminar) o en la fundición dúctil (grafito esferoidal), pero no en la fundición blanca (ferrita + cementita). Efectos de la Formación de Pares Galvánicos En el apartado anterior se exponía que las variaciones en la composición del acero no modificaban prácticamente la velocidad de corrosión, salvo en el caso de los aceros inoxidables o con altos contenidos de níquel o silicio. Por el contrario, la composición del acero es de considerable importancia cuando existe acoplamiento galvánico. Por ejemplo, un acero de bajo Ni y Cr es catódico con relación a un acero dulce en la mayoría de los medios naturales. Por ello, los tornillos y tuercas de acero que se emplean para unir tubos subterráneos de acero dulce, o los electrodos de soldadura utilizados para la chapa de acero, deben ser siempre de acero de bajo Cr y Ni o de composición similar que sea catódica con relación a la mayor superficie de la estructura ( interesa cátodo pequeño y ánodo grande). Si por algún motivo ocurriese una inversión de la polaridad se producirán con rapidez graves daños por corrosión en los tornillos o en el área crítica del metal de soldadura. La fundición es inicialmente anódica con relación a los aceros de baja aleación y de potencial no muy diferente del que posee el acero suave. Sin embargo, a medida que la fundición se corroe, en especial si tiene lugar la corrosión grafítica, el grafito expuesto sobre la superficie desvía el

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potencial en dirección noble. Por lo tanto, después de algún tiempo, dependiendo del medio, la fundición puede alcanzar un potencial catódico respecto de los aceros de baja aleación y del acero suave. 2) ZONA de pH > 10 (Zona de elevada alcalinidad)

El aumento de la alcalinidad del medio eleva el pH de la superficie del hierro. En consecuencia la velocidad de corrosión disminuye, puesto que el hierro aumenta su pasividad en presencia de álcalis y oxígeno disuelto. Cuando la solución es fuertemente alcalina, pH superior a 14, la velocidad de corrosión aumenta ligeramente. Esto se debe a la formación de ferritos alcalinos solubles. Si la temperatura de la solución alcalina aumenta, caso de las calderas, la corrosión puede llegar a ser elevada. En medios alcalinos, se sabe que el incremento en el contenido de níquel hace disminuir la velocidad de la corrosión de los aceros. 3) ZONA de pH < 4

Los hechos más destacables en este tramo de la curva son: 1) Reacciones de reducción (catódicas): a) Medio acuoso ácido sin oxígeno: 2H+ + 2e- → H2 b) Medio acuoso ácido con oxígeno disuelto: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O

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2) Debido a la acidez del medio, se disuelve la película de óxido ferroso en contacto con el metal, quedando el acero en contacto directo con el medio acuoso, lo cual provoca un aumento considerablemente en la velocidad de corrosión. En ácidos fuertes, como el HCI o el H2SO4, la película de óxido que forma la barrera de difusión sobre la superficie del acero se disuelve por debajo de pH = 4. En ácidos débiles, como el acético o carbónico, la disolución del óxido ocurre a pH más elevado. 3) La difusión del oxígeno limita, pero no determina completamente la velocidad de corrosión, que ahora se establece además en función de la velocidad de desprendimiento de hidrógeno (2H+ + 2e- → H2 ). Esta última, depende a su vez de la sobretensión de H2 de las diferentes impurezas o fases presentes. Debido a que la cementita (Fe3C) es una fase de baja sobretensión de H2, los aceros de bajo carbono se corroen en ácidos a velocidad inferior que los aceros con alto contenido de carbono. Por idéntica razón, el tratamiento térmico, que determina la presencia y tamaño de las partículas de cementita, puede tener un efecto apreciable sobre la velocidad de la corrosión. El acero laminado en frío se corroe con mayor rapidez que el acero recocido o exento de tensiones, debido a que el trabajo en frío produce áreas de baja sobretensión de H2, cuyo origen principal procede del N y C intersticial. 4) El movimiento relativo de los ácidos con respecto al metal provoca un aumento en la velocidad de corrosión, ya que reduce el espesor de la capa de líquido estacionario en contacto con la superficie del metal, lo que permite que se difunda más oxígeno hacia la superficie metálica. De acuerdo con esto, el ritmo de corrosión del acero en presencia de aire en H2SO4 0,004N a una velocidad de 3,66 m/s, es la misma que en ácido 5N a igual velocidad. En reposo, la relación de las velocidades de corrosión en estos ácidos es alrededor de l2. En ausencia de oxígeno disuelto, no se observa ninguna influencia en la velocidad de corrosión por efecto de la velocidad del medio, como se muestra en la figura siguiente, ya que la sobretensión de H2 es insensible a la velocidad del electrolito.

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Efecto de la velocidad sobre la corrosión de hierro con 0,009 % de C y acero con 0,24 % C, en H2SO4 0,33N

5) Efecto de los elementos del acero en medios ácidos: - La velocidad de corrosión del acero aumenta con el contenido de carbono y nitrógeno, dependiendo principalmente del tratamiento térmico previo que haya sufrido el acero, y es mayor para los aceros trabajados en frío. - El contenido en fósforo y azufre hace que incremente de manera acusada la velocidad de ataque del acero en ácidos. El efecto de estos elementos es todavía más acusado en los ácidos fuertes. Efecto de adicionar fósforo, azufre y silicio al hierro, sobre la corrosión en HCl 0,1 N desaireado a 25º C. Muestras recocidas.

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- El arsénico, que está presente en pequeñas cantidades en casi todos los aceros, incrementa la velocidad de corrosión en ácidos, pero en cantidad mayor del 0,2 % puede volver a disminuir la velocidad. - Los aceros con cobre se corroen menos en los ácidos no oxidantes que los aceros sin cobre. 6) Efecto de la deformación en frío. En medios ácidos, la deformación en frío aumenta notablemente la velocidad de corrosión, como muestra la siguiente figura Efecto del tratamiento térmico de acero trabajado en frio, de 0,11 % C sobre la corrosión en HCl 0,1N desaireado a 25 ºC. Tiempo del tratamiento térmico 2 h.

7) Efectos del tratamiento térmico. En la figura siguiente se ha representado el efecto que produce el tratamiento térmico de un acero al carbono sobre su velocidad de corrosión en ácido sulfúrico diluido. Efecto del tratamiento térmico sobre la corrosión de acero de 0,95 % de C en H2SO4 al 1%.

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5. Sales disueltas. 5.1 Sales neutras de metales alcalinos ( NaCl, KCl, LiCl, Na2SO4, KI, NaBr, etc.) Presentan un efecto muy similar al caso del NaCl, que se describe a continuación. La figura siguiente muestra el efecto que la concentración de NaCl ejerce sobre la corrosión del hierro en agua saturada de aire, a temperatura ambiente. Efecto de la concentración de NaCl sobre la corrosión del hierro en soluciones aireadas a temperatura ambiente (datos compuestos, de diversas investigaciones).

Se observa que, al principio, la velocidad de corrosión aumenta con la concentración de NaCl y luego decrece, descendiendo su valor por debajo del correspondiente al del agua destilada. La solubilidad del oxígeno en agua decrece continuamente según aumenta la concentración de NaCl, lo cual explica la disminución de la velocidad de corrosión a las concentraciones más altas de NaCl. El aumento inicial de la velocidad de corrosión puede deberse a un aumento de la conductividad de la disolución, y a un cambio en la naturaleza de la capa de óxido protectora. Por encima del 3 % de NaCl, el descenso continuado de la solubilidad del O2 es más importante que las alteraciones de la capa barrera de difusión, y la velocidad de corrosión disminuye. Los cloruros parecen ser algo más corrosivos según el orden Li, Na y K. Los nitratos parecen ser ligeramente menos corrosivos que los cloruros o los sulfatos a bajas concentraciones (0,1 a 0,25 N) pero no necesariamente a concentraciones más altas. 5.2 Sales alcalinas Las sales alcalinas son aquellas que reaccionan con el agua originando disoluciones de pH> 7, por ello su efecto es disminuir la velocidad de corrosión, tal como muestra la curva de velocidad de corrosión en función del pH. En presencia de oxígeno disuelto pasivan al hierro de igual manera que el NaOH, como se muestra en la figura siguiente:

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Como ejemplo de estas sales se pueden citar el fosfato trisódico (Na3PO4), el tetraborato sódico (Na2B2O7), el silicato sódico (Na2SiO3) y el carbonato sódico (Na2CO3). Además de favorecer la pasivación del hierro por el oxígeno disuelto, estas sales son capaces de formar capas de productos de corrosión (por ejemplo, el Na3PO4 origina fosfatos ferroso y férrico) que actúan como barreras de difusión más eficientes que el FeO hidratado. 5.2 Sales ácidas Las sales ácidas son aquellas que reaccionan con el agua originando disoluciones de pH < 7, dando lugar a corrosión con desprendimiento de hidrógeno (2H+ + 2e- → H2) a velocidad similar a la de los ácidos correspondientes para el mismo pH.

Son ejemplos de estas sales el AlCl3, NiSO4, MnCl2 y FeCl2. El NH4Cl es una sal ácida que produce una velocidad de corrosión mayor que la que corresponde a su pH, para concentraciones de NH4Cl > 0,05 N. El aumento de corrosividad se atribuye a las propiedades de los iones NH4+ para complejar iones de hierro, reduciendo así la actividad de Fe2+ e incrementando la tendencia del hierro a disolverse (corroerse). El nitrato de amonio en concentraciones elevadas es más

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corrosivo (unas ocho veces más) que el cloruro o sulfato, debido en parte al efecto despolarizante de los iones NO3-. 5.3 Sales oxidantes Se dividen en dos grupos: a) Las que son buenos agentes despolarizadores y, por lo tanto, corrosivas, por ejemplo: FeCl3, CuCl2 HgCl2 y NaClO. La manipulación de estas sustancias con equipos metálicos es problemática b) Las que son pasivantes y, por tanto, inhibidoras de la corrosión. Como ejemplos: Na2CrO4, NaNO2, KMnO4 y K2FeO4, entre otras.

6. Carácter agresivo o incrustante del agua (Índice de Saturación) Las aguas naturales contienen gases y sales en disolución, sustancias coloidales, materia orgánica y sólidos en suspensión que influyen sobre sus propiedades corrosivas. El pH de las aguas naturales suele estar comprendido entre 6,0 y 8,5 por lo que su contenido en O2 disuelto es el factor más importante respecto a la velocidad de corrosión. Las aguas dulces naturales contienen sales disueltas de Ca y Mg en diferentes concentraciones, según su origen. Si la concentración de estas sales es elevada el agua se denomina dura y en el caso contrario, blanda. Se sabía muchos años antes de comprender con claridad las causas, que el agua blanda era más corrosiva que el agua dura. Por ejemplo, se observó que un depósito de agua caliente de hierro galvanizado duraba de 10 a 20 años antes de fallar por picaduras con agua de 34 ppm Ca2+ y 157 ppm de sólidos disueltos, mientras que en agua de 5 ppm Ca2+ y 43 ppm de sólidos disueltos un depósito similar duraba sólo 1 a 2 años. El mecanismo de protección que proporciona el agua dura, consiste en la deposición natural de una delgada película-barrera de difusión, compuesta principalmente de carbonato cálcico, CaCO3. Esta película dificulta la difusión del oxígeno disuelto hacia la superficie del metal. En las aguas blandas no se puede formar tal película protectora. La dureza por sí sola no es el único factor que determina si es posible la formación de la película protectora. La facultad del CaCO3 para precipitar sobre la superficie del metal también depende de la acidez o alcalinidad total, del pH y de la concentración de sólidos disueltos en el agua. Langelier en 1936, siguiendo las investigaciones previas de Tillmans y Baylis, dividió las aguas dulces naturales en dos grupos, sobresaturadas con CaCO3 y no saturadas. Puesto que sólo las aguas cuya concentración es casi la de sobresaturación y las sobresaturadas tienden a formar sobre el hierro una película protectora de CaCO3, se estableció estimar la corrosividad del agua según el criterio de sobresaturación y no saturación. Empleando ciertas simplificaciones, Langelier demostró que el valor del Ph (que denominaremos pHs ) al cual el agua está en equilibrio con CaCO3 sólido (no tiende a disolver ni a precipitar CaCO3), se puede calcular por la relación:   Ks pHs = log 10  + 2ε -   K2 × [Ca] × [HCO 3 ]  donde - K2 es la constante de equilibrio de la reacción HCO3- ↔ H+ + CO322− [H + ] × [CO 3 ] K 2 (25º C) = = 10 −10,3 − [HCO 3 ] - Ks es la constante del producto de solubilidad del carbonato cálcico 2− K s (25º C) = [CO 3 ] × [Ca 2+ ] = 10 −8,3

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-

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Las expresiones que van entre corchetes indican las concentraciones molares de las sustancias a las que se refieren. 2ε : Este término refleja la influencia de la composición iónica del agua sobre la actividad de las sustancias que aparecen en el cálculo de las constantes de equilibrio anteriores, que simplificadamente se calculan utilizando la concentración molar. Este término se evalúa a través de la siguiente expresión: µ 1 2 donde µ = ∑ Ci × Z i (µ : Fuerza iónica ) ε= 2 1 + 1,4 µ siendo Ci : Concentración molar de cada ion en la disolución acuosa Zi : valencia del ion.

Se define el Índice de Saturación como la diferencia entre el valor de pH del agua y el pHs calculado: Is (Índice de saturación) = pH - pHs Según el valor que tome Is, el agua se clasificará en uno de los apartados siguientes: a) Is > 0: Agua incrustante → Tiende a formar películas protectoras de CaCO3 b) Is < 0: Agua agresiva → No se forma o tiende a disolver las películas protectora de CaCO3 c) Is = 0: Agua en Equilibrio→ No forma, ni tiende a disolver las capas protectoras de CaCO3: Las aguas muy sobresaturadas en CaCO3 ( Is >> 0) tienden a depositar precipitados de CaCO3 en el interior de los tubos, reduciendo su capacidad de transporte y, en casos extremos, taponando casi por completo la tubería. Se considera que, a temperatura ambiente, un índice de saturación de +0,5 es satisfactorio, valores más elevados pueden producir una deposición excesiva de CaCO3 (formación de costras o incrustaciones), en particular a temperaturas elevadas, como se muestra en la siguiente figura:

Las aguas en que la subsaturación respecto al CaCO3 es alta (Is 8,5) puede darse corrosión de metales anfóteros, como Al, Zn y Pb, que se disolverían formando aniones solubles (ferritos, ferratos, cincatos o aluminatos.

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7. Acciones biológicas

La corrosión por bacterias en medios anaerobios es, con gran diferencia, la más grave de las originadas por los microorganismos, siendo el origen de importantes daños en tuberías y otras estructuras metálicas enterradas. Entre los microorganismos anaerobios destacan, por su importancia en la corrosión del hierro y del acero, las bacterias sulfatoreductoras del tipo "desulfovibrio desulfuricans”. (Véase CORROSIÓN_BACTERIAS_ANAEROBIAS en apartado 1.1.3 Corrosión Biológica) 8. Potencial Redox

La medición del potencial redox tiene su principal aplicación por servir como indicación del riesgo de corrosión en medios anaerobios. El valor de potencial redox está determinado fundamentalmente por el contenido de oxígeno existente en terreno (aireación del terreno), el grado de humedad y la temperatura. Las variaciones de pH del terreno parecen influir muy poco. En un medio anaerobio, si se conoce el pH y el potencial redox, puede predecirse el riesgo de corrosión por bacterias anaerobias sulfatorreductoras, que es considerado como uno de los casos más peligrosos de corrosión biológica. Para un terreno cuyo contenido en sulfatos sea apreciable, si su pH se halla comprendido entre 5,5 y 8,5, la información del cuadro siguiente es una guía fiable del riesgo de corrosión anaerobia por bacterias sulfatorreductoras: Potencial Redox Riesgo de corrosión anaerobia Severo < 100 mV Moderado 100 - 200 mV Ligero 200 - 400 mV Nulo > 400 mV

Los valores de potencial redox del cuadro anterior son relativos al electrodo estándar de hidrógeno. 9. Presencia de corrientes vagabundas

Corrientes vagabundas son aquellas corrientes eléctricas que circulan en el terreno fuera de los circuitos previstos, debido a defectos de aislamiento de los conductores. La intensidad de estas corrientes suele ser variable, dependiendo del funcionamiento de la fuente que las emite (equipos de tracción eléctrica del ferrocarril, subestaciones transformadoras, equipos de soldadura, etc.). Como se ha mencionado anteriormente, a causa de defectos de aislamiento de los conductores eléctricos, una pequeña parte de la corriente que transportan se deriva a través terreno, circulando preferentemente por los trayectos que menor resistencia ofrecen, como son las tuberías y otras estructuras metálicas enterradas. La corrosión de una estructura metálica atravesada por una corriente eléctrica, ocurre siempre en los lugares por donde penetran los electrones en la estructura metálica, lo cual equivale a las zonas de salida de la corriente eléctrica circulando en sentido convencional. La corrosión que provocan es tanto más intensa cuanto mayor es la magnitud de la corriente y cuanto menor sea la zona de penetración de los electrones en la estructura. En la figura siguiente se muestra esquemáticamente el fenómeno de corrosión por corrientes vagabundas, en un caso extremo en el que toda la intensidad de la fuente se circula a través del terreno:

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_

_

+

+

-

e eeZona de Reducción O2 + 2H2O + 4e- → 4 OH-

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e e-

Fe 2+

Fe 2+ Fe

eFe

CORROSIÓN (Zonas anódicas)

e-

Zona de Reducción O2 + 2H2O + 4e- → 4 OH-

En el siguiente cuadro se muestra de forma orientativa una clasificación de los efectos corrosivos de las corrientes vagabundas en función del gradiente de potencial existente en el terreno: Gradiente de Potencial Características Corr. vagab. débiles menos de 0,5 mV/m Corr. vagab. medianamente intensas 0,5 - 5 mV/m Corr. vagab. intensas más de 5 mV/m

Cuando se producen fugas de corriente alterna por el terreno, podría parecer que no ocurren fenómenos de corrosión como los descritos, ya que las distintas zonas de la estructura metálica enterrada actuarían como ánodo o cátodo alternativamente, siguiendo los ciclos de la corriente alterna. Sin embargo, la experiencia demuestra que el efecto corrosivo no es nulo, sino que alcanza del orden del 40 al 50 % del correspondiente a una fuga de corriente continua de la misma magnitud. Medidas de protección frente a las corrientes vagabundas: - Mantener un aislamiento adecuado de los circuitos eléctricos, para evitar fugas de corriente - Introducir materiales aislantes entre los tramos que forman la estructura metálica enterrada (por ejemplo, en las zonas de unión de las tuberías metálicas de una conducción enterrada) para aumentar su resistencia al paso de la corriente eléctrica.

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10. Relación general entre el tipo de terreno y su corrosividad Se muestra en la siguiente figura:

-

Por lo general, los suelos arenosos, margo-arenosos, margo-calcáreos y calcáreos no son agresivos; los suelos arcillosos en algunas condiciones son agresivos. Los que son agresivos de por sí son las turbas, los humus libres de cal y también los suelos cenagosos y de aluvión.

-

Los suelos artificiales, esto es los formados por escorias y basuras, elementos en putrefacción y residuos humanos e industriales también son agresivos.

-

Los suelos corrosivos están caracterizados por mostrar baja resistividad, así como altos contenidos en sales solubles y humedad.

Los suelos de pH neutro y donde el oxígeno atmosférico penetra difícilmente (suelos arcillosos o turbosos) son propensos al desarrollo de bacterias sulfatoreductoras. - Los suelos bien aireados no son, por lo general, corrosivos, aunque la aireación diferencial puede favorecer la corrosión.

-

-

Los suelos con alta resistividad no suelen ser corrosivos.

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11. Índice general de corrosividad

En la bibliografía se encuentran correlaciones de la corrosividad general del terreno relacionándola con todos los parámetros que pueden intervernir en la velocidad de corrosión. En el siguiente cuadro se muestra una de estas correlaciones:

El conocimiento de la corrosividad del terreno es fundamental para prever adecuadamente los materiales y medios de protección que se han de utilizar.

1.1.2.3 COMPORTAMIENTO DE DIFERENTES METALES ENTERRADOS ANTE LA CORROSIÓN Los metales enterrados muestran un comportamiento muy distinto según sean las características de agresividad que presente el suelo en que se hallan. Se han realizado numerosos estudios relativos a los metales más extensamente utilizados (Fe, Pb, Cu, Zn y Al) en la fabricación de tuberías de conducción de agua, gas y productos petrolíferos, enterrados en suelos diversos. Los resultados más significativos se exponen a continuación. 1) Fundición de Hierro

Comparando la fundición gris con la dúctil, se obtiene mejor comportamiento con la fundición dúctil, siendo del orden de 0,76 la relación entre la penetración de la corrosión fundición dúctil respecto a la fundición gris. El efecto de pequeñas cantidades de elementos aleantes (Cr, Ni, Cu y Si) a la fundición aumenta muy poco su resistencia a la corrosión en suelos débilmente agresivos. En los suelos muy agresivos la

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fundición sufre una corrosión apreciable, tanto del tipo corriente como grafitización. La grafitización es un tipo de corrosión selectiva, que se da especialmente en la fundición gris en ciertos suelos agresivos y se traduce en que la ferrita es atacada mientras que el grafito queda inalterado. El aspecto final del metal muestra una superficie lisa, sin que ocurra un aumento importante de volumen; sin embargo, la fundición se ha transformado, en las zonas afectadas, en un material blando sin apenas resistencia mecánica, tan blando que puede llegar a cortarse con un cuchillo. En ocasiones se detectan simultáneamente, en la fundición de hierro, grafitización y corrosión por bacterias sulfatorreductoras. Tubería de fundición, de 9 mm de espesor, con fuerte corrosión y una picadura perforante.

2) Aceros - Aceros al carbono: Se encuentra que la velocidad de corrosión del acero al carbono es ligeramente menor que la de la fundición dúctil. - Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables, con o sin níquel, son mucho más resistentes a los suelos que los aceros al carbono. Los aceros al Cr-Ni, como el tipo AISI 304, dan lugar a picaduras poco profundas, mientras que los que llevan molibdeno, como el tipo 316, apenas sufren ataque por picaduras. - Acero Galvanizado: En ensayos realizados con acero galvanizado en diferentes tipos de suelo, con pH comprendido entre 3,1 y 9,5, se ha visto que fallaban en un plazo de 10 años los recubrimientos menores de 600 g/m2, mientras que los de 900 g/m2 permanecían en buen estado en la mitad de los suelos ensayados. Sólo un tipo de suelo originó picaduras en el metal base del galvanizado con 900 g/m2. Se han ensayado tubos galvanizados con 900 g/m2 de cinc en muy diversos medios, observando ataques del revestimiento comprendidos entre 0,3 y 1,5 g/m2 - día.

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3) Cobre y sus Aleaciones

Los ensayos realizados con tubos de cobre y aleaciones de cobre, enterrados en numerosos suelos a lo largo de 14 años, muestran que la mayoría de los suelos son ligeramente corrosivos frente al cobre y sus aleaciones. Sin embargo, se observa ataque importante en suelos turbosos y en aquellos que contienen cenizas, así como en algunos suelos arcillosos. En el caso de los latones se produjo descincificación en bastantes suelos, mientras que la corrosión del cobre, en dichos medios, era muy ligera. 4) Aluminio

El comportamiento del aluminio frente a la corrosión es muy distinto de unos suelos a otros. Por lo tanto, es recomendable realizar ensayos previos, con el suelo de que se trate, ya que no se suelen encontrar clasificaciones de los suelos en relación a su acción corrosiva sobre el aluminio. En el caso de una tubería de aluminio instalada sin protección catódica, en un terreno salobre-pantanoso, se vio que sufría perforación en el plazo de 1 año. Se recomienda que el aluminio, que vaya a estar en contacto con el suelo, se proteja adecuadamente, a no ser que se tenga experiencia suficiente, en el sentido de poder usarlo desnudo.

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1.1.3 CORROSIÓN BIOLÓGICA La corrosión biológica es un tipo de corrosión electroquímica originada o acelerada por la presencia de organismos vivos en el medio acuoso. La importancia económica de la corrosión biológica es considerable, habiéndose estimado que aproximadamente en el 50 % de los casos de corrosión en estructuras enterradas han intervenido de forma primordial los microorganismos presentes en el medio. Como consecuencia de los procesos biológicos se originan numerosos productos: CO2, H2O, H2, N2, amoniaco, agua oxigenada, azufre, etc. y productos ácidos o alcalinos. Todos estos sustancias se acumulan en el medio, modificando de forma continua su composición. Se consideran los siguientes apartados: 1.1.3.1 CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA 1.1.3.2 PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN MICROBIOLOGICA .

1.1.3.1 CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA La corrosión microbiológica está provocada por microorganismos, fundamentalmente bacterias, hongos y microalgas. Cuando estos los microorganismos se ubican en la interfase entre el metal y el medio agresivo, pueden originar aumentos de la velocidad de corrosión de entre 3 y 5 órdenes de magnitud. Son susceptibles al ataque microbiológico el hierro y el acero, el aluminio y sus aleaciones, el cobre, el cinc y el plomo y sus aleaciones entre otros. Los medios microbianos son casi siempre sistemas fuertemente reductores. Su actividad metabólica sólo es posible gracias a la energía suministrada por la oxidación de los elementos nutritivos, originando condiciones reductoras en el medio. Consideraremos los siguientes aspectos en relación a la corrosión microbiológica: - Bioensuciamiento (Biofouling) - Principales microorganismos que participan en los fenómenos de corrosión microbiológica - Corrosión por bacterias aerobias - Corrosión por bacterias anaerobias

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1) Bioensuciamiento (Biofouling)

Las colonias de microorganismos situadas sobre las superficies metálicas húmedas, y los productos derivados de su metabolismo o descomposición, dan lugar a biopelículas microbianas que constituyen el denominado bioensuciamiento o biofouling. El desarrollo de estas biolpelículas es muy rápido (1 sola bacteria puede transformarse en una colonia de 1 millón en unas 10 horas) alcanzando espesores del orden de las 250 micras, por la acumulación de aproximadamente 1 millón de bacterias u otros microorganismos por centímetro cuadrado. Aparte de originar o catalizar los procesos de corrosión, el biofouling puede originar una reducción muy considerable del coeficiente de transferencia de calor en los tubos de un intercambiador, así como un aumento del coeficiente de fricción de la pared de la tubería con el fluido, disminuyendo la la capacidad de transporte de los conductos. 2) Principales microorganismos que participan en los fenómenos de corrosión microbiológica

En el cuadro siguiente se describen los microorganismos más habitualmente ligados a procesos de corrosión, así como las condiciones fisicoquímicas necesarias para su proliferación.

Algas: - Como consecuencia de su actividad fotosintética aportan O2 al medio y al mismo tiempo reducen el contenido de CO2 provocando un aumento en el pH del medio. - Generan productos corrosivos como consecuencia de su metabolismo y descomposición. Hongos: - Son aerobios, precisando O2 para su desarrollo. Los medios ácidos y poco húmedos facilitan también su existencia. - Aportan al medio productos corrosivos, consecuencia de su metabolismo: ácidos cítrico, oxálico, glucónico. Muchos ácidos orgánicos producidos por hongos son corrosivos frente a los metales

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Bacterias: En los medios acuosos (aguas naturales o residuales, suelos, etc.) existe gran variedad de bacterias diferentes, sin embargo, sólo unas pocas tienen interés desde el punto de vista de la corrosión. Las bacterias más comunes se desarrollan a potenciales redox próximos o inferiores a 0 mV y con pH comprendido entre 6 y 9. Cuando en el medio existen aportes nutritivos suficientes, las bacterias entran rápidamente en actividad, multiplicándose y metabolizando diferentes sustancias. Sus procesos metabólicos ocasionan la disminución del potencial redox, favoreciendo los procesos de corrosión. Las bacterias se clasifican como aerobias y anaerobias, según que necesiten de la presencia o de la ausencia de oxígeno para su supervivencia. 3) Corrosión Por Bacterias Aerobias

Desde el punto de vista de la corrosión, nos centramos en dos grupos de bacterias aerobias: las bacterias ferruginosas y los thiobacillus. - Bacteria Ferruginosas. Están muy extendidas en la naturaleza; siendo habitual encontrarlas en gran abundancia en aguas que contienen sales ferrosas disueltas. La más conocida es la Gallionella. Las bacterias ferruginosas se caracterizan porque oxidan el Fe2+ a Fe3+, ya que a través de su metabolismo catalizan la reacción: 4 Fe (HCO3)2 + 2 H2O + O2 → 4 Fe (OH)3 + 8 CO2 + energía

El Fe(OH)3 resultante queda acumulado alrededor de sus células (adeherido a las secreciones muciláginosas de estas bacterias), originando precipitados de Fe(OH)3 que forman concreciones en forma de tubérculos muy juntos. La parte exterior de las tuberculaciones se halla bien aireada como consecuencia del flujo de agua y su color es marrón rojizo debido a los hidróxidos de hierro. En el interior del tubérculo el contenido en O2 es muy bajo o nulo, como consecuencia de su consumo a través de la respiración de las bacterias. El gradiente en la concentración de oxígeno en los los tubérculos da lugar a una pila de aireación diferencial, corroiéndose la zona interior (con menos O2 ) y originandose picaduras subyacentes, que pueden producir perforaciones en la pared metálica. Asimismo, en el interior del tubérculo, donde existen condiciones anaerobias, pueden desarrollarse bacterias sulfatorreductoras (del tipo Desulfovibrio Desulfuricans), en cuyo caso los tubérculos internamente presentan color negro (sulfuros) y desprenden olor a sulfuro de hidrógeno si se añaden unas gotas de ácido diluido. En la figura siguiente se muestra un esquema propuesto para interpretar los procesos biológicos que ocurren en el interior de un tubérculo. Pueden distinguirse 3 zonas: 1) Zona aeróbica, en contacto con el agua circulante. 2) Zona correspondiente a la estructura mineralizada, incluyendo bacterias oxidantes del hierro. 3) Zona anaeróbica, donde se encuentran generalmente bacterias anaeróbicas sulfatorreductoras y se establece la zona anódica de corrosión. Como consecuencia de este proceso de simbiosis bacteriana y sinergismo de efectos, ocurren dos efectos perjudiciales: a) La corrosión por picado en la base del tubérculo, que actúa como ánodo. b) La obstrucción paulatina del conducto por crecimiento del depósito debido a la precipitación cada vez mayor de hidróxido férrico.

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Cuando las tuberculaciones aparecen en el interior de tuberías conllevan frecuentemente un importante aumento del coeficiente de fricción del fluido con la tubería, pudiendo originar una reducción sustancial en la capacidad de transporte del conducto. Los casos más habituales de este tipo de corrosión aparecen en instalaciones (p.ej. tuberías) de acero al carbono o acero inoxidable martensítico en contacto con agua. - Thiobacillus.

Entre los microorganismos aerobios los thiobacillus son un grupo de bacterias particularmente dañinas, capaces de oxidar el azufre y los sulfuros para convertirlos en ácido sulfúrico, acidificando y aumentando notablemente la corrosividad del medio en que se desarrollan. En suelos que contengan sulfuros (piritas) pueden ocasionar fuertes corrosiones en estructuras metálicas susceptibles al ataque por ácido sulfúrico diluido. Los representantes más conocidos de este grupo son: Thiobacillus thiooxidans, Thiobacillus thioparus, Thiobacillus denintrificans y el Thiobacillus ferrooxydans entre otros. Su pH óptimo para el crecimiento está entre 3 y 4. 4) Corrosión por Bacterias Anaerobias

La corrosión por bacterias en medios anaerobios es, con gran diferencia, la más grave de las originadas por los microorganismos, siendo el origen de importantes daños en tuberías y otras estructuras metálicas enterradas. Entre los microorganismos anaerobios destacan por su importancia en la corrosión del hierro y del acero las bacterias sulfatoreductoras del tipo "desulfovibrio desulfuricans". El desarrollo y proliferación de estas bacterias es posible cuando concuren las siguientes circunstancias: - pH comprendido entre 5,5 y 8,5. - Ausencia de O2. Caso frecuente en suelos arcillosos o turbosos donde el oxígeno atmosférico tiene dificultades para penetrar en el suelo. - Presencia de una cierta cantidad SO42- y otros nutrientes, incluyendo la materia orgánica.

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Cuando se verifican las condiciones anteriores, la medida del potencial redox es un indicador muy fiable del riesgo de corrosión anaerobia, según los valores del siguiente cuadro (relativos al electrodo de hidrógeno estándar): Potencial Redox Riesgo de corrosión anaerobia Severo < 100 mV Moderado 100 - 200 mV Ligero 200 - 400 mV Nulo > 400 mV

La reacción global de corrosión catalizada por las bacterias sulfatorreductoras es la siguiente: 4Fe + SO42- + 4 H2O → FeS + 3Fe (OH)2 + 2OH-

Se considera que las etapas que dan lugar a la reacción anterior son: - Disociación del agua : 8H2O ⇔ 8H+ + 8OH- Disolución anódica del hierro: 4Fe + 8H+ → 4Fe2+ + 8H - Despolarización catódica catalizada por las bacterias: CaSO4 + 8H → H2S + 2H2O+ Ca(OH)2 - Productos de corrosión: Fe2+ + H2S → FeS + 8H+ 3Fe2+ + 6OH- → 3 Fe(OH)2

-

Reacción global : 4Fe + CaSO4+ 4H2O → 3 Fe(OH)2 + FeS + Ca(OH)2

De la reacción anterior se deducen las siguientes consecuencias: 1) Corrosión del Fe metálico, que se transforma en FeS (negro) y Fe (OH)2. 2) Las bacterias sulfatorreductoras provocan un aumento de la velocidad de corrosión. Al reducir los sulfatos a sulfuros, las bacterias provocan la sustitución de posibles capas protectoras de hidróxido ferroso por otras de sulfuro que no lo son, disminuyendo el efecto de polarización por resistencia introducido por esas capas protectoras. Teniendo en cuenta que las bacterias utilizan el hidrógeno para reducir los sulfatos a sulfuros, se puede producir simultáneamente una despolarización de la semirreacción catódica de reducción de protones al desplazarse hacia la derecha la reacción 2H+ + 2e- → H2. Estos fenómenos de despolarización y aumento de la velocidad de corrosión se reflejan en la figura siguiente

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Diagrama de Evans mostrando los efectos sobre las curvas de polarización y sobre la intensidad de corrosión (Icorr) debidos a la presencia de bacterias sulfatorreductoras

3) El Fe (OH)2 y FeS se originan en relación de 3 moléculas a 1. El análisis de la herrumbre donde existan activas bacterias reductoras de sulfatos presenta una relación de hidróxido a sulfuro aproximadamente igual a la indicada. En el caso de que la corrosión sea causada por H2S o sulfuros solubles no es probable que se encuentre la relación mencionada entre hidróxidos y sulfuros de Fe, y además la velocidad de corrosión sería menor.

Los síntomas característicos en las conducciones metálicas enterradas que sufren corrosión por bacterias anaerobias son el ennegrecimiento local del suelo y la superficie de la tubería debido a la formación del sulfuro de ferroso (negro) y, a veces, el olor a ácido sulfhídrico.

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Como consecuencia del metabolismo de las bacterias sulfatorreductoras se generan H+ que provocan una reducción local del pH, disolviendo la película pasiva Se facilita entonces la penetración de otros iones agresivos que pudieran existir en el medio (p.ej Cl-), propiciando el ataque local por picadura del material metálico, como se muestra en la figura:

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Picadura

1.1.3.2 PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA. Ante la existencia de un fenómeno de corrosión microbiológica se pueden considerar las siguientes medidas: 1. Uso de recubrimientos protectores tipo asfáltico o polietileno que son difícilmente atacables por los microorganismos. 2. Protección catódica: en presencia de microorganismos se recomienda trabajar a un potencial 100 mV inferior al habitual: -1,0 V respecto al electrodo Cu/CuSO4 en el caso del acero. Este mecanismo de protección será considerado detalladamente en un apartado posterior. 3. Adición de sustancias biocidas al medio, para anular o inhibir la actividad metabólica de los microorganismos responsables. 4. Modificación de las características del medio (pH, temperatura y/o nivel de aireación) para dificultar las condiciones de supervivencia de los microorganismos perjudiciales. En la lámina siguiente se resumen los aspectos más destacables en relación a la corrosión biológica en las instalaciones de tratamiento de agua.

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CORROSIÓN BIOLÓGICA Corrosión por Bacterias Aerobias (Ferruginosas, Thiobacilus,…) 4 Fe (HCO3)2 + 2 H2O + O2 → 4 Fe (OH)3 + 8 CO2 + energía Corrosión por Bacterias Anaerobias (Sulfatorreductoras,…) 4Fe + SO42- + 4 H2O → FeS + 3Fe (OH)2 + 2OH-

- pH comprendido entre 5,5 y 8,5. - Ausencia de O2. Caso frecuente en suelos arcillosos o turbosos donde el oxígeno atmosférico tiene dificultades para penetrar en el suelo. - Presencia de una cierta cantidad SO42- y otros nutrientes, incluyendo la materia orgánica. Cuando se verifican las condiciones anteriores, la medida del potencial redox es un indicador muy efectivo del riesgo de corrosión anaerobia, Diagrama de Evans mostrando los efectos sobre las curvas de polarización y sobre la intensidad de corrosión (Icorr) debidos a la presencia de

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1.1.4 CORROSIÓN ATMOSFÉRICA Se denomina corrosión atmosférica al deterioro que sufren los materiales expuestos al aire y sus contaminantes a temperatura ambiente Debido a la gran cantidad de metal expuesto a la atmósfera, se estima que alrededor del 50 % de las pérdidas económicas totales por corrosión son causadas por la corrosión atmosférica, de ahí su importancia. La morfología más común de la corrosión atmosférica es la corrosión general o uniforme, aunque también pueden presentarse otras formas corrosivas como la exfoliación, corrosión en hendiduras, picaduras, etc. En general, las velocidades de corrosión medias en atmósfera naturales son inferiores a las que ocurren en aguas naturales o en suelos, simplemente por el menor tiempo durante el cual el electrolito está en contacto con el metal. En ausencia de película húmeda sobre las superficies metálicas, situación que sólo es posible en ausencia de lluvias y para humedades relativas inferiores al 20 – 30 %, puede producirse deterioro de los metales a través de un mecanismo de corrosión denominado corrosión seca o corrosión a alta temperatura, que no se trata en este trabajo por no incidir en la problemática de corrosión que no afecta a las instalaciones que se analizan en este trabajo. Se considerarán los siguientes apartados: 1.1.4.1 MECANISMO ELECTROQUÍMICO DE LA CORROSIÓN ATOMOSFÉRICA. 1.1.4.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN ATMOSFERICA. 1.1.4.3 PROTECCIÓN FRENTE A LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA

1.1.4.1 MECANISMO ELECTROQUÍMICO DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA Reacción anódica (disolución del metal): M (s) → Mn+(ac) + neReacción Catódica La reacción catódica predominante en los medios naturales es la reducción de O2, puesto que son ambientes habitualmente neutros donde el agente oxidante que predomina es el O2 : O2 + 2H2O + 4e- → 4 OH-

Como reacción secundaria: Mn+ + n OH- → M(OH)n y en presencia de más oxígeno M(OH)n + O2 → MOn x H2O De las expresiones anteriores se deduce que para que exista corrosión atmosférica han de estar presentes, al menos, el oxígeno y agua líquida depositada sobre la superficie de los metales, actuando esta humedad como el electrolito.

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La intensidad de la corrosión dependerá del tiempo durante el cual la capa de humedad permanece sobre el metal, lo que a su vez depende de otros factores como humedad del aire, temperatura, lluvia, contaminación atmosférica, composición del metal, propiedades del óxido formado, etc. En atmósferas de tipo industrial, muy contaminadas por sustancias ácidas, puede tener llegar a ocurrir como reacción catódica la reducción conjunta del O2 y los H+: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Los productos de corrosión más comunes son, como se observa en las ecuaciones anteriores, óxidos y oxihidróxidos del metal expuesto.

1.1.4.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN ATMOSFÉRICA -

La Humedad Los Contaminantes atmosféricos

1) LA HUMEDAD

Para las temperaturas a las que habitualmente los metales están en contacto con la atmósfera, en ausencia de película húmeda sobre el metal, la velocidad de corrosión es prácticamente despreciable. Sin embargo, cuando la humedad relativa ambiental es superior al 40%-50%, varios mecanismos, que se comentarán posteriormente, facilitan la condensación de agua sobre la superficie metálica expuesta, favoreciendo la formación de una película húmeda que actúa como electrolito y posibilita el mecanismo electroquímico de corrosión. El valor de humedad relativa a partir del cual se activa el mecanismo electroquímco se conoce como humedad crítica, y el tiempo que esta película húmeda permanece sobre la superficie metálica (tiempo de humectación) es determinante en el proceso de corrosión del material metálico. El electrolito está constituido por una película muy delgada, en muchos casos no perceptible a simple vista, de agua que puede contener agentes contaminantes que aceleran el proceso de corrosión. Estas dos variables, el tiempo durante el cual aparece una película húmeda sobre el metal y la presencia o no de determinados contaminantes como el SO2 y los Cl- son los aspectos que influyen de forma determinante en la magnitud del proceso de corrosión atmosférica. 1.1) Formación de la película acuosa Las dos causas más importantes para la formación de películas de agua sobre la superficie de los metales son la lluvia y la condensación de humedad ambiental. - La Condensación de humedad ambiental ocurre básicamente por los siguientes motivos: 1. Se alcanza la Tª de punto de rocío en la superficie del metal 2. Se condensa humedad, en atmósferas no saturadas, por alguno de los siguientes mecanismos: a) Condensación por capilaridad b) Condensación Química Veamos brevemente los mecanismos anteriores: 1. Condensación de humedad cuando se alcanza la Tª de punto de rocío en la superficie del metal. Cuanto más seco esté el ambiente mayor ha de ser el descenso de temperatura para que pueda condensar el vapor de agua atmosférico. 2. Condensación de humedad en atmósferas no saturadas En atmósferas no saturadas (humedad relativa < 100 %), pueden formarse películas de agua muy delgadas sobre la superficie de los metales, por dos mecanismos:

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a) Condensación por capilaridad: La condensación de agua por capilaridad se propicia en las superficies rugosas, las grietas y resqucios, las superficies cubiertas con productos de corrosión de naturaleza porosa, y las superficies sobre las que se ha depositado polvo. b) Condensación Química Se debe a las propiedades higroscópicas de ciertas sustancias contaminantes depositadas sobre la superficie del metal y, a veces, a los propios productos de corrosión. Cuando existen sobre el metal sustancias higroscópicas, incluso en climas secos y aunque aparentemente no se aprecie, puede aparecer una capa húmeda conductora sobre la superficie metálica posibilitando el mecanismo electroquímico de la corrosión. Representación de distintas causas de condensación capilar de humedad sobre una superficie metálica en la atmósfera

En el caso se superficies verticales, el espesor de las capas formadas por condensación de humedad oscila entre 10 µm y 50 µm ( no pueden ser mayores porque caen). En superficies horizontales el espesor puede llegar a 100 µm. 1.2) Efecto del espesor de la película de humedad sobre la velocidad de corrosión En la figura siguiente se muestra la relación entre la velocidad de corrosión y el espesor de la película de humedad existente sobre el metal

Podemos diferenciar dos situaciones: 1) Si el espesor de la película es < 100 amstrongs la corrosión es prácticamente inexistente debido a la gran resistencia óhmica del electrolito.

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2) Si el espesor de la película es > 100 amstrongs la velocidad de corrosión es creciente alcanzando su máximo entre 1 micra y 100 micras de espesor. Aproximadamente hasta 10 µm, el las velocidades de corrosión son prácticamente despreciables. A medida que crece el espesor de la película la velocidad de corrosión aumenta hasta alcanzar un máximo para espesores del orden de los 100 µm. Cuando el espesor de la capa de humedad supera el máximo de la curva, la velocidad de corrosión disminuye como consecuencia de la dificultad para el acceso del oxígeno desde la atmósfera hasta la superficie metálica. A partir de 1 mm de espesor, se consideran condiciones de inmersión. La ocurriendo que la velocidad de corrosión prácticamente se estabiliza, como se muetra en la figura. 2) CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS

Los contaminantes atmosféricos pueden acelerar el proceso de corrosión a través de sus efectos sobre el aumento de la conductividad del electrolito, y su influencia sobre la despolarización de las reacciones de oxidación y reducción. En términos generales, los contaminantes corrosivos más frecuentes de la atmósfera son el SO2, los Cl y, en menor medida, los óxidos de nitrógeno. Otro de los contaminantes importantes en muchas atmósferas industriales son las partículas, tanto sólidas como líquidas (aerosoles). Cuando las partículas se depositan sobre la superficie de los metales, actúan como centro de condensación capilar de humedad y tienen propiedades higroscópicas y adsorbentes de contaminantes gaseosos ejerciendo gran influencia sobre la corrosión. Las sustancias que constituyen el polvo combinadas con la humedad condensada sobre las superficies metálicas inician la corrosión por formación de pilas galvánicas de aireación diferencial o porque, debido a su naturaleza higroscópica, forman electrolitos sobre la superficie del metal. Por estas razones el aire exento de polvo es menos corrosivo que el aire cargado de polvo, en particular si el polvo se compone de partículas solubles en agua o de partículas sobre las que pueden adsoberse sustancias ácidas.

1.1.4.3 PROTECCIÓN FRENTE A LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA A continuación se enumeran los procedimientos habitualmente utilizados para combatir la corrosión atmosférica. En el apartado 3.1 de este trabajo se concretará su aplicación en las instalaciones de tratamiento de agua. Los procedimientos básicos frente a la corrosión atmosférica son los siguientes: 1. Reducción de la humedad relativa de la atmósfera. Bajar el contenido de humedad al 50 % es suficiente en la mayor parte de los casos. Lo más práctico suele ser evitar la entrada o la permanencia del agua en los recintos cerrados, así como proveer una buena ventilación. Calentar el aire para reducir su humedad relativa es un procedimiento menos habitual. 2. Eliminación de los contaminantes atmosféricos. 3. Empleo de recubrimientos (orgánicos, inorgánicos o metálicos). Generalmente se utilizan pinturas (recubrimientos orgánicos) o capas de Zn (galvanizados). Las características de los recubrimientos protectores frente a la corrosión se exponen en el apartado 2.3 de este trabajo.

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4. Añadir al metal elementos de aleación que den lugar a la formación de una capa de óxido protectora.

El Cu, P, Ni y Cr, adicionados al acero en cantidades pequeñas, son efectivos para reducir la corrosión atmosférica. La corrosión de un acero con 0,2 % Cu comparada con la de un acero similar pero con 0,03 % Cu, en una atmósfera marina y en una atmósfera industrial, durante un período de 7,5 años se redujo alrededor del 35 y 50 % respectivamente. Un acero con 3,5 % de Ni, expuesto durante 3,5 años a las mismas atmósferas tuvo una corrosión inferior a la de un acero de bajo Cu en un 70 % y 75 % respectivamente.

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1.2 Corrosión del Cobre y sus Aleaciones Se consideran los siguientes apartados: 1.2.1 CORROSIÓN DEL COBRE 1.2.2 CORROSIÓN DE LAS ALEACIONES Cu-Zn. DESCINCIFICACIÓN

1.2.1 CORROSIÓN DEL COBRE - Reacciones anódicas de disolución del Cu - Corrosión del Cu en aguas naturales - Resiencia del Cu a la corrosión 1) Reacciones anódicas de disolución del Cu

El cobre se disuelve anódicamente en la mayor parte de los medios acuosos originando el ion divalente Cu2+(ac). Cu(s) → Cu+(ac) + e- ; Eo = - 0,52 V 2+ Cu(s) → Cu (ac) + 2e ; Eo = - 0,34 V Las relaciones de equilibrio entre el metal y los iones Cu+ o Cu2+ indican que la reacción Cu2+↔ 2 Cu+ está muy desplazada hacia la izquierda. Por otra parte, si se forman complejos, como, por ejemplo, en una solución de cloruro, entre Cu+ y C1-, el empobrecimiento continuo de Cu+ por conversión en CuCl2- favorece al ion univalente como principal producto de disolución. El Cu es noble en la serie de potenciales redox con respecto al hidrógeno y sin tendencia a corroerse en agua y ácidos no oxidantes exentos de oxígeno disuelto. En ácidos oxidantes y soluciones aireadas de iones que formen complejos de Cu, por ejemplo CN-, NH4+, la corrosión puede ser intensa. El cobre se caracteriza también por su sensibilidad a la corrosión producida por agua o soluciones acuosas a gran velocidad, denominada ataque por cavitación. La velocidad de corrosión aumenta con el contenido de oxígeno disuelto. Esta forma de ataque aumenta con la concentración de Cl- y también con la disminución del pH en agua aireada. El cobre comercial dúctil, el exento de oxígeno de elevada conductibilidad y el refinado por electrólisis no son susceptibles al agrietamiento por corrosión bajo tensiones. Sin embargo el cobre desoxidado con fósforo, con contenidos tan pequeños como 0,004 % P, si lo es. 2) Corrosión del Cu en aguas naturales

El cobre resiste el agua de mar, con una velocidad de corrosión en aguas tranquilas, del orden de 5 a 10 mdd y de algo más en aguas en movimiento. Es uno de los muy pocos metales sobre el que no se depositan organismos incrustantes, ya que la corrosión normal es suficiente para liberar iones en concentraciones venenosas para la vida marina. La resistencia a la corrosión en agua de mar y aguas dulces depende de la presencia de una película de óxido superficial, que el O2 debe atravesar por difusión para que la corrosión pueda continuar. La continuidad de esta película puede romperse con facilidad por agua a elevada velocidad, o ser disuelta por ácido carbónico o ácidos orgánicos que se hallan en algunas aguas dulces y en algunos suelos, lo que conduce a elevar la velocidad de corrosión considerablemente. Por ejemplo, se conoció un caso en el

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que agua caliente, que estaba sometida a un tratamiento con zeolita para ablandarla con la consecuente elevada concentración de NaHCO3 perforaba la tubería de cobre en un tiempo comprendido entre 0,5 y 2,5 años. El mismo tipo de agua sin ablandar no resultaba tan corrosiva debido a que depositaba sobre el metal una película protectora compuesta por CaCO3 con algo de silicato. Aun cuando la velocidad de corrosión no sea excesiva y el cobre se mantenga resistente, el agua que contenga ácido carbónico u otros ácidos, puede causar suficiente corrosión del cobre y sus aleaciones como para producir manchas azules en instalaciones de tuberías y grifería de los cuartos de baño, así como un aumento de la velocidad de corrosión de las superficies de hierro, acero galvanizado o aluminio en contacto con tales aguas. En estas circunstancias se produce la aceleración de la corrosión por una reacción de sustitución por la cual se deposita cobre metálico sobre otro metal formando numerosas y diminutas pilas galvánicas. Las aguas ácidas o con índice de saturación negativo (no depositan capas protectoras), tratadas con cal o silicato sódico reducen la velocidad de corrosión lo suficiente como para anular la formación de manchas en el cobre y sus aleaciones y la corrosión acelerada de otros metales, excepto del aluminio. El aluminio es una excepción debido a su sensibilidad a cantidades extremadamente pequeñas de Cu2+ en solución, y el tratamiento usual del agua no resulta adecuado para reducir la contaminación de Cu2+ a niveles no perjudiciales. Es posible evitar los efectos perjudiciales de la contaminación del agua por Cu2+ empleando tubería de cobre recubierta interiormente con baño de estaño (llamada de cobre estañado). El recubrimiento de estaño debe estar exento de poros con objeto de evitar el ataque acelerado del cobre en las áreas expuestas, ya que el Sn (o los compuestos intermetálicos Cu-Sn) son catódicos con respecto al Cu. El cobre en las tuberías se comporta por lo general como un metal estructural satisfactorio para la conducción de agua de mar y aguas blandas o duras, tanto calientes como frías. Pero, además de los efectos nocivos recién descritos, las aguas de buena conductibilidad pueden inducir un tipo de corrosión en forma de picaduras, si se acumula sobre la superficie del cobre suciedad o herrumbre procedentes de otras partes del sistema. Se forman pilas de aireación diferencial, suplementadas en algunos casos por flujo turbulento que inicia el ataque por cavitación. La corrosión que resulta se denomina a veces «ataque por formación de depósitos». La limpieza periódica de las tuberías evita por lo general, la corrosión producida por tales depósitos. 3) Resiencia del cobre a la corrosión El cobre es resistente a: - Agua de mar. - Aguas dulces, calientes o frías. El Cu es adecuado en especial para conducir aguas blandas con mucho O2 disuelto y bajo contenido en sales de manganeso y ácido carbónico. - Ácidos desaireados, calientes o fríos, H2SO4 diluido, H3PO4, acético y otros no oxidantes. - Exposición atmosférica. El aire seco no altera al cobre. En presencia de la humedad atmosférica y de dióxido de carbono se recubre fácilmente de una película protectora de carbonato básico insoluble en agua. Bajo la acción de cietos ácidos, como el sulfúrico, y cloruros, puede verse impedida la fomración de esa capa protectora y resultar muy fuertemente atacado el Cu.

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El cobre no es resistente a: - Ácidos oxidantes, por ejemplo HNO3, H2SO4 concentrado caliente y ácidos no oxidantes aireados (incluso el ácido carbónico).

- NH4OH (más O2). Se forma un ion complejo: Cu(NH3)42+. Los compuestos orgánicos que resultan de sustituir uno o más átomos de H del NH3, por radicales orgánicos (aminas), también son corrosivos. Estos compuestos producen agrietamiento por corrosión bajo tensiones de las aleaciones de Cu susceptibles. - Soluciones acuosas y aguas aireadas a elevada velocidad. En aguas corrosivas (mucho O2 y CO2, bajo Ca2+ y Mg2+) la velocidad debe mantenerse por debajo de 1,25 m/s; en aguas menos corrosivas a menos de 65 ºC, por debajo de 2,5 m/s. - Sales oxidantes de metales pesados, por ejemplo FeCl3, Fe2 (SO4)3. - H2S, S y algunos compuestos del S.

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1.2.2 CORROSIÓN DE LAS ALEACIONES Cu-Zn. Descincificación Los fallos por corrosión de los latones se producen, en general, por descincado (o descincificación), formación de picaduras y agrietamiento por corrosión bajo tensiones. La tendencia del latón a corroerse de las formas mencionadas, excepto en el caso de ataque por picaduras, varía con el contenido de cinc tal como se muestra en la figura siguiente.

Las picaduras son originadas casi siempre por pilas de aireación diferencial o condiciones de elevada velocidad. Este tipo de corrosión puede evitarse normalmente manteniendo limpia la superficie del latón en todo momento y evitando las velocidades elevadas y las condiciones de cavitación. . - Descincificación de los Latones

Este tipo de corrosión es conocido también como descincado y consiste en la disolución selectiva del cinc que forma parte de los latones, quedando una masa porosa. El descincado de los latones se desarrolla bien sea en zonas locales de la superficie del metal, llamado de tipo tapón, o uniformemente sobre la superficie, llamado en capas, como se muestra en las siguientes figuras: Descincado del tipo “tapón” en un tubo de latón

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Descincado del tipo “en capas” en tornillos de latón

El latón corroído de este modo mantiene cierta resistencia mecánica, pero carece de ductilidad. El descincado en capas en una tubería de agua puede conducir, bajo condiciones de aumentos repentinos de presión, a la rotura del tubo o, en el caso de descincado en forma de tapones, a que salte un tapón, produciendo así un orificio. Debido a que las zonas descincadas son porosas, puede ocurrir que los tapones lleguen a recubrirse por la superficie exterior con productos de corrosión y residuos del agua evaporada. Las condiciones del medio que favorecen el descincado son: 1) Altas temperaturas 2) Disoluciones sin movimiento, en especial las ácidas 3) Formación de capas inorgánicas porosas. Los latones que contienen 15 % o menos de cinc son, por lo general, inmunes. También puede reducirse el descincado de los llamados latones α (de hasta 40 % de Zn) por adiciones de alrededor de 1 % de Sn o de unas pocas centésimas por ciento de As, Sb, o P con o sin Sn. Todavía no ha sido explicado completamente el mecanismo detallado del descincado. Se supone que el cinc se corroe preferentemente dejando una estructura de cobre poroso, o que es la aleación la que se corroe y a continuación hay una reprecipitación de cobre. - Agrietamiento por Corrosión Bajo Tensiones

Cuando un latón α está sometido a una tensión de tracción, en contacto con cantidades del orden de trazas de NH3 o con una amina, en presencia de O2 (u otro despolarizador) y humedad, se agrieta por lo general a lo largo de los bordes de grano (corrosión intergranular) según se muestra en la figura.

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Agrietamiento intergranular por corrosión bajo tensiones

Si la aleación ha sufrido una deformación plástica intensa, puede agrietarse a través de los granos (transgranular). En Inglaterra, hace años, se observó que la cartuchería de latón almacenada en la India se agrietaba, en particular durante la temporada de los monzones, y por ello se denominó Season cracking. También pueden producir el agrietamiento por corrosión bajo tensiones trazas de óxidos de nitrógeno, debido probablemente a que estos óxidos son convertidos en sales amónicas sobre la superficie del latón por reacción química con el metal. El latón recocido, si no está sujeto a una carga aplicada alta, no sufre agrietamiento por corrosión bajo tensiones. Las adiciones metalúrgicas no son efectivas en los latones para proporcionarles inmunidad a este tipo de fallo. Son más resistentes los latones de bajo cinc que los altos. Los latones con alto cinc, por ejemplo 45-50 Zn-Cu, de estructura β o β + γ se agrietan por corrosión bajo tensiones a través de los granos o transgranularmente y, a diferencia que en los latones α, sólo se requiere humedad para causar este fallo. La susceptibilidad al agrietamiento por corrosión bajo tensiones de los latones puede disminuirse o evitarse mediante: 1) Tratamiento térmico para eliminar tensiones. En los latones 30 % Zn-Cu es efectivo un tratamiento de 1 h a 350 ºC, pero puede haber recristalización y alguna pérdida de resistencia mecánica de la aleación. Hay experiencias que prueban que el tratamiento térmico a 300 ºC mejora la resistencia al agrietamiento sin pérdidas importantes de las propiedades físicas. 2) Evitar el contacto con NH3 (o con O2, y otros despolarizadores en presencia de NH3). Esto es difícil de garantizar debido a las pequeñísimas cantidades de amoníaco que causan agrietamiento. 3) Protección catódica. Mediante el empleo de corriente impresa o por recubrimiento del latón con un metal de sacrificio, por ejemplo, cinc. 4) Mediante el empleo de H2S; como inhibidor.

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1.3 Corrosión del Aluminio y sus Aleaciones Se consideran los siguientes apartados: 1.3.1 CORROSIÓN DEL ALUMINIO 1.3.2 COMPORTAMIENTO DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO FRENTE A LA CORROSIÓN. 1.3.3 PROTECCIÓN SUPERFICIAL DEL ALUMINIO. ANODIZADO

1.3.1 CORROSIÓN DEL ALUMIO - Reacciones de disolución del Aluminio - Efecto del pH - Resistencia a la corrosión del Aluminio - REACCIONES DE DISOLUCIÓN DEL ALUMINIO Al(s) → Al3+ (ac) + 3e- ;

Eo = + 1,66 V

Del elevado valor de su potencial de oxidación estándar se deduce que el aluminio es muy activo (gran tendencia a oxidarse), pero se pasiva con la exposición al agua. Aunque el O2 disuelto en el agua mejora la resistencia a la corrosión del Al, su presencia no es necesaria para pasivarse. La película pasiva está compuesta por óxido de aluminio. En el caso de Al expuesto al aire el espesor de esta película suele estar entre 20 y 100 amstrong. La corrosión del aluminio aumenta cuando contiene pequeñas cantidades de impurezas, todas las cuales, a excepción del Mg, tienden a ser catódicas con relación al Al. En general, el metal de alta pureza es mucho más resistente a la corrosión que el metal puro comercial que, a su vez, es más resistente que las aleaciones de aluminio. - EFECTO DEL pH

El aluminio es un metal con carácter anfótero y, por tanto, se corroe con mayor rapidez tanto en ácidos como en álcalis, que en el agua neutra. En la figura siguiente se la influencia del pH en la velocidad de corrosión de aluminio comercial en disoluciones acuosas aireadas a distintas temperaturas y velocidades. Los ensayos se han realizado a temperaturas comprendidas entre 70 y 95 ºC y el medio ácido se ha generado con H2SO4.

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Influencia del pH en la velocidad de corrosión de aluminio puro comercial (1100) en soluciones aireadas a distintas temperaturas y circulando a diferente velocidad.

En la figura anterior se observa que la velocidad de corrosión aumenta considerablemente cuando deja de ser estable la capa pasiva (4,5 < pH 80% hasta alrededor de 50º C. d) Ácido acético, caliente o frío, y muchos otros ácidos orgánicos. e) Ácidos grasos. En la destilación de ácidos grasos se emplea equipo de Al. f) NH4OH caliente o frío. g) Azufre, atmósferas sulfurosas, H2S. El Al se emplea en la minería del Azufre. h) Gases refrigerantes fluorados. Pero no al bromuro o cloruro de metilo.

resistencia a las

La resistencia a la corrosión del aluminio es baja en los siguientes medios: a) Ácidos fuertes, tales como HC1 y HBr (diluidos o concentrados), H2SO4 (es satisfactorio para aplicaciones especiales a temperatura ambiente, por debajo del 10% de concentración); HF, HClO4, H3PO4 y ácidos fórmico, oxálico y tricloroacético. El Al de alta pureza se corroe en HCl intergranularmente, en especial si ha sufrido un enfriamiento brusco desde 600 ºC, pero menos si se deja enfriar en el horno.

b) Álcalis. La cal y el hormigón fresco son corrosivos para el aluminio, así como los álcalis fuertes, por ejemplo, NaOH y las aminas orgánicas muy alcalinas. La velocidad de ataque puede ser considerable tanto en álcalis diluidos como concentrados. Por esta razón, cuando se proteja al Al catódicamente, debe evitarse la sobreprotección con objeto de evitar el deterioro del metal por acumulación de álcalis en la superficie del cátodo. La cal, Ca (OH)2, y algunas aminas orgánicas fuertemente alcalinas (pero no el NH4OH) son corrosivas. El cemento Portland fresco contiene cal y es también corrosivo, por lo que las superficies de aluminio en contacto con hormigón húmedo pueden desprender H2 visiblemente. La velocidad de corrosión se reduce cuando el cemento fragua y sólo continúa si el cemento se mantiene húmedo o si contiene sales delicuescentes, por ejemplo CaCl2. b) Hg y sus sales. d) Agua de mar. Se forman picaduras en los resquicios, debajo de los depósitos y en presencia de iones de metales pesados. e) Aguas que contienen iones de metales pesados, por ejemplo, aguas que hayan pasado antes por tuberías de Cu, latón o de hierro, o aguas de mina. f) Disolventes dorados. g) Alcoholes etílico, propílico o butílico anhidros y a temperaturas elevadas. El agua en cantidad del orden de trazas actúa como inhibidor. Acoplarniento o unión galvánica

- El cadmio tiene un potencial redox muy próximo al que posee el Al en muchos medios, por lo cual se pueden emplear accesorios decorativos, tuercas, tornillos de acero con recubrimiento de Cd en contacto directo con Al.

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- El Cinc es anódico con relación al Al y por esto tiende a proteger catódicamente al Al en medios ácidos o neutros. Sin embargo, en los álcalis se invierte la polaridad y el Zn acelera la corrosión del Al. - El magnesio es anódico con relación al Al. Cuando se acoplan ambos metales, la diferencia de potencial y el flujo de corriente, por ejemplo en agua de mar, son tan elevadas que el Al puede llegar a estar sobreprotegido catódicamente sufriendo el consiguiente deterioro. Las aleaciones de Al, si se acoplan a Mg, deberían ser de bajo contenido en impurezas de metales pesados, en particular Fe, Cu, y Ni que actúan como cátodos de acción local. En este aspecto el Al resulta menos dañado cuando está aleado con Mg. El Al de alta pureza puede ser acoplado con Mg sin daño para el Mg ni el Al. - Cobre y sus aleaciones. El Al nunca debe acoplarse con cobre o sus aleaciones por el daño resultante para el Al. En relación con esto, también es importante evitar el contacto del Al con el agua de lluvia que ha fluido sobre vierteaguas o canalones de cobre debido al deterioro que causan las pequeñas cantidades de Cu contenidas en estas aguas. - Acero. En las zonas rurales el acoplamiento de acero con Al es por lo general satisfactorio, pero en las zonas costeras se acelera el ataque del Al. En aguas dulces el Al puede ser catódico o anódico con respecto al acero, dependiendo de pequeñas diferencias de composición del agua.

1.3.2 COMPORTAMIENTO DE LAS ALEACIONES DE ALUMINIO FRENTE A LA CORROSIÓN. En general, las aleaciones de aluminio presentan comportamientos similares a los descritos para el aluminio, aunque, como ya se ha dicho, la resistencia a la corrosión suele ser algo menor. Los aleantes usuales que se adicionana al Al con objeto de mejorar sus propiedades físicas son Cu, Si, Mg, Zn y Mn, de los cuales el Mn consigue mejorar la resistencia a la corrosión de las aleaciones de moldeo y de las forjables. Una razón de esta propiedad del Mn es que se forma el compuesto MnAl6 que disuelve al Fe formando solución sólida. El compuesto (MnFe)A16 decanta en el fondo de la fusión, reduciendo de esta forma la influencia perniciosa que sobre la corrosión ejercen las pequeñas cantidades de Fe presentes en la aleación como impureza. En el caso del Co, Cu y Ni no tiene lugar la incorporación señalada para el Fe, de forma que no debe esperarse que la adición de Mn contrarreste los perjudiciales efectos de estos elementos sobre el comportamiento frente a la corrosión. Las aleaciones duraluminio (p. ej. los tipos 2017 y 2024) contienen varias unidades porcentuales de Cu, resultando mejorada su resistencia mecánica por la precipitación de CuAl2 a lo largo de los planos de deslizamiento y bordes de grano. El cobre está en solución sólida por encima de la temperatura de homogeneización aproximada a los 480 ºC, y si se produce un enfriamiento brusco queda en solución. La precipitación se realiza lentamente a temperatura ambiente con aumento progresivo de la resistencia mecánica de la aleación. Si se enfría la aleación desde las temperaturas de solución sólida en agua en ebullición, o si después de enfriada bruscamente se calienta (envejecido artificial) por encima de 120 ºC, el compuesto CuAl2 se forma con preferencia a lo largo de los bordes de grano. Esto origina un empobrecimiento de Cu en la aleación contigua al compuesto intermetálico, produciendo juntas intergranulares anódicas a los granos y una intensa susceptibilidad a la corrosión intergranular. Un calentamiento prolongado (sobreenvejecimiento) restaura la composición uniforme de aleación en los granos y en sus intercaras, eliminando así la susceptibilidad a la corrosión intergranular, aunque a costa de sacrificar en cierto grado las propiedades físicas. En la práctica, la aleación se enfría bruscamente desde unos 490 ºC, y a continuación sigue el envejecimiento a temperatura ambiente.

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La aleación de duraluminio con tensiones de tracción en presencia de humedad, puede agrietarse a lo largo de las juntas intergranulares. Esto es un ejemplo de agrietamiento por corrosión bajo tensiones. La sensibilización de la aleación por tratamiento térmico tal como se ha descrito, la hace susceptible a este tipo de fallo (el aluminio puro es inmune al agrietamiento por corrosión bajo tensiones). Las aleaciones Al-Mg 5 a 7 %, sometidas a tensiones o trabajadas en frío, también se agrietan por corrosión bajo tensiones en aire húmedo. Para evitar estos fallos es necesario un enfriamiento lento (50 ºC/h) desde la temperatura de homogencización para, según se supone, coagular la fase β (Al3Mg2 proceso que se favorece adicionando a la aleación 0,2 % de Cr).

1.3.3 PROTECCIÓN SUPERFICIAL DEL ALUMINIO El aluminio se protege frente a los agentes atmosféricos, recubriendose de forma natural con una delgada película de Al2O3 . Esta capa de óxido tiene un espesor más o menos regular del orden de 0,01 micras sobre el metal recientemente decapado y puede llegar a 0,2 o 0,4 micras sobre metal que haya permanecido en un horno de recocido. Para poder soldar es necesario eliminar previamente, por procedimientos químicos o mecánicos, dicha capa. Mediante procedimientos químicos y electrolíticos se pueden obtener películas de óxido mucho más gruesas y protectoras, con características distintas a la capa natural. En particular, el proceso de anodizado permite formar capas cuyo espesor puede controlarse, con valores desde algunas micras a 25 ó 30 micras en los tratamientos de protección o decoración, llegando a las 100 micras y más por procesos de endurecimiento superficial ( anodizado duro). -

Principio Del Anodizado

-

Anodizado Duro

- Principio del Anodizado

Si se llena una cuba con agua hecha conductora por la adición de una pequeña cantidad de ácido, de base o de sal y si en este electrolito, se dispone un cátodo (polo negativo), inatacable (níquel o plomo) y un ánodo de aluminio, se observa desprendimiento de hidrógeno en el cátodo y ningún desprendimiento en el ánodo. Se observa, por otra parte, que el ánodo de aluminio, se ha recubierto de una película de alúmina. El oxígeno procedente de la disociación electrolítica del agua ha sido utilizado para oxidar el aluminio del ánodo; de aquí la expresión «Oxidación anódica» anteriormente utilizada y sustituida actualmente por el término «Anodizado». La naturaleza del electrolito tiene una importancia fundamental sobre los fenómenos que se desarrollan en la superficie anódica. Se pueden señalar dos tipos de reacciones anódicas, que presentan variantes: 1) En los electrolitos que no tienen acción disolvente sobre la capa de óxido, se forma una película muy adherente y no conductora. El crecimiento de la película se realiza hasta que su resistencia eléctrica es tan elevada que impide la circulación de la corriente hacia el ánodo. Se forma entonces una capa llamada «capa barrera». 2) En los electrolitos que tienen acción disolvente sobre la capa de óxido, si el metal mismo es disuelto y si los productos de reacción son solubles en el electrolito, no se forma capa de óxido.

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El procedimiento de anodizado, en medio sulfúrico es el más utilizado. La naturaleza del metal base (aluminio no aleado de diversas purezas y aleaciones) afecta considerablemente sobre los resultados que se consiguen y los medios a utilizar para obtenerlos. - Anodizado Duro

Con el anodizado pueden obtenerse capas considerablemente más duras que las clásicas ( y en particular más duras que las que se obtienen en medio sulfúrico-oxálico) en un medio sulfúrico puro. Se obtienen estos resultados anodizando a muy baja temperatura (0º C) en un medio electrolítico de 10 a 15% de ácido sulfúrico, con una densidad de corriente fuerte (3 A/dm2). La tensión, que será al principio de 10 V puede llegar a ser de 80 a 100 V según la naturaleza de la aleación. Es necesario un enérgico agitado con una refrigeración eficaz. Se pueden obtener así capas muy espesas a una velocidad de 50 micras / hora. Las capas que actualmente se consiguen son de alrededor de 150 micras, según el proceso y la aleación. La dureza de estas capas es comparable a la del cromo-duro, su resistencia a la abrasión y al rozamiento es considerable y por ello su utilización para piezas mecánicas se extiende progresivamente. Todas las aleaciones son susceptibles del anodizado duro, salvo las que contienen cobre, porque éste tiende a disolverse a pesar de la baja temperatura y perturba el tratamiento. Las capas duras se obtienen a costa de una merma de flexibilidad, lo cual limita su utilización a aquellas aplicaciones en que no vayan a sufrir choques térmicos importantes, porque la película se rompería bajo el efecto de las dilataciones fuertes. Propiedades del anodizado duro:

- Resistencia a la abrasión, ya que la alúmina es un cuerpo extremadamente duro, un poco menos que la del diamante. Presenta una resistencia al desgaste superficial superior a muchos tipos de acero. - Resistencia eléctrica. La alúmina es un excelente aislante eléctrico. Su capacidad de aislamiento depende de la porosidad y resulta muy afectado por la presencia de impurezas en el metal. - Resistencia química. La capa anódica protege eficazmente el metal base contra la acción de numerosos medios agresivos, por lo cual se utiliza cada vez más en ambientes navales e industriales. - Porosidad secundaria (apertura más o menos acusada en la entrada de los poros debido al efecto de disolución del baño) se manifiesta, sobre todo, en la parte exterior de la película y se aprovecha en las técnicas de coloreado e impregnación.

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2. PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Se consideran los siguientes apartados: 2.1 PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LOS MATERIALES METÁLICOS. 2.2 DETALLES DE DISEÑO 2.3 RECUBRIMIENTOS PROTECTORES CONTRA LA CORROSIÓN 2.4 INHIBIDORES DE CORROSIÓN 2.5 PROTECCIÓN ELECTROQUÍMICA

2.1 PROPIEDADES Y APLICACIÓN DE LOS MATERIALES METÁLICOS 2.1.0 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.1.5 2.1.6

PERSPECTIVA GENERAL ACERO AL CARBONO FUNDICIONES DE HIERRO ACEROS INOXIDABLES COBRE Y SUS ALEACIONES ALUMINIO Y SUS ALEACIONES COSTE ECONÓMICO RELATIVO DE LOS MATERIALES METÁLICOS

2.1.0 PERSPECTIVA GENERAL El hierro y sus aleaciones, principalmente el acero, representa aproximadamente el 90 % de la producción mundial de metales. Esta supremacía se debe, además de a su precio de coste relativamente económico, a sus excelentes propiedades mecánicas que, sobre todo las de los aceros, pueden variarse para amoldarlas a la conveniencia del usuario para trabajarlos más cómodamente, dándose después el punto deseado de dureza, resistencia y tenacidad. Los productos siderúrgicos tienen el grave inconveniente de que son muy sensibles a la oxidación y a la corrosión atmosférica. Si bien en los aceros denominados inoxidables se han corregido estos defectos, presentan como inconveniente su elevado precio. Los metales industriales no férreos y sus aleaciones son, en general, resistentes a la oxidación y corrosión atmosférica. Pero no es esta la única buena cualidad que los hace recomendables para muchas aplicaciones, sino también, la facilidad con la que se moldean y mecanizan y la elevada resistencia mecánica en relación a su peso de algunas aleaciones. Los metales no férreos más empleados son: Cu, Al, Mg, Ni, Sn, Pb y Zn. Tambén se emplean, aunque en menor medida: Cd, Mo, Co, Zr, Be, Ta y metales preciosos (Ag, Au y Pt).

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Cada metal tiene propiedades especiales y su utilización se decide tras un análisis comparativo de costes y propiedades con otros metales y materiales. Como orientación, en el apartado 2.1.6 figura el coste comparativo de los materiales metálicos más utilizados como base el acero. En el siguiente cuadro se expone una clasificación general de los materiales metálicos que trataremos en este trabajo

1. METALES FÉRREOS Denominación 1.1 ACEROS - Hipoeutectoides - Eutectoides - Hipereutectoides 1.2 FUNDICIONES

%C < 2,0 % 0,10 -0.77 %

- Fundiciones Grises - Fundiciones Nodulares o Dúctiles

Son el 90% de los aceros utilizados

0,77 % 0,77 – 2,0 % 2,0 – 6,67 %

- Fundiciones Blancas - Fundiciones Maleables

Observaciones

El % C está normalmente entre 2,0 % y 4, 0 % C (Hipoeutécticas)

El C está como Cementita El C se halla libre como rosetas El C se halla libre como laminillas El C se halla libre como nódulos

2. COBRE Y SUS ALEACIONES. Latones y Bronces 3. ALUMINIO Y SUS ALEACIONES MATERIALES FÉRREOS

Los materiales férreos constituidos por aleaciones hierro-carbono se clasifican, en función de su contenido en carbono, como Aceros y Fundiciones. - Los aceros son aleaciones hierro-carbono con menos del 2 % de carbono. Los aceros se subdividen a su vez en: a) Aceros hipoetutectoides, cuyo contenido en carbono es inferior al correspondiente a la composición eutectoide (0,77 %C). b) Aceros eutectoides: cuyo contenido en carbono es el correspondiente a la composición eutectoide (0,77 %C). c) Aceros hipereutectoides, cuyo contenido de carbono se encuentra entre 0,77 y 2 %. - Las fundiciones son aleaciones hierro-carbono con más del 2% de carbono, normalmente su composición se encuentra entre el 2,0 y el 4,0 % de C.

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En la figura siguiente se muestra esquemáticámente la composición y constituyentes metalográficos normales de los aceros y fundiciones: Ac. Hipoeutectoides

Ac. Hipereutectoides

F. Blancas

Ac Eutectoide

S 275

Fundiciones Eutéctico (Ledeburita)

F. Grises

Fe α Granos

0,25 % C

0,8 % C

Fe α + Perlita ///

Perlita /// Laminas

2,0 % C

4,3 % C

Perlita /// + Fe3C

Fe3C Grafito C

Efectos del contenido en carbono sobre las propiedades mecánicas:

% C↑:

Dureza, Lim.Elastico, σ rotura, Fragilidad, Templabilidad ↑ Ductilidad, forjabilidad, soldabilidad, Maquinabilidad, Tenacidad ↓

2.1.1 ACERO AL CARBONO

Se consideran los siguientes apartados:

2.1.1.1 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS 2.1.1.2 APLICACIÓN EN LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA

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2.1.1.1 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DEL ACERO AL CARBONO -

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ACEROS ACERO AL CARBONO PARA CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS OTROS ACEROS AL CARBONO UTILIZADOS ANEXO 1: ACEROS AL CARBONO PARA CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS NBE EA- 95) - INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LAS PROPIEDADES DE LOS ACEROS

CLASIFICACIÓN GENERAL DE LOS ACEROS La aleación férrea de mayor importancia es el acero, siendo aproximadamente el 90% de la producción acero al carbono y el 10%, acero aleado. El acero al carbono puede definirse como una aleación Hierro – Carbono con contenido de carbono < 2 %. Contiene en pequeñas cantidades otros elementos cuya presencia se debe al proceso de su producción (manganeso y silicio), a la dificultad de excluirlos totalmente del metal (azufre, fósforo, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno) o a circunstancias casuales (cromo, níquel, cobre y otros). El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. - Influencia de elementos extraños en las características mecánicas de los aceros de bajo contenido en carbono. En general los aceros ordinarios contienen: Mn < 0.90%, Si < 0.50%, P < 0.10%, S < 0.10%

La presencia de fósforo y azufre, salvo en muy pocas ocasiones, es perjudicial para la calidad de los aceros, procurándose su eliminación en los procesos de fabricación. En general se recomienda que en los aceros ordinarios el contenido de cada uno de esos elementos no pase del 0,06%, y en los aceros de calidad se suele exigir porcentajes de fósforo y azufre inferiores a 0.03%. El azufre, tanto si se presenta como sulfuro de hierro o sulfuro de manganeso, provoca una considerable reducción en el alargamiento y resistencia del acero. El fósforo se encuentra siempre disuelto en los granos de ferrita a los que comunica gran fragilidad. Una clasificación general de los aceros los divide en dos grandes grupos: Ac.al Carbono y Ac. Aleados 1. ACEROS AL CARBONO: - Aceros de construcción - Aceros para herramientas 2. ACEROS ALEADOS - Aceros inoxidables - Destinados a recibir un tratamiento térmico o superficial: temple, revenido, cementación, nitruración, etc. - Aceros para muelles - Aceros para altas temperaturas ( aceros refractarios) - Aceros para bajas temperaturas (aceros criogénicos) - Aceros de fácil maquinabilidad - Aceros austeníticos al Mn - Aceros para construcción metálica con resistencia mejorada a la corrosión atmosférica (Vease Influencia_elementos_aleación )

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Dentro de la gran variedad de aceros existentes, los apartados siguientes se centran en las características de los aceros al carbono utilizados para la construcción de estructuras metálicas y equipos con mayor aplicación en las instalaciones de Tratamiento de Agua.

ACERO AL CARBONO PARA CONSTRUCCIÓN DE ESTRUCTURAS METÁLICAS - Designación actual de los aceros al carbono para estructuras metálicas: norma UNE- EN 10025

La designación europea actual de los aceros laminados para construcción metálica, según UNEEN 10025-94 comprende la letra S seguida de un número (235, 275 ó 355), que indica el valor mínimo del límite elástico (σe) expresado en N/mm2, a los que se añaden otras letras y números que corresponden al grado y otras propiedades tecnológicas. La denominación consta de los siguientes términos: - S: Como identificación del acero estructural (del inglés “structural steel”). - Tipo de acero: Que se establece en función de las características mecánicas, identificándose mediante un número que indica el valor mínimo garantizado del límite elástico, en Mpa (N/mm2). En la norma UNE-EN 10025-9 se definen 7 tipos de acero estructural. - Grado: Se determina por la soldabilidad y valores de energía adsorbida en el ensayo de flexión por choque (resiliencia). En algunos TIPOS de acero se establecen distintos GRADOS Y SUBGRADOS. El grado de soldabilidad y de resiliencia (insensibilidad a la rotura frágil a baja temperatura), de menor a mayor, se expresa por las letras: JR, J0, J2 ó JK (las características de soldabilidad y la resiliencia están íntimamente relacionadas, aumentando y disminuyenyo paralelamente ). Los aceros de grado G3 se suministran en estado normalizado (proceso que consiste en calentar el acero por encima de la temperatura de cristalización, y enfriarlo. Según los parámetros anteriores, la UNE-EN 10025-9 determina 20 clases de acero estructural, cuya designación y características se recogen en la tabla siguiente:

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ACEROS ESTRUCTURALES SEGÚN NORMA UNE-EN 10025-9

- Características exigibles a los aceros al carbono para estructuras metálicas

Las características más interesantes al seleccionar los aceros para la construcción de estructuras metálicas son: 1) Propiedades mecánicas: resistencia a la tracción, alargamiento de rotura y muy especialmente el límite de elasticidad, que sirve de base para el cálculo de los esfuerzos admisibles. Con esas características están relacionadas en mayor o menor grado otras, tales como la resistencia a la fatiga y la aptitud al conformado. 2) La soldabilidad, ya que la mayoría de las estructuras son soldadas. Los aceros soldables se caracterizan por su relativamente bajo contenido en carbono. Los aceros con un contenido en carbono % C > 0,25 % no son recomendables para la soldadura, pudiendo usarse como elementos de fijación y de apoyo, o para estructuras remachadas o roblonadas - Elección y designación del acero para estructuras

Los tipos de acero a utilizar en las estructuras metálicas pueden definirse con respecto a las normas UNE-EN 10025-94 y NBE EA-95. En principio, el tipo de acero a utilizar en una estructura metálica es el indicado en la norma NBE EA-95, según se recoge en Anexo 1 adjunto. Esta norma especifica los tipos A 37, A 42 y A 52 en los grados b, c y d, siendo el mas usual el grado b. Sin embargo, la designación comercial actual de aceros es la que figura en la norma UNE EN 10 025; además, ha de tenerse en cuenta que el acero A 42 ha dejado de fabricarse, razón por la cual los el acero a utilizar en las estructuras metálicas deben especificarse respecto a la norma UNE-EN 10025. En la tabla siguiente se indican las correspondencias entre las designaciones utilizadas en la NBE EA-95 y las designaciones según UNE EN 10025.

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Designación según NBE-EA Designación según UNE EN 10025 A37 b

S235 JR

-

S235 JR G2

A37c

S235 JO

A37d

S235 J2 G3

A42b

-

A42c

-

A42d

-

(1)

S275 JR

(1)

S275 JO

(1)

S275 J2 G3

A52b

S355 JR

A52c

S355 JO

A52d

S355 J2 G3

(1) Estas designaciones se corresponden con A 44b, A 44c y A 44d, respectivamente según UNE 36 080-73. La correspondencia señalada en la tabla anterior no supone equivalencia exacta de los aceros. Los aceros normalmente utilizados para perfiles y chapas laminados según la norma NBE EA-95 son de la clase A37b y A42b, cuya correspondencia con la norma UNE EN 10025 sería: A37 b…S235 JR A42 b…Se aproxima mucho a las características del S275 JR (El acero S275 JR posee un límite elástico fy: 275 en MPa ó N /mm2 = 2806 kg /cm2, y un alargamiento de rotura mayor o igual al 24 %).

De los siete tipos de acero definidos en la norma UNE-EN 10025-94 los de ucomúnmente utilizados son el S235, S 275 y S 355 (en sus distintos grados). Los aceros S 185, E 295, E 355 y E 360 no son aptos para estructuras metálicas, ya que no se les exige ningún requisito de resiliencia.

OTROS ACEROS AL CARBONO UTILIZADOS En piezas singulares de bombas hidráulicas se encuentra el uso de los aceros al carbono F-111 y F114 (según denominación I.H.A), cuyas características principales se describen a continuación. Designación Designación común %C % Mn % Si %P %S I.H.A. F-111 Acero extrasuave 0,10-0,20 0,30-0,50 0,15-0,30 10 mm ≤ 16 mm C % máx > 16 mm

Sobre colada

≤ 40 mm > 40 mm

Sobre

0.20 0.20 0.20 0.20 0.24 0.22 0.22 0.24 0.22 0.220(2)

-

0.20 0.20 0.20 0.24 0.22 0.22 0.24 0.22

0.22

P % máx

0.050 0.050 0.045 0.040 0.050 0.045 0.040 0.050 0.045 0.040

S % máx

0.050 0.050 0.045 0.040 0.050 0.045 0.040 6.050 0.045 0.040

N2 (3) % máx

0.007 0.009 0.009

C % máx

≤ 10 mm

021

-

0.009 0.009

-

0.009 0.009

0.19 0.19 0.19 0.25 0.23 0.23 0.25 0.22

0.22

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producto

80

> 10 mm ≤ 16 mm

021

0.19 0.19 0.19 0.25 0.23 0.23 0.27 0.22

0.22

> 16 mm ≤ 40 mm > 40 mm

0.25 0.23 0.23 0.23 0.27 0.25 0.25 0.27 0.24 0.22º(2)

-

0.23 0.27 0.23 0.27 0.25 0.25 0.27 0.24

0.24

P % máx

0.065 0.060 0.055 0.050 0.060 0.055 0.050 0.060 0.055 0.O50

S % máx

0.065 0.060 0.055 0.050 0.060 0.055 0.050 0.060 0.055 0.050

N2 (4) % máx

00.010 0.010 009

-

0.010 0.010

-

0.010 0.010

-

(1) E: Efervescente; NE: No efervescente, sin elementos fijadores de N2; K: Calmado, para conseguir grano fino, mediante elementos fijadores N2 (2) Hasta espesor de 30 mm. Para espesor > 30 mm: 0.22% sobre colada: 0.24% sobre producto. (3) Puede admitirse máximo de N2: 0.010; 0.011; 0.012. En aceros fabricados en horno eléctrico el límite es 0.012%. Si el máximo P se reduce en: 0.005; 0.010; 0.015. (4) Puede admitirse máximo de N2: 0.011; 0.012. En aceros fabricados en horno eléctrico el límite es 0.015%. Si el máximo P se reduce en: 0.005; 0.010. (5) En los aceros de tipo A52 se exige además: si máximo 0.55%; Mn máximo 1.60%. - ACERO PARA PERFILES HUECOS

El acero comercial para perfiles huecos incluidos en la NBE EA-95 es el acero A42b, no aleado, según la clasificación de la norma UNE 36 004 (EN 10 020).

Características mecánicas de la chapa de acero A42b empleada para la fabricación de perfiles huecos conformados en frío Límite elástico

σe ≥ 26 kp/mm²

Resistencia a tracción

σt ≥ 42 kp/mm² ≤ 53 kp/mm²

Alargamiento de rotura

δ ≥ 24%

Doblado

Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 472

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Salvo acuerdo en contrario, la chapa no será objeto de rechazo si en la resistencia a tracción se obtienen 2 kp/mm² de menos.

Características mecánicas de los perfiles huecos conformados en frío Límite elástico

σe ≥ 26 kp/mm²

Resistencia a tracción

σt ≥ 42 kp/mm²

Alargamiento de rotura

δ ≥ 20%

Doblado

Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 472

Aplastamiento

Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 208

Salvo acuerdo en contrario, los perfiles huecos no serán objeto de rechazo si en la resistencia a tracción se obtienen 2 kp/mm² de menos. Las características mecánicas de los perfiles huecos laminados en caliente se indican en la UNE EN 10210-1 Composición química del acero conformado en frío Carbono C Azufre S Fósforo P Nitrógeno N2 % máximo % máximo % máximo % máximo

Colada

Producto

0.22

0.25

0.050

0.060

0.050

0.009

0.045

0.010

0.040

0.011

0.035

0.012

0.060

0.010

0.055

0.011

0.050

0.012

- El límite de N2 depende del contenido de P, con los valores que figuran en cada fila. - En los aceros al horno eléctrico el límite máximo N2, en todos los casos, es de 0.012 por 100 sobre colada y de 0.015 por 100 sobre producto. La composición química de los perfiles conformados en caliente se especifica en la UNE EN 10 210-1.

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- ACERO PARA PERFILES Y PLACAS CONFORMADOS

El acero para los perfiles y placas conformados incluidos en la NBE EA-95 es el acero conformado A37b, no aleado, según la clasificación de la norma UNE 36 004 (EN 10 020). No se consideran incluidos los perfiles y placas conformados fabricados con otros aceros de características superiores a las del A37b, lo cual no impide que puedan utilizarse.

Características mecánicas del acero A37b de los perfiles y placas conformados Límite elástico

σe ≥ 24 kp/mm²

Resistencia a tracción

σt ≥ kp/mm²

Alargamiento de rotura

τ ≥ 26%

Doblado

Satisfactorio realizando el ensayo según UNE 7 472

Salvo acuerdo en contrario, el acero no será objeto de rechazo sin en la resistencia a tracción se obtienen 3 kp/mm² de menos.

Composición química que garantiza el fabricante para el acero A37b de perfiles o placas conformados Carbono C % máximo

Colada

Producto

0.17

0.21

Azufre S Fósforo P Nitrógeno N2 % máximo % máximo % máximo

0.050

0.060

0.050

0.009

0.045

0.010

0.040

0.011

0.035

0.012

0.060

0.010

0.055

0.011

0.050

0.012

- El límite de N2 depende del contenido de P, con los valores que figuran en cada fila. - En los aceros al horno eléctrico el límite máximo de N2 en todos los casos es de 0.012 por 100 sobre colada y de 0.015 por 100 sobre producto.

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2.1.2 FUNDICIONES DE HIERRO

Se consideran los siguientes apartados:

2.1.2.1 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS 2.1.2.2 APLICACIONES EN LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA

2.1.2.1 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DE LAS FUNDICIONES DE HIERO. - FUNDICIONES DE HIERRO - PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LAS FUNDICIONES DE HIERO - CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES. - FUNDICIONES GRISES - FUNDICIONES DÚCTILES, NODULARES O ESFEROIDALES - FUNDICIONES BLANCAS - FUNDICIONES MALEABLES - FUNDICIONES ATRUCHADAS - FUNDICIONES ALEADAS

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FUNDICIONES DE HIERRO Las fundiciones son aleaciones Fe-C que pueden contener desde el 2 % al 6,67 % de C, aunque debido a la fragilidad que confiere este elemento, la composición química normal de las fundiciones es: 2,0 a 4,0 % de C, 3 % de Si, y en menor proporción otros elementos para controlar o variar ciertas propiedades. Se establecen los siguientes límites en la composición de las fundiciones no aleadas: Si < 5 % ; Mn < 1,5 %; Ni < 0,3 %; Cr < 0,20 %; Cu < 0,30 %; Ti < 0,10 %; V < 0,10 %; Mo < 0,10 %; Al < 0,10 Las fundiciones suelen tener alto contenido de fósforo. Cuando el % de fósforo es mayor de 0,06 % aparece el cosntituyente steadita que provoca endurecimiento y fragilidad en la fundición, por ello conviene limitar el contenido en fósforo que, como ventaja, aporta a las fundiciones una gran resistencia al desgaste y a la corrosión.

PROPIEDADES FUNDAMENTALES DE LAS FUNDICIONES DE HIERRO Las fundiciones de Fe originan aleaciones fundidas de excelentes propiedades, puesto que funden a temperatura relativamente baja, son muy fluidas en estado líquido y no forman películas superficiales indeseables cuando se vierten y solidifican, con una contracción ligera a moderada durante la fundición y el enfriamiento. Estas aleaciones tienen además un amplio rango de resistencia y dureza, y en la mayoría de los casos son fáciles de mecanizar, con la posibilidad de ser aleadas para adquirir una resistencia superior al desgaste, abrasión y corrosión. Sin embargo, las fundiciones ordinarias tienen, relativamente, baja resistencia al impacto y poca ductilidad, y esto limita su utilización para algunas aplicaciones. Estas desventajas han sido eliminadas con el desarrollo de las fundiciones dúctiles y maleables. A continuación se resumen de forma general, las principales ventajas y desventajas de las fundiciones ordinarias en relación a los aceros. Ventajas generales de las fundiciones ordinarias en relación a los aceros

-

Funden más fácilmente, necesitando temperaturas considerablemente más bajas que los aceros para conseguir su fusión. Presentan mejor colabilidad que los aceros, lo cual permite la obtención de piezas moldeadas con formas complicadas y cambios bruscos de sección, que resultarían difíciles de obtener a partir de la forja de aceros. La mecanización de la fundición es en general más fácil que la mecanización del acero. Presentan muy buena resistencia al desgaste y poseen cualidades autolubricantes. Tienen gran capacidad para absorber vibraciones. Las piezas de fundición son generalmente más baratas que fabricadas de acero.

Desventajas genéricas de las fundiciones en relación a los aceros

-

Las fundiciones ordinarias son menos dúctiles y más frágiles que los aceros Presentan menor resistencia mecánica. No pueden laminarse ni deformarse a temperatura ambiente. Todas las piezas de fundición se obtienen por moldeo o colada, ya que no admiten forja debido a su fragilidad.

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CLASIFICACIÓN DE LAS FUNDICIONES. Las variables más interesantes a considerar para la clasifiaciónde las fundiciones son: - % deC - % de elementos de aleación e impurezas - Velocidad de enfriamiento - Tratamiento térmico recibido En función de los parámetros anterirores, las fundiciones de hierro se clasifican en: 1) Fundiciones ordinarias - Blanca. - Gris. - Atruchada. 2) Fundiciones aleadas. 3) Fundiciones especiales: - Fundición dúctil - Fundición maleable

Excepto en las fundiciones blancas, lo característico de las fundiciones es que el C está en forma de grafito, pudiendo aparecer como láminas, rosetas o nódulos. El grafito es una forma alotrópica de carbono puro. Es blando, de color gris oscuro, exfoliable y de baja resistencia mecánica. En términos generales, el grafito mejora las propiedades de resistencia al desgaste y la corrosión, actúa como lubricante y facilita la maquinabilidad La morfología que presente el grafito en la microestructura de la fundición influirá decisivamente en las propiedades mecánicas. Cuando el grafito está en forma de rosetas o nódulos las propiedades mecánicas son mejores (es mayor la resistencia mecánica, el módulo de elasticidad, la ductilidad, tenacidad y plasticidad ) que cuando se presenta en forma laminar (fundiciones grises normales). A continuación se muestran, de forma equemática, los distintos tipos de fundiciones de Fe y sus características principales: Fundiciones Grises C en laminillas de grafito Limit.elastico ≅ 2000 kg/cm2

→

Fundiciones Dúctiles C en forma de nódulos o esferas de grafito ↑ Limit.elastico, ↑ alargamiento de rotura, ↑ Resist. mecánica ↑Ductilidad, ↑tenacidad.

Fundiciones Blancas (el C está como cementita)

→

Fundiciones Maleables (F.M.) a) F. M. de Corazón Blanco b) F. M. de Corazón Negro: Fe3C → C (rosetas) + Ferrita.

Fundiciones Atruchadas Fundiciones Aleadas

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FUNDICIONES GRISES Las fundiciones grises son aleaciones Fe – C, normalmente hipoeutécticas, con un contenido de C entre el 2,5 y el 4,0 % y entre el 1,5 % y el 2,2 % de silicio. Puesto que el silicio es un elemento estabilizante del grafito, se utiliza un contenido relativamente alto de silicio para provocar la formación de grafito en las fundiciones grises. La fundición gris se origina porque el contenido de carbono en la aleación es superior al que puede disoverse en la austenita y, al enfriar hasta temperatura ambiente, da lugar a laminillas de grafito. Cuando una pieza de fundición gris se rompe, la superficie de fractura aparece gris a causa del grafito expuesto. La velocidad de solidificación de la fundición influye en dos aspectos: - Velocidades moderadas y bajas de enfriamiento favorecen la formación de grafito. - Afecta al tipo de microestructura: Las velocidades moderadas de enfriamiento favorecen la formación de una matriz perlítica, mientras que las velocidades bajas favorecen una matriz ferrítica. Para producir una matriz completamente ferrítica en una fundición gris sin alear, normalmente se le somete a un proceso de recocido para que el carbono que queda en la matriz se deposite en láminas de grafito, resultando una matriz completamente ferritica. En resumen, dependiendo de la velocidad de enfriamiento de la fundición gris a través de la temperatura eutectoide, se obtienen las siguientes microestructuras: a) Matriz Ferrítica y grafito en forma de láminas: si el enfriamiento es lento. b) Matriz Perlítica y grafito en forma de láminas: si el enfriamiento es rápido. c) Matriz de Ferrita y Perlita, y grafito en forma de láminas: si la velocidad del enfriamiento es intermedia. Este tipo de microestructura es el que presenta la fundición gris ordinaria, que además contiene del 0,4 al 0,6 % de carbono combinado en forma de cementita (Fe3 C). Puesto que las dimensiones de la pieza influyen en la velocidad de enfriamiento, el tamaño puede afectar a la microestructura resultante. Las propiedades mecánicas de las fundiciones grises están influenciadas notablemente por el tamaño y forma de las laminillas de grafito, ya que estas actúan como grietas o entallas que provocan microdiscontinuidades en la sección de la pieza, disminuyendo la resistencia a tracción, tanto más cuanto mayor es la longitud de las láminas de grafito. Puede conseguirse que las láminas de grafito sean pequeñas aumentando la velocidad de enfriamiento de la fundición, aunque el mejor medio para lograrlo consite en añadir elementos como el Cu, Al, Ti, Zr, carburo de silicio, siliciuro cálcico, etc, sustancias a las que se denomina inoculantes. Ventajas de las fundiciones grises

Las fundiciones grises han sido muy empeleadas, por presentar las siguientes ventajas 1. Es uno de los materiales metálicos más baratos. Son más baratas que el acero, ya que su temperatura de fusión son 1154º C, mientras que la del acero puede ser del orden de 1500 ºC. 2. Tienen mejor colabilidad que los aceros.A la temperatura de colada tienen elevada fluidez, lo que permite moldear piezas de formas intrincadas mejor que con el acero. Además, las piezas moldeadas presentan poca contracción al enfriarse. 3. Tienen propiedades mecánicas similares a los aceros cuando trabajan a compresión.

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4. Las láminas de grafito presentes en su microestructura les confiere una gran capacidad de absorción de vibraciones (superior al acero), de ahí su utilización para las bancadas de las máquinas y equipos que vibran. 5. Tienen también gran resistencia al desgaste. Su dureza se halla entre las 200 y 250 unidades Brinell 6. Buenas cualidades autolubricantes, por la presencia de grafito. 7. Se mecanizan fácilmente, con más facilidad que los aceros, ya que el grafito actúa como un lubricante (disminuyendo el rozamiento) y facilitando el desprendimiento de la viruta producida. 8. Tienen una gran resistencia a la corrosión; por eso son muy empleadas para la fabricación de piezas que han de quedar a la intemperie. - Desventajas de las fundiciones grises Las fundiciones grises presentan las siguientes desventajas en relación a los aceros: 1. Debido a la discontinuidad estructural que provocan las láminillas de grafito, las fundiciones grises son más frágiles, y menos resistentes a tracción que los aceros, y presentan alarrgamientos de rotura muy bajos. La resistencia a la tracción de las fundiciones grises ordinarias oscila entre 1500 y 2500 kg/cm2, no superando nunca los 3000 kg/mm2. 2. No se pueden laminar (no son forjables). 3. La soldadura es muy problemática.

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Características y aplicaciones de las funciones grises

Tipo de Fund. Gris

ENGJL150

ENGJL180

ENGJL200

ENGJL250

ENGJL300

Resistencia a la tracción

N/mm2

150-250

180-280

200-300

250-350

300-400

0.1% límite de elasticidad

N/mm2

98-165

110-180

130-195

165-228

195-260

Alargamiento de la rotura

A%

0.8-0.3

0.8-0.3

0.8-0.3

0.8-0.3

0.8-0.3

Resistencia a la compresión

N/mm2

600

670

720

840

960

0.1 % límite de compresión

N/mm2

195

235

260

325

390

Flexión estática

N/mm2

250

270

290

340

390

Resistencia al Cizallamiento

N/mm2

170

210

230

290

345

Resistencia a la torsión

N/mm2

170

210

230

290

345

Módulus de elasticidad

N/mm2

61-100

75-105

85-110

105-120

110-135

Coeficiente de Poisson

v

0.26

0.26

0.26

0.26

0.26

Dureza Brinell (s/espesor)

HB30

160-190

170-200

180-220

190-230

200-275

Densidad

g/cm3

7.10

7.10

7.15

7.2

7.25

Fundición Gris

Según Norma

EN-GJL-150

UNE-EN 1561

EN-GJL-200

UNE-EN 1561

EN-GJL-250

UNE-EN 1561

- Aplicaciones Típicas: - EN GJL (FGL) 100 a 250: fundiciones muy conocidas para los usos clásicos en compresión, buena mecanización, buena capacidad de amortiguamiento. - EN GJL (FGL) 250 a 300: son las fundiciones laminares más utilizadas en construcción de máquinas herramientas. - EN GJL (FGL) 300 a 400: fundiciones ligeramente aleadas, de grano fino, HB 200- 240, que permiten eventuales tratamientos de superficie.

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Características de las fundiciones (Nomenclatura según normas DIN)

Tipo de Fund. Gris Resistencia a la tracción

GG15 GG18 GG20 GG25 GG30 N/mm2 150-250 180-280 200-300 250-350 300-400

0.1% límite de elasticidad N/mm2 98-165 110-180 130-195 165-228 195-260 Alargamiento de la rotura

0.8-0.3 0.8-0.3 0.8-0.3 0.8-0.3 0.8-0.3

A%

Resistencia a la compresión N/mm

2

600

670

720

840

960

0.1 % límite de compresión N/mm

2

195

235

260

325

390

N/mm

2

250

270

290

340

390

Resistencia al Cizallamiento N/mm

2

170

210

230

290

345

2

170

210

230

290

345

Flexión estática Resistencia a la torsión Módulus de elasticidad Coeficiente de Poisson Dureza Brinell (s/espesor) Densidad

N/mm

2

N/mm 61-100 75-105 85-110 105-120 110-135 v

0.26

0.26

0.26

0.26

0.26

HB30 160-190 170-200 180-220 190-230 200-275 g/cm3

7.10

7.10

7.15

7.2

7.25

FUNDICIONES DÚCTILES, NODULARES O ESFEROIDALES En las fundiciones dúctiles, también conocidas como fundiciones nodulares o esferoidales, prácticamente todo el carbono que contienen se encuentra en forma de nódulos de grafito muy redondeados, con un diámetro aproximado de 50 µm.

El contenido en carbono de la fundición dúctil sin alear varía del 3,0 al 4,0 % de C, y el contenido en Si del 1,8 al 2,8 %. Los niveles de azufre y fósforo de la fundición dúctil de alta calidad deben ser mantenidos en un valor muy bajo: 0,03 % de S como máximo, y un 0,1 % de P como máximo, siendo alrededor de 10 veces más bajos que los niveles máximos para la fundición gris. Asimismo, las cantidades de otros elementos impurificantes se deben mantener bajas, porque interfieren con la formación de nódulos de grafito.

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90

Para su fabricación se parte de fundiciones grises ordinarias. La formación de nódulos esféricos en la fundición dúctil tiene lugar durante la solidificación de la aleación, debido a que los niveles de azufre y oxígeno en el hierro son reducidos a niveles muy bajos mediante adición de magnesio al metal justo antes de que sea fundido. Ell magnesio añadido reaccionará con el azufre y oxigeno existentes, de modo que estos elementos no puedan interferir en la formación de nódulos esféricos de grafito. El resultado es que al estar el C en forma de nódulos, interrumpe menos la matriz de la aleación que si fuesen laminillas, con lo que el producto obtenido presentará una combinación de las ventajas de las fundiciones férreas juntocon las ventajas del acero. La fundición dúctil posee buena fluidez y moldeabilidad, excelente capacidad de mecanización y buena resistencia, tenacidad, ductilidad, trabajabilidad en caliente y templabilidad. Su ductilidad es similar a los aceros y mucho mayor que las funcidicones grises, presentando valores de resistencia a tracción hasta de 90 kg/mm2, y una considerable deformación sin fractura (alargamiento de rotura del orden del 15%). La microestructura de la fundición dúctil sin alear es normalmente de tipo “ojo de buey”. Esta estructura consta de una matriz de ferrita, perlita o ferrita + perlita y grafito en forma de nódulos redondeados. Se diferencian de las fundiciones maleables por ser los nódulos de grafito mucho más redondeados, y por que se obtienen directamente desde el líquido, añadiendo una pequeña cantidad de magnesio, como se ha mencionado. - Características y aplicaciones de las funciones dúctiles

Tipo de Fund. Dúctil

EN-GJS40018

ENGJS400

ENGJS500

ENGJS600

ENGJS700

Resistencia a la tracción

N/mm2

400

400

500

600

700

0.2% límite de elasticidad

N/mm2

250

250

320

380

440

Alargamiento

min. %

18

15

8

4

3

Dureza Brinell

HB30

120-160

140-190

170-220

200-250

235-285

Módulo de elasticidad

N/mm2

170

170

173

175

175

Resistencia a la compresión

N/mm2

700-900

750-950

850-1100

100-1200

1100-1300

Resistencia al Cizallamiento

N/mm2

Densidad

g/cm3

7.1

7.1

7.1

7.1

7.1

0.2% límite de compresión

N/mm2

275

275

350

380

425

Coeficiente Poisson

v

0.28

0.28

0.28

0.28

0.28

0.9 x tensile stress limit

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91

Fundición de Grafito Esferoidal Según Norma EN-GJS-400-15

UNE-EN 1563

EN-GJS-500-7

UNE-EN 1563

EN-GJS-600-3

UNE-EN 1563

EN-GJS-700-2

UNE-EN 1563

Aplicaciones Típicas: - EN GJS 350-22 (FGS): Fundición ferrítica de baja dureza HB 62 Dureza de resorte

Las barras redondas, hexagonales y planas de la aleación Cu 57 % - Zn 40% - Pb 3% se pueden trabajar muy bien por arranque de viruta debido al contenido de aproximadamente un 3 % de Pb. Se producen virutas cortas y “salpicantes” que son fácilmente arrastradas. En la aleación Cu 61 % - Zn 38 % - Pb 1 % o la aleación Cu 63 % - Zn 36 % - Pb 1%, la adición de un 1 % de de Pb mejora el arranque de viruta aunque con ello dificulta el estirado, doblado, prensado y repujado. Todos los procedimientos de trabajo de los metales como colada, deformación en frío y en caliente, y arranque de viruta, pueden realizarse desde bien hasta muy bien con las aleaciones cobre-cinc con tal de que para el tipo de trabajo elegido se emplee el material de composición adecuada.

136

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Cuanto más elevado sea el contenido de cobre, tanto mejor se puede conformar en frío el latón. Para esto son adecuadas las aleaciones desde Cu 95% - Zn 5 % hasta Cu 60% - Zn 40 %. La dureza aparecida por doblado, repujado, compresión y embutición puede eliminarse mediante calentamiento a 600 ºC. La trabajabilidad por arranque de viruta empeora al aumentar el contenido de Cu y mejora con la adición de plomo. En el siguiente cuadro se muestran las propiedades de varias aleaciones de latón comercial:

Designación

Composición

DIN 17660 Ms-63

Cu 63 % Zn.37% Cu57-59,5% Pb 1 a 3% Zn.Resto

DIN 17660 Ms-58

Latón al Cu 78 % aluminio DIM 17661 So Ms Zn.38% Al.2.% 76 Cu 61 % Latón naval Zn.38 % DIM 17661 So Sn.1.% Ms 60 Latón alta Cu 64 Fe 2 resistencia Zn 27 Mn 2 Al DIM 17661 So 5 Ms 64

Peso especifico

Resistencia a Limite la tracción elástico kg/mm² R........F R...............F

Alargamiento R.................F

Resistencia a la cizalladura kg/mm² R................F

8,5

36.......39-63

14. 5-17

53.....35-2

27......28-34

8,5

37..........43

16..30

35......20-15

29........32

8,35

37...........

14.......

55..............

28............

8,40

40............

17.......

40...............

29...........

8,75

60......74-84

32.60-73

25........20-10

......... .......

(R = Recocido F = Forja; H/B = Dureza Brinell R/B = Dureza Rockwell B.) Se puede deducir, por tanto, que las propiedades de los latones son variadas y dependen considerablemente del porcentaje de cinc, en consecuencia tienen una amplia gama de aplicaciones debido a la variedad de propiedades mecánicas, resistencia a la corrosión y procesos de fabricación.

PRINCIPALES ALEACIONES DE LATÓN BINARIO Y SU APLICACIÓN Se distinguen las siguientes familias 1) Latones α 2) Latones α + β 3) Latones β 1) Latones α Los latones α poseen porcentajes cinc de hasta el 37%. Son monofásicos y poseen una tenacidad y facilidad para la deformación en frío similar al Cu. Resultan aptos para trabajo en frió y para la fabricación de pequeñas piezas fundidas. El color varía desde el del cobre (rojizo) hasta el amarillo al aumentar el contenido en Zn.

Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conducción de Agua Dentro de los latones α puede establecerse la siguiente CLASIFICACIÓN: 1.1) LATONES α – ROJO

- Aleación cobre-cinc 95-5 (Metal de dorar o metal Guilding) Se trata de una aleación monofásica alfa que posee una alta conformabilidad en frío y generalmente no es susceptible de corrosión preferencial de cinc. Es muy usada para pequeños cartuchos de armas y debido a su llamativo color dorado tiene usos típicos en medallas y monedas obtenidas por estampado. También es usada como base para baños de oro. Los latones ricos en cobre se emplean, en joyería, en imitaciones de oro y en adornos. - Bronce comercial, de composición 90 % Cu – 10 % Zn. - Latón rojo, de composición 85 % Cu – 15 % Zn. Las aleaciones cobre-cinc 90-10 (Bronce comercial) y 85-15 (Latón rojo) presentan características semejantes a la anterior tiene su mayor aplicación en la arquitectura y elementos decorativos.

- Latón bajo, de composición 80 % Cu – 20 % Zn. Estas aleaciones aun conservan una estructura de fase alfa con elevada conformabilidad en frío. Generalmente no presentan problemas de corrosión preferencial de cinc y de corrosión bajo tensión Debido a su atrayente color tiene aplicaciones en objetos decorativos. 1.2) LATONES α – AMARILLO

Al aumentar el contenido en Zn, estas aleaciones presentan mejor resistencia mecánica que el cobre, pero menor resistencia a la corrosión. Incluyen las siguientes aleaciones: - Latón de cartuchería, de composición 70 % Cu – 30 % Zn. Sus características son de una aleación monofásica alfa con una combinación de resistencia y ductilidad particularmente adecuada para estampado y otros procesos de conformación. Se emplea para aquellas aplicaciones en las que se desee buena maquinabilidad y fácil fabricación, como piezas moldeadas. Esta aleación se descincifica gradualmente en agua de mar y en aguas dulces blandas. Esta tendencia se retarda por adición de 1 % de Sn, y la aleación correspondiente recibe el nombre de metal del almirantazgo o latón naval. La adición de pequeñas cantidades de As, Sb o Pb todavía retrasa mas la velocidad de descincado, y la aleación que resulta se denomina metal del almirantazgo inhibido, encontrando su empleo en condensadores refrigerados por agua de mar o por agua dulce. - Latón amarillo, de composición 65 % Cu – 35 % Zn . Tiene una resistencia a la corrosión ligeramente inferior a la aleación anterior y es utilizada cuando se desea rebajar costos de adquisición de materia prima.

- Latón de fácil maquinabilidad, de composición 63 % Cu – 35 % Zn – 2 % Pb. - Latón del almirantazgo, de composición 71 % Cu – 28 % Zn.- 1 % Sn. Presenta muy buena resistencia al agua de mar.

137

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138

- Latón al aluminio, de composición: 76 % Cu – 22 % Zn.- 2 % Al - arsénico 0,04% Tiene una gran resistencia a la corrosión Su estructura está constituida por fase alfa con aluminio y pequeños porcentajes de arsénico que es adicionado con el propósito de evitar la corrosión preferente del cinc. La presencia del aluminio genera elevada resistencia a la corrosión y erosión en aguas no contaminadas o ligeramente contaminadas. El latón al aluminio resiste al ataque del agua de mar a gran velocidad (corrosión-erosión y cavitación) mejor que el metal del almirantazgo. El latón al aluminio también puede picarse con rapidez en agua de mar no contaminada si está en reposo. Generalmente se usa en intercambiadores de calor y condensadores en la industria química, la refinación del azúcar, desanilización del agua de mar, entre otras aplicaciones semejantes.

- Latón cobre 89 % - cinc 9 % - plomo 2 % Es una aleación constituida por una estructura de matriz alfa con partículas finas de plomo dispersas Presenta una alta maquinabilidad debido a la presencia de plomo: las partículas dispersas de plomo quiebran las virutas, al mismo tiempo que hacen las veces de lubricante en las superficie de la herramienta de corte. Cabe mencionar que el cobre y los latones convencionales presentan una viruta dúctil y continua que tienen un efecto de abrasión elevada sobre las herramientas de corte disminuyendo su vida útil y haciendo que estos materiales sean considerados como poco maquinables. En general los latones aleados con plomo presentan mejores propiedades con respecto a su maquinabilidad, siendo esta su principal característica.

2) Latones α + β Los latones con contenidos de cinc entre el 37 y 45% son denominados latones alfa-beta. Estos latones están constituidos por las fases α + β´. Dado que la fase β´ es dura y frágil, estos latones son difíciles de trabajar en frío; sin embargo, tienen muy buenas propiedades para el trabajo en caliente. Dentro de los latones α + β se encuentran las siguientes aleaciones: - Latón 60% Cu – 40% Zn (Metal de Muntz): Enfriando esta aleación rápidamente desde la región β, se puede evitar la precipitación de la de la fase α, por lo que el material puede endurecerse por envejecimiento. Es una aleación de estructura bifásica y posee excelentes características de conformación en caliente debido a la presencia de la fase beta. Debe tenerse en cuenta el medio al que va ser expuesta debido a su mayor vulnerabilidad frente a la corrosión. Tiene su empleo principal en sistemas de condensación que emplean agua dulce como refrigerante. - Latón de fácil mecanización: 61,5 % Cu – 35,5 % Zn – 3 % Pb, es el latón que más fácil admite el mecanizado. - Latón para forjar: 60% Cu – 38 % Zn – 2 % Pb, se emplea para la fabricación de artículos de ferretería y fontanería. - Bronce Arquitectónico: 57 % Cu – 40 % Zn – 3 % Pb Se emplea para la fabricación de pasamanos, enrejados, bisagras, cerrojos, etc. - Latón Naval: 60% Cu – 39,25 % Zn – 0,75 % Sn Con buena resistencia a la corrosión en agua de mar.

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139

- Bronce al Manganeso: 58,5 % Cu – 39 % Zn – 1,4 Fe – 1% Sn – 0,1 % Mn Se caracterizan por su gran dureza y resistencia al desgaste aunque requieren muy buena lubricación. Poseen una aceptable resistencia a la corrosión y su tolerancia a las altas temperaturas es baja. Soportan altas presiones y se utilizan para coronas, tornillos sinfín, pernos, bujes para grandes cargas, patines y cojinetes de empuje, etc. - Latones para sopores o cojinetes:. Para soportes o cojinetes sólo resultan adecuadas las aleaciones Cu – Zn que contengan silicio o aluminio, como por ejemplo la aleación Cu 58% - Zn 40 % - Al 2%.

3) Latones β Los latones con contenidos entre 45% y 50% de Zn son latones monofásicos beta, como se aprecia en el diagrama de fases Los latones con más del 50 % de cinc, son muy frágiles, por lo que no se utilizan industrialmente.

140

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2.1.4.3 ALEACIONES CU-Sn: BRONCES

Se denomina bronce a cualquier aleación de base Cu, a excepción de las aleaciones Cu- Zn que se denominan latones. Se consideran los siguientes apartados:

-

CLASIFICACIÓN DE LOS BRONCES BRONCES ORDINARIOS (Bronces al Sn) ALEACIONES Cu – Ni (CUPRONÍQUEL). MONEL ALEACIONES Cu – Be (CUPROBERILIOS O BRONCES AL BERILIO). ALEACIONES Cu – Si (CUPROSILICIOS). BRONCES AL Pb BRONCES AL ALUMINIO (CUPROALUMINIOS) ALEACIONES CU-NI-Zn (ALPACA O PLATA ALEMANA) CLASIFICACIÓN DE LOS BRONCES

Los bronces pueden clasificarse en dos grandes grupos: 1) Bronces ordinarios: son aleaciones Cu – Sn - Bronces - Bronces fosforosos - Bronces rojos 2) Bronces especiales: Son aleaciones de cobre y otros elementos, que reciben su denominación por el de aleación más importante que los componen: - Bronces al aluminio o Cuproaluminios. - Bronces al níquel o Cuproníquel. - Bronces al berilio o Curproberilios. - Bronces al silicio o Cuprosilicios. - Bronces al plomo - Bronces sinterizados (proceso pulvimetalúrgico)

A continuación se exponen las características de los bronces con mayor interés industrial:

metal

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141

BRONCES ORDINARIOS (Bronces al Sn) Los bronces ordinarios son aleaciones constituidas por Cu y Sn. Su diagrama de fases se muestra en la siguiente figura:

- Propiedades fundamentales de los bronces al Sn:

a) Son más resistentes a la corrosión que las aleaciones cobre-cinc b) Elevada resistencia mecánica. En particular, las aleaciones que contienen más de 5 % Sn son resistentes al ataque por cavitación. c) Poseen buena resistencia al desgaste, principalmente con lubricación eficiente. Son recomendados para coronas, sinfines, otros engranajes, bujes y cojinetes que soportan cargas altas, placas de fricción d) Bajo coeficiente de rozamiento. Por ello, se utilizan para la fabricación de cojinetes. e) Por su excelente moldeabilidad y resistencia a la corrosión se utilizan para la fabricación de artículos de fontanería como grifos, válvulas, etc. f) Por su bello y permanente aspecto se utilizan para la fabricación de monedas, medallas, lámparas, figuras decorativas, etc. g) Su color es rojizo anaranjado.

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142

Propiedades de los bronces ordinarios segun el contenido en Sn

El contenido en Sn de los bronces ordinarios oscila entre el 2 y el 25 % y, dependiendo de esta cantidad, se obtienen bronces de distintas propiedades. Las aleaciones con mayor interés industrial son las siguientes: 1. Bronces α: contenido de Sn < 6 %. 2. Bronces ordinarios: 7% < Sn < 12 % Son los bronces al Sn más habitualmente usados. Con un bronce de 5-10% de estaño se genera un producto de máxima dureza (usado en el pasado para la fabricación de espadas y cañones). 3. Bronces fosforosos: 7% < Sn < 12 %, y hasta un 0,5 % de fósforo que se añade para desoxidar la aleación. 4. Bronces de campana: 20% < Sn < 22 % . Estos bronces contienen gran cantidad de fase δ. Son muy duros y tienen una elevada sonoridad. El bronce que contiene entre 17 y 20% de estaño tiene alta calidad de sonido, ideal para la elaboración de campanas Con un contenido en Sn del 27%, se obtiene un bronce con una óptima propiedad de pulido y reflexión (utilizado en la antigüedad para la fabricación de espejos).

Los dos tipos de bronce siguiente, son bronces al Sn con la adición de un tercer elemento que les confiere una propiedad especial: - Bronces Rojos (Bronces de Cañón): Contienen entre un 2 a 4 % de Zn, el cual mejora las cualidades de moldeo y confiere buena resistencia a la corrosión y al rozamiento. - Bronces Antifricción. Son bronces al estaño con alto contenido de plomo. Estas aleaciones se utilizan para bujes, especialmente para presiones medianas y velocidades medianas a altas. Se caracterizan por soportar ciertas deficiencias en la lubricación y su tolerancia al desgaste sin rayar los ejes. Bronces para moldeo y bronces para forja Las aleaciones cobre-estaño y las cobre-estaño-cinc para moldeo presentan muy buena colabilidad. Son resistentes contra el agua de mar y se prestan, debido a sus buenas propiedades de deslizamiento, para ser empleadas para casquillos de cojinetes, para husillos-madre y tuercas de husillo, así como para ruedas helicoidales. Los casquillos de soportes de deslizamiento de aleación con 14% de Sn (denominadas G-CuSnl4 ó G-SnBzl4 según normas DIN) pueden admitir muy altas compresiones, pero la velocidad circunferencial de los árboles no debe ser demasiado alta. Los casquillos de GZ-CuSn7ZnPb (GZ-Rg7) colados por el procedimiento de centrifugado poseen buenas propiedades para el funcionamiento en condiciones críticas y admiten puntas de carga de hasta 800 kp/mm2. Las aleaciones cobre- estaño-cinc para colar, con adición de níquel son templables. Para ello se calientan las piezas fundidas durante 2 horas a 760 ºC y se enfrían entonces bruscamente en agua o en aceite reviniéndolas a continuación durante 5 horas a 300 °C. Con esto se hace subir la resistencia a la tracción hasta los 60 kp/mm2. Las piezas fundidas de aleaciones cobre-estaño se dejan trabajar bien con arranque de viruta, pero las velocidades de corte deben ser menores que cuando se trabajan piezas de latón.

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143

Las aleaciones cobre-estaño para forja permiten la obtención de chapas, llantas, alambres, tubos y barras mediante conformación en caliente o en frío. La resistencia a la tracción y el alargamiento pueden amoldarse a las necesidades de cada aplicación por medio de conformación en frío y recocido de debilitación. Así, por ejemplo, chapas de Cu- Sn 6% (SnBz6) en estado de recocido blando tienen una resistencia a la tracción de 35 a 41 kp/mm2 con un alargamiento del 55 % y chapas de la misma aleación laminadas hasta dureza de resorte tienen más de 75 kp/mm2 de resistencia a tracción con un alargamiento del 5 % . Las aleaciones cobre-estaño para forja se emplean para resortes que hayan de ser resistentes a la corrosión, para resortes de contacto en la industria eléctrica, para membranas y para órganos de deslizamiento. En los cuadros siguientes se muestran las propiedades de los bronces con mayor interés industrustrial.

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CALIDAD

COMPOSICIÓN Cu......84 a 86% Sn...........4 a 6%

BR- 5 Zn...........4 a 6% Pb...........4 a 6%

NORMAS

APLICACIONES

UNE 37103 C-3520 Excelente material para cargas medias y DIN 1705 Gc Cu Sn 5 Zn Pb rozamientos. Piezas en general que requieran Rg 5 resistencia a la tracción y buena estanqueidad a la presión hidrostática del vapor, válvulas de baja presión, equipos hidráulicos, cojinetes de émbolo, ASTM B-62 C-83600 etc.

Cu......84 a 86%

UNI 7013 Gc Cu Sn 5 Pb 5 DIN 1705-Rg 7

Sn....6,5 a 8,5%

NFA 53-707-UE 7

Zn....3,5 a 5,5%

BS 1400-LG 3

Pb...........3 a 5%

ISO 1338-Cu Sn7 Pb6 Zn4 UNE 37103 C-3220

BR- 7

DIN 1705 Gc Cu Sn 10 Zn Cu......89 a 91%

BR- 10

144

Rg 10 Sn...........9 a 11% ASTM C-92600

Debido a su composición es adecuada para trabajos en los que se produzca un pequeño golpeteo. Se recomienda principalmente para cojinetes de gran desgaste, guías de válvulas, cojinentes de émbolo, casquillos de cabeza de biela y bridas, etc.

Se utiliza para trabajos de responsabilidad, recomendable para ruedas dentadas, maquinaria, engranajes, cojinetes que soportan fuertes cargas, asientos de válvula y accesorios de alta calidad.

UNI 7013 Gc Cu Sn 10 Zn 2 UNE 37103 C-3130 Cu......87 a 89%

BR- 12 Sn......11 a 13%

Especialmente recomendado para la fabricación de coronas para reductoras, ascensores y tornillos vissin-fin, sujetos a grandes esfuerzos y velocidades; es ASTM C-90700 C-90800 Caconsejable también para adaptar en turbinas y 92500 cojinetes en general. DIN 1705 Gc Cu Sn 12

UNI 7013 Gc Cu Sn 12 DIN 1705-Cu Sn 14 Cu......85 a 87%

BR- 14

NFA 53-707-UE 14 Sn......13 a 15% CA 909

Bronce fosforoso fabricado con materiales de primera calidad. Se recomienda para casquillos y cojinetes que tengan que soportar grandes cargas así como piezas de mucho desgaste, o sea ruedas dentadas. Se utiliza principalmente para coronas de tornillos vis-sin-fin, elementos hidráulicos de alta presión, maquinaria frigorífica, etc.

UNE 37103 C-3320 Cu......78 a 82% DIN 1716 Gc Cu Pb 10 Sn

BR- 10Pb

Sn........9 a 11% ASTM C-93700 Pb...... 8 a 11%

Esta aleación tiene grandes propiedades antifricción y una buena resistencia a la corrosión. Se utiliza para cojinetes en los que las condiciones de lubricación no sean perfectas, ya que el alto contenido de plomo evita el agarrotamiento.

UNI Gc Cu Sn 10 Pb 10 Cu..........55 a 60%

BR- 7Mn

Al..........0,10 a 2%

UNE 37103 C213

Fe........0,40 a 2%

ASTM B30 B-A

Al....0,50 a 1,50%

B.S. 1400 HTB 1-1

Zn................. resto

Esta aleación presenta una muy buena resistencia a la corrosión, lo que la hace muy apropiada en la industria naval para la construcción de hélices, bujes y todo tipo de piezas que requieran una resistencia al agua de mar. De alta resistencia estática y gran dureza, lo que la hace apropiada para soportar grandes presiones; utilizada para fondos de tubos, condesandores de calor y en maquinaria de soldadura.

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Cu........78 a 81% Al......10 a 11,5%

BR- 16Al Ni.............3 a 5% Fe..............3 a 5% Cu ..............6,4%

SAE - 430

145

Piezas resistentes a la corrosión en las industrias químicas, en los productos alimenticios, del petróleo y minería. Piezas de fricción para cargas pesadas, DIN 1714 Gc Cu Al 10 Ni como ajustes y cierres de cañón. Jaulas de rodamientos a bolas, cárters, tornillos sin-fin y ruedas de tornillos sin-fin, piñones, armaduras de ASTM C-95500 sistemas de vapor sobre calentado, piezas de grifería a alta presión. Para aviación: guías de válvulas y UNI Gc Cu Al 11 Fe 4 Ni 4 tuercas de sujeción hélices. UNE 37103 C-2620 UNE 37103 C-4220

Al................5,5%

DIN 1714 Gc Cu Zn 25 Al 5i

Fe..................3%

SAE 430-B

Mn...............3,5%

ASTM CA 862

Latón con resistencia a la corrosión por su dureza. ideal para cojinetes de baja velocidad y elevada carga, piezas de cilindros hidráulicos. Buenas características de rozamiento de rodadura y resistente al desgaste.

Zn................24%

PROPIEDADES MECÁNICAS .. BRONCE

Peso específico gr/cm³

Resistencia a la Alargamiento Dureza Contracción Conductibilidad Elasticidad tracción Kg/mm² % Brinell HB lineal % eléctrica % Kg/mm²

BR- 5

8,7 / 8,8

20 a 25

8 a 11

65 a 75

1,55

13 / 16

11

BR- 7

8,8

22 a 25

12 a 15

75 a 89

11

11,5

BR- 10

8,6 / 8,8

28 a 34

5 a 12

85 a 95

1,55 / 1,8 1.142 / 1.392

10

14

BR- 12

8,6 / 8,8

20 a 30

3a5

80 a 110

---

9

12

BR- 14

8,6 / 8,83

22 a 25

4a5

90 a 115

---

7

14 a 17

BR- 10Pb

8,8 / 9,1

19 a 26

8 a 12

65 a 80

1,05 a 1,5

8 a 10

11 a 15

BR- 7Mn

8,05 / 8,5

45 a 60

15 a 20

115 a 150 1,8 a 2,35

16 a 20

17 a 28

BR- 16Al

7,35

63 a 70

10 a 18

170 a 210

---

5 a 6,3

27 a 23

SAE - 430

8,20

75 a 85

10

190 a 210

---

7a8

40 a 55

146

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Resisten- cia Limite a la traelástico ccion kg/mm² kg/mm²

Composición

Peso especifico

Cu Sn 10

G-Sn Bz 10

8,8

25-31

12

15

60-75

10-12

Cu Sn 12

G-Sn Bz 12

8,9

25-33

14

10

80-95

11-12

Cu Sn 14

G-Sn Bz 14

8,9

20-30

16

4

85-115

8-9

Cu Sn 10 Pb 5

G-SN Pb Bz 5

8,9

22-26

14

18

70-85

6-12

Cu Sn 8 Pb 15

G-Sn Pb Bz 15

9,1

20-24

11

12

60-70

7-12

Cu Sn 8 Pb 20

G-Sn Pb Bz 20

9,2

18-20

10

10

30-50

8-15

Cu Sn 10 Zn 2

Rg-10

8,4

28-35

10

10

65-80

11-12

Cu Sn 5 Pb 5 Zn 5

Rg-5

8,8

20-30

10

11

65-75

13-16

15-25

10-14

10-20

60-70

Cu 80 Sn Pb Zn

Dureza AlargaBrinell miento % HB

Conductibilidad electrica % I.A.C.S.

Designacion DIN

APLICACIONES CARACTERÍSTICAS DE LAS ALEACIONES DE BRONCE: G-Sn Bz 10: Material tenaz resistente a la corrosión y a la cavitación con gran alargamiento, resistente al agua de mar. Adecuado para válvulas y cajas de bomba de alta solicitación, rodetes y ruedas de paletas para bombas y turbinas de agua, cojinetes de fricción. G-Sn Bz 12: Material de dureza tenaz con buena resistencia al desgaste, resistente al agua de mar. Adecuada para anclajes de acoplamiento y piezas de acoplamiento de alta solicitación, tuervas de husillo movidas bajo carga para ruedas espirales y helicoidales de marcha rápida, solicitación superior. G-Sn Bz 14 : Material duro, resistente al agua de mar. Adecuado para semicojinetes de fricción con puntos de carga de hasta 600 Kp/cm2 y placas de deslizamiento y barras de deslizamiento de alta solicitación. G-SN Pb Bz 5: Bronce al plomo y estaño de fundición semiduro. Material tenaz con buenas propiedades deslizamiento y buena resistencia al desgaste. Buen resistente a la corrosión, especialmente contra ácido sulfúrico y clorhídrico diluido, así como ácidos grasos. Adecuado para cojinetes de fricción con presiones de superficie, en las que pueden presentarse ligeras compresiones de aristas, p. ej., cilindros de calandria y cojinetes de biela, cojinetes para trenes de laminación en caliente. Válvulas resistentes al ácido. G-Sn Pb Bz 15: Adecuado para cojinetes con altas presiones de superficie, cojinetes para trenes de laminación en frío, también con tubos de refrigeración. Válvulas y piezas de fundición resistente al ácido. Buenas propiedades de marcha de emergencia para falta de lubricante temporal y para lubricación con agua.

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147

G-Sn Pb Bz 20: Adecuado para cojinetes con altas presiones de superficie y bajas velocidades de marcha, así como para cojinetes de fricción de alta solicitación en unión con semicojinetes de apoyo de acero; cojinetes para máquinas de molinería, bombas de agua, trenes de laminación en frío y de láminas, cojinetes de biela en motores de combustión interna. Válvulas y piezas de fundición resistentes a la corrosión. Propiedades de marcha de emergencia particularmente buenas para falta de lubricante temporal y para lubricación de agua. Rg-10: Material duro, resistente al agua de mar. Adecuado para guarnición de ejes de buque, revestimientos de cilindros para papel y de calandrias, llantas de ruedas espirales con velocidades de deslizamiento bajas, tuercas de husillo de solicitación moderada y cojinetes de fricción. Rg-5: Material semiduro, soldable con soldadura blanda y condicionalmente fuerte, resistente al agua de mar. Adecuado para colectores de solicitación normal y anillos de asiento de válvula, así como cojinetes de fricción de solicitación moderada. Cu 80 Sn Pb Zn: Uso general para casquillos y otras aplicaciones sin gran responsabilidad.

ALEACIONES Cu – Ni (CUPRONÍQUEL). MONEL Son aleaciones base Cu con menos del 50% de Ni. Normalmente tienen contenidos de níquel del 5 al 44 %. Entre las aleaciones con mayor contenido de níquel se encuentra el MONEL, de excepcionales propiedades de resistencia a la corrosión. Además de los cuproníqueles binarios, formados solamente a base de niquel y cobre algunos contienen un tercer o un cuarto elemento. Los que contienen cinc se conocen por alpacas, que serán tratadas en un apartado posterior. El diagrama de equilibrio Cu – Ni muestra la existencia de solubilidad completa entre ambos elementos, por lo que todas las aleaciones son monofásicas

Las características principales de estas aleaciones son:

1. Excelente resistencia a la corrosión, la cual aumenta con el contenido de Ni. 2. No admiten tratamiento térmico. La modificación de las propiedades mecánicas se consigue mediante deformación en frío. 3. El contenido en Ni de las aleaciones habitualmente utilizadas varía entre el 10 y el 30 %.

148

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4. Las aleaciones cuproníquel son resistentes en especial al agua de mar a gran velocidad, cuando contienen pequeñas cantidades de Fe, y, también a veces, Mn. El contenido óptimo de Fe para la aleación cuproníquel de 10% Ni es de aproximadamente 1 a 1,75 %, con 0,75 % de Mn máximo, y para la aleación análoga con 30% de Ni es, en general, menor, por ejemplo 0,40 a 0,70 % de Fe acompañado por 1,0 % de Mn máximo. 5. Entre sus aplicaciones más interesantes se encuentra la fabricación de tubos de condensadores. En el caso de aguas dulces no contaminadas se emplean para la fabricación de estos condensadores el Cu, el metal Muntz, el metal almirantazgo y una de las aleaciones Cu-Ni, concretamente la de composición 10 a 30% Ni y resto Cu y el latón al aluminio. En el caso de aguas contaminadas son preferibles las aleaciones cuproníquel al latón al aluminio, porque este último está sujeto al ataque en forma de picaduras. 6. La aleación cuproníquel con 30% de Ni posee una relativa resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión en comparación con las aleaciones 10 ó 20 % Ni-Cu, o con cualquiera de los latones Cu-30%. 7. Las aleaciones cobre-níquel con 40 a 45% de níquel se emplea como alambres de dispositivos eléctricos, arrancadores, reguladores, etc.

resistencia en

En el siguiente cuadro se exponen las características de varias aleaciones comerciales de cuproníquel Resistencia a Peso la tracción Designación espekg/mm² cifico R...............F 8,9 36...............60 Cu Ni 30 8,9 32..............42 Cu Ni 10 Fe 1 Mn 8,95 36............50 Cu Ni 30 Mn 1 Fe 41..........47Cu Ni 12 Zn 23 Alpaca 8,7 70 Cu Ni 18 Zn 19 Pb 2 8,75 43.........48-70 Alpaca Ni Cu 30 Monel

8,8

50

Limite elástico kg/mm² R...........F 14.........49 12..........38 15..........43 15-20.3660 17-23 3667

Alargamineto Dureza Conductibili. % Brinell eléctrica % R................F R...........F I.A.C.S. 20............10 75....180 38............12 65.....120 42..............16 85.....140 85-100 38-45...25-2 125-190 90-100 32-42.....23-2 125-200

-

30

120-140

5 9 5 7 6 4

(R = Recocido ; F = Forjado) ALEACIÓN Cu Ni 30 Cu Ni 10 Fe 1 Mn Cu Ni 30 Mn 1 Fe Cu Ni 12 Zn 23 Alpaca Cu Ni 18 Zn 19 Pb 2 Alpaca Ni Cu 30 Monel

APLICACIÓN Aparatos químicos para fines decorativos Para conducir agua de mar, en condensadores de barcos centrales fijas Tubos con velocidades hasta 5 m/s de aguas muy contaminadas Telecomunicación, construcción, arte Piezas de maquinado por arranque de viruta

Aparatos químicos, válvulas de mariposa, partes de construcción expuestas a corrosión

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ALEACIONES Cu – Be (CUPROBERILIOS O BRONCES AL BERILIO). Se trata de aleaciones Cu – Be, que contienen normalmente entre 1,0 y 2,5 % de Be. La importancia industrial de las aleaciones Cu – Be se debe a que estas aleaciones pueden endurecer por precipitación, obteniéndose los materiales con mayor dureza y resistencia de todas las aleaciones base Cu. En estas aleaciones existen las siguientes fases:

Principales propiedades:

- Poseen resistencia mecánica muy elevada, similar a los aceros de alta resistencia, la cual se consigue por el tratamiento térmico de endurecimiento por precipitación. Además, su resistencia se puede aumentar mediante deformación, con lo que el endurecimiento por deformación se suma al endurecimiento por precipitación. - Excelentes características elásticas. - Buena conductibilidad térmica y eléctrica - Son resistentes a la corrosión - Poseen propiedades antichispa y amagnéticas. - Se moldean y se conforman en caliente y en frío. Debido a su contenido en Berilio, son aleaciones caras Sus aplicaciones típicas son cojinetes para turbinas de turborreactores, muelles e instrumentos quirúrgicos y dentales. .

A continuación se exponen varias aleaciones comerciales de cuproberilios, y sus aplicaciones.

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Composicion química nominal Conductibilidad eléctrica % I.A.C.S. RocDurezakwell Dureza Brinell HB Resistencia a la tracción Kg/mm² Alargamiento 50 mm % Limite elástico Kg/mm² Temperatura ablandamiento ºC Peso especifico Kg/dm³

Aplicaciones

98,35 % Cu 0.35 % Be 1,3 % Ni

96,9 % Cu 0,6 % Be 2,5% Co-Ni

98 % Cu 1,7% Be 0,3% Co-Ni

97,5 % Cu 2 % Be 0,5% Co-Ni

50-80

40-50

25

18

R/B 76-86 140-170

R/B 89-97 180-230

R/C 33-37 320-360

R/C 33-43 360-410

62-69

65-75

101-110

109-115

5-11

3-10

2-4

1

32-39

40-55

63-69

70-84

500

500

300

300

8,65

8,62

8,26

8,09

Partes de maquinas útiles y electrodos de Brazos de soldadura por pinzas, porta resistencia, electrodos y aparellaje utillajes de eléctrico, soldadura por contactos, resistencia pistones para maquinas de inyectar aluminio....

150

Herramientas de seguridad, antichispas y Moldes para antimagnéticas, platico, poleas piezas de corte, de trole.... soportes para contactos, clips elásticos

ALEACIONES Cu – Si (CUPROSILICIOS). Las aleaciones Cu-Si contienen normalmente de 1,5 a 4 % de Si. Para esta composición, como se aprecia en el diagrama de faes, existe una solución sólida α, con gran capacidad de endurecimiento por deformación, presentando una resistencia mecánica comparable a la del acero suave y una resistencia a la corrosión comparable al cobre.

Su resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensiones es pequeña cuando el Si es aproximado a 1 % y relativamente elevada con 4 % Si.

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151

BRONCES AL Pb Las aleaciones cobre-plomo para moldeo (bronce de plomo para moldeo) y aleaciones cobreplomo-estaño para moldeo (bronces estaño-plomo para colar) constituyen magníficos metales para cojinetes por estar dotadas de las mejores propiedades de deslizamiento. El plomo confiere a estos materiales buenas propiedades de deslizamiento en caso de emergencia ya que actúa como autolubricante cuando la afluencia del lubricante se interrumpe durante un cierto tiempo. Los soportes de deslizamiento de G-CuPbl5Sn pueden ser fuertemente cargados, poseen una larga vida y resisten bien la corrosión frente al ácido sulfúrico, el ácido clorhídrico diluido y los ácidos grasos.

BRONCES AL ALUMINIO (CUPROALUMINIOS) Son aleaciones Cu – Al que contienen entre el 4 y 11% de Al. Frecuentemente contienen también otros elementos como Fe, Ni, Si o Mn. El diagrama de fases en equilibrio es el siguiente:

En el diagrama de fases anterior se aprecia la existencia de una fase α de estructura CCC, una fase β de estructura CC desordenada y una fase γ2 de estructura cúbica con carácter no metálico (dura, frágil y poco conductora). Observando el diagramase se ve que las aleaciones que atraviesan el campo α + β y, en particular, la aleación clásica que contiene 8 % de Al se pueden someter a un tratamiento térmico similar al temple en los aceros. Al enfriar lentamente se produce la transformación de la fase β: β → α + γ2 obteniéndose una estructura similar a la perlita. Si la aleación se enfría rápidamente se obtiene una estructura acicular similar a la martensita. Estas aleaciones después de templadas se someten a un revenido a temperaturas entre 370º C y 600º C. Las aleaciones tratadas térmicamente se emplean para fabricar piñones, elementos de bombas, cojinetes y herramientas que no desprenden chispas cuando sufren choques, evitando el uso de herramientas de acero en atmósferas explosivas). Estas aleaciones se caracterizan por por su elevada resistencia a la tracción (similar a la de los aceros con contenidos medios en carbono ), su gran tenacidad y una excelente resistencia a la corrosión. Poseen elevada dureza y resistencia al desgaste, destacándose por soportar regímenes de

152

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trabajo a altas temperaturas y en medios corrosivos, aunque en condiciones de fricción se hace indispensable una muy buena lubricación y acabado fino de as superficies. Por sus excelentes propiedades cubren una amplia gama de aplicaciones: Cuerpos de ombas, impulsores y turbinas hidráulicas, Hélices y bulonería para barcos, coronas, sinfines y engranajes, bujes y pernos para mecánica pesada, matricería para vidrio y embutido de chapa, herramientas antichispa, guías de de válvulas, pernos y bielas para motores diesel. Así, por ejemplo, se emplea Cu 92 % – Al 8% (CuAl8 ó AlBz8) para armaduras en la industria química y en minería. Mediante adiciones de níquel, hierro y manganeso puede llegar a valer la resistencia a la tracción más de 85 kp/mm2. Con la aleación Cu-Al 11% -Ni (AlBz11 Ni) se fabrican ruedas helicoidales que hayan de sufrir fuertes presiones en sus dientes y soportes de deslizamiento que puedan soportar cargas de presión de hasta de 2500 kp/cm2. La aleación para modeo Cu-Al 18% - Mn es apropiada para hélices de barcos, álabes de turbina y armaduras en la industria del aceite por su gran resistencia a la corrosión y frente al agua de mar. En los cuadros siguientes se muestran las características y aplicaciones de varias aleaciones comerciales de cuproaluminios: Resistencia Limite Dureza Conductibi.. Alargamiento a la elástico Brinell eléctrica tracción (%) (Kg/mm²) (HB) (%I.A.C.S) (Kg/mm²) Cu Al 5

R F

38 45-53

15 30-45

55 25-15

85 115-140

15-18

Cu Al 8

R F

42 50-57

17 35-43

45 20-15

90 130-150

13-15

Cu al 8 Fe 3

52-55

27-28

35-30

130-150

12-14

Cu Al 9 Mn 2

52-65

25-40

25-15

130-160

12-14

Cu Al 10 Fe 3

62-70

32-45

18-10

160-180

12-14

Cu Al 10 Fe 5 Ni 5

75-80

42-50

15-12

180-215

7-9

Cu Al 9 Ni 6 Fe 3

60-65

32-50

15

160-200

7-9

Peso específico aproximado: 7,6 kg/dm³ (R: Recocido F: Forjado) Aplicaciones, cuando se Cu al 8 Cu Al 9 Cu Al 10 quiere conseguir una Cu Al 5 Cu Al 8 Fe 3 Mn 2 Fe 3 buena: XX XX XX XX Resistencia a la corrosion XX Resistencia a la oxidación XXX XXX XXX XXX XXX en caliente XX Herramientas X X XX XX XXX Resistencia mecánica X X X XX XXX Características de fricción XX XX XXX XX XXX Soldabilidad X XXX Efecto decorativo

Cu Al 10 Cu Al 9 Ni 6 Fe 5 Ni 5 Fe 3

XXX

XXX

XXX

XXX

XXX XXX XXX XXX

XX XXX XXX XXX

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153

ALEACIONES CU-NI-Zn (ALPACA O PLATA ALEMANA) Las Alpacas o Plata alemana son aleaciones ternarias Cu-Ni-Zn. El contenido en Cu varía entre el 50% y el 70 %, el contenido en Ni varía entre el 5 y el 30% y el contenido en Zn varía entre el 5 y el 40 %, y, cuando se pide un fácil arranque da viruta, se adiciona hasta un 2 % de plomo. El níquel confiere a estas aleaciones el color blanco plateado. Cuanto más alto es el contenido de níquel tanto mejor es la resistencia a la corrosión. Originalmente se utilizaron sólo con fines decorativos, pero actualmente se utilizan también para la fabricación de cremalleras, bisutería, instrumentos quirúrgicos y dentales, etc. Las aleaciones de mayor uso son: a) Cu – Ni 12% - Zn 30% - Pb: para instrumentos de dibujo, tornillos para aparatos de mecánica fina y estuches de reloj. b) Cu – Ni 25% - Zn 15 %: para cubiertos de mesa y joyería barata.

2.1.4.4 APLICACIÓN DEL COBRE Y SUS ALEACIONES EN LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA Lámina 1: En la lámina siguiente se muestran las aplicaciones más típicas del cobre y el latón (en las instalaciones de tratamiento de agua. - El cobre, aparte de como conductor eléctrico, se utiliza en las tuberías de las instalaciones interiores de agua potable. Presenta, respecto al uso del acero galvanizado, dos ventajas: a) Las tuberías de pequeño diámetro fabricadas en acero galvanizado se van obstruyendo interiormente con el tiempo, especialmente en el caso de que estas tuberías se hallen en la aspiración de bombas. b) Rapidez de montaje. Las uniones en las tuberías de cobre se realizan por soldarura mientras que en las uniones en las tuberías de galvanizado se realizan mediante roscado (la ejecución de las roscas en los tubos requiere más tiempo que la soldadura). Para evitar la corrosión galvánica de otros materiales, las tuberías de cobre deben ir siempre aguas abajo de materiales que presentan menos resistencia a la corrosión (vease apartado 2.2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS DE DISEÑO CONTRA LA CORROSIÓN).

- Latón (aleaciones Cu- Zn), (denominado “metal” en algunas zonas de Andalucía ) Es habitual el uso del latón para fabricar pequeñas piezas moldeadas, por su buena resistencia a la corrosión y porque mantienen un buen aspecto externo sin necesidad de recubrimientos. El uso del latón en este tipo de piezas resulta más barato que el acero inoxidable y respecto a la fundición de hierro, las piezas de latón tienen mejor resistencia a la corrosión (vease serie galvánica respecto al agua de mar). El uso del latón en piezas con rosca (tuercas, tapones, etc) presenta la ventaja de que el coeficiente de rozamiento de latón sobre acero es considerablemente inferior al coeficiente de rozamiento aceroacero, y se evita la formación de óxido, facilitandose que se puedan desenroscar transcurrido un tiempo tras el montaje.

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Los latones normalmente utilizados en las instalaciones de tratamiento de agua son det tipo α – amarillo. Resulta también de interés el latón al aluminio, de composición: 76 % Cu – 22 % Zn.- 2 % Al arsénico 0,04%. . La presencia del aluminio genera elevada resistencia a la corrosión y erosión en aguas no contaminadas o ligeramente contaminadas.

Lámina 2: El bronce es um metal de uso minoritario en las instalaciones de tratamiento de agua, debido a que en algunas de sus aplicaciones puede ser sustituido por el latón (más barato). En términos generales puede pensarse en el uso del bronce para piezas en las que se busca una buena resistencia a la corrosión, que mantiengan su buen aspecto sin necesidad de recubrimientos, y en aplicaciones donde se requiere un bajo coeficiente de rozamiento. Por las cualidades anteriormente señaladas se usa bronce en los asientos de cierre de las válvulas, o en las cuñas de deslizamiento para conseguir la estanqueidad del cierre de las compuertas. Si bien es habitual el uso de elastómeros para conseguir la estanqeidad en los asientos, cuando se trata de lugares en los que resulta dificultoso realizar operaciones de mantenimiento (por ejemplo las compuertas de fondo de los embales) es más interesane utilizar bronce que un elastómero, que podría deteriorarse como mayor facilidad. Se utilizan bronces al plomo para los cojinetes de deslizamiento (por ejemplo, cojinetes de los Tornillos de Arquímedes utilizados para la elevación de grandes caudales a unos pocos metros de altura). Nota: Los cojinetes de deslizamiento requieren metales con bajo coeficiente de rozamiento y buena conductividad térmica para evacuar el calor generado por la fricción. Se utilizan bronces al aluminio o cuproaluminios (aleaciones Cu – Al que contienen entre el 4 y 11% de Al) por su su gran tenacidad, excelente resistencia a la corrosión y elevada dureza y resistencia al desgaste en cuerpos de bombas, impulsores y turbinas. En la Lámina 2 se muestran los principales tipos de bronces utilizados en las instalaciones de tratamiento de agua.

APLICACIONES DEL Cu Y SUS ALEACIONES EN LAS INSTALACIONES DEMETÁLICOS TRATAMIENTO/ Y CONDUCCIÓN DE AGUA Lámina MATERIALES Cobre y Aleaciones de Cu1 RACORD CONEXIÓN RÁPIDA LATÓN

MACHÓN LATÓN

VÁLVULA DE RETENCIÓN LATÓN

VÁLVULA REGULADORA DE CAUDAL DE AIREPARA CILINDRO NEUMÁTICO LATÓN

CODO LATÓN

CODO COBRE

VÁLVULA CONTENEDOR DE CLORO LATÓN

CUERPO DE ELECTROVÁLVULA LATÓN

ACCESORIOS PARA MONTAJE DE TUBERÍAS DE POLIETILENO LATÓN

VÁLVULA ÓXIDADA POR AMONIACO Y CLORO

155

APLICACIÓN DE LOS BRONCES

Lámina 2

2. RUEDA DE DESLIZAMIENTO DE COMPUERTA BRONCE

1. RODETE BOMBA CENTRÍFUGA BRONCE

Designación DIN

Composición

Peso especifico

Resistencia a la traccion kg/mm²

Limite elástico kg/mm²

Alargamiento %

Dureza Brinell HB

Conducti- bilidad electrica % I.A.C.S.

G-Sn Bz 10

Cu Sn 10

8,8

25-31

12

15

60-75

10-12

Rg-5

Cu Sn 5 Pb 5 Zn 5

8,8

20-30

10

11

65-75

13-16

Rg-10

Cu Sn 10 Zn 2

8,4

28-35

10

10

65-80

11-12

Bronces ordinarios: 7% < Sn < 12 %, son los bronces al Sn más habitualmente usados.

156

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157

2.1.5 ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

Se consideran los siguientes apartados: 2.1.5.1 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS 2.1.5.2 APLICACIONES EN LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA

2.1.5.1 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES El aluminio es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre, de la que forma parte en una proporción del 8,13%, superior a la del hierro, que se supone es de un 5%; sólo los elementos no metálicos oxígeno y silicio son más abundantes. Se encuentra normalmente en forma de silicato de aluminio puro o mezclado con otros metales como sodio, potasio, hierro, calcio y magnesio, pero nunca como metal libre. Los silicatos no son menas útiles, porque es extremamente difícil, y por tanto muy caro, extraer el aluminio de ellas. Las bauxitas, están formadas por un 62-65% de alúmina (Al2O3), hasta un 28% de óxido de hierro (Fe2O3), 12-30% de agua de hidratación (H2O) y hasta un 8% de sílice (SiO2), son la fuente comercial de aluminio y de sus compuestos. Para obtener una tonelada de aluminio son necesarias 4 Tm. de bauxita, 80 kgs. de criolita, 600 kgs. de electrodos de carbón y 22.000kw-hora.

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PROPIEDADES DEL ALUMINIO En el cuadro siguiente se muestran los parámetros fundamentales del elemento aluminio

Símbolo Número atómico Peso atómico

Al 13 26,98

Peso específico

Lado a = 4,04-8 cm 2,699

Conductividad eléctrica a 20 ºC

34,6 m/Ohm.mm2

Cristalización en la red cúbica centrada en las caras

Resistividad eléctrica a 20ºC Conductividad calorífica a 0ºC Coeficiente de dilatación lineal de 20ºC a 100ºC Punto de fusión

2,655 microhms.cm2/cm 0,53 cal/cm X S.ºC 23,6 X 10-6 X ºC 660ºC

Calor latente de fusión

94,5 calorías/gr

Calor específico medio

0,215 cal/g. ºC

Punto de ebullición

2.450ºC

Calor de combustión

380,8 K. Cal/mol

Equivalente electroquímico

0,3354 gr/amp.hora

Módulo de elasticidad

7.200 kg/mm2

Resistencia a la tracción fundido

9-12 kg/mm2

Resistencia a la tracción laminado (duro)

18-28 kg/mm2

Resistencia a la tracción recocido ( blando)

7-11 kg/mm2

Dureza fundido

24-32 HB

Dureza laminado duro

45-60 HB

Dureza recocido

15-25 HB

Alargamiento fundido Alargamiento laminado duro

18-25% 3-5%

Recocido

30-45%

Contracción al solidificarse fundido en arena

1,600%

Contracción al solidificarse en coquilla

1,825%

158

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Propiedades Físicas El aluminio es un metal blanco brillante, caracterizado por una elevada reflectividad. Pulido se asemeja a la plata. Cristaliza en red cúbica centrada en las caras (CCC), por lo cual posee una gran capacidad de deformación plástica (ductilidad, maleabilidad). Es un metal ligero, con peso específico igual a 2,699, es decir, casi 1/3 del hierro (7,87). El único metal industrial más ligero que el aluminio es el magnesio, de peso específico 1,74. Su conductividad eléctrica es un 60% de la del cobre y 3,5 veces mayor que la del hierro. Su punto de fusión es 660ºC y el de ebullición 2.450ºC. Este punto de fusión relativamente bajo, unido a su punto de ebullición bastante alto facilita su fusión y moldeo. Es un metal no magnético, que no desprende chispas al chocar contra otros metales. Propiedades Mecánicas En estado puro el Al tiene una resistencia mecánica baja ( 9,1 kg/ mm2 de resistencia a la tracción). Sin embargo, mediante la adición de elementos de aleación y mediante deformación en frío puede alcanzar, después del tratamiento térmico adecuado, resistencia a tracción próximas a los 70 kg /mm2. Posee una gran ductilidad y maleabilidad, que permite forjarlo, trefilarlo en hilos delgadísimos y laminarlo en láminas o panes tan finos como los del oro. Es reseñable su maquinabilidad y su aptitud para sufrir cualquier tipo de trabajo, ya que puede fundirse fácilmente ( a 660 ºC ), laminarse en chapa del espesor que se desee, estamparse, embutirse, forjarse y extrusionarse, obteniéndose piezas de las formas más diversas. A la temperatura de 500ºC se vuelve frágil y se puede pulverizar fácilmente. Vease Tabla de propiedades físicas y mécanicas del aluminio y sus aleaciones: Tabla Propiedades Químicas del aluminio La propiedad química más destacada del aluminio es su gran afinidad con el oxígeno, por lo que se emplea entre otras cosas, para la desoxidación de los baños de acero, para la soldadura alumino-térmica (Al + Fe2O3), para la fabricación de explosivos, etc... A causa de su afinidad por el oxígeno, el aluminio expuesto a la acción del aire húmedo se recubre rápidamente de una capa superficial de óxido de aluminio, muy resistente e impermeable de algunas centésimas de micra, que protege la parte interior de la oxidación, pues impidie el contacto del metal con la atmósfera. Debido a esta película protectora, resiste también a la acción del vapor de agua, el ataque nítrico concentrado y muchos otros compuestos químicos. En cambio, es atacado por el ácido sulfúrico, el clorhídrico, el nítrico diluido y las soluciones salinas. Tiene la propiedad de reducir muchos compuestos metálicos a sus metales básicos. Por ejemplo, al calentar termita (una mezcla de óxido de hierro y aluminio en polvo), el aluminio extrae rápidamente el oxígeno del óxido; el calor de la reacción es suficiente para fundir el hierro. Este fenómeno se usa en el proceso Goldschmidt o Termita para soldar hierro.

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ALEACIONES DE ALUMINIO. Los principales metales empleados para su aleación con aluminio son los siguientes: Cobre (Cu), silicio (Si), cinc (Zn), magnesio (Mg), y manganeso (Mn). - Como elementos de aleación secundarios se hallan: Níquel (Ni), titanio (Ti), hierro (Fe), cromo (Cr) y cobalto (Co). - Sólo en situaciones especiales se adicionan metales como: Plomo (Pb), cadmio (Cd), antimonio (Sb) y bismuto (Bi).

TRATAMIENTOS ANTICORROSIVOS, MECÁNICOS Y TÉRMICOS DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES. El aluminio y sus aleaciones pueden someterse a los siguientes tratamientos: - Tratamientos anticorrosivos. El más empleado es la oxidación anódica, que consiste esencialmente en aumentar el espesor de la película superficial de óxido que se produce naturalmente en el aluminio, mejorando a veces su aspecto dándole un acabado brillante o tiñéndola en diversos colores. - Tratamientos mecánicos. Los trabajos de forja, laminación, trefilado, etc., realizados en frío aumentan la resistencia mecánica y dureza del aluminio y de las aleaciones forjables, a consecuencia del aumento de acritud adquirido por el material en su deformación. Esto se aprovecha ampliamente en las aleaciones ligeras para mejorar sus características mecánicas. - Tratamientos térmicos. Los tratamientos térmicos que pueden aplicarse al aluminio y sus aleaciones son: El recocido de estabilización, el recocido contra acritud, el recocido de homogeneización, el temple de precipitación y la maduración artificial, aunque existen algunas de estas aleaciones que no endurecen con el temple.

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TABLA DE PROPIEDADES FÍSICAS Y MÉCANICAS DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES

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2.1.5.2 APLICACIONES DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES El aluminio tiene multitud de aplicaciones: su bajo peso específico (un volumen dado de aluminio pesa menos que 1/3 del mismo volumen de acero) a su favorable relación resistencia-peso, resulta muy adecuado para la fabricación de aleaciones ligeras, extensamente empleadas en construcciones aeronáuticas y en general, cada vez más en los vehículos de transporte. Por su elevada conductividad eléctrica se emplea como conductor en líneas de alta tensión, formando cables con alma de acero ( la corriente eléctrica fluye por la capa exterior del coductor – aluminio – mientras que la parte interior es de acero, que confiere la resistencia mecánica necesaria al cable). Un alambre de aluminio de conductividad comparable a un alambre de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero que el de cobre. El peso tiene mucha importancia en la transmisión de electricidad de alto voltaje a larga distancia y actualmente se usan conductores de aluminio para transmitir electricidad a 700.000 voltios o más. Su elevada conductividad calorífica e inalterabilidad lo hacen útil para la fabricación de utensilios de cocina y, en general, para aparatos de intercambio de calor, así como en pistones, culatas, y cárters de motores de combustión interna. Con el frío, el aluminio se hace más resistente, por lo que se usa a temperaturas criogénicas Su maleabilidad lo hace útil para la fabricación de papel de aluminio, en lo que se emplea actualmente un 10% de su producción total. Su resistencia a la corrosión y por ser un metal compatible con muchos alimentos, se emplea en utensilios de cocina y en forma de láminas para envolver alimentos, en la fabricación de depósitos para ácido acético, cerveza, etc,... Debido a su poco peso, a que se moldea fácilmente y a su compatibilidad con muchos alimentos. y bebidas, el aluminio se usa mucho en contenedores, envoltorios flexibles, y botellas y latas de fácil apertura. El reciclado de dichos recipientes es una medida de ahorro de energía cada vez más importante Por su poder reflectante de los rayos luminosos, se utiliza en reflectores, y en forma de polvo fino, en la fabricación de pinturas resistentes a la corrosión atmosférica. Sus propiedades reductoras lo hacen útil para la desoxidación del hierro y de otros metales, y para las soldaduras aluminio-térmicas. En la edificación se emplean las aleaciones de aluminio para la construcción de puertas y ventanas, molduras, etc,... En las construcciones navales se emplean ampliamente determinadas aleaciones de aluminio por su resistencia a la corrosión marina. Los aluminios sinterizados (pulvimetalúrgia) son de aplicación creciente. El Cuadro siguiente muestra aplicaciones específicas de algunas de las más interesantes aleaciones de aluminio.

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APLICACIÓN DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES EN LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO DE AGUA El aluminio presenta un uso muy minoritario en las instalaciones de tratamiento de agua. El aluminio tiende a picarse en aguas que contienen Cl-, en particular en los resquicios y en áreas de estancamiento, donde desaparece la pasividad por la acción de pilas de aireación diferencial. Las trazas de Cu2+ (en tan pequeña cantidad como 0,1 ppm) o de Fe3+ en el agua son suficientes para romper la pasividad. Se forman pilas galvánicas entre el Al y el Cu o Fe depositados (por reacción de sustitución) que estimulan la disolución del aluminio en áreas locales. Por esta razón, el aluminio no es un material satisfactorio para conducciones de aguas potables o industriales, todas las cuales contienen trazas de iones de metales pesados. Por el contrario, el Al es adecuado para el agua destilada o agua blanda exenta de iones de metales pesados. Durante muchos años se han utilizado satisfactoriamente las tuberías de aluminio de alta pureza o del tipo 1100 en redes de agua destilada. En la lámina siguiente se muesta alguna de sus aplicaciones: - En la imagen 1 se muestra una escalera para descender a la cámara de purgas de un decantador, caracterizada por la presencia de una humedad atmosférica permanente y la emanación de cloro gas utilizado en el tratamiento. Se aprovecha en este caso la propiedad de resistencia del alumino a la corrosión atmosférica debido a su rápida pasivación. Para este tipo de aplicaciones, en lugar de escaleras de aluminio, suele ser más frecuente el uso de pates de acero recubierto con un material plástico (por ejemplo, polipropileno). El alumino resulta asímismo de interés cuando se desean equipos ligeros, por ejemplo bombas portátiles para realizar achique de inundaciones.

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APLICACIONES DEL ALUMINIO Y SUS ALEACIONES EN LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO Y CONDUCCIÓN DE AGUA Escalera para acceso a cámara de purga de fangos (decantación)

Recinto que alberga las bombas de dosificación de coagulantes

Pequeñas piezas de fontanería

Casetillas exteriores

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2.1.6 COSTE ECONÓMICO RELATIVO DE LOS MATERIALES METÁLICOS A continuación se muestran valores orientativos de coste económico, relativos al acero al carbono, que servirán como criterio complementario a las propiedades tecnológicas para la elección de los materiales metálicos.

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- Precio de Materias Primas: (Información bursatil Enero 2006)

Níquel Cobre Aluminio Zinc

Precio $ / Tm 14.830 4.710 2.335 1.995

Cobre Latón 85/15 Latón 70/30 Latón 67/33 Latón 63/37 Bronce 94/6

Precio (euros/kg) 4,53 4,18 3,82 3,75 3,65 4,72

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2.2 Detalles de Diseño En la fase de proyecto, se pueden aplicar medidas de gran efectividad para reducir la corrosión, que casi siempre van a resultar más baratas que los costes de mantenimiento, interrupciones en el servicio o futuras reformas que necesitarán las instalaciones en caso de no ser adoptadas. Se consideran los siguientes apartados 2.2.1 PRINCIPIOS BÁSICOS CONTRA LA CORROSIÓN 2.2.2 DETALLES DE DISEÑO Y MONTAJE

2.2.1. PRINCIPIOS BÁSICOS DE DISEÑO CONTRA LA CORROSIÓN Las consideraciones más importantes a tener en cuenta en la fase de diseño de las instalaciones son las siguientes: 1. Se tenderá a reducir al mínimo el contacto de las superficies metálicas con el agua o los medios acuosos, y la existencia de superficies sometidas a salpicaduras o encharcamiento de agua. 2. Evitar en lo posible la existencia de zonas anódicas y catódicas. El consejo más obvio es evitar el uso de metales diferentes en una instalación. Esta medida resulta poco práctica frecuentemente. 3. Medidas a tener en cuenta en caso que resulte necesario unir dos metales diferentes: 3.1 Elegir dos metales que tengan el mínimo voltaje de circuito abierto entre ellos.

Dos metales diferentes pueden considerarse compatibles si la diferencia de potencial en solución es de 0,25 V o menos, como se indica en la tabla siguiente. Las parejas compatibles se indican mediante flechas dirigidas hacia abajo, y son las que tienen una diferencia de potencial o índice anódico ≤ 0,25 V. El punto hueco es el material anódico, y los puntos llenos son los materiales anódicos de una flecha.

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Metales y Aleaciones Compatibles

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Observaciones sobre la Tabla anterior:

-

-

El índice anódico es el valor absoluto de la diferencia de potencial entre el grupo de metales más nobles de la lista y el metal o aleación en cuestión. Por ejemplo, la fem del oro (grupo 1 de la Tabla anterior) es de 0,15V. y la fem de las aleaciones de aluminio forjadas de la serie 2000 (grupo 12 de la tabla anterior) es de – 0,60 V. Por tanto, el índice anódico de las aleaciones de aluminio forjadas de la serie 2000 es de 0,15 – (-0,60) = 0,75 V. “Compatibles” significa que la diferencia de potencial de los metales en cuestión conectados en cortocircuito, no es superior a 0, 25V. Un círculo hueco indica el miembro más catódico de una serie; un circulo lleno indica miembro anódico (con tendencia a la oxidación). Las flechas indican la dirección anódica. La columna fem, V toma como referencia el electrodo de calomelanos saturado, y corresponde a la serie galvánica en agua de mar de la figura siguiente

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SERIE GALVÁNICA EN AGUA DE MAR Los cuadros oscuros indican el estado activo del estado pasivo (a la derecha) de las aleaciones. Las fem (voltios) son respecto al electrodo de calomelanos saturado

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3.2 Conseguir que el área de la superficie anódica sea mucho mayor que el área de la superficie catódica. De este modo, la densidad de corriente del ánodo será mucho menor que la del cátodo, con lo cual se reducirá al mínimo la velocidad de corrosión. 3.3 Limitar la intensidad de corrosión a) Tratar de mantener el ánodo y el material catódico tan separados como sea posible (“efecto distancia”). Cuanto mayor es la distancia mayor es la resistencia del circuito electroquímico y menor será la intensidad de corrosión. b) Interposición un medio aislante entre los electrodos.

Si es necesario unir dos metales diferentes, se puede eliminar el contacto mediante arandelas aislantes colocadas entre las superficies. y utilizando tuercas y pernos o casquillos aislantes, como se ilustra en la figura siguiente.

También es una opción el uso de un conector intermedio entre los dos metales diferentes, al cual se puede realizar mantenimiento y sustituir si es necesario.

El conector debe tener un potencial de electrodo intermedio entre los potenciales de los dos metales que une. 3.4 Para realizar soldaduras se debe especificar que el material de aporte sea de la misma composición, o un poco más noble, que el metal base. 3.5 Se debe procurar que la composición del material metálico sea lo más uniforme posible, lo cual es de interés especialmente en el caso de las piezas obtenidas por fundición.

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2.2.2 DETALLES DE DISEÑO Y MONTAJE En las siguientes figuras se muestran detalles de diseño y montaje que consiguen reducir la corrosión. Estos diseños incorporan los principios que ya hemos mencionado en relación a: 1. Eliminar el electrolito (manteniendo las superficies secas) 2. Evitar la corrosión en hendiduras, 3. Evitar el contacto de materiales diferentes 4. Evitar la existencia de zonas de concentración de esfuerzos.

Ejemplos de diseño y de montaje relacionados con la corrosión en hendiduras.

(a) y (d) Se debe permitir que los líquidos escurran totalmente fuera de los recipientes de almacenamiento; (b), (e) y (h) Se deben proyectar los elementos estructurales de tal manera que se evite la retención de líquidos; (c), (g), (i) y (j) Se reduce la posibilidad de corrosión en hendiduras; (f) El espacio muerto puede inducir puntos calientes.

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CORROSION GALVANICA

Cuando dos metales con diferente potencial redox se unen entre sí, estando ambos en contacto con un electrolito conductor, se origina una pila galvánica. En este caso, el metal que más fácilmente cede sus electrones (potencial de reducción más negativo) se convertirá en zona anódica corroyéndose. Las reacciones de reducción tendrán lugar sobre la superficie del metal más noble. Los efectos corrosivos originados en una pila galvánica dependerán de: a) Los potenciales de reducción que muestran ambos metales, lo cual determinará la diferencia de potencial de la pila (vease la Tabla de metales y aleaciones compatibles en el apartado 2.2.1). b) La superficie expuesta de ambos metales, que determinará la relación área anódica/área catódica. c) La resistividad y capacidad de polarización del electrolito (medio corrosivo), que limitará en mayor o menor medida la intensidad de corrosión. d) De las reacciones que tengan lugar en el ánodo y en el cátodo. Cualitativamente, la corrosión experimentada en el metal anódico será tanto más intensa:

a) Cuanto mayor sea la diferencia de potencial electroquímico entre los metales en contacto. b) Cuanto mayor sea la conductividad del electrolito. c) Cuanto menor sea la relación “área anódica / área catódica”, ya que el ataque corrosivo se concentrará necesariamente sobre una superficie pequeña, tendiendo a avanzar más en profundidad. d) Cuanto menos compactas sean las capas de productos de reacción que se vayan formando sobre las áreas anódica y catódica. Ejemplos de corrosión galvánica:

1) Cuando de un conducto principal de acero se sacan conductos derivados en cobre o acero galvanizado; en el primer caso se atacara el acero y en el segundo se disolverá el Zn (del galvanizado).

2) Caso de la conexión de una tubería oxidada con una tubería nueva. El metal oxidado (pasivado) tiene menos tendencia a ceder electrones actuando como zona catódica, mientras que el metal nuevo tenderá a oxidarse.

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Detalles de diseño para evitar la corrosión galvánica.

(a) Los remaches deben ser más nobles que los componentes (efecto de área); conviene evitar las muescas de guía y utilizar aislamiento. (b) - El relleno de soldadura debe ser más noble; - El área expuesta al ambiente corrosivo debe ser lo más pequeña posible - Úsese unión de transición. (c) Evítese la exposición de los extremos cortados - suéldese sobre el extremo. (d) Aplíquese revestimiento sobre el material catódico, no sobre el anódico; (e) Efecto de distancia. (f) La corrosión de los clavos en la madera se reduce mediante un revestimiento de aluminio. (g) Una trampa para fluidos puede inducir el contacto entre metales distintos: úsese sellador, masilla o un revestimiento. (h) Las gotas de condensación provenientes de una estructura más noble inducen el ataque en la estructura activa subyacente. Pueden usarse bandejas desviadoras o recolectoras.

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Detalles de diseño para reducir los efectos del flujo de electrolito

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Evítese perturbar el flujo. Evítese la incidencia directa del flujo. Evítese el derrame directo hacia la estructura subyacente. Evítense las salpicaduras sobre las paredes del recipiente. Las placas o anillos de refuerzo de soldadura pueden crear turbulencia y grietas locales. Evítese la retención de fluidos.

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Detalles de diseño relacionados con la corrosión por concentración de esfuerzos

(a) Utilícese un radio generoso en las esquinas. (b) - Evítense las esquinas agudas en las soldaduras - Realícense continuas las soldaduras. (c) Evítense los perfiles agudos y utilícense otros tipos de afianzamient. (d) Evítense los voladizos largos que inducen vibración y fatiga en el empalme. (e) Puede ocurrir que la tubería de suministro lateral no soporte el choque térmico del aire a presión (1), el vapor (2) y el agua fría (3) en ese orden.

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2.3 Recubrimientos Protectores contra la Corrosión Este apartado tiene una gran importancia en la protección contra la corrosión. Se trata de aislar el metal del medio corrosivo mediante recubrimientos protectores. Se consideran los siguientes apartados:

2.3.1 RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS. PINTURAS 2.3.2 RECUBRIMIENTOS METÁLICOS 2.3.3 RECUBRIMIENTOS INORGANICOS (NO METÁLICOS)

2.3.1 RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS. PINTURAS La aplicación de recubrimientos de pintura es el método más ampliamente utilizado en la protección contra la corrosión metálica. La gran variedad de tipos de pintura, con diferentes características y resistencia, su sencilla aplicación a pie de obra, diversidad de colores, coste relativamente bajo y posibilidad de combinación con recubrimientos metálicos (metalizados, galvanizados, etc.) son las principales ventajas de este tipo de protección. En el diseño de un recubrimiento anticorrosivo orgánico más que hablar de sistema de pintura, se debe hablar de un sistema de pintado, donde intervendrían no solamente el tipo y espesor de las diferentes pinturas utilizadas (sistema de pintura), sino también la preparación de la superficie metálica, modo y condiciones de aplicación del recubrimiento, etc., factores todos ellos de importancia decisiva para la vida del revestimiento protector. El diseño completo de un sistema de pintado de aborda en los siguientes apartados:

2.3.1.1 RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS. FUNDAMENTOS 2.3.1.2 CLASIFICACIÓN Y PROPIEDADES DE LAS PINTURAS 2.3.1.3 ESPECIFICACIONES PARA LOS TRABAJOS DE PINTURA

2.3.1.1 RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS. FUNDAMENTOS 1) CONCEPTOS Y TÉRMINOLOGÍA BÁSICA 2) ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LOS RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS 2.1) MECANISMOS DE PROTECCIÓN ANTICORROSIVA - Efecto barrera. Permeabilidad de los recubrimientos - Resistencia iónica - Efecto inhibidor - Efecto de protección catódica 2.2) ADHERENCIA

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1) CONCEPTOS Y TÉRMINOLOGÍA BÁSICA Aunque de formulación cada día más compleja, la pintura, en su concepción más general, es una mezcla líquida que al ser aplicada sobre una superficie tiene la propiedad de formar una capa continua (producto filmógeno) y de transformarse en película sólida. Se puede considerar que la pintura consta de tres componenentes fundamentales: 1. Aglutinante o resina. 2. Disolvente (sustancia volatil). 3. Pigmentos o mezcla de pigmentos. Los componentes 1. y 2. se hallan en fase líquida y el componente 3. en fase sólida. La fluidez de la pintura permite su penetración incluso en resquicios intrincados. Se consigue disolviendo el formador de película (aglutinante) en el disolvente apropiado, o consiguiendo suspensiones coloidales del pigmento y del aglutinante en un disolvente. La pintura contiene además otros constituyentes que se añaden con fines específicos como: diluyentes, plastificantes, materiales de relleno, colorantes, etc. El aglutinante, ligante o resina, es el componente formador de la película, frecuentemente de naturaleza orgánica (polímero), y determina en gran medida la propiedades físicas y químicas de la pintura. Aunque la terminología en el campo de las pinturas es confusa, vamos a tratar de diferenciar los términos de uso más frecuente: - Barniz: es una solución coloidal de un aglutinante en un disolvente, pudiendo contener también diluyentes, plsatificantes, etc. Son películas siempre transparentes y brillantes ya que no contienen pigmentos, diferencia fundamental con relación a una pintura que sí los contiene. Las Lacas y los Esmaltes pueden cosiderarse perfectamente pinturas, sin embargo, por sus singularidades características han adquirido una terminología especial: -

Laca: se caracterizan por formar la película sólida a través del mecanismo de evaporación del disolvente. Esmalte: es pintura que presenta la peculiaridad de formar películas excepcionalmente lisas en tiempos de curado notablemente inferiores a las pinturas ordinarias.

2) ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LOS RECUBRIMIENTOS ORGÁNICOS 2.1) MECANISMOS DE PROTECCIÓN ANTICORROSIVA

El fenómeno de la corrosión del acero es un proceso electroquímico que tiene lugar cuando el acero entra en contacto con el agua, el oxígeno, sales soblubes, contaminantes ácidos, ya sea por exposición a la atmósfera, o bien por estar inmerso en agua salada o dulce, por estar enterrado en el suelo, etc. Para impedir que la corrosión progrese hay tres posibles caminos: 1. Frenar o impedir el acceso del agua, oxígeno e iones solubles a través del revestimiento. “Efecto Barrera”. 2. Frenar o impedir el progreso de la reacción anódica por pigmentos inhibidores. 3. Frenar o impedir la reacción catódica mediante pigmentos inhibidores o pigmentos de sacrificio.

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Los recubrimientos de pintura tratan de impedir, o al menos frenar, el proceso corrosivo del sustrato metálico por alguno de los siguientes efectos: 1) Efecto Barrera. Permeabilidad de los recubrimientos. 2) Resistencia Iónica 3) Efecto Inhibidor 4) Efecto de Protección Catódica 2.1.1) EFECTO BARRERA. PERMEABILIDAD DE LOS RECUBRIMIENTOS Consiste en frenar o impedir el acceso del agua, oxígeno e iones solubles a través del revestimiento, inhibiendo la reacción catódica. La experimentación científica del fenómeno ha demostrado que los recubrimientos orgánicos son siempre permeables, en mayor o en menor medida, al oxígeno y al agua, por lo cual la protección anticorrosiva mediante el mecansismo barrera está seriamente limitada. Sin embargo, si se eligen adecuadamente la resina, los pigmentos y el espesor de recubrimiento, se consigue reducir notablemente la velocidad de transmisión de los agentes corrosivos. Las resinas o ligantes puros, sin pigmentos, contienen disolventes para facilitar su manejo y aplicación, los cuales se evaporan durante la fase de formación de la película seca y al hacerlo van creando o manteniendo pequeñísimos canales o huecos dede el fondo hacia la superficie. Pero aún sin la acción de la evaporación de los disolventes, las capas de ligantes o resinas tienen “espacios libres ” en su interior, que corresponden al espacio inocupado entre las moléculas de un sólido amorfo. Estos huecos poseen un tamaño que les constituye en tamices moleculares o macromoleculares a lo sumo, a cuyo través obviamente no podrán pasar los pigmentos ni los líquidos, pero sí los gases y vapores. En definitiva la formación de la película seca de resina o ligante da lugar a una membrana con mayor o menor permeabilidad al paso de los gases y vapores.

- Permeabilidad a los gases No hay polímero por bien que reticule, que dé un “espacio libre” tan pequeño como para impedir el paso de los gases. Por eso el oxígeno, el vapor de agua, y los vapores ácidos, acaban por llegar siempre a la interfase entre el metal y un recubrimiento orgánico. La presencia de pigmenos puede ser útil según las circunstancias. Por ejemplo, en el caso de las pinturas de secado al aire por oxidación del ligante, caso de los sistemas alquídicos, el pigmento ayuda a mantener abierta la película y así se consigue un secado más en profundidad y por lo tanto, se consigue una mejor reticulación; en el caso de las imprimaciones sintéticas o alquídicas, una pigmentación elevada y con pigmentos de partícula grande o de forma laminar puede ser perfectamente positiva para reducir la permeabilidad. En cambio, en el caso de recubrimientos que forman película polimerizada por reacción entre componentes, la presencia abundante de pigmento, según la forma de sus partículas, sí puede entorpecer la reticulación y favorecer la retención de disolventes, sin mejorar su impermeabilidad; por ello suelen formularse con concentraciones de pigmentos bastante más bajas. - Permeabilidad al agua Todos los revestimientos orgánicos son permeables al vapor de agua, en una medida que depende del grado de reticulación del sistema, y éste varía mucho de unos ligantes a otros. Por ello, con el solo concurso de los revestimientos orgánicos, si bien es posible impedir el acceso del agua líquida a la interfase substrato/revestimiento, no es posible impedir el acceso del vapor de agua, que luego se condensará en forma de agua líquida aunque sea en pequeñísimas cantidades, todo lo más conseguiremos restringir la velocidad y la cantidad del mismo.

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- Impermeabilidad de las Pinturas Como indicación general puede establecerse la siguiente clasificación de impermeabilidad de las resinas o ligantes más empleados en las pinturas: Más impereables: Breas- Epoxy Epoxy Brea- vinílica Vinílicas Clorocaucho Bituminosas Acrílicas Alquídicas

Menos impermeables: Aceites. Todas ellas combinan una seri de características propias que las hacen útiles en la lucha contra la corrosión del acero. Unas tendrán un coeficiente de permeabilidad al vapor de agua y alos contaminantes mucho más bajo que otras, pero a su vez éstas pueden tener mejor humectación de la superficie y mayor tolerancia a los restos de herrumbre. 2.1.2) RESISTENCIA IÓNICA Consiste en la reducción de la conducción iónica entre los ánodos y los cátodos, provocada por la resitencia que la película de pintura ofrece al movimiento de los iones del electrolito. Aparte de inhibir las reacciones anódica y catódica, la tercera vía para frenar la corrosión era mitigar el transporte iónico en el seno del revestimiento. Si los iones no pueden circular por la interfase entre el revestimiento y el substrato, o pueden hacerlo con dificultad, el circuito eléctrico quedará interrumpido o debilitado, de forma que el flujo de electrones en el seno del metal se verá ralentizado hasta dar lugar a una corriente tan débil que el avance de la corrosión será marginal. En la actualidad se acepta que la resistencia iónica es el mecanismo principal de protección anticorrosiva de los recubrimientos de pintura. 2.1.3) EFECTO INHIBIDOR Este mecanismo de protección anticorrosiva lo presentan aquellas películas de pintura que contienen pigmentos, por lo general de naturaleza inorgánica. Los inhibidores pueden actuar sobr el proceso de corrosión de dos modos: - Promoviendo el mantenimiento de una película de protección superficial de óxido sobre el metal. - Formación de compuestos insolubles por su reacción con el vehículo

En definitiva, mediante cualquiera de las dos acciones anteriores lo que se consigue es polarizar los ánodos y/o los cátodos de las pilas de corrosión que se forman, una vez el electrolito ha difundido a través del recubrimiento, reduciéndose por tanto la intensidad del proceso corrosivo. 2.1.4) EFECTO DE PROTECCIÓN CATÓDICA Ciertas pinturas están formuladas a base de pigmentos metálicos ( usualmente cinc ) que actúan de ánodo en beneficio del soporte metálico que actúa de cátodo. Es conocido, en el caso del hierro, la disolución metálica (corrosión) se produce en los ánodos mientras que los cátodos permanecen inalterados, presentándose en ellos otras reacciones químicas distintas de las de disolución metálica. Es este el mecanismo básico de la protección catódica, en que toda la superficie metálica se protege por hacerla actuar de cátodo.

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2.2. ADHERENCIA

La adherencia de un revestimiento orgánico a la superficie metálica que se desea proteger es fundamental, puesto que si es débil se anulan por completo las propiedades del recubrimiento. La adeherencia es consecuencia de dos tipos de fuerzas de enlace: a) Enlaces primarios (iónico, covalente, metálico): proporcionan las fuerzas de enlace de mayor intensidad. Aunque en la formulación de la pintura se busca con ahinco este tipo de unión, no suele ser por lo general el predominante. b) Enlaces secundarios (fuerzas intermoleculares). Es generalmente el tipo de unión que predomina. Fundamentalmente, la adherencia del polímero sobre el metal se obtiene mediante fuerzas intermoleculares de Van del Waals, por algunos enlaces químicos primarios, y sobre todo por puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo presentes en la finísima capa de óxido hidratado que en realidad constituye la superficie del metal, y los grupos funcionales del polímero. Aunque los puentes de hidrógeno son de poca energía, esto se compensa por la enorme cantidad de ellos que pueden existir, sobre todo cuando se aumenta la rugosidad de la superficie, siempre y cuando el polímero pueda penetrar en todas las rugosidades de la superficie y el contacto sea total. La adherencia perfecta se encuentra amenazada porque el agua que consiga llegar a la interfase formará a su vez puentes de hidrógeno con los hidroxilos y grupos funcionales, tanto del ligante como del substrato, forzándolos a separarse. Si el polímero es, por su constitución, saponificable, las primeras reacciones de corrosión darán lugar a la formación de iones OH- que provocarán la saponificación y la rápida pérdida de adherencia ( delaminación catódica). En cualquiera de los tipos de enlace anteriormente considcerados, la fuerza de unión está estrechamente relacionada con las distancias intermoleculares, de ahí la importancia de una buena limpieza de la superficie metálica para potenciar al máximo las propiedades adherentes del sistema. En ocasiones, la presencia de residuos en la interfase metal/pintura de espesor superior a la distancia intermolecular óptima para una buena adherencia, anula por completo esta propiedad. La experiencia ha demostrado asimismo la gran importancia que tienen la rugosidad de la superficie metálica y humectación de las superficies por los vehículos de las pinturas, como factores decisivo de la efectividad de estas.

2.3.1.2 CLASIFICACIÒN Y PROPIEDAES DE LAS PINTURAS El proceso de pintado consiste habitualmente la aplicación de varias capas de pintura, cada una de las cuales tiene una naturaleza y misión específica: Imprimaciones, capas intermedias o de fondo y capas de acabado. En los apartados siguientes se expone la clasificación, propiedades y aplicaciones de los recubrimientos orgánicos más utilizados, según la función que han de cumplir en el sistema de pintado. 1) IMPRIMACIONES 2) PINTURAS DE SECADO FÍSICO 3) PINTURAS DE SECADO QUÍMICO

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1) IMPRIMACIONES Ni tan siquiera en el caso de que los revestimientos oránicos se hallasen intactos y perfectamente adheridos aislarían al acero por tiempo indefinido, siendo necesario recurrir a las imprimaciones anticorrosivas para complementar el efecto barrera creado por la pintura de las capas más externas, y evitar así la presencia de agua y oxígeno junto al acero que, por una causa u otra, siempre llegará a ocurrir. La función de las imprimaciones dentro de un sistema de pintura consiste en: -

Prevenir la corrosión bajo la película de pintura, compensando su permeabilidad. Proteger al substrato en los puntos donde se hayan producido discontinuidades (roturas) en la película de pintura. Prevenir la extensión de la corrosión a partir de las zonas dañadas. Hay dos tipos de imprimaciones anticorrosivas que se utilizan en la práctica industrial 1.1) Las basadas en pigmentos inhíbidores de las reacciones de corrosión. 1.2) Las basadas en pigmentos metálicos que aportan protección catódica al acero, como son las imprimaciones ricas en Zn.

1.1) IMPRIMACIONES ANTICORROSIVAS CON PIGMENTOS INHIBIDORES

Las imprimaciones más utilizadas en España, dentro de este grupo, son las basadas en resinas alquídicas, pues dan unas buenas prestaciones en muchísimos casos en que las condiciones de exposición no son extremadamente duras, no se precisa una gran durabilidad del sistema o el mantenimiento es fácil y menos costoso de realizar. Dado que los acabados de esta familia de resinas son menos impermeables que los de otras, no se concibe un sistema alquídico completo sin la presencia de una o dos capas de una imprimación alquídica conteniendo una cantidad adecuada de pigmentos inhibidores. En el caso de otros tipos de resinas, como las de clorocaucho, epoxi, vinílicas, etc., de elevada impermeabilidad, el contenido de pigmentos inhibidores es una medida de seguridad adicional. Una característica común a los pigmentos inhibidores es que no son recomendables para sistemas que deban proteger superficies sumergidas, pues precisamente por su parcial solubilidad en agua pueden dar lugar al ampollamiento del recubrimiento, provocado por ósmosis. ANEXO: PIGMENTOS INHIBIDORES 2) IMPRIMACIONES RICAS EN ZINC Composición Son productos a base de zinc en polvo aglutinado y fijado sobre la superficie del acero por la cantidad mínima necesaria de una resina orgánica o de un aglutinante inorgánico que pueda desempeñar esta función. La característica fundamental que debe cumplir una pintura o recubrimiento de este tipo es poseer una elevada conductividad eléctrica, y desarrollar un potencial de electrodo lo más elevado posible, diferenciándose mínimamente del que corresponde al zinc puro según la serie electroquímica. La superficie de acero debe estar completamente limpia, libre de todo tipo de contaminantes y con una rugosidad suficiente para asegurar el anclaje de la pintura de zinc. Este punto es de suma importancia, ya que cualquier tipo de contaminación superficial del acero, además de perjudicar la

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adherencia de la pintura, constituiría un aislante eléctrico que no permitiría un buen contacto entre el zinc y el acero, condición imprescindible para que la pila de corrosión funcione adecuadamente. Mecanismo de funcionamiento de las pinturas ricas en zinc Debido a la baja proporción de aglutinante y a pesar del empaquetamiento compacto del polvo de zinc, las pinturas ricas en zinc recién aplicadas presentan una microporosidad estructural muy elevada.

En estas condiciones, los agentes corrosivos (agua, oxígeno, sales y contaminantes), penetran fácilmente a través de la película, llegando hasta el sustrato de acero, con lo que la pila de corrosión se pone en marcha inmediatamente, provocando la corrosión del zinc, que actúa como ánodo, mientras que el acero asume el papel de cátodo, quedando protegido contra la corrosión. La corrosión del zinc origina una abundante cantidad de subproductos, especialmente carbonatos, óxidos y oxicloruros, según la composición del medio ambiente, la mayoría de los cuales son insolubles en agua. Estos compuestos van rellenando la porosidad de la pintura de zinc, hasta conseguir sellarla completamente, constituyendo una película impenetrable a los agentes corrosivos. A partir de este momento, la pila de corrosión se detiene y la pintura rica en zinc protege el acero por impermeabilización. Los subproductos de corrosión del zinc han sellado los poros e impermeabilizado la película. que ahora protege por efecto “barrera ”. Gracias a ello, este tipo de pinturas presenta una gran durabilidad, ya que, de continuar funcionando la pila de corrosión, la película de zinc se agotaría en poco tiempo. El mecanismo de protección catódica nos asegura que si la película sufre pequeños fallos (raspadas etc.) y el zinc queda en contacto con la atmósfera, se pondrá en marcha rápidamente el mecanismo de protección catódica y a continuación se volverá a formar la capa de sales protectoras impidiendo la corrosión. Algunas reacciones químicas entre el zinc y el medio ambiente

a) En ambiente neutro o casi neutro: 2Zn + O2 →2 ZnO ZnO + CO2 + H2O → ZnCO3 + H2O Zn + CO2 + H2O → ZnCO3 + H2 Zn + 2H2O → Zn(OH)2 + H2 b) Reacciones secundarias: Zn (OH)2 → ZnO + H2O 5 Zn (OH)2 + 2CO2 → 2ZnCO33Zn (OH) + 2H2O 5 ZnO + 2CO2 + 3H2O → 2ZnCO33Zn (OH)2 Ámibito de utilización de las pinturas ricas en zinc (IRZ) En relación al Zn hay que tener en cuenta su elevada reactividad del zinc y que es un metal anfótero, lo que quiere decir que además de reaccionar rápidamente con los ácidos, como la mayoría de los metales, dando sales de zinc, también lo hace con los álcalis, dando zincatos. Por ello, cuando una pintura rica en zinc se emplea en la protección de estructuras de acero en ambientes industriales con presencia de humos ácidos o vapores alcalinos (por ejemplo, de amoníaco), debe recubrirse adecuadamente con pinturas de acabado que resistan dichos productos, como por ejemplo pinturas a base de resinas acrílicas, epoxy o de poliuretano.

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Las IRZ orgánicas (epoxy, vinílica, etc.) se emplean como capa de imprimación cuando se desea una elevada resistencia anticorrosiva en exposición atmosférica. También se utilizan para la reparación de acero galvanizado viejo con el objeto de reponer zinc desgastado. Las IRZ inorgánicas, se pueden emplear además de en exposición atmosférica, para el pintado de interiores de tanques conteniendo por ejemplo disolventes, ya que debido a su carácter inorgánico son totalmente insolubles en disolventes orgánicos. La resistencia anticorrosiva de una IRZ inorgánica es normalmente superior a una IRZ orgánica, incluso a igualdad de contenido en zinc. Por su elevada resistencia a la abrasión las inorgánicas se emplean también para el pintado de cubiertas de buques. Las pinturas ricas en zinc son el mejor sistema de protección anticorrosiva del acero a la intemperie mediante pinturas, con durabilidades que superan los 15 años, pero no vale la pena gastarse dinero en ellas si no se pueden cumplir los siguientes requisitos, en cuanto a preparación de la superficie a pintar: - Eliminación de suciedad, grasas, aceites, contaminantes atmosféricos, etc., mediante una limpieza con detergentes seguida de un buen aclarado con aguadulce. - Biselado mecánico de cantos vivos, cordones, proyecciones y pegotes de soldadura, exfoliaciones del acero, etc. - Chorreado abrasivo con arena silícea, granalla metálica o escoria de cobre, hasta el grado Sa2 ½ o Sa 3 de la norma ISO 8501.1, según el producto. Los epoxy y los silicatos de etilo son menos exigentes y es suficiente un Sa 2 ½ mientras que los silicatos alcalinos requieren el Sa 3. Al chorrear, debe utilizarse un tamaño de abrasivo y una presión de proyección del mismo suficiente para conseguir una rugosidad que se suele situar en el grado BN l0a del RUGOTEST N-03. En estructuras sumergidas en agua, no es aconsejable el uso de los recubrimientos ricos en zinc, por dos razones:

Si el recubrimiento se aplica sin capas de pintura de acabado, el agua irá lixiviando o arrastrando los subproductos de corrosión del zinc a medida que se formen, impidiendo el sellado o relleno de la porosidad original de la película, con lo que el proceso electroquímico de la pila zinc-acero no se detendrá y el recubrimiento de zinc se agotará en poco tiempo. Por otra parte, si la imprimación rica en zinc se recubre con un producto adecuado para inmersión, como por ejemplo un brea-epoxy o un epoxy puro, siendo el zinc un metal muy ávido de reaccionar con el agua, provocará la aparición de un proceso osmótico con la formación generalizada de ampollas en las capas de pintura de acabado. Por todo lo expuesto, el ámbito de utilización de las pinturas ricas en zinc se circunscribe a la protección de estructuras de acero a la intemperie, aconsejándose siempre recubrirlas con pinturas de acabado adecuadas, como por ejemplo las ya mencionadas acrílicas, epoxy o poliuretanos. Nota: Debido a la tendencia del zinc a formar compuestos alcalinos en presencia de aire y humedad, los acabados aplicables sobre estas imprimaciones han de ser insaponificables, por lo que quedan descartadas las pinturas al aceite y los esmaltes alquídicos.

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2) PINTURAS DE SECADO FÍSICO Se consideran los siguientes apartados: - CONCEPTO - PROPIEDADES GENERALES DE LAS PINTURAS DE SECAJE FÍSICO - RECUBRIMIENTOS VINÍLICOS - RECUBRIMIENTOS ACRÍLICOS - RECUBRIMIENTOS ACRÍLICOS -SILICONA - RECUBRIMIENTOS DE CLOROCAUCHO - RECUBRIMIENTOS BITUMINOSOS: Breas y Asfaltos 2.1) CONCEPTO

Las pinturas de secado físico están basadas en polímeros termoplásticos (acrílicos, vinílicos, etc.), formando la película protectora por simple evaporación de los líquidos en que se hallan (en disolución o en suspensión) no ocurriendo reacciones químicas. El polímero - ligante - ya está completamente formado en el bote. La formación de película de pintura de secaje físico se produce por el desarrollo simultáneo de los dos procesos siguientes: - Evaporación del líquido disolvente o dispersante - Entrelazado de las macromoléculas de polímero.Atracción entre ellas y con el substrato mediante fuerzas de atracción intermolecular, sin que se creen enlaces químicos primarios entre ellas (al evaporarse el líquido, las macromoléculas de polímero se aproximan entre sí y al sustrato, lo que permite que aumenten las fuerzas intermoleculares, consiguíendose la adherencia al sustrato y la cohesión de la película). Por tanto, La película sólida es el resultado de la coalescencia de partículas dispersas cuando el material dispersante abandona la película líquida. El agente dispersante es usualmente agua, aunque también puede serlo un disolvente débil. Los recubrimientos más comunes en este apartado son los denominados “látex”, siendo los de mayor utilización: - Emulsiones acrílicas - Emulsiones vinil - acrílicas 2.2) PROPIEDADES GENERALES DE LAS PINTURAS DE SECADO FÍSICO

Las propiedades comunes a todas las pinturas de secaje físico son: 1. Reversibilidad. La película de pintura seca, aún transcurridos meses o años después de su aplicación es soluble en sus propios disolventes o en otros más fuertes, debido que las macromoléculas de resina que hay en la película seca son las mismas que había en el bote de pintura líquida, sin haber sufrido ninguna modificación en su estructura o composición química. Las moléculas de los disolventes penetran en las películas de pintura seca y redisuelven las macromoléculas de resina.

Como consecuencia de ello, la adherencia entre capas es seimpre perfecta, aunque hayan transcurrido semanas o meses entre la aplicación de las capas sucesivas, ya que el disolvente contenido en la nueva capa de pintura que se aplica redisuelve superficialmente la capa anterior,

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asegurando la unión entre moléculas de resina de ambas capas y por tanto la adherencia entre ellas. No hay límite de tiempo máximo en el intervalo de repintado de las pinturas de secaje físico. Una excepción la constituyen las pinturas en emulsión, en las que el agua no actúa realmente como disolvente, ya que no disuelve propiamente las macromoléculas de resina, sino como medio emulgente. Por ello, las pintuas al agua, una vez aplicadas y secas, no son solubles en agua, aunque si en los disolventes naturales de las resinas. Sin embargo, su adherencia entre capas sigue siendo buena , probablemente por el efecto de los coalescentes, y tampoco tienen límite de tiempo de repintado. 2. Sensibilidad a los disolventes. Todas las pinturas de secaje físico son, como consecuencia de lo anterior, poco resistentes a sus disolventes o a los más fuertes. Las películas procedentes de pintruas en emulsión o dispersión acuosa, nos son solubles en agua, ya que el agua no actuó como disolvente sino como medio emulgente. 3. Dependencia de la Temperatura No dependen de la temperatura en cuanto a la formación de la película, ya que no hay reacciones químicas involucradas en el proceso. Sin embargo, las temperaturas bajas retardan la evaporación de disolventes y el secaje se hace más largo. Una excepción la constituyen las emulsiones, por contener agua, que requieren un mínimo de temperatura para que la coalescencia de ls gotitas de polímero se realice a fondo. 4. Temoplasticidad. Las pinturas de secaje físico se reblandecen a temperaturas elevadas. Como todas las moléculas, las del polímero o resina adquieren un estado de mayor energía al ser calentadas, lo que se traduce en movmimientos vibratorios en el interior de la película. Al no estar las macromoléculas ligadas unas a otras químicamente, adquieren una cierta libertad de movimientos que produce un reblandecimiento de la película.

Las resinas de secaje físico más interesantes desde el punto de vista de la protección del acero estructural son: - VINÍLICAS - ACRÍLICAS. - CAUCHO CLORADO - BREAS Y ASFALTOS 2.3) RECUBRIMIENTOS VINÍLICOS

Las resinas vinílicas se obtienen principalmente por polimerización del cloruro y acetato de vinilo. Tanto el acetato como el cloruro de polivinilo proporcionan resinas duras poco filmógenas que se flexibilizan mediante la adición de plastificantes adecuados o copolimerizándolos con monómeros flexibles tales como el dibutil-maleato, etil-acrilato, etileno. etc. El acetato de polivinilo proporciona buena retención de color y resistencia a la intemperie, mientras que el cloruro aporta buena resistencia al agua y elevada tenacidad, pero una mala estabilidad a la luz. Otros monómeros utilizados en la fabricación de pinturas vinilicas son el polivinil-butiral, muy tenaz y flexible, y el cloruro de vinilideno. Todos estos polímeros vinílicos se utilizan en forma de copolímeros, sea copolimerizados entre sí (acetato-cloruro de polivinilo, cloruro de vinilo-cloruro de vinilideno), o con otros tipos de

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resinas, dando lugar a copolímeros vinil-acrílicos, vinil-versáticos, cloruro de vinilideno-acrilonitrilo, etc. Ciertos tipos de resinas vinilicas pueden polimerizarse en forma emulsionada en el seno de agua, permitiendo la fabricación de pinturas vinílicas en dispersión acuosa. Si predomina en ellas el acetato de vinilo su resistencia a la alcalinidad disminuye. Existen ciertos tipos de polímeros vinílicos solubles en disolventes más suaves pero su resistencia química es más baja y no son resistentes a los disolventes, Una de estas resinas, el Polivinil Butiral, no contiene cloro y puede utilizarse para formular imprimaciones de taller de bajo espesor (shop primers) aplicables sobre acero que haya que cortar y soldar posteriormente. Las principales propiedades de los recubrimientos vinílicos son las siguientes: 1. Mecanismo de curado: Evaporación de Disolventes Orgánicos 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial. 3. Características principales: - Rápido secado - Buena adherencia al substrato y buena adherencia entre capas. - Fácil repintado. Sin intervalo máximo de repintado. - Gran flexibilidad. - Excelente resistencia química (ácidos, álcalis, sales ). - Excelente resistencia al agua. - Muy buena impermeabilidad. - Combinables con breas, muy impermeables. - Utilizables en inmersión (especialmente breas-vinílicas). - Muy buena resistencia a la intemperie. - Aplicables en espesores moderadamente elevados por capa, en formulaciones adecuadas. - Resistentes a aceites y grasas minerales, vegetales y animales, así como a disolventes suaves. - Excelente durabilidad. - Excelente conservación de color y brillo 4. Principales Limitaciones: - Precisan muy buena preparación de superficies. - Precisa plastificantes. Muchas de las propiedades de la pintura dependen del tipo de plastificante empleado - Difícil aplicación a brocha o rodillo. - Moderado poder humectante. - Bajo espesor de película por capa. Formulaciones de bajo contenido en resina sólida, que proporcionan capas finas. - Poco tolerantes a la contaminación entre capas y bajas temperaturas de superficie. - Débil resistencia al calor. - Sólo son solubles en disolventes fuertes, del tipo cetónico. - No resiste ciertos ácidos orgánicos (acético y fórmico) y álcalis (hidróxido amónico). - Temperatura limite de 70 ºC en exposición continua. Nota: Las propiedades generales de las resinas vinílicas pueden consultarse en el apartado de Materiales Poliméricos.

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2.4) RECUBRIMIENTOS ACRÍLICOS

Las resinas acrílicas se obtienen por polimerización de monómeros acrílicos. Se pesentan en forma de polvo blanco soluble en hidrocarburos aromáticos. Los monómeros acrílicos son variados y de su selección dependerán las propiedades de la pintura final. Así, pueden obtenerse desde productos duros derivados del metacrilato de metilo hasta otros más blandos utilizando, por ejemplo, el etil-hexilacritlato. De todas formas, para la fabricación de pinturas es necesario añadir plastificantes a la formulación. Las propiedades finales del producto dependerán asimismo del tipo de plastificante empleado. La polimerizacón de los monómeros acrílicos puede realizarse también en el seno de gotitas o micelas emulsionadas en agua. A partir de estas emulsiones o dispersiones se fabrican pinturas acrílicas en dispersión acuosa. Las propiedades de estos tipos de pinturas son muy parecidas a las de base disolvente, dependiendo fundamentalmente de la relación pigmento/resina. A igualdad de prporción pigmento/resina, las propiedades son similares. Las pinturas acrílicas de secaje físico, en base disolvente, pueden aplicarse sobre pinturas de clorocaucho con muy buena adherencia, por lo que es muy común combinar imprimaciones y capas intermedias de clorocaucho con acabados acrílicos, a fin de beneficiarse de la buena retención de color y brillo de estos últimos. 1. Mecanismo de curado: Evaporación de Agua o Disolvente 2. Preparación mínima de la superficie: Cepillado. 3. Características principales: - Buena resistencia al agua. - Utilizables en inmersión. - Buena resistencia química. - Buena adherencia al substrato. - Buena adherencia entre capas. - Buena resistencia a la intemperie. - Excelente durabilidad, retención de color y brillo. - Sin intervalo máximo de repintado. - Rápido secado. - Fácil aplicación. - Posibilidad de aplicar elevados espesores por capa, en formulaciones adecuadas. - Resistente a aceites y grasas minerales, y a hidrocarburos alifáticos. - Buena adherencia sobre pinturas de clorocaucho.Gran flexibilidad. 4. Principales Limitaciones: - Precisa buena preparación de superficies. - Precisa plastificantes. Muchas propiedades de la pintura dependen del tipo de plastificante empleado. - Baja resistencia a aceites y grasas animales y vegetales. - Baja resistencia a los hidrocarburos aromáticos y otros disolventes. - Temperatura límite de 70 ºC en exposición continua.

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2.5) RECUBRIMIENTOS ACRÍLICOS - SILICONA 1. Mecanismo de curado: Evaporación y Polimerización. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial. 3. Características principales: - Excelente retención de brillo y color a temperaturas elevadas. - Excelente resistencia al calor. - Excelente durabilidad. 4. Principales Limitaciones: - Débil resistencia a los disoloventes. - Moderada resistencia química. - Alto coste. 2.6) RECUBRIMIENTOS DE CLOROCAUCHO 1. Mecanismo de curado: Evaporación de Disolventes Orgánicos. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial. 3. Características principales: Rápido secado - Fácil repintado. - Gran flexibilidad - Excelente resistencia química (ácidos, álcalis, sales ). - Excelente resistencia al agua. - Excelente durabilidad. - Buena retención del brillo 4. Principales Limitaciones: ( Idem vinílicos, añadiendo al final dos limitaciones adicionales). - Difícil aplicación a brocha o rodillo. - Bajo espesor de película por capa. - Poco tolerantes a la contaminación entre capas y bajas temperaturas de superficie. - Moderado poder humectante. - Débil resistencia al calor. - Débil resistencia a los disolventes. - No resiste ciertos ácidos orgánicos (acético y fórmico) y álcalis (hidróxido amónico). - Débil resistencia a grasas y aceites vegetales y animales. - Enyesa con el envejecimiento. 5. Aspectos Químicos: - El caucho clorado se obtiene por cloración de isopreno polimerizado. La mayoría del isopreno procede actualmente de la industria del petróleo, pero en sus inicios se obtenía del caucho natural, de ahí el nombre de clorocaucho. - Se presenta en forma de polvo blanco fácilmente soluble en hidrocarburos aromáticos como xileno, tolueno y naftas aromáticas. - Después de la evaporación de los disolventes, el clorocaucho forma una película muy compacta, resitente al agua y a productos químicos, pero es muy quebradiza. Para flexibilizarla hay que añadir cierta cantidad de plastificantes. - Las mezclas de clorocaucho con plastificantes químicamente resistentes se utilizan muy ampliamente en pinturas anticorrosivas, recubrimientos de resistencia química, pintura para hormigón, etc.

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2.7) RECUBRIMIENTOS BITUMINOSOS: Breas y Asfaltos 1. Mecanismo de curado: Evaporación de Disolventes Orgánicos ( Lacas ). 2. Preparación mínima de la superficie: Cepillado. 3. Características principales: - Presentan una gran impermeabilidad y son hidrófobos, repelen el agua. - Excelente resistencia al agua. - Utilizables en inmersión. - Resistencia química razonablemente buena. - Buena adeherencia al substrato. - Poco exigentes en la preparación de superficies. - Fáciles de aplicar - Buena adherencia entre capas - Sin intervalo máximo de repintado. - Buen poder cubriente - Relativamente baratos. 4. Principales Limitaciones: - Deterioro por radiación U.V. - Poca resistencia a la intemperie. Algunos componentes se van evaporando lentamente y la superficie se oxida y cuartea. - Baja resistencia a los disolventes. - Sangrado en las capas posteriores. Las moléculas más pequeñas migran a la película de pintura aplicada encima, tiñéndola con una coloración oscura. - Termoplásticas. Se reblandecen con el calor. - No repintables con pinturas de mayor dureza. - Color negro o muy oscuro - Película blanda, baja resistencia mecánica. 5. Aspectos Químicos: - Las breas y asfaltos suelen usarse sin pigmentar. Su elevado contenido en carbón hace que sean negras o muy oscuras y opacas. - Las breas de hulla se obtienen por destilación de la hulla y pueden ser líquidas o sólidas. - Los asfaltos normalmente se obienen del petróleo - son los productos más pesados de la destilación del petróleo- aunque pueden encotrarse, todavía hoy, como productos naturales. - Sean de origen natural o residuos de destilación de la hulla o del petróleo, tienen una composición heterogénea caracterizada por alto contenido en carbono y mezclas de: a) Hidrocarburos parafínicos b) Hidrocarburos aromáticos (naftaleno, antraceno, xileno y otros) c) Otros residuos orgánicos ( tiofeno, piridina y otros)

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3) PINTURAS DE SECADO QUÍMICO Se consideran los siguientes apartados: -

CONCEPTO PROPIEDADES GENERALES DE LAS PINTURAS DE SECADO QUÍMICO PINTURAS AL ACEITE OLEORRESINOSAS PINTURAS ALQUÍDICAS, ALCÍDICAS U OLEOSINTÉTICAS PINTURAS ALQUÍDICAS CON SILICONA PINTURAS FENÓLICAS PINTURAS EPOXI ESTER RECUBRIMIENTOS EPOXÍDICOS RECUBRIMIENTOS EPOXI-ALQUITRÁN RECUBRIMIENTOS EPOXI-FENÓLICOS RECUBRIMIENTOS DE EMULSIONES EPOXÍDICAS RECUBRIMIENTOS DE POLIURETANO DE DOS COMPONENTES RECUBRIMIENTOS DE POLIESTER PINTURAS DE POLIURETANO DE UN SOLO COMPONENTE RECUBRIMIENTOS DE SILICONAS CURADAS A ALTAS TEMPERATURAS RECUBRIMIENTOS RICOS EN ZINC (TIPO INORGÁNICO )

3.1) CONCEPTO

En el caso de las pinturas de secado químico, en el envase de la pintura se hallan polímeros lineales (o ligeramente ramificados), o productos químicos simples, ocurriendo una reacción química de reticulación (secado o curado), después de la aplicación de la pintura. La reacción química de secado puede ocurrir de dos formas: 1) Reacción de la pintura con componentes del aire. 2) Reacción química entre componentes de la pintura: 1) Reacción de la pintura con componentes del aire.

a) Reacción química de la pintura con el oxíeno del aire Es el mecanismo de secado más importante. La unión de las moléculas de la pintura se produce mediante la formación de puentes o enlaces de oxígeno entre ellas. La red tridimensional que se forma es poco compacta y poco resistente químicamente. El proceso de secado por oxidación ocurre en los siguientes tipos de pinturas: 1. Pinturas al aceite. 2. Pinturas Alquídicas ( o alcídicas ) 3. Pinturas alquídicas modificadas 4. Esteres de epoxy ( epoxy ésteres) . b) Reacción de la pintura con el vapor de agua existente en el aire.

Ocurre en los siguientes tipos de pintura: 1. Poliuretanos de un solo componente 2. Pintura de etilsilicatos ricos en zinc

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c) Reacción de la pintura con el dióxido de carbono del aire, como ocurre en el curado de los de silicatos de litio, sodio o potasio. 2) Reacción química entre componentes de la pintura:

La pintura está constituida por dos componentes que se hallan separados: a) La resina base b) El agente de curado o endurecedor Los componentes anteriores, que inicialmente se hallan en envases diferentes, hay que mezclarlos íntimamente antes de la aplicación. Una vez entran en contacto, reaccionan químicamente, sobre todo cuando se ha evaporado el disolvente. Como ejemplo de pinturas cuyo secado es por reacción entre sus componenentes tenemos: 1. Pinturas o revestimientos epoxy 2. Pintuas o revestimientos de poliuretano. Existe actualmente también la posibilidad de formular pinturas al agua de secaje químico, partiendo de resinas emulsionadas o en solución acuosa. Se puede hacer que cualquier tipo de resina sea soluble en agua. El procedimiento consiste en incorporar suficientes grupos iónicos, normalmente grupos carboxilo, al polímero para dar a la resina una valor alto ácido alto. Estos grupos se neutralizan entonces con una base volatil, como el amoniaco o una amina, con lo que la resina se convierte en una sal polimérica, que es soluble en agua o en mezclas de agua-eter-alcohol. Por ejemplo, los aceites secantes se pueden acidificar si se calientan en presencia de anhídrido maleico, reacción que tiene lugar entre los dobles enlaces en ambos materiales. Si los grupos carboxilo no se neutralizan completamente, se puede producir una emulsión. 3.2) PROPIEDADES GENERALES DE LAS PINTURAS DE CURADO QUÍMICO

Las propiedades generales de las pinturas de curado químico son: - Irreversibilidad. Después del curado, las películas de pintura son insolubles en sus disolventes porque las moléculas de las resinas han quedado unidas unas a otras, habiendo perdido su identidad. Debido a ello, la adherencia entre capas puede no ser perfecta si se sobrepasa un intervalo máximo de repintado. - Resistencia a los Disolventes. Como consecuencia de lo anterior, las pinturas de curado químico son resistentes a sus propios disolventes y a otros más débiles. - Dependencia de la temperatura en el proceso de formación de película. Además de influir en la velocidad de evaporación de los disolventes, la temperatura determina la velocidad de las reacciones químicas de formación de película, existiendo en este tipo de pinturas un límite inferior de temperatura por debajo de la cual la reacción se ve tan retardada que tiene un efecto negativo en la formación de la película. - No termoplasticidad. La red polimérica de la pintura curada es tan tupida que incluso a altas temperaturas las moléculas no tienen libertad para vibrar y la película no se reblandece.

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3.3) PINTURAS AL ACEITE OLEORRESINOSAS

1. Mecanismo de curado: Reacción de Oxidación. 2. Preparación Mínima de la superficie: Cepillado. 3. Características principales: - Gran facilidad de aplicación. - Sobresalientes propiedades humectantes y de penetración ( adherencia). - Excelente flexibilidad. - Buen espesor de película por capa. - Buena tolerancia de aplicacón sobre superfices deficientemente preparadas. - Muy buena durabilidad al exterior. - Coste relativamente bajo. 4. Principales Limitaciones: - Lento Secado. - Baja resistencia a la Abrasón. - Regular retención de brillo (exterior). - Débil resistencia al agua ( permeables). - Débil resistencia a los disolventes y productos químicos ( álcalis: mal, ácidos débiles: regular). - No son adecuadas para condiciones de inmersión. El componente esencial de una resina que forma película por un proceso de oxidación es una aceite secante (aceites insaturados) , como el que se extrae de la soja de la linaza, entre otros. Estos aceites y ácidos grasos secantes formados por cadenas de átomos de carbono, algunos de cuyos eslabones contienen enlaces dobles que son capaces de abrirse y reaccionar con moléculas de oxígeno absorbidas del aire, creando una serie de “ puentes de oxígeno “ que unen las moléculas de aceite o ácido graso unas con otras, formando una retícula tridimensional. Combinando los ácidos grasos secantes con compuestos químicos se pueden obtener barnices fenólicos y resinas alquídicas, que son las más extensamente utilizadas en la fabricación de pinturas. La estructura molecular de un aceite secante convencional, como el aceite de lino, es la siguiente:

Al exponer esta sustancia al aire, el oxígeno ataca los extremos no saturados de la cadena de hidrocarburos en los enlaces dobles, —CH=CH—. Como consecuencia de ello se forma un óxido o éter, y los enlaces cruzados entre las moléculas forman una macromolécula insoluble:

Las pinturas oleorresinosas han ido sustituyéndose por las resinas alquídicas u oleosintéticas.

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3.4) PINTURAS ALQUÍDICAS, ALCÍDICAS U OLEOSINTÉTICAS 1. Mecanismo de curado: Reacción de Oxidación. 2. Preparación Mínima de la superficie: Cepillado. 3. Características principales: - Buena resistencia a la intemperie - Fáciles de aplicar, a brocha, rodillo o pistola. - Buena nivelación - Tolerantes respecto a la preparación de superficies, especialmente las largas y medias en aceite. - Secaje bastante rápido (según contenido en aceite) - Buenas propiedades humectantes. - Excelente adherencia a la mayoría de las superficies. - Excelente flexibilidad. - Buena conservación del brillo y color (según tipo y longitud de aceite) - Buen espesor de película por capa. - Coste moderado. 4. Principales Limitaciones: Como son ésteres, las resinas alquídicas son menos resistentes a los álcalis ( reacciones de saponificación) o a una exposición prolongada a la humedad. La alquídicas de pentaeritritol son superiores en este respecto a los glicéridos, y por regla general, su capacidad de duración es más elevada. El tratamiento con estireno de las resinas alquídicas suele mejorar su resitencia a los agentes químicos y a la humedad. En síntesis - Baja impermeabilidad y resistencia al agua - No utilizables en inmersión o en condiciones de frecuente condensación - Débil resistencia a los disolventes y productos químicos: a. Resistencia a disolventes: baja. b. Resistencia a los álcalis: baja, ya que presentan reacciónes de saponificación. c. Resistencia a ácidos débiles: satisfactoria.

- Débil resistencia al calor. - No aplicables en capas de elevado espesor 5. Aspectos Químicos Las resinas alquídicas (también denominadas alcídicas u oleosintéticas) son poliésteres, a los que se adiciona una cierta cantidad de ácidos grasos para darles flexibilidad Son muy utilizadas debido a su bajo costo, su fácil aplicación y gran versatilidad ya que pueden ajustarse a muchos requisitos de uso final, cambiando reactivos o proporciones entre ellos o bien incluyendo modificadores. Se diluyen en aguarrás o disolventes sintéticos equivalentes (disolventes alifáticos) si bien es cierto que poco a poco van cediendo terreno a otras pinturas más caras pero de mayor calidad y, sobre todo, que no requieren disolventes orgánicos. Las resinas alquídicas pueden clasificarse como:

- Resinas alquídicas puras. - Resinas alquídicas modificadas con aceite. - Resinas alquídicas modificadas con otros productos químicos ( silicona, estireno, uretano, etc.)

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Resinas alquídicas puras Las resinas alquídicas puras son poliésteres insaturados, obtenidos mediante polimerización por condensación de ácidos policarboxílicos y polialcoholes. Pertenecen al grupo de los polímeros termoestables. El ácido policarboxílico normalmente empleado es el ácido ftálico. Las resinas alquídicas pueden obtenerse también a través de otros ácidos polifuncionales diferentes al ácido ftálico, entre los cuales se hallan el maleico y el fumárico, que dan lugar a productos que guradan una gran semejanza con los éstereres de ácido ftálico. Los ácidos succínico, adípico y sebácico se emplean en cantidades más pequeñas para producir resinas alquídicas de un carácter algo más flexible. En relación al componente polialcohólico de los poliésteres, aproximadamente el 60 % de los ésteres alquídicos y de resina se basan en la glicerina (CH2OH – CHOH - CH2OH ), el 30 % se obtiene a partir del pentaeritritol y el 10% restante está basado en otros polialcoholes, tales como los glicoles , el sorbitol, el manitol, etc. Las resinas alquídicas de pentaeritritol y sorbitol se secan y toman cuerpo más deprisa que el éster de glicerina correspondiente, debido a funcionalidades mayores de estos alcoholes. Por esta razón, en la tecnología de recubrimientos, suele ser corriente emplearlos en la forma de ésteres mixtos con las resinas alquídicas de glicol y de glicerina. El pentaeritritol permite emplear mayores cantidades de aceite. El alto grado de reticulación alcanzado en las resina alquídicas puras las hace insolubles, infusibles, frágiles y poco compatibles con otros polímeros, por lo que su utilización es bastante limitada. Resinas alquídicas modificadas con aceite. Cuando una parte del ácido policarboxílico de las resinas alquídicas puras se sustituye por ácidos grasos se obtienen las resinas alquídicas modificadas con aceite. Para esta finalidad se han utilizado ácidos grasos tales como el oleico, linoleico, oleosteárico y ricinoleico, de forma que uno o dos hidróxilos del alcohol trivalente glicerina pueden esterificarse por un ácido monobásico para dar polímeros de propiedades intermedias entre la resina de ftalato y el aceite secante. La reducción de la funcionalidad que se obtiene con esta modificación proporciona una menor reticulación, haciendo que estas resinas sean solubles y compatibles con otras sustancias filmógenas. Las resinas alquídicas modificadas con aceites se secan tanto por condensación (reacciones de esterificación) como por autoxidación de los aceites secantes. Por este motivo se produce esa capa de pintura sólida en la parte superior de los botes que llevan tiempo abiertos y por ello deben estar el mínimo tiempo de esta forma. El oxigeno que ha entrado en el envase reacciona con la capa superior de la pintura en el bote y se forma la "nata". Las propiedades de la resina alquídica dependen en gran medida de su contenido de aceite, presentando propiedades que varían en un margen muy amplio, desde películas duras y frágiles a otras flexibles y tenaces: - Cuanto mayor es el contenido en ácidos grasos de la resina, más largos son los procesos de secado y endurecimiento y mayores son la flexibilidad, humectación y adherencia al substrato. - Por el contrario, la dureza, impermeabilidad y retención de brillo son mejores cuanto menor sea el contenido de aceite.

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Según el porcentaje en peso de aceite (ácidos grasos), las resinas alquídicas modificadas pueden clasificarse en cortas, medias y largas. - Las resinas cortas en aceite contienen menos de un 40% p de ácidos grasos. Requieren disolventes más fuertes y se aplican con mayor dificultad. Se utilizan en esmaltes de carrocerías y de otros productos metálicos que deben ser aplicados a pistola, o por inmersión, y secados en horno. Asimismo, junto con la nitrocelulosa y las resinas de resinas de ureaformaldehido o melamina formaldehido, se utilizan en la preparación de lacas y esmaltes de gran calidad, tanto para metales, como para madera. - Las resinas de contenido medio de aceite contienen del 40 al 60 % p de ácidos grasos. Son las más versátiles y utilizadas. Son solubles en disolventes alifáticos de bajo punto de ebullición, permitiendo su aplicación con brochas, pero también pueden prepararse con disolventes de alto punto de ebullición para aplicaciones mediante pistola ( esmaltes de secado al aire, etc). - Las resinas largas de aceite contienen más del 60% p de aceite. Se disuelven muy bien en los disoventes habituales y dan pintuas de fácil aplicación y secado lento, pero las películas que recubren el sustrato resultan poco cohesivas y compactas; es decir, presentan un comportamiento similar al de las pinturas al aceite, aunque generalmente más satisfactorio. Habitualmente se emplean como pinturas en tareas de mantenimiento industrial ( cuando no es posible realizar una perfecta limpieza del sustrato metálico mediante chorreado con arena o granalla metálica), pigmentadas con minio de plomo; su empleo en este campo se va reduciendo debido a los excelentes resultados para estos trabajos de las pinturas a base de resinas epoxi. En acabados industriales no se pueden usar debido a su lentitud de secado, que difícilmente puede forzarse. Resinas alquídicas modificadas con diferentes productos químicos Las resinas alquídicas pueden modificarse con diferentes productos, distintos de los aceites, afin de obtener pinturas con propiedades especificas. Algunas de las modificaciones más usuales son: - Alquídicas estirenadas. La copolimerización con estireno proporciona resinas alquídicas con secaje más rápido y mayor resistencia química y al agua, pero menos tolerantes con una preparación de superficie defectuosa. Por regla general, puede decirse que las resinas alquídicas tratadas con estireno son muy adecuadas para los acabados industriales y domésticos baratos, a los que se desea comunicar propiedades de buena protección y secado rápido.

- Alquídicas uretanadas. Las resinas alquídicas modificadas con isocianato tienen un secaje algo más rápido, así como una mayor dureza de la película seca tanto en superficie como en profundidad. Por ello, a menudo se utilizan para la formulación de imprimaciones para piezas que tengan que soportar manipulaciones después de ser imprimadas. También se utilizan para pinturas de alto espesor y barnices para madera. - Alquídicas siliconadas. Las pinturas alquídicas reforzadas con siliconas reúnen la facilidad de aplicación de los esmaltes alquídicos y las características hidrófobas de las siliconas, secando y endureciendo muy rápidamente con excelentes colores y brillo. Un conteruído en silicona superior al 30% mejora en gran manera la resistencia a la intemperie así como la retención de brillo. Resultan especialmente recomendables para pinturas de acabado expuestas a la acción directa de una intensa radiación solar.

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Las resinas alquídicas se pueden modificar o mezclar sin dificultad con muchas otras resinas, entre las que se encuetnran las de fenol, urea, melamina, ésteres de resina , resinas naturales, etc. La blandura de las resinas alquídicas largas en aceite, determina que sean muy adecuadas como plastificantes de nitrocelulosa, de resinas vinílicas y de muchas otras, duras o frágiles. Barnices Alquídicos. Son simplemente pinturas alquídicas sin pigmento. Son los más conocidos en el comercio. Su comportamiento, aplicación, uso de disolventes, etc. es el mismo que para las pinturas alquídicas. 3.5) PINTURAS ALQUÍDICAS CON SILICONA 1. Mecanismo de curado: Reacción de Oxidación. 2. Preparación Mínima de la superficie: Cepillado. 3. Características principales: - Excelente adherencia a la mayoría de las superficies. - Buena rsistencia al calor. - Mejor resistencia química que los recubrimientos alquídicos. - Excelente flexibilidad. - Muy buena resitencia a la humedad. - Buena retención del color y brillo (aunque peor que los recubrimietnos alquídicos) - Excelente durabilidad al exterior. 4. Principales Limitaciones: - Débil resistencia a los disolventes. - Relativamente caros. - No son adecuados para condiciones de inmersión. 3.6) PINTURAS FENÓLICAS 1. Mecanismo de curado: Reacción de Oxidación. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Ligero 3. Características principales: - Excelente resistencia al agua. - Muy buena resistencia química. - Excelente durabilidad al exterior. - Película de gran dureza. - Buen espesor de película por capa. 4. Principales Limitaciones: - Película muy frágil. - Intervalo crítico de repintado ( posibles problemas de adherencia entre capas). - Débil retención de brillo. - Resistencia química similar a los revestimientos alquídicos. - Amarillea con el envejecimiento.

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3.7) PINTURAS EPOXI ESTER 1. Mecanismo de curado: Reacción de Oxidación. 2. Preparación mínima de la superficie: Cepillado 3. Características principales: - Recubrimiento de un componente ( no es un recubrimiento epoxi catalizable). - Gran dureza y alta durabilidad. - Fácil de aplicar. - Muy buena resistencia química. - Muy buena resitencia al agua. - Buena humectabilidad y adeherencia. - Alto espesor de película por capa. - Corto tiempo de secado. - Coste moderado. 4. Principales Limitaciones: - Débil retención de brillo. - Débil resistencia al calor. - Amarillea con el envejecimiento. - Moderada resitencia a humos de naturaleza química. - Mayor tendencia a enyesar que los recubrimientos epoxídicos. - Peor resistencia al agua y a los productos químicos que los recubrimientos epoxídicos. 5. Aspectos Químicos A menudo se habla de las pinturas de epoxiester como de productos epoxy de un solo componente, lo cual es completamente falso. En realidad se trata de resinas alquídicas a base de aceites secantes, a las que se ha adicionado resina epoxy para darles un secaje más rápido y mejor resistencia al agua y a los álcalis, pero en cambio muestran una mayor tendencia a calear, perdiendo el brillo, y a amarillear. Sus propiedades están lejos de asemejarse a las pinturas epoxy de dos componentes pero muestran buena adherencia al acero y buenas propiedades anticorrosivas, por lo que a menudo las resinas de epoxiester se emplean para formular imprimaciones anticorrosivas que requieran buena resistencia mecánica, así como para pinturas de secaje forzado a temperaturas elevadas.

El grupo epoxy ha quedado bloqueado al reaccionar con el ácido graso y la película seca se forma, como en las alquídicas, por absorción de oxígeno y polimerización a partir de los dobles enlaces presentes en las cadenas de ácidos grasos secantes.

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PINTURAS DE DOS COMPONENTES Las pinturas de dos componentes forman la película mediante una reacción química de polimerización entre dos componentes usualmente denominados "base" y "agente de curado" o “endurecedor ”que se suministran separadamente y se mezclan inmediatamente antes de la aplicación.

3.8) RECUBRIMIENTOS EPOXÍDICOS

Las resinas epoxy curan o endurecen formando película a temperatura ambiente mediante la adición de agentes de curado tales como ciertas aminas, poliamidas o isocianatos. El agente de curado reacciona con la resina epoxy constituyendo una red tridimensional muy compacta. Debido a que la reacción química se inicia imnediatamente después de la mezcla de los dos componentes, la pintura tiene lo que se llama una "vida de la mezcla" limitada, que puede ser de pocos minutos o de varias horas según la reactividad de las resinas empleadas, al cabo de la cual la pintura ya no debe emplearse por haber llegado a un grado de reticulación que le impediría acoplarse y continuarla en la película delgada aplicada. Asimismo, la película seca tiene un intervalo máximo de repintado (que corresponde al momento en que la reacción se ha completado y no quedan moléculas libres de resina para reaccionar), por encima del cual se corre el riesgo de conseguir poca adherencia entre capas de pintura. Este tiempo máximo de repintado suele ser de varias horas o de varios días, según los tipos. Una vez curada, la película de pintura es dura, tenaz y resistente, pero calea con cierta rapidez perdiendo el brillo cuando se expone a la luz solar, sobre todo si se trata de pinturas pigmentadas. Ello influye únicamente en el aspecto estético, pues el caleo es muy superficial, y no representa ningún inconveniente para la eficacia protectora de la película de pintura. Las amidas y poliamidas son los agentes de curado más versátiles, dando una buena resistencia al agua y una buena facilidad de aplicación, en tanto que las aminas proporcionan una mayor resistencia química, pero una vida de la mezcla y unos intervalos de repintado más cortos. Por otra parte, estos agentes de curado tienen gran influencia en la temperatura mínima de curado y en la vida de la mezcla: - Con las poliamidas se precisa una temperatura mínima de 13 ºC para que el curado de la película se realice normalmente, y la vida útil de la mezcla es bastante larga, normalmente varias horas. - Las aminas reaccionan a temperaturas mucho más bajas y con más rapidez, por lo que la vida de la mezcla es mucho más corta, en algunos casos minutos, precisándose en ciertos casos el uso de aparatos de aplicación con dosificadores especiales separados para cada componente, realizándose la mezcla en una recámara justo antes de su entrada en la pistola de proyección sin aire. Las resinas epoxy pueden producirse en diferentes tamaños de moléculas, con pesos moleculares diferentes, las más pequeñas de las cuales corresponden a resinas que son líquidas a temperatura ambiente. Estas resinas de bajo peso molecular permiten la formulación de pinturas epoxy libres de disolventes, o con un contenido muy bajo de los mismos, con las que se consiguen películas gruesas, de gran compactación y bajísima permeabilidad, muy eficaces para el recubrimiento interior de tanques, con garantías sanitarias para productos alimenticios. Gracias a su elevada resistencia química, las resinas epoxy, combinadas con los agentes de curado más adecuados en cada caso, se emplean entre otras cosas para la fabricación de recubrimientos para el interior de depósitos, tanques y cisternas de acero y hormigón dedicados al almacenaje o al transporte de productos químicos como ácidos, álcalis, disolventes, combustibles, etc., o bien de productos alimenticios. Existen pinturas epoxy con formulaciones especiales diluibles con agua, con un contenido en disolventes muy bajo, lo que las hace muy útiles cuando las condiciones de aplicación carezcan de

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buena ventilación, o cuando la emisión de disolventes puede afectar a los productos que se estén manufacturando en zonas próximas de la misma nave industrial. Las resinas epoxy-fenólicas o novolacas presentan una resistencia química todavía mayor y son utilizadas para fabricar recubrimientos resistentes a ácidos organicos y minerales, en la zona de acidez en la que las resinas epoxy normales no resisten, o bien a disolventes orgánicos muy agresivos y penetrantes. Las características fundamentales de las pinturas epoxi de dos componentes son las siguientes: 1. Mecanismo de curado: Reacción de Polimerización. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial. 3. Características principales:

-

Excelente resistencia al agua. Combinadas con breas dan recubrirnientos de brea-epoxy, de muy elevada impermeabilidad. Utilizables en inmersión, especialmente las breas-epoxy. Excelente resistencia química, especialmente a los álcalis y disolventes. Buena resistencia a la intemperie. Aplicables en espesores por capa muy elevados, en formulaciones adecuadas. Excelente resistencia a los disolventes. Gran tenacidad, dureza y resistencia a la abrasión y al impacto. Resisten temperaturas de hasta 125 –150 ºC de exposición continua según formulaciones. Permiten la fabricación de pinturas sin disolventes o con muy bajo contenido de los mismos Permiten la fabricación de pinturas diluibles en agua. Corto tiempo de curado ( rápido repintado ). Fácil aplicación. Excelente adherencia y buena humectabilidad.

4. Principales Limitaciones: - Recubrimiento de 2 componentes. Vida limitada de mezcla (8-16 horas ). - Necesidad de dosificar y mezclar correctamente los dos componentes. - La temperatura de curado debe ser superior a 10 ºC, aunque puede rebajarse hasta 0 ºC con frmulaciones especiales. Los sobrecurados provocan problemas de adherencia entre capas. - Permeabilidad limitada. - Débil retención del brillo. Tendencia a perder el brillo (calear) a la intemperie. - Amarillea y enyesa con el envejecimiento. - Regular resistencia a los ácidos. - Difíciles de recubrir. - Precisan buena preparación de superficie .Poco tolerantes a la hora de aplicarlas sobre superficies húmedas y deficientemente preparadas. - Tienen intervalo máximo de repintado, aunque existen formulaciones especiales “no max - Posibles problemas de alergia en los aplicadores. Nota: Las propiedades generales de las resinas epoxy pueden consultarse en el apartado de Materiales Poliméricos.

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3.9) RECUBRIMIENTOS EPOXI-ALQUITRÁN

Algunos tipos de breas pueden mezclarse con resinas epoxy para formular pinturas de breaepoxy, con una superior resistencia al agua. Las pinturas de brea-epoxy llevan muchos años en el mercado y se han acreditado como las de mejor comportamiento en cuanto a impermeabilidad y resistencia al agua, siendo las más indicadas para proteger estructuras en inmersión o enterradas. Sin embargo, su resistencia a los disolventes es inferior a la de las pinturas epoxy puras, así como su resistencia a la intemperie. La brea tiene tendencia a sangrar en las capas de pintura sucesivas, alterando su coloración. Los intervalos máximos de repintado de este tipo de pinturas suelen ser bastante cortos (del orden de unos cuantos días), por lo que se exige una buena programación de los trabajos de pintado. Sus características fundamentales son las siguientes: 1. Mecanismo de curado: Reacción de Polimerización. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial. 3. Características principales: - Fácil aplicación. - Alto espesor de película por capa. - Rápido curado. - Buena resistencia química (agua, ácidos débiles, álcalis y sales ). 4. Principales Limitaciones: - Sobrecurados provocan adherencia entre capas. - En términos generales, peor resistencia a los productos químicos y disolventes que los recubrimientos epoxídicos. - Limitación de color ( negro ).. 3.10) RECUBRIMIENTOS EPOXI-FENÓLICOS 1. Mecanismo de curado: Reacción de Polimerización 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado a Metal Blanco 3. Características principales: - Excelente resistencia a la abrasión ( película extremadamente dura ). - Alto espesor de película por capa. - Buena resistencia al calor. - Excelente resistencia al agua. - Excelente resistencia a los productos químicos (especialmente a los ácidos) y disolventes. 4. Principales Limitaciones: - Intervalos críticos de repintado. - Requiere superficies muy bien preparadas - No adecuada para exteriores.

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3.11) RECUBRIMIENTOS DE EMULSIONES EPOXÍDICAS 1. Mecanismo de curado: Evaporación y Polimerización. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial. 3. Características principales: - Películas duras resistentes a la abrasión. - Alto espesor de película por capa. - Excelente adherencia, en particular sobre recubrimientos intactos envejecidos. - Aptos para su aplicación directa sobre superficies limpias y secas de hormigón. - Facilidad en poder ser recubiertos, después de largos períodos de tiempo, con gran variedad de recubrimientos. - Muy buena resistencia a humos y salpicaduras de productos químicos y disolventes. 4. Principales Limitaciones: - Recubrimiento de 2 componentes. - La temperatura de curado debe ser superior a 10 ºC. - Enyesa con el envejecimiento. - No recomendable para servicios de inmersión (agua, productos químicos, disolventes). - Relativamente caros. 3.12) RECUBRIMIENTOS DE POLIURETANO DE DOS COMPONENTES

Se presentan como productos de dos componentes: - La base, normalmente formulada con la resina portadora de grupos OH-, - El agente de curado, generalmente el poliisocianato. Tienen mejores propiedades de resistencia a la intemperie que las pinturas epoxy y curan a temperaturas más bajas. Sin embargo, durante el proceso de curado, los poliuretanos son más sensibles a la humedad que las pinturas epoxy, ya que los isocianatos son susceptibles de reaccionar con el agua, que también es portadora de grupos OH-. Los isocianatos pueden ser aromáticos, cuando contienen un anillo bencénico en su molécula, y alifáticos, si están constituidos por una cadena lineal. Ambos proporcionan películas de gran resistencia mecánica y química, y ambos curan a temperaturas más bajas que las pinturas epoxy. La diferencia principal estriba en que los isocianatos aromáticos secan algo más rápidamente que los alifáticos, y tienen algo más de dureza y resistencia, pero a la intemperie calean (perdiendo el brillo) y amarillean rápidamente con la luz. En cambio, los isocianatos alifáticos conservan muy bien el brillo y el color (especialmente importante en caso de productos blancos) y son mucho más resistentes a la radiación ultravioleta, por lo que son más recomendables para pinturas de acabado al exterior, sobre todo en blanco y colores claros. Al igual que las resinas epoxy, los isocianatos pueden tener diferentes tamaños de molécula con diferentes pesos moleculares y algunos de ellos permiten la fabricación de pinturas libres de disolventes. Recientemente se han desarrollado los denominados poliuretanos bloqueados, que son isocianatos cuyos grupos reactivos están químicamente bloqueados y son inertes a temperatura ambiente. Por este motivo permiten la fabricación de pinturas de un componente, ya que aunque se mezclen en el mismo envase con resinas portadoras de grupos hidroxilo, a temperatura ambiente no reaccionan. La reticulación sólo se produce después de aplicada la pintura, introduciendo el objeto pintado en un horno a una temperatura de 140 ºC. Los grupos isocianato se desbloquean y reaccionan químicamente con los grupos hidroxilo, produciéndose el curado. Debido a la compatibilidad y buena adherencia entre las pinturas de poliuretano y las epoxy, a menudo se especifican sistemas mixtos a base de imprimaciones y capas intermedias de tipo

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epoxy, y de pinturas de poliuretano alifático de acabado. Ello permite combinar las magníficas prestaciones estéticas del poliuretano alifático juntamente con la gran capacidad protectora de los recubrimientos epoxy, a un precio más asequible que si todo el sistema estuviera constituido por pinturas de poliuretano alifático, y sin los riesgos de la posible presencia de humedad en los substratos a pintar. Sus características fundamentales son las siguientes: 1. Mecanismo de curado: Reacción de Polimerización 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado Comercial 3. Características principales: - Buena resistencia al agua. - Combinadas con breas dan recubrimientos de brea-poliuretano de elevada impermeabilidad, utizables en inmersión. - Excelente resistencia química, similar a los recubrimientos epoxídicos. - Excelente resistencia a los disolventes. - Excelente resistencia a la intemperie. - Fácil aplicación por métodos convencionales. - Buena adherencia al substrato - Buena adherencia sobre pinturas epoxy - Aplicables en espesores por capa elevados, en formulaciones adecuadas - Rápido tiempo de secado. - Gran dureza, flexibilidad y resistencia a la abrasión. - Excelente conservación de color y brillo (solo alifáticos). - Resisten temperaturas de hasta 125-150 ºC de exposición continua, según formulaciones. - Periniten la fabricación de pinturas sin disolventes o con muy bajo contenido de los mismos. - Curables a partir de O ºC (temperatura mínima de polimerización) o incluso menos. - Últimamente se están desarrollando tipos emulsionados en agua. 4. Principales Limitaciones: - Precisan buena preparación de superficie - Poca tolerancia a la contaminación por humedad anterior al curado - Dos componentes, con una vida de mezcla limitada - Difícil repintado. Tienen intervalo máximo de repintado, aunque existen formulaciones especiales "nomax" . - Posibles problemas de alergia a los aplicadores. - Sensibles a la humedad ambiental elevada - Muy alto costo. Nota:

Las propiedades generales de las resinas de poliuretano pueden consultarse en el apartado de Materiales Poliméricos.

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3.13) RECUBRIMIENTOS DE POLIESTER 1. Mecanismo de curado: Reacción de Polimerización 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado a Metal Blanco. 3. Características principales: Frecuentemente usados con fibra de vidrio para dar lugar a recubrimientos compactos y de buena resistencia al agua. Nota: Las propiedades generales de las resinas de Poliéster pueden consultarse en el apartado de Materiales Poliméricos.

OTROS MECANISMOS DE FORMACIÓN DE LA PELÍCULA 3.14) PINTURAS DE POLIURETANO DE UN SOLO COMPONENTE La tendencia de los isocianatos a reaccionar con agua puede aprovecharse para emplear isocianatos de cadena larga y alto peso molecular en la formulación de barnices y pinturas de poliuretano curables con humedad. Después de su aplicación, la película se fórma por reacción del isocianato con el vapor de agua absorbido de la atmósfera. Este tipo de productos tiene propiedades parecidas a los poliuretanos de dos componentes, con la limitación de que su formación de película depende de la humedad ambiental, que en este caso particular conviene que sea alta. Además, debe tenerse especial cuidado en el proceso de fabricación, la hermeticidad de los envases y las condiciones de almacenaje, a fin de evitar que el producto líquido absorba humedad y gelifique dentro del envase. Además de tener que deshumidificar los pigmentos y extendedores empleados, a veces es incluso necesario fabricar y envasar en atmósfera de nitrógeno a fin de evitar la entrada de humedad. 3.15) RECUBRIMIENTOS DE SILICONAS CURADAS A ALTAS TEMPERATURAS

Con la excepción obvia de los silicatos, los polímeros utilizados en la fabricación de pinturas están basados en cadenas de átomos de carbono. En las siliconas, el esqueleto está formado por átomos de silicio y de oxígeno alternados, con ramificaciones de cadenas de carbono. A temperaturas elevadas, de alrededor de 200 ºC, se produce una reacción de condensación entre las moléculas que origina la unión entre ellas y el desarrollo de una red tridimensional de características parecidas a las de las pinturas de curado químico. Las siliconas suelen combinarse con otros tipos de resinas como las alquídicas, acrílicas, etc., con objeto de reducir su coste y mejorar sus propiedades mecánicas en la fase previa al curado, aunque ello dismiinuye la resistencia a temperaturas elevadas. Las pinturas a base de silicona se utilizan primordialmente para recubrir superficies que vayan a estar permanentemente a temperaturas superiores a los 200 ºC, y es condición imprescindible que se alcance como mínimo esta temperatura a fin de que la pintura polímerice y cure completamente, desarrollando la totalidad de sus propiedades. Sus características fundamentales son las siguientes: 1. Mecanismo de curado: Reacción de Polimerización ( requiere aporte externo de calor ). 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado a Metal Blanco. 3. Características principales: - Resistencia a temperaturas elevadas, de hasta 600 ºC si se pigmentan con aluminio. - Buena resistencia y repelencia al agua. - Buena resistencia a la intemperíe. - Buena resistencia química. - Resistencia a las salpicaduras de aceites y grasas vegetales, animales y rminerales. - Buena conservación del brillo y del color.

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4. Principales Limitaciones: - Deben ser curados con aporte de calor. Aunque secan inicialmente a temperatura ambiente por evaporación del disolvente, requieren elevadas temperaturas (200 ºC o más) durante una o dos horas para curar completamente y conseguir desarrollar todas sus propiedades. - Pobre resistencia mecánica (abrasión, impacto, etc.) - Débil resistencia a los disolventes. - Pobre resistencia a los disolventes antes del curado completo - Requieren superficies perfectamente limpias. - Muy alto coste. Nota: Las propiedades generales de las siliconas pueden consultarse en el apartado de Materiales Poliméricos. 3.16) RECUBRIMIENTOS RICOS EN ZINC (TIPO INORGÁNICO ) 1. Mecanismo de curado: Evaporación y Polimerización. 2. Preparación mínima de la superficie: Chorreado a Metal Blanco. 3. Características principales: - Ofrece protección con una sola capa en numerosas condiciones ambientales. - Protección de larga duración cuando se usan en conjunción con adecuadas pinturas de acabado. - Suministra protección catódica. - Excelente durabilidad al exterior. - Excelente resistencia al calor ( hasta 300 ºC). - Excelente resistencia a la abrasión. - Insoluble en compuestos hidrocarbonados. - lor a temperaturas elevadas. 4. Principales Limitaciones: - Requieren un excelente preparación de la supericie. - Aplicación sofisticada. - No son adecuadas para condiciones ácidas (pH < 5) o alcalinas ( pH > 10,5 ), a no ser que estén recubiertas con pinturas de acabado adecuadas. - Alto coste.

2.3.1.3 ESPECIFICACIONES PARA LOS TRABAJOS DE PINTURA El proceso o esquema completo de pintado comprende los siguientes apartados: 1) PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES 2) PINTURA 2.1. Tipo de pintura que se va a utilizar 2.2. Capas que se aplicarán. 2.3. Espesor de película seca de cada capa. 2.4. Espesor total del esquema o sistema. 2.5. Medios de aplicación

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1) PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES La durabilidad de un recubrimiento protector depende en mayor medida de la preparación previa de la superficie, que de la calidad del propio recubrimiento. Suele dar mejores resultados un recubrimiento de calidad media aplicado sobre una superficie bien preparada, que otro de elevada calidad aplicado sobre una superficie deficientemente preparada. La preparación de las superficies pretende dos objetivos: 1. Limpieza de materias contaminantes: polvo, grasa, productos de corrosión, contaminantes salinos, etc. 2. Conferir a la superficie metálica rugosidad que aumente el área real de contacto metal/pintura y favorezca el anclaje de esta última. Se consideran los siguientes apartados: 1.1) PREPARACIÓN Y ESPECIFICACIONES PARA LAS SUPERFICIES QUE NO HAN SIDO PREVIAMENTE PINTADAS. 1.2) PREPARACIÓN SECUNDARIA DE SUPERFICIES

1.1) PREPARACIÓN Y ESPECIFICACIONES PARA LAS SUPERFICIES QUE NO HAN SIDO PREVIAMENTE PINTADAS. Consta de las siguientes operaciones:

1.1.1) Tratamiento de los defectos superficiales y eliminación de material sobrante 1.1.2). Limpieza de la superfice 1.1.3) Evaluación del grado de corrosión existente 1.1.4). Procedimientos y Especificaciones para la Limpieza de las superficies 1.1.5) Recomendaciones Generales sobre el tipo de pintura a aplicar según el estado inicial del acero y el tratamiento de preparación realizado 1.1.1) Tratamiento de los defectos superficiales y eliminación de material sobrante

Antes de la limpieza de la superficie deben ser reparados los defectos o irregularidades superficiales. Para ello, conviene que se especifique la realización de los siguientes trabajos: -

Eliminar las posibles exfoliaciones mediante muela de esmeril. Eliminar las proyecciones y pegotes de soldadura, mediante muela de esmeril. Redondear y aplanar los cordones de soldadura rugosos e irregulares, también con muela de esmeril. Rellenar las posibles entalladuras y mordeduras del acero con soldaduras, procediendo después al aplanado de la mismas.

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-

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Eliminación de rebabas y biselado de los cantos vivos en casos de elevada exigencia, también con muela de esmeril. Eliminación de posibles costras de óxido mediante picado y rascado.

En la tabla siguiente se resumen los principales defectos superficiales que suele presentar el acero y el tratamiento que han de recibir:

1.1.2). Limpieza de la superfice

La superficie del acero estará casi siempre recubierta por una serie de contaminantes que hay que eliminar antes de proceder a la aplicación de la pintura. La limpieza de contaminantes consiste básicamente en la eliminación de la grasa, suciedad y polvo acumulados, mediante el empleo de detergentes, que deben ser eliminados posteriormente con agua dulce a presión, la cual se llevará consigo además las posibles sales presentes. La práctica de desengrasar con trapos empapados de disolventes no es recomendable por motivos ecológicos y sanitarios, además de ser poco eficaz, ya que más que eliminar la grasa o el aceite, lo que se consigue es repartirlos uniformemente por toda la superficie.

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En la Tabla siguiente se resumen los contaminantes habituales y el tratamiento indicado para su eliminación.

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1.1.3) Evaluación del grado de corrosión existente

Una vez realizadas las operaciones descritas en los apartados 1.y 2. anteriores, el estado de la superficie podrá ser clasificado como: A, B, C o D según la norma ISO 8501-1, equivalente a la norma sueca SIS 055900 (Preparación de Superficies de Acero): Grado de Corrosión A

B

C

D

DESCRIPCIÓN

Superficie de acero completamente recubierta con cascarilla de laminación o calamina y con trazas de óxido. El grado A es normalmente el que presenta el acero poco tiempo después de su laminación en caliente Superficie de acero que ha iniciado su corrosión y de la que ha empezado a desprenderse la cascarilla de laminación. El grado B es normalmente el estado de una superficie de acero laminado en caliente después de haber permanecido expuesta a la intemperie, sin protección, en una atmósfera medianamente corrosiva, durante 2 ó 3 meses. Superficie de acero de la que la corrosión ha hecho saltar la totalidad de la cascarilla de larninación, pero que todavía no presenta picaduras detectables a simple vista. El grado C es normalmente el estado de una superficie de acero que ha sido expuesta a la intemperie, sin protección, en una atmósfera medianamente corrosiva, durante 1 año, aproximadamente. Superficie de acero de la que se ha desprendido la totalidad de la cascarilla de laminación y en la que se observan picaduras a simple vista. El grado D corresponde al estado de una superficie de acero después de su exposición a la intemperie, sin protección, en una atmósfera medianamente corrosiva durante unos 3 años

1.1.4) Procedimientos y Especificaciones para la Limpieza de las superficies Limpieza de la superficie

1.1.4.1 Procedimientos de limpieza superficial a) Limpieza manual (St) b) Chorreado abrasivo (Sa) 1.1.4.2 Especificaciones para la limpieza de superficies Una vez determinado el estado de corrosión de la superficie, debe especifícarse el procedimiento de limpieza para la eliminación de la herrumbre y de la cascarilla de laminación, según el tipo de pintura que se va a aplicar y la durabilidad que se pretende conseguir. 1.1.4.1 PROCEDIMIENTOS DE LIMPIEZA SUPERFICIAL a) Limpieza manual (St)

Se denomina limpieza manual aquella que se realiza mediante el empleo de herramientas accionadas manualmente, o bien mediante motores eléctricos o neumáticos. Además de ser útiles para la reparación de los defectos superficiales del acero o de los que se hayan podido producir durante la construcción, estas herramientas sirven para la eliminación de costras de herrumbre, depósitos de óxido, pintura vieja mal adherida, sedimentos de suciedad, etc.

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aunque ninguno de ellos es capaz de eliminar la cascarilla de laminación o calamina en su totalidad. Sirven para eliminar los fragmentos de calamina ya medio desprendidos, pero son ineficaces ante la calamina bien adherida. En general, puede decirse que el grado de limpieza obtenido con este tipo de herramientas es más bajo que el que se consigue con el procedimiento de chorreado abrasivo, pero puede ser suficiente para según qué tipos de recubrimientos y, a menudo, constituyen la única alternativa, cuando es imposible chorrear por motivos de seguridad, de contaminación, de protección de maquinaria colindante o simplemente por razones económicas, circunstancias que suelen darse especialmente en trabajos de mantenimiento. El resultado obtenido con una limpieza manual concienzuda es radicalmente distinto según haya calamina presente sobre la superficie o no. Si hay calamina, por muy bien que se limpie la superficie siempre quedarán restos de ella adheridos al acero, que provocarán fallos prematuros del sistema protector. En cambio, si no hay calamina, combinando la limpieza manual con el uso de detergentes y agua a presión para eliminar grasas y sales, es posible alcanzar grados de limpieza suficientemente buenos como para, aplicando sistemas de pintura convenientemente seleccionados, obtener una protección eficaz y razonablemente duradera. De todas formas, si el condicionante para escoger entre una limpieza de este tipo o un chorreado abrasivo es únicamente económico, es recomendable evaluar bien el coste de ambos procedimientos, ya que a menudo, según la forma, estado y dimensiones de la estructura a limpiar, la limpieza manual no es más barata que el chorreado. Hay que tener en cuenta que la limpieza manual es muy lenta y cansada para el operario, y aunque se puede ganar bastante en rapidez usando herramientas accionadas mecánica o neumáticamente, el procedimiento sigue siendo lento y cansado. Los tipos de herramientas más comúnmente utilizados son: Cepillos, rasquetas, cinceles, cinceles de agujas, piquetas y martillos neumáticos, lijadoras y amoladoras. b) Chorreado abrasivo (Sa) El chorreado abrasivo es, con mucho, el mejor método para la limpieza de grandes superficies de acero que no se pueden tratar en cadena ni en baños de decapado. Este método puede usarse tanto en campo, al aire libre, como en el interior de recintos. El chorreado abrasivo consiste en la proyección de partículas de material abrasivo a alta velocidad y con una elevada energía cinética contra las superficies de acero a limpiar. El impacto de las partículas de abrasivo contra la superficie provoca el desprendimiento de los contaminantes superficiales adheridos al metal, arrancando la cascarilla de laminación, la herrumbre, los contaminantes ambientales, etc., y dejando una superficie limpia y con una cierta rugosidad superficial que siempre favorece al anclaje posterior de las capas de pintura. El chorreado abrasivo limpia el metal de contaminantes superficiales, y además modifica su superficie, creando una cierta rugosidad, según el tipo de abrasivo y velocidad de proyección del mismo. Los tipos de abrasivo más utilizados son:

- La arena silícea o de cuarzo y el pedernal molido. Son abrasivos naturales, baratos y eficaces, pero producen gran cantidad de polvo por ser de partícula muy quebradiza y no pueden ser recirculados ni reutilizados. - Los abrasivos metálicos, especialmente la granalla esférica y la angular. Son eficaces, duros y no producen polvo. Son caros, pero pueden recircularse gran número de veces, ya que sus partículas no son quebradizas, aunque en el caso de la granalla angular, se van redondeando por el uso. Deben ser almacenadas adecuadamente para que no se oxiden. - Las escorias de cobre, de níquel, de calderas, etc., son subproductos de las industrias mineras o eléctricas. Son muy cortantes, pero tienen un elevado coeficiente de rotura, por lo que producen polvo abundante y no pueden recircularse ni reutilizarse.

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- Los abrasivos sintéticos, como el óxido de aluminio (corindón) y el carburo de silicio, no son metálicos, pero tienen propiedades similares a ellos, con la ventaja de que no se oxidan. Son muy duros, muy cortantes y producen poco polvo, y aunque son caros, pueden recircularse. Medios de proyección del abrasivo: 1. Chorreado seco: Es la modalidad más practicada en trabajos en campo al aire libre. Una superficie recién chorreada es muy sensible a la corrosión, especialmente en ambientes húmedos fuertemente contaminados. Por este motivo, es conveniente aplicar la primera capa de imprimación anticorrosiva lo antes posible a fin de evitar que la superficie empiece a reoxidarse. El intervalo de que se dispone suele ser de 4 a 6 horas, en ambientes húmedos de contaminación fuerte o moderada y hasta 8-10 horas en ambientes más secos y menos contaminados 2. Chorreado con agua y abrasivo, o con agua sola: El chorreado con abrasivo y agua se denomina también “chorro húmedo” y consiste básicamente en adicionar agua dulce a la corriente de aire y abrasivo que se impulsa a través de la boquilla, pudiendo incluso llegar a sustituir completamente el aire por el agua.

Las ventajas principales del chorro húmedo son: a. Minimiza o elimina la producción de polvo y la subsiguiente contaminación ambiental del chorro seco. b. Evita la formación de las chispas al impactar el abrasivo con la superficie del acero, y que pueden ser muy peligrosas en ciertas instalaciones con elementos inflamables, donde debe prohibirse el uso del chorro seco. Deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones: a. El agua que se emplee debe ser dulce ( con un mínimo contenido en sales) y lo más limpia posible y, desde luego, debe ser dulce, con un mínimo contenido en sales. Cualquier tipo de contaminante presente en el agua puede reaccionar con el acero y perjudicar la adherencia posterior de la pintura. b. Tras realizar el chorreado húmedo con abrasivo queda sobre la superficie una ligera capa de barro constituido por una mezcla de polvo de abrasivo y contaminantes (calamina, herrumbre, etc), que se adhiere fuertemente al acero debido al propio impacto del chorro y a la rugosidad de la superficie, de tal manera que si este barrillo se deja secar, adquiere tal consistencia que el único método para eliminarlo consiste en volver a chorrear. Por tanto, es de gran importancia que, lo más pronto posible después de chorrear y antes de que el barrillo se seque, se proceda a su eliminación mediante un chorro de agua a alta presión (por encima de 200 bar). c. Una vez chorreado y eliminado el barrillo, la superficie queda completamente mojada, por lo que tiene una gran tendencia a reoxidarse rápidamente. Para evitar o retrasar esta rápida oxidación. pueden utilizarse inhibidores de corrosión incorporados al agua del chorro o de la limpieza posterior, o bien pueden aplicarse pinturas compatibles con superficies húmedas, antes de que éstas sequen completamente. d. La rugosidad superficial obtenida mediante chorro húmedo, especialmente la modalidad de chorreado con agua", acostumbra a ser inferior (a veces

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considerablemente inferior) a la obtenida con chorro seco, lo cual debe tenerse en cuenta de cara a la aplicación de determinados tipos de recubrimientos. El chorro con agua sola a alta presión no confiere rugosidad alguna al acero, que queda con el perfil original. e El abrasivo debe seleccionarse cuidadosamente en cuanto a su granulometría y limpieza. Su contenido en sales solubles puede ser más perjudicial que en el chorro seco por disolverse en el agua de proyección y dejar superficies salobres que requerirán una limpieza posterior más exhaustiva, al tener que eliminar no sólo el barrillo, sino también estas sales. Por otro lado, es importante la ausencia de polvo y partículas excesivamente pequeñas que con el agua podrían producir aglomerados, que son ineficaces de cara a la limpieza y podrían obturar las boquillas. Inhibidores de corrosión en el chorreado húmedo: Los inhibidores de oxidación son productos químicos cuya misión es evitar la reoxidación del acero recién chorreado y húmedo. Pueden utilizarse en la mezcla abrasivo- agua, en el agua de limpieza a presión, o en la de eliminación del barrillo. Los inhibidores normalmente usados son cromatos, nitritos, fosfatos, benzoatos, aminas, etc. Todos ellos son solubles en agua, y su mecanismo de actuación depende de la familia química a la que pertenezcan, aunque básicamente actúan por pasivación química de la superficie, reaccionando con el acero y formando compuestos que protegen al metal base durante un período limitado de tiempo. El problema derivado del empleo de estos compuestos es su permanencia sobre la superficie en el momento de pintar. Rara vez la totalidad del inhibidor empleado reaccionará con el acero, y en la mayoría de los casos quedarán residuos de inhibidor no reaccionado, que pueden actuar en detrimento de la adherencia de la pintura que se aplique encima, e incluso inducir la formación de ampollas por ósmosis. Por este motivo no deben usarse inhibidores en superficies que vayan a estar sumergidas o enterradas. Se podría intentar minimizar el problema a base de incorporar inhibidor sólo al agua de chorreado y eliminar el barrillo con agua sin inhibidor, a fin de eliminar los residuos del mismo, pero entonces no se daría tiempo al inhibidor a reaccionar, con lo que su eficacia sería muy escasa. En conclusión, es preferible utilizar productos alcalinos volátiles, básicamente aminas o derivados que, una vez en contacto con la superficie del acero, alcalinizan su superficie protegiéndola contra la corrosión, y van evaporándose lentamente hasta desaparecer completamente, en cuyo momento el acero vuelve a quedar sensible a la corrosión, pero entonces normalmente ya ha secado y se dispone de un mayor margen de tiempo para la aplicación de la primera capa de pintura. Aunque una superficie se trate con inhibidor no es de esperar que se mantenga en el mismo grado de limpieza al secar. Por tanto el grado inicial de limpieza a conseguir debe ser superior al especificado. Así, un grado similar al Sa 2 ½ puede alcanzarse chorreando al grado Sa3. Imprimaciones tolerantes con la humedad: En el pintado de superficies chorreadas con agua y abrasivo o con agua sola, es aconsejable el empleo de imprimaciones anticorrosivas que toleren cierta humedad residual sobre la superficie, pudiendo en ciertas condiciones obviar el uso de inhibidores con la utilización de estos productos, que suelen ser de naturaleza epoxy.

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1.1.4.2 ESPECIFICACIONES PARA LA LIMPIEZA DE SUPERFICIES

1) Especificación del grado de Limpieza superficial (Norma ISO 8501.1) 2) Especificación de la Rugosidad superficial 3) Especificaciones para los equipos de limpieza de superficies 4) Especificaciones para el abrasivo 5) Inhibidores de corrosión 6) Otras consideraciones a tener en cuenta en la preparación de superficies: 1) Especificación del grado de Limpieza superficial (Norma ISO 8501.1)

Lo más conveniente es hacer uso de las normas existentes sobre preparación de superficies. La norma más práctica y utilizada en Europa es la ISO 8501.1, en la cual se definen diferentes procedimientos de limpieza superficial, acompañados por unos patrones fotográficos que resultan de gran ayuda si se desea efectuar comprobaciones. En la norma ISO 8501.1 se especifican los siguientes procedimientos de limpieza: - Procedimientos de limpieza manual y mecánica (St): Los grados de limpieza habitualmetne exigidos son St2 y St3.

- Procedimientos de limpieza por chorreado abrasivo (Sa). Los grados de limpieza habitualmetne exigidos en el chorreado abrasivo son Sa2, Sa2'/2 y Sa3. - Limpieza a la llama o flameado (Fl). El flameado se utiliza muy poco en la práctica de campo.

La definición de los grados de limpieza de superficies usualmente recomendados en las normas ISO y SIS se exponen en la tabla siguiente, en la que también se indican las equivalencias con las normas SSPC (americana) y BS (inglesa).

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Notas: - Cuando el acero ha sido laminado en caliente y se encuentra en estado A o B de la norma ISO 850 1. 1, habrá cascarilla de laminación en el estado A, y cascarilla y herrumbre en el estado B. - El único método eficaz para eliminar la cascarilla de laminación la constituye el chorreado abrasivo.

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- Si el acero se encuentra en los estados C o D de la mencionada norma, o bien si se trata de acero laminado en frío que está oxidado, sólo habrá herrumbre. 2) Especificación de la Rugosidad superficial

Una cierta rugosidad superficial es conveniente para mejorar la adherencia de la pintura. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que una rugosidad excesiva, además de provocar un consumo extra de pintura, puede provocar un efecto negativo sobre la duración del recubrimiento por quedar los picos y crestas cubiertos con un espesor de pintura insuficiente, causando la aparición de puntos de corrosión prematuros. Cuando se efectúa un chorreado abrasivo, especialmente en seco, la superficie del acero adquiere una cierta rugosidad, normalmente suficiente en condiciones habituales de trabajo para la mayoría de recubrimientos a aplicar. Por tanto, en muchas ocasiones no será necesario especificar la rugosidad a obtener, aunque siempre convendría señalar unos límites máximos y mínimos Sin embargo, ciertos tipos de pinturas como los silicatos ricos en cinc o ciertos recubrimientos epoxy de alto espesor, requieren un grado mínimo de rugosidad, que debe ser especificado. Dado que los parámetros de rugosidad media (Ra ) y rugosidad máxima (Rz) son difíciles de definir e imposibles de medir en la práctica, lo mejor es hacer referencia a patrones visuales y táctiles como el Rugotest Nº 3, el Keane-Tator Comparator o el ISO Comparator, escogiendo el grado de rugosidad indicado para la pintura (por ejemplo grado BN10a del Rugotest Nº3 ) 3) Especificaciones para los equipos de limpieza de superficies

Normalmente estos equipos son competencia del aplicador, aunque no está de más incluir en la especificación algunos comentarios, como por ejemplo: - Que los instrumentos manuales o mecánicos (rasquetas, cepillos, muelas, etc.) sean de material antideflagrante si es peligroso que se produzcan chispas en la zona. - Que los compresores utilizados para el chorreado abrasivo sean de potencia y caudal suficientes y vayan provistos de los separadores adecuados de aceite y humedad para evitar que el abrasivo se contamine. - Que en el caso de emplear chorro mixto de agua y abrasivo, el agua sea dulce y no esté contaminada ni sea excesivamente calcárea. En el caso de chorro mixto de agua y abrasivo, especificar el tipo de inhibidor a emplear y en qué proporción. 4) Especificaciones para el abrasivo En cuanto al abrasivo a utilizar, conviene especificar:

- Tipo de abrasivo a emplear: arena, escoria de cobre, corindón o granalla metálica esférica o angular (estos dos últimos tipos sólo en instalaciones cerradas con recuperación de granalla). - Granulometría del abrasivo, factor importante a la hora de obtener el grado de rugosidad deseado. - Limpieza del abrasivo, especialmente arena y escoria, debiendo estar libres de polvo y sales solubles, indicando incluso algún ensayo para control. - En el caso de arena, insistir en que debe ser silícea (no admitir la calcárea). - Remarcar que los abrasivos de un sólo uso (arena, escoria, corindón), no deben reutilizarse.

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5) Inhibidores de corrosión

El acero que ha sido limpiado con chorro abrasivo húmedo o con chorro de agua a alta presión, presenta una oxidación inmediata al secarse a menos que se le añada un inhibidor al agua del chorro. Estos inhibidores se inyectan por lo general en la boquilla de chorreado, o bien se disuelven en el agua de limpieza de restos de abrasivo. Los inhibidores más utilizados son los dicromatos y fósfatos de sodio o de potasio, aunque existen otros compuestos químicos que realizan también esta función. Se mezclan o disuelven bien en agua y retardan la aparición de signos de oxidación hasta la aplicación. de la imprimación. Cuando estas disoluciones secan dejan depositadas las sales que llevan disueltas, originando a veces problemas de adherencia de los sistemas de pintura. Debe comprobarse que el sistema de pintura, y especialmente la imprimación es compatible con el inhibidor que vaya a utilizarse. 6) Otras consideraciones a tener en cuenta en la preparación de superficies:

Deben incluirse también las siguientes especificaciones: - Si se usa chorro mixto de agua y abrasivo, debe lavarse la superficie con agua dulce y limpia a presión, inmediatamente después del chorreado, para eliminar el barrillo formado de restos de abrasivo, herrumbre, cascarilla de laminación y polvo, que si se deja secar forma una capa dura y bien adherida al acero, muy difícil de eliminar. Es conveniente indicar si procede añadir inhibidor al agua de lavado, qué tipo de inhibidor y en que proporción. - Retirar el abrasivo utilizado de la zona de trabajo a medida que va avanzando el trabajo. - Responsabilidad de separar e identificar los posibles residuos peligrosos, para su entrega a un gestor de residuos autorizado, especialmente en el caso de la eliminación de un sistema viejo de pintura, donde con toda probabilidad habrá un cierto contenido de plomo. - Elimiación del polvo de la superficie chorreada antes de empezar a pintar. El método más adecuado es mediante el empleo de aspiradores, aunque puede aceptarse también el soplado con aire a presión limpio y seco. - En todos los casos, excepto cuando se utilicen imprimaciones tolerantes con la humedad, debe indicarse que la superficie tiene que estar completamente seca antes de pintar. 1.1.5 Recomendaciones Generales sobre el tipo de pintura a aplicar según el estado inicial del acero y el tratamiento de preparación realizado 1.

Si se trata de acero nuevo, en estado A o B, o incluso si está en estado C, en el que pueden repararse todos los defectos mecánicos y chorrearse al grado Sa 2 ½ , se podrá aplicar sobre él cualquier tipo de pintura, incluyendo los silicatos ricos en cinc, que son los productos más delicados en este sentido. En algunos casos excepcionales, como p.ej. en el interior de depósitos en los que haya que almacenar cierto tipo de productos, puede ser necesario chorrear al grado Sa3.

2.

Hay que tener en cuenta que ciertos productos, como los silicatos ricos en cinc, requieren un grado de rugosidad mínimo, que se hace constar normalmente en la ficha técnica o en las instrucciones de aplicación.

3.

Cuando el acero se encuentra en estado D, es decir, fuertemente oxidado y con picaduras, especíalmente si no se puede chorrear, hay que limitarse a la aplicación de productos que tengan una buena facilidad de humectación y buena adherencia al acero, como los alquídicos largos en aceite, ciertos tipos de clorocauchos modificados y pigmentados con pigmentos adecuados, epoxys de bajo peso molecular y baja viscosidad, pero no es

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recomendable la aplicación de recubrimientos de poca humectación, como p.ej. los epoxys y poliuretanos de muy alto contenido en sólidos y poca fluidez o los silicatos ricos en cinc. 4.

En cuanto al grado de preparación de superficies, hay que tener en cuenta que sólo el chorreado abrasivo es capaz de eliminar eficazmente la cascarilla de laminación en superficies de acero en estado A o B. Por lo tanto, si se va a realizar una limpieza de tipo mecánico o manual a los grados St 2 ó St 3, quedarán fragmentos de cascarilla de laminación pegados al acero, que provocarán el fallo prematuro del recubrimiento. Cuando el acero no tiene cascarilla de laminación (estados C o D), no existe este problema, aunque en el acero en estado D quedarán picaduras que no se habrán podido limpiar eficazmente, si no se chorrea con abrasivo fino.

5.

Cuando no se puede chorrear y únicamente van a emplearse sistemas manuales o mecánicos de limpieza (cepillado, rascado, lijado, etc.), hay que olvidarse de sistemas a base de capas gruesas o bien de pinturas de poca capacidad de humectación. En estos casos, lo mejor es recurrir a pinturas alquídicas largas en aceite, epoxiésters, clorocauchos modificados o epoxys de baja viscosidad, por lo menos en lo que se refiere a las capas de imprimación en contacto con el acero. ESTADOS INICIALES DEL ACERO Y EFECTOS DE LA LIMPIEZA

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GRADO MÍNIMO DE PREPARACIÓN DE SUPERFICIES PARA DIFERENTES TIPOS DE RECUBRIMIENTOS

Las indicaciones anteriores son de tipo general, existiendo en el mercado productos específicos que pueden aplicarse con preparaciones inferiores a las indicadas en el cuadro, como por ejemplo ciertos productos epoxy para mantenimiento o repintado, normalmente pigmentados con aluminio, que pueden aplicarse sobre superficies preparadas al grado St2.

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1.2) PREPARACIÓN SECUNDARIA DE SUPERFICIES 1.2.1. Preparación de superficies tras el montaje.

En muchos casos, una vez preparado convenientemente el acero ( preparación primaria según el apartado 2.1 visto anteriormente), se aplica un shopprimer o un holding primer, o las capas de imprimación contempladas en el esquema general de pintado, a los diversos elementos de una construcción, que después pasan a la fase de montaje. Durante el montaje se producen soldaduras, quemaduras, daños de la pintura por abrasión o impactos, acumulación de aceite, grasa, suciedad o polvo, corrosiones localizadas, etc., que hay que volver a tratar adecuadamente, siendo esta operación la que se conoce con el nombre de preparación de superficies secundaria. Hay que incluir todos estos pormenores en la especificación de pintado, indicando: - Que hay que eliminar la suciedad, la grasa y el polvo acumulados con detergentes y posterior lavado con agua dulce. - Que hay que limpiar los cordones de soldadura, las quemaduras y las corrosiones localizadas y por qué método (manual, mecánico o chorreado abrasivo). - Que la superficie debe quedar perfectamente limpia y seca antes de empezar a pintar. - Con qué pintura hay que proteger los cordones de soldadura y las zonas corroídas o quemadas una vez limpias, para evitar su reoxidación prematura y cómo hay que aplicarla. - Precauciones a tomar para no dañar el resto de superficies en buen estado ni los posibles motores, bombas, válvulas y otros elementos que pudieran encontrarse en zonas contiguas. Debe hacerse especial hincapié en la eliminación de la grasa, suciedad, sales y contaminantes que se hayan podido depositar sobre la superficie del shopprimer durante la construcción y el montaje, así como en la preparación adecuada por redondeado o aplanado seguido de chorreado abrasivo o cepillado de las soldaduras, quemaduras, proyecciones de soldadura, biselado de cantos y aristas vivas, etc. Una vez realizada la preparación secundaria, se procede a la aplicación completa del esquema de pintado si se ha usado un shopprimer o un holding primer, o el resto del esquema si se han aplicado previamente las capas de imprimación. En la mayoría de ocasiones el sistema final de pintura se aplica directamente sobre la superficie del shopprimer convenientemente limpia y preparada, pero para ciertos tipos de pinturas (p. ej. silicatos de cinc), debe eliminarse el shopprimer chorreando de nuevo la superficie. Cuando se evalúa el grado de limpieza de una superficie chorreada que había estado recubierta de shopprimer y se compara con los patrones de la norma ISO 8501-1, debe tenerse en cuenta que el shopprimer, sobre todo si estaba pigmentado con óxido de hierro rojo, deja un tinte en el acero que es imposible de eliminar y que es completamente aceptable, siempre que se trate de sombras y no de partículas de shopprimer. En general es más difícil eliminar el shopprimer que la calamina o la herrumbre, por lo que el chorreado de superficies shopprimadas suele ser una operación lenta y costosa.

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1.2.2. Preparación de superficies previamente pintadas en operaciones de mantenimiento.

Lo usual es efectuar una limpieza general por los procedimientos descritos, seguida de una preparación de las zonas oxidadas y/o con pintura en mal estado, según la siguiente secuencia, resultando válidas todas las observaciones y comentarios realizados al tratar de acero no pintado. - Desengrasado con detergentes y lavado con agua dulce de toda la superficie, si se va a pintar entera, o de las zonas a pintar si únicamente se van a tratar las áreas en mal estado. - Eliminación de la pintura en mal estado o medio desprendida, así como limpieza de las superficies de acero corroídas, por medios mecánicos (cepillado, rascado, etc.) o chorreado abrasivo en seco o húmedo, teniendo en cuenta todas las consideraciones hechas anteriormente para estas operaciones. - Biselado de los bordes de la pintura en buen estado para facilitar la adherencia y evitar cambios bruscos de nivel. - En ocasiones puede ser necesario matar el brillo o dar cierta rugosidad a la pintura en buen estado para garantizar la adherencia de las capas de pintura que se apliquen encima. Ello puede conseguirse por lijado manual o mecánico con herramientas neumáticas, o bien por chorreado abrasivo ligero, a baja presión y con abrasivo fino, en seco o en húmedo, operación a veces más rápida que el lijado. - En general, no se recomienda eliminar la pintura en buen estado, pero si se debe hacer, el único medio eficaz para superficies medianas o grandes es el chorreado abrasivo, aunque la operación es lenta y difícil, especialmente en el caso de gruesas capas de pinturas de gran dureza y tenacidad (p. ej. epoxy), debiendo emplearse presión elevada y abrasivo muy duro y de partícula gruesa. El empleo de quitapinturas o decapantes de acción química queda restringido a superficies pequeñas y en el caso de las pinturas de alta resistencia química (epoxy y poliuretano), pueden ser ineficaces o requerir varias aplicaciones sucesivas. Después del empleo de un quitapintura o un decapante químico debe limpiarse a fondo la superficie con agua dulce para eliminar los residuos del producto empleado.

2) PINTURA Es preciso concretar los siguientes puntos:

1. Tipo de pintura y capas se han de aplicar 2. Espesor de película seca de cada capa. 3. Espesor total del esquema o sistema. 4. Medios de aplicación 5. Especificaciones para la aplicación de la aplicación del sistema de pintura Los puntos anteriores se abordan en los siguientes apartados: 2.1) SISTEMAS DE PINTURA: CONCEPTOS BÁSICOS 2.2) ELECCIÓN DEL TIPO DE PINTURA 2.3) COMPATIBILIDAD DE LAS PINTURAS UTILIZADAS EN DISTINTAS CAPAS 2.4) ESPESOR DE LAS CAPAS. 2.5) CADENCIA DE APLICACIÓN DE LAS SUCESIVAS CAPAS 2.6) ESPECIFICACIONES PARA LA APLICACIÓN DEL SISTEMA DE PINTURAS 2.7) MEDIOS DE APLICACIÓN. ESPECIFICACIONES.

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2.1) SISTEMAS DE PINTURA: CONCEPTOS BÁSICOS Se habla de sistema de pintura porque generalmente no suele emplearse una sola capa de pintura para conseguir la protección eficaz del acero contra la corrosión, sino varias capas y de distinta composición. La definición del sistema de pintura consistirá en indicar las capas a aplicar, indicando su naturaleza, espesor, medios de aplicación y otros aspectos complementarios Un sistema de pintura suele estar formado por pinturas de una misma familia química (alquídicas, epoxi, etc) pero con distinta estructura o composición de su fórmula, según vaya a ser el papel que ha de jugar cada capa para que el conjunto del sistema sea lo más eficaz y duradero posible. El sistema también puede ser mixto, para combinar las mejores propiedades de cada tipo de ligante en unas capas u otras. En general, un sistema de pintura está constituido por las siguientes capas: 1. Imprimación (“primer”) 2. Capas intermedias o de fondo 3. Capas de acabado, denominadas a menudo terminaciones o esmaltes. 1. Imprimación ( “primer”) La imprimación es una capa de bajo espesor, en contacto directo con la superficie metálica cuyas funciones principales son las de asegurar una buena adherencia entre la pintura intermedia y el substrato que se desea proteger y retardar la corrosión de éste. Por tanto, la pintura de impirmación posee una importancia primordial dentro del sistema de pintura con vistas a que se cumpla la función de protección del metal. 2. Capas intermedias. Cuando se aplican, pues no siempre es necesario, poseen altas relaciones pigmento/vehículo. Sus misiones principales son las de adherirse fuertemente a la capa de imprimación, dotar de espesor al sistema y suministrar una buena superficie para su unión con la pintura de acabado. No es necesario que sean particularmente resistentes al medio ambiente en que va a estar expuesto el sistema. 3. Capas de acabado. La pintura de acabado debe tener como característica fundamental la de poseer una excelente reistencia al ambiente exterior. Desde un punto de vista decorativo es deseable que sus propiedades de retención del color y brillo se conserven el mayor tiempo posible.

El uso de diferentes colores para cada capa permite hacer un fácil seguimiento visual del progreso de la aplicación de cada una de ellas.

2.2) ELECCIÓN DEL TIPO DE PINTURA Los factores principales a considerar para la elección del tipo de recubrimiento o pintura a utilizar son los siguientes: 1) El ambiente 2) La durabilidad esperada 3) Las posibilidades de mantenimiento posterior 4) El coste global

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1) El AMBIENTE

La necesidad de protección de una superficie de acero está en función directa de la agresividad del ambiente a que va a estar expuesta. Consideramos los siguientes casos: 1.a) Estructuras en ambientes atmosféricos 1.b) Estructuras en inmersión o enterradas 1.a) Estructuras en ambientes atmosféricos

Desde el punto de vista de su agresividad, los ambientes atmosféricos se pueden clasificar como: a) Ambientes suaves. Son los de muy baja agresividad. Como ejemplos pueden citarse todos los interiores de naves de almacenes o naves industriales sin vapores de productos químicos agresivos, zonas rurales con baja o nula contaminación atmosférica y/o baja humedad, etc. b) Ambientes medios. Son aquellos que muestran una agresividad moderada frente al acero. Pueden incluirse aquí los interiores de naves con condensaciones de humedad, las zonas rurales próximas a la costa o con muy alta humedad y las zonas urbanas sin polución industrial añadida, en ciudades de tipo medio lejos de la costa. c) Ambientes agresivos. Son aquellos considerados francamente agresivos para el acero por su contenido en humedad y productos contaminantes, como por ejemplo el interior de naves industriales con elevada humedad y emanación de vapores corrosivos, zonas costeras de cualquier naturaleza, ciudades grandes fuertemente polucionadas y/o situadas en zonas costeras y zonas industriales en general. d) Ambientes muy agresivos. Son aquellos que provocan una rápida e intensa corrosión del acero, como por ejemplo las zonas industriales que tienen industrias que emiten emanaciones de tipo ácido y las que se encuentran en zonas costeras donde se conjugan la corrosión del ambiente marino con la producida por la contaminación industrial. En la norma ISO 12944-2, se clasifican los ambientes atmosféricos en 6 categorías según la corrosión sufrida por la probetas mencionadas antes. Y establece ademas, 3 categorías para las sumergidas o enterradas. Las categorías que cita la norma ISO 12944-2, para la corrosividad atmosférica son: Categoría Corrosividad Muy baja C1 Baja C2 Media C3 Alta C4 Muy alta (Industrial) C5-I Muy alta (Marino) C5-M

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En el cuadro siguiente se ofrece una orientación general sobre la idoneidad del uso de los tipos más comunes de sistemas de pinturas para la protección del acero estructural en los diferentes ambientes atmosféricos. Se ha excluído de esta tabla la categoría C1, pues por su muy baja corrosividad importan más las prestaciones estéticas de las pinturas que su protección anticorrosiva.

IDONEIDAD DE DIFERENTES TIPOS DE PINTURAS A LOS AMBIENTES AGRESIVOS

En el cuadro anterior se ha de entender: A: Adecuado, (A): Adecuado, con reservas, NR No recomendable, No aplicable Más adelante se amplia esta información con unas tablas en las que se califican comparativamente algunos de los esquemas de pintado más típicos y su durabilidad en diferentes condiciones. Las pinturas bituminosas y las de brea-epoxy tienen una marcada tendencia a degradarse por la radiación ultravioleta de la luz, por lo que acostumbran a aplicarse únicamente en inmersión o en estructuras enterradas, mientras que los silicatos de cinc acostumbran a emplearse siempre recubiertos por su sensibilidad a los productos ácidos y alcalinos, que los atacan rápida e intensamente.

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1.b) Estructuras en inmersión o enterradas

La inmersión puede ser en aguas dulces (lagos, ríos, pantanos) o en agua de mar, pero en ambos casos la problemática es similar. La superficie de acero pintada estará en contacto con agua que contiene oxígeno, microorganismos y un cierto contenido en sales de naturaleza diversa. Todo ello hace que el agua natural sea un medio fuertemente corrosivo, especialmente el agua de mar, por su mayor contenido en sales. Para proteger superficies en imnersión acuosa, deben utilizarse únicamente pinturas que reúnan las siguientes características: - Alto grado de impermeabilidad. - Hidrófobas, si es posible. - No degradables químicamente por el agua ni las sales. - Que no contengan substancias hidrosolubles que puedan provocar ampollamientos por ósmosis. Por todo ello quedan automáticarnente descartadas las pinturas alquídicas y de epoxiéster, que son saponíficables en inmersión acuosa, así como todas aquellas imprimaciones que contengan pigmentos inhibidores de la corrosión, todos ellos parcialmente hidrosolubles, y las imprimaciones ricas en cinc, por la reactividad de este metal frente al agua. Por lo tanto, sólo pueden utilizarse en inmersión pinturas de clorocaucho, acrílicas, vinílicas y epoxy pigrnentadas con productos químicamente inertes. Las pinturas que mejor funcionan son las de brea-epoxy y las breas-vinílicas, por el efecto hidrófobo de la brea. El uso de los poliuretanos en inmersión es un punto de controversia, ya que existe diversidad de criterios al respecto. La problemática de las superficies de acero enterradas es muy similar a la inmersión, ya que los terrenos acostumbran a tener un abundante contenido en humedad y sales solubles, siendo en ocasiones ácidos o alcalinos, por lo que se acostumbran a emplear los mismos tipos de recubrimientos que para inmersión. En las estructuras sumergidas en agua o enterradas en el suelo, la corrosión es normalmente local. En la norma ISO 12944-2 se definen tres ambientes diferentes, con sus designaciones numéricas para señalarlos. CATEGORÍAS DE AMBIENTES PARA ESTRUCTURAS SUMERGIDAS O ENTERRADAS

2) LA DURABILIDAD ESPERADA

Se entiende por durabilidad del sistema pintado su capacidad de protección anticorrosiva del acero, hasta su primer repintado general de mantenimiento previsto. Para definir este parámetro, es decir para identificar cuando se ha llegado a un punto de deterioro que aconseja realizar un repintado de mantenimiento y reparacion, se acostumbra a usar como referencia la Escala Europea de Grados de Corrosión, tomándose como límites de aceptación los grados Re1 ó Re2.

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Existen ensayos de corrosión acelerada, como por ejemplo el de niebla salina, que pueden utilizarse como evaluación de la durabilidad de un esquema o sistema de pintura, pero sólo tienen valor comparativo entre los sistemas que se ensayan simultáneamente, no permitiendo realizar extrapolaciones ni equivalencias en cuanto a la durabilidad en ambientes reales. Por otra parte, el microambiente que se crea en el interior de estas cámaras de ensayo, a menudo no tiene nada que ver con los que suelen encontrarse en la práctica. Es difícil predecir de forma exacta la durabilidad de un trabajo de pintado, pero se suele referirse a ella utilizando tres rangos generales de duración: - Baja: 2 a 5 años - Media: 5 a 15 años - Alta: más de 15 años A veces suelen matizarse estos márgenes generales asignándoles un cierto número de años de duración más concretos, sólamente para indicar de forma orientativa las mejores prestaciones anticorrosivas de unos sistemas respecto a otros que se consideran ligeramente menores o mayores. La durabilidad de un sistema de pintura depende fundamentalrnente de los siguientes factores: -

La preparación de superficie La calidad intrínseca de la propia pintura El espesor global aplicado La buena aplicación de las pinturas La agresividad del medio ambiente

La preparación de superficie es de primordial importancia en la durabilidad de un sistema de pintado. El grado de limpieza es determinante en este sentido, habiéndose constatado estadísticamente en la práctica que un esquema de pintura de buena calidad aplicado sobre una superficie chorreada al grado Sa2 ½ tiene una duración de 3 a 4 veces superior que si se aplica sobre acero sólo cepillado al grado St3, en las mismas condiciones ambientales. Si se realiza una buena limpieza, p.ej. al grado Sa2 ½ , y la aplicación es correcta en cuanto a espesores, intervalos de repintado, ausencia de poros, etc., entonces la durabilidad de un sistema depende de su propia calidad intrínseca, del espesor al que haya sido aplicado y de la agresividad del medio ambiente. Para dar una idea aproximada de las durabilidades que se pueden esperar de un esquema de pintado, se mencionan a continuación algunos de los más significativos, expuestos en ambientes agresivos, pero no muy agresivos. En condiciones de mayor agresividad, la durabilidad será menor y al revés, será mayor para ambientes más suaves.

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DURABILIDAD APROXIMADA DE SISTEMAS TÍPICOS EN AMBIENTES AGRESIVOS DE CATEGORÍA C3

Para mostrar las diferentes prestaciones que puede dar un mismo sistema de pintado en diferentes tipos de ambientes y según sea el grosor de la película seca total aplicada, se muestran las los datos de las tablas siguientes; la primera para un sistema alquídico (en el que incluso se ve la influencia de la preparación de superficie) y la segunda para un sistema epoxi. DURABILIDAD DE UN SISTEMA ALQUÍDICO SEGÚN SU GROSOR

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DURABILIDAD DE UN SISTEMA EPOXI SEGÚN GROSOR E IMPRIMACIÓN

En la Parte 5 de la norma ISO 12944, se presentan, como Anexo informativo, unas tablas muy completas, una para cada categoría de los ambientes agresivos definidos anteriormente, C2, C3, C4, C5-l y C5-M, ImI, Im2, Im3, con multitud de combinaciones de sistemas de pinturas que pueden utilizarse en esas circunstancias y con indicación de la durabilidad prevista. 3) POSIBILIDAD DE MANTENIMIENTO POSTERIOR

Si la estructura tiene fácil accesibilidad será factible pensar en un mantenimiento periódico posterior. Pueden entonces aplicarse esquemas de durabilidad media, contando con esta posibilidad. Si el acceso a la estructura a proteger es de difícil acceso, lo aconsejable es recurrir a sistemas de elevada durabilidad, que no precisen mantenimiento durante un largo período de tiempo. 4) EL COSTE GLOBAL

El coste suele ser un factor importante a la hora de seleccionar un determinado esquema protector, pero debe tenerse presente que a menudo el factor que menos incide en el coste total es el precio de la pintura. Además, hay que tener en cuenta que por lo que hace referencia al precio de la pintura, el precio por litro o por kilo de producto no tiene demasiado significado. Lo que importa es el precio por metro cuadrado aplicado a un espesor determinado. El concepto de coste global, debe ser relacionarlo con la duración del sistema de pinturas aplicado, medida en años de servicio útil, por lo que el coste real será el precio por metro cuadrado aplicado dividido por los años de vida útil previstos. A partir del precio por litro de la pintura, puede calcularse fácilmente el precio por metro cuadrado aplicado a un espesor determinado, partiendo del porcentaje de material no volátil de la pintura, dato que acostumbra a figurar en las fichas técnicas de todos los fabricantes.

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El coste global de un trabajo de pintado suele estar compuesto por los costes de: 1. Montaje y desmontaje de andamios, si son necesarios 2. Transporte de materiales diversos: elementos estructurales, maquinaria de preparación y aplicación, abrasivo, etc. 3. Coste de la preparación de superficies, incluyendo el coste del abrasivo, si se chorrea. 4. Coste de la aplicación: precio /m2 por capa de pintura, multiplicado por el número total de capas. 5. Coste de la pintura 6. Coste de la inspección, si se contrata un servicio externo 7. Coste de los análisis de recepción de producto, si los hay. 8. Coste inherentes a paradas imprevistas, cambios de programación, etc. 9. Costes de las medidas de protección del medio ambiente, tanto en la preparación ccmo en el pintado. 10. Coste de la disposición de los residuos producidos.

2. 3) COMPATIBILIDAD DE LAS PINTURAS UTILIZADAS EN DISTINTAS CAPAS Puede surgir la pregunta de si se puede aplicar un tipo de pintura sobre otra pintura o imprimación ya existente. Las posibles incompatibilidades entre recubrimienots de pintura son de distinto tipo, así como los efectos adversos a que ellas conducen: ampollamientos, arrugas, levantamientos, sangrado, etc. Por ejemplo, la aplicación de un determinado tipo de pintura puede provocar el levantamiento de la imprimación sobre la que se aplica, ya que los fuertes disolventes de aquella penetran en la película de imprimación y dañan el sistema de pintura. Otro problema relacionado con los disolventes es el “sangrado” que se produce en una pintura que acaba de ser aplicada sobre otra de naturaleza asfáltica. En esta situación de pintado sobre recubrimientos bituminosos se recurre a pintuas con baja solubilidad en disolventes orgánicos o a pinturas de tipo látex.

La tabla siguiente muestra las compatibilidades entre los recubrimientos más comúnmente aplicados. La tabla sólo pretende ser una primera indicación y debe ser interpretada con sumo cuidado, debe utilizarse para la realización de trabajos de pintado de pequeña entidad, más que para confeccionar el sistema de protección anticorrosiva de una gran estructura metálica.

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Con el fin de evitar posibles problemas de compatibilidad, la experiencia ha demostrado la validez de los siguientes puntos: 1. 2. 3. 4.

Utilizar combinaciones donde no se conozcan limitaciones de compatibilidad. Utilizar pinturas de acabado pertenecientes a la misma familia. Procurar que todas las pinturas del esquema provengan del mismo fabricante de pinturas. Seguir exactamente las condiciones de aplicación que dicta el fabricante de pintura que es sin duda el que mejor conoce las particularidades de sus productos.

Si existen dudas acerca de la compatibilidad entre una pintura vieja y una pintura nueva que ha de aplicarse encima, debe realizarse un ensayo previo en una zona acotada de la estructura, a fin de comprobar que la adeherencia es buena, que la pintura nueva no provoca el levantamiento, ampollamiento o arrugamiento de la vieja, y que una vez seca la pintura nueva, el conjunto presenta la debida integridad y adherencia. Si se observa incompatibilidad, no hay más que dos opciones: o bien ensayar otro tipo e pintura para efectuar el pintado hasta dar con una que sea compatible, o bien eliminar la totalidad de la pintura vieja, aunque esté bien adherida y en buen estado, lo cual constituye una operación costosa, siendo el medio más adecuado el chorreado abrasivo. El proceso puede resultar muy lento si la película de pintura a eliminar presenta un cierto grosor y tenacidad. En superficies pequeñas, para eliminar pintura vieja pueden usarse decapantes o quitapinturas, pero es impracticable en grandes estructuras.

2.4) ESPESOR DE LAS CAPAS. El espesor de un recubrimiento orgánico es el parámetro más íntimamente relacionado con el efecto barrera que poseen las pinturas con relación al ambiente en que están expuestas. La penetración (permeabilidad) de humedad u otros agentes agresivos del medio puede reducirse notablemente mediante la aplicación de un recubrimiento con suficiente espesor, y mejor aún si éste ha sido obtenido por la aplicación de capas sucesivas de pintura. Para ejercer con eficacia la acción de barrera física un revestimiento de pintura, su espesro no debiera situarse nunca por debajo de un determinado límite, variable con el tipo de pintura, estado de la superficie, severidad de las condiciones ambientales, tiempo previsto de exposición, etc. En estudios realizados por diferentes investigadores en que se ensayaron gran número de esquemas de pintura ( con diferentes preparaciones de superficie) en diversas atmósferas, se encontraron correlaciones lineales bastante fiables entre la duración de la protección y espesor de la película, como puede apreciarse en la figura siguiente.

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VIDA MEDIA DEL RECUBRIMIENTO DE PINTURA EN FUNCIÓN DEL ESPESOR. PINTURAS AL ACEITE Y ALCÍDICAS

2.5) CADENCIA DE APLICACIÓN DE LAS SUCESIVAS CAPAS Un factor importante a tener en cuenta es si todas las capas de pintura se van a aplicar seguidas, o si se va a hacer en épocas diferentes. En muchas ocasiones se aplica una primera capa de imprimación para proteger el acero chorreado contra la corrosión (un shopprimer o un holding primer). Se termina la obra o una parte de la misma y luego se aplica el resto o una parte del esquema de pintado, dejando las capas de acabado para el final. Como ejemplo de ello, en ciertas aplicaciones, las planchas y perfiles se chorrean en una máquina granalladora automática, se les aplica un shopprimer y luego van a los talleres de montaje, donde se cortan y sueldan para construir la estructura. Una vez terminada, se aplica el esquema

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anticorrosivo completo más una capa de antiincrustante, o bien una parte del esquema anticorrosivo, o bien un holding primer y se bota. Posteriormente se sigue construyendo el resto de la estructura, se van imprimando las zonas construídas v cuando se termina todo el conjunto se aplican las capas de acabado. En otros casos, como en la construcción de estructuras, depósitos, tuberías, grúas, etc., se van construyendo elementos parciales que luego se ensamblarán para obtener la estructura final. Estos elementos se chorrean y pintan con una parte del esquema a medida que se van construyendo, luego se ensamblan y al final, después de los retoques pertinentes en soldaduras, daños, ete. se aplican las capas de acabado. En ocasiones los elementos se construyen, se chorrean y se impriman en uno o varios países, y luego se montan y se efectúa el pintado final en otro país. Incluso en los casos en que hay que pintar una obra completamente terminada, como por ejemplo un gran depósito, es necesario ir protegiendo las zonas que se chorrean cada día con un shopprirner, un holding primer o la primera capa de imprimación del esquema final, aplicando el resto cuando se ha terminado todo el trabajo de preparación de superficies. Todas estas particularidades, en cuanto a tiempos de aplicación y de espera, que podríamos llamar cadencia del pintado, hay que tenerlas en cuenta en la selección de las pinturas a emplear, especialmente por lo que hace referencia a los intervalos máximos de repintado. Las pinturas de secado físico (clorocauchos, acrílicas, vinílicas) no tienen intervalos máximos de repintado, por lo que no acostumbran a presentar problemas en este sentido, pero los recubrimientos de curado químico, como los epoxy y poliuretanos, sí acostumbran a tener intervalos máximos, transcurridos los cuales puede haber problemas de adherencia entre capas. Por ello, en los casos en que se vayan a producir lapsos importantes de tiempo en la aplicación de las sucesivas capas de un esquema, hay que seleccionar pinturas que tengan un intervalo máximo de repintado suficientemente largo.

2.6) ESPECIFICACIONES PARA LA APLICACIÓN DEL SISTEMA DE PINTURAS Los puntos de mayor importancia que se deben espeficar en relación a la aplicación del sistema de pintura son los siguientes: 1. El espesor de película seca, al cual se le aplica el calificativo de "nominal" , es decir, es el grosor a conseguir en la realidad, aunque como dato orientativo para el aplicador y el inspector puede incluirse el espesor en "húmedo" o espesor de película recién aplicada. Este dato puede calcularse fácilmente a partir del porcentaje de materia no volátil en volumen presente en la pintura, que siempre debe proporcionar el fabricante de la pintura. 2. Espesor total de película seca del esquema completo, indicando las tolerancias. Una regla que se acostumbra a emplear es la denominada "80-20". Ello significa que: - La media aritmética de las mediciones efectuadas en el área de control es igual o superior al espesor seco especificado. - Como máximo, el 20% de las mediciones está por debajo del espesor seco especificado, pero ninguna por debajo del 80% del espesor seco especificado. 3. Intervalos de repintado máximos y mínimos para cada capa de pintura, referidos a una temperatura determinada. 4. Indicar qué hacer si se sobrepasa el intervalo máximo de repintado.

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5. Diluyentes a utilizar en cada pintura y porcentaje máximo de dilución admitido, prohibiendo el uso de otros diluyentes que los recomendados por el fabricante. 6. Tiempo de secado que precisa el esquema de pintura una vez finalizada la aplicación, para desarrollar la totalidad de sus propiedades. En el caso de pinturas que forman película por reacción química y que por tanto desarrollan un proceso de curado químico después de la aplicación, es importante indicar cual es el tiempo de curado necesario para que el producto desarrolle todas sus propiedades, así como si existe una temperatura mínima de curado. Dado que el tiempo de curado depende de la temperatura, es muy conveniente incluir en la especificación una tabla de tiempos de curado en relación a la temperatura, dato que muchos fabricantes dan para sus productos en las fichas técnicas correspondientes. Es particularmente importante especificar el tiempo mínimo de puesta en servicio del recubrinriento en función de la temperatura, en el caso de superficies en inmersión, interior de depósitos y tuberías, etc. 7. También debe especificarse si hay que hacer alguna operación previa a la puesta en servicio del recubrimiento, como en el caso de depósitos para productos alimenticios (p.ej. agua potable), que deben lavarse repetidas veces con agua dulce previamente a la puesta en servicio. 8. En ciertos casos puede ser necesario especificar alguna operación de calentamiento (insuflación de aire caliente, llenado del depósito con líquido caliente, etc.) como p.ej. si se aplican recubrimientos epoxy-novolac para depósitos que deban contener productos muy agresivos, especialmente de naturaleza ácida. Ello debe hacerse constar en la especificación. 9. Si así se considera conveniente, pueden también especificarse las características que se le exigen a la película seca del sistema de pinturas aplicado en la obra: -

Espesor total (debe especificarse siempre). Adherencia. Dureza. Color. Resistencia a la abrasión. No existencia de poros.

En este caso debe indicarse claramente cuáles son los valores de cada uno de los parámetros, las tolerancias admitidas y la designación de quién va a realizar las comprobaciones, así como las normas de ensayo o instrumentos a utilizar.. La principal fuente de información para elaborar la mayoría de las especificaciones anteriores es seguir lo más escrupulosamente posible las indicaciones que marque el fabricante de las pinturas que componen el sistema. Él es sin duda quien mejor conoce las condiciones en que se deben aplicar sus productos. Especificaciones sobre los Medios de Aplicación

Una vez seleccionado el tipo de recubrimiento o pintura a emplear en función de los puntos anteriores, deben tenerse en cuenta los medios de aplicación que se van a utilizar en la obra. Normalmente, todos los aplicadores industriales poseen los métodos más usuales de aplicación; sin embargo, ciertos productos, como por ejemplo algunos recubrimientos de tipo epoxy de muy alto

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espesor y elevada viscosidad, pueden requerir equipos especiales. Hay que tener presente este particular a la hora de seleccionar el esquema de pintado a aplicar. Si no se puede disponer de los equipos especiales de aplicación, es preferible recurrir a otros tipos de pintura. Es conveniente realizar especificar los siguientes puntos en relación a la aplicación de las pinturas: a. Equipos a emplear: brocha, rodillo, equipos aerográficos, sin aire, electrostáticos, air-mix, etc. Debe hacerse hincapié en cual es el tipo de equipo más aconsejable y qué alternativas pueden aceptarse. b. En ciertos tipos de pinturas con pigmentos de gran densidad (p.ej. silicatos de cinc), debe indicarse que el calderín que contiene la pintura tiene que ir equipado con un agitador preferiblemente alternativo (oscilante), para mantener el pigmento en suspensión y evitar su centrifugación (caso de agitador continuo). c. Cuando se emplean equipos de pulverización sin aire, es conveniente exigir el uso de boquillas reversibles que puedan ser desatascadas de forma imnediata. d. En cuanto a las boquillas de equipos sin aire, debe exigirse que sean relativamente nuevas, ya que su diámetro y forma de abanico se ven modificadas por el uso con relativa rapidez. e. Debe también especificarse el tratamiento a dar a la pintura antes de la aplicación: observación de ausencia de defectos tales como pieles, grumos, sedimentos, etc., homogeneización con agitador neumático o eléctrico, mezcla de los componentes en el caso de pinturas de 2 o más componentes, en el orden y forma indicados por el fabricante. Tiempos de inducción a observar, si es necesario. f. Filtración del producto por los tamices indicados por el fabricante, si es necesario. h. Debe indicarse que no se acepta la práctica, por otra parte muy extendida, de efectuar la homogeneización y las mezclas de forma manual con un palo o similar, así como que no se acepta la subdivisión de envases en productos de dos componentes. i. Debe también indicarse el microclima exigido para la aplicación: temperaturas máxima y mínima del sustrato, del ambiente y de la propia pintura, así como la humedad relativa máxima o mínima. En este apartado debe señalarse específicamente que la temperatura del sustrato debe estar como mínimo unos 3 ºC por encima del punto de rocío, a fin de evitar condensaciones. j. Un punto importante a incluir también en la especificación, en el caso del pintado de recintos interiores, depósitos, contenedores, etc., es el caudal de ventilación necesario para mantener los vapores de disolventes por debajo de los límites requeridos por las legislaciones relativas a seguridad e higiene. Incluso cuando se aplican productos al agua, debe darse el caudal de extracción, a fin de mantener el vapor de agua en el interior del recinto en niveles suficientemente bajos para permitir la correcta evaporación de todo el agua y el perfecto secaje y fórmación de película de la pintura. k. Debe indicarse que los extractores deben actuar a nivel del suelo, ya que tanto los vapores de los disolventes como el del agua son más densos que el aire y se depositan en el fondo. Debe indicarse que la entrada de aire limpio debe realizarse por la parte superior del recinto.

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l. En cuanto a la iluminación, debe exigirse que sea suficiente en caso de pintar de noche o en recintos cerrados sin iluminación. En este último caso debe indicarse que la iluminación debe ser antidefiagrante en el caso de aplicar pinturas con disolvente. m. Aunque los andamiajes son responsabilidad del aplicador, debe exigirse que sean suficientes como para garantizar la continuidad del trabajo, sin interrupciones. n. Es importante también exigir que el personal que vaya a llevar a cabo la preparación de superficies y la aplicación de la pintura (normalmente de la rnisma empresa), esté suficientemente capacitado y experimentado para realizar un trabajo de calidad, dentro de los niveles exigidos por la especificación y demás literatura técnica como las fichas técnicas y las instrucciones de aplicación del fabricante, que deben considerarse en todo caso como anexos integrantes de la especificación, pero con el mismo grado de obligación de cumplimiento. ñ. En todo caso debe indicarse que el aplicador debe cumplir todas las normas correspondientes para la Seguridad e Higiene en las operaciones de los trabajos de preparación y pintado. o. Así mismo debe indicarse que el aplicador debe ser respetuoso con el medio ambiente y cumplir las normativas legales sobre residuos peligrosos y emisiones al aire o al agua, vigentes en la localidad de que se trate.

ANEXO: PIGMENTOS INHIBIDORES Los pigmentos inhibidores más utilizados se agrupan las siguientes familias: 1) Pigmentos de plomo 2) Pigmentos a base de cromatos 3) Pigmentos a base de molibdatos 4) Pigmentos a base de boratos 5) Pigmentos a base de fosfatos 6) Otros pigmentos inhibidores 1) PIGMENTOS DE PLOMO

Existen varios tipos de pigmentos inhibidores basados en compuestos de Pb: Óxidos de Pb, silico-cromato básico de Pb, Silicato básico de Pb, etc., siendo el Minio el más conocido y utilizado.. El Minio de plomo es Pb3O4 (2PbO.PbO2), de color anaranjado, ha sido usado desde muy antiguo por los egipcios, griegos y romanos como pigmento protector (de la degradación de 1a madera). Se ha utilizado masivamente como único pigmento inhibidor de la corrosión hasta hace unas décadas. Su mecanismo de actuación, no del todo bien conocido, se fundamenta en su basicidad. Reacciona con los ácidos grasos de los aceites secantes formando jabones de plomo y también con los subproductos de descomposición ácida, creando un ambiente alcalino que inhibe las reacciones de corrosión. Una teoría moderna sugiere que los iones Fe++ penetran por la estructura tubular de los cristales de minio, donde son intercambiados por iones Pb++, que una vez en el medio precipitan los aniones Clo SO42- con lo que desactiva estos poderosos promotores de corrosión. Es un excelente pigmento inhibidor, que permite fabricar imprimaciones, principalmente alquídicas, de gran poder anticorrosivo. Actualmente se va abandonando su uso debido a la toxicidad del plomo, que va originando restricciones y prohibiciones legislativas para su uso.

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2) PIGMENTOS ANTICORROSIVOS A BASE DE CROMATOS

Por su carácter oxidante, los cromatos actúan por pasivación del ánodo por encima de un umbral de concentración que depende del pH y de la presencia de otros iones. El Cr hexavalente se reduce a Cr trivalente y la capa firmemente adherente que se deposita sobre el ánodo consiste en óxidos mixtos férricos y crómicos. Los principales pigmentos inhibidores dentro del grupo de los cromatos son: - Cromato de zinc y potasio. MnCrO4⋅⋅K2CrO⋅Zn(OH)2⋅H2O. Color amarillo. Este producto se conoce comercialmente como "cromato de zinc", aunque es un cromato básico de zinc y de potasio. Su uso está ahora en declive, como todos los compuestos solubles de cromo hexavalente, por su toxicidad. - Cromato de estroncio. SrCrO4.Color amarillo. Por su solubilidad algo más baja que la del cromato de zinc y potasio, el cromato de estroncio es adecuado para sistemas acuosos y también para sistemas altamente reticulados en los que se desea controlar la posibilidad de ampollado o dilatar en el tiempo la disponibilidad de ión cromato. Ejemplos típicos de ambas aplicaciones son los revestimientos donde el substrato es aluminio o sus aleaciones, y los recubrimientos de bandas continuas prelacadas (coil coating) donde el substrato puede ser acero, acero galvanizado o bien aleaciones de aluminio y zinc. Desgraciadamente el mismo ritmo de solubilización que lo hace tan buen anticorrosivo lo convierte al mismo tiempo en el más tóxico de los compuestos de cromo hexavalente. - Tetraoxicrornato de zinc. ZnCrO4 ⋅4Zn(OH)2.Color amarillo. Se le conoce a veces como "cromato de zinc insoluble". Se utiliza casi exclusivamente para las llamadas "imprimaciones fosfatantes" (conocidas en la industria como wash primers) que se formulan con gran exceso de ácido fosfórico y se aplican en capas muy finas (5 - 12 micras) solamente para dar anclaje a las capas posteriores de pintura. - Cromato de bario. BaCrO4.Color amarillo. Por su solubilidad extremadamente baja no se le suele incluir entre los pigmentos anticorrosivos. Ahora bien, en la práctica sí tiene comportamiento anticorrosivo en determinadas condiciones y ha sido utilizado en imprimaciones de base acuosa, así como para wash primers. Posiblemente también a causa de su muy baja solubilidad no se han encontrado indicios de actividad tóxica, pero las legislaciones actuales no contemplan diferencias entre distintos compuestos de cromo hexavalente o de bario (aparte del sulfato de bario). 3) PIGMENTOS ANTICORROSIVOS A BASE DE MOLIBDATOS

A diferencia de los cromatos, los molibdatos no son en sí mismos oxidantes. En una primera fase los iones molibdato se adsorben sobre el ánodo y forman complejos con los iones Fe++. Estos complejos necesitan del oxígeno del aire para que se produzca la oxidación a Fe3+ en cuyo momento los complejos se vuelven insolubles asegurando la protección. Por esta razón los molibdatos son especialmente adecuados en sistemas de secado al aire en que la entrada de oxígeno esté facilitada por pigmentaciones relativamente elevadas y debajo de acabados relativamente permeables. Los principales pigmentos inhibidores dentro del grupo de los molibdatos son: - Molibdato básico de zinc. Color blanco. Además de la protección según el mecanismo descrito antes, se considera que puede proteger también por formación de jabones de Zn con los ácidos grasos de los ligantes alquídicos. En contrapartida tiene limitaciones de uso cuando existe incompatibilidad con iones divalentes como el

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Zn++, como es el caso de muchas imprimaciones acuosas y resinas con índice de acidez elevado. El mayor freno para su uso ha sido su elevado coste en comparación con cualquier otro pigmento anticorrosívo. - Molibdato básico de zinc y calcio. Color blanco. Su bajo peso específico indica que este pigmento contiene algo más que el compuesto molibdato básico de zinc y calcio. En realidad se trata de una nueva versión de la idea de una capa activa de anticorrosivo alrededor de un núcleo inerte central, en este caso el carbonato de calcio. Se ha buscado así abaratarlo para hacerlo más comercial. En la práctica, y siempre en EEUU se usa preferentemente en sistemas acuosos. 4) PIGMIENTOS ANTICORROSIVOS A BASE DE BORATOS

Al igual que los molibdatos, los boratos se desarrollaron y tienen más uso en los Estados Unidos. Los principales compuestos utilizados son: - Metaborato de bario. BaB2O4.H2O. Color blanco. Es el producto más conocido de esta familia, modificado con un revestimiento de sílice para disminuir su excesiva solubilidad. Esta solubilidad es un problema práctico de los boratos, ya que además de inducir a la formación de ampollamientos, puede también dificultar la adherencia entre capas. Por esto suele recomendarse el empleo de este tipo de pigmentos sólo para aplicaciones monocapa o bien en sistemas de los denominados "defensa en profundidad" donde todas las capas contienen pigmento anticorrosivo. Si bien cumple con el moderno requisito de ser "libre de plomo y de cromo", por tratarse de una sal de bario soluble, este pigmento no se encuentra del todo libre de toxicidad.

Recientemente se ha introducido el uso de borato de zinc, aunque no sólo sino como refuerzo al fosfato de zinc. 5) PIGMENTOS AMTCORROSIVOS A BASE DE FOSFATOS

Mientras en EEUU la sustitución de los pigmentos anticorrosivos a base de plomo y de cromatos se abordaba por el camino de los molibdatos y los boratos, junto con productos de aplicaciones específicas como los fosfo-silicatos y los boro-silicatos, en Europa se han utilizdo más en la línea de los fosfatos. - Fosfato de cromo. CrPO4.3H2O. Color verde. Pigmento de popularidad limitada, se usa de forma casi exclusiva para wash primers de un solo componente, en que la cantidad de ácido fosfórico es menor y se necesita un pigmento menos reactivo que el tetraoxicromato de zinc. Forma en el ánodo fósfatos complejos de cromo y hierro. Al estar libre de iones divalentes es muy estable en medio alcalino, por lo que resulta apropiado para estructuras dotadas de protección catódica mediante corriente impresa. - Fosfatos De Zinc. El fosfato de zinc y sus modificaciones constituyen el grupo de pigmentos anticorrosivos en más creciente uso. A escala mundial, su volumen de utilización rebasa ya al de los cromatos. Su uso se inició en el Reino Unido en los años 50 y, a pesar de un cierto escepticismo inicial, por su baja solubilidad, ha ido ganando aceptación por los resultados reales de exposición a la intemperie en ambientes moderadamente industriales, en los que su resultado a largo plazo es tan bueno o mejor que el de los cromatos. En los ensayos acelerados de corrosión en la cámara de niebla salina suelen mostrar resultados muy descorazonadores.

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Como explicación al efecto protector de los fósfatos de zinc en las condiciones de uso apropiadas, se apunta la formación de fósfatos complejos de cinc y de hierro en el ánodo, y más recientemente la precipitación de hidróxido de zinc sobre el cátodo. - Fosfato de zinc (clásico). Zn3(PO4)2.xH2O (x = 2-4). Color blanco. El pigmento que llamamos "clásico" está constituido por partículas relativamente grandes (hasta 20 micras en su dimensión máxima) y de forma laminar. Proporciona un buen comportamiento a la intemperie en ambientes no marinos moderadamente agresivos y con espesores de capa relativamente elevados. En ambientes más agresivos, en capas inferiores a las 50 micras y cuando sea necesario superar ensayos acelerados, es mejor recurrir a alguno de los productos modificados más modernos. - Fosfato de zinc (esférico). Misma fórmula y color que el anterior. Un procedimiento de fabricación patentado permite obtener el fosfato de zinc en laminillas mucho más pequeñas que el pigmento clásico, que se presentan antes de la dispersión agrupadas formando esferas de 1-3 micras de diámetro. El ritmo de solubilización del fósfáto de zinc "esférico" es lo suficientemente más rápido que el del "clásico" como para mejorar claramente su comportamiento frente a los ensayos acelerados de corrosión. - Fosfato de zinc básico. Zn(OH)2.Zn3 (PO4)2.xH20. Color blanco. Este pigmento tiene también la partícula más pequeña y esférica que el fosfato de zinc clásico. Además de la modificación de tipo básico (exceso de ZnO), este producto comercial está también modificado con un tratamiento de superficie orgánico que mejora el grado de integración entre el pigmento y el ligante. - Fosfo-molibdato de zinc. Color blanco. Existen diversos tipos en el mercado, todos coinciden en un contenido en molibdato de zinc relativamente modesto (1-2%) aunque suficiente como para que el efecto del ión molibdato refuerce y acelere considerablemente la acción del fosfato, especialmente en presencia de iones agresivos, como por ejemplo los cloruros. - Fosfato de zinc y aluminio. Color blanco. Este pigmento tiene también un tamaño de partícula inferior al del fosfato de zinc clásico, y su razón de ser estriba en la mayor presencia de ión fosfato, con solubilidad aumentada. - Trifosfato de aluminio. Este producto, de origen japonés, parece ser que en realidad consiste en un fosfato de zinc modificado con trifosfato de aluminio, que tiene carácter ácido, probablemente con la intención de facilitar la solubilización del fosfato de zinc en la película de pintura. - Fosfatos de hierro y de zinc. Color beige. Es otro producto de partícula pequeña desarrollado en España, tiene un excelente comportamiento en diversidad de ligantes. Es de destacar la muy baja solubilidad y la excelente adherencia que proporciona sobre metales no férreos. - Fosfito básico de zinc. (2Zn(OH)2ZnHPO3).x.ZnO. Color blanco. No se ha incluido este producto (de uso prácticamente limitado a EEUU) entre los fosfatos de zinc modificados por estar basado en ácido fosforoso. Se cree que la acción inhibidora se basa en la formación de fosfitos y fosfatos en el ánodo, así como también en la formación de jabones de Zn.

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6) OTROS PIGMENTOS UTILIZADOS EN IMPRIMACIONES ANTICORROSIVAS - Ferritas El mecanismo de protección se supone relacionado con la formación de jabones metálicos con el ligante y la formación de condiciones localmente alcalinas por formación de hidróxidos de Ca o de Zn. - Tannatos Aunque se usan en sistemas de conversión de óxido eficaces a corto plazo, o como base para una ulterior aplicación de una verdadera imprimación anticorrosiva, no pueden considerarse pigmentos en el verdadero sentido de esta palabra, debido a su carácter totalmente soluble. En realidad se trata más bien de un ligante encargado de formar película con los óxidos formados en la reacción de conversión en medio fosfórico. - Polvo de zinc. Zn. Color gris claro. El cinc en polvo es el producto ideal para proteger al acero mediante sacrificio. Por una parte, está más arriba que el hierro en la escala electroquímica y por otra, el óxido de zinc que se forma en la superficie de las partículas de zinc es lo suficientemente conductor como para permitir el contacto eléctrico necesario para que la protección catódica se mantenga. Si bien la protección por sacrificio es la que se da efectivamente en los primeros tiempos de servicio del revestimiento, con el tiempo los huecos entre partículas de zinc metálico se van llenando con los productos de oxidación del mismo zinc (óxidos e hidróxidos) y llega a formarse una auténtica barrera al paso del agua y el oxígeno. Por la importancia que tienen las imprimaciones ricas en zinc en sistemas de protección anticorrosiva en condiciones de gran agresividad o que precisan una muy larga duración, se le dedica un capítulo aparte.

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2.3.2 RECUBRIMIENTOS METÁLICOS Se consideran los siguientes apartados: 2.3.2.1. PRINCIPIOS GENERALES 2.3.2.2. RECUBRIMIENTOS DE Zn . GALVANIZADO 2.3.2.3. RECUBRIMIENTOS DE Sn 2.3.2.4. RECUBRIMIENTOS DE ALUMINIO 2.3.2.5. RECUBRIMIENTOS DE CADMIO

2.3.2.1. PRINCIPIOS GENERALES -

RECUBRIMIENTOS ANÓDICOS Y CATÓDICOS CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS PROCEDIMIENTOS PARA OBTENER UN RECUBRIMIENTO METÁLICO. RECUBIMIENTOS METÁLICOS PARA LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO Y CONDUCCIÓN DE AGUA

RECUBRIMIENTOS ANÓDICOS Y CATÓDICOS Los recubrimientos metálicos se pueden clasificar de forma general segun su potencial redox relativo al del metal que van a proteger, resultando así dos tipos de recubrimientos: 1) Recubrimientos anódicos (recubrimientos con metales de sacrificio) 2) Recubrimientos catódicos recubrimientos con metales nobles)

Así, en el caso del hierro. los recubrimientos de cinc, cadmio y aluminio son anodicos; los recubrimientos de plomo, estaño, níquel, cobre, plata, oro, rodio y platino son catódicos. Se procura que los revestimientos sean lo más estancos posibles. Si aparece una discontinuidad en los mismos, el hecho de que el recubrimiento sea anódico o catódico marcará una importante diferencia en la protección como se explica posteriormente. 1) Recubrimientos anódicos (recubrimientos con metales de sacrificio)

Para el caso del acero son recubrimientos de sacrificio el Zn, Cd, y en ciertos medios también el Al y Sn. En el caso de un recubrimiento de cinc por ejemplo, el hierro constituye el cátodo de la pila, siendo atacado el cinc. Puesto que el cinc es menos noble que el hierro (tiene más tendencia a ceder electrones), el cinc perderá electrones oxidándose y el hierro estará protegido, no existiendo peligro de corrosión del hierro aunque el recubrimiento no sea perfectamente cotinuo.

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Cuando utilizamos este tipo de revestimientos no existe peligro de corrosión del hierro aunque el recubrimiento no sea perfectamente continuo; es decir, los recubrimientos catódicos siguen conservando su efecto protector sobre el metal base aunque exista porosidad, discontinuidad o daño mecánico en alguna zona del recubrimiento. El área de metal base sobre la cual se extiende la protección catódica depende de la conductividad del medio. Para los recubrimientos de Zn sobre acero en aguas de baja conductividad, tales como agua destilada o aguas blandas, un defecto del recubrimiento de unos 3 mm de ancho, es posible que comience a formar herrumbre en el centro. Sin embargo, en agua de mar, que es un buen conductor, el Zn protege al acero en varios decímetros. Esta diferencia de comportamiento es consecuencia de que en las aguas de alta conductividad las densidades de corriente adecuadas para la protección catódica se extienden a considerable distancia, mientras que la en las aguas de baja conductividad las densidades de corriente de corriente catodica disminuyen con rapidez en función de la distancia. 2) Recubrimientos catódicos (recubrimientos con metales nobles)

Son recubrimientos catódicos el Cr, Ni, Pb, Sn, Cu, Ag, Au, Rd y Pt sobre hierro. Por ejemplo, en el caso de un recubrimento de níquel, el hierro constituye el ánodo de la pila. La menor fisura en el revestimiento dará lugar a un ataque del hierro; en estas zonas se forma óxido, que se extiende rápidamente por debajo de la capa de recubrimiento, siendo pues necesario que el recubrimiento sea perfcctanieiite continuo. Es importante que los recubrimientos nobles se preparen siempre con la mínima cantidad de poros y que tales poros, cuando existan, sean tan pequeños como resulte posible, de forma que retrasen el acceso de agua al metal base. Esto, por lo general, requiere aumentar el espesor del recubrimiento. A veces se rellenan los poros con una laca orgánica, o se difunde en el recubrimiento, a temperaturas elevadas, un segundo metal de punto de fusión más bajo (p. ej. Zn o Sn en recubrimientos de Ni).

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Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conducción de Agua CAMPO DE APLICACIÓN DE LOS RECUBRIMIENTOS Tipos de recubrimientos

Decorativos

Protección anticorrosiva

Antifricción

Electrotécnica

Soldadura

+

Plomo Aleaciones de plomo-estaño

+

+ +

Cromo

+

+

Oro y aleaciones de oro

+

+

Cobre

+

Aleaciones de cobre

+

Níquel (electrolítico)

+

+

+

Níquel (químico)

+

+

+

Plata

+

+

+

+

+

+

+ +

Cinc

+

Estaño

+

+

+ +

+

+

+

+

Nota: Cromado duro: El cromado electrolítico de los metales con arreglo a una técnica especial confiere a la capa de cromo depositado propiedades muy superiores a las obtenidas por medio del cromado corriente decorativo. A este cromado especial se le denomina cromado duro. Con su aplicación se consigue disminuir el coeficiente de rozamiento de la superficie de los metales, aumentando especialmente la resistencia al desgaste (cualidad más apreciada del cromado duro). Mejora asimismo la resistencia a la corrosión, condicionado a que no se produzcan porosidades o grietas, pues en este caso, como el cromo respecto al hierro es anódico, se producirá la corrosión acelerada de este último. - PROCEDIMIENTOS PARA OBTENER UN RECUBRIMIENTO METÁLICO. Los principales procedimientos para obtener un recubrimiento metálico son los siguientes: a) Inmersión en un baño fundido. El metal que se ha de proteger se sumerge en un baño del metal protector fundido. Siendo así que la operación se realiza en caliente, la capa formada es compleja, a causa de los fenómenos de difusión que se producen. Este método se utiliza especialmente para obtener depósitos de cinc (galvanización) o de estaño (estañado). b) Electrólisis. Esta técnica es difícil de aplicar en el caso de piezas de grandes dimensiones. Los depósitos presentan siempre cierta porosidad, debido a la presencia de partículas extrañas o de gases ocluidos durante la operación de electrólisis. Ello obliga a efectuar depósitos de espesor suficiente para que no exista continuidad entre los poros.

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c) Metalizado: Consiste en proyectar un metal fundido o en estado plástico pulverizado sobre la superficie de otro. Con esto se consigue der superficialmente a un metal las características de otro, si es que son superiores por algún concepto, como, por ejemplo, por su mayor resistencia al desgaste, a la corrosión, etc.

Entre los procedimientos de metalizado ( o metalización) destacamos los dos siguientes: c.1) Metalización con pistola. El metal fundido al soplete es proyectado en forma de finas gotas sobre la estructura que debe ser protegida. Los recubrimientos así formados presentan un aspecto granuloso y son muy porosos. Para obtener una buena protección, el metal de base debe ser decapado mediante chorro de arena y el depósito debe alcanzar varias décimas de milímetro de espesor. Este método es de aplicación muy fácil. Puede utilizarse para proyectar muchos metales, como son el cinc, el aluminio, el plomo, el níquel, el cobre e incluso aleaciones, como el acero inoxidable 18-8. c.2) Metalización al vacío. Se trata de un recubrimiento obtenido por vaporización al vacío de un metal, llevado a temperatura elevada por calentamiento eléctrico de su soporte. Con este procedimiento el espesor de la capa es como máximo del orden de 1500 amstrong. Esta técnica es utilizada en óptica y en electrónica, por ejemplo, para depositar aluminio sobre el acero (superficies reflectantes). Pero no se utiliza en anticorrosión. d) Depósito en fase gaseosa. La pieza que debe ser recubierta es llevada a una temperatura ligeramente superior a la que corresponde a la descomposición o a la reducción del compuesto metálico gaseoso. El depósito se efectúa bajo presión reducida del compuesto. Su espesor puede ser muy grande, de varias décimas de milímetro. Este método se utiliza en anticorosión para la protección de piezas de forma complicada: recubrimiento de níquel por descomposición de carbonilo de níquel Ni(CO)4 a 150°C, recubrimiento de tungsteno por reducción del fluoruro de Wolframio WF6 por hidrógeno a unos 400°C. La metalización al vacío y el depósito en fase gaseosa pueden ser utilizados para revestir piezas no metálicas, por ejemplo refractarios. e) Depósito químico. Este método permite el depósito en fase líquida. Por ejemplo, puede depositarse níquel sobre el hierro descomponiendo el hipofosfito sódico en medio ligeramente ácido.

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RECUBRIMIENTOS METÁLICOS PARA LAS INSTALACIONES DE TRATAMIENTO Y CONDUCCIÓN DE AGUA

Es posible realizar recubrimientos con una gran cantidad de metales, pero el campo se queda notablemente reducido aplicando las siguientes consideraciones. 1. En el caso de metales en contacto con agua para consumo humano, no deben transmitir al agua sustancias o propiedades (colores, sabores, etc.) que contaminen o empeoren su calidad, según se exige en la legislación vigente (RD 140/2003). A este respecto, es necesario que los metales utilizados para recubrimientos, a causa de los fenómenos de erosión, corrosión, etc., no se transfieran al agua de consumo sobrepasándose las concentraciones máximas permitidas:

Mercurio: 1 µg/litro Cadmio: 5,0 µg/litro Niquel: 20 µg/litro Plomo: 25 (10) µg/litro Cromo: 50 µg/litro Hierro: 200 µg/litro Aluminio: 200 µg/litro Cobre: 2000 µg/litro 2. Máxima protección contra la corrosión. Esta exigencia favorece el uso de materiales metálicos que den lugar a recubrimientos anódicos respecto al hierro, ya que ante un eventual fallo en el recubrimiento (poros, arañazos,...) el recubrimiento sigue protegiendo al metal base. Hay que tener en cuenta que todos los recubrimientos metálicos preparados comercialmente son en mayor o menor grado, porosos. Además, los recubrimientos tienden a dañarse durante el transporte o en su utilización. 3. Coste Restringe el uso de metales preciosos, y otros escasos. Aplicando los criterios anteriores, en principio resultarían como recubrimientos metálicos más adecuados los correspondientes a los metales de baja toxidad, anódicos respecto al metal base y con un precio razonable. Ello nos conduce fundamentalmente a recubrimientos de Zn, Sn y Al.

2.3.2.2. RECUBRIMIENTOS DE CINC. GALVANIZADO -

TÉCNICAS PARA LOS RECUBRIMIENTOS DE CINC PROPIEDADES DEL GALVANIZADO POR INMERSIÓN EN CALIENTE COMPORTAMIENTO DEL GALVANIZADO FRENTE A LOS MEDIOS CORROSIVOS UNIONES SOLDADAS

TÉCNICAS PARA LOS RECUBRIMIENTOS DE CINC En función de las características que deba presentar la protección anticorrosiva, se aplican diferentes técnicas para realizar los recubrimientos con cinc: 1) Galvanizado por inmersión en caliente (GIC). La denominación clasica de galvanizado se aplica tradicionalmente al recubrimiento obtenido por inmersión de un material férreo en cinc fundido. Las piezas a tratar se sumergen, habiendo limpiado previamente su superficie, en un baño de cinc fundido que suele estar a una temperatura de 445º C-460º C. En este proceso tiene lugar la interdifusión de ambos elementos y se forman varias capas aleadas y una capa externa de la misma composición que el cinc fundido.

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2) Galvanizado o cincado electrolítico. Se obtiene por deposición catódica en un baño electrolítico de sales de cinc, y todo el recubrimiento es de cinc puro. Los espesores comerciales son mucho menores que los del Galvanizado (GIC) y su acabado más decorativo.

El proceso se utiliza para proteger piezas más pequeñas, cuando requieren un acabado más uniforme que el proporcionado por el GIC. El Galvanizado Electrolítico es el proceso con el que más frecuentemente se confunde el Galvanizado (GIC), ya que el adjetivo electrolítico suele omitirse. Para evitar esto, sería preferible denominarlo Electrocincado (EC) o Cincado Electrolítico (CE). 3) Sherardización o sherardizado. Las piezas preparadas de hierro o acero se calientan con una mezcla de polvo de cinc y arena en tambores rotatorios a temperatura por debajo del punto de fusión del cinc (380º C-400º C), hasta que éste forma un recubrimiento continuo sobre la superficie de la pieza. Se forman las mismas capas aleadas que en la Galvanización por inmersión en caliente (GIC), pero no existe la capa externa de cinc.El recubrimiento es muy uniforme. Este proceso da a las piezas un recubrimiento mate gris, utilizandose principalmente para piezas pequeñas, debido a la dificultad de calentamiento uniforme de grandes piezas. 4) Galvanizado en frío. Se otiene proyectando, por distintos procedimientos, gotas de cinc fundido sobre una superficie férrea. Las gotas se apelmazan unas sobre otras y dan una estructura algo porosa, pero adherente. El espesor de la capa varía dentro de límites muy amplios. 5) Plaqueado mecánico. En este procedimiento, el material a recubrir, convenientemente desengrasado y decapado, se introduce en un tambor rotatorio que contiene bolas de vidrio de 0,15 a 5 mm de diámetro, productos químicos, polvo de cinc y agua. El tambor gira a razón de 15 rpm, consiguiendo al cabo de unos 45 minutos un recubrimiento de unos 8 µm. El tamaño de las bolas, el polvo y la naturaleza de los aditivos constituyen los aspectos básicos del proceso. 6) Pinturas de Cinc El pintado, con pinturas a base de cinc, constituye otro de los procedimientos de protección del cinc. En esta clase de recubrimiento se emplea un polvo de cinc muy fino que se halla en suspensión en un aglutinante orgánico o inorgánico. Las técnicas de aplicación de este tipo de revestimientos son similares a las empleadas para la aplicación de laca (p. ej. proyección, inmersión). Existen tipos de pinturas muy diferentes, si bien todas coinciden básicamente en tener un 90 – 95 % de polvo de cinc y un 5 – 10 % de óxido de cinc. Recientemente, han alcanzado un gran desarrollolas pintura a base de silicato de cinc.

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Galvanizado por inmersión

Continuidad y uniformidad

Espesor

Galvanizado por proyección

Galvanizado electrolítico

Sherardización

Recubrimientos con polvo de cinc

Continua y muy uniforme, incluso en partes irregulares

Buena, algunos poros, recubiertos con productos de reacción

Buena. Posibles discontinuidades a simple vista. Exceso de cinc en puntos de drenaje de la pieza y esquinas

Depende de la aptitud del operador. Recubrimiento poroso rápidamente relleno con productos de la corrosión de cinc

Uniforme, con limitaciones de acuerdo a la solubilidad del baño

50-125 µm para tubos, 10-50 µm para láminas y filamentos, 5-10 µm para piezas

Espesores variables entre 100-150 µm. Puede llegar a superar los 500 µm

Variable entre Variable entre 2,5 y 5 µm. 15-30 µm Posibilidad de espesores superiores a costa de menor rentabilidad

Superior a 40 µm

Nota: El término galvanizado se diferencia de galvánico en que este último se emplea para designar de forma genérica a los recubrimientos o depósitos obtenidos mediante electrólisis.

PROPIEDADES DEL GALVANIZADO POR INMERSIÓN EN CALIENTE El proceso de galvanización en caliente produce un recubrimiento de zinc que está unido metalúrgicamente al acero de base a través de una serie de capas de aleaciones zinc-hierro. Esta característica, que es la que confiere al acero galvanizado su elevada resistencia a los golpes y a la abrasión, que es de gran importancia para evitar el deterioro del recubrimiento durante el manejo, transporte, almacenamiento y montaje del material galvanizado. Debido a la forma de obtención de los recubrimientos galvanizados, que consiste en la inmersión de las piezas a proteger en un baño de zinc fundido, la totalidad de la superficie de las mismas queda recubierta tanto interior como exteriormente. Igualmente ocurre con las rendijas estrechas, los rincones, las esquinas y las partes ocultas de las piezas, que no quedan bien protegidas por otros tipos de recubrimientos. Los recubrimientos galvanizados protegen al acero de dos vías: 1. Porque constituyen una barrera que se corroe a una velocidad 10 a 30 veces inferior a la del acero. 2. Porque proporcionan protección catódica a las pequeñas zonas que puedan desnudarse (bordes de cortes o taladros, arañazos, etc.).

Una de las características fundamentales en los recubrimientos GIC es su ausencia de porosidad y la protección catódica que confiere al acero base. Por éstas y otras razones, los recubrimientos GIC constituyen una seria competencia a las pinturas como sistemas de protección contra la corrosión de superficies metálicas.

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Nota: En relación a los recubrimientos orgánicos, aparte de las razones económicas (coste de la mano de obra) y técnicas (dificultad de control) que presentan las aplicaciones convencionales de las pinturas, hay que señalar el hecho de que las pinturas constituyen una barrera inerte relativamente porosa a la humedad y relativamente inelástica frente a la temperatura. Por ello, pueden producirse grietas en la pelicula de pintura o simplemente ser lo suficientemente permeable como para permitir el acceso del electrolito a la superficie del acero. A partir de ese momento, comienza el ataque al metal, y el gran volumen de los productos de corrosión originados provoca el levantamiento de la película favoreciendo el proceso corrosivo.) Las construcciones de acero galvanizado, no necesitan normalmente mantenimiento alguno a lo largo de toda la vida de servicio de las mismas. Por el contrario, los recubrimientos de pintura de construcciones metálicas necesitan reacondicionarse periódicamente, lo que constituye una operación costosa y, en muchos casos, de difícil y arriesgada realización. Mediante la galvanización se pueden proteger desde pequeñas piezas, como clavos y tornillos hasta grandes elementos estructurales. COMPORTAMIENTO DEL GALVANIZADO FRENTE A LOS MEDIOS CORROSIVOS

Se consideran la exposición a los siguientes medios: a) Exposición a la Atmósfera b) Exposición a Medios Acuosos c) Exposición a Suelos naturales d) Corrosión en contacto con los materiales de construcción a) Exposición a la Atmósfera En la figura siguiente se muestra la vida media probable y los márgenes de oscilación, para cuatro atmósferas tipo en función de la masa del recubrimiento de galvanizado.

Aunque la incertidumbre de los resultados de la figura anterior es relativamente grande, nos aporta una valiosa orientación a la hora de decidir si un determinado procedimiento para el recubrimiento con Zn va a proporcionar la protección que deseamos.

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En principio, y como regla general, se acepta que la duración de la protección que proporcionan los recubrimientos galvanizados, en un ambiente determinado, es directamente proporcional al espesor de los mismos.Como cifra orientativa, se estima que un recubrimiento galvanizado con un espesor medio de 80 micrómetros podría durar sin necesidad de mantenimiento más de 100 años en una atmósfera rural, entre 40 y 100 en atmósferas urbanas, ligeramente industriales o marítimas suaves, entre 20 y 40 años en ambientes industriales no húmedos o urbanos marítimos y entre 10 y 20 años en atmósferas industriales muy húmedas o ambientes marítimos con elevado grado de salinidad. Galvanizado + Pintura (Sistema dúplex) En determinadas ocasiones es necesario pintar el acero galvanizado, bien sea por motivos decorativos, de señalización, etc., o bien para aumentar la duración de la protección en ambientes muy agresivos. La combinación de recubrimiento galvanizado más pintura (sistema dúplex) presenta la ventaja de proporcionar una protección de duración muy superior a la suma de las duraciones de cada recubrimiento por separado. Las pinturas constituirán una barrera frente a determinados agentes, pero dejarán el paso libre, en mayor o menor grado, a agentes agresivos como la humedad; estos, al encontrarse con el cinc, darán unos productos de corrosión protectores que no sólo no producirán el levantamiento de la película, sino que actuarán sellando los poros y las grietas que se produzcan. Este comportamiento conjutno de ambos sistemas de protección tiene características sinérgicas y se estima que la protección conseguida por este sistema de Galvanizado + Pintado es de 2 a 3 veces mayor que si actuasen independientemente. Para conseguir una buena adherencia de las pinturas sobre el acero galvanizado es necesario utilizar sistemas adecuados y atenerse a las recomendaciones para su aplicación que dan los fabricantes de las pinturas. b) Exposición a Medios Acuosos Consideraremos el efecto de los siguientes factores: pH, iones en el medio acuoso y temperatura b.1) Efecto del pH En la figura siguiente se pone de manifiesto la distinta velocidad de corrosion que presentan los materiales galvanizados en función del pH en la disolución acuosa en que se encuentran.

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En medios acuosos a temperatura ambiente la corrosión total, según ensayos de corta duración, es my baja dentro de la zona de pH de 7 a 12, como se observa en la figura anterior. En medios ácidos o muy alcalinos, el ataque principal tiene lugar por desprendimiento de H2.

- En medios ácidos y en ausencia de oxígeno tienen lugar las siguientes reacciones: Zn → Zn2+ + 2e- (1) 2 H3O- + 2e- → H2 ↑ + 2 H2O (7) - En medios alcalinos, por encima encima de pH 12,5 el cinc reacciona con rapidez formando cincatos solubles, de acuerdo con: Zn + OH- + H2O → HZnO2- + H2 La mayoría de las aguas para consumo humano tienen un valor de pH que oscila entre 5 y 8,5 por lo que en el caso de las aguas más ácidas, hay que esperar una duración del galvanizado bastante baja. En estos casos, la corrosión que sufren los recubrimientos de zinc los hacen inaceptables por razones de salubridad (las sales de Zn presentan una cierta toxicidad, admitiéndose el galvanizado para el agua potable, pero no se recomienda para estar en contacto con otros alimentos). En agua de mar, los recubrimientos de Zn ofrecen una protección efectiva del acero contra la oxidación, siendo cada 0,025 mm de Zn igual a 1 año de vida. Así un recubrimiento de 0,13 mm protegerá al acero contra la aparición de óxido durante unos 5 años. b.2) Presencia de iones Existe un gran número de productos químicos que, disueltos en el agua, influyen en la velocidad de corrosión de los materiales galvanizados. Uno de los cationes más perjudiciales es el cobre, que se reduce a costa del Zn, sobre el que se deposita produciendo una pila de corrosión. Por ello, siempre que sea necesario conectar una tubería de cobre a una galvanizada aquélla tiene que estar después en el sentido de la circulación y haber una seguridad total de que no puede invertirse el sentido del flujo. Un fallo relativamente habitual que cometen los instaladores poco experimentados consiste en sustituir algún tramo de tubería galvanizada por tubería de cobre. Este tipo de "reparaciones", normalmente en el ámbito doméstico, producen el ataque del resto de la tubería galvanizada que se encuentra aguas abajo del trozo de cobre instalado ya que se ha originado una intensa pila de corrosión.

La presencia de contenidos elevados en cloruros y sulfatos resulta también perjudicial ya que al ser sales solubles hacen que la capa protectora que se forme resulte mucho más porosa. En la tabla siguiente se recogen los valores de los parárnetros más característicos que la norma DIN señala a título de orientación para la composición de aguas adecuadas para el empleo de materiales galvanizados.

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b.3) Temperatura

La peligrosidad de la temperatura en relación la corrosividad del agua sobre el galvanizado está ligada al intervalo de 60 ºC a 90 ºC, donde la velocidad de corrosión aumenta notablemente, como muestra la figura siguiente. Este aumento de la velocidad de corrosión está motivado por el cambio en la naturaleza de los productos de corrosión que pasan de ser un producto gelatinoso y adherente a otro granular no adherente. Influencia de la temperatura en la corrosión del cinc en agua destilada (según Cox).

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También se ha observado que en el intervalo mencionado tiene lugar, en algunos casos, una inversión de potencial, resultando el cinc catódico respecto al hierro. Sobre este particular existen datos experimentales aparentemente contradictorios, si bien parece ser que se produce más fácilmente en aguas pobres en oxígeno y ricas en bicarbonatos. En el caso de aguas ricas en oxígeno y en presencia de sulfatos y cloruros parece ser que no se da esta inversión de potencial. La naturaleza de los productos de corrosión es gelatinosa y adherente entre 20-25 ºC; granular y escamosa, y muy permeable al oxígeno entre 55-75 ºC y a partir de 80 ºC vuelve a hacerse dura y compacta. Por ello, e independientemente de la inversión de potencial, no debe sobrepasarse la temperatura de 55-60 ºC. La norma práctica consiste en emplear las tuberías galvanizadas solamente en contacto con agua fría. c) Exposición a Suelos naturales En relación al galvanizado, puede afirmarse de modo general que los suelos inorgánicos reductores son más corrosivos que los oxidantes. Un recubrimiento de 600 g/m2 resulta suficiente para una duración mínima de 10 años en un suelo inorgánico oxidante, mientras que para conseguir una duración equivalente en un suelo inorgánico reductor, tenemos que pensar ya en recubrimientos de 900 g/m2). Los suelos los inorgánicos reductores, son menos agresivos que los suelos orgánicos en los que suele haber ácidos orgánicos procedentes del humus. Los resultados de los ensayos sobre comportamiento de tuberías galvanizadas, ponen de manifiesto que, en la mayoría de los suelos corrosivos, la velocidad de corrosión del acero (después de la desaparición de todo tipo de recubrimiento galvanizado) es bastante menor que la de las probetas de control de acero desnudo. En cualquier caso, los recubrimientos galvanizados previenen la formación de picaduras en el acero. Parece ser que, en algunos suelos, la protección del cinc al acero se debe no sólo a su carácter anódico, sino que interviene algún otro mecanismo de protección. En algunos ensayos se ha visto que esta protección adicional se podía deber a la formación de una película constituida básicamente por silicato de cinc. . d) Corrosión en contacto con los materiales de construcción El hormigón y el yeso son los dos materiales artificiales con los que más frecuentemente pueden encontrarse los productos galvanizados. La existencia constante o intermitente de la humedad favorecerá el mayor ataque de los materiales, ya que los procesos de corrosión aumentan mucho su velocidad cuando se supera la cota de 60-70 % de humedad relativa. Por esta razón, es conveniente prestarle atención a los detalles constructivos, en particular al secado del hormigón y la ausencia de condensaciones. Algunas veces, antes de que llegue a secarse el hormigón, se cubre con el solado correspondiente que va así a mantener en el hormigón unas condiciones de humedad elevada y de agresividad segura. Por otra parte, la aparición de condensaciones puede evitarse procurando que las tuberías de agua fria y agua caliente no vayan próximas para que no tengan lugar condensaciones sobre la pared fría.

Para los valores de pH que existen en el hormigón de hasta 12,5, la alcalinidad desarrolla una película pasiva sobre el hierro que lo protege de la corrosión. La velocidad de corrosión del cinc en estas condiciones es también baja y se obtiene una protección satisfactoria de armaduras y tuberias empotradas. La presencia de cloruros actúan picando la capa pasiva que se forma sobre la armadura desnuda permitiendo que comience la corrosión. La disminución del valor del pH del hormigón producido, bien por la carbonatación, o por la acción de otros gases ácidos, ocasiona, asimismo, la pérdida de la capa pasiva sobre el acero desnudo, incluso para valores ligeramente alcalinos. Por el contrario, el recubrimiento galvanizado presenta su valor mínimo de la velocidad de corrosión para un pH entre 6,5 y 12,5 (Fig. 9), por lo que resulta un material adecuado para su trabajo en este intervalo. No obstante, cuando se superan estos límites, la velocidad de corrosión del acero galvanizado aumenta vertiginosamente, produciéndose una rápida desaparición del recubrimiento.

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La tendencia general hacia el empleo de elementos galvanizados en contacto con el hormigón está experimentando un apreciable crecimiento. Un aspecto de gran interés que conviene tener en cuenta a la hora de valorar el empleo de armaduras galvanizadas es el de que en algunos paises -Reino Unido, Estados Unidos- las normas de construcción permiten un espesor menor de hormigón sobre la armadura si está galvanizada. Asimismo, el menor volumen de los productos de corrosión del recubrimiento galvanizado disminuye, prácticamente anula, el riesgo de reventamiento del hormigón, lo cual tiene un gran interés práctico y estético. El relación a la adherencia de las armaduras los resultados obtenidos han proporcionado una mejora de la adherencia en algunos casos y en aquéllos en los que la adherencia resultó peor siempre fue superior a los mínimos que establecen las normas para las armaduras sin galvanizar.

UNIONES SOLDADAS Del primitivo rechazo de las uniones soldadas de elementos galvanizados se ha pasado, tras el desarrollo y mejora de los procesos de soldadura a la utilización masiva de estructuras galvanizadas soldadas después de galvanizadas. De un modo general, se puede establecer la posibilidad de soldar cualquier tipo de material galvanizado, utilizando los sistemas convencionales con una pequeña modificación en lo que se refiere al modo de trabajo. Así, la separación entre piezas a soldar debe ser algo mayor para permitír la evacuación de los humos de cinc (vapor y óxido) que se forman como consecuencia del calentamiento y conseguir una soldadura exenta de poros. Es necesario reacondicionar la zona afectada por la soldadura, para lo cual se puede emplear una pintura rica en cinc o bien una aleación eutéctica cinc-cadmio. Asimismo, es necesario disponer de un extractor de humos portátil o incorporado a la boquilla portaelectrodos que permite su eliminación rápida y la observación de la soldadura durante su realización.

2.3.2.3. RECUBRIMIENTOS DE ESTAÑO El Sn se utiliza para la fabricación de hojalata (láminas de acero recubiertas de Sn) para los envases de alimentos. La naturaleza no tóxica de las sales de Sn hace a la hojalata ideal para envases de bebidas y alimentos. Por la cara exterior de un recipiente recubierto de Sn, el Sn es catódico con relación al acero, de acuerdo con el potencial normal del Sn (– 0,136 V) en comparación al del Fe (–0.440 V). Sin embargo, en el interior, el Sn es casi siempre anódico con relación al hierro y por esto el Sn protege al acero base. Esta afortunada inversión de potencial tiene lugar debido a que los iones estannosos, Sn++, son complejados por muchos productos alimenticios lo cual reduce fuertemente la actividad de los iones Sn++, resultando un cambio de potencial del Sn en sentido activo. PROPIEDADES DEL ESTAÑO: El estaño es un metal anfótero (reacciona tanto con ácidos como álcalis), pero que es relativamente resistente en medios neutros o casi neutros. No se corroe en aguas blandas y se emplea desde hace muchos años en las tuberías de agua destilada. Sólo la escasez y elevado precio del Sn han hecho que se se empleen otros materiales para las tuberías de agua destilada, por ejemplo Al. La corrosión en ácidos diluidos no oxidantes, por ejemplo HCl y H2SO4, está determinada principalmente por la concentración de oxígeno disuelto en el ácido. La sobretensión de H2 del Sn es tan elevada que la corrosión acompañada por desprendimiento de H2 es limitada. Por ejemplo, el ácido acético desaireado corroe al estaño con lentitud, sea en caliente o frío. El NH4OH y Na2CO3 tienen poco efecto, pero en solución de NaOH concentrada la velocidad de ataque es rápida con formación de estannato sódico. En los álcalis fuertes el estaño se corroe

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rápidamente y la velocidad de esta corrosión aumenta progresivamente cuando la alcalinidad pasa de un pH de 8,5. Como en los ácidos, la velocidad de corrosión aumenta con la aireación. Comportamiento en la atmósfera: Cuando se expone al aire, el estaño se recubre en pocas horas con una película invisible de óxido estánnico que retrasa considerablemente, aunque no evita la continuación del ataque. Las experiencias realizadas inidican que la película superficial que se forma es de naturaleza granular y no del tipo protector continuo. El comportamiento del estaño que se expone directamente a las condiciones de intemperie, está influenciado por la lluvia, por la contaminación atmosférica y, sobre todo, por los cloruros presentes en elevadas proporciones en ambientes marinos. Los datos experimentales recogidos indican que en las localidades marinas es donde se registra la corrosión más acusada y que las atmósferas industriales ejercen un efecto mucho más corrosivo sobre el estaño que las menos contaminadas de carácter rural. Aparentemente, la humedad relativa de la atmósfera ejerce un efecto acelerador muy poco marcado sobre la corrosión del estaño, siempre que no sobrepase el 85%. La hojalata La hojalata combina la resistencia relativamente superior a la corrosión de los metales no férreos con la tenacidad del acero. Las chapas de los metales estañados pueden deformarse intensamente sin que el recubrimiento experimente serios trastornos y, en consecuencia, esto permite la obtención de piezas bastante complicadas mediante procesos de estampado, estirado, laminado, etc. En vista de que el estaño se presta admirablemente a las operaciones de soldadura y no ejerce ningún efecto tóxico sobre los alimentos que están en contacto con él, la hojalata se emplea profusamente en la industria de conservas. Aparte de sus otras características favorables, la superficie de la hojalata puede decorarse, pintarse, esmaltarse o laquearse sin dificultad. Además de en la fabricación de hojalata, el estaño se emplea en bastante menor escala en el recubrimiento del cobre.

2.3.2.4. RECUBRIMIENTOS DE ALUMINIO En aguas blandas el Al muestra un potencial catódico con relación al acero y por ello actúa como recubrimiento noble. En agua de mar y en algunas aguas naturales , en especial en aquellas que contienen Cl- y SO4= , el potencial del Al se hace ás activo y se invierte la polaridad del par Al-Fe. Un recubrimiento de Al en estas condiciones es soluble o de sacrificioy protege catódicamente al acero. A juzgar por su potencial, marcadamente electronegativo, los recubrimientos de aluminio deberían proporcionar una protección catódica al hierro en los poros y en otros defectos de la capa que ponen el metal subyacente al descubierto. Sin embargo, debido al hecho de que al aluminio reacciona con gran avidez con el oxígeno, en condiciones normales se forma una película de óxido superficial de carácter relativamente inerte, que le comunica al metal una nobleza aparente. Por tanto , el aluminio proporciona una protección electroquímica escasa o nula a los metales férreos, excepto en soluciones de cloruros, pues su virtud protectora se debe fundamentalmente a la resistencia inherente a la de corrosión de la película de óxido que se forma en la superficie. Se consiguen intensificar considerablemente las características protectoras de la película superficial formada sobre el aluminio, mediante la oxidación anódica del metal, aspecto que se tratará en el apartado siguiente. 2.3.2.5 .RECUBRIMIENTOS DE CADMIO

Los recubrimientos de cadmio se obtienen casi exclusivamente por electrolisis. La diferencia de potencial entre el Cd y el Fe no es tan grande como entre en Zn y el Fe, por ello la protección catódica que proporciona al acero la sobrecapa de Cd disminuye con rapidez en función del tamaño de los defectos del recubrimiento.

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El Cd es más caro que el Zn pero mantiene durante más tiempo el aspecto metálico brillante. Además, es más resistente al ataque por los condensados atmosféricos y a la niebla salina. Por otra parte, sin embargo, los recubrimientos de Cd expuestos a la atmósfera, no son tan resistentes como los recubrimientos de Zn de igual espesor. En medios acuosos el Cd, a diferencia del Zn, resiste el ataque de los álcalis fuertes. Al igual que el Zn, se corrroe en ácidos diluidos y en amoniaco acuoso. Las sales de Cd son tóxicas y por esta razón los recubrimientos de Cd no deben ponerse en contacto con productos alimenticios. Las sales de Zn son menos tóxicas, tanto es así que se admite el galvanizado para el agua potable, pero no se recomienda para estar en contacto con otros alimentos.

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2.3.3 RECUBRIMIENTOS INORGÁNICOS (NO METÁLICOS) Aparte de los recubrimientos orgánicos (pinturas) y los recubrimientos metálicos, vistos anteriormente, se utilizan frecuentemente los siguientes recubrimientos inorgánicos: - RECUBRIMIENTOS POR TRANSFORMACIÓN QUÍMICA - ESMALTES VÍTREOS - RECUBRIMIENTOS CEMENTO PORTLAND

RECUBRIMIENTOS POR TRANSFORMACION QUIMICA Se trata de recubrimientos protectores formados ín situ por reacción química con la superficie del metal. Se consideran tres tipos por transformación química: - Fosfatación - Oxidación Superficial - Cromatado 1) Fosfatación

Los recubrimientos de fosfato sobre acero se obtienen extendiendo sobre la superficie limpia del acero, por medio de brocha o rociado, una solución diluida, fría o caliente, de ortofosfato ácido de cinc o de manganeso (p.ej. ZnH2PO4 más H3PO4). La subsiguiente reacción produce una red de cristales porosos de fosfato metálico unidos a la superficie del acero. Algunas veces se añaden a la solución fosfatante aceleradores, por ejemplo, Cu2+, CIO3-, o NO3-, para aumentar la velocidad de reacción. Los recubrimientos de fosfato no dan por sí mismos una protección apreciable contra la corrosión. Son útiles principalmente como base para las pinturas, ya que proporcionan buena adherencia de la pintura al acero y disminuyen la tendencia a la corrosión que socava la película de pintura en los arañazos y otros defectos. Se puede utilizar para proteger el hierro, el aluminio o el cinc. 2) Oxidación Superficial 2.a) Recubrimientos de óxido sobre el acero. Se pueden preparar por oxidación controlada en aire a alta temperatura o, por ejemplo, por inmersión en soluciones de álcalis concentrados y calientes que contengan persulfatos, nitratos o cloratos. Estos recubrimientos de color azul, marrón o negro, se componen en su mayor parte de Fe3O4, y, al igual que los recubrimientos de fosfatos, no son protectores contra la corrosión. 2.b) Formación de una película protectora por oxidación anódica. La oxidación anódica es un método que se aplica principalmente al aluminio y a sus aleaciones. También recibe el nombre de anodizado. Al exponerse a los agentes atmosféricos, el aluminio recién abrasionado forma rápidamente una película impermeable de óxido de un espesor de 0,1 micras. Al cabo de unos diez a catorce días la película de óxido ya no aumenta. Su carácter inerte y autocicatrizante ofrece una considerable resistencia a la oxidación atmosférica normal, con lo que la velocidad de corrosión se reduce a un valor muy bajo. La película de alúmina (Al2O3) que se forma espontáneamente en el aire sobre la superficie del aluminio resulta sin embargo insuficiente para proteger el metal contra un ataque químico débil o para resistir la abrasión. El tratamiento dé oxidación anódica se realiza a temperatura ambiente en un electrolito adecuado, por ejemplo ácido sulfúrico diluido, y permite formar en la superficie del metal, por

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electrólisis, una película de alúmina gruesa (de 0,0025 a 0,025 mm), dura y protectora.El óxido así obtenido tiene que someterse a hidratación para mejorar sus propiedades protectoras, exponiendo los artículos anodizados al vapor o agua caliente durante varios minutos, proceso que se denomina «sellado». El recubrimiento de óxido se puede teñir de diversos colores, en el baño de anodizado o después. El anodizado mejora en cierto grado la resistencia a la corrosión, aunque la protección adicional no es espectacular y sin duda es menor que la proporcional al correspondiente espesor de óxido. Los recubrimientos obtenidos en el anodizado proporcionan una superficie base buena para el pintado del Al, que es un metal de otro modo difícil de pintar sin someter a la superficie a una preparación especial. 3) Cromatado Los recubrimientos de cromato se forman sobre cinc por inmersión del metal limpio durante unos pocos segundos en una solución a temperatura ambiente de dicromato potásico (p. ej., 200 g/l) acidificada con H2SO4 (p. ej., 8 ml/l) y después se lava y se seca. Se forma una superficie de cromato de cinc que da un ligero color amarillo y que protege al metal de manchas y oxidación causada por la humedad condensada. Esto también aumenta la vida del cinc, en un grado modesto, expuesto a la acción de la atmósfera. Se han recomendado recubrimientos similares para el cadmio.

ESMALTES VITREOS Los esmaltes son esencialmente borosilicatos de clacio, de potasio y de plomo, que se aplican formando una papilla sobre el metal previamente desengrasado y decapado. Una vez secas, se introducen las piezas en un horno donde se funde el esmalte formando una capa vítrea protectora. Los esmaltes tienen el inconveniente de que no son elásticos y saltan con facilidad si se golpean.. Los esmaltes vítreos proporcionan una protección eficaz para los metales base contra la corrosión de muchos medio agresivos. Los vidrios, que en esencia se componen de borosilicatos alcalinos como ya se señaló, pueden formularse para resistir ácidos fuertes y álcalis suaves o ambos. Su elevada calidad protectora se debe a su impenetrabilidad al agua, y al oxígeno aun durante tiempos de exposición relativamente largos, y por su estabilidad y duración a temperatura ambiente y superiores. Los recubrimientos de esmalte vítreo se aplican principalmente sobre acero pero también es posible aplicar algunos recubrirnientos sobre cobre, bronce y aluminio.

RECUBRIMIENTOS DE CEMENTO PORTLAND Los recubrimientos de cemento Portland tienen las ventajas de un bajo coste, coeficiente de dilatación (1,0 x 10-5 0C-1), aproximado al del acero (1,2 X l0-5 0C-1) y facilidad de aplicación y reparación. Se pueden aplicar por colada centrífuga (como se hace para el interior de tuberías), con paleta o llana y por aspersión. La gama de espesores oscila en general entre 0,5 y 2,5 cm, y es habitual reforzar los recubrimientos más delgados con una armadura en forma de malla de alambre. Los recubrimientos de cemento Portland se usan para proteger las tuberías de hierro colado o de acero para agua por el lado del agua, del suelo, o ambos, con excelentes resultados. Además, los revestimientos de cemento Portland se emplean en el interior de depósitos para agua caliente y fría, y depósitos de almacenamiento de productos químicos. Las desventajas de los recubrimientos de cemento Portland estriban en su sensibilidad a los daños originados por choques mecánicos o térmicos. Sin embargo, los desperfectos de depósitos abiertos se reparan con facilidad revocando las zonas agrietadas con cemento recién preparado. El cemento Portland puede resultar atacado por aguas ricas en sulfatos, pero actualmente se dispone de cementos compuestos que tienen una mejor resistencia a tales aguas ( cementos con característica SR)

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2.4 Inhibidores de Corrosión Los inhibidores de corrosión son sustancias que se introducen en pequeña proporción en el medio corrosivo y reducen la velocidad de corrosión metálica sustancialmente debido a la formación de una capa protectora sobre la superficie del tubo que constituye una barrera entre el agua y la superficie metálica. Los inhibidores actúan sobre la interfase metal-medio, dificultando el desarrollo del proceso de corrosión a través de dos mecanismos: 1. Precipitación de compuestos insolubles sobre la superficie metálica. 2. Formación de capas pasivantes adsorbidas.

La inhibición se descubrió al observar el efecto protector de ciertas sustancias naturales, pero más recientemente, al comprobar que varios varios grupos funcionales de la química orgánica poseían propiedades inhibidoras, se encontró una fuente inagotable de inhibidores potenciales,siendo posible, actualmente, recurrir a la utilización de productos químicos sitéticos y realizar un diseño específico de inhibidores. En la Tabla siguiente figuran algunos sistemas metal/medio, los inhibidores que han sido utilizados para la protección y la concentración de los mismos SISTEMA

INHIBIDOR

Agua potable

Ca(HCO3)2 Polifosfatos Ca(OH)2 Na2SiO3

Inhibidores De las pinturas

ZnCrO4 ZnCrO4 Minio (rojo)

Hormigón armado NaNO2

METAL PROTEGIDO Acero, Fundición... Fe, Zn, Cu y Al Fe, Zn, Cu Fe, Zn, Cu Fe, Zn, Cu Fe, Zn, Cu Fe

Fe

CONCENTRACIÓN

10 ppm 5 a 10 ppm Hasta pH = 8 10 a 20 ppm Variable Variable Variable 2 % ( según contenido de cloruros )

Inhibidores de corrosión para agua potable En los casos de notoria corrosividad o agresividad de las aguas puede ser recomendable tratar dicho agua con inhibidores de corrosión.

Los inhibidores para agua potable corresponden básicamente a dos familias de compuestos: - Polifosfatos (ortofosfatos, polifosfatos, fosfatos «mixtos» mezclas de ortofosfatos y polifosfatos) - Silicatos sódicos. Las concentraciones límites de estos productos, aunque variables según los países, suelen ser de entre 5 y 10 ppm en polifosfatos y silicatos, expresados en P2O5 y SiO2, respectivamente. El tratamiento de agua con polifosfato sódico ayuda a reducir el color rojo originado por las sales férricas o la herrumbre que contiene en suspensión el agua. Este tratamiento también reduce en modesta cantidad la velocidad de corrosión en los casos en que el agua se mueve con cierta velocidad y está completamente aireada. Sin embargo, en las zonas de la red de distribución donde el agua tiene poco movimiento no ejerce, probablemente, beneficio práctico. La adición de pequeñas cantidades de

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polifosfatos a los sistemas de agua caliente, aparte de su rápida descomposición en ortofosfatos que son menos efectivos como inhibidores, tampoco proporcionan ninguna ventaja en la protección del sistema contra la corrosión. El tratamiento con silicato sódico se emplea algunas veces individualmente por los propietarios de edificios situados en zonas de aguas blandas. Este tratamiento reduce el color rojo del agua, que produce la herrumbre en suspensión procedente de la corrosión de las tuberías de hierro y también elimina la coloración azul que produce el agua que ha pasado por tuberías de cobre o latón. Al mismo tiempo se suele observar una reducción práctica en la corrosión del acero del orden del 50 al 90%, aunque no en todas las aguas. La forma en que el silicato sódico actúa para formar una capa protectora todavía no se conoce completamente, pero hay evidencia de que se adsorbe sobre o reacciona con los depósitos de óxido existentes, hidróxidos o carbonatos. El silicato tiende a ser más efectivo a pH elevado y a dosis de 15 a 20 rng/litro. Condiciones básicas de dosificación de inhibidores de corrosión:

El éxito de un inhibidor para controlar la corrosión depende de varios requisitos básicos: 1) Comenzar el tratamiento a dos o tres veces la concentración de inhibidor normal (“dosis de pasivación”) para acumular film protector tan rápido como sea posible y debe ser deseable. Esto minimiza la ocasión de que el picado comience antes de que toda la superficie metálica haya sido cubierta por la capa protectora. Usualmente se requieren al menos varias semanas para que el recubrimiento se desarrolle. 2) El inhibidor normalmente debe alimentarse de modo continuo y a una concentración suficientemente elevada (“dosis de mantenimiento”). Las interrupciones en la alimentación pueden producir pérdida de la capa protectora por disolución y las concentraciones que son demasiado bajas pueden evitar la formación de capa de protección en todas las partes de la superficie. 3) Los caudales circulantes deben ser suficientes para transportar continuamente el inhibidor para que llegue a todos los puntos de la superficie metálica; de otro modo, no se formará una barrera o película protectora. Por ejemplo, los inhibidores de corrosión a menudo no pueden reducir la corrosión en depósitos de almacenamiento si el agua no fluye, y el inhibidor no se alimenta continuamente.

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2.5 Protección Electroquímica Se consideran los siguientes apartados:

2.5.1 PROTECCIÓN CATÓDICA 2.5.2 PROTECCIÓN ANÓDICA

2.5.1 Protección Catódica La técnica de protección catódica se aplicó por primera vez en 1824, para proteger mediante bloques de cinc la envoltura de cobre de los buques. El sistema de protección catódica con corriente impresa comenzó a utilizarse unos cien años más tarde. El campo de aplicación actual va desde la protección de estructuras metálicas enterradas (gaseoductos, oleoductos, cables de energía y telefónicos, tanques, etc.), instalaciones marinas (cascos de buques, tuberías submarinas, boyas, pantalanes, plataformas petrolíferas, etc.), hasta, incluso para la prevención con cierta efectividad y bajo determinadas circunstancias de fenómenos de corrosión bajo tensión, fatiga con corrosión y descincificación, etc. Se consideran los siguientes apartados: -

FUNDAMENTO ELETROQUÍMICO POTENCIAL DE PROTECCIÓN. CRITERIOS DENSIDAD DE CORRIENTE MÍNIMA (D.C. MIN.) PARA LA PROTECCIÓN CATÓDICA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO PROTECCION CATODICA POR CORRIENTE IMPRESA COMPARACION ENTRE LOS SISTEMAS DE PROTECCION CATODICA LIMITACIONES Y EFECTOS SECUNDARIOS DE LA TÉCNICA DE PROTECCIÓN CATÓDICA

FUNDAMENTO ELETROQUÍMICO La reacción de disolución o corrosión de un metal puede expresarse como: Me → Men+ + ne-

(1)

Los electrones generados en la reacción anterior van a parar a los agentes oxidantes del medio (O2, H , etc.). Si desde el exterior aportamos a la superficie metálica suficiente carga eléctrica negativa como para conseguir que los electrones demandados por los agentes oxidantes sean aportados por la corriente eléctrica externa que llega al metal en lugar de por los propios átomos del metal, conseguiremos evitar la corrosión de éste. La protección catódica se define, asimismo, como el establecimiento de un estado de inmunidad mediante polarización catódica. +

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POTENCIAL DE PROTECCIÓN. CRITERIOS Para diseñar una instalación de protección el primer parámetro a determinar es el potencial a que hemos de situar nuestra estructura metálica para evitar su corrosión. Existen varios criterios para establecer el valor potencial de protección. Entre los que cuentan con mayor aceptación se hallan: 1) Criterio de Pourbaix 2) Determinación experimental del potencial de protección 1) Criterio de inmunidad termodinámica basado en los Diagramas de Pourbaix

La reducción de un catión metálico y su correspondiente potencial electroquímico viene expresado por las siguientes ecuaciones: Mn+ + ne- → M. (1)

E = E0 + (RT/nF) ln [Mn+] (2)

En un entorno acuoso, también se pueden formar hidróxidos u óxidos metálicos: E = E0 + (RT/nF) ln (aH+)n = E0 - (2,303RT/F) pH (3) M(OH)n + nH+ + ne- → M + nH2O Podemos representar gráficamente las dos ecuaciones de Nernst anteriores (2) y (3) en un Diagrama de Pourbaix (Diagrama pH- Potencial), respecto al electrodo estándar de hidrógeno. Actualmente se dispone de diagramas de Pourbaix para la mayoría de los metales, mostrándose en la figura siguiente el diagrama pH- Potencial correspondiente al Fe. Diagrama de Pourbaix mostrando las zonas de Corrosión, Inmunidad y Pasivación del hierro a 25º C.

Por encima de la línea (b) los potenciales son muy positivos , lo cual provoca la descomposición de las moléculas de agua cediendo electrones y acidificando el medio: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-

Entre las líneas (a) y (b) el agua es termodinámicamente estable

Por debajo de la línea (a) los potenciales son muy negativos. Las moléculas de agua captan electrones y se descomponen desprendiéndose hidrógeno y alcalinizando el medio: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH

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Los diagramas de Pourbaix muestran las condiciones termodinámicas de estabilidad de las distintas especies que aparecen en el medio acuoso para un pH y E determinados, lo cual permite establecer tres tipos de zonas dentro del diagrama: a) Zonas de corrosión, aquellas en que el estado estable del metal es en forma de iones o de iones complejos, por tanto, el metal se corroe. b) Zonas de Pasividad: suponen la formación de un óxido o hidróxido que actúa como una barrera limitando el acceso de los agentes oxidantes a la superficie metálica. c) Zonas inmunidad donde el estado estable es el de metal no ionizado.

Los números que aparecen a lo largo de las líneas del diagrama son el exponente de base 10 de la concentración molar de los iones metálicos. Por ejemplo, -6 significa una concentración molar de 10-6 (ion-g por litro), y 0 significa 100, es decir, molaridad (actividad) es igual a 1. Las líneas horizontales son gráficas de la ecuación Mn+ + ne- → M para diferentes concentraciones de iones en solución o disueltos, Cada línea horizontal representa el potencial del electrodo en equilibrio con la concentración iónica dada. Por ejemplo, si el electrolito contiene una concentración molar de Mn+ igual a 10-6, por debajo de la línea horizontal (de potencial) marcada como -6 el metal es inmune; por encima de ella, la forma estable es como ion y el metal se corroe. Las líneas continuas inclinadas son gráficas de la ecuación E = E0 + (RT/nF) ln (aH+)n = E0 - (2,303RT/F) pH. Las líneas verticales son reacciones en las que no se transfieren electrones, es decir, reacciones estrictamente químicas. Las dos líneas de rayas inclinadas representan el potencial de pH del agua e indican las regiones donde el hidrógeno, el agua y el oxígeno son estables. Criterio de Pourbaix: Pourbaix define la zona de inmunidad como aquella en que la actividad del ion metálico en el electrolito en contacto con el metal es inferior o igual a 10-6 molar. Aplicando el criterio de Pourbaix, en el diagrama pH-E anterior se deduce que, dentro de los pH habituales, conseguiríamos mantener a la estructura de Fe en la zona de inmunidad si mantenemos su potencial en un valor igual o inferior a -0, 62 voltios, respecto al electrodo de estándar de hidrógeno. En la figura siguiente se aprecia la equivalencia de este criterio expresado con referencia a otros electrodos normalmente utilizados.

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Observaciones: 1) El valor del potencial de protección de Pourbaix se deduce fácilmente determinando el potencial del Fe, respecto al electrodo normal de H2, cuando [Fe2+ ] = 10-6 molar (iones gramo /litro de disolución). Fe → Fe2+ + 2e- ; E0 = - 0,44 V (respecto al electrodo normal de H2 ) [Fe2+ ] = 10-6 molar E = E0 + 0,059/ n * log [Mn+] → E = -0.44 + 0,059/ 2 * log [10-6 ] = -0,44 –0,177 = - 0,617 Volts Éste es el voltaje que corresponde a la línea horizontal marcada con –6 en el diagrama de Pourbaix del hierro.

2) Los diagramas de Pourbaix se basan en la termodinámica, no contienen ninguna información relativa a la velocidad de las posibles reacciones, ni indican la eficacia de la película o barrera pasiva de óxido que pueda formarse. Sin olvidar estas limitaciones, los diagramas si reflejan lo que ocurre en condiciones de equilibrio cuando se sumerge un metal en ácido o en álcali, o cuando se impone cierto potencial al metal, como en la protección catódica. Señalar asimismo que las líneas corresponden a las especies o iones específicos que se muestran sobre el diagrama, ya que cuando el electrolito contiene otros iones, como sulfuros y cloruros, es necesario representar sus líneas características sobre el diagrama. 2) Determinación experimental del potencial de protección Se han llevado a cabo multitud de determinaciones experimentales directas (en el laboratorio y en aplicaciones prácticas concretas) de las velocidades de corrosión de metales expuestos a medios y condiciones diversas, al imponerles diversos valores de potencial. Ello ha permitido estimar los potenciales mínimos para una protección adecuada, potenciales que acostumbran a diferir poco para un mismo material metálico. En el cuadro siguiente se muestran los valores más significativos de los potenciales (en voltios) para protección catódica de diferentes metales y aleaciones en función del electrodo de referencia utilizado

(*) Según experiencias realizadas, para la protección del aluminio contra la corrosión el potencial debe estar situado entre ambos límites.

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DENSIDAD DE CORRIENTE MÍNIMA (D.C. MIN.) PARA LA PROTECCIÓN CATÓDICA Si hemos determinado el potencial para el cual nuestra estructura va a estar protegida, el siguiente paso sería establecer la intensidad corriente eléctrica que debe aplicarse al metal para llevarlo al potencial de protección. La intensidad a aplicar será uno de los parámetros fundamentales que incidirán en el diseño y el coste operativo del sistema de protección. La intensidad necesaria para alcanzar el potencial de protección depende en gran medida de las condiciones del medio tales como temperatura, agitación, aireación, composición, etc., y del tipo de metal o aleación. Depende asimismo de la presencia de recubrimientos y su estado de conservación, existencia de capas calcáreas, vitrificados, etc. En la figura siguiente, utilizando como electrodo de referencia Cu/CuSO4, se muestran las curvas de polarización catódica en dos situaciones: (a) Tubería cubierta de herrumbre. (b) Tubería revestida de material bituminoso.

Se observa que en (a) se consigue un potencial protector a partir de una densidad de corriente de unos 5 mA/m2 en tanto que en (b) éste se obtiene a partir de 1 mA/m2, aproximadamente. La determinación de la intensidad de protección suele realizarse experimentalmente. En la Tabla siguiente se recogen las densidades de corriente de protección para diversos metales en variadas condiciones del medio, lo cual sólo ha de considerarse una primera aproximación sobre la corriente continua (DC) mínima que debe aplicarse, puesto que cada caso concreto requiere un estudio minucioso “in situ” para su determinación exacta. Por ejemplo, para terrenos muy ácidos la D.C. mín. no serán 35 mA/m2, sino que se deberán alcanzar 100 a 150 mA/m2 para lograr reducir la corrosión del acero a niveles aceptables.

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Densidad de corriente (D.C.) para la protección catódicadel hierro y acero en variadas de servicio:

condiciones

Se analiza a continuación la influencia de los parámetros del medio soben la corriente de protección necesaria: 1) Temperatura La temperatura incrementa la velocidad de corrosión en soluciones aireadas en tanto no se. haga lo suficientemente elevada, para que el efecto de la disminución de la concentración de oxígeno en el agua llegue a contrarrestar y superar los efectos combinados de un aumento del coeficiente de difusión y de la velocidad de la reacción electroquímica de reducción del oxígeno, y de una disminución del espesor de la película de difusión. En las soluciones desaireadas los incrementos de temperatura motivan siempre un aumento de la velocidad de corrosión. En estas circunstancias, la temperatura favorecerá también la despolarización de la superficie del metal facilitando el alejamiento del hidrógeno gas producido catódicamente sobre ella. 2) Agitación. La agitación incrementa la velocidad de corrosión tal como podría esperarse de un fenómeno de difusión, a causa del adelgazamiento de la película de difusión. La agitación acelera el transporte de oxigeno a través de la masa de volumen y facilita la progresión del oxígeno a través de la capa de difusión. Como resultado, la agitación disminuye la pendiente de la curva de polarización catódica desplazando hacia la derecha el punto de corte de las curvas de polarización anódica y catódica. 3) Formación de depósitos calcáreos sobre la superficie a proteger. La formación de depósitos reduce apreciablemente la superficie metálica expuesta al medio corrosivo y, a su vez, la densidad de corriente mínima para la protección. Para soluciones aireadas esta reducción en la D.C. representa el 50-75 %; en cambio, con soluciones desaireadas, es bastante menos acusada, a menudo sólo del 25-40 %.

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4) El tiempo. Cuando se realiza una instalación de protección catódica, no se consigue el potencial de protección desde el mismo momento en que se hacen las conexiones, sino que tiene que transcurrir un cierto tiempo, que dependerá, entre otros factores, del número y calidad de los ánodos, lecho anódico y resistividad del suelo (en los casos de ánodos galvánicos); y del voltaje de salida, superficie de los ánodos, lecho anódico y resistividad del suelo (en los casos de corriente impresa). En la figura siguiente se observa como el potencial evoluciona en función del tiempo, hasta estabilizarse, según sea la D.C. aplicada

Conviene no excederse en la D.C. aplicada, pues además de implicar un gasto innecesario de corriente y, por consiguiente, una pérdida económica, puede motivar el deterioro anticipado y desprendimiento de la película protectora de pintura. En el caso de aceros de alta resistencia mecánica puede suponer la fragilización de éstos por absorción de gas hidrógeno formado sobre el metal a D.C. elevada. Asimismo, una elevación del pH en las zonas catódicas, en el caso del aluminio (metal anfótero) puede destruir la pasividad y acelerar su corrosión de modo catastrófico.

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SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO El potencial y corriente de protección para un metal determinado pueden obtenerse uniendo el metal a proteger con otros metales mucho más activos (es decir, con otros metales que tengan mayor facilidad para ceder los electrones que demandan los agentes oxidantes del medio). Al unir un metal más noble con otro más activo se origina una celda galvánica donde el metal más activo actúa de ánodo, “sacrificándose” en beneficio del metal que se desea proteger y que actúa de cátodo. Los ánodos de sacrificio pueden ser considerarlos como fuentes de energía eléctrica portátiles, resultando particularmente útiles cuando no es posible disponer de una fuente de corriente continua (como es el caso de la protección catódica por corriente impresa), o cuando el tendido de una línea para tal aplicación hace antieconómica la protección catódica. En las figuras siguientes se muestran una representaciones esquemáticas de protección catódica por este método. Los e- van hacia potenciales crecientes

Voltajes respecto al electrodo estándar de H2

E2 = E1 + IR

E2

Para unas condiciones dadas de pH y [Fe2+] en el electrolito, el electrodo de sacrificio debe proporcionar la intensidad necesaria para que el potencial de la estructura metálica a proteger (E2) se halle n la zona de inmunidad del Fe en el diagrama de Pourbaix.

E1 e-

Pt

H2

e-

M

+

I = (E2 – E1) / R

R

H

M

2+

2e-

Fe H2O

Ánodo de sacrificio: En este electrodo tienen lugar las reacciones que generan electrones M → M2+ + 2e-

Electrodo de un metal activo (cede fácilmente electrones) : Zn, Mg, Al

2+

Fe

O2

H+

Disolución acuosa con O2 , Fe2+ , H+ (pH)

Sobre la superficie metálica a proteger ocurren las reacciones de reducción (cátodo): las especies demandantes de electrones del electrolito captarían los electrones impulsados por la fuente, en lugar de los electrones de los átomos del hierro metálico, disolviéndolo. Las típicas reacciones de reducción que ocurrirían serían: O2 + 2H2O + 4e- → 4 OH- ( O2 → OH- ) 2H+ + 2e- → H2 pH 0 → Tiende a formar películas protectoras de CaCO3: Agua incrustante - Cuando Is < 0 → No se forma o tiende a disolver las películas protectora de CaCO3: Agua agresiva - Cuando Is = 0 → Agua en Equilibrio: no forma, ni tiende a disolver las capas protectoras de CaCO3

Is>> 0

EJEMPLO DE APLICACIÓN

DATOS mg / litro

Ci mol/litro

Zi

HCO3-

396,5

0,00650

1

SO42ClNO3Ca2+ Mg2+ Na+

178,6 304,9 72,5 145,9 83,7 117,6

0,00186 0,00860 0,00117 0,00364 0,00344 0,00511

2 1 1 2 2 1

K+

4,3

0,00011

1

pH del agua: 6,85

µ 1 + 1,4 µ

1 µ = [ (0,00650 + 0.00860 + 0,00117 + 0,00511 + 0,00011) × 12 + (0,00186 + 0,00364 + 0,00344) × 2 2 ] = 0,02862 2 Por tanto : ε=

µ 0,02862 = = 0,1368 1 + 1,4 µ 1 + 1,4 0,02862

 Ks pHs = log10   K2 × [Ca] × [HCO 3

-

 10 -8,3   + 2 ε = log 10  -10,3   + 2 × 0,1368 = 6,63 + 0,2736 = 6,90 ] 10 × 0,00364 × 0,00650 

 Ks pHs = log10   K2 × [Ca] × [HCO 3

-

 + 2ε ] 

El índice de Langelier (Índice de Saturación) toma el valor: IS = pH – pHs = 6,85 – 6,90 = -0,05 (< 0 ) → El agua es ligeramente agresiva

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319

3.2.2 AGUAS RESIDUALES Se consideran los siguientes apartados: 1) AGUA RESIDUAL URBANA (DOMÉSTICA) 2) AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL 3) RECUBRIMIENTOS PROTECTORES 1) AGUA RESIDUAL URBANA (DOMÉSTICA) 1.a) Características Fisicoquímicas

Las características fisicoquímicas del agua residual urbana, en lo relativo a su agresividad para los materiales, se encuentran habitualmente en de los siguientes rangos: -

Temperatura: 10 a 20 ºC. pH: 6 a 9 Cloruros: 20 a 50 mg/litro Sulfatos: 15 a 50 mg/litro Oxígeno disuelto: 0

1.b) Mecanismo de corrosión

La corrosión electroquímica se desarrollaría en base a los siguientes procesos de oxidación reducción: - Reacción Anódica: Oxidación del Fe Fe → Fe2+ + 2e- ReaccionesCatódicas La reacción catódica predominante es la correspondiente a agua aireada con pH neutro o alcalino O2 + 2H2O + 4e- → 4 OH- (reducción del oxígeno, abreviadamente O2 → OH- ) 1.c) Factores que determinan la velocidad de corrosión En cuanto a los efectos de las variables temperatura, pH y oxígeno disuelto sobre la velocidad de corrosión, las conclusiones que se obtinenen son análogas a las expuestas en el apartado anterior relativo al agua para consumo humano. En este caso, hay que resaltar la la baja o nula concentración de oxígeno que suele encontrarse en el agua residual doméstica, motivo por ele cual se considera que este tipo de aguas son mínimamente corrosivas. Sin embargo, las aguas residuales urbanas aireadas pueden provocar altas tasas de corrosión, por ejemplo en los tratamientos de aireación a que se somete el agua en las estaciones de tramiento de aguas residuales. 2) AGUA RESIDUAL INDUSTRIAL 2.a) Características Fisicoquímicas El agua residual industrial es un medio de características muy variables, debido a la diversidad de los compuestos y condiciones de operación de las actividades industriales. 2.b) Mecanismo de corrosión En este caso son posibles todos los mecanismos electroquímcos de corrosión, como se ilustra en la lámina siguiente.

320

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MECANISMOS GENERALES DE CORROSIÓN METÁLICA

REDUCCIÓN CATÓDICA: O2 / H+ / M+ (ac)

OXIDACIÓN DEL METAL Disolución de de metales anfóteros por contacto con soluciones de reactivos alcanlinos: - NaOH utilizado para neutralización de fugas de Cl2 (g) NaOH → Na+ + OH− - Disoluciones de hipocloritos usados como desinfectantes NaClO + H2O ↔ HClO + Na+ + OH−

Fe2+

4OH-

Fe (OH )2

H2

2 H2O O2

Corrosión Galvánica

4H+ + O2 (ac)

M+(ac)

O Disolución M Anfótero AlO2-, Zn MEDIO ALCALINO OH-

H2O + O2 (ac)

O2

pH ≅ 7

Fe

2e- →

Fe → Fe2+ + 2eC u → C u2+ + 2eAl → Al3+ + 3eZn → Zn2++ 2e-

MEDIO ACIDO

2e-

4eMETAL ANFÓTERO Al, Zn, Sn, Pb

2H+ (ac)

4epH < 4

Fe (OH )2 + 1/4 O2 + ½ H2O → Fe (OH )3 3 Fe (OH )3 → Fe2O3 + 3 H2O

M (s) e- →

e- →

e- →

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321

Como factores adicionales que pueden llegar a contribiontribuir de forma significativa, en la capacidad corrosiva de las aguas potables y residuales se deberá aplicar lo ya expuesto en los siguientes apartados: - Carácter agresivo o incrustante (Índice de Saturación) - Velocidad relativa del agua: Corrosión - Erosión - Cavitación 3) MEDIDAS DE PROTECCIÓN

Para las aguas residuales, dada la casuística y agresividad tan variada que pueden presentar, conviene utilizar materiales de gran resistencia química, como los materiales plásticos (PVC), cerámicos (gres vitrificado), o el hormigón. Estos materiales, además de presentar una mayor resistencia química que los materiales metálicos se caracterizan asimismo por la lisura de las superficies que favorece el flujo en las conducciones de agua residual. Cuando se necesita una elevada resistencia metálica suele recurrirse a las tuberías de fundición dúctil. Para la protección de los materiales férreos resultarían adecuados los siguientes recubrimientos: 1) Cemento Portland. El recubrimiento interior normalmente utilizado en las tuberías metálicas de fundición consiste en una capa de mortero de cemento centrifugado resistente a los sulfatos según la norma ISO 4179, aplicada mediante un proceso de centrifugación alta velocidad. . Algunos fabricantes, recientemente están recurriendo a un recubrimiento interior alternativo de carácter plástico (PEAD ó PU), lo que le confiere a la conducción una protección similar, o incluso superior a la del mortero, al tiempo que aumenta su lisura. La tecnología actual permite una total integración de estos recubrimientos interiores con la fundición dúcúil propiamente dicha, lo que se puede constatar en caso de una fractura.

Cuando un tubo revestido de cemento se llena con agua, el agua permea los poros del revestimiento liberandose una considerable cantidad de hidrato de calcio. El hidrato de calcio reacciona con el bicarbonato de calcio en el agua para precipitar carbonato de calcio, el cual tiende a tapar los poros del mortero y prevenir el paso de agua adicional. La primera agua en contacto con el hierro a través del revestimiento, disuelve algo del metal, pero la cal libre tiende a precipitar el hierro como un hidróxido de hierro, lo cual también obtura los poros del cemento. Los sulfatos también se precipitan como sulfato de calcio. A través de estas reacciones, el revestimiento proporciona una barrera física y química ante el agua corrosiva. El revestimiento interior será con mortero de cemento aplicado por centrifugación permite conseguir una superficie interior lisa, pudiéndose considerar un coeficiente de Colebrook del tubo de k = 0,03 mm. 2) Recubrimientos epoxi En general, se admite que las pinturas epoxi proporcionan una protección suficiente en un intervalo de pH entre 5,5 y 12,5 y para una temperatura máxima de 50 ºC. Si en esas condiciones extremas, la conductividad del agua fuera elevada sería necesario completar la protección con ánodos de sacrificio.

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322

3.2.3 DISOLUCIONES ACUOSAS DE REACTIVOS UTILIZADOS PARA TRATAMIENTO DE AGUA. A continuación se exponen las características corrosivas de los principales reactivos químicos utilizados en el tratamiento de agua, clasificados en tres grupos: A) REACTIVOS ÁCIDOS B) REACTIVOS ALCALINOS C) REACTIVOS NEUTROS A) REACTIVOS ÁCIDOS 1) Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3 · 18 H2O) 2) Cloro acuoso 3) Acido Fluorsilícico 37 – 42 % ( H2SiF6 37 a 42 %) 1) Sulfato de Aluminio (Al2(SO4)3 · 18 H2O) La disolución comercial de sulfato de aluminio, utilizado como coagulante para la clarificación del agua, está caracterizada por los siguientes parámetros: - Riqueza: 48,5 % (485 g de sulfato de aluminio / kilogramo de disolución ) - pH en el entorno a 3,0 Nota: El bajo valor de pH se debe a que esta sal presenta una reacción de hidrólisis ácida: Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42- Mecanismo de corrosión - Reacción Anódica: Oxidación del Fe Fe → Fe2+ + 2e- ReaccionesCatódicas El grado de acidez de la disolución posibilita las reacciones de reducción: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O (Medio aireado) (Medio desaireado) 2H+ + 2e- → H2

El efecto de la acidez provoca asimismo la disolución de las capas de óxido existentes sobre la superficie del metal facilitando la llegada del oxígeno a la superficie metálica y aumentando la velocidad de corrosión. - Materiales: Para el almacenamiento y trasiego de las disoluciones de sulfato de aluminio se comportarn satisfactoriamente las resinas de poliester del tipo bisfenólicas o vinil-éster. Dado el buen comportamiento acreditado por materiales plásticos como el PE, PP y PVC ante disoluciones acuosas de H2SO4 de hasta el 50 %, se puede esperar asimismo un buen comportamiento de estos materiales para para su uso en recipientes y lineas de transporte de las disoluciones acuosas de Al2(SO4)3 · 18 H2O.

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323

2) Cloro acuoso El cloro gas Cl2 (g) se utiliza en el tratamiento de agua potable por su acción desinfectante, y también por su efecto oxidante. El cloro reacciona con la mayor parte de los elementos y compuestos químicos y con todos los compuestos orgánicos, excepto los fluorocarbonados ( por ejemplo, el Teflón). Su reacción con agua, produce ácidos clorhídrico e hipocloroso, muy corrosivos para casi todos los metales, salvo el Titanio y el Tántalo. Cl2 (g) + H2O ↔ HClO (ac) + H+(ac) + Cl-(ac) (1) HClO (ac) ↔ H+ (ac)+ ClO- (ac) (2) Por el motivo anterior, al cloro (obtenido por electrolisis de salmueras) se le elimina de la forma más completa posible la humedad que le acompaña, hasta un contenido inferior a 40 ppm de humedad. El cloro gas que cumple la especificación anterior se denomina “cloro seco” y puede almacenarse y expenderse comercialmente en botellas o contenedores de acero al carbono. Para temperaturas inferiores a 120 ºC, lo cual cubre ampliamente el campo de utilización del cloro en las estaciones de tratamiento de agua, resulta óptimo el uso de recipientes de acero al carbono para almacenamiento del cloro gas o líquido, así como para los equipos evaporadores que trasforman el cloro líquido en cloro gas, para facilitar su dosificación. No deben usarse metales como el aluminio o galvanizados. Habitualmente los sistemas de dosificación de cloro implican la mezcla de cloro gas seco con agua de transporte, originando una disolución acuosa sobresaturada de cloro, muy corrosiva por los siguientes motivos: - Elevada acidez, debido a la hidrólisis ácida del cloro, como se deduce de la aparición de H+en las ecuaciones (1) y (2) anteriores. La acidez creada posibilita como reacciones catódicas de reducción: O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O 2H+ + 2e- → H2

-

Carácter oxidante del cloro acuoso, el ácido hipocloroso y del anión hipoclorito:

↔ Cl- ; E0 = 1,36 V 2. HClO + H+ + 2e- ↔ Cl- + H2O; E0 = 1,49 V 3. ClO− + 2H2O + 2e- ↔ Cl- + 2H2O; 1. Cl2 + 2e-

-

Efecto despasivante de los cloruros (Cl-).

Materiales para el cloro en disolución acuosa Los materiales acreditados para el alamacenamiento y transporte del cloro acuoso son los que figuran en la relación siguiente: Metales: Plata y Platino Titanio, Tántalo. Su elevado precio hace inviable su uso en las instalaciones comerciales. No metales: - Vidrio y cerámica, que presentan el problema de su fragilidad. - Plásticos: - PTFE, PVC, resinas ABS, Poliéster clorado, Policarbonato - No presentan buen comportamiento hacia el cloro húmedo el Polietileno y Polipropileno. Cuando se utilicen materiales plásticos deben tenerse siempre presentes sus limitaciones en cuanto a la presión y la temperatura.

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Materiales en Instalaciones de Tratamiento y Conducción de Agua 3) Acido Fluorsilícico 37 – 42 % ( H2SiF6 37 a 42 %)

Se utiliza este reactivo ya que los fluoruros tienen una acción efectiva para controlar las caries dentales, siempre que la concentración de los mismos se mantenga en valores próximos a 1 mg/litro. El H2SiF6 se caracteriza desde el punto de vista de su reactividad química por: a) Reacciona con el acero, níquel, aluminio y con otros muchos metales con desprendimiento de hidrógeno b) Forma HF (muy tóxico) con ácidos concentrados c) Reacciona fuertemente con los álcalis. d) Ataca al vidrio y al cemento. Los recipientes de almacenamiento y conducciones de dosificación están basados en materiales plásticos, resultando satisfactorio el polipropileno. B) REACTIVOS ALCALINOS 1) Hidróxido sódico (NaOH) 2) Hipoclorito sódico NaClO 3) Hidróxido cálcico Ca(OH)2 1) Hidróxido sódico (NaOH):

El NaOH suede ser usado como reactivo para corregir el pH del agua y para la neutralización de fugas de cloro gas que eventualmente puedan ocurrir. Comercialmente se utiliza en disoluciones acuosas de hasta el 50% en peso de concentración. En su aplicación para la absorción de fugas de cloro, se utilizan disoluciones de concentración en torno al 20 % para evitar los problemas que pudieran surgir como consecuencia de su cristalización al descender la temperatura. Es una base fuerte, ya que en solución acuosa se disocia prácticamente en su totalidad haciendo que se eleve el pH ( NaOH → Na+ + OH− ) Materiales: Pueden utilizarse los siguientes materiales plásticos: PE, PP, Poliester fibra de vidrio (hasta el 10% R/M. Para el 50 % M) y PVC (regular) En todo caso hay que tener presente la limitaciónes que pueden presentarse sobre los plásticos anteriores en relación a la temperatura del hidróxido sódico. 2) Hipoclorito sódico NaClO Este reactivo suele utilizarse como desinfectante y se puede adquirir comercialmente en disolución acuosa de unos 150 gramos/litro de concentración (La concentración de hipoclorito en una lejía comercial pueden ser entre 25 y 50 gramos/litro) Su carácter alcalino se debe a sus reacciones en disolución acuosa:

NaClO + H2O ↔HClO + Na+ + OH− HClO ↔ H+ + ClO− 3) Hidróxido cálcico Ca(OH)2 Se trata de un reactivo alcalino (Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH− ) de solubilidad limitada ( 1,65 a 20ºC ) utilizado habitualmente para el acondicionamiento del pH del agua.

g/litro

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C) REACTIVOS NEUTROS 1) Permanganato Potásico (KMnO4) 2) Polielectrolitos 2) Oxígeno (O2) y Ozono (O3) 1) Permanganato Potásico (KMnO4) El KMnO4 se utiliza en disolución acuosa debido a la capacidad del ión permanganato para oxidar metales disueltos, en el agua a tratar, y facilitar así su separación como óxidos mediante los procesos de coagulación floculación. Debido a su efecto oxidante sobre los metales, los pasiva inhibiendo las reacciones de corrosión. resultando perféctamente adecuados el acero al carbono y plásticos como el PVC ó el PE. Materiales como el acero al carbono o plásticos como el PVC o PE resultan adecuados para este reactivo en las condiciones habituales de uso en las instalaciones de tratamiento de agua. 2) Polielectrolitos Se utilizan como floculantes o coadyuvantes al proceso de floculación, con el objeto de conseguir la clarificación del agua. Los polielectrolitos son polímeros que se disuelven en agua, ocurriendo normalmente una ionización, que genera multitud de puntos de carga (positiva o negativa, según el tipo de polímero) sobre la cadena polimérica. Estas cargas superficiales se adhieren a los microflóculos creando puentes entre ellos: aumentando su tamaño y su peso y por tanto la velocidad de sedimentación. Las disoluciones acuosas de polielectrolitos suelen prepararse en concentraciones inferiores al 1 % y su pH está próximo a la neutralidad, resultando de muy baja corrosividad. Los recipientes para preparación de sus disolución acuosa suelen ser de acero inoxidable ( AISI 304) y las líneas de dosificación admiten plásticos como el PVC ó el PE. 2) Oxígeno (O2) y Ozono (O3) El O3 se utiliza en el tratamiento de agua por su extraordinaria capacidad oxidante y desinfectante El ozono O3 puede generarse en un reactor alimentado por O2 gaseoso o bien por aire atmosférico. En el primer caso, el O2 se encuentra macenado en forma líquida, pasando a través de un intercambiador en el que recibe calor para gasificarse y ser conducido hasta el generador de ozono. La temperatura crítica del O2 es -118,8 ºC, lo cual implica que el recipiente que lo almacena como líquido debe hallarse a una temperatura igual o inferior y presentar resistencia química frente a la oxidación. El material indicado para estas condiciones sería el acero AISI 304/L, que mantiene su ductilidad hasta – 250 ºC. . Dado el carácter fuertemente oxidante de la mezcla de oxígeno y ozono el material idóneo tanto para el ozonador (generador de ozono) como para las conducciones que los transportan hasta el punto de dosificación sería un acero del tipo AISI 304 L (interesa la variedad L para prevenir una posible corrosión intergranular por sensibilización del acero en las zonas de soldadura de las conducciones o el generador. MATERIALES PARA REACTIVOS QUÍMICOS Adicionalmente a las indicaciones sobre materiales realzadas en el punto anterior, en este apartado se recogen consideraciones generales en relación a los materiales que se deben utilizar en contacto con los reactivos químicos utilizados para el tratamiento del agua. - Los materiales que deben usarse para el almacenamiento y manipulación de los reactivos químicos son los que se figuran en su ficha de seguridad, que obligatoriamente debe proporcionar el proveedor del reactivo. - En general los materiales plásticos suelen ser una alternativa muy adecuada para los equipos de almacentamiento y transprote de los reactivos químicos utilizados para el tratamiento de agua, dada su mayor resitencia química en comparación con lo metales, siendo preciso tener en cuenta sus limitaciones

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frente a la temperatura y otras.. En el apartado dedicado a los materiales poliméricos de este trabajo figuran las propiedades técnológicas y de de resitencia a la corrosión de los materiales plásticos más utilizados. Materiales metálicos en contacto con reactivos ácidos y alcalinos - En relación al hierro y al acero, de la curva de velocidad de corrosión en relación al pH se deducen dos hechos:

a) La velocidad de corrosión aumenta con gran intensidad para valores de pH inferiores a 4 (medios ácidos). b) La velocidad de corrosión disminuye a medida que aumenta el pH ( medios - Debe evitarse el uso de metales anfóteros como el Zn (galvanizados) o el Al, en medios alcalinos ya que se disuelven como AlO2-, Zn (OH)4- , etc. - Los aceros al carbono son susceptibles de experimentar corrosión bajo tensiones cuando están sometidos a disoluciones de álcalis fuertes, fenómeno conocido como “fragilidad caústica”. Nota: Corrosión bajo tensiones La acción combinada de un esfuerzo de tracción y un ambiente corrosivo produce la corrosión bajo tensiones; ambos factores son necesarios. Algunos materiales potencialmente inertes en un medio corrosivo particular son susceptivles a este tipo de corrosión al aplicarles simultáneamente esfuerzos de tracción. Se forman pequeñas grietas que luego se propagan en dirección perpendicular al esfuerzou, como consecuencia puede aparecer el fallo. La apariencia del fallo es característico de los metales frágiles, aunque la aleación metálica que experimenta esta corrosión sea intrínsecamente dúctil).

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CORROSIÓN POR REACTIVOS QUÍMICOS ACUOSOS REDUCCIÓN CATÓDICA: O2 / H+ / M+ (ac)

OXIDACIÓN DEL METAL

Reacción de reducción predominante en Embalses ETAP y Abastecimiento y exterior de tuberías Afecta en general a la todas los materiales metálicos en contacto con el agua tratada y las aguas de proceso: agitadores, estructuras metálicas de decantadores y filtros, conducciones, bombas, válvulas.

Disolución de de metales anfóteros por contacto con soluciones de reactivos alcanlinos: - NaOH utilizado para neutralización de fugas de Cl2 (g) NaOH → Na+ + OH− - Disoluciones de hipocloritos usados como desinfectantes NaClO + H2O ↔ HClO + Na+ + OH−

Fe

2+

Hidrólisis ácida de reactivos ácidos → Actúan sobre los metales de líneas de transporte del reactivo acuoso y en las arquetas de dosificación hasta que se diluye en la corriente general Cl2 (g) + H2O ↔ HClO (ac) + H+(ac) + Cl-(ac) HClO (ac) ↔ H+ (ac) + ClO- (ac) Al2(SO4)3 + 6H2O → 2Al(OH)3 + 6H + + 3SO422) Reacción de reducción en suelos muy ácidos, en condiciones anaerobias ( poco frecuente) .

4OH

Fe (OH )2

2 H2O

-

O2 Disolución M Anfótero AlO2-, Zn MEDIO ALCALINO OH-

O2 M+ (ac)

H2O + O2 (ac) pH ≅ 7

O2

4H+ + O2 (ac) pH < 4

4eMETAL ANFÓTERO Al, Zn, Sn, Pb

Fe

2e- →

Fe → Fe2+ + 2eC u → C u2+ + 2eAl → Al3+ + 3eZn → Zn2++ 2e-

4eMEDIO ACIDO

Fe (OH )2 + 1/4 O2 + ½ H2O → Fe (OH )3 3 Fe (OH )3 → Fe2O3 + 3 H2O

e- →

M (s) e- →

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3.3 Corrosión y Protección de Tuberias y Metales Enterrados En este apartado se considera la protección de superficies metálicas enterradas o sumergidas en medios acuosos no especialmente contaminados. El caso de mayor interés por su magnitud económica es la protección de la superficie exterior de las tuberías metálicas enterradas. 1) MECANISMOS DE CORROSIÓN DE CORROSIÓN DE LOS METALES ENTERRADOS

Véase 1.1.2 CORROSIÓN DE TUBERÍAS Y METALES ENTERRADOS 2) PROTECCIÓN DE LOS MATERIALES METÁLICOS ENTERRADOS Se pueden adoptar las siguientes medidas de protección: 1. Recubrimientos orgánicos e inorgánicos 2. Recubrimientos metálicos 3. Alteración del suelo 4. Protección catódica

El uso de recubrimientos es la técnica que más utilizada para controlar la corrosión. Si no es posible revestir la estructura, otra opción es acondicionar el electrolito. Esto se hace “amortiguando” el electrolito mediante la adición de inhibidores que retardan la reacción anódica o la reacción catódica, o ambas. Puede conseguirse que un suelo de elevado contenido de ácidos orgánicos sea menos corrosivo rodeando la estructura metálica con pequeños trozos de caliza. Si no es posible revestir la estructura ni agregar inhibidores para controlar el electrolito, entonces se procede a un sistema de protección catódica. Como el medio resistivo es el suelo, en principio la protección a elegir sería mediante corriente impresa, ya que la protección con anodos de sacrificio suele resultar viable sólo en medios con poca demanda de corriente y baja resistividad, como por ejemplo en agua de mar. 1. Recubrimientos orgánicos e inorgánicos

Los recubrimientos de pintura de espesor normal para la protección atmosférica fallan en unos meses cuando se exponen en el suelo. En cambio, han resultado eficaces las aplicaciones de gruesos recubrimientos de alquitrán de carbón, con pigmentos reforzantes o fibras inorgánicas o fundas de material plástico. Estos recubrimientos dan una protección eficaz a un costo moderado y son los más empleados en la práctica. Se ha comprobado experimentalmente que los recubrimientos de cemento Portland aplicados sobre el acero lo protegen con efectividad durante muchos años de exposición. Los recubrimientos de esmalte vítreo, cuando están exentos de poros, también son protectores. Estas dos clases de recubrimientos son frágiles y tienden a resultar dañados con facilidad por acciones mecánicas. La eficacia de los recubrimientos de Zn está demostrada experimentalmente. Estos recubrimientos se deterioran con mayor rapidez cuando están acoplados galvánicamente a grandes superficies de hierro desnudo, acero o cobre, en cuyo caso habría que utilizar acoplamientos aislantes. A continuación se exponen los principales esquemas, de protección basados en recubrimientos, de las tuberías metálicas enterradas

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Esquema 1: El revestimiento exterior clásico de las tuberías de fundición dúctil está constituido por una capa de zinc metálico depositada por proyección y recubierta de una pintura epoxi o una pintura bituminosa. El zinc es una protección activa por la acción galvánica de la pila hierro-zinc, que origina la formación de una película protectora de sales de zinc insolubles y la autocicatrización de los rasguñuos por efecto galvánico. La norma UNE 545 prescribe una protección con una capa de Zinc de 130 g/m2, aunque algunos fabricantes aplican revestimientos hasta 200 g/m2.

Por tanto: - Capa de Zinc 130 g/ m2 - Dos capas de alquitrán epoxi, con espesor de 125 micras por capa. Esquema 2: - Imprimación con pintura resina epoxi poliamida: 1 capa de 25 micras. - Brea-epoxi poliamida: 3 capas de 125 micras cada una. Esquema 3:

-

Tres capas de epoxi bituminoso, con espesor de 125 micras por capa.

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MATERIALES METÁLICOS ENTERRADOS: RECUBRIMIENTOS ESQUEMA DE PINTURA EXTERIOR Alquitrán Epoxi

125 µm

Alquitrán Epoxi

125 µm

Capa Zinc 130 g/ m2

FUNDICIÓN

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2. Protección Catódica. Predimensionamiento de un sistema de corriente impresa. Como aplicación del apartado 2.5 (Protección Electroquímica) el caso más significativo en las instalaciones de abastecimiento de agua sería la protección de una red de tuberías enterradas. La protección catódica es un sistema eficaz que suele utilizarse como protección adicionaÍ o complementaria en las estructuras enterradas que ya llevan revestimiento, con el fin de evitar el riesgo de corrosión localizada que puede darse cuando en el revestimiento aparezcan poros o fallos. Cuanto menor sea la superficie desnuda de un revestimiento, menores serán las necesidades de corriente de protección y, por tanto, menores los gastos de operación y de mantenimiento. Podría confiarse la protección anticorrosiva de una estructura enterrada solamente a la protección catódica, pero resultará antieconómico en la mayoría de los casos. La protección catódica de un sistema de tuberías enterradas se plantea utilizando el método de corriente impresa, más conveniente que el de los ánodos de sacrificio cuando se tratan de proteger estructuras muy grandes o con una gran demanda de corriente y cuando la resistividad del medio es elevada, como es el caso de protección de las estructuras enterradas. El esquema general de la instalación se muestra en la siguiente figura:

Red de Tuberías a Proteger

Observaciones: 1) Tanto la diferencia de potencial como la corriente suministrada se pueden variar, por lo que el sistema de protección por corriente impresa presenta una gran flexibilidad operacional.

2) Para que el reparto de corriente sea bueno los ánodos deben estar lo más lejos posible del conducto; se recomienda una distancia mínima de 50 metros. Los parámetros básicos de predimensionamiento serían: 1) Potencial de protección 2) Intensidad necesaria 3) Ánodos

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332

1) POTENCIAL DE PROTECCIÓN

Para diseñar una instalación de protección el primer parámetro a determinar es el potencial a que hemos de situar nuestra estructura metálica para evitar su corrosión. Se indican dos criterios que pueden adoptarse para fijar el potencial de protección: 1.1) Criterio de Pourbaix 1.2) Valores Experimentales 1.1) Criterio de Pourbaix:

Pourbaix define la zona de inmunidad como aquella en que la actividad del ion metálico en el electrolito en contacto con el metal es inferior o igual a 10-6 molar. Para los valores de pH habituales (pH < 9,0), conseguiríamos que la estructura se hallase en la zona de inmunidad si mantenemos su potencial en un valor igual o inferior a -0, 62 voltios, respecto al electrodo de estándar de hidrógeno. Nota: el valor del potencial de protección de Pourbaix se deduce fácilmente determinando el potencial del Fe, respecto al electrodo normal de H2, cuando [Fe2+ ] = 10-6 molar (iones gramo /litro de disolución). Fe → Fe2+ + 2e- ; E0 = - 0,44 V (respecto al electrodo normal de H2 ) [Fe2+ ] = 10-6 molar E = E0 + 0,059/ n * log [Mn+] → E = -0.44 + 0,059/ 2 * log [10-6 ] = -0,44 –0,177 = - 0,617 Volts Éste es el voltaje que corresponde a la línea horizontal marcada con –6 en el diagrama de Pourbaix del hierro.

Por encima de la línea (b) los potenciales son muy positivos , lo cual provoca la descomposición de las moléculas de agua cediendo electrones y acidificando el medio: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-

Entre las líneas (a) y (b) el agua es termodinámicamente estable

Por debajo de la línea (a) los potenciales son muy negativos. Las moléculas de agua captan electrones y se descomponen desprendiéndose hidrógeno y alcalinizando el medio: 2H2O + 2e- → H2 + 2OH

En la figura siguiente se aprecia la equivalencia de este criterio expresado con referencia a otros electrodos normalmente utilizados.

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333

2) Valores Experimentales

Se han llevado a cabo multitud de determinaciones experimentales directas ( en el laboratorio y en aplicaciones prácticas concretas ) de las velocidades de corrosión de metales expuestos a medios y condiciones diversas, al imponerles diversos valores de potencial. Ello ha permitido estimar los potenciales mínimos para una protección adecuada, potenciales que acostumbran a diferir poco para un mismo material metálico. Los resultados se muestran en el cuadro siguiente:

Según experiencias realizadas, para la protección del aluminio contra la corrosión el potencial debe estar situado entre ambos límites. 2) INTENSIDAD NECESARIA

Si hemos determinado el potencial para el cual nuestra estructura va a estar protegida, el siguiente paso sería establecer la intensidad corriente eléctrica que debe aplicarse al metal para llevarlo al potencial de protección. La intensidad a aplicar será uno de los parámetros fundamentales que incidirán en el diseño y el coste operativo del sistema de protección.

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334

La intensidad necesaria para alcanzar el potencial de protección depende en gran medida de las condiciones del medio tales como temperatura, agitación, aireación, composición, etc., y del tipo de metal o aleación. Depende asimismo de la presencia de recubrimientos y su estado de conservación, existencia de capas calcáreas, vitrificados, etc. En el cuadro siguiente se muestran los valores de la intensidad de corriente continua (DC) mínima a aplicar para la protección de los metales férreos enterrados, para distintas condiciones:

Obsérvese que los valores de la DC aumentan muy significativamente en el caso de suelos muy ácidos o con bacterias sulfatorreductoras. Multiplicando la DC en mA/m2 por la superficie a proteger (m2) obtendríamos la intensidad que ha de proporcionar la fuente de corriente impresa. 3) ÁNODOS Una vez establecida la corriente total de protección, se elige el tipo de ánodo. Hay dos tipos de ánodos auxiliares en los sistemas de corriente impresa: ánodos consumibles y ánodos inertes o “permanentes”. Todos estos ánodos van consumiéndose a mayor o menor velocidad con el paso de la corriente. Así, por ejemplo, la chatarra de hierro se consume muy rápidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. Para la protección de estructuras enterradas se usa principalmente la aleación FeCr-Si. Conviene instalar los ánodos en un lecho de bentonita o polvo de coque, lo cual crea un medio homogéneo, húmedo y de baja resistividad alrededor del ánodo, con lo que se aumenta su diámetro aparente y las dimensiones efectivas del ánodo, y se disminuye de esta forma la resistencia ánodo-suelo, se evitan los problemas de corrosión localizada que pueden romper el ánodo y reducir el consumo del material anódico. Dividiendo la intensidad de protección necesaria (determinada en el apartado anterior) entre la intensidad máxima que puede aportar cada ánodo (dato suministrado por el fabricante) se determina el número de ánodos.

Normalmente las tuberías, además de la protección catódica, llevan un sistema de protección a base de sustancias bituminosas de 3 a 6 mm de espesor, lo que les proporciona un buen aislamiento. También se utilizan mucho para este fin las bandas adhesivas de policloruro de vinilo (PVC). En el cuadro siguiente se dan algunos valores para la protección de una tubería en función de la resistencia del revestimiento y del diámetro del conducto. Densidad de corriente necesaria (en mA/km), para la protección de una tubería enterrada en función de la resistencia del revestimiento y del diámetro del conducto.

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Este tipo de sistemas debe ser proyectado con cuidado para no causar problemas de corrientes erráticas (parásitas), las cuales pueden provocar la corrosión de estructuras. En la lámina siguiente se resumen gráficamente los principales aspectos a considerar para la protección catódica de tuberías enterradas.

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MATERIALES METÁLICOS ENTERRADOS: PROTECCIÓN ELECTROQUÍMICA Diagrama pH – E (Diag. Pourbaix ) del hierro a 25º C.

Protección de una tubería enterrada mediante ánodos de sacrificio

Protección de una tubería enterrada mediante corriente impresa

2H2O → O2 + 4H+ + 4e-

2H2O + 2e- → H2 + 2OH

e-

Potencial de Protección [Fe2+ ] = 10-6 molar Fe → Fe 2+ + 2e- ( E0 = - 0,44 V) E = -0.44 + 0,059/ 2 * log [10-6 ] = - 0,62 V Densidad de corriente (DC en mA/m2) para la protección catódica del hierro

Fuente Intens. regulable

2e-

E e

2e-

M

Voltímetro -

R

Pt

H2

Fe

M2+

+ e

H2O

Fe2+ Fe O2

H+

H2

4 OH- → O2 + 2 H2O + 4 e2C1- → C1 2 +2eM → M2+ + 2eO2 + 2H2O + 4e- → 4 OH2H+ + 2e- → H2 pH