Proteção Catódica em Cambiadores de Calor

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias 
Extractivas
“ PROTECCION CATODICA E N 
CAMBIADORES DE CALOR ”
T E S I S
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE
I NGEN IERO QU IM ICO INDUSTRIAL 
P R E S E N T A N
A BR A H A M EST R A D A F L O R E S 
PA BLO SA N C H EZ H ER N A N D EZ
M EX IC O , D. F 1983
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•P.R ?. M ? A .E / ^ r u i Z . . VAZQI/RZ .
El Protaor Orirntuílor
DP, !!KpTORKPC'MARTINEZ FRIAS, 
EJ Dír̂ lor de U Escuela
n rv *
k m i e s n o s a s
Que con paciencia, 
sacrificio y amor 
cooperó para realizar 
una de mis más 
grandes ilusiones. 
Gracias mil, Aracely.
A mis padrees
Por haberme iniciado 
en la difícil tarea.
A mi gran amigo Víctor,
cuyos sabios consejos 
me condujeron hasta el íinal.
Y por que no,
para todas aquellas personas 
que por alguna circunstancia 
no creían en mí.
Abrahám Estrada Plores
Con agradecimiento
y profuncc respeto para 
mis padres;
Gabriel Sánchez Mendoza 
7
Aurora Hernández Medina
Por haber sido
un constante estímulo
para mi superación personal
Rosaura Sánchez Hernández
Como un reconocimiento, 
y para todas aquellas personas 
que de alguna u otra forma 
me ayudaron a través 
del largo camino.
Pablo Sánchez Hernández
C O N 1' U N I D O
Pag. No
ríe súmen 1
I.- Introducción 3
II.- Generalidades 10
11.1 Pintaras y Recubrimientos 28
11.2 Pasivadores e Inhibidores 35
IT.3 Selección de Materiales Inoxidables 41
II.4 Protección Anódica 58
III.- Protección Catódica 64
111.1 ¿ Qu4 es ? ¿ Cómo se aplica ? 64
111.2 Siemplo de un Sistema tradicional 94 
(Tubería Enterrada)
a.- Con ínodos de Sacrificio 94
b.- Con Rectificadores de Corriente 98
IV.- El caso de los Cambiadores de Calor 102
IV.1 Su Importancia 102
IV.2 El compromiso Corrosión-Dureza del Agua 107
IV.3 Resistividad, su medición y métodos 112
V.- Cálculo de un caso práctico (Antes y
después de la protección) 119
V I . - Conclusiones 144
VII.- Recomendaciones para futuros trabajos 145
Bibliografía 147
R E S U M E N
Dentro de la Industria r.v.fíuj.ea, uno de I o b equipos de mp~ 
yor importancia y veraacilidad son los d3 transferencia de 
calor; debido a que ~asi todo proceso químico necesita un in­
tercambio térmico? los Camoiadores de Calor se han constitui­
do como una pieza clave dentro de ¿ata industria.
Por eso, el conocimiento de su diseño, operación y mante­
nimiento es de trascendental importancia para el Ingeniero 
Químico. Dentro del mantenimiento, uno de los principales 
problemas que se tiene ee la corrosión; problema que tiene 
muchos origenes, sea por la construcción del Cambiador con 
metales disímiles, ya sea por las características de los flu­
idos que maneja, aBÍ como también por las condiciones del 
proceso.
Por lo tanto se consideran aspectos generales de la co­
rrosión a fin de que se pueda captar la importancia que éste 
fenómeno tiene para la Industria Química.
Así mismo, se tratan los fundamentos de la corrosión, así 
como de todas las formas en que ésta se presenta y los fac­
tores que contribuyen a aumentar su velocidad sobre la super­
ficie de un material metálico. Se analizan cuatro métodos an­
ticorrosivos siéndo los más comunes en su empleo las pinturas 
y la selección de materiales inoxidables.
También se aborda una de las formas más confiables de pro­
tección contra la corrosión, la protección catódica. Ee indu­
dable que la comprensión de éste sistema es clave para enten­
der el alcance de éste trabajo.
Se analizan las dos formas en que éste tipo de protección 
se aplica; ventajas y desventajas de uno con respecto al otro.
1
Por último, se da un ejemplo de éste sistema.
Los aspectos empíricos y teóricos de la Protección Cató­
dica en eauípos de transíerencia de calor, son discutidos 
y se efectúa un análisis económico antes y desnuós de la 
aplicación.
Se concluye respecto a la efectividad de la anlicación 
de los sistemas de Protección Catódica en equipos de trans­
ferencia de calor, tema áete novedoso en cuanto a su aplica­
ción industrial en nuestro país.
2
' J r\ s '' J I L . V ) J
~ N í i O D i G ¿ O n
En la actualidad el problema causado por la corrosión es 
de dimensiones casi catastróíleas, tal es ex caso que algu­
nas empresas gastan gran parte de sus ganancias en cambiar 
tuberías, válvulas, recipientes, equícos de proceso, equi­
nos de transferencia de calor; miles de motores de automó­
viles tienen que ser cambiados debido a que pierden compre­
sión por el desgaste sufrido en los pistones; en miles de 
casas se tienen fugas de agua por los problemas de corrosión 
que sufren las tuberías.
Es de esperarse todo esto ya que el desarrollo de la hu­
manidad se aceleró cuando el ser humano comenzo a utilizar 
el metal fierro; en la actualidad todas las construcciones 
se hacen con varilla de hierro y concreto, dichas varillas 
no se pintan ni protegen contra la corrosión.
Las industrias basan su equipo de proceso en el hierro y 
sus aleaciones con cromo, níquel, cobre, carbón, titanio, 
cooalto, cinc, manganeso; pero siempre el hierro en mayor 
proporción; por lo cual es normal observar la corrosión en 
el metal fierro que en cualquier otro, sin que por ello deje 
de estudiarse la corrosión en los demás metales.
Cabe mencionar que la corrosión es el deterióro,destruc­
ción ó cambio de un nivel mayor a uno menor de un metal ó 
una sustancia al reaccionar con el medio ambiente en que se 
encuentre.
Este medio ambiente puede ser dinámico (bión podría ser 
el observado dentro de un reactor en el cual hay un catali­
zador, materias primas ó sustancias reaccionando en tremenda 
agitación y alta temperatura, desde luego el reactor es de 
hierro), ó puede ser un ambiente estático (que podría ser el 
observado en un poete metálico enterrado).
3
La corrosión ae los materiales es fundamentalmente lo in­
verso del proceso con oue se obtienen en el beneficio de sus 
minerales y se ha caracoerizpdo couo el reverso de una gran 
Industria.
Si se exceptúan el oro» la plata, y alguna vez el cobre, 
los metales no se presentan en el estado metálico y tienen 
que obtenerse de sus minerales gastando energía.
En consecuencia, el estado metálico representa un conte­
nido elevado de energía con respecto al mineral original, por 
lo general un óxido, un sulfuro ó un carbonato; es de espe­
rarse que los metales vuelvan al estado de energía más bajo 
con la liberación correspondiente de ásta.
Por regla general, la corrosión no puede reducirse a cero 
sin gastar energía (Protección Catódica), a causa de la rela­
ción de enrgía entre el metal y los productos de la corrosión.
Por fortuna, la rapidóz de corrosión puede reducirse has­
ta un punto en el cual es factible el uso de los metales en 
casi todos los medios. Las investigaciones y el análisis del 
mecanismo de la corrosión proporcionan los métodos para redu­
cir la rapidóz de corrosiónalterando uno ó varios de los 
factores que determinan dicha rapidáz.
Es de gran magnitud la corrosión de los metales ferrosos 
y no ferrosos en la Industria, a pesar del ferviente interés 
de un gran número de investigadores por eliminar las pérdidas 
que ésta ocasióna. Los factores que intervienen en la corro­
sión son numerosos y por ésta razón es difícil de controlar.
Aún cuando no seamos capáces de eliminar completamente la 
corrosión, el problema en muchos casos puede ser reducido al 
mínimo teniéndo en cuenta los pasos siguientes:
a).- Un proceso cuidadoso en la manufactura del metal.
4
b).- Protección catódica.
c).- Preservación de lis superficies mediante el uso de 
recubrimientos protectores.
d).- Control de las sustancias que entran en contacto 
con las superficies metálicas.
e).- Selección de los materiales adecuados para condicio­
nes específicas.
Aiín así, la realidad no es tan simple, el fenómeno de co­
rrosión es más complejo y muy difícilmente una aleación me­
tálica está a salvo de destruirse debido a éste fenómeno.
Entre las causas que originan la corrosión se encuentran 
las siguientes:
a).- Malas materias primas cara procesar ese material.
b).- Mal diseño del equipo industrial.
c).- Condiciones de operación fuera de especificación.
d).- Termodinámica mal usada en el proceso de ese mate­
rial.
Todos los daños ocacionados por la corrosión son lentos 
y constantes por lo tanto la lucha contra ella tendrá que 
ser también constante.
Normalmente el personal que se dedica al diseño de equi­
pos consideran un desgaste aproximado de uno ó dos años e 
instalan tubos de fierro con un espesor mayor; sin embargo, 
el aumento de espesores en esa forma no es recomendable, ya 
que significa un aumento de peso además de un aumento en in­
versión.
Todo esto es debido a que el fenómeno de corrosión se ve 
influenciado por efectos de pH, de gases disueltos (general­
mente oxígeno y bióxido de carbóno), efectos de la temperatu­
ra, de sales disueltas y de la velocidad del fluido en la tu­
bería, entre otras, así como el material que está en contac­
to con el medio ambiente.
5
Cómo se ve, e: tos factores se presentan comunmente '•ólos 
6 comoinadoe en alpnín proceso químico, ñor lo cuál la corro­
sión ee inevitable, más sin embargo puede ser controlada, ya 
nue normalmente existen cuatro puntos básicos nara que el fe­
nómeno de la corrosión ocurra (ánodo, cátodo, electrólito y 
flu3o de electrónes), y aislando cualquiera de ellos la co­
rrosión m e d e ser controlada.
Dentro de las grandes plantas industriales, las pérdidas 
debidas a retrazos en la producción por tener que reemplazar 
partes corroídas resultan ser tan elevadas que a su lado re­
sulte relativamente doco importante el costo inicial del ma­
terial resistente.
El hecho de reunir en un lugar determinado las secciones 
T5refríbricfldfjs de una olanta ouímica pesada supone una carga 
económica notable. Por tal motivo, los costos de transporte 
que surpen cada vez que falla una üieza del equipo, repercu­
tirán también en la elección del material de una instalación.
Las condiciones de una situación no se mantienen constan­
tes todo el tiempo, ya que los precios de los metales y alea- 
cSbnes varían de año en año; incluso influyen las condicio­
nes políticas de otros países, cuyo suministro de minerales 
puede auedar cortado de pronto, como en el propio, donde las 
Donificaciones arancelarias a la importación de equipos de 
faoricación pueden ser modificadas por conveniencia del mo­
mento .
Desde luego, estos son factores ajenos al aspecto técnico, 
sin embargo son dignos de consideración puesto que influyen 
en la selección de materiales para la construcción de gran­
des instalaciones.
Los problemas de corrosión durante ln fabricación de pro­
ductos químicos y en las plantas industriales pueden ser con­
siderables y abarcar aspectos muy diversos; ésto es, puede 
decirse que en una planta química, cabe encontrar cualquier 
tipo de problema de corrosión.
6
El problema general fie la corrosión en el proyecto de una 
planta, exige una síntesis de costos, sentido común, expe­
riencia y conocimiento de la teoría de la corrosión.
El costo es un factor importante; muchas de las partes me­
tálicas fabricadas tienen previsto un determinado penódo de 
vida dtil, en cuyo caso el objetivo desde el punto de vista 
de la corrosión, debe ser que resistan durante dicho tiempo 
y no necesariamente más, a las condiciones de exposición al 
medio a que se destinan.
Teniéndolo en cuenta, se procurará utilizar siempre los 
materiales más baratos y emplear recubrimientos, y desde lue­
go la Protección Catódica (Se aplica normalmente a metales 
férreos en dos formas que son;
a).- A través de un proceso de corrosión galvánica natu­
ral, basado en el uso de un metal menos noble que se^ 
corroe gradualmente.
b).- Utilizando corriente impresa con ánodos inhertes con­
sumibles.
Cómo básicamente el fenómeno de corrosión se traduce en 
pérdida de peso del material, no sólo en las plantas químicas 
se requiere un buen proyecto con fines anticorrosivos; lo pro­
bable es que cualquier tipo de estructura está sometida a al­
guna atmósfera corrosiva.
Desde el punto de vista de la corrosión, constituye un im­
portante logro en el proyecto compaginar la instalación con el 
medio corrosivo, con el fin de prolongar la vida dtil de la 
estructura ó partes metálicas.
Además de la pérdida de tiempo en la repocisión del mate­
rial destruido por la corrosión que más tarde se traducirá 
en pérdidas económicas tanto por las cuantiosas inversiones 
hechas para la corrección como por los tiempos muertos oca­
sionados por tal fenómeno; además del mal aspecto que dan los
7
equipos deteriorados, así como la contaminación que sufren 
los productos que fluyen ó están contenidos en el interior 
de tubos ó tanques de almacenamiento.
Las inversiones hechas para contrarestar éste ataque son 
de proporciones considerables, pero a largo niazo resulta 
más económico hacerlo para dar un mantenimiento preventivo, 
que comprar el equipo cuando éste ya se encuentra deteriora­
do a causa de estar en contacto con su medio ambiente.
El problema de corroeión en los cambiadores decalor ee de 
suma importancia, puesto oue en toda planta química se hace 
uso de ellos, ya que son el medio a utilizar para enfriar ó 
calentar los productos que más adelante y en el mismo proce­
so serán usados a las condiciones que salen de estos equipos 
de transferencia de calor.
Lb situación resulta no ser tan crítica, ya aue cpsí to­
dos estos equipos hacen uso del agua para enfriar ó calentar 
y dándole el tratamiento adecuado se minimiza dicho proble­
ma puesto que el medio corrosivo ó incrustante del agua tién­
dela desaparecer.
Para tal motivo existen una infinidad de métodos de trata­
miento de aguas, para que al ser introducidas a las torres de 
enfriamiento cómo aguas de repuesto no causen problemas, ya 
no sólo en los generadores de vapor, cambiadores de calor, 
etc., sino en las mismas torres de enfriamiento.
Es por eso, que viendo la infinidad de problemas que causa 
la corrosión, «1 presente trabajo ha sido encaminado a tratar 
loe problemas que ocacióna en los cambiadores de calor, que 
cómo ya se mencionó, son la base del buen funcionamiento de 
toda ülanta química que haga uso de ellos; y cómo estos tra­
bajan generalmente a altas temperaturas se favorece la co­
rrosión no sólo por la influencia del pH y gases disueltos, 
sino también por la incrustación de sales de calcio y magne­
sio en los tubos d»l equino, formándose una capa hasta cier­
to punto inhibidora de la corrosión, pués de no tenerse cui-
8
dado, el ataque corrosivo puede continuar debajo de ella en 
forma de corrosión por picadura, siéndo éste el caso más crí­
tico de éste fenómeno.
Además éste trabajo ha sido encaminado con el fin de sa­
tisfacer las necesidades de todas aquellas personas que ten­
gan interés en resolver toda la serie de problemas no sólo en 
éste tipo de equipos sino en cualquierotro, ya que ninguno 
escapa a su deterióro parcial ó total al no tener los cuida­
dos necesarios para evitar éste fenómeno; 6 tan sólo para pre­
venirlos de tal ataque, alargando con ello la vida útil de 
los mismos y como consecuencia que se tengan incrementos en 
la producción y reducción en los costos, que básicamente es 
la meta de todo profesional de la Industria Química.
9
dado, el ataque corrosivo puede continuar debajo de ella en 
forma de corrosión por picadura, siéndo éste el caso más crí­
tico de éste fenómeno.
Además éste trabajo ha sido encaminado con el fin de sa­
tisfacer las necesidades de todas aquellas personas que ten­
gan interés en resolver toda la serie de problemas no sólo en 
éste tipo de equipos sino en cualquier otro, ya que ninguno 
escapa a su deterióro parcial ó total al no tener loe cuida­
dos necesarios para evitar éste fenómeno; ó tan sólo para pre­
venirlos de tal ataque, alargando con ello la vida útil de 
los mismos y como consecuencia que se tengan incrementos en 
la producción y reducción en los costos, que básicamente es 
la meta de todo profesional de la Industria Química.
9
CAPITULO II
G E N E R A L I D A D E S
PROTECCION ANTICORROSIVA
La palabra corrosión se deriva del latín "corrodere" y 
podría traducirse como una destrucción lenta, constante e i- 
irreversible de un metal ó una aleación metálica al reaccionar 
con su medio ambiente.
Es también la destrucción de un metal, la oxidación de un 
metal ya sea reaccionando con el oxígeno del medio ambiente 
u oxidándose porque así lo exige algún elemento que se redu­
ce; la corrosión puede Ber también una oxidación del tipo e- 
lectroquíraico en la cual el metal que se corroe es el ánodo, 
de donde ¡fie aesprf-r.der. ¿tomoe y' cargas eléctricas negativas, 
las cuales se trarsladan mediante un electrólito hacia un lu­
gar cercano el cual puede estar en el mismo metal y funcióna 
como cátodo.
La corrosión desde un punto de vista atómico, y de acuerdo 
con lo establecido por Nemst y Faraday, consiste en la sepa­
ración de un Atomo del enrejado atómico al que pertenece.
La Ley de Faraday dicej Un equivalente químico de un metal 
se reduce al aplicar 96 500 Coulomb (Q) (cáto­
do). Un equivalente químico de un metal se oxi­
da y desprende 96 500 Coulomb (Q) (ánodo).
La Ley de Nemst dices Al sumergir un metal en una solu­
ción 1 Normal de sus iones, se obtienen dos ti­
pos de metal;
a).- El metal del oue se desprenden los átomos, 
obteniéndose una oxidación (ánodo), debido 
a que el metal se queda con l->s cargas ne­
gativas y la solución se nueda con los 1 0—
10
nes formados, lo que da una carga positiva,
b).- El metal sobre el cuál loe iones de la so­
lución se depositan, lo que confiare al me­
tal una carga positiva y la solución ae car­
ga negativamente. Sobre éste tipo de metal 
ae efectúa una reducción (cátodo).
En ámbos casos un equivalente químico se oxida y despren­
de 96 500 Coulumb y se reduce cuando absorbe 96 500 Coulomb.
Siándo la corrosión la reacción del metal con su medio am­
biente, se pueden obtener casos específicos de ella, ee decir,
1.- PISICA: Táles como golpes sobre el metal, esfuerzo y
agotamiento del mismo.
2.- QUWICA: Cuando los gases actúan directamente sobre el
metal (oxígeno, flúor, cloro, etc.).
3.- ELECTROQUIMICA: En éste tipo de corrosión, la reacción
química deja en libertad electrones; el amp«f- 
raje estará en función de la cantidad y la va­
lencia de los átomos que se separan del metal, 
el potencial estará en función de la presión 
de disolución.
4.- BIOLOGICA: Consiste en la deposición de ácidos y ál­
calis sobre el metal, que no son más que heces
de los microorganismos.
De acuerdo a la forma como se manifiesta la corrosión so­
bre un metal, se establece la siguiente clasificación:
Galvánica, uniforme, concentración, picadura, separación, in­
tergranular, tensión, erosión; sin embargo se considera que 
la corrosión electroquímica se presenta en una mayor propor­
ción.
GALVANICA: La corrosión galvánica se basa en el contacto eléc­
trico de dos aleaciones ó metales con diferen­
te posición en la serie electromotriz de los 
elementos. Se hace necesaria la presencia de
11
una pequeñísima cantidad de electrólito ó al­
guna. sustancia que funcióne como conductor, y 
de éeta manera se podrán obtener loe cuatro 
puntos básicos en la corrosión (ánodo, cáto­
do, electrólito y flujo de electrones).
GENERALs La disminución uniforme del volúmen de un metal por 
la acción química (electroquímica), acción 
que generalmente entraña la formación de pro­
ductos solubles, ee denomina CORROSION GENERAL. 
Esta ■'.irplíca que cada átomo en la superficie 
descubierta de un metal es exactamente igual a 
cualquier otro átomo, con respecto al medio 
corrosivo, y que éste último tiene igual ac­
ceso a todos los átomos.
En la práctica, por supuesto, ese caso ideal 
se presenta nocas veces ó ningúna; sin embar­
go, se hacerca a él la acción de los ácidos 
sobre algunoB metales y de los álcalis fuertes 
sobre los metalas anfóteros como el aluminio, 
el cinc y el plomo; la corrosión de éste tipo 
es también uniforme con respecto al tiempo; el 
metal es convertido en productos solubles de 
la corrosión con un ritmo constante, y el ata­
que puede predecirse y en cierto grado, con­
trolarse. Por otro lado, cuando la superficie 
ó el medio no son uniformes, el ataque no es 
general, se concentra en zonas locales y ori­
gina una picadura máo ó menos intensa y otras 
formas de ataque local.
UNIFORMES Con áste tipo de ataque el metal se hace más del­
gado y Be parte, ya que la superficie metáli­
ca expuesta se ve sometida a reacciones quími- 
y electroquímicas, procediendo uniformemente 
sobre dicho metal.
POR CONCENTRACION i Se basa generalmente en la formación de 
un área catódica y un área anódica, ésto de­
bido a la diferencia del medio ambiente; a 
éste tino de reacción se le llama también cel—
12
POR PICADURA»
SEPARACION:
da de concentración.
Al colocar un metal homogéneo y puro en un de­
terminado medio ambiente, se pueden formar 
áreas anódicas y catódicas debido a que difí­
cilmente se puede tener un medio homogéneo; ó 
sea que un metal en contacto con «na solución 
diluida tiende a disolverse (se comporta como 
ánodo); el mismo metal en contacto con una so­
lución concentrada se comporta como un cátodo 
sobre el cual se realiza la reducción.
Éste tipo de corrosión se localiza en un área 
muy pequeña, la reacción se realiza en forma 
vertical, lo nue da como resultado un agujero 
en el metal; es difícil de detectar por que 
los productos de la corrosión cubren la pica­
dura que se está formando. Cabe mencionar que 
las áreas anódicas y catódicas estarán separa­
das por una distancia infinitesimal.
Normalmente un átomo de hierro tiene un diáme­
tro atómico de 2.34 A°; una picadura tiene 
diámetro de aproximadamente 1 mm, ó sea que se 
tiene un área de¡ 3.1416 x 0.5 x 0.5 = 0.78 mu? 
el enlace entre átomo y átomo tiene un prome­
dio de 2 A°. Se podría considerar que por cada 
121.44 A° cuadrados hay 9 átomos, lo cual daría 
que en eea área metálica existe un promedio de 
5, 820, 652, 100, 000 átomos; un grupo de los 
cuales se separan obteniéndose un área anódica 
y a unos cuantos miles de Amstrong se tiene el 
área catódica.
NOTA: 1 Cm = 10 Amstrong.
Generalmente éste tipo de corrosión es origi­
nada por impurezas en el metal, rugosidad, di­
ferencias del medio, etc.; es de suponerse que 
las áreas anódica y catódica cambian constan­
temente de posición en la picadura.
Difícilmente se puede considerar el uso de me­
tales puros en los equipos industriales, nor­
malmente es el hierro con algunos otros ele­
mentos, lo cual da como resultado la formación 
de aleaciones, de las cuales se senara,
13
se oxida ó se disuelve un metal en particu­
lar y no precisamente el hierro.
El término separación es más usado para indi­
car un tipo de corrosión selectivo para un ele­
mento en particular que ee separa de una alea­
ción.
INTEHGrRWOIAH: Una pieza metálica consisteen la unión de mi­
les de millones de átomos, los cuales forman un 
enrejado atómico; éste tiene un límite, pasan­
do luego a convertirse en un grano, a la vez 
éstos granos pueden tener diferentes formas.
La formación del grano es influida por el tipo 
de enlace metálico, existiéndo en el grano y en 
sus límites defectos ó errores de enlace. Como 
ya se mencionó, un metal consta de miles de á- 
tomos con miles de millones de defectos metá­
licos en su enrejado.
En loe límites de los granos se localizan, en 
algunas ocaciónes' reacciones de oxidación; és­
tos límites se comportan como áreas anódicas 
y el grano como cátodo en la superficie del me­
tal; el grano poco a poco se separa de los de­
más granos y sí ésto ocurre en muchos granos 
del metal, éste se desintegra eonvirtiendose 
en un serio problema de corrosión.
TENSION: Un metal ó aleación se ven sometidos bajo esfuerzo 
al ser instalados} ó sea que su enrejado ató­
mico se ve bajo una tensión y ésto origina un 
debilitamiento en el enlace de los átomos} si 
la tensión se retira, el metal tiende a recu­
perar su original situación, si la tensión no 
se retira, los enlaces se estiran a tal punto 
que nuede sobrevenir una rotura, lo que daría 
como resultado un agrietamiento.
EHOSION; Esta corrosión se caracteriza ñor la aparición de ca­
nales, curvas, agujeros redondos, etc. La velo­
cidad de destrucción se va acelerando cor el 
movimiento del líquido que roza la superficie
14
del metal.
Al fluir el líquido sobre el metal, independien­
temente de su poder corrosivo, crea efectos de 
abrasión al metal en cuestión; ósto coloca a to­
dos los medios corrosivos con capacidad para 
crear una corrosión por erosión.
Además de las formas de ataque al material aquí ¡nencióna— 
das existen otras mediante las cuales se ve influenciada la 
corrosión, como son:
1).- El efecto del pH.
2),- Efecto de gases disueltos.
3).- Efectos de la temperatura.
4).- Efecto de la velocidad del fluido.
EFECTO DEL pH: La concentración de loe iones hidrógeno del 
agua, es una medida del hidrógeno ionizado ó de 
la acidez ó alcalinidad activa del agua. Las 
concentraciones altas de iones hidrógeno tien­
den a aumentar la corrosión del metal porque^ 
implican una mayor acidez en el agua. La velo­
cidad de corrosión está controlada por la velo­
cidad a la que el hidrógeno depositado en el á- 
rea catódica puede removerse por oxidación y por 
la velocidad de desprendimiento de las burbujas 
del gas. En aguas neutras ó alcalinas predomina 
la remoción de hidrógeno por oxidación, mien­
tras que en aguas ácidas es dominante la despo­
larización por el desprendimiento de burbujas de 
hidrógeno; cabe mencionar que ástoB mecanismos 
pueden efectuarse simultáneamente. Para aguas 
con pH menores de 5 son altamente corrosivas 
para el acero al carbón.
La figura 1.1 mueBtra la influencia del pH en 
la velocidad de corrosión; así como la fig. I.1A
EFECTO DE GASES DISUELTOS: El oxígeno disuelto va intima­
mente relacionado eon la influencia del conte­
nido de iones hidrógeno, es decir, el hidróge­
no atómico que se deposita en el área catódica, 
que se acumula hasta cierto punto, al haber oxí-
15
EFEC TO D E LO S A LC A L IS EN LA CORROSION D E L 
H IER RO
SHEPPARD T POWELX, A CON D IC IO NA M IEN TO DE AOUAS PARA LA INDUSTR IA , 
EDITORIAL LIMUSA , PAO No 426
IN ST ITUTO PO LITECN ICO N A C IO N A L
E .S .1. Q .I.E .
Te*is Profesional PROTECCION CATODICA 
EN CAM B. D E CALORAbraham Estrada F
Pablo Sánchez H. Fifl t . l Mex 0 F
16
EFECTO DEL pH SOBRE LA CORROSION DEL HIERRO
pH
8HEPPARD T POWELL, ACOND DE A8UAS PARA LA INO , 60 LIMUSA
PAS No. 427
IN ST IT U T O P O L IT EC N IC O NACIO NAL
E .8 . I .Q . IE
Tesis Profesional PROTECCION CATODICA 
EN CAMB. DE CALORAbraham Estrada F
Pablo Sánchez H. FiQ I . l A Mex. D F
IT
geno disuelto en el electrólito éste se difun­
de hacia el área catódica y reacciona con el 
hidrógeno para formar agua.
Esta reacción tiende a limpiar dicha área per­
mitiendo que continúe la corrosión. A continua­
ción se describen las reacciones efectuadas.
H20 ---------- ► H+ + OH" ............... (1)
M ------------ ♦ M+ + e” ..................................... (2)
OH" + lí+ --■* MOH (3)
e " + H+ ----------- * H (4)
2H + 1/2 02 — ♦ H20 .............. (5)
Las reacciones (2) y (3) se efectúan en el áno­
do y las reacciones (4) y (5) tienen lugar en el 
cátodo.
Analizando éstas reacciones, se verá que por ca­
da átomo de hidrógeno neutralizado y convertido 
en agua, un ión hidroxílo se combina con el me­
tal para formar hidróxidos metálicos (corrosi­
vos), ó sea que el oxígeno dieuelto tiene consi­
derable efecto en la velocidad de corrosión; co­
mo se mueatra en la figura 1.2. y ia fig, 1.2.A.
El ácido carbónico, después del oxígeno es el 
gas disuelto más importante para acelerar la co­
rrosión, sin embargo, estando en pequeñas canti­
dades no tiene efectos corrosivos, ya que hay 
suficiente alcalinidad en el agua para neutrali­
zar la acidez. Un contenido relativamente alto 
de ácido carbónico en el agua que se alimenta a 
los cambiadores de calor puede causar picaduras 
en los tubos de los mismos.
18
EFECTO DEL C>2 DISUELTO EN LA CORR. DEL HIERRO
C o n o é a t r a o i o n d t O z d i m e l t o m l / l
KtRBY M. «ARY , CHCM . EM « . MARZO 12 OC 1 *7 * , PAO. 7»
IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O N A C IO N A L
E . S . I . Q I.E
T m í s P ro fes iona l P R O T E C C IO N CATOD. 
EN CAM B DE CALO RAbraham Estrado F
Poblo Sánchez H. Fig |.2 Mex. D F
19
CORROSION D E L H IERRO A V A R IA S C O N C EN T RA . 
C IONES D E O XIGENO
•O
Ku
O1— — — — — — — — — — — — —
0 1 2 3 4 5 6 7
O XIG ENO D ISU ELT O MU A .
SHtPPARD T. POWELL, ACONO DE A«UAS PARA LA INDUSTRIA 
EDITORIAL LIMOSA , PAS. No 414
IN ST ITU TO PO L IT EC N IC O NACIONAL
E .S . I .Q . I .E
T«»l» Profotionol PROTECCION CATODICA 
EN CAM B. OE CALORAbrohom Estrada F
Pablo Sanche* H Fifl 1 .2.A Mex D.F
20
EFECTO DE LA TEMPERATURA; Es bión conocido que el agua calien­
te ee más corrosiva que el agua fría, áste efecto 
depende de varios factores, de los cuales, los 
más importantes son; Las corrientes de convección 
aumentadas y la disminución de la viscosidad, las 
que aceleran la difusión del oxígeno a travÓB de 
la película superficial del metal.
En la figura 1.3 se indica que la corrosión es 
proporcional a la temperatura; esto depende en 
gran parte de la cantidad de oxígeno que haya en 
el sistema y además de las características de 4b- 
te, es decir, si es un Bistema abierto ó cerrado.
Por ejemplo, en un sistema abierto, donde el 
oxígeno libre escapará, el rango de corrosión se 
incrementará con la temperatura hasta unos 80 °C 
pero cuando hay un incremento en la temperatura, 
ocurrirá un decremento en la corrosión debido a 
la caída de solubilidad del oxígeno en el agua, 
lo que ocurrirá arriba de los 80 °C. f
En un sistema cerrado, el oxígeno no escapará y 
la corrosión se incrementará con la temperatura 
hasta que el oxígeno sea consumido.
EPECTO DE LA VELOCIDAD DEL FLUIDO: Ha sido generalmente acep­
tado que un aumento en la velocidad del agua que 
pasa sobre el metal, acelera grandemente la co­
rrosión. Esto Be debe básicamente, al hecho de 
que el movimiento rápido del agua acarrea canti­
dades mucho mayores de oxígeno sobre la superfi­
cie del metal, que las que resultan exclusiva­
mente de la difusión; como se ve en la figura 
1.4. En aguas naturales, la corrosión aumenta al 
aumentar la velocidad de áste fluido y en base a 
esto se pueden establecer cinco categorías de a- 
cuerdo a los rangos de velocidad, es decir;
a).- pequeño movimiento (menor a 0.3048 m/seg.) tendrá
21
INFLUENCIA DE LA TEM I». EN LA CORROSION DEL 
H IERRO EN AGUA CONTENIENDO 0 2 D ISU ELT O
KIRBY N SARY, CHEM. EN« . MARZO 12 DE 1*79, PAO Ne 77
I N S T I T U T O P O L I T E C N I C O N A C I O N A L
E . S . I . Q . I . E
Tesie Profesional PROTECCION CATODICA 
EN CAM8. D E CALORAbraham Entrada F
PabloSánchez H Fig 1.8 M «x .D F
22
EFECTO DE LA VELOCIDAD EN LA CORROSION DEL HIERRO
SHEPPARO T. POWELL, ACONO. DE 
AGUAS PARA LA INO , ED LIMUSA IN S T IT U T O P O L IT E C N IC O N A C IO N A L
PA6 No 428 E . S . 1. O I . E
T « « l* P ro fe s io n a l PR O T EC C IO N CA T O D .
ADrohom E . F. EN C A M 8 .D E C A L O R
Pa b lo S . H. R f l 1 .4 Mm .D .F
23
como consecuencia un ataque hacia el metal en forma locali­
zada tal como un golpeteo.
b).- Un flujo a la velocidad de 0.3048 m/seg., incrementa 
el suministro de oxígeno a un nivel tal que aumenta la corro­
sión tanto como 0.1016 cm/año. Incrementándose el flujo, tam­
bién se acelera la disminución de la reducción catódica por 
adelgaeamiento de la película del líquido en la superficie 
del metal.
c).- Las altas velocidades proporciónen mucho oxígeno y 
ponen al metal en un estado de pasivación; y de ésta manera 
ce protegido de la oxidación por una capa de óxido u oxíge­
no adsorbido. En la figura 1.5 se nota claramente que en una 
región de velocidad de 2.4384 a 3.048 m/seg. (que es un ran­
go comunmente usado en loe equipos de proceso), los rangos 
de corrosión serán de 0.0254 y 0.0762 cm/año respectivamente, 
dependiendo del acabado de la superficie.
d).- Para velocidades arriba de 4 . 5 7 2 m/seg., la turbu­
lencia acelera la corrosión lejos de ser evitada por la ca­
pa protectora; ésto normalmente sucede en los cambiadores de 
calor y accesorios de tubería.
e).- A velocidades más altas, ocurrirá una corrosión por 
erosión; por ejemplo en la figura 1.6 se muestra un rango de 
corrosión arriba de 0.508 cm/aHo a 11.89 m/seg. En la prác­
tica, otras consideraciones tales como efectos de momentum 
y tipos de aguas limitarán los niveles bajos de velocidad; 
figura 1.6a.
Bn aguas de mar, no ocurre la paaivaclón porque el cloro 
tiende a destrozar la película protectora, así es que en és­
te ambiente la corrosión aumenta con la velocidad.
Normalmente cuando se manejan aguas de mar, se sugiéren 
las siguientes velocidades para tubería de acero al carbón!
24
SINTESIS DE EFECTOS OE pH, TEMPERATURA, VELOCIDAD Y
SOLUTO EN LA CORROSION DEL HIERRO
u/ ai’ Cm/AHo
KIR8Y H 6ARY, CHEM EN6 
MARZO 12 OE 1979, PAG No 74 IN ST IT U T O PO LITECN ICO NACIO NAL
E .S .I.Q .I.E
Tesis Profesionol PROTECCION CATODICA 
EN CAM B. DE CALORAbraham EsfradoF
Poblo Sánchez H Figs.1.0 i 1.6 Mex 0 F
26
EFECTO DE LA VELOCIDAD DEL A3UA EN LA CORROSION
DEL HIERRO A 21 #C
V ELO C ID A D EN m torpor i t g
KIRBY N GARY, CHEM EN0 
MARZO a OE 1979, PAG No 78 IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O NACIO NAL
E . S . I . Q . I . E
Tesis Profesionol
Abrahom Estrada F
Poblo Sánchez H
PRO TECC IO N CATODICA 
EN CAM B. D E CALOR
Fig. I. 6 . a Mex DF
26
VELOCIDAD (m/seg.) CORROSION (cm/año)
0.3048 0.0157
1.2192 0.0333
8.2296 0.1179
En ambientes donde hay un insignificante movimiento del 
fluido, se pueden aplicar éstas generalidades i
a).- Agua de río a 3.048 m/seg. causará una corrosión de
0 . 0 2 5 4 a 0.0762 cia/afío» dependiendo del acabado ó rugosidad 
de la superficie.
b).- Agua de río a 3.048 m/seg. ocacionará una corrosión 
de 0.0762 a 0.127 cm/año, dependiendo de la turbulencia.
A continuación se tabulan loe valores normales y críticos 
de las cuatro variables que afectan la corrosividad del agua.
NORMAL CRITICO
pH (agua) 6.5 5.2
02 disuelto, incluyendo 00 ̂ 18.0 ppm. Arriba de 20 ppm
Temperatura 30 a 35 °C 40 °C
Sales dieueltas 1500 ppm NaCl 7000 a 9000 ppm
de NaCl.
Velocidad en la tubería 0.0127 a Arriba de 0.0254
0.0178 m/seg.
Habiéndo mencionado los principales factores que originan 
la corrosión, ee tratarán ahora loe métodos anticorrosivos 
más usuales, entre otros:
1.- Pinturas y recubrimientos.
2.- Pasivadores e inhibidores.
3.- Selección de materiales inoxidables.
4.- Protección anódica.
27
Bajo condiciones de corrosión acuosa raramente es posible 
por razone» económicas, el uso de recubrimientos de metales.
Se plantea puée el problema de combatir la tendencia a la 
corrosión de los metales y aleaciones de empleo corriente por 
otros procedimientos. Varios de estos métodos disponibles pa­
ra la protección metálica están basados en principios electro­
químicos, otros derivan del principio obvio de separar el me­
tal del medio que lo rodea; el éxito de estos depende de la 
resistencia química Ó electroquímica de la capa protectora 
La elección de un método de protección no es tan fácil, ya 
que se debe tener en cuenta, por un lado, las condiciones del 
medio, y por el otro loa factores económicos.
Estos últimos incluyen no sólo el costo inicial sino tam­
bién los gastos de sustitución de las partes corroídas y la 
eventual renovación del medio protector#
Cabe mencionar que se tendrán que usar los parámetros eco- 
nomicoe con la misma familiaridad que los datos técnicos, en- 
to tiara decidir el método de protección más importante.
Eos métodos electroquímicos para la protección de un me­
tal serán mejor comprendidos a través de un diagráma de Pour- 
oaix, mostrado en la figura 1.7.
II.1 PINTURAS Y RECU3RIMIENT0S
RECUBRIMIENTOSl
Estos pueden ser metálicos y químicos.
1).- Recubrimientos metálicos: Los recubrimientos metáli­
cos se aplican generalmente con el fin de prolongar la vida 
del metal subyacente.
Además de esto, existen otros fines que justifican su apli­
cación, como son: Una mayor resistencia al desgaste (depo­
sición de cromo); para un mejor contacto eléctrico de baja 
resistencia (deposición de oro y plata); para una reflecti- 
vidad elevada y constante (cromo); para una adecuada resis­
tencia a la corrosión (electrodeposición de aluminio sobre
28
DIAGRAMA DE POURSAIX PARA HIERRO Y OTROS METALE8
TANTALIO TITANIO
llNMUN IOAD CZ3PA3IVACION CD CO RRO S IO N
ALUMINIO M ASNESIO
HENTHONNE M ICHAEL, CHEM. EN6 
OCT l« OC 1*71, PAC. No. 148 IN ST IT U T O PO L IT EC N IC O NACIONAL
E .S . I .Q . I .E
Tesi* Profesional PROTECC IO N CATODICA 
EN C A M B . OE CALORAbraham E «Irada F
Pablo Sánchez H Fig 1.7 M ex . D F
29
el hierro).
Debe tenerse en cuenta que éste tipo de recubrimientos, 
pueden aplicarse sobre aquellos materiales de hierro que no 
son muy grandes, tal es el caso de recipientes para almace­
nar productos alimenticios; como la hoja de lata que con tan 
sólo una capa delgada de estaño cumple la funsión.
El estaño posee una resistencia bastante buena a la co­
rrosión y tolera bién el contacto de loe productos alimenti­
cios; muchos ácidos orgánicos presentes en los comestibles ó 
en los jugos de frutas enlatados, forman complejos con el es­
taño, como consecuencia, disminuye la actividad de los iones 
estanosoe y el estaño se vuelve anódico con respecto al hie­
rro en aquel medio.
TJn tratamiento adicional, es recubrir el interior con al­
guna laca, ó en ocaciones con etiquetas pegadas con colas no 
corrosivas.
Respecto a la tubería de acero dulce, se recubre de cinc 
(proceso que recibe el nombre de galvanizado). Como el cinc 
es anédico respecto al hierro, sí penetra humedad hasta el 
metal base el cinc se corroe y se sacrifica para proteger al 
hierro. La protección cesa cuando la extensión del área de a- 
cero expuesto hace insuficiente la polarización debida al cinc 
lo cual se manifiesta especialmente en la zona central del a- 
cero desnudo.
La cantidad de cinc en la capa, es el factor más importan­
te desde el punto de vista de la protección, es decir, el es­
pesor del depósito gobierna su capacidad de protección, inde­
pendientemente del procedimiento empleado para producirlo.
Las propiedades protectoras del cinc sobre el hierro se 
basan no sólo en la acción de sacrificio (ya que ésta tiene 
un límite), sino también en la obstrucción de los puntos de 
corrosión como consecuencia de la combinación de los iones 
de cine con los iones hidroxílo producidos por la reacción
30
catódica sobre la superficie del hierro y la precipitación 
de hidróxido dentro de I o b pequeños poros y defectos "leí re­
cubrimiento.
Los recubrimientos de cinc son extensamenteusados para 
la protección del acero en medios acuosos.
El acero recubierto puede utilizarse sin peligro en so­
luciones agitadas, sólo cuando loe valores de pH estén com­
prendidos entre 6 y 12.5.
Existen infinidad de recubrimientos que son de gran uti­
lidad para evitar tanto la contaminación como la corrosión 
que sufren los materiales que están hechos a base de acero 
al carbón.
2).- Recubrimientos químicos! Este tipo de protección con­
tra la corrosión puede aplicarse sobre aquellos materiales de 
hierro nue no eon muy grandes, óomo ñor ejemplo, la protec­
ción oue se hace contra la corrosión en las defensas de los 
automóviles; ee les hace un depósito de cromo de tan sólo u- 
naa mieras de espesor, el cromo reacciona de inmediato con 
el medio ambiente, se corroe químicamente al reaccionar con 
el oxígeno del medio y forma una capa de óxido de cromo muy 
estable, la que impide que el fenómeno de la corrosión con­
tinúe .
Esto puede observarse también en los espejos de loa baños, 
los vidrios tienen un depósito de plata; como la humedad del 
medio ambiente puede corroer éste depósito, se recomienda o- 
tro de cobre electrolítico de sólo unas mieras, pero será 
suficiente para proteger de la corrosión al metal base del 
espejo, la plata. Las diferencias de potencial pueden verse 
en la serie electromotriz de los elementos tabla 1.1.
PINTURAS
Para que la corrosión se lleve a cabo, se hace necesaria 
la presencia de cuatro participantes, que sons cátodo, ánodo, 
flujo de electrones y electrólito; la eliminación de uno de 
ellos detiene la corrosión.
31
TABLA 1.1
SERIE ELECTROMOTRIZ DE LOS ELEMENTOS
ELECTRODO REACCION S ( V o l t s ) vs E.N.H
Li+ , Li Li+ + e ----Li - 3.045
K* , K K* + e ----K - 2.925
Ba++ , Ba Ba‘*'++ 2 e ----Ba - 2.900
Sr++ , Sr Sr+++ 2 e ----Sr - 2.890
Ca++ f Ca Ca+++ 2 e ----Ca - 2.870
Na+ , Na Na+ + e ----Na - 2.744
La*3 , La La+3+ 3 e ----La - 2 . 5 2 0
Ce+3 , Ce Ce+3+ 3 e ----Ce - 2.480
Mg++ , Mg Mg+++ 2 e ----Mg - 2.370
Be++ , Be Be+++ 2 e ----Be - 1.850
Al+3 , Al Al+3+ 3 e ----Al - 1.660
Ti++ , Ti Ti+++ 2 e ----Ti - 1.630
V++ , V V++ + 2 e ----V - 1.180
Mn++ , Mn Mn+++ 2 e ----Mn - 1.180
Zn++ , Zn 2n+++ 2 e ----Zn - 0.763
Cr++ , Cr Cr+++ 2 e ----Cr - 0.740
Ga*3 , Ga Ga+3+ 3 e ----Ga - 0.530
?e+-f , Pe Pe+++ 2 e ----Pe - 0.440
Cd++ , Cd Cd+++ 2 e ----Cd - 0.403
Co++ , Co Co+++ 2 e ----Co - 0.277
Ni++ , Ni Ni+++ 2 e ----Ni - 0.250
Mo+3 , Mo Mo+3+ 3 e ----Mo - 0.200
32
TABLA 1.1 CONT.
Sn'f+ , Sn 
Pb*+ , Pb 
H+ , H2 
Cu++ , Cu 
i 2 r I " 
P e * 3 , P e 
Hgg+ * Hg 
Ag+ » Ag 
Pd** , Pd 
ci2 , Cl' 
Au'3 , Au
Sn++ ♦ 2 e
Pb** + 2 e
2 H * +2e
Cu+* +2e
h +2e
P e * 3 + e
HgJ+ +2e
Ag* + e
Pd** +2e
C1 +2e
Au*3 +3e
P 2
+2e
 Sn
 Pb
 Cu
 21 "
 2Hg
 Ag
 Pd
 2 C 1 "
 Au
— --2P"
- 0.136 
- 0.126 
- 0.000
- 0.377
- 0.538
- 0.771
- 0.789
- 0.799
- 0.987
- 1.360 
- 1.500 
- 2.650
Puente de información»
Vlllarreal B. y Bello S.; Electroq. parte I ANUIES, Pag. 43'
33
S I u s o d e p i n t u r a s s o b r e u n m e t a l , l o a i B l a y e l i m i n a b u 
c o n t a c t o c o n e l e l e c t r ó l i t o , p o r l o q u e l a c o r r o s i ó n e o b r e 
b u s u p e r f i c i e n o p r o c e d e .
l i i a o u e n a p i n t u r a p a r a l a c o r r o s i ó n d e D e t e n e r l a s s i ­
g u i e n t e s c a r a c t e r i s t i c a s i
a ) . - R e s i s t e n c i a a l a h u m e d a d , s a l e s , á l c a l i s y á c i d o s *
b ) . - R e s i s t e n c i a a l o s r a y o s u l t r a v i o l e t a .
c ) . - D e f á c i l a p l i c a c i ó n .
d ) . - C o n b u e n a a d h e r e n c i a .
e ) . - S e c a d o r á p i d o .
f ) . - E s p e s o r mínimo d e 1 . 5 a i l í m e t r o s .
E s i m p o r t a n t e d e j a r b i f e p r e p a r a d a l a s u p e r f i c i e q u e v a a 
s e r p i n t a d a , á s t o p u e d e l o g r a r s e m e d i a n t e u n c e p i l l a d o ó c o n 
u n f l u j o d e a r e n a q u e h a r á d e s a p a r e c e r l a c a s c a r i l l a s u p e r ­
f i c i a l d e l m e t a l , y a q u e c u a n d o á s t a c a e , f a c i l i t a l a p o s t e ­
r i o r l i m p i e z a m e c á n i c a .
U f aa v e s l i m p i a l a s u p e r f i c i e m e t á l i c a , p u e d e p i n t a r s e , 
p r o c e s o q u e s e r e a l i z a a n v a r i a s e t á p a s . P r i m e r o s e d a u n l a ­
v a d o p r o t e c t o r , p a r a l o c u a l s e u s a u n b a ñ o d e f o s f a t a d o » e - 
1 1 o e v i t a l a o x i d a c i ó n d e l a s u p e r f i c i e l i m p i a d e c a s c a r i l l a , 
y d e b e h a c e r s e i n m e d i a t a m e n t e d e s p u á s d e l p r o c e s o d e l i m p i e ­
z a . P o s t e r i o r m e n t e s e a p l i c a u n a i m p r i m a c i ó n y p o r ú l t i m o s e 
p i n t a .
A u n q u e s e a ¿ s t a l a s e c u e n c i a g e n e r a l , e n l a p r á c t i c a c a d a 
p a s o p u e d e n e c e s i t a r d e v a r i a s o p e r a c i o n e s ó p u e d e n c o m b i n a r ­
s e l o s p a s o s e n u n a s ó l a o p e r a c i ó n .
L a p i n t u r a e s t á f o r m a d a p o r u n a c e i t e s a c a n t e l l a m a d o v e ­
h í c u l o q u e f o r m a u n a p e l í c u l a y u n p i g m e n t o f i n a m e n t e d i v i d i ­
d o , a d e m á s s u e l e n c o n t e n e r d i l u y e n t e s q u e r e b a j a n l a v i s c o s i ­
d a d y f a c i l i t a n l a a p l i c a c i ó n ; s e c a n t e s q u e a c e l e r a n l a o x i ­
d a c i ó n a e l v e h í c u l o y s u t r a n s f o r m a c i ó n e n p e l í c u l a d u r a .
S e i n s i s t e e n l a i m p o r t a n c i a d e e l i m i n a r p o r c o m p l e t o l a 
c a s c a r i l l a , y a q u e e s f u n d a m e n t a l p a r a e l p i n t a d o , p o r l o 
q u e r e s u l t a m e j o r u n a b u e n a p r e p a r a c i ó n c o n u n a p i n t u r a
34
p o b r e q u e u n a m a l a p r e p a r a c i ó n c o n u n a p i n t u r a b u e n a .
E l a c e i t e d e l i n a z a e e e l v e h í c u l o b á s i c o d e m u c h a s p i n ­
t u r a s , a l g u n a s o t r a s c o n t i e n e n b a r n i z n a t u r a l .
E n e l c a s o d e p i n t u r a s b a s a d a s e n a c e i t e d e l i n a z a e s i m ­
p o r t a n t e t e n e r e n c u e n t a q u e l a p e l í c u l a n o e s c o n t i n u a e n 
e l s e n t i d o d e a i s l a r c o m p l e t a m e n t e e l m e t a l ; a p a r t e d e i n c l u ­
i r p o s i b l e s d e f e c t o s , e s p e r m e a b l e a l p a s o d e p e q u e ñ a s c a n t i ­
d a d e s d e o x í g e n o . A d e m á s e l a c e i t e d e l i n a z a s e d e s c o m p o n e 
l e n t a m e n t e , e n e s p e c i a l b a j o l a l u z s o l a r y f o r m a u n g r a n n ú ­
m e r o d e á c i d o s o r g á n i c o s .
P u e s t o q u e l a s p i n t u r a s n o p r o p o r c i o n a n u n a p r o t e c c i ó n 
c o m p l e t a y d e b i d o a q u e p u e d e n h a c e r s e a g r e s i v a s d u r a n t e s u 
d e s c o m p o s i c i ó n , s e e m p l e a n p i n t u r a s d e i m p r i m a c i ó n p a r a f i - 
n e s a n t i c o r r o s i v o s ; é s t a s p r o p o r c i o n a n u n a e x c e l e n t e s u p e r ­
f i c i e p a r a l a a p l i c a c i ó n d e c a p a s u l t e r i ó r e s d e p i n t u r a .
L a s s u s t a n c i a s que c o n s t i t u y e n l a i m p r i m a c i ó n dependen del 
m e t a l q u e v a a p r o t e g e r s e y d e l m e d i o q u e h a y a q u e r e s i s t i r .
L a p i n t u r a d e i m p r i m a c i ó n m á s u s a d a e s t á f o r m a d a p o r r o j o
d e p l o m o , q u e c o n s t a d e P b ^ O . c o n p e q u e ñ a s c a n t i d a d e s d e P b O .i 4
Ee i m p o r t a n t e m e n c i o n a r q u e p a r a q u e u n a p i n t u r a s e a a n h e ­
r e n t e e s n e c e s a r i o q u e e l m a t e r i a l q u e v a a s e r p i n t a d o e s t á 
c o m p l e t a m e n t e l i m p i o y t e n g a a l g o d e r u g o s i d a d . E x i s t e n d i f e ­
r e n t e s t i p o s d e l i m p i e z a , c o m o s o n :
1 . - L i m p i e z a m a n u a l .
2 . - S e m i a u t o m á t i c a .
3 . - D e c a p a d o s ( i n m e r s i ó n d e l m e t a l e n s o l u c i o n e s á c i d a s
p a r a e l i m i n a r g r a s a s y ó x i d o s ) .
4 . - S o p l e t e o ( i n y e c t a n d o a r e n a a p r e s i ó n ) .
1 1 , 2 P A S I V A D O R E S E I N H I B I D O R E S
L o s i n h i b i d o r e s s o n s u s t a n c i a s o r g á n i c a s e i n o r g á n i c a s q u e
35
s e a g r e g a n a l a g u a ó a l a s o l u c i ó n c o r r o s i v a q u e e s t r a n s ­
p o r t a d a p o r u n a t u b e r í a , c o n e l f i n d e d i s m i n u i r s u p o d e r d e 
a t a q u e ó c o n e l f i n d e r e t a r d a r l a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n , y a 
q u e ó e t e s e p u e d e c o n s i d e r a r c o m o u n c a l m a n t e d e l a c o r r o s i ó n 
p u ó s n o l a e l i m i n a t o t a l m e n t e .
L a i n h i b i c i ó n a b a r c a u n c a m p o m u y a m p l i o d e u s o s a n t i c o ­
r r o s i v o s ; e n l a p r á c t i c a l a m a y o r p a r t e d e ó s t a s e d e d i c a a l 
t r a t a m i e n t o d e l a g u a ; e n é s t e c a s o c o n e l f i n d e s
a . - R e d u c i r l a c o n t a m i n a c i ó n d e l a g u a p o r l o s m e t a l e s ,
b . ~ D i s m i n u i r l a v e l o c i d a d d e c o r r o s i ó n y p o r l o m i s m o i n ­
c r e m e n t a r l a v i d a l í t i l d e l o s t u b o s y r e c i p i e n t e s .
c . ~ R e d u c i r l a s r o t u r a s e n l a s c a l d e r a s y e q u i p o s d e t r a n s ­
f e r e n c i a d e c a l o r .
E n t r e l a s p r i n c i p a l e s c a r a c t e r í s t i c a s d e l o s i n h i b i d o r e s 
s e c u e n t a q u e : N o m o d i f i c a n l a s p r o p i e d a d e s f í s i c a s d e l a s o ­
l u c i ó n , s a l v o c u a n d o n o s e a g r e g a n a l a s c o n c e n t r a c i o n e s a d e ­
c u a d a s ; c o m o p u e d e o b s e r v a r s e e n l a t a b l a I I . 1 ; p u e d e n e n v e ­
n e n a r l a s o l u c i ó n , a u n q u e t a m b i ó n s e v e a f e c t a d a c u a n d o « i r - 
c u l a a a l t a s v e l o c i d a d e s .
N o r m a l m e n t e a u u t i l i z a c i ó n d e b e e s t a r p r e v i s t a a n t e s d e l 
p r o y e c t o d e u n a i n s t a l a c i ó n , l o q u e p e r m i t e p r o y e c t a r ¿ s t a s 
c o n m a t e r i a l e s b a r a t o s ( a c e r o n e g r o , a c e r o g a l v a n i z a d o , e t c . ) 
a l s e r p o s i b l e d i s m i n u i r l o s r i e s g o s d e c o r r o s i ó n .
E n o c a s i o n e s , p u e d e n r e p a r a r l o s d e s g a s t e s o c a s i o n a d o s 
p o r u n f e n ó m e n o d e c o r r o s i ó n n o p r e v i s t o y q u e s e h a p u e s t o 
d e m a n i f i e s t o e n u n a i n s t a l a c i ó n y a r e a l i z a d a .
C o m o y a s e m e n c i o n ó , l o e c a s o s t í p i c o s d e u t i l i z a c i ó n d e 
l o s i n h i b i d o r e s s o n :
a . - B n s i s t e m a s d e c i r c u l a c i ó n d e a g u a , d e e s t o s s e p u e ­
d e n d i s t i n g u i r t r e s t i p o s q u e s o n ;
36
TABLA II.1
I N H I B I D O R E S D E C O R R O S I O N
I N H I B I D O S C O N C E N T R A C I O N P H M E T A L E S O B S E R V A ­
C I O N E S
C r o m a t o s C r 0 ^ / P 0 ^ 1 / 2 a 1 / 4 5 . 5 a 
7 . 3
F e , C u , A l I n c o n v e ­
n i e n t e s t
F o s f a t o s 3 0 a 3 5 m g / 1 . A c . G a l ­
v a n i z a d o 
■y s o l d a ­
d u r a s .
C r e c i m i e n ­
t o d e o r ­
g a n i s m o s 
b i o l ó g i c o s
C r o m a t o 
♦ C i n c
C r O ^ j ? a 1 0 m g / 1 
Z n i 5 a 1 0 m g / l
5 - 7 . 5 C u , Z n , A l 
L a t ó n .
N o p u e d e 
h a b e r p r o ­
d u c t o s d e 
c o r r o s i ó n .
P o l i f o s - 
f a t o s 
4 C i n c
1 0 a 2 0 4 d e Z n 5 a 7 
s i n C u
6 a 7 
c o n C u
C o m o e l
p o l i f o a -
f a t o
C o m o e l p o — 
l i f o s f a t o
C r o m a t o
«• P o l i f o s 
f a t o e 
C i n c
C r O . / P O . / Z n d e 
4 4
1 / 2 a 2
1 0 a 2 5 m g / l
E n t o d o s
7 . 0 f C d O 8 L q b p o l i - 
f o s f a t o s 
a c t ú a n c o ­
m o d e t e r ­
g e n t e y l i m 
p i a n l a s u ­
p e r f i c i e .
P u e n t e d e i n f o r m a c i ó n :
C. Piaud; CP Septiembre - Octubre; Pag. 31
37
a . l ) . - L o s circuitos cerrados, donde e l agua e s t á c o m p l e ­
t a m e n t e r e c i c l a d a . E s t o s c i r c u i t o s p . i n t e a n p o c o s 
p r o b l e m a s de c o r r o s i ó n ya que e l agua p u e d e t r a t a r ­
s e p r e v i a m e n t e d e f o r m a c o n v e n i e n t e ( d e s i o n i z a d a , 
d e s a e r e a d a , i n h i b i d a ) . L a s c o m p o s i c i o n e s de l a s s u s ­
t a n c i a s i n h i b i d o r a s u t i l i z a d a s d e p e n d e n e v i d e n t e ­
m e n t e d e l t i p o d e c i r c u i t o p r e v i s t o ; c o m o s o n ; c r o ­
m a t o s , p o l i f o s f a t o s , s a l e s d e c i n c p a r a l o s c i r c u i ­
t o s c o n m e t a l e s f ó r r e o s . B e n z o a t o s , n i t r i t o s , fos­
f a t o s , b o r a t o s , e t c . , p a r a l o s c i r c u i t o s d e r e f r i ­
g e r a c i ó n d e I o b m o t o r e s .
a . 2 ) . - L o s c i r c u i t o s t o t a l m e n t e a b i e r t o s , d o n d e e l a g u a
s e p i e r d e e n u n e f l u e n t e c o n ó s i n t r a t a m i e n t o . E s ­
t e e s e l c a s o d o n d e l o s i n h i b i d o r e s c a s i n u n c a s o n 
u t i l i z a d o s , y a q u e l a s g r a n d e s c a n t i d a d e s q u e s e 
n e c e s i t a n h a c e n e l t r a t a m i e n t o a n t i e c o n ó a i c o y a l ­
t a m e n t e c o n t a m i n a n t e . S e p r e f i e r e c a m b i a r p e r i ó d i ­
c a m e n t e l o s e l e m e n t o s d e l a i n s t a l a c i ó n c o r r o í d a . 
S ó l o e l s u l f a t o d e f i e r r o e s , e n c i e r t o s c a s o s , u - 
t i l i z a d o ; e s i m p o r t a n t e s e ñ a l a r l a i n h i b i c i ó n d e 
l a s a g u a s p o t a b l e s , c a s o e n e l q u e l o e i n h i b i d o r e s 
u t i l i z a d o s n o d e b e n t e n e r e f e c t o s f i s i o l ó g i c o s , é s ­
t o s s o n * S i l i c a t o s y f o s f a t o s a c o n c e n t r a c i o n e s m u y 
b a j a s .
S e u s a n t a m b i é n s a l e s d e c i n c m e z c l a d a s c o n p o l i - 
f o s f a t o s p a r a e s t i m u l a r l a i n i c i a c i ó n de l a p r o t e c ­
c i ó n ; 5 m g / l e s e l n i v e l m á x i m o de c i n c a c e p t a b l e 
p a r a e l a g u a p o t a b l e .
a . 3 ) . - C i r c u i t o s d e r e c i c l a d o c o n p a s o d e a i r e . E n é s t e 
c a s o e l a g u a s e c o n t a m i n a c a d a v e z q u e s e p o n e e n 
c o n t a c t o c o n l a a t m ó s f e r a y s u c o r r o s i v i d a d e s t á 
l i g a d a a l a s m o d i f i c a c i o n e s d e c o m p o s i c i ó n e n l a 
c i r c u l a c i ó n
C u a l q u i e r a q u e s e a e l m e c a n i s m o e x a c t o d e l a i n h i ­
b i c i ó n , u n i n h i b i d o r d e c o r r o s i ó n a c t ú a s i e m p r e
38
disminuyendo la raoidóz de uno deI o b procesos 
electroquímicos elementales de la corrosión.
1.- Proceso Anódico: Paso del metal bajo forma de sus io­
nes en solución.
M e * Me+n n+
Se hablará entonces de tm inhibidor anódico.
2.- Proceso Catódicos Consumo de los electrones libres de
la reacción anódica por reducción 
del oxígeno disuelto en la solución.
Og ♦ 4H+ + 4 e ------ » 2H20 (Sn medio ácido).
ó de los iones R+ (H* ♦ e ------ » 1/2 H^).
Se hablará entonces de un inhibidor catódico.
CRITERIO DE ELECCION DE LOS INHIBIDORES 
La elección de un inhibidor ó de una mezcla de inhibido­
res para resolver un problema de corrosión, no es tarea fácil 
ya que es necesario darse cuenta que cada problema de corro­
sión es un caso particular que pone en juego cierto mímero de 
parámetros específicos, como sons
a).- La naturaleza del metal.
b).- La naturaleza del medio corrosivo.
c).- El entorno del metal (Materiales diversos constitu­
tivos del circuito).
d).- Las condiciones de servicio de la instalación.
e).- Lae condiciones económicas (Costo de la corrosión 
comparado con el costo de una protección eventual).
De estos, los que tienen mayor importancia son los dos pri­
meros, ya que los tres restantes pueden ser analizados sobre
ejemplos precisos.
39
B 1 m e c a n i s m o d e i n h i b i c i ó n d e u n m e t a l p o n e e n j u e g o l a s 
f u e r z a s d e u n i ó n m e t a l - i n h i b i d o r ó i n c l u s o p r o c e d e p o r f o r ­
m a c i ó n d e c o m p u e s t o s d e f i n i d o s e n t r e e l i n h i b i d o r y c i e r t o s 
i o n e s m e t á l i c o s , e s e v i d e n t e q u e l a e f i c i e n c i a d e u n i n h i b i ­
d o r v a r í a e n f u n c i ó n d e l a n a t u r a l e z a d e l m e t a l .
a).- NATURALEZA DEL METAL
L a m a y o r p a r t e d e l o s e s t u d i o s s o b r e l a i n h i b i c i ó n d e l a 
c o r r o s i ó n s e h a n h e c h o a p a r t i r d e l o s m e t a l e s f é r r e o s , y a 
q u e s a l v o e l c a s o d e l c o b r e y e n m e n o r g r a d o e l a l u m i n i o , p o ­
c o s e s t u d i o s h a n s i d o c o n s a g r a d o s a l o s m e t a l e s n o f ó r r e o s , 
d e b i d o a q u e p r e s e n t a n p o c o s p r o b l e m a s d e c o r r o s i ó n ( s ó l o e n 
e l c a s o d e p a r e s g a l v á n i c o s ) , p e r o s e r á n e c e s a r i o a s e g u r a r s e 
s i e m p r e q u e l a a d i c i ó n d e i n h i b i d o r e s n o l e s s e a p e r j u d i c i a l , 
y a q u e e s m u y p e l i g r o s o , p o r e j e m p l o , u t i l i z a r a m i n a s p a r a l a 
p r o t e c c i ó n d e l a c e r o s i h a y c o b r e p r e s e n t e , p u e s t o q u e l a 
f o r m a c i ó n d e c o m p l e j o s e n t r e e l c o b r e y c i e r t a s a m i n a s c o n ­
d u c i r á a u n a t a q u e a c e l e r a d o d e á s t e m e t a l .
S Í s e d e s c o n o c e e l c o m p o r t a m i e n t o d e u n i n h i b i d o r c o n r e ­
l a c i ó n a u n m e t a l , e s b u e n o h a c e r s i e m p r e u n e n s a y o r á p i d o d e 
c o n t r o l ; a u n q u e e l e s t a d o d e l a s u p e r f i c i e d e l m e t a l p u e d e 
t e n e r i n f l u e n c i a s o b r e l a e f i c á c i a d e u n i n h i b i d o r y , p o r e - 
j e m p l o , l a m e z c l a d e c r o m a t o d e s o d i o m á s s a l e s d e c i n c e s 
i n e f i c a z s i l a s u p e r f i c i e e s t á y a c o n h e r r u m b r e .
L a s d o s s a l e e t i e n e n d i f i c u l t a d e s p a r a a c t u a r s o b r e l a 
s u p e r f i c i e m e t á l i c a ; l a a d i c i ó n d e u n p o l i f o s f a t o c o n e f e c ­
t o d e t e r g e n t e p e r m i t e s a l v a r e n p a r t e e s a d i f i c u l t a d .
b ) . - R e s p e c t o a l a n a t u r a l e z a d e l a s o l u c i ó n y l a i n f l u e n c i a 
d e l p H , á s t e p u e d e a c t u a r d e d o a f o r m a s s o b r e e l c o m p o r ­
t a m i e n t o d d u n i n h i b i d o r c o n r e l a c i ó n a u n m e t a l .
b . l ) . - M o d i f i c a n d o l a r e a c t i v i d a d d e l i n h i b i d o r c o n r e l a c i ó n 
a l a s u p e r f i c i e ; d e á s t e m o d o , c i e r t o s c o l o r a n t e s d e l t i p o 
d e l o s d e r i v a d o s a z ó i c o s ( r o j o d e m e t i l o ) , s o n i n h i b i d o r e s 
d e l a c o r r o s i ó n d e a l e a c i o n e s d e a l u m i n i o e n s o l u c i ó n d e 
c l o r u r o d e s o d i o a l 3 j í y p H s u p e r i o r e s a 5 j l a e f i c á c i a
40
es debida a la formación de ouelatos entre los iones de 
aluminio y el colorante, cuelatos desplazados con benefi­
cio de hidróxido de aluminio cuando la basicidad aumenta.
b.2).- Codificando el estilo de la superficie del metal; de 
áste modo, los cromatos no son inhibidores de la corrosión 
de aceros no aleados, más que en caso de que el pH de la 
solución sea superior a tres.
Estos compuestos actúan completando la capa de óxido pre­
sente en la superficie del acero. Seta capa de óxido no 
existe a pH demasiado ácido y el inhibidor ya no es eficaz 
por el contrario, los cromatos pueden utilizarse en medio 
ácido si una capa de óxido existe sobre el metal (Caso de 
los aceros inoxidables).
La infl-iencia de la temperatura es de gran importancia, ya
que una elevación de la misma provoca una disminución de la 
eficacia inhibidora por varias razónes, a saber:
1.- Aumento de la velocidad de reacción en I o e electrodos.
Desadsorsión parcial de los inhibidores.
3.- Posibilidad de descomposición de los inhibidores.
Entre tanto, la solubilidad del oxígeno disminuye cuando 
la temperatura aumenta, lo oue entraña una disminución de la 
velocidad de corrosión.
ai conclusión, la elevación de una coarosición inhibidora 
adaptada a un problema preciso de corrosión, no debe hacerse 
sin precaución; asi como la selección de la mejor formulación 
inhibidora, ásta etápa ec más importante ya que reposa sobre 
sobre la aplicación de métodos de ensayo, que bián aplicados 
deben conducir a conclusiones claras.
II.3 SELECCION DE RATERIALES INOXIDABLES
Los procesos químicos y petroouímieoa involucran el mane­
jo de productos a diferentes temperaturas, ya oor neceeida-
41
des inherentes a loa mismoe ó porque requieren de servicios 
auxiliares.
Realmente es mínima la proporción de reacciones que ocu­
rren con una entrada 6 salida de calor, y por el contrario, 
es grande el número de procesos y operaciones que exigen la 
inclusión de reactantes ó productos a temperaturas elevadas 
en reactores y equipos donde éstas se efectúan.
De igual manera, en ciertas etápas ee necesario disminuir 
las temperaturas de productos y reactantes para lograr el ba­
lance de materia y energía solicitado por el proceso. Estas 
necesidades se satiafacen con el empleo de equipos que efec­
túan el trabajo de transferencia de calor al producto mane­
jado como son¡ Calentadores, calderas, hornos, intercambia- 
coreB, torres de enfriamiento evaporadores, etc.
Loa equipos que ae utilizan pára transferir calor se cla­
sifican por su función dentro de loa procesos como calenta­
dores, sobrecalentadores, intercambiadores, etc.; ó por el 
diseño en su construcción, situación que en el presente tra­
bajo ae trata; puesto que las aleaciones empleadas en dichos 
equipos forman un grupo dentro del campo de los materiales 
metálicos.
En 4ate caso ee pondrá especial énfasis en los cambiado­
res de calor, puesto que éstos son equipos que recuperán el 
calor que procede de un producto de reacción y se pueden 
clasificar por la función que desempeñan dentro de un proce­
so dado.
Cuando en un equipo la transferencia de calor se efectúa 
entre dos líquidos, se denomina intercambiador de calor; si 
el producto caliente eB un vapor y no se persigue suconden­
sación, ee llama mtercambiador de vapor, y en caso de per­
seguir su condensación se aplica el término de condensador.
Sí el condensado se enfría posteriormente en un equipo
A a
que utiliza agua para ese fin, ee denomina enfriador.
En base a éstas clasificaciones puede observarse que exis­
ten un gran número de condiciones originadas por los produc­
tos que se manejan y por las presiones y temperaturas invo­
lucradas en la operación.
De ésta manera, se tienen cambiadores que operan con flui­
dos de proceso poco agresivos y en otras ocaciónes con altos 
contenióos de sales, ácidos orgánicos ó inorgánicos, lo que 
resulta en una amplia gama de aleaciones por seleccionar pa­
ra construir éstos equipos.
Existen en el mercado un amplio número de tipos de cambia­
dores de calor, entre los que destacan los de tubo y coraza, 
consistiendo «n general en un recipiente dentro del cual se 
instala un cierto número de tubos de un diámetro bastante me­
nor; por otra parte, el producto caliente cicula a través del 
cuerpo, en tanto que el producto frío fluye dentro de los tu­
bos efectuándose la transferencia de calor a través de las 
paredes interiores.
Cuando se diseña un equipo de éste tipo, se establecen en­
tre otras cosas lo siguiente»
1).- La selección del patrón de flujo; se consideran deta­
lles como la elección del producto que fluye en la tubería 
interna.
2).- El tipo de aleaciones para la construcción. SÍ uno 
de los productos requiére una aleación especial y el otro un 
acero, éstos deben ser eoldables entre si.
3).- La limpieza de las paredes de los tubos es más fácil 
por su interior.
4).- Las presiónes más altas se prefiéren en los tubos de 
menor diámetro.
Las fallas del equipo se deben generalmente a rotura, por 
corrosión y/ó erosión de los tuboB internos, siéndo mínimas 
las debidas ó las que se producen en los cabezales ó en el
43
cuerpo.
El material más económico para fabricar los cambiadores de 
calor ee el acero al carbón. Las construcciones con acero 1 - 
noxidable se emplean en plantas químicas y raramente en re­
finerías de petróleo. Otras construcciones son de materiales 
disímiles, donde se requiáre de sumo cuidado para evitar un 
ataque electrolítico.
La desición de emplear un material determinado en la cons­
trucción de un equipo la condiciónan loe factores que influ­
yen en la duración de cada una de las partes que lo constitu­
yen. La vida ¿til de las aleaciones empleadas como parte es­
tructural depende principalmente de la resistencia que pre­
sentan bajo las condiciones de servicio, dada por sus propie­
dades que pueden resumirse enj Besistencia mecánica (resis­
tencia a la tracción, límite elástico, resistencia a la abra- 
ción, etc.) y resistencia a la acción del medio químico en 
que se desenvuelven.
Es importante considerar que los resultados ootenídos en 
el laboratorio a temperaturas osdinarlas, pierden su signi­
ficado cuando el material ensayado se emplea en equipos que 
funciónan a altas temperaturas, resultando riesgoso tomar 
una deeición cuando sólo se conocen estos.
No obstante se debe decidir el uso de una aleación cuando 
las circunstancias le son totalmente adversas, por lo que 
se ha de tomar conciencia de las alternativas de que se dis­
ponen para efectuar una reparación.
Ailn cuando los ensayos a temperaturas elevadas brindan u- 
na idea más próxima del comportamiento de una aleación, es­
tos deben considerarse solamente como indicativos, ya que 
los altibajos del proceso anulan la exactitud de los cálcu­
los.
De lo expuesto, ee concluye que existe un grupo de alea­
ciones capáces de responder a servicios de temperaturas ele­
vadas a las que generalmente se suman condiciones corrosivas.
44
Esto ee ha hecho evidente al citar las aleaciones más em­
pleadas en la construcción de cada uno de los equipos seña­
lados.
La clasificación de éstas aleaciones ee efectúa tomando 
como referencia la composición química de loe productos ma­
nufacturados, ásta es:
Hierros
Aceros al carbón de baja y media aleación
Aceros inoxidables
Aleaciones base níquel
Aleaciones base cobre
Aleaciones base aluminio
Aleaciones especiales
Los elementos que nos dan ástas características son» El 
níquel, manganeso, titanio, vanadio, wolframio, molibdeno y 
circónio.
1.- Los hierros empleados en servicios a alta temperatura 
son aleaciones de hierro, carbóno y silicio, que con la a- 
dición de algunos elementos aleantes mejoran su resistencia 
a la oxidación.
Estos elementos sons Cromo, níquel, molibdeno, aluminio 
y silicio. Las adiciones de cromo y silicio elevan la resis­
tencia a la oxidación al formar una pequeña capa superficial 
de óxidos adherentes; ámbos reducen la tenacidad y la resis­
tencia al choque térmico. El níquel no afecta considerable­
mente la resistencia a la corrosión, pero eleva la resisten­
cia y tenacidad a temperaturas elevadas.
El molibdeno tambián eleva la resistencia mecánica en ca­
liente; las adiciones de aluminio aumentan la resistencia a 
la oxidación, vero disminuyen la resistencia a temperatura 
ambiente.
La formación de una cascarilla de óxidos en los hierros 
es inherente cuando el servicio que prestan es a temperatu­
45
ras altas y condiciones oxidantes.
La cascarilla se constituye de óxidos de hierro cuando el 
hierro no es aleado, y ésta cascarilla se pierde por su poca 
adherencia provocando una continua pérdida de material.
La adición de silicio, cromo y aluminio eleva la resis­
tencia a la oxidación al formar una película de bus óxidos 
bastante adherentes. Estos elementos también reducen la te­
nacidad y la resistencia al choque térmico, por lo que, ade­
más de bu presencia, se requiére la del níquel en pequeñas 
cantidades, que contraresta los efectos nocivos dd aquellos.
En las tablas II.4, II.5, II.6, se dan algunas velocidades 
de oxidación para hierros aleados y sin alear, así como de 
algún acero inoxidable como referencia bajo condiciones oxi­
dantes, ligeramente reductoraa y sulfurosas respectivamente.
La resistencia a la tracción y a la fluencia en caliente 
probados a temperaturas elevadas, dan una base para evaluar 
la utilidad d* los hierros aplicables a estos ««rvicios.
La fluencia en caliente se cuantifíca normalmente, por me­
dio de la medición del alargamiento sufrido por una probeta 
sometida a un esfuerzo y a una temperatura dada durante un 
tiempo previamente eepecificado.
Este fenómeno se ve influido por la microestructura y la 
composición química. Los hierros aleados poseen una resisten­
cia a la termofluencia notablemente más alta que aquellos sin 
alear, y los hierros nodulares son muy superióree a aquellos 
en que el grafito se presenta en forma de hojuelas.
2.- ACEROS AL CAR30N DE 3AJA Y MEDIA ALEACION
El empleo de éstas aleaciones para servicio a alta tempe­
ratura implica sólo servicios donde ésta no es muy elevada y 
la corroeión se inhibe previamente. Es clásico el empleo de 
estos materiales en la construcción de calderas y cambiado­
res de calor y varían grandemente de acuerdo a las propieda­
des resultantes de su composición química y tratamiento tér­
mico.
46
TABLA II.4
OXIDACION DE HIERROS PARA SERVICIOS A ALTAS TEMPERATURAS
COMPOSICION
HIERBO C Si Ni Cr PENETRACION DE LA 
OXIDACION Cm/Año.
Perrítico 3-05 2.67 1.55 0.90 Total
Austeni-
tico.
2.97 1.63 10.02 1.8S 0.68580
Austeni-
tico.
2.52 2.67 20.03 5.16 0.01520
Austeni-
tico.
2.32 1.86 30.93 2.86 0.19810
Acero 
Inoxida­
ble 309
- - 12.00 25.00 0.00760
Nota» Estos ensayos fueron realizados a 760 °C durante un 
lapso de 3723 horas , en un horno eléctrico con aire 
atmosférico.
Puente de información:
Apuntes de Protección Catódica, PEKEX, Capítulo VIII.
47
TABLA II.5
COMPOSICION QUIMICA (t) DE ALGUNOS HIERROS NODULARES 
RESISTENTES AL CALOR
ELEMENTO ALTO
SILICIO
AL 20 Jt DE 
NIQUEL
AL 23 DE 
NIQUEL
Carbóno 2.8 a 3.8 2.9 máximo 3.0 máximo
Silicio 2.5 a 6.0 1.7 a 3.2 2.0 a 3.0
Manganeso 0.2 a 0.6 0.8 a 1.5 1.8 a 2.4
Níquel 1.5 máximo 18.0 a22.0 21.0 a2 4 . 0
Cromo - 1.8 a 2.5 0.5 máximoFuente de informacióni
Apuntes de Protección Catódica, PEMEX, Capítulo VIII
48
TABLA II.6
TABLA QUE MUESTRA EL INCREMENTO DE LA CORROSION AL DOBLE 
AL AUMENTAR LA TBíPER ATURA
TEKP. INICIAL 
EN(°C)
RANGO DE CO­
RROSION A 
TEKP. INICIAL 
cm /año
CAMBIO DE TEMP. 
QDE DUPLICARA 
LA CORROSION 
(°C)
60 0.0203 30
90 0.0406
40 0.0483 42
70 0.0686
22 0.0305 20
40 0.0559
32 0.0127 16
54 0.0356 18
65 0.0457 17
Fuente de informaciónt
Apuntes de Protección Catódica, PBMEX, Capítulo VIII
49
Su aplicación decidida desde el diseño, se ve determinada 
por su resistencia a la tracción y a la oxidación cuando se 
enfoca a la fabricación de calderas, pero ee debe considerar 
su resistencia a diferentes medios corrosivos y a la termo- 
fluencia cuando la construcción es de cambiadores de calor y 
calentadores.
También presentan restricciones que limitan seriamente su 
uso, no asi cuando ee les agregan elementos de aleación, con 
lo que se mejoran las propiedades y resultan aptos para di­
ferentes servicios.
El contenido de carbóno en los aceros sin alear, juega un 
papel importante en sus propiedades a temperaturas elevadas, 
ya que el incremento en su contenido, aán cuando mejora la 
resistencia mecánica, disminuye su resistencia a la corrosión 
además de disminuir la ductibilidad y la tenacidad.
Cabe indicar que éste es el elemento que determina la sol- 
dabilidad de estos aceros reduciéndola cuando es más alta au 
presencia.
La adición de cromo beneficia la resistencia mecánica en 
caliente, efecto similar lo producen adiciones de molibdeno, 
vanadio y tungsteno; y sólo cuando las partes se someten a 
choque tármico ó mecánico, se agrega níquel mejorando ístas 
condiciones. La tabla II.7 presenta la composición de los 
aceros comunmente usados en servicios a temperaturas elevadas.
A.- ACEROS AL CARBON
Los aceros al carbón son aleaciones de hierro y carbóno 
con elementos secundarios como manganeso, silicio, fósforo y 
azúfre. Los procesos de aceración a pesar de funcionar con 
altas eficiencias, no pueden lograr la total eliminación de 
los elementos azufre y fósforo que deterioran la calidad de 
los aceros. El azufre disminuye la resistencia mecánica a 
temperaturas elevadas al presentarse como sulfuro de poca 
resistencia.
50
TABLA II. 7
COMPOSICION QUIMICA (*) DE ALGUNOS HIERROS GRISES RESIS­
TENTES AL CALOR
ELEMENTO ALTO
CROMO
ALTO
NIQUEL
Ni-Cr-Si ALUMINIO
Carbóno 1.8 a 3.0 1.8 a 3.0 1.8 a 2.6 1.3 a 1.7
Silicio 0.5 a 2.5 1.8 a 3.0 5.0 a 6.0 1.3 a 6.0
Manganeso 0.3 a 1.5 0.4 a 1.5 0.4 a 1.0 0.4 a 1.0
Níquel 5.0 máx. 14.0 a20.0 13.0 a32.0 -
Cromo 15.0 a35.0 1.7 a 5.5 1.8 a 5.5 -
Cobre - 7.0 máx. 10.0 máx. -
Molibdeno - 1.0 máx. 1.0 máx. -
Aluminio - - - 18.0 a2 5 . 0
Puente de información»
Apuntes de Protección Catódica, PEHEX, Capítulo VIII
51
La presencia de azufre y fósforo en aceros de regular ca­
lidad se limita a contenidos individuales de 0.035 valor 
que disminuye en casos especiales. El manganeso en conteni­
dos inferiores a 1 se agrega intencionalmente como supre- 
sor del efecto nocivo del azúfre y no como elemento de alea­
ción; sin embargo, se agrega como tal en caeos donde se re­
quiere resistencia al desgaste ó como sustituto del níquel.
B.- ACEBOS CON 0.5 Y 1 í D2 MOLIBDENO
Este elemento brinda una resistencia mecánica superior a 
altas temperaturas, siéndo el de empleo más común por ser más 
económico. La resistencia a la termofluencia ae eleva también 
con la presencia de molibdeno, considerándose que contenidos 
superiores a 1 Jí redundan en un aumento de reeistencia me­
cánica, pero no se mejora sensiblemente la resistencia a la 
corrosión, para lo que se agrega generalmente cromo.
C.- ACEROS AL CROMO - MOLIBDENO
La selección de estas aleaciones para servicios a más de 
204 °C se efectúa considerando diversos factores y experien­
cia® previas. Entre estos factores se cuentan los requeri­
mientos mecánicos y metalúrgicos generados por las condicio­
nes de presión y temperatura, así como por los diversos me­
dios en los cuales puede surgir el deterióro y falla de cada 
aplicación en particular.
Para muchos procesos la selección del material puede ba­
sarse en velocidades conocidas de corrosión, ó bién, si en 
los procesos no se puede predecir ésta, la selección s* hará 
por aquella de menor costo, que posteriormente se sustituirá 
con aleaciones de mayor calidad.
Los materiales fabricados con aceros de baja aleación 
cromo-molibdeno (0.5 i> - 2.5 a 0.5 í y 1 4), tienen mayo­
res resistencias que aquellas de acero al carbón. La presen­
cia de cromo hace al acero más resistente a las condiciones 
oxidantes ó sulfurosas, por lo que se prefieren a los aceros 
aleados únicamente con moliodeno.
52
La corrosión por azúfre puede minimizarse con el empleo 
de mayores contenidos de cromo; ésta forma de ataque tiene 
lugar a temperaturas de 260 a 538 °C, y ee presenta especial­
mente en las refinerías, siéndo más frecuente en aceros al 
carbóno y de baja aleación.
3.- ACEBOS INOXIDABLES
El desarrollo de los aceros inoxidaDles, se inicid a par­
tir de la Segunda Guerra Mundial, empleándose como aleaciones 
resistentes al calor y no como aleaciones resistentes a la 
corrosión. Todas estas aleaciones metalúrgicamente pueden cla­
sificarse por la microestructura que las constituyes Ferríti- 
ca, austenítica, martensítica y mixta.
Dependiendo principalmente de los contenidos de cromo y 
níquel, se presentan las microestructuras mencionadas.
La estructura ferrítica es suave y relativamente blanda 
y dúctil a temperaturas elevadas.
La estructura martensítica es inestable tanto como aque­
llas resultantes de una precipitación.
La austenítica es resistente y relativamente tenáz.
normalmente un contenido de cromo del Id % en loa aceros, 
produce resistencia a la corrosión y a la oxidación, por lo 
tanto se consideran como inoxidables a aquellos con 12 ^ y 
m á s de cromo.
La estructura austenítica se presenta sólo con contenidos 
de cromo inferióres al 12 y a temperaturas superiores a 
831 °C. Los aceros inoxidables que sólo contienen hierro y 
cromo forman el grupo ferrítico, conteniendo como máximo de 
carbóno 0.12 JÉ normalmente, los contenidos de cromo se man­
tienen entre 16 y 18 ?t.
53
En casos especiales se eleva el contenido de carbáno has­
ta 0.2 paralelamente a un incremento de cromo que llega 
hasta 27 % para estabilizar la fase ferrítica y aumentar la 
resistencia mecánica. Estos aceros que forman parte de la 
serie AISI - 400, soni 430, 430P, 446, etc.
El níquel reduce un fuerte efcto austenitizante, a tal gra­
do que en proporciones de 8 fí la fase austenítica se hace es­
table a temperatura ambiente. Los aceros que contienen níquel 
entre 8 y 22 ^ se incluyen en la serie 300 donde el cromo va­
ría de 16 a 26 jí y el carbóno de 0.03 a 0 . 2 5
Loe aceros tradicionales son el 301, 304, 309, 316 y de 
uso reciente el 304L, 316L, 321 y 347.
Los aceros de la serie 300 no son endurecibles por temple, 
s<5lo por deformación y la serie 400 da aceros de alta resis­
tencia mecánica pero de pobre resistencia a la corrosión.
4.- ALEACIONES BASE ALUMINIO Y ALEACIONES ESPECIALES
La gran variedad de reactantes y productos que se manejan 
en la Industria Química originan el empleo de aleaciones con 
una complejidad metalúrgica, tales como las aleaciones de a- 
luminio, entre las que destacan aquellas que se forman con 
silicio, cobre, magnesio y cinc.
Además del aluminio, destacan otras aleaciones que se de­
sarrollan para cubrir servicios a altas temperaturas y con­
diciones corrosivas específicas, entre las que se encuentran 
las siguientes i DISCALOY, HYPALON, HASTELLOY, CARPENTER 20, 
etc., generalmente de buena resistencia mecánica, pero mejor 
resistencia a la corrosión.
Para nuestro caso, la selección de materiales que habrán 
de utilizarse para la fabricación de las partes constituti­
vas de loe cambiadores de calor, ee realiza mediante el a- 
nálisis de todos y cada uno de loe factores que pueden in­
tervenir en la seguridad, durabilidad y