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La Corrosión en los Buques y cómo combatirla

Informe técnico sobre la corrosión en buques desarrollado por la empresa

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¿Qué es la corrosión?

Es la destrucción de un material por causa de una reacción química o electroquímica , con su medio ambiente. El material y su medio ambiente forman un elemento de corrosión, influyendo en la extensión de ésta los potenciales eléctricos de los materiales metálicos, así como diferencias en concentración y temperatura.

Todos los materiales tienen tendencia a volver a la condición estable en la que se encontraban en la naturaleza, es decir, termodinámicamente hablando a su estado estable.

Esta tendencia es mucho más fuerte en los metales menos nobles, por lo que éstos pueden clasificarse de acuerdo con su nobleza en orden de decreciente actividad y creciente potencial.

La corrosión

Muchos pensaron que con el uso del acero inoxidable y los cascos de plástico reforzado ya no debían preocuparse más de su embarcación. Pero los modernos materiales no han conseguido vencer al peor enemigo de nuestros barcos, la corrosión.

Causas de la corrosión

En realidad la corrosión es deterioro superficial que sufren los materiales a causa de fenómeno de tipo eléctrico, químico o mecánico.

La diferencia de potencial entre los materiales y la existencia de un electrolito en contacto con ellos hace que uno de los materiales actúe de ánodo, sufriendo la ionización o deterioro. El deterioro que se produce en un metal es proporcional al flujo de electrones que recibe y éste a su vez depende del potencial y de la resistencia del potencial que depende de la naturaleza química del ánodo y del cátodo, siendo el primero atacado o disuelto, mientras que el segundo no queda afectado.

El entorno, el agua del mar en este caso, puede conllevar una serie de productos químicos, más o menos agresivos que unidos al cambio de temperatura y ataque de determinados materiales, los corroe superficial o estructuralmente. Nos encontramos pues ante una corrosión de tipo químico que deberemos combatir mediante la debida protección. La fatiga de las piezas, debida a roces, abrasión o movimientos, va reduciendo la capa protectora de las mismas y llegan a deteriorarse. Esto se conoce también como corrosión mecánica.

La presencia de oxígeno provoca la oxidación que puede en ciertos casos servir de protección e impedir que la corrosión progrese.

Tipos de corrosión

No todos los fenómenos corrosivos son idénticos, debido a que existen varios tipos de corrosión. Así podemos distinguir:

Corrosión global

Ataca a toda la superficie de la pieza de una manera uniforme. En general no es una clase de corrosión grave puesto que el mismo óxido que se produce sirve de capa protectora para impedir que la corrosión avance y debilite la pieza atacada.

Corrosión en forma de poros

Generalmente ataca determinadas zonas de la pieza, formando grietas o fisuras. Ha de calificarse de grave cuando la grieta se produce en determinadas partes de la pieza y de la pieza y de modo especial si la misma aparece en junturas o ranuras ya que genera una fatiga en el metal que llega a provocar su rotura.

Sin duda es la más grave de todas, puesto que es imposible saber la profundidad que alcanza la zona dañada. A la larga, las tensiones generadas por la corrosión dentro de la misma pieza llegan a romperla.

Corrosión selectiva

Se produce dentro del mismo metal debido a defectos estructurales o de aleación lo que hace que la pieza se vuelva porosa y acabe de ceder. Se da con mayor frecuencia en los metales fundidos o aleaciones.

1-Paso de iones entre dos piezas metálicas distintas

 

2-Formación de pares de signo contrario en la misma pieza

Protección contra la Corrosión

Todos los problemas relacionados con la corrosión deben contemplarse desde tres aspectos fundamentales.

El primero y más importante sin lugar a dudas, el concerniente a la previsión, dado que la corrosión se suele iniciar en el mismo momento del diseño y construcción de la embarcación en los diferentes elementos que la integran. Así conviene vigilar muy especialmente la disposición de los distintos metales entre sí empleando la tornillería adecuada y evitando la unión de dos metales de naturaleza distinta.

También los motores y las instalaciones eléctricas de todo tipo precisan de una correcta conexión a masa, siendo necesario que los equipos de radio dispongan de toma de tierra propia consistente en una placa especial pues constituye un error grave usar para ello una válvula de paso u otro órgano cuyo deterioro pueda resultar vital para la seguridad de la embarcación. Otro factor importante es la adecuabilidad de las pinturas y antifoulings con el metal del casco y colas de motores.

El segundo aspecto a tener en cuenta en la corrosión tiene que ver con las causas que la motivan. En términos generales, las causas son siempre debidas al incumplimiento de las normas concernientes a la instalación eléctrica del propio barco y que permiten el paso de corriente a través de partes vitales del mismo. Lo primero que debe hacerse es comprobar la polaridad de masa de los diversos circuitos, luego hay que verificar si existen pérdidas de corriente al usar los diversos aparatos, midiendo con un tester si la corriente consumida es superior a la que debe gastar cada aparato.

Hay que asegurarse de que no existen a bordo metales diferentes en contacto directo. Un punto que pocas veces se tiene en cuenta, pero que es de gran importancia, es el efecto de ventilación diferencial producido por la humedad en zonas escondidas fenómeno que causa un alto grado de corrosión. Este tipo de corrosión es frecuente en los tornillos que atraviesan la madera o plástico y que dejan penetrar la humedad por falta de adecuada impermeabilización.

Por ultimo el tercer aspecto es la protección. Esta protección tiene especial importancia en aquellos cascos donde no ha sido posible evitar algunas de las causas productoras de la corrosión por imperativos constructivos, como es por ejemplo la necesidad de poner dos metales diferentes uno junto al otro a poca distancia entre sí. Los métodos de protección contra la corrosión se basan en la debida elección de una aleación (metales puros o adición de cromo e inhibidores) y una estructura adecuada (por medio de tratamientos térmicos que eliminan tensiones internas y homogenicen soluciones sólidas), así como el recubrimiento superficial con materiales especiales.

Durante años se han aplicado recubrimientos a las piezas susceptibles de ser atacadas, tal como la galvanización, pero el tratamiento debe estar muy bien hecho para ofrecer la debida protección y además el roce o golpes pueden deteriorar la capa y dejar que actúe la corrosión debajo de ella, lo que con frecuencia aún es más grave.

Otro tipo de recubrimiento es la pintura que sí se aplica correctamente y periódicamente constituye una de las mejores protecciones. No obstante para determinadas piezas vitales, la protección anódica es la más eficaz. Tal como explicaremos, luego consiste en sacrificar metales que pueden ser controlados y sustituidos a favor de aquellos que queremos proteger.

Potencial Eléctrico de los Metales

  Potencial eléctrico de algunos metales en agua salada a 25°C

Potencial eléctrico V

Sodio -2.71

Magnesio -2.38

Aluminio -1.67

Manganeso -1.05

Zinc -0.76

Cromo -0.71

Hierro -0.44

Cadmio -0.40

Níquel -0.25

Estaño -0.14

Plomo -0.13

Hidrógeno 0

Cobre +0.35

Plata +0.80

Mercurio +0.85

Ya hemos visto que el fenómeno de corrosión más importante es el de tipo eléctrico. Es más con el uso de los modernos metales prácticamente todas las corrosiones que hay que combatir en la náutica son de este tipo.

Cuando dos metales están en contacto a través de un líquido se produce una corrosión galvánica o electrolítica. El grado de corrosión depende fundamentalmente de la diferencia de potencial eléctrico existente entre los dos metales en contacto.

Cuanto más bajo (negativo) sea el potencial de un metal, más fácilmente resultara corroído; del mismo modo cuando mayor sea la diferencia de potencial entre los dos metales en contacto, tanto mayor será la corrosión galvánica producida entre ambos, siempre en perjuicio del de menor potencial.

La tabla que acompaña este texto indica el potencial eléctrico de los metales de mayor interés, que es el que presentan cuando están sumergidos en agua salada a temperatura de 25 ºC .

¿Cómo se combate la corrosión?

Para que se produzca la corrosión en una estructura metálica, se ha de encontrar ésta en contacto con el medio corrosivo, bien sea la misma atmósfera como en el caso de la corrosión atmosférica , bien en un electrolito (tierra, agua u otro medio hostil), caso de la corrosión galvánica .

El primer método que vemos para evitar la corrosión, es el de aislar la estructura metálica del medio corrosivo mediante un recubrimiento aislante o más estable, ante dicho medio, que el metal base.

Estos tipos de protección se llaman PROTECCIÓN PASIVA .

En la industria moderna, se usan muchos tipos de recubrimientos aislantes: resinas, asfalto, pinturas vinílicas, epoxi, al clorocaucho, etc. En todas ellas los valores de resistividad, flexibilidad, adherencia, punto de reblandecimiento, poder de absorción del agua, etc., juegan un papel importante en la selección de esta clase de protección.

La protección pasiva es el sistema por el cual un metal se recubre por otro de mayor resistencia a la corrosión, o capaz de pasivarse fácilmente ante el medio que le rodea.

Hay muchos métodos de lograrlo: electrolíticamente, por inmersión, por aspersión, etc. Para elegir el metal y método de recubrimiento, se han de tener en cuenta una serie de factores, entre los que son de considerar la porosidad del material de aportación y su comportamiento electroquímico frente al metal base.

Otro método de protección anticorrosiva, el más importante, es la PROTECCIÓN CATÓDICA .

En la formación de pilas galvánicas, al introducir una estructura metálica en un electrolito, la destrucción de la estructura proviene de la disolución de las zonas anódicas frente a las catódicas , por aportación de electrones desde aquellas a éstas y disolución del ión metálico.

Pues bien, este mismo proceso nos da idea del método a seguir en la protección catódica, convirtiendo la estructura metálica a proteger en el cátodo de una pila galvánica o circuito eléctrico. Esto lo podemos realizar recurriendo a la serie electroquímica de los metales y escogiendo para actuar como ánodo un metal más electronegativo que el que tratamos de proteger o bien conectando la estructura al polo negativo de un generador de corriente continua, cuyo polo positivo introducimos en el electrolito en cuestión, mediante un ánodo que generalmente no se disuelve o sufre una disolución muy lenta. Con este método podemos comunicar a la estructura a proteger una tensión controlable en cualquier momento de la vida de la instalación.

El primer método reseñado se conoce con el nombre de Protección por ANODOS DE SACRIFICIO y el segundo por el de CORRIENTE IMPRESA .

En la protección Catódica por ÁNODOS DE SACRIFICIO , la corriente polarizante, la suministran los Ánodos que se desgastan en beneficio de la estructura (Cátodo) que permanece inalterable.

Son diversos los materiales utilizados por Ánodos de Sacrificio, sin embargo, las aleaciones de Magnesio , Zinc y Aluminio son las más corrientes. El Magnesio sin alear no puede utilizarse en sistemas de protección catódica en agua de mar, debido a su rápido deterioro, aunque sí se emplean algunas de sus aleaciones.

También se usan ciertas aleaciones de Aluminio, pero los Ánodos de Sacrificio más utilizados son los de Zinc, que no es necesario controlar y que, además, suministran una corriente continua y eficiente. Un imperante de este tipo de Ánodos es la pureza del metal base; la composición debe de estar acorde con las especificaciones que actualmente hay al respecto. El hierro es una de las impurezas más perjudiciales para la actividad anódica del Zinc; se tolera un máximo de 50 ppm de Fe si al mismo tiempo

Sistemas de protección anticorrosión

Los sistemas más comunes de protección contra la corrosión son:

  a) Pintura
  b) Sistema de protección catódica
  c) Pinturas y Sistemas de protección catódica combinados

¿Es suficiente la pintura?

Todo el que tenga experiencia en mantenimiento de buques o estructuras, está convencido de que hay una acción corrosiva a través del tiempo a menudo en condiciones meteorológicas muy severas, especialmente en las partes sumergidas de los buques y estructuras, debido a la cantidad de pintura que por cualquier causa puede desprenderse y que supone una degradación de la protección. Hay que tener en cuenta que parte de la superficie puede quedar sin pintura por motivos de golpes contra muelles, remolcadores, defensas, anclas, etc.

En general, si queremos obtener una buena protección, es totalmente necesario ayudar a la pintura con otros medios. De todas formas, la mejor pintura nunca puede prevenir totalmente una difusión de agua y oxígeno en la zona de acero sumergida, lo que ayuda al proceso de oxidación .

La mejor protección a la corrosión es una combinación de una buena pintura y una buena protección catódica , ya que un buen pintado es una barrera de ayuda que reduce la corriente requerida a suministrar por la protección catódica. Todas las pinturas que se utilicen deben tener una gran resistencia alcalina, ya que la protección catódica va acompañada de una ligera alcalinidad, lo cual debe de tenerse siempre en cuenta.

Protección mediante ánodos de sacrificio buques (protección externa)

Para obtener una buena protección anticorrosiva en los buques, recomendamos usar Ánodos de Zinc o Aluminio, protegiendo las partes siguientes de la obra viva:

Popa, Timón y Ejes
Casco
Cajas y tomas de mar
Hélices de Proa y maniobra
Toberas, etc.

Un estudio de protección de cascos necesita los
siguientes datos:

1. Disposición general del Buque.
2. Superficie mojada.
3. Especificación de pintura de la superficie mojada.
4. Intervalos previstos de entrada del buque en dique.

Sistemas para calcular la protección del casco de un buque

1. Densidad de corriente:

Las condiciones electroquímicas y mecánicas, tiene gran influencia en el diseño de los sistemas de protección catódica.

Otras condiciones a considerar son: temperatura, salinidad, resistencia a disoluciones de oxigeno, etc.

Las especificaciones de un sistema de protección catódica se expresan normalmente por la densidad de corriente eléctrica requerida para dar a la superficie a proteger un potencial suficiente.

La densidad de corriente normal para cascos de buques varía desde 10 m A/m2, hasta 30 m A/m2, aunque puede aumentarse en casos especiales.

2. Vida del ánodo

Los Anodos de Zinc se calculan normalmente para uno, dos, o tres años de vida, y los de Aluminio para una duración de cuatro años.

3. Número de ánodos:

Area (m²) x densidad de corriente en mA/m²

Corriente en Amperios = ---------------------------------------------------------------

1.000

El peso total de los Anodos:

Corriente (A) x vida de Anodos (Años)x 8.760

Peso (Kg.) =-------------------------------------------------------------------------------

Capacidad del material (A Hora/Kg.)

El número y tipo de Anodos para compensar el total de la corriente y el peso requerido:

Corriente requerida

Número de Anodos = -------------------------------------------------------------------

Corriente de salida de cada Anodo

 

Peso calculado

Número de Anodos = --------------------------------------------------------------------

Peso de cada Anodo

4. Situación de los ánodos:

Los ánodos deben distribuirse convenientemente alrededor de la superficie mojada del casco, aumentando su número en la zona de Popa debido a la alta densidad de corriente originada por la hélice. También se recomienda instalar Anodos en las tomas de mar.

Esta práctica normal puede variarse dependiendo de la geometría del buque, su sistema de pintado, o incluso del servicio previsto del mismo.

5. Recomendaciones prácticas para la instalación:

a) Nuestros Ánodos están provistos de pletinas para su directa soldadura al casco. Recomendamos que las puntas de las pletinas no estén galvanizadas, para evitar los gases tóxicos que se producen en el momento del montaje

b) La distribución de los Ánodos deberá hacerse de acuerdo con nuestro diseño

c) No se deberán colocar Ánodos en el fondo debido a problemas de entrada y salida de dique

d) En ningún caso deberán pintarse los ánodos

Correcta colocación de los Ánodos

Para proteger una determinada pieza se hace uso de metales con un potencial eléctrico negativo e inferior al potencial del metal de la pieza en cuestión, colocados en contacto con la misma. Estas piezas del metal que sirven de protección reciben el nombre de ánodos .

Se fabrican ánodos de diferentes formas y tamaños, construidos especialmente para su uso en las embarcaciones. Como norma general se utiliza el zinc o el aluminio para los ánodos usados en agua salada y aleaciones de magnesio para los barcos que naveguen en aguas dulces o salobres.

Hay que tener presente que los ánodos no sólo son imprescindibles en los cascos metálicos sino que también resultan necesarios en los de madera, plástico u otros materiales.

Todas las partes metálicas de la embarcación deben estar en contacto con el ánodo para lo cual se usan pernos y flejes o cables de conexión directa con la pieza a proteger. Estos conectores han de tener como mínimo unos 15 mm . De sección. Otro aspecto a tener en cuenta es la orientación de los ánodos. Los ánodos siempre deben quedar paralelos al sentido longitudinal del barco pues sólo así se consigue el máximo rendimiento. Los ánodos y los puntos de contacto con la pieza no deben pintarse en ningún caso. Hay que usar pernos o tornillos para su fijación al objeto de facilitar el cambio.

Entre los elementos que precisan especial protección cabe mencionar los siguientes:

Hélice y eje de Transmisión : En el caso de ejes volantes, debe usarse un ánodo especial para ejes y situarlo de modo que quede a unos 3 ó 4 mm . Del cojinete de apoyo de la hélice. Pero si la bocina es metálica, hay que situar el ánodo cerca de ésta; si fuera de un material no conductor (nailon, caucho) el perno de fijación del ánodo debe conectarse con el bloque motor.

Timones Metálicos : Requieren la fijación de un ánodo circular plano en el mismo centro de la pala.

Quillas Metálicas : Para proteger esta parte de la embarcación se ha de colocar un ánodo en cada costado, sujeto con pernos roscados en la misma quilla.

Flaps de barcos a motor : Se fija un ánodo en la superficie de cada flaps, siempre en sentido longitudinal del barco. Si los flaps son de aluminio es necesario que los tornillos de fijación sean galvanizados.

Cualquier ánodo debe ser sustituido sin dilatación tan pronto como muestre signos de desgaste e imprescindiblemente cuando haya alcanzado el 80% de su peso original.

Buques (protección interna) - Protección catódica de tanques

A partir de la Segunda Guerra Mundial, el Ánodo clásico usado para la protección de tanques de lastre, fue el Magnesio . Este metal estaba extraordinariamente bien situado por tener una gran fuerza electronegativa 700 mV sobre el Acero Polarizado.

La mayor ventaja era su rápido poder de polarización . Su inconveniente era una sobreproducción causada por la emisión de Hidrógeno y su poder electroquímico, aproximadamente 55%.

Hoy en día este metal se usa raramente debido a las restricciones impuestas por las sociedades de clasificación. En la actualidad aún se aplica en tanques de plataformas.

El Zinc y el Aluminio , muestran un relativo pequeño potencial, ya que el voltaje de condición sobre el Acero Polarizado viene a ser del orden de 230 a 300 mW; sin embargo, tienen una eficiencia del 80% . La experiencia nos indica con respecto al Ánodo de Zinc que la importancia de contaminación del Acero es muy pequeña.

El resultado del Ánodo de Aluminio, depende en gran parte de los aditivos (Indio y Zinc), los cuales inmunizan la tendencia del metal a formar una película de óxido pasivizadora.

Tanto el Aluminio como el Zinc, tienen una larga y satisfactoria historia como materiales de protección catódica . Una de las ventajas del Aluminio, es que en su instalación se usa sólo un tercio del peso comparado con una instalación de Zinc, lo que puede ser importante con respecto al peso muerto de un buque, y más todavía teniendo en cuenta el costo de instalación de los mismos, facturado en los astilleros por peso instalado. Una desventaja de acuerdo con las sociedades de clasificación es la posibilidad de chispeo, lo que da lugar a que dichas sociedades tengan ciertas restricciones al uso de ánodos de Aluminio, contrariamente a los de Zinc. La distribución de estos Ánodos de aluminio, debido a esta posibilidad de chispeo, debe estudiarse de forma que vayan colocados en zonas bajas de los tanques.

Datos precisos para hacer un cálculo de protección de tanques:

1. Disposición general, cuaderna maestra, perfil longitudinal, mamparos principales y plano de capacidades

2. Tipo de tanques, si sólo lastre, carga y lastre, o lastre segregado en petróleos

3. Densidad de corriente deseada

4. Años de vida que se piensa dar a los Ánodo

5. Especificar si llevan pintura (los Tanques) y tipo de la misma, si es que llevan

6. Tiempo de lastre previsto

 

 

 

 

 

 

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