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La corrosión de metales
( Publicado en Revista Creces, Septiembre 1988 )
Cuando los metales se oxidan o corroen incorporan átomos del medio
ambiente hasta el punto de aumentar su volumen y generar una gran fuerza
expansiva, capaz de romper o levantar una construcción o grandes tuberías.
La corrosión de metales, o proceso de deterioro de éstos por agentes presentes en el
medio ambiente, constituyen un problema generalizado en todos los países.
Los metales pueden ser lentamente atacados por el oxígeno de la atmósfera, oxidando
sus primeras capas superficiales hasta avanzar hacia el interior de sus estructuras. Sin
embargo, el proceso de corrosión puede acelerarse cuando los metales están expuestos
a una atmósfera con altas concentraciones de sales o compuestos químicos productos
de la contaminación.
Uno de los aspectos más sorprendentes del proceso corrosivo se revela por el aumento
de volumen del cuerpo oxidado. En un proceso lento, pero inexorable, éste extrae
átomos del medio ambiente que lo rodea y los acomoda en su interior, generando un
nuevo volumen expandido. La fuerza que permite este proceso es tal que teóricamente
al menos puede ser capaz de levantar cualquier construcción.
Perdidas por corrosión
En EE.UU. y naciones europeas ha sido motivo de alarma la destrucción paulatina de
monumentos, iglesias, puentes, edificios y toda clase de construcciones que utilizan
normalmente vigas de refuerzo y pernos como componente de ingeniería.
"En Chile es más común hallar metales corroídos en estructuras civiles, tales como
rieles, alambrados, cables de alta tensión, muelles, puentes y tuberías, en especial los
de calderas industriales", señalan los arquitectos Raúl Sará y Patricio Salomón.
En la construcción chilena parece no existir el inconveniente de la corrosión, debido a
que en primer lugar, el clima es más seco y benigno que en los países del hemisferio
norte y además al uso de hormigón armado en construcciones. Este es una mezcla de
cemento, arena, ripio y agua -que después se evapora- que envuelve una estructura
interna de barras de acero.
En tal sentido, los profesionales explican que esta clase de construcción impide
óptimamente el paso de la humedad y del oxígeno hacia los metales. "En cambio agregan-, las grandes estructuras metálicas incrustadas en concreto o albañilería
poseen mayor posibilidad de cerroerse, puesto que las vigas y pernos de refuerzo
fabricados con acero están más expuestos a la intemperie".
Por su parte, el director de construcción de la Facultad de Arquitectura de la
Universidad de Chile, Angel Hernández, puntualiza que las estructuras metálicas, más
comúnmente utilizadas en países desarrollados, demandan una alta tecnología y
poseen, por lo tanto, la ventaja de requerir un tiempo mucho más breve de
construcción. "Pero, mientras tanto, en Chile sigue siendo adecuado el uso del
hormigón armado, porque el clima seco nos protege de los agentes corrosivos", añade.
No obstante, enfrentar las pérdidas originadas por la corrosión en Chile representa un
valor anual cercano a los 400 millones de dólares, según un informe emitido por la
reunión anual de metalurgia de la OEA, a fines del año 1987.
El estudio indica que en numerosos países las pérdidas debidas a la corrosión oscilan
entre un 3.5 y 4.9 del PBN. Se ha demostrado que el 40 por ciento de dichas pérdidas,
es decir, el 2 por ciento del PBN, podrían prevenirse aplicando las actuales tecnologías
contra la corrosión.
El ataque del "moho"
"La corrosión es una tendencia natural del metal por retornar a su estado de origen",
define el ingeniero Washington Guiachetti, experto en esta materia y Jefe de Proyectos
del Centro de Investigación Minera y Metalúrgica, CIMM.
Los metales, que se encuentran en la naturaleza en forma de óxidos, sulfuros,
hidróxidos y sales de varios ácidos, por distintas vías intentan unirse a las moléculas
precisas para volver a constituir tales compuestos. "Por ejemplo -indica el investigador, el Hombre obtiene el fierro primero como óxido y es éste el estado en que se
encuentra cuando forma parte del mineral o hemapatita".
El acero corriente, que está constituido por un 98.7 por ciento de fierro y de un 1.3 por
ciento de impurezas -silicio, manganeso, azufre y fósforo- se usa preferentemente en
las construcciones y obras públicas, por sus ventajas económicas y por brindar
excelentes propiedades mecánicas. Pero, al mismo tiempo, se corroe con mucha
facilidad y forma un óxido -metal más oxígeno- muy poroso, garantizando de este
modo la evolución del proceso hacia el interior de la estructura.
El profesor Guiachetti menciona, no obstante, que comúnmente lo que se aprecia no es
un óxido puro, sino el moho, formado por hidróxido de fierro -al que se le agregan
moléculas de hidrógeno- lo que genera una estructura también muy porosa. Luego,
añade, no sucede lo mismo con el cobre, en cuyo caso la oxidación se detiene, puesto
que se origina con este metal un óxido muy compacto.
Contaminación
Compuestos más agresivos que el oxígeno, como sales y ácidos, facilitan en gran
medida el proceso de corrosión disolviendo los metales.
Frente a esta situación, el doctor Carlos Andrade, químico de la Facultad de Ciencias de
la Universidad de Chile, destaca el rol que cumplen tanto el ácido sulfúrico como el
ácido nítrico. Ambos formados en una atmósfera contaminada y provenientes de
compuestos de la combustión de las industrias, del carbón y de los vehículos.
"Incluso -puntualiza el académico-, el material particulado, y suspendido en esta
atmósfera actúa como superficie para que sean catalizadas la formación de los ácidos,
a partir de los óxidos de nitrógeno y los sulfuros".
En estos casos de corrosión, el cobre ya no se escapa y es también atacado. El metal
rojo es muy soluble en presencia del ácido sulfúrico, razón por la cual es utilizado en
los proceses extractivos. El profesor Guiachetti explica que se genera una sal -sulfato
de cobre- de típico color verde sobre su superficie. Luego, con la humedad o el agua,
éstas son arrastradas y se vuelve a repetir el proceso hasta disolver la estructura del
metal.
Eléctrica corriente
El comportamiento de los metales está determinado por el medio ambiente que lo
circunda. Es así como una atmósfera marina, por ejemplo, agredería más rápidamente
la carrocería de un automóvil por la presencia de sales.
Asimismo, más grave sería el deterioro si además el dueño del vehículo viviera en una
zona industrial altamente contaminada.
Por tal razón, y para fines prácticos, la corrosión se clasifica de acuerdo al medio en
que se produce, distinguiéndose procesos químicos -como los ya relatados- y procesos
electroquímicos.
Un clásico ejemplo de corrosión electroquímica o galvánica es la que se inicia con las
aleaciones o con las impurezas contenidas en los aceros simples. Básicamente se
desencadena cuando se juntan dos metales con diferentes potenciales o energías, que
al estar en un medio acuoso, generan un flujo de corriente eléctrica que aumenta la
tendencia del metal con mayor posibilidad de cerroerse.
Este paso de electrones termina por disolver la estructura de un metal y además
provocar repulsión de cargas o corrosión química por los compuestos que se forman.
"Pero, especialmente interesante -menciona el doctor Andrade- es la gran fuerza
expansiva que se produce, ya sea por los fuertes enlaces entre los átomos de oxígeno
con el metal y la sal, o entre las cargas eléctricas".
Por otro lado, la corrosión se clasifica según su forma en homogénea y localizada,
resultando esta última la más peligrosa por no ser detectada a simple vista.
El temor de los ingenieros
En un artículo publicado por New Scientist del 15 de enero de 1987, Jack Harris plantea
el problema de corrosión como un daño que puede aparecer tanto en construcciones
antiguas como recientes.
El autor describe que la corrosión libera suficiente energía para deformar y romper el
medio circundante y por lo tanto, se provee del espacio adicional requerido para
acomodar el mayor volumen.
El mismo inició la contemplación de este fenómeno observando la catedral de St. Paul
en Londres, la que, incluyendo su campanario, estaba encajonada en un andamiaje de
grapas de fierro forjado puestas de manera tal que las cabezas de éstas quedaban al
nivel del borde de los bloques de piedra de la catedral. A través de los años,
especialmente en el campanario, las grapas se habían oxidado y expandido. Cada una
había ejercido una fuerza vertical a la siguiente corrida superior de piedras.
Más adelante, el ingeniero señala que para levantar la siguiente capa de piedras se
necesitaría que el proceso de corrosión fuera capaz de elevar la catedral completa. Con
esta duda, realizó algunos cálculos y concluyó que el óxido podía izar el edificio
eclesiástico aunque tuviera 2.250 kilómetros de altura. Sin embargo, al mismo tiempo,
admite que se trata de un cálculo teórico, puesto que no toda la energía disponible
puede convertirse en trabajo útil.
Cualquiera sea la circunstancia, el cálculo posee el correcto orden de magnitud y
demuestra el poder irresistible de la corrosión. Más aún, las grapas oxidadas levantaron
e inclinaron completamente el campanario. Incluso también menciona que en otro caso
una campana se partió en dos, después de que la argolla de su corona de fierro fundido
se oxidara.
Otra experiencia impactante es la que suele ocurrir en aquellas zonas donde se esparce
sal deliberadamente para remover la nieve o hielo sobre las carreteras o puentes. En
estos casos, si no se toman las precauciones, la carrocería de un automóvil es
destruida, pudiendo llegar la corrosión hasta sus partes vitales y terminar el vehículo
en un frío cementerio de artefactos inútiles.
Medidas preventivas
"Ante el muchas veces inesperado problema de un metal corroído, la mejor manera de
evitarlo es la selección del material adecuado a cada medio", menciona la doctora
Carmen Silva del laboratorio de corrosión de la Comisión Chilena de Energía Nuclear.
Añade que: "tal medida ahorra gastos que podrían resultar cuantiosos más tarde".
La ingeniera destaca que primero es preciso conocer todos los mecanismos que podrían
actuar en cada situación, ya que son muchas las variables involucradas que deben
estimarse. Sin embargo, la investigadora expone que siempre existen riesgos
importantes de controlar periódicamente. "Por ejemplo, en un reactor nuclear,
instalado sobre una piscina, y a pesar de estar construido por acero inoxidable, es
importante examinar la calidad del agua, dado que las impurezas podrían resultar muy
agresivas", acota.
En materia de corrosión el peligro siempre está latente y no siempre es económico
utilizar los metales más nobles. Una de las soluciones es el uso de protectores o de
diferentes mecanismos que inhiben el proceso. Por ejemplo, la doctora Silva se refiere
a la protección catódica, como lo implementa EMOS en el país y que consiste en llevar
el acero simple a la zona donde termodinámicamente es imposible la reacción. También
menciona la protección anódica, frecuentemente utilizada en metales que tienen
conducta pasiva frente a la corrosión, como son los aceros inoxidables, aluminio o
níquel.
Sin embargo, es interesante especificar que el acero inoxidable es muy susceptible a la
corrosión, dado que la avidez del cromo por el oxígeno es todavía mayor que la del
fierro.
Explica el ingeniero Guiachetti que, en forma similar de lo que ocurre con el aluminio,
el acero inoxidable, cuya aleación es de un 74 por ciento de fierro, 8 por ciento de
níquel y 18 por ciento de cromo, se autoprotege formando una capa de óxido de cromo
en contacto con la atmósfera.
"Se trata de una finísima película muy compacta, capaz de impedir la evolución de
deterioro al interior de la estructura", agrega.
En cuanto al uso de protectores, como pinturas, lacas transparentes, epóxicos, entre
otros productos, evitan por un buen tiempo el regreso del metal a su estado original,
especialmente en aquellos casos que no pueden sellarse sus estructuras con cemento.
Sumadas a todas estas posibilidades, en el ámbito de la construcción existe la
posibilidad actual de usar vigas de refuerzo galvanizadas o niqueladas o incrementar la
compactación del cemento. Cualquiera que sea el método elegido, la tecnología
moderna está desplazando cada vez más al proceso corrosivo al pasado histórico.
Esperemos que para siempre.
Lilian Duery A.
Comunicadora Científica.
Artículo extraído de CRECES EDUCACIÓN - www.creces.cl