Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Yol. 1, N» 1, 1981

Consideraciones de Operación y Diseño en el Control de la Corrosión por Hendidura

Guillermo Matamata Rivas

Departamento de Ingeniería Metalúrgica, Escuela de Ingeniería, Universidad de Concepción, Concep-ción, Chile.

Este trabajo presenta dos casos de corrosión por hendidura e intentatalürgica y deseñar para evitar el proceso de corrosión por hendidura

condiciones operaciona!, me-

Consideratíon oí Operation and Design in the Control of Crevice CorrosiónThis work presents two cases of crevice corrosión and pretends to sumarize the operational. metallurgical and

INTRODUCCIÓN

En los últimos años el desarrollo de la investigaciónen las áreas de corrosión y protección de materialesha sido cuantiosa, sin embargo, a pesar que nuevasaleaciones son formuladas, se nota un desconocimientoapreciable en eí uso de los materiales.

U. Uhlig [1] y otros autores han destacado este hecho, señalando que el ingeniero en general no aplica Soque hasta ahora es conocido en eí control de corrosión.

Este trabajo presenta dos casos típicos de corrosiónpor hendidura, uno generado por un diseño inadecua-lo del equipo 12] y el otro por una operación, defec-tuosa en un intercambiado! de calor; [3] antecedentesque sirven para recalcar que nada se saca con utilizaruna excelente aleación, si ello no va acompañado conun criterio racional de ingeniería de anticorrosión.

Estos deterioros tienen relevancia, por el hecho queocurrieron en una aleación altamente resistente a la co-rrosión (A1SI — 316) y en medios aparentemente ino-fensivos; tales como soluciones de lavado del blan-queo de la celulosa con concentraciones de cloruros de0.28 X 10-J N [2] y leche íresca [3] cuyo promedioentre cloruros de sodio y potasio corresponde a una so-lución 3,1 X 10-2 N.

En acorde con esto, se pretende destacar las condi-ciones operacionales y de diseño, que deben tomarseen cuenta para evitar el proceso de corrosión por hen-didura.

MECANISMOS DE CORROSIÓN PORHENDIDURA

Los mecanismos de corrosión por hendidura puedenexplicarse a través del conocimiento de los potencialesde picado del material y del proceso de difusión en lapicadura, generalmente por reacciones de hidrólisis queincrementa la concentración de iones H+.[4,5,6]

El material debe mantener las condiciones de pasi-vidad en el medio agresivo, esto involucra tener un

agente oxidante con un potencial mixto que no lleguea sobrepasar el potencial de picado de la aleación.

Aunque no debiera esperarse una gran variación delpotencial de picado con !a temperatura entre rangos de65°C a 100°C, en soluciones aireadas de baja concen-tración de iones cloruros (Cl = 10"! a 10'4N);[7] sinembargo se puede prever que el comportamiento ci-nético de la corrosión por hendidura sea catastrófico,cuando en los equipos existe una transferencia de ca-lor apreciable.

CONSIDERACIONES METALÚRGICAS

Para mantener la pasividad del material, el Ingenie-ro diseñador tiene generalmente dos grados de libertadque le permiten aliviar este problema:

— Consideración metalúrgica de la aleación a uti-lizar.

— Evitar en el diseño o en la construcción delequipo, la generación de hendiduras.

El primer caso obliga a encontrar una aleación re-sistente que pueda reunir una de las siguientes carac-terísticas:

— Aleación Noble — Ser lo suficientemente nobleen el medio agresivo específico, de manera que su re-sistencia a la corrosión no se base en la formación deuna película de óxido. Solución que en la mayoría de loscasos tiene un alto costo, pero que da gran flexibili-dad al diseñador.

— Aleación Pasívable — Utilizar materiales pasiva-bles, cuya pasivación sea lo menos crítica posible enrelación al agente oxidante presente sobre la superficiemetálica. Esta alternativa de mayor holgura en cuantoa términos de costo de la aleación, permite eí uso deaceros inoxidables austeníticos u otras superaleaciones;pero que exigen un excelente criterio de diseño. Un me-ioramiento ¿el acero inoxidable 316 o de los acerosinoxidables de estructura dúplex, son las aleaciones ba-sadas en 25% Cr — 20% Ni, que son más resistentesa la corrosión por hendidura y además mejoran el com-portamiento a la corrosión bajo tensión. [8]

Ii Journal of Melallurgy and Materials, Val, í, Na. !, 1981

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

El segundo grado de libertad, o sea, el evitar a tra-vés del diseño la formación de hendiduras, obliga alIngeniero tener presente lo siguiente:

— Utilización de flange — Donde e! problema decorrosión es conocido, es importante evitar el uso de

daño en la operatividad del equipo generalmente nodepende del número de deterioros cavernosos. Por otrolado si ei cordón de soldadura presenta una protube-rancia por el interior de la cañería o equipo, se puedengenerar turbulencias que a su vez originan problemasde corrosión-erosión aguas abajo del cordón de solda-dura (Fig. 2b); situación que podría propagarse en una

Soldadura

FIG 1a

flanges roscados y flanges de boquilla para soldar. Sólodebieran especificarse flange de brida o de casquillosoldables. Los flanges de casquillo soldable (Fig. la),tienen la ventaja que la soldadura de tope en la unióncon la cañería permite a veces una inspección radio-gráfica; sistema de inspección que no es aplicable alflange de brida para soldar (Fig. Ib).

segunda etapa a corrosión por hendidura. En !a medidaque sea posible, se recomienda un esmerilado completodel cordón de soldadura (Fig. 2c).

FiG. 1b

Donde es posible una inspección visual de la uniónsoldada, en lo posible se debe eliminar toda rugosidado cavidad que sea fuente de corrosión.

— Unión soldada -— La corrosión por hendidura esun caso frecuente en soldadura de tope con penetra-ción incompleta (Fig. 2a).

— Unión expandida — Un caso típico de unión ex-pandida, es la utilizada en la sujeción de los tubos ala placa de un intercambiador de calor (Fig. 3a).

gvada)tubo/placa

PARED DE LA CAÍiERtA

F I G . 2a

Donde la inspección visual no sea posible, es reco-mendable una inspección radiográfica por rayos X enun 100% del cordón. La rigurosidad de esta inspec-ción, se fundamenta en que la corrosión por hendi-dura es un problema de corrosión localizado, cuyo

FIG. 3a

El tubo del intercambiador de calor por los efectosde sellado y para facilitar la combadura se expandedentro de la placa; por esto, la expansión nunca tomalugar a través del espesor completo de la placa, for-mando así una hendidura que asociada a la alta velo-cidad de transferencia de calor, estimula el procesocorrosivo. La hendidura podría eliminarse usando latécnica de sellar por soldadura el respaldo de la placatubo (Fig. 3b); tecnología que encarece marcadamenteel costo unitario.

— Uniones con empaquetaduras — La especifica-ción correcta de la empaquetadura, guarda relacióncon dos aspectos de vital importancia. Por un lado su

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perfecta dimensión en cuanto a su diámetro interior,cuidando que no sea sub-dimensionada o sobre-dimen-sionada, pues formaría sitios propicios para la nuclea-ción de corrosión por hendidura (Fig. 4a, b, c).

El segundo aspecto relacionado con la calidad de laempaquetadura, de modo que no se deteriore en el me-dio agresivo. Algunos autores señalan que el problematambién puede disminuirse pintando las caras de losflanges con pinturas inhibidoras o recubriendo la en>paquetadura y los flanges con compuestos impermea-bles del tipo goma líquida.

F i n . U

— Detalles de diseño •— En genera! deben evitarselas situaciones donde ei diseño pueda producir una al-teración del medio agresivo, por acumulación de sucie-dades. Por ejemplo, la Figura 5 muestra la macrofoto-graffa de un alambre de !/8" de diámetro, de aceroinoxidable 316; el cual descansaba en un canal cua-drado que facilitaba el aumento de la agresividad delmedio por recolección de impurezas (Fig, 6).

Fig. 6.

La duración del alambre en este equipo lavador de ce-lulosa, era de 6 a 8 meses, destacándose que cada equi-po utilizaba 8.300 metros de alambre aproximada-mente [2].

LátiaAmeríca» Journal of Metallurgy and Materials, Vol. 1, No. 1, ¡9S1

La colocación de instrumentos que controlen el pro-ceso productivo, deben seguir las normas de flange,soldadura y empaquetadura; pero además la boquillade conexión tienen que tener la holgura suficiente quefaciliten la difusión del medio (Fig. 7).

FIG. 7

En el diseño de intercambiadores de calor del tipoUibo-carcaza, se debe tratar de colocar el líquido máscorrosivo por los tubos y el vapor o líquido menos co-rrosivo por la carcaza.

CONSIDERACIONES DE OPERACIÓN YMANTENIMIENTO

En general las variables de operación y manfeni-

aqucllas de diseño; sin embargo no dejan en algunoscasos manifestarse como causantes del problema de co-rrosión por hendidura.

Un caso interesante observado [3], se refiere a unintercambiador de calor compuesto de placas de aceroinoxidable 316, utilizado en la industria lechera. Elorigen del deterioro de corrosión por hendidura, se de-bió a la presión que se ejerció placa contra placa, mo-tivado por un uso indebido de las empaquetaduras deseparación. Ai presionar ¡as placas, fuera de formarun hundimiento puntual en las zonas de contacto, seelimina la capa pasiva protectora de un proceso de co-rrosión, creando núcleos de ataques preferenciales.(Fig. 8).La concentración del medio agresivo constituido por lafeche, cuyo contenido inicial de cloruros es 3.1 XX f O ~ J N ; se incrementa al detener el flujo y evapo-rarse la leche residual, dado que la temperatura de tra-bajo es aproximadamente 100°C.

Se podrían señalar las siguientes consideraciones detipo operacional o de mantenimiento, que guardan unaestrecha relación con el proceso productivo; por lo que

Figura 8

su utilización está sujeta a un raciocinio profundo decada caso en particular:

— Uso de inhibidores de corrosión.— Evitar que los líquidos lleven sólidos en suspen-

sión, que puedan depositarse en cavidades propias deldiseño o de ia construcción.

— Trabajar con medios lo más neurto posible.— Bajar la temperatura a los límites que permita

la eficiencia del proceso productivo.— Desairear las soluciones agresivas, para evitar

la formación de pilas de aireación diferencial, cuyosefectos puedan sumarse a los producidos por la acidi-ficación del medio en la cavidad.

— Evitar que durante el proceso de detención delos equipos, queden soluciones atrapadas que puedanconcentrarse, lavando los equipos en lo posible.

— Cuidar que en los procesos de mantenimiento uoperación, no se elimine la capa pasiva de la aleación.

REFERENCIAS

, .2 G. Matamala, Inform

Tecnológicas", UniverT976.

3 O. Matamala, Informe de! "Insinuó de investigacionesTecnológicas", Universidad de Concepción. Abril, 19SO.

4 T. R- Cálvele, Journal oj the Eleclrocfiemical S£>c¡V:v. Vol.123, 464, (1976).

5 A. Takamura, Corrasión, 23, 306 (1967).6 J. C. Grises, Corrosión, 24, 96 (1968).7 G. Matanmfs, Proceso de Comisca L;.>-L':-rosa del A1SI-

316 en soluciones Í:^HL,.,Í::, >.¡:> blsixjht'o. e:: la Industriade la Celulosa. 4? Reunión I. .a tí no americana de Electroquí-mica y Corrosión, Caracas Venezuela, Marzo 1979.

8 L. L. Shreir, Corrosión, Sección 10,2, Newnes-Buttcr-woths,London (1977).