corrosión en calefones a gas
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CORROSIÓN EN CALEFONES A GAS
1. INTRODUCCIÓN
La Corrosión es la causa general de la destrucción de la mayor parte de los materiales
naturales o fabricados por el hombre. Si bien esta fuerza destructiva ha existido siempre,
no se le ha prestado atención hasta los tiempos modernos, con el avance de la tecnología.
El desarrollo de la industria y el uso de combustibles, en especial el petróleo, han
cambiado la composición de la atmósfera de los centros industriales y grandes
conglomerados urbanos, tornándola más corrosiva.
La corrosión de los metales constituye una de las pérdidas económicas más grande de la
civilización moderna. La rotura de los tubos de escape y silenciadores de los automotores;
el cambio continuo de los serpentines de los calefones domésticos; roturas de los tanques
de almacenamiento y tuberías de conducción de agua; el derrumbe de un puente; la rotura
de un oleoducto que transporta crudo (aparte del costo que acarrea el cambio del mismo
hay que tener en cuenta el problema de contaminación del petróleo derramado, que muchas
veces es irreversible, así como también el paro de la refinería).
2. ANTECEDENTES
Los primeros metales empleados fueron los que podían fácilmente reducirse al estado
elemental, o bien los que se encontraronnativos; por esta condición tales metales no pasan
fácil mente al estado combinado y en consecuencia, su corrosión no ocasionó notables
problemas. Con la introducción de uso del hierro, se alcanza la verdadera magnitud del
problema.
Pasaron muchos siglos sin iniciarse una verdadera curiosidad por las causas de la
corrosión. En 1788 AUSTIN J hizo observar que el agua originalmente neutra tiende a
volverse alcalina cuando actúa sobre el hierro, esto se debe a que en las aguas salinas se
produce hidróxido sódico como producto catódico del proceso electroquímico de la
corrosión.
La interpretación de que la corrosión es un fenómeno electroquímico, fue establecida por el
francés THENARD en 1819.
Investigaciones de FARADAY entre 1834 y 1340, dieron la demostración de la relación
esencial existente entre la acción química y la generaci6n de corrientes eléctricas.
En 1890 fue patentado por T.A. EDISON un sistema rudimentario de protección catódica a
base de corrientes impresas por medio de un ánodo inertede grafito remolcado.
Entre 1388 y 1908 se desarrolló el punto de vista de que los ácidos eran los agentes
principales responsables de la corrosión, particularmente era sustentado que el orín en el
hierro que se formaba si estaba presente el ácido carbónico.
Pronto, en 1905 se puso de manifiesto por DUNSTAN GOUDING y JOWET, que el hierro
expuesto al agua y oxígeno, sin la presencia del ácido carbónico, se forma orín.
Otra teoría de corrosión surgió alrededor de 1900 como consecuencia del hallazgo de
peróxido de hidrógeno durante la corrosión de muchos metales, dando lugar a la idea de
que aquel actúa como intermediario en el proceso de corrosión. Ahora se conoce que el
peróxido de hidrógeno se forma cuando hay exceso de oxígeno en el cátodo.
En 1907 los americanos WALKER, CEDERHOLM y BENT, aceptan la corrosión por
líquidos neutros con ayuda del oxígeno como estimulador catódico.
En 1910 los alemanes HEYN y BAVER, realizan amplias investigaciones sobre corrosión,
fueron los primeros en establecer medidas de velocidad de corrosión en numerosos
líquidos, sobre hierro y acero, estableciendo cuantitativamente el hecho de que el ataque
del hierro se estimula por contacto con un metal más noble, mientras que el contacto con
un metal más activo confiere protección total o parcial, en este sentido ya en 1824 Sir
HUMPHREY DAVY había propuesto proteger el cobre con hierro o cinc contra el agua de
mar, como consecuencia de estudios efectuados comisionado
Por el Almirantazgo Británico, sobre las intensas corrosiones que se presentaban en el
cobre de la obra viva de sus buques.
Hasta el año 1923 la creencia predominante fue de que las corrientes galvánicas o de
corrosión eran producidas generalmente por metales distintos en contacto, así se llegó a
considerar que un metal perfectamente puro y uniforme, si se pudiera obtener, sería in-
corrosible.
Un buen ejemplo de esta nueva forma de actuación lo constituyen las investigaciones
llevadas a cabo sobre la corrosión de los tubos de condensadores marinos, que llegó a
constituir problema de tal magnitud para la marina británica en la guerra 1914/18 que hasta
pudo decirse, con la oportuna dosis de exageración, que llegaron a producir mayor
preocupación para el Almirantazgo Británico que la flota enemiga. Los trabajos de
comisiones técnicas constituidas por el Comité de Corrosión del Institut of Metals y la
British Non-Ferrous Research Association, junto con el desarrollo industrial de nuevas
aleaciones resistentes a la corrosión, mejoraron profundamente la posición del problema.
En las últimas décadas, las necesidades industriales han conducido al estudio de problemas
planteados durante la explotación. De este modo se han conocido la corrosión intergranular
del latón en atmósferas que contienen amoniaco; corrosión intergranular del acero
expuesto a la acción de agua caliente al calina y en presencia de tensiones.
También durante la guerra de 1914/18, se observó la fatiga con corrosión en los cables de
remolque en los transportes marítimos, resultado de la asociación de la acción química y
mecánica.
El año 1938 marca un hito en la historia de los conocimientos sobre la corrosión gracias a
las aportaciones del belga POURRAIX; por sus trabajos en el campo de la Termodinámica
aplicada a la corrosión. Desafortunadamente, para la firmeza de estas nuevas teorías sobre
las reacciones de corrosión termodinámicamente posibles, no ocurren en la práctica,
debido al aislamiento producido por los productos de la corrosión.
Finalmente es de justicia mencionar en el campo del planteamiento pragmático, las grandes
aportaciones de la Industria Petrolera Mundial, y de las Marinas de los países desarrollados
en el logro de las técnicas de anticorrosión.
Los materiales, debido a la exposición electroquímica sobre su entorno, se encuentran
sometidos a una serie de agresiones que provocan la modificación de su composición
química y con ello la alteración de algunas de sus propiedades físicas.
La corrosión es una reacción química (oxidorreducción) en la que intervienen tres factores:
la pieza manufacturada, el ambiente y el agua, o por medio de una reacción electroquímica.
Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire,
como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus
aleaciones (bronce, latón).
Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los
materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos,
atmósfera, alta temperatura, etc.)
3. PLANTEAMIENTO DE PROBEMA
3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
3.1.1. CALEFONES
Un calentador de agua, o calentador de lava, calefón, caldera o boiler es un dispositivo
termodinámico que utiliza energía para elevar la temperatura del agua. Entre los usos
domésticos y comerciales del agua caliente están la limpieza, las duchas, para cocinar o
la calefacción. A nivel industrial los usos son muy variados tanto para el agua caliente
como para el vapor de agua.
Entre los combustibles utilizados se encuentran el gas natural, gas propano (GLP),
queroseno y el carbón, aunque cada día se usa más la electricidad, la energía solar,
bombas de calor (compresor) de refrigeradores o de acondicionadores de aire, calor
reciclado de aguas residuales (no aguas negras) y hasta energía geotérmica. En el caso
de las aguas calentadas con energías alternativas o recicladas, estas usualmente se
combinan con energías tradicionales.
3.1.1.1. TIPOS DE CALEFONES
Los tipos de calentadores de agua más conocidos son:
Calentador de punto
Calentador de paso (boiler)
Calentador de acumulación
Calentador a Gas
El tipo de calentador y el tipo de combustible a seleccionar depende de muchos factores
como la temperatura del agua que se desea alcanzar, disponibilidad local del
combustible, costo de mantenimiento, costo del combustible, espacio físico utilizable,
caudal instantáneo requerido, clima local, y costo del calentador.
3.1.1.1.1. Calentadores a Gas
El cual funciona en forma continua mediante la combustión de gas propano ( GLP) ,
utilizado para la producción instantánea de agua caliente principalmente para usos
¿La corrosión de la parte hidráulica y las uniones
roscadas de los calefones a gas?
sanitarios (ducha, lavamanos, lavaplatos). Su funcionamiento está basado en una
serpentina por donde circula el agua, la cual es calentada por una serie de
quemadores controlados.
3.1.1.1.1.1. CAPACIDAD
La capacidad de los calefones va desde los 5 a los 16 litros; antes de definir cuál es
el que mejor responde a tus necesidades es importante considerar:
Número de baños que posee la casa o departamento. Mientras más baños
posea deberá considerar un artefacto de mayor capacidad (litros).
Si necesita de un consumo máximo en un tiempo simultáneo (por ejemplo,
si se necesita agua caliente al mismo tiempo en más de un lugar).
Presión de la red de agua, todos los calefones tienen una presión mínima de
encendido para que se encienda la llama piloto y empiece la combustión completa.
Sin embargo, para que el calefón tenga un buen desempeño, es necesario que la
presión de red sea superior a la presión mínima de encendido. Para todos los
calefones, se recomienda que la presión dinámica de red sea de 1,2 bar o superior.
Debajo de ese valor se recomienda el uso de termos.
3.1.1.1.1.2. PARTES DEL CALEFÓN A GAS
3.1.1.1.1.3. INSTALACIÓN
El calefón debe ser montado en un lugar bien ventilado de al menos 7 m3 de
volumen. Siempre es recomendable instalar el calefón en el exterior, donde el
tubo de evacuación de los gases tóxicos esté totalmente vertical, o en su defecto,
inclinado en un ángulo máximo de 45 grados y elevado en un mínimo de 45 cm por
sobre el techo de la vivienda. El calefón debe ser instalado por profesionales
autorizados por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC) y en
estricta conformidad con las especificaciones técnicas de cada fabricante.
3.1.1.1.1.3.1. INSTALACIÓN EN INTERIOR
Si el calefón está instalado en el interior de la casa, se debe procurar que cuente
con los espacios necesarios para que funcione adecuadamente:
A: Alto (1,20 m más la altura del calefón).
B: Ancho de la habitación.
C: Largo de la habitación.
A X B X C= Superficie de la habitación, que debe ser superior a los 7 m3,
sin considerar muebles.
D: Celosía 150 cm2, rejilla 10 x 15 cm (permite que exista ventilación y
circule el aire).
E: Distancia mínima desde la cocina, 40 cm de altura y 10 cm de costado.
F: 1,10 a 1,20 m, altura a la que se debe instalar el calefón.
3.1.1.1.1.3.2. INSTALACIÓN EN EXTERIOR
3.1.1.1.1.4. MANTENIMIENTO
El mantenimiento debe ser hecho solo por una empresa especializada y
autorizada.
Después de haber sido utilizado durante 1 año,el aparato debe ser
comprobado, limpiado a fondo y eventualmente descalsificado.
Limpiar el bloque de láminas en el lado de la salida de humos.
Comprobar el serpentín y los tubos de conexión.
Controlar la estanqueidad del cuerpo de gas y agua.
Revisar los filtros y conectores eléctricos.
Hacer un control funcional completo.
Solo se pueden usar los lubricantes siguientes:
En la parte hidráulica: Unisilikon L641
En las uniones roscadas: HFt 1v5
3.1.2. CORROSIÓN
La palabra “corroer” se deriva del latín corrodere, que significa “ roer las piezas”. Para
nuestros propósitos, la corrosión se puede caracterizar como una reacción química o
electroquímica entre un material (usualmente un metal) y su ambiente que produce un
deterioro del material y de sus propiedades.
Los metales son rara vez encontrados en estado puro; casi siempre se les halla en
combinación química con uno o más elementos no metálicos, y el mineral es
generalmente una forma oxidada del metal; por tanto se le debe aplicar cantidad
significativa de energía para transformar el mineral en metal puro.
Por tanto se puede entender a la corrosión como la tendencia de un metal producido y
formado gracias a una aplicación sustancial de energía para volver a su estado natural de
menor energía.
Semejanza entre obtención y corrosión de metales
3.1.2.1. TIPOS DE CORROSIÓN
Principalmente vamos a distinguir dos tipos de corrosión: Corrion química y electroquímica.
3.1.2.1.1. CORROSIÓN QUÍMICA
En la corrosión química un material se disuelve en un medio corrosivo líquido y este se
seguirá disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el líquido y demás para
todos.
Las aleaciones base cobre desarrollan una barniz verde a causa de la formación de carbonato
e hidróxidos de cobre, esta es la razón por la cual la Estatua de la Libertad se ve con ese
color verduzco.
Ataque por metal líquido
Los metales líquidos atacan a los sólidos en sus puntos más críticos de energía como los límites de granos lo cual a la larga generará varias grietas.
Lixiviación selectiva
Consiste en separar sólidos de una aleación. La corrosión grafítica del hierro fundido gris ocurre cuando el hierro se diluye selectivamente en agua o la tierra y desprende cascarillas de grafito y un producto de la corrosión, lo cual causa fugas o fallas en la tubería.
Disolución y oxidación de los materiales cerámicos
Pueden ser disueltos los materiales cerámicos refractarios que se utilizan para contener el metal fundido durante la fusión y el refinado por las escorias provocadas sobre la superficie del metal.
3.1.2.1.2. CORROSIÓN ELECTROQUÍMIC
Celdas de composición
Se presentan cuando dos metales o aleaciones, tal es el caso de cobre y hierro forma
una celda electrolítica. Con el efecto de polarización de los elementos aleados y las
concentraciones del electrolito las series fem quizá no nos digan que región se corroerá
y cual quedara protegida
Celdas de esfuerzo
La corrosión por esfuerzo se presenta por acción galvánica pero puede suceder por la
filtración de impurezas en el extremo de una grieta existente. La falla se presenta como
resultado de la corrosión y de un esfuerzo aplicado, a mayores esfuerzos el tiempo
necesario para la falla se reduce.
Corrosión galvánica
Es la más común de todas y se establece cuando dos metales distintos entre sí actúan
como ánodo uno de ellos y el otro como cátodo. Aquel que tenga el potencial de
reducción más negativo procederá como una oxidación y viceversa aquel metal o
especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como
una reducción. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica. En donde la
especie que se oxida (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo)
acepta los electrones.
Corrosión microbiológica
Es uno de los tipos de corrosión electroquímica. Algunos microorganismos son capaces
de causar corrosión en las superficies metálicas sumergidas. La biodiversidad que está
presente en éste tipo de corrosión será:
Bacterias.
Algas.
Hongos.
Corrosión por oxígeno
Este tipo de corrosión ocurre generalmente en superficies expuestas al oxígeno
diatómico disuelto en agua o al aire, se ve favorecido por altas temperaturas y presión
elevada ( ejemplo: calderas de vapor). La corrosión en las máquinas térmicas (calderas
de vapor) representa una constante pérdida de rendimiento y vida útil de la instalación.
3.1.2.2. CAUSAS DE LA CORROSIÓN
Entre los diversos factores que propician esta problemática, podríamos destacar:
Cambios bruscos de temperatura: la temperatura de circuitos cae debajo del
unto de condensación.
Humedad relativa sobre 50%: este ítem acelera la corrosión, formando
soluciones conductivas que, posteriormente, se convierten en electrolitos.
Gases corrosivos: tanto el acido sulfhídrico, oxido de azufre, y de nitrógeno,
así como el cloro y el amoniaco, son elementos comunes en la industria y el
comercio, sin embargo pocos conocen sus efectos nocivos.
Las aguas presentan mayores niveles de calcio y magnesio, las cuales tienen un
efecto corrosivo y/o incrustante que a nivel industrial puede dañar calderas y
quipos industriales; y a nivel domestico, acortar la vida de calefones pocos
meses.
3.1.2.3. EFECTOS
Los efectos de la corrosión en nuestra vida diaria se clasifican en directos e
indirectos.
Los directos son aquellos que afectan la vida útil de servicio de nuestros bienes, y
los indirectos son aquellos
3.1.2.3.1. IMPACTOS ECONÓMICOS
La producción de acero y la mejora de sus propiedades mecánicas han hecho posible
su empleo en los dominios más variados. Desgraciadamente, el desarrollo en la
utilización de los productos siderúrgicos va acompañado, paralelamente, de un
aumento en el tributo que cada año se paga a la corrosión. Para tener una pequeña idea
de lo que esto pueda suponer, sépase que aproximadamente un 25% de la producción
anual de acero es destruido por la corrosión.
La corrosión de los metales constituye por lo tanto, y con un alto grado de
probabilidad, el despilfarro más grande en que incurre la civilización moderna. Las
roturas en los tubos de escape y silenciadores de los automóviles, la sustitución de los
calentadores de agua domésticos (cerca de 2.5 millones de unidades en los EUA en
1967), explosiones por fugas de gas en los tanques de almacenamiento o tuberías de
conducción, roturas en las conducciones de agua, incluso el derrumbe de un puente,
son algunos de los problemas con los cuales se encuentra el hombre. Nada metálico
parece ser inmune a este tipo de acontecimientos.
A veces los daños causados por un problema de corrosión pueden ser muy amplios.
Pensemos en la reparación de la falla de un oleoducto de crudo, resultante de
problemas de corrosión interna o externa. Aparte del costo inherente a la sustitución
del tramo de tubería dañado, hay que tener en cuenta el daño causado por el aceite
derramado al terreno, muchas veces irreversible, así como el posible paro de la
refinería y los consiguientes problemas de desabastecimiento que ello puede llegar a
acarrear. Y sin embargo, un proceso esencialmente de corrosión lo utilizamos
diariamente para producir energía eléctrica: la pila seca. En el capítulo III se describe
el principio del funcionamiento de la pila seca, pudiéndose comprobar cómo una de las
partes esenciales de la misma es precisamente una reacción de corrosión.
Un calefón con buen mantenimiento técnico generalizado y una periodicidad de una
vez por mes de uso, te pueden estar aguantando los diez años; después de esto, solo
debes cambiar quemadores y reforzar serpentín.
