trabajo de amortización ingeniería económica

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TRABAJO DE CORROSIÓN. CASO REAL SEGUNDA ENTREGA INTEGRANTES: YESSICA MALENA BAYONA ÁLVAREZ LUIS GABRIEL OROZCO ROJAS YESSICA YURLEY GIRALDO BARREÑO 1. OBJETIVOS 1.1. Objetivo general: Realizar un análisis de la estructura escogida, el monumento “Observatorio”, determinando los tipos de corrosión presentes en éste 1.2. Objetivos específicos: Identificar según nuestros conocimientos los tipos de corrosión que causan daño en la estructura metálica. Determinar y analizar los mecanismos de acción para cada tipo de corrosión presente Proponer una forma de mitigar los efectos y la velocidad de corrosión Estudiar el grado de daño del material y determinar si la estructura puede o no seguir en servicio. 2. INTRODUCCIÓN El monumento Observatorio, al igual que los demás ubicados en la ciudad de Bucaramanga, no son solo objetos escultóricos asentados en un lugar que generalmente guarda relación con éste, sino que son patrimonio cultural. Este monumento fue creado en 1988 por el escultor Bumangués Luis Eduardo Estupiñán, el escultor santandereano más significativo a Nivel Nacional. La pieza está conformada por una cinta laminar de hierro ensamblada, que posee múltiples planos que hablan de maquinarias de óptica o edificios construidos por el hombre para la observación de las estrellas y el firmamento. Se limita a sí misma y se expande en busca de la simplicidad, la forma pura y el espacio. Su referente astrológico le confiere peculiar valor simbólico y visión. Mantiene línea constructiva

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Trabajo de amortización en ingeniería ecónomica UIS

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  • TRABAJO DE CORROSIN. CASO REAL

    SEGUNDA ENTREGA

    INTEGRANTES:

    YESSICA MALENA BAYONA LVAREZ

    LUIS GABRIEL OROZCO ROJAS

    YESSICA YURLEY GIRALDO BARREO

    1. OBJETIVOS

    1.1. Objetivo general:

    Realizar un anlisis de la estructura escogida, el monumento Observatorio,

    determinando los tipos de corrosin presentes en ste

    1.2. Objetivos especficos:

    Identificar segn nuestros conocimientos los tipos de corrosin que causan

    dao en la estructura metlica.

    Determinar y analizar los mecanismos de accin para cada tipo de corrosin

    presente

    Proponer una forma de mitigar los efectos y la velocidad de corrosin

    Estudiar el grado de dao del material y determinar si la estructura puede o

    no seguir en servicio.

    2. INTRODUCCIN

    El monumento Observatorio, al igual que los dems ubicados en la ciudad de

    Bucaramanga, no son solo objetos escultricos asentados en un lugar que

    generalmente guarda relacin con ste, sino que son patrimonio cultural. Este

    monumento fue creado en 1988 por el escultor Bumangus Luis Eduardo Estupin,

    el escultor santandereano ms significativo a Nivel Nacional. La pieza est

    conformada por una cinta laminar de hierro ensamblada, que posee mltiples

    planos que hablan de maquinarias de ptica o edificios construidos por el hombre

    para la observacin de las estrellas y el firmamento. Se limita a s misma y se

    expande en busca de la simplicidad, la forma pura y el espacio. Su referente

    astrolgico le confiere peculiar valor simblico y visin. Mantiene lnea constructiva

  • impecable, proximidad a la ciencia y a la proyeccin arquitectnica. Esta

    evaluada en Treinta y cinco millones de pesos m/cte.

    Gracias a la composicin qumica que posee esta estructura, es decir un metal

    como el hierro, est sujeta a un cambio desfavorable, debido a la interaccin con

    los diferentes factores medioambientales. Esta interaccin causa un proceso de

    deterioro del objeto escultrico, llamado fenmeno de corrosin, el cual no solo

    afecta su representacin esttica sino que causa prdidas monetarias a la ciudad,

    ya que los organismos culturales encargados de su proteccin deben invertir dinero

    para evitar el desgaste de tal monumento.

    Estructuras monumentales como el observatorio, ubicados al aire libre estn

    expuestos al rgimen de viento desgastante, temporadas de lluvia que por su

    contenido de sales disueltas provocan una aceleracin en el proceso de corrosin

    por reacciones qumicas de estas sales con la matriz del material, Hierro. Por otro

    lado est la reaccin solar durante todo el ao, la humedad del terreno, y las

    acciones antropognicas que son corrosivas o no amigables con el ambiente,

    desde el sudor al tocar la estructura hasta las emisiones industriales. Todos estos

    factores adems crean un medio adecuado para la proliferacin de

    microorganismos que directa o indirectamente producen daos al material.

    La corrosin presente en la estructura se manifiesta de diversas formas, el tipo de

    corrosin ms notoria es la uniforme, ya que se puede observar en la superficie del

    monumento una capa ms o menos pareja de productos de corrosin, pero

    tambin se ve afectada por la corrosin microbiolgica como se mencion, y por

    otro tipos con la corrosin en grietas.

    Este trabajo tiene el objetivo de observar y realizar un anlisis de porqu los agentes

    medioambientales pueden causar deterioro por corrosin, y determinar los tipos de

    corrosin presentes en la estructura as como los mecanismo que permitan la

    mitigacin de tales daos.

    3. ANALISIS DE LOS FACTORES AMBIENTALES QUE GENERAN CORROSIN EN LA

    ESTRUCTURA

    La composicin fisicoqumica de la estructura y los factores ambientales con los

    cuales tiene contacto directo e indirecto la pieza escultrica El Observatorio,

    forman combinacin que recrea el medio perfecto para la aceleracin del

  • proceso corrosivo y el desgaste fisicomecnico de la pieza metlica. Los principales

    agentes dainos son:

    El sol y temperatura: Los metales son buenos conductores de calor yelectricidad, por ello en das soleados la esructura se sobrecalienta por laradiacin, dndose cambios dramticos de temperatura cuando stadisminuye o el sol se oculta, generandose en el material ciclos de expansin-contraccin trmica microscpica que ocasionan daos irreversibleshacindola menos resistente la pieza.

    Las variaciones de temperatura tienen como consecuencia inmediatacambios en la saturacin de vapor de agua denominados ciclos dehumedad y secado dentro de los poros del metal, lo que incrementa laconcentracin de las sales disueltas en el, llegando incluso a laprecipitacin cuando la solucin se vuelve sobresaturada. Los ciclos dehumedad y secado afectan el estado y la accin qumica del agua, lasolubilidad de las sales, la rapidez de sus reacciones qumicas.

    Humedad: El ambiente que rodea la pieza metalica experiementa unahumedad relativa alta del 96% aprox. Los ciclos de lluvia pueden varias estahumedad, que junto a otros factores pueden causar un gran deterioro odestruccin del objeto historico, puesto que el agua es un agente quecontiene sales disueltas y por naturaleza produce daos fisicos y quimicos, ytambin propicia la humedad necesaria para a proliferancin mictica ybacteriana. Por otro lado el agua es un factor relevante en eldesencadenamiento de diferentes reacciones qumicos corrosivas a las que essensible el hierro, y produce estres mecnico al interactuar con loscomponentes del metal por medio de su porosidad.

  • 4. INDENTIFICACIN DE LOS TIPOS DE CORROSIN PRESENTES EN EL MONUMENTO

    Realizando un anlisis de la superficie del monumento, se puede observar

    diferentes daos producidos por corrosin, cada uno de ellos es posible asociarlo

    a un tipo de corrosin y mecanismo especifico.

    Imagen de la escultura El Observatorio

    Contaminantes atmosfricos: Las sustancias qumicas presentes en la atmsferaposeen concentraciones mayores a las usuales de tal manera que causan unefecto apreciable en los materiales. estas sustancias ms conocidad concontaminantes atmosfricos pueden provenir de fuentes naturales oantropognicas.

    El viento: Su accin corrosiva se debe a que es capaz de arrastrar consigoagua, sales, polvo y gases, influenciando as la deposicin seca decontaminantes, la colonizacin biolgica, y ciclos de humedad y secado.por la ubicacin citadina del monumento " el Observatorio" el vientepuede trear particulas derivadas de la combustin que son capaces dedesgastar la superficie produciendo algn tipo de erosin.

  • 4.1. CORROSIN UNIFORME

    Se produce cuando toda la superficie del material se corroe a igual a velocidad y

    es posible predecir la perdida de material en un cierto tiempo con las leyes de

    Faraday. Gracias a este deterioro la pieza escultrica va perdiendo su espesor

    formndose un xido o productos de corrosin que se adhieren a la superficie.

    Como se trata de un acero de bajo carbono, el hierro acta como nodo y se

    oxida, y los productos de corrosin acumulados crean de alguna forma una capa

    protectora que acta como pasivante y disminuye un poco la velocidad de

    corrosin, porque asla la superficie sensible del oxgeno y de los agentes agresivos

    del medio.

    4.1.1. Anlisis de la estructura

    Ahora, con respecto a la estructura el observatorio en la figura 1 se puede ver el

    aspecto que tiene la superficie del monumento metlico, est cubierta en su

    totalidad por una capa de xido o herrumbre.

    En la imagen 2 se puede ver como se encuentran acumuados y adeheridos los

    produtcos de corrosin a la superficie metalica, que si se frota un poco es psoible

    romover parte de ellos, con esto tambien es importante mencionar que se acelera

    el proceso corrosivo puesto que estos productos han pasivado la corrosin. Y por

    ltimo es importante mencionar que actividades humanas de no cultura pueden

    afectar este tipo de objetos escultricos, en la imagen 3 y 4 se pueden por ejemplo

    huellas y trozos de otros materiales, como papel, que son pegados en la superficie

    metlica; o tinta que raya la superficie, todo esto haciendo que se cree partes ms

    sensibles y fcilmente reactivas a a corrosin.

  • Figura 1. Corrosion uniforme Figura 2. Corrosion uniforme

    Figura 3. Corrosion uniforme Figura 4. Corrosion uniforme

    En la imgenes 5 y 6 se puede observar como la superficie del material presenta

    un aspecto de rayas bien marcado derivadas del proceso corrosivo, esto se puede

    asociar tal vez a la composicin del material puede que no sea uniforme y agentes

    agresivos entonces suelen atacarlo ms en esta zona. Poe ejemplo en condiciones

    como temporadas de lluvia tambin influyen en esta afeccin por corrosin.

  • Figura 5. Corrosion. Aspecto rayado Figura 6. Corrosion. Aspecto rayado

    4.2. CORROSIN MICROBIOLGICA

    Existen agentes biolgicos evidenciados a travs del crecimiento y actividad de

    organismos vivos, los cuales causan un efecto no menos preocupante denominado

    biodeterioro o corrosin microbiolgica. Es decir, este biodeterioro es causado por

    la presencia y metabolismo de microrganismos que principalmente son hongos,

    bacterias, algas y protozoos. La proliferacin de estas especies bilgicas se

    presenta gracias a las condiciones de humedad, temperatura, luz solar, PH,

    Salinidad, porosidad, concentracin de contaminantes ambiental, partculas,

    rgimen de vientos y lluvia. En general la presencia de estos microrganismos se

    debe a la susceptibilidad del medio y el metal y la adaptacin de stos. Algunos

    son inofensivos pero la mayora genera un desgaste de la capa superficial de la

    pieza material escultrica.

    4.2.1. Anlisis de la estructura

    En la imagen 7 se puede ver que en el Parque se los Nios donde se encuentra el

    objeto escultrico en cuestin, habitan aves como las palomas quienes depositan

    sus detritos sobre el material, siendo stos agentes altamente agresivos por la gran

  • cantidad de microorganismos que poseen. Y en la imagen 8 se puede observar

    que la escultura se encuentra anclada en la tierra, lo cual indica que la estructura

    se encuentra en contacto directo con una gran cantidad infinita de

    microorganismos que habitan y se reproducen en este lugar. Entre estos se puede

    encontrar bacterias aerobias y anaerobias, hongos, algas: especies diminutas que

    se establecen gracias a las condiciones de humedad, calor, luz y sustratos de

    naturaleza inorgnica particularmente magnesio y calcio. En especial las algas

    aunque puede que no causen un dao severo por corrosin microbiolgica

    permiten la proliferacin de otros organismos superiores como lquenes y musgos,

    que al reproducirse dan humedad y deterioro a la superficie, esto se puede ver en

    la Figura 9 que se nota la presencia de pequeos agrupaciones de especies

    auttrofas adheridas a la superficie del metal.

    Figura 7. Corrosin microbiolgica Figura 8. Corrosin microbiolgica

  • Figura 9. Corrosin microbilgica

    4.3. CORROSIN POR PICADO O PITTING

    La corrosin por picado es la disolucin localizada y acelerada de un metal, esto

    como resultado de la ruptura de la pelcula de xido. Esta forma de corrosin

    puede producir fallas estructurales en componentes por perforacin y por

    debilitamiento.

    La corrosin por pitting se desarrolla solo en presencia de especies aninicas

    agresivas y iones cloro, aunque estos factores no son los nicos, la severidad del

    dao suele varias logartmicamente con la concentracin de Cl.

    El pitting es considerado como un proceso de naturaleza autocataltica, una vez

    que la perforacin empieza a crecer, las condiciones desarrolladas son tales que

    promueven el crecimiento de la perforacin.

    Una picadura se define como una cavidad o agujero con un dimetro en

    superficie inferior o igual a la profundidad. El picado es impredecible,

    especialmente cuando se producen orificios profundos:

    La velocidad de crecimiento es variable y depende de la migracin de

    los agentes dentro y fuera del poro.

    La morfologa depende de la metalurgia de la aleacin y de la geometra

    del poro.

    La clasificacin de muestras se hace atendiendo a cartas estndar que recogen

    informacin sobre la densidad de poros, tamao, profundidad. Se trata de un

  • procedimiento tedioso, que no da valores mximos de profundidad de poro,

    que en ocasiones son los ms tiles.

    Mecanismo de la corrosin por picado

    4.3.1. Anlisis de la estructura

    Para terminar con el anlisis y la determinacin de los tipos de corrosion

    presentes en la estructura histrica el observatorio, se menciona la ms

    peligrosa y localizada de las formas corrosivas halladas, el pitting. En la imagen

    11 y 12 se puede observar como en la parte inferior de la estructura, es decir,

    donde se encuentra anclada (suelo, Figura 10) presenta un deterioro avanzado,

    tiene huecos y grietas producto del desgaste mecnico y el ataque al material.

    Se puede decir que el dao severo en este lugar es gracias a la constante

    humedad y agentes agresivos del terreno que remueven la capa de xido

    materiales afectados por la presencia de cloruro

    Fe, Al, Cr, Fe-Cr

    PICADOMetales no afectados (alta afinidad por el oxgeno)

    Ti, Ta, Mo, W, Zr

    PICADO

    Iniciacin: El picado se inicia a partir de un cierto potencial, Epit, que se usa como una medida de la resistencia a la corrosin por picado. Cuanto ms noble (positivo) es Epit, ms resistente es la aleacin.

    Propagacin

    Formacin de una costra (tubrculo) dehidrato, que contrarresta la dilucin de lapicadura por difusin y conveccin.

    Dao altamente localizado. Rompimiento dela pieza.

  • inicialmente formada dejando cada vez desprotegida la pieza metlica y

    generando corrosin por picado.

    Figura 10. Corrosin por picado

    Figura 11. Corrosin por picado

    Figura 12. Corrosin por picado

  • 5. MECANISMOS DE MITIGACIN DE DAOS

    La lucha contra la corrosin en un problema muy complejo, debido al gran nmero

    de factores que entran en juego, por ejemplo para nuestro caso donde la

    estructura metlica se encuentra expuesto a un ambiente citadino ms o menos

    agresivo. Cada caso especfico o tipo de corrosin requiere un tratamiento

    particular y no es posible encontrar soluciones globales. En general se trata de

    evitar las zonas de estancamiento d lquidos, las uniones remachadas, el contacto

    de metales muy separados en la serie galvnica, ngulos vivos, zonas con acritud,

    entre otros.

    Material Recubrimientos Diseo Proteccin

    andica y

    catdica

    Control ambiental

    Metlicos Metlicos (Zn, Sn, Cu,

    Ni-Cr)

    Evitar excesos

    de tensin

    Catdica:

    Corriente

    impresa

    Temperatura

    No

    Metlicos

    inorgnicos

    (cermicos y vidrio)

    orgnicos (lacas,

    barnices, pinturas,

    materiales

    polimricos)

    Evitar contacto

    de distintos

    metales. Evitar

    grietas. Eliminar

    el aire

    nodos de

    sacrificio.

    Andica:

    corriente

    impresa

    Oxgeno

    Concentraciones

    de iones

    Inhibidores,

    Bactericidas

    5.1. Anlisis:

    En particular, para mitigar los daos presentes en la pieza escultrica analizada,

    aunque no son muy graves ya que la formacin de una capa ms o menos

    uniforme de xido ha disminuido la velocidad de corrosin. No obstante esta capa

    de productos de corrosin no se adhiere completamente o como debera a la

    superficie para permitir una vida til mucho ms alta, puesto que como se observ

    en algunas imgenes la estructura ya presenta picado.

    Para proteger la estructura, se puede realizar lo ms comn que es una proteccin

    por recubrimiento metlico, es muy empelado contra la oxidacin. Este

    recubrimiento se trata de una capa de metal autoprotector lo ms compacta y

    adherente posible, que asle el material del ambiente agresivo. Si el metal

  • protegido es menos electronegativos sea, mas andico que el protector que es

    ms catdico, la proteccin tiene lugar aun en el caso de agrietamiento de la

    capa protectora. Como este caso se podra usar una capa de Zn de por lo menos

    0.05 g/cm2 (galvanizado, proteccin catdica), El Zn es ms catdico que el acero

    de bajo carbn del que est hecho la estructura. Estos recubrimientos se pueden

    aplicar por electrolisis, por inmersin en el bao del metal protector, por

    metalizacin, por cementacin y por chapado.

    Es importante mencionar que la estructura antes de someterse a un recubrimiento

    s e debe hacer una preparacin previa, y ms en neutro caso donde la estructura

    ya est corroda. La superficie debe desengrasarse con un disolvente apropiado,

    como sosa caustica, tricloroetileno, benceno, etc.; eliminar el orn y cascarilla de la

    superficie del metal sometindola a un decapado (mecnico, qumico,

    electroltico).

    Se pueden emplear adems recubrimientos no metlicos como: esmaltado y

    pinturas y quizs fosfatacin. La fosfatacin consiste en sumergir la pieza de acero

    en una solucin acuosa de un fosfato metlico acido, que puede ser fosfato

    diacido de magnesio, fosfato diacido de sodio. Esta proteccin puede ser muy

    eficaz sobre todo si se completa con una impregnacin de una materia grasa. Por

    otro lado los esmaltes son esencialmente boro silicatos de calcio, de potasio y de

    plomo, que se aplican formando una papilla sobre le metal previamente

    preparado, una vez seca se introduce este en un horno donde se funde el esmalte

    formando una capa protectora vidriada. Cabe resaltar que estos mtodos de

    proteccin serian costosos para nuestro caso ya que la escultura est instalada.

    Por ltimo se pueden emplear pinturas, las cuales proporcionan una proteccin

    ms o menos eficaz. Las pinturas de aceite protegen contra la corrosion y

    oxidacin, tienen una misin impermeabilizante aparte del efecto decorativo.

    Normalmente deben aplicarse dos capas, sobre una imprimacin previa sobre ele

    metal de un pigmento apasivador, como le minio o el cromato se cinc, que detiene

    la corrosion aun cuando se produzca algn poro en la capa de la pintura que

    llegue hasta le metal de la base. Existen muchos tipos de pintura, su uso depende

    del tipo de material que se quiere proteger.

    En otros mecanismos de proteccin se tienen los inhibidores catdicos y andicos,

    y los pasivadores. Y otros ms avanzados como el empleo de metales

    autoprotectores, que pueden ser muy costosos porque se usa metales como el oro,

    platino, tntalo y wolframio, que para nuestro caso son nada viables. Los inhibidores

  • son sustancias que se aaden, generalmente en proporcin muy pequea a un

    medio corrosivo para detener o disminuir la velocidad de corrosion, formando un

    compuesto protector insoluble sobre la superficie del metal, bien sea catdica o

    andica. En cambio los pasivadores detienen la corrosin tratando previamente

    los materiales.

    Para finalizar, se puede decir que para reparar los daos ms severos como los de

    picado, se puede hacer una reparacin mecnica, primero extrayendo la mayor

    cantidad de corrosion por picadura como sea posible de los agujeros, hacer

    inmersin en una solucin desactivadora y luego aplicar capas de laca, pinturas o

    recubrimiento para detener el proceso de corrosin.

    5.2. Vida Remanente de la estructura

    La estructura metlica histrica el observatorio, en general est en buen estado

    presenta en su mayora corrosin uniforme, una capa de xido en sus superficie, lo

    cual no es grave, sin embargo se encontr que posee pequeas reas en relacin

    a su tamao total, que presentan picado, las cuales son menores al 5%

    aproximadamente. En conclusin, la vida remante de esta estructura es buena, por

    tanto se considera que puede seguir en servicio un largo tiempo.

    6. CONCLUSIONES

    Los tipos de corrosion que pueden desencadenarse en una estructura como

    una pieza escultrica, dependen en gran medida de la ubicacin de esta,

    ya que esto determina el potencial de agresividad de los factores con los

    cuales tenga contacto.

    En piezas metlica de hierro o acero de bajo carbono, por el ser le hierro de

    naturaleza andica tienden a corroerse formando una capa de xido que

    de una u otra forma acta como pasivante y disminuye la velocidad de

    corrosion del material

    la corrosion uniforme es la forma de corrosion ms comn incluyendo las

    piezas histricas y la menos agresiva.

    Los microorganismos aunque muchos son inocuos, pueden en algunos

    momentos acelerar el proceso corrosivo gracias a su metabolismos, que se

    desarrolla en condiciones aptas de humedad, oxigeno, PH y temperatura.

    Se puede encontrar este tipo de corrosin en estructuras que tienen

    contacto con el suelo.

  • El pitting es una forma peligrosa y avanzada de corrosion pero que puede

    solo en pequeos lugares gracias a la naturaleza de la estructura, lo cual se

    puede remediar o mitigar, permitiendo que la pieza contine en servicio.

    Para mitigar o prevenir los daos por corrosin es posible y viable emplear

    recubrimientos, pinturas, esmaltes o inhibidores.

    7. BIBLIOGRAFA

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    Instituto municipal de cultura y turismo de Bucaramanga. Consultada el 26 de

    noviembre de 2014. Disponible en internet:

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    electroqumica. corrosin de monumentos

    Universidad de Antioquia

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    enfoque qumico de deterioro y biodeterioro

    Consultada el 7 de febrero de 2015 de noviembre de 2014. Disponible en internet:

    http://lunazul.ucaldas.edu.co/index.php?option=content&task=view&id=801

    enfoque qumico de deterioro y biodeterioro

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    La Corrosin y Sus Formas

    Consultada el 10 de febrero de 2015. Disponible en internet:

  • Tipos de Corrosin y Superficies Corrodas en Metales

    Consultada el 10 de febrero de 2015. Disponible en internet:

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    Control de la corrosin

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    Anlisis del fenmeno de la corrosion en materiales de usos tcnico: metales,

    procedimientos de proteccin

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