Corrosión E Incrustaciones En Instalaciones De Climatización

1. GENERALIDADES

El agua que se emplea en las instalaciones de climatización y a.c.s., no es químicamente pura, sino que contiene una serie de sustancias disueltas que causan, principalmente, los siguientes problemas:

• Corrosión, de los metales que constituyen la instalación.

• Incrustaciones, deposiciones de materiales en las paredes de las tuberías e intercambiadores que dificultan la circulación del agua y disminuyen el intercambio de calor.

• Crecimientos orgánicos, de bacterias y hongos que pueden producir obstrucciones, u originar problemas de salud como la legionela.

Para poder localizar los problemas es necesario hacer un análisis del agua y determinar los parámetros que en cada caso tienen mayor incidencia.

El agua, como buen disolvente que es, lleva disuelta sales, gases y otros compuestos, y su calidad depende del lugar de origen, de los tratamientos a los que haya sido sometido, del estado de las canalizaciones, etc. En general los compuestos que podemos encontrar en el agua pertenecen a unos de los siguientes grupos:

• Gases. Provenientes del aire ambiente y entre ellos los más importantes son:

o Oxígeno. Se mide en partes por millón (p.p.m.). Ocasiona corrosión.

o Dióxido de carbono. (CO2) libre. Ocasiona corrosión.

• Otros líquidos (aceite, etc.).

• Sales solubles (carbonates. bicarbonatos, sulfates, cloruros, etc., generalmente se miden en p.p.m. o gil). La cantidad o concentración de estas sales dan lugar al concepto de alcalinidad (o acidez) del agua, definiéndose los siguientes parámetros:

o pH. Expresa el grado de acidez o de alcalinidad total del agua. Si el pH es igual a 7 el agua es neutra, si es mayor de 7 es básica y si es menor de 7, acida. Si es acida da lugar a corrosión. Los cloruros disminuyen la acidez, pero el cloro que contienen es corrosivo.

o Alcalinidad total (TAC). Expresa la concentración de hidróxidos, carbonatos y bicarbonatos disueltos en el agua. Se mide también en grados franceses. Da lugar a espumas y desprendimiento de CO2. Se utiliza también la medida m' según el método alemán.

o Alcalinidad simple (TA). Indica el contenido en hidróxidos y la mitad del de carbonatos. Se mide en grados franceses o en valor p', según el método alemán.

• Cuerpos sólidos en suspensión.

• Microorganismos.

• La cantidad de sílice se denomina turbidez, y se mide en mg/l.

2. CORROSIÓN

El fenómeno de la corrosión, que definiremos en el apartado siguiente, es muy importante en las instalaciones de climatización y a.c.s. El deterioro producido por este fenómeno en los materiales empleados, con el transcurso del tiempo, hace que se debiliten hasta la rotura o se transformen en otro tipo de material, variando sus características de comportamiento mecánico.

Vemos pues, que la corrosión incide directamente sobre la vida útil de una instalación o de cualquiera de sus elementos, afectando al coste total, dado que es una parte del coste en mantenimiento y reparación de los equipos.

En el presente capitulo estudiaremos el mecanismo más importante por el que se produce la corrosión y las diferentes formas existentes para la protección de los equipos e instalaciones y poder anular o minimizar sus efectos.

2.1. DEFINICIÓN

Se define la corrosión como el fenómeno de ataque (o destrucción) de un material metálico por la acción del medio en que se encuentra (agua, atmosfera, tierra, etc.), realizándose este proceso mediante reacciones químicas o electroquímicas.

Así pues, la corrosión es la combinación del material metálico con un elemento (o elementos) del medio circundante, pasando de su estado elemental puro a un estado combinado, como se encuentra en la naturaleza y que es un estado termodinámicamente más estable.

En el caso del acero o del hierro a la intemperie, la corrosión se pone de manifiesto por la denominada "herrumbre", que es, desde el punto de vista químico, el óxido de hierro.

Los factores más importantes que intervienen son:

• Características del agua. pH (al bajar, la corrosión aumenta), oxigeno, bióxido de carbono y solidos totales (al aumentar, sube la conductividad del agua y se hace más corrosiva).

• Temperatura. La velocidad de corrosión aumenta con la temperatura.

• Velocidad del fluido. Con ella también aumenta la corrosión.

2.2. CLASES DE CORROSIÓN

Metales empleados en la construcción de equipos y redes, al producirse pares galvánicos.

Según la definición y consideraciones anteriores, podemos observar que la corrosión es un fenómeno muy amplio y su clasificación podría hacerse según diferentes criterios. Generalmente el criterio utilizado es la naturaleza de la corrosión y por extensión, según el medio en que esta tiene lugar. De esta forma se clasifica en dos grandes tipos:

• Corrosión química

• Corrosión electroquímica

2.3. CORROSIÓN QUÍMICA

Es la debida a la reacción química del metal con un medio (circundante) no iónico, sin cargas eléctricas, generalmente a alta temperatura. Este es el caso de la oxidación de un metal en aire a alta temperatura.

2.4. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA

Es aquella en la que las reacciones químicas se producen con transferencia de electrones, es decir, mediante corriente eléctrica que circula por alguna parte del metal, a través de un medio o solución (generalmente acuosa) llamado "electrolito", capaz de conducir las corrientes que se producen. Este tipo de corrosión es el que se produce en las instalaciones de climatización y agua caliente.

Proceso de corrosión electroquímica

2.4.1. MECANISMO DE LA CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA

Cuando un metal está en una disolución, o en contacto con un medio fluido (por ejemplo agua, en el caso de las instalaciones de climatización), los átomos del metal que están en la superficie pierden electrones quedando el átomo en la forma de ion, que tendrá una carga eléctrica positiva y pasa a la disolución, como se puede observar en el gráfico anterior, según la reacción siguiente:

M  Mn+ + ne-

M: metal

Mn+: Ion con n cargas positivas

ne-: n electrones

Los electrones (e) se quedan en la estructura del metal, quedando este cargado negativamente (y se denomina ANODO).

Esta carga negativa que adquiere el metal, atrae a los iones positivos que tienden a pasar a la disolución, realizándose la reacción inversa, es decir:

Mn+ + ne-  M

con lo cual se establece un equilibrio, que expresaremos de la forma siguiente:

M ---- Mn+ + ne-

Si no hay ninguna causa externa por la que los electrones o iones sean desplazados en un sentido u otro, el proceso de corrosión se detendría. Sin embargo, generalmente el medio (electrolito) está en movimiento por lo que el proceso de corrosión continuara desarrollándose.

Para que la circulación de electrones sea posible es necesario que exista una zona en la que se recoja el exceso de electrones producidos en el ánodo, esto es, hace falta la existencia de un CATODO.

Resumiendo lo visto hasta ahora, para que se produzca corrosión de un metal es preciso que existan estos tres elementos: ANODO, CATODO y ELECTROLITO. Y siempre será la zona del ánodo la que va a sufrir la corrosión, permaneciendo el cátodo inalterado. Conectados eléctricamente el ánodo y cátodo por el exterior de esta "pila galvánica", la corriente de electrones circula saliendo del ánodo y entrando en el cátodo.

2.5. CORROSIÓN GALVÁNICA

Cuando se encuentran en contacto dos metales diferentes a través de un medio electrolito, se crea la pila galvánica que hemos visto anteriormente, base de la corrosión electroquímica, llamada en este caso corrosión galvánica o bimetálica.

De los metales en contacto, el más noble permanecerá inalterado y será el cátodo, mientras que el más activo será el ánodo y sufrirá los efectos de la corrosión.

La intensidad de la corrosión viene determinada por la diferencia de potenciales electroquímicos de cada uno de los metales. El potencial de cada metal se establece midiendo su tensión en una pila en la que el electrodo de referencia es hidrogeno (H2) normal. Ordenando los metales según su potencial (respecto al H2) se crea la Serie Electroquímica de los Metales, que se indica en la siguiente tabla.

Serie electroquímica de los metales en corrosión galvánica

Dado que el electrodo de referencia (HIDROGENO NORMAL) es muy delicado y costoso, se utilizan también otros electrodos como referencia p. ej. Cobre (sulfato de cobre).

Como podemos ver en la tabla anterior, si en una instalación tenemos en contacto cobre (usualmente la tubería) y aluminio o hierro (normalmente un radiador), en estos últimos metales existirá una corrosión por estar en contacto con el cobre a través de un electrolito (agua), que es conductor de la corriente eléctrica. La intensidad de la corrosión será más intensa en el radiador de aluminio, porque la diferencia de potencial con el cobre es mayor que en el caso de este con el hierro. Para disminuir el efecto de la corrosión deberemos utilizar manguitos antielectrolíticos en las uniones de ambos elementos.

Estos manguitos están fabricados con materiales que tienen una resistencia eléctrica muy grande (plásticos, teflón, etc.).

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