Biocorrosion
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La corrosión microbiológica es el deterioro de metales causado por microorganismos como bacterias, hongos y algas, que pueden accelerar significativamente el proceso. Factores como la composición química del agua, el pH, la temperatura y las imperfecciones en los materiales influyen en la corrosión, especialmente en tuberías enterradas. La prevención de la biocorrosión en sistemas industriales requiere un adecuado monitoreo de las condiciones operativas y un enfoque en la limpieza del sistema.
Biocorrosion
- 1. Universidad Panamericana del Puerto Facultad de Ingeniería Cátedra: Corrosión Prof: Ing. Domingo Osorio Por: Ing. Gabriel Serrano Twitter: @MillingEngineer
- 3. Se define como el deterioro de materiales metálicos provocado por la acción directa o indirectas de bacterias, hongos o algas. En condiciones Anaeróbicas : por ejemplo suelos arcillosos muy compactos la corrosión puede estar acentuada por la acción de microorganismos, como bacterias reductoras de sulfatos (desulfovibrio desulfuricans). En condiciones Aeróbicas : la corrosión se produce por la acción de un metabolito (ácido) o por la acción directa de una bacteria , ferrobacilus ferroxidans, capaz de oxidar el hierro a oxidos o hidroxidos.
- 4. El agua siempre tiene bacterias, aún cuando se suministre a través de una red que permita un buen tratamiento biológico. El agua potable tiene obviamente un contenido muchísimo menor de bacterias que el agua industrial (también depende del sitio de extracción y del tratamiento recibido). En cualquier caso muchas de las bacterias que nos interesan por su relación con la corrosión son capaces de soportar altas temperaturas, un rango muy amplio de pH y de concentraciones altas de agentes biocidas. Los factores que influyen sobre la corrosión microbiológica pueden agruparse en tres (3) tipos: Estado en que se encuentran el material Influencia del medio Acción de los microorganismos
- 5. La estructura, las alteraciones de la superficie y el deterioro mecánico, son factores que permiten que se inicie o acelere el proceso de la corrosión. Todas las tuberías industriales presentan imperfecciones que las hacen susceptibles a este tipo de corrosión, que ocurre fundamentalmente en tuberías e instalaciones enterradas. Un material rugoso más suficiente a este tipo de corrosión que uno liso. Se presencian grietas, raspaduras y daños superficiales es perjudicial.
- 6. Composición química del agua : el contenido de oxígeno y dióxido de carbono permitirá la formación de óxidos y carbonatos especialmente en los puntos que presenten defectos, imperfecciones y deterioro. El oxígeno también favorecerá el crecimiento de microorganismo aeróbicos y el dióxido de carbono servirá como nutriente (fuente de carbono) a las bacterias autótrofas. Temperatura del medio : cada microorganismo tiene una temperatura óptima a la cual se desarrolla mejor, por lo general alrededor de 25 a 30 c. sin embargo muchos microorganismos resisten condiciones extremas del medio, que van desde temperaturas bajo cero hasta cercanas a los 100 c. El pH del medio : la acidez o alcalinidad del medio tiene un efecto muy importante sobre la corrosión, en primer lugar actuando sobre el metal y después favoreciendo o inhibiendo el desarrollo de las bacterias. Algunas bacterias son capaces de producir ácidos minerales y orgánicos en suficientes cantidades como para alterar el pH y hacer que el medio se muestre muy corrosivo para el metal
- 7. Hongos : estos microorganismos pueden causar daños importantes a través de sus actividades enzimáticas, las cuales se manifiestan por el deterioro de compuestos celulósicos y plásticos; los “desechos” de su metabolismo son aprovechados por las bacterias. Además pueden secretar numerosos ácidos orgánicos. Algas : son microorganismos que proporcionan la materia orgánica que sirve para el desarrollo de otros. También secretan enzimas que destruyen numerosos sustratos (madera, papel, etc) y pueden metabolizar algunas sustancias corrosivas. Su principal problemas que ayuda a formar lodo y sedimento, donde pueden desarrollarse la bacteria. Bacterias : hay un número importante de estos microorganismos que pueden atacar los metales o provocar condiciones bajo las cuales un ataque existente se acelera. Vamos a restringirnos aquellas más importantes, desde un punto de vista de la corrosión: ferrobacterias, bacterias sulfatorreductoras y sulfobacterias.
- 8. Ferrobacterias : obtiene la energía necesaria para su síntesis de la transformación de las sales ferrosas en sales férricas. En tuberías de hierro enterradas (o en contacto con agua). Sulfatorreductoras : pertenecen al grupo de las espiriláceas y su representante más conocido es la desulfovibrio desulfúricans. Son anaeróbicas y se les encuentran debajo de las capas de herrumbre en contacto con el metal. Sulfobacterias : estas bacterias pueden operar de dos formas: 1. metabolizando el azufre a partir de compuestos reducidos y expulsándolo al medio ambiente o almacenándolo dentro de la célula. 2. oxidando el azufre y sus compuestos formando ácidos (sulfúrico). En el primer caso produce lodo y en el segundo produce acidificación del medio, haciéndolo más corrosivo.
- 9. En una tubería siempre se forman ánodos y cátodos debido a los defectos e imperfecciones del metal. En las zonas anódicas la corriente pasa del metal al electrolito y en la zonas catódicas la corriente para el electrolito al metal; esto unido a que el cátodo y el ánodo están en la misma pieza de metal cierra el circuito de la corriente. En el ánodo se oxida el metal y se forman sales ferrosas (que polarizan el ánodo), mientras que en el cátodo se forma hidrogeno que se queda adsorbido polarizándolo. Las ferrobacterias transforman aceleradamente las sales ferrosas en férricas rompiendo continuamente el equilibrio al despolarizar el cátodo y el ánodo simultáneamente. Este proceso produce una disolución permanente del metal y se puede llegar a la perforación de la tubería.
- 10. Para que la corrosión de tuberías enterradas ocurra, el suelo debe de contener sales minerales necesarias para el desarrollo de las bacterias (nitratos, fosfatos, sulfatos, etc.) y tener humedad suficiente. Los sulfatos arcillosos que retienen la humedad son los mas propensos a presentar este tipo de corrosión, mientras que los arenosos, el agua percola muy rápido. La temperatura del suelo no parece un papel importante, aunque en el caso de tuberías que transportan fluidos calientes, la temperatura del suelo alrededor del tubo pudiera alcanzar la temperatura óptima de desarrollo de las bacterias. Las condiciones de pH mas favorables están en el rango 5,5 pH <8,5 mientras que en lo referente al contenido de oxigeno del suelo, puede decirse que a cierta profundidad el suelo se encuentra muy compactado, por lo que las condiciones de anaerobismo están garantizadadas. En el caso de remoción de la tierra (reparación, obras cercanas, etc.) se provocaría una entrada de oxigeno que favorecería el desarrollo de las bacterias aeróbicas (al menos momentáneamente) resultaría en una corrosión mayor.
- 11. En la parte interior de la tubería además de las bacterias reductoras de sulfato y las sulfobacterias, hay que mencionar las bacterias oxidantes del hidrogeno (hydrogena flava), que lo utilizan para obtener la energía para sus síntesis internas, la razón por la cual al movilizar el h 2 adsorbido en el cátodo, lo despolariza acelerando la corrosión. Generalmente en los puntos afectados del metal se forman unas masas de hidróxido de hierro hidratado que se convierten en una masa gelatinosa, llegando a obstruir completamente el tubo. Protección de una Tubería enterrada
- 12. Las vesículas presentan un aspecto gelatinoso de color pardo amarillento y poca consistencia cuando están recién formadas; después la superficie se pone dura y rugosa, contiene un liquido negruzco con fuerte olor a ácido sulfídrico. Las masas gelatinosas cubren una corrosión en forma de cráter y a menudo una perforación que sirve de asiento a nidos de bacterias; las ferrobacterias en la parte superficial y las sulfatoreductoras en la parte más cercana a la tubería. En condiciones aeróbicas las ferrobacterias harán que el hidróxido ferroso se transforme en hidróxido férrico, lo cual hace que la masa gelatinosa crezca y debajo de ella se generen condiciones anaeróbicas, ideales para el metabolismo de las sulfatoreductoras.
- 13. En el interior de la vesícula se producen tres tipos de reacciones: 2fe(oh) 3 + 3h 2 s 2fes + s + 6h 2 o Fes + s fes 2 Fe(oh) 2 + h 2 s fes + 2h 2 o
- 14. Mediante la formación de colonias, depósitos, tubérculos, etc. Los microorganismos generan condiciones para que se produzca corrosión en espacios confinados, a través de producción o consumo de o 2 se generan celdas de concentración, producen ácidos, despolarizan cátodos y ánodos, dañan los recubrimientos por acumulación de cloruros. Otro mecanismos importante es la aparente habilidad de algunos microorganismo de fijar los potenciales red-ox de fe 2+ /fe 3+ y mn 2+ /mn 4+ en la superficie metálica. Al ocurrir esto se forman soluciones de fecl 3 y mncl 4 que son muy agresivas, especialmente para los aceros inoxidables
- 15. El ataque ocurre bajo condiciones aeróbicas y anaeróbicas y es mas frecuente en el fondo del tanques, donde se pueden apreciar la formación de colonias en forma de alfombras; en algunos casos se observan tubérculos en forma de pequeños volcanes de los que salen burbujas de gas. Los estudios realizados muestran que la velocidad de corrosión en presencia de microorganismos es de 3 a 100 veces mayor que en ausencia de ellos. La forma en que se presenta la corrosión es preferencialmente por picaduras, se han propuestos cinco (5) mecanismos para explicar la corrosión en aluminios: Consumo de inhibidores Producción de compuestos corrosivos Creación de celdas de concentración Despolarización catódica Actividad enzimática extracelular y metabolización de aleantes
- 16. Se han propuestos algunos mecanismos para explicar este tipo de corrosión en cobre: Producción de sustancias corrosivas (co 2 , h 2 s, nh 3 , ácidos orgánicos e inorgánicos) Despolarización catódica Transformación metabólica de sulfuros en mercaptanos y disulfuros. Las bacterias sulfatorreductoras corroen las tuberías de aleaciones de cobre, probablemente debido a la producción de ácidos sulfhídrico, la presencia de estos ácidos hace que se formen películas mas noble en la superficie del tubo; cuando estas películas se rompen, en esas zonas ocurre corrosión por picadura o scc.
- 17. Un grupo interdisciplinario del Renssenlaer Polytechnic Institute de USA, formado por investigadores de los departamentos de biología, Ing. De Materiales e Ing. Química produjo un resumen sobre cuales aspecto de este tipo de corrosión eran de obligatoria compresión para Ingenieros e Investigadores: Son organismos muy pequeños, por lo que penetran fácilmente en pequeños espacios aislados. Algunos son móviles y migran en busca de condiciones mas favorables (hacia sus alimentos, y lejos de sustancias toxicas) Pueden identificar y seguir la pista de nutrientes Se desenvuelven bien en un alta rango de temperatura (desde -10 c hasta 99 c), de pH (desde 0 hasta 10,5), y de concentraciones de o 2 (desde 0 a 100%)
- 18. Se reproducen a velocidades asombrosas y pueden poblar rápidamente un ambiente. Son pequeños y pueden ser dispersados fácil y ampliamente Se adaptan con facilidad a una gran variedad de fuentes nutritivas Se forman capsulas gelatinosas, que causan problemas de flujo, transferencia de calor y crean sitios posibles para la corrosión Producen esporas muy resistentes que soportan condiciones extremas; pueden duran cientos de años y germinan cuando las condiciones sean mas favorables Son resistentes a los biocidas ( a los que degradan o crean una película impermeable para no absorberlos), pueden mutar y hacerse mas resistentes de generación en generación
- 19. La regla para prevenir y control la Biocorrosión en los sistemas industriales es mantener limpio el sistema: Una planta industrial por ejemplo puede sufrir diversos problemas. Los mas frecuentes: sistema de enfriamiento industrial (de recirculación abierto o cerrado) líneas de inyección de agua tanques de almacenamiento sistemas de tratamiento de aguas negras sistemas de filtración Para su prevención y control se debe considerar no solo la actividad y crecimiento microbiano, sino también las condiciones fisicoquímicas de la interface metal-solución, y las relaciones químicas en el fluido circulantes. En la prevención control de la BC y BE en sistemas industriales, es primordial, un adecuado seguimiento de las condicione de operación del sistema. Por ello una variación de las variables de origen biológico e inorgánico de la BioCorrosión.