Causas y prevención de la corrosión

Por Jim Young/Director of Technology / ITW Insulation Systems

Traducido por: Lorena Hernández (ASOFRIO)

RESUMEN

Los sistemas de aislamiento mecánico entre otras razones, se utilizan en tuberías frías y calientes, tanques, conductos, recipientes y equipos para conservar la energía, prevenir la condensación superficial, evitar quemaduras por contacto. En la mayoría de las aplicaciones al aire libre y algunas ubicaciones interiores, estos sistemas utilizan una cubierta metálica protectora exterior para proporcionar resistencia a los rayos UV, resistencia a daños y repeler el agua. Independientemente del tipo de metal, esta cubierta es susceptible a la corrosión galvánica y a la corrosión tipo picadura o grietas en la superficie interior causada por la penetración de agua en el sistema de aislamiento. La mejor manera de prevenir esta corrosión es laminar térmicamente en fábrica una barrera de humedad de polisurlyn multicapa de 76 µm (3 milésimas de pulgada) en la superficie interior de la cubierta metálica.

ANTECEDENTES

El aislamiento se utiliza en la superficie externa de tuberías, tanques, conductos, recipientes y equipos por la misma razón por la que se utiliza en los cerramientos de los edificios: para reducir el flujo de calor. En esta aplicación, el aislamiento forma parte de una construcción compleja genéricamente llamada sistema de aislamiento mecánico, que puede incluir una o varias capas de aislamiento, adhesivo en las juntas del aislamiento, barrera de vapor y revestimiento metálico. Estos sistemas suelen ser más complicados que el aislamiento de los cerramientos de los edificios debido a su geometría compleja, al flujo unidireccional de calor/humedad, a las temperaturas extremas de los equipos mecánicos que se aíslan y a la ubicación de los sistemas que a menudo están expuestos al aire libre. La Tabla 1 muestra algunos ejemplos comunes de sistemas de aislamiento mecánico al aire libre, sus temperaturas de funcionamiento y una breve descripción del sistema de aislamiento.

Los sistemas de aislamiento mecánico para aplicaciones de alta temperatura se utilizan en tuberías/equipos que pueden estar a más de 649°C (>1200°F) y los principales objetivos del sistema de aislamiento son mejorar la eficiencia energética, prevenir quemaduras por contacto y mantener el control del proceso. Los efectos secundarios del sistema de aislamiento pueden incluir una mayor resistencia al fuego y reducción del sonido. Ejemplos de aplicaciones para sistemas de aislamiento mecánico en alta temperatura son el suministro de agua caliente en un edificio comercial, plantas de energía, refinerías y cracking de petróleo/gas, fabricación petroquímica y producción de alimentos. Los sistemas de aislamiento mecánico para aplicaciones de baja temperatura se utilizan en tuberías/equipos que van desde la temperatura ambiente hasta cerca del cero absoluto –273°C. Los principales objetivos del sistema de aislamiento son mejorar la eficiencia energética, minimizar la condensación en la superficie del sistema, prevenir quemaduras por contacto y mantener el control del proceso. Ejemplos de aplicaciones para sistemas de aislamiento mecánico en frío son la refrigeración de alimentos/bebidas, la climatización de agua fría en edificios comerciales, el manejo y transporte de gas natural líquido y la fabricación petroquímica.

Debido a la naturaleza compleja de los sistemas de aislamiento mecánico, generalmente son diseñados por ingenieros contratados directamente por el propietario de las instalaciones o el arquitecto, o por una empresa de diseño de ingeniería subcontratada. Las especificaciones para el aislamiento mecánico pueden variar desde documentos cortos y muy simples hasta más de 100 páginas, según la complejidad del trabajo y del sistema de aislamiento.

REVESTIMIENTO METÁLICO Y CORROSIÓN EN LA SUPERFICIE INTERIOR

Se podrían escribir libros enteros sobre el tema de los sistemas de aislamiento mecánico, pero este documento se centrará en el revestimiento metálico y, más concretamente, en los tipos específicos de corrosión propensos del revestimiento metálico de los sistemas de aislamiento mecánico.

Muy pocos materiales de aislamiento pueden dejarse expuestos en aplicaciones al aire libre, por lo que se utiliza ampliamente el revestimiento metálico para proteger el sistema de aislamiento contra daños debido a la exposición a los rayos UV, la acción física y el agua ambiental. Se han utilizado muchos tipos de metales como revestimiento, incluyendo aluminio, acero inoxidable, aluzinc, acero aluminizado e incluso acero galvanizado. De todos ellos, los más comúnmente utilizados en América del Norte son el aluminio y el acero inoxidable, y el uso de ambos materiales está creciendo también fuera de América del Norte. Fuera de América del Norte, el aluzinc y el acero aluminizado son muy populares. Todos los tipos de metal tienen diferentes ventajas y desventajas, pero todos tienen dos debilidades clave relacionadas con esta discusión. Todos tienen juntas que son imposibles de sellar completamente contra la penetración del agua y todos pueden exhibir el tipo de corrosión en la superficie interior, foco de este documento.

La infiltración de agua en el sistema de aislamiento a través de las juntas en el revestimiento metálico es inevitable porque estas juntas no se pueden sellar completamente con adhesivos/ selladores. Además, es común que el revestimiento metálico sufra daños debido a factores como el granizo, el viento, el paso de personas y el apoyo de escaleras. La fuente de agua que entra en el sistema de aislamiento desde el entorno ambiente incluye la lluvia, la condensación, el rocío, la niebla, la nieve, el agua de torres de enfriamiento e incluso el rocío del mar.

Cuando el agua entra en el sistema de aislamiento, su ubicación específica dependerá de varios factores, incluyendo si hay una barrera de vapor presente en la superficie del aislamiento y la integridad de esta barrera de vapor. En las aplicaciones de alta temperatura, por lo general no hay una barrera de vapor presente y, en este caso, el agua que entre puede migrar a través de todo el sistema de aislamiento bajo la influencia de la gravedad, la temperatura y otros factores. En las aplicaciones de baja temperatura, por lo general hay una barrera de vapor que debería estar completamente intacta en la superficie exterior del aislamiento. El agua que penetre a través de las juntas del revestimiento metálico se acumulará en el pequeño espacio entre la barrera de vapor y el revestimiento metálico. Esto se muestra gráficamente en la Figura 1.

Cuando el agua penetra a través de las juntas en el revestimiento metálico, puede causar corrosión en la superficie interior del revestimiento y, en algunos casos, en la tubería/equipo. Este tipo de corrosión no es la corrosión clásica bajo el aislamiento (CUI), que se refiere a la corrosión de la tubería/ equipo y es causada por el agua en contacto directo con la tubería/equipo. Tampoco se trata de la corrosión de los bordes del revestimiento metálico, que puede ocurrir con el revestimiento de acero recubierto (aluzinc, galvanizado y acero aluminizado). Debido a que este tipo de corrosión ocurre en la superficie interior del revestimiento, es muy difícil de detectar hasta que se vuelve tan grave que la corrosión penetra completamente a través del metal, dejando agujeros visibles en el revestimiento. A menudo, se asume que esta corrosión es en realidad corrosión que comienza en el exterior del revestimiento porque no se observa hasta que se forma un agujero en el revestimiento, momento en el que los dos puntos de corrosión (interior y exterior) son difíciles de distinguir.

Esta corrosión interior puede comenzar casi inmediatamente después de la instalación y llegar al punto de formar agujeros en el revestimiento en tan solo 6 meses. Esta corrosión no se puede reparar ni en sus etapas iniciales ni en el punto en el que se han formado agujeros en el revestimiento. Lo único que se puede hacer para solucionar este problema es reemplazar el revestimiento metálico, lo que supone un esfuerzo muy costoso. Como ocurre con la mayoría de las corrosiones, es mucho mejor proteger el metal desde el principio para evitar que se produzca la corrosión que intentar solucionar el problema después de que haya ocurrido. La Figura 2 muestra varias imágenes de corrosión interna del revestimiento que ha progresado hasta formar agujeros en el revestimiento.

TIPOS DE CORROSIÓN QUE CAUSAN EL DETERIORO INTERNO DEL REVESTIMIENTO DE LA SUPERFICIE

Este documento no abordará detalladamente la química de la corrosión, pero discutirá brevemente los dos tipos que pueden causar el deterioro interno del revestimiento de la superficie: la corrosión galvánica y la corrosión por picadura o en grietas. La corrosión galvánica o de metales distintos ocurre cuando se acoplan dos metales diferentes en presencia de un electrolito. V. Mitchell Liss describe la fuente de la corrosión galvánica en los sistemas de aislamiento mecánico como “La corrosión galvánica generalmente resulta de un aislamiento húmedo con un electrolito o sal presente que permite el flujo de corriente entre metales distintos (es decir, la superficie metálica aislada y el revestimiento exterior o accesorios)”.

La corrosión galvánica puede ocurrir con todos los tipos de revestimientos metálicos y es más común en aplicaciones calientes donde el aislamiento húmedo puede entrar en contacto tanto con el revestimiento como con la tubería/ equipo, formando un puente entre los metales distintos. Cuando esto ocurre, el metal más activo se corroe. Por lo general, esto es el revestimiento, pero puede ser la tubería/equipo cuando se utiliza un revestimiento de acero inoxidable con una tubería/equipo de acero al carbono. La presencia de agua en el sistema de aislamiento es necesaria para este tipo de corrosión, ya que actúa como electrolito y como una excelente fuente de iones que le dan al agua su conductividad eléctrica. Una forma conveniente de describir la corrosión galvánica es que ocurre cuando dos metales distintos están acoplados en un mismo entorno. Cabe destacar que el uso de un retardante de vapor de aislamiento eficaz elimina la corrosión galvánica entre la tubería y el revestimiento, pero no elimina la posibilidad de que ocurra corrosión por picadura o grietas en la superficie interior del revestimiento. La corrosión por grietas y por picaduras son muy similares tanto en su química como en su resultado. Dado que no está claro si uno o ambos de estos tipos ocurren en la corrosión interna del revestimiento, se considerarán juntos como otro tipo de corrosión. La corrosión por grietas y por picaduras es una forma localizada de corrosión asociada con una solución estancada en contacto con el metal. Este tipo de corrosión puede ocurrir cuando una pequeña gota de agua queda atrapada entre la superficie interior del revestimiento metálico y el aislamiento o un retardante de vapor en la superficie exterior del aislamiento. Este espacio delgado entre el revestimiento y la superficie subyacente actúa como una grieta y la humedad atrapada en esta “hendidura” puede provocar corrosión por grieta o por picadura, especialmente cuando hay cloruros presentes en el agua, como ocurre en la mayoría de las fuentes de agua ambiental. Para funcionar como un sitio de corrosión, esta “hendidura” debe ser lo suficientemente grande como para permitir la entrada del agua pero lo suficientemente pequeña como para mantener el agua estancada. Esto puede ocurrir fácilmente en el estrecho espacio entre el revestimiento metálico y el retardante de vapor. La corrosión por grietas o por picaduras puede ocurrir con revestimientos de aluminio, acero recubierto e incluso acero inoxidable. Todos los aceros inoxidables son susceptibles a la corrosión por grietas. El acero inoxidable tipo S304, comúnmente utilizado, es susceptible a la corrosión por grieta o por picadura en presencia de agua salada por encima de aproximadamente 10°C (50°F), y el tipo S316, menos común, es más resistente pero puede ser atacado si la temperatura aumenta incluso ligeramente por encima de los 10°C (50°F). La corrosión por picaduras y por grietas juntas representan quizás el 25% de todas las fallas de corrosión en acero inoxidable. La mayoría de los sistemas de aislamiento mecánico están diseñados de manera que la temperatura del revestimiento esté bastante cerca de la temperatura ambiente y NO de la temperatura de la tubería/equipo, por lo que es muy fácil superar los 10°C (50°F). Una forma conveniente de describir la corrosión por grietas o por picaduras es que ocurre cuando un tipo de metal está presente en dos microambientes conectados.

Como se ha dejado claro en esta sección, la ciencia de la corrosión ofrece una explicación de por qué puede ocurrir la corrosión en la superficie interior del revestimiento metálico. Pero ¿dónde se ha observado este tipo de corrosión? En las siguientes secciones se describirán las pruebas de laboratorio donde se puede observar esta corrosión y las instalaciones reales donde la corrosión en la superficie interior del revestimiento metálico ha llevado a costosas reparaciones.

PRUEBAS DE LABORATORIO DE RESISTENCIA A LA CORROSIÓN EN LA SUPERFICIE INTERIOR DEL REVESTIMIENTO

Se realizaron pruebas de laboratorio para examinar el potencial de corrosión galvánica o de corrosión por picaduras/hendiduras en diferentes tipos de revestimientos metálicos y demostrar la eficacia de la barrera de humedad de polysurlyn (PSMB) para prevenir este tipo de corrosión.

En la primera de estas pruebas, se construyó una maqueta de un sistema común de aislamiento mecánico. Se utilizó una tubería estándar de acero al carbono que fue cubierta con aislamiento de lana mineral y luego con varios tipos de revestimiento metálico, y sin revestimiento de PSMB. Cuando se utilizó revestimiento metálico con revestimiento de PSMB, se realizó una marca en forma de X en el revestimiento de PSMB para simular el daño que podría ocurrir durante la manipulación e instalación. El aislamiento de fibra utilizado en esta prueba era una forma de mantener separada la tubería y el revestimiento, al mismo tiempo que permitía que el agua salada formara un puente entre estos dos metales debido a la naturaleza fibrosa y de celda abierta de la lana mineral. El aislamiento de lana mineral se mojó con agua salada y se aplicó un potencial eléctrico inducido entre la tubería y el revestimiento para acelerar la corrosión galvánica. Cada prueba duró solo 75 minutos. Al final de este tiempo, se examinó la parte inferior del revestimiento metálico en busca de evidencia de corrosión.

En esta prueba se examinaron cuatro tipos diferentes de revestimiento metálico: aleación de aluminio 3105, acero recubierto de aluzinc, acero galvanizado y acero aluminizado. Para los cuatro tipos de metal sin revestimiento, se observó una corrosión significativa en la superficie del revestimiento que estaba en contacto con el aislamiento. En las pruebas donde se aplicó un revestimiento de PSMB al revestimiento metálico, no se encontró corrosión en el revestimiento. La Figura 3 muestra imágenes del revestimiento después de que se completaran estas pruebas.

En una segunda prueba de laboratorio, se realizó un experimento similar pero el revestimiento era de acero inoxidable y la tubería era de acero al carbono. En este caso, se esperaba que la corrosión ocurriera en la tubería. Se realizaron cuatro aplicaciones de voltaje de 75 minutos y se examinó la tubería después de estas exposiciones. Cuando se utilizaron revestimientos de acero inoxidable tipo S304 y S316 sin revestimiento, la tubería mostró una corrosión significativa. Cuando ambos tipos de revestimiento de acero inoxidable estaban revestidos con PSMB, no se produjo corrosión en la tubería. La Figura 4 muestra las tuberías después de que se completaran estas pruebas.

Además de la observación visual de la corrosión, se determinó la pérdida de masa debido a ésta en cada tubería.

Se encontró que cuando el revestimiento de acero inoxidable tenía un revestimiento de PSMB, no se produjo pérdida de masa en la tubería subyacente debido a la corrosión. Cuando se utilizó revestimiento de acero inoxidable sin revestimiento, la pérdida de masa en la tubería fue del 3,5% para el revestimiento de acero inoxidable tipo S304 y del 2,5% para el revestimiento de acero inoxidable tipo S316. Cabe destacar que esta gran cantidad de pérdida de masa ocurrió después de solo cuatro exposiciones de 75 minutos a las condiciones de corrosión. La Figura 5 muestra este resultado de manera gráfica.

En este caso, la ciencia de la corrosión discutida previamente y las pruebas de laboratorio están de acuerdo. La ciencia muestra por qué puede ocurrir la corrosión y por qué una barrera de humedad efectiva en la superficie interior del revestimiento metálico debería prevenir este tipo de corrosión. Los resultados de laboratorio concuerdan completamente con la teoría. El revestimiento metálico sin revestimiento conduce a la corrosión en la superficie interior del revestimiento (o tubería), y el uso de PSMB evita que esta corrosión ocurra. El uso de PSMB en el revestimiento metálico protege todos los tipos de revestimiento metálico de esta corrosión y protege la tubería debajo del aislamiento de esta corrosión cuando el revestimiento es de acero inoxidable. Si bien estas pruebas de laboratorio fueron una simulación, la diferencia entre estas pruebas de laboratorio aceleradas y la experiencia real en el campo es solo el tiempo necesario para el fallo.

RESULTADOS EN EL MUNDO REAL

En esta sección, se proporcionarán varios ejemplos del mundo real que muestran los resultados de utilizar una barrera de humedad inadecuada y cómo una barrera de humedad efectiva puede prevenir la corrosión en la superficie interior del revestimiento. Al examinar problemas o fallas en instalaciones del mundo real, generalmente es difícil obtener información de alta calidad. Todas las personas involucradas en este tipo de problemas, incluidos los propietarios de las instalaciones, los ingenieros de diseño y los contratistas de instalación, suelen ser reacios a publicar o incluso permitir la discusión de sus problemas. En algunos casos, incluso existen acuerdos legales que prohíben a las partes discutir los problemas. Además, cuando hay un problema o falla en el mundo real, el propietario de la instalación desea corregirlo lo más rápido posible para minimizar el tiempo de inactividad. Estos factores, junto con las muchas variables involucradas en una situación real, dificultan el análisis científico y es difícil cuantificar estos problemas o examinar cuidadosamente las soluciones. A pesar de todas estas limitaciones, aún existen ejemplos de instalaciones donde se ha producido corrosión en el revestimiento de metal en la superficie interior y se conoce suficiente información para que la discusión de la falla sea una oportunidad de aprendizaje útil.

La Tabla 2 a continuación describe seis casos del mundo real en los que se encontró corrosión en el revestimiento de metal en la superficie interior. Por razones obvias, no se utilizan nombres específicos de empresas o instalaciones. En todos estos ejemplos reales, el revestimiento de metal era de aluminio con una barrera de humedad de polikraft.

La Figura 6 muestra imágenes del mal estado de la barrera de humedad de polikraft y los agujeros de corrosión en la superficie interior del revestimiento de metal del primer ejemplo del mundo real en la Tabla 2.

Además de estos ejemplos de corrosión que ocurren realmente cuando se utiliza una barrera de humedad de polikraft, hay una observación importante relacionada. ITW Insulation Systems es uno de los principales proveedores globales de revestimientos de metal para sistemas de aislamiento mecánico y es el empleador de este autor. Vende principalmente revestimientos con PSMB y nunca han tenido una reclamación o conocimiento de un caso de corrosión en la superficie interior cuando se utiliza PSMB en el revestimiento de metal.

Se ha demostrado que la ciencia de la corrosión, los resultados de las pruebas de laboratorio y ahora la experiencia de campo del mundo real están todos de acuerdo. La corrosión en el revestimiento de la superficie interior es un ladrón sin distinciones. Puede robarle longevidad a los sistemas de aislamiento en todas las industrias, en todas las aplicaciones, utilizando todos los tipos de aislamiento, con todos los tipos de revestimientos de metal y en todos los climas. La mejor manera de prevenir la aparición de este tipo de corrosión es utilizar una barrera de humedad efectiva como PSMB en la superficie interior del revestimiento de metal.

BARRERAS DE HUMEDAD

Existen tres tipos generales de barreras de humedad utilizadas en el revestimiento de metal en sistemas de aislamiento mecánico: pintura, polikraft y polysurlyn. La barrera de humedad pintada es una capa delgada (~18 µm, 0.7 mil) de pintura ligeramente pigmentada que se aplica típicamente en la fábrica que produce las bobinas de metal. Este tipo de barrera de humedad es común en codos preformados de dos piezas, donde es probablemente aceptable debido a la aleación de aluminio resistente a la corrosión utilizada en estos codos. El polikraft es una capa de papel kraft laminado con una sola capa delgada de película de polietileno. Esta laminación la realiza una empresa de revestimiento de metal. El polikraft es una tecnología obsoleta e ineficaz, y tiene una resistencia al agua comparativamente pobre. La barrera de humedad de polysurlyn (PSMB) es una película gruesa de tres capas que se aplica por una empresa de revestimiento de metal y representa el estado del arte actual de la técnica en barreras de humedad.

Los ejemplos reales descritos anteriormente indican claramente que el polikraft es ineficaz y el PSMB es bastante efectivo para prevenir esta corrosión, pero ¿por qué? Para responder a esto, se deben considerar las propiedades de las diferentes barreras de humedad a la luz del principal objetivo de la barrera de humedad, que es evitar que el agua entre en contacto con la parte inferior del revestimiento de metal para reducir el potencial de corrosión.

Teniendo en cuenta esto, las propiedades clave de una barrera de humedad son:

Agujeros pequeños: cada orificio es un lugar donde puede comenzar la corrosión.
Es deseable los mínimos orificios y cero orificios es mejor.
Resistencia al agua: Mantener el agua corrosiva lejos de la superficie metálica interior.
Baja absorción de agua y de transmisión de vapor de agua son deseables.
Dureza/durabilidad: Una barrera de humedad dañada o deteriorada debido al manejo brusco e instalación inevitables es un lugar posible para la corrosión.
Es deseable una película resistente, sólida, resistente a los arañazos y duradera.
Inflamabilidad: Se prefiere una menor inflamabilidad.

La Tabla 3 muestra el rendimiento de cada tipo de barrera de humedad en estas propiedades clave.

Como demuestra la ciencia de la corrosión, las pruebas de laboratorio, los ejemplos reales y ahora las propiedades de las barreras de humedad, la barrera de humedad de polysurlyn es la forma más efectiva de prevenir la corrosión en la superficie interior del revestimiento de aislamiento metálico porque:

Tiene un rendimiento comprobado.
No tiene orificios.
Es una película de varias capas.
Tiene una tasa muy baja de transmisión de vapor de agua.
Tiene una absorción de agua muy baja. • Es resistente a los arañazos y duradera.
Tiene una inflamabilidad muy baja.
Tiene una excelente adherencia a los sustratos metálicos.
Está disponible en todos los tipos de metal.
Está disponible en muchos fabricantes de revestimiento de metal.

ACCIONES RECOMENDADAS PARA INSTALADORES Y PROPIETARIOS DE INSTALACIONES

Los contratistas de aislamiento deben minimizar el daño a la barrera de humedad durante el corte, la fabricación en campo y la instalación. Deben educar a los trabajadores sobre las barreras de humedad y su importancia. Deben adquirir revestimientos de metal solo con PSMB. Para el revestimiento de aluminio, la forma más fácil de asegurarse de que tenga un PSMB es utilizar la nueva norma ASTM para este tipo de revestimiento y especificar que cumpla con ASTM C1729, Tipo I, Grado 1 o 2, Clase A. Por último, los instaladores deben recomendar el uso de revestimientos de metal con PSMB a especificadores, ingenieros y propietarios que desconozcan su importancia.

Los propietarios e ingenieros deben especificar revestimientos de metal solo con PSMB. Para el revestimiento de aluminio, la forma más fácil de asegurarse de que tenga un PSMB es utilizar la nueva norma ASTM para este tipo de revestimiento y especificar que cumpla con ASTM C1729, Tipo I, Grado 1 o 2, Clase A. Por último, los propietarios e ingenieros deben asegurarse de que los contratistas conozcan el PSMB y sepan minimizar el daño durante su manipulación e instalación.

CONCLUSIONES

La corrosión en la superficie interior del revestimiento metálico en el aislamiento mecánico es un problema potencial importante en todos los tipos de metal. Todos los revestimientos metálicos de aislamiento deben contar con una barrera de humedad de polysurlyn (PSMB) de 76 µm (3 milésimas de pulgada) de espesor, laminada en caliente en fábrica en la superficie interior, para proteger contra la corrosión del revestimiento en caso de ser de aluminio o acero recubierto de aluminio, y para proteger contra la corrosión de la tubería cuando se utiliza un revestimiento de acero inoxidable. El uso de PSMB es un seguro económico para prevenir la costosa alternativa de la corrosión del revestimiento.

Los instaladores y propietarios deben utilizar/especificar PSMB en la superficie interior de todos los revestimientos metálicos y minimizar los daños a la barrera de humedad durante la manipulación e instalación.

REFERENCIAS

V. Mitchell Liss, consultor de ingeniería de corrosión, “Preventing Corrosion Under Insulation” (Prevención de la corrosión bajo el aislamiento), Boletín de la Junta Nacional de Inspectores de Calderas y Recipientes a Presión, enero de 1988.
www.corrosionist.com
www.corrosion-doctors.org