biocorrosion en agua de mar - revista de marina · experimentales o de cultivo, ins trumentos...
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BIOCORROSION EN AGUA DE MAR
Juan I. Gardiazábal I. * Mario Oneto G. **
INTRODUCCION
as diversas actividades que desarrolla el hombre
#11 t en el medio marino se> ^ r ven frecuentemente afec
tadas por la acción de organismos vegetales y animales. La fijación de organismos incrustantes, o
fouling, en las estructuras sumergidas creadas por el hombre, inducen la alteración y destrucción de materiales, lo cual, debido a sus implicancias económicas, preocupa a los países que pretenden obtener un desarrollo integral. En la Tabla I se presenta un resumen de los principales problemas que ocasiona la acción de los organismos incrustantes.
TABLA I. PROBLEMAS OCASIONADOS POR LA ACCION DE LOS ORGANISMOS INCRUSTANTES ( FOULING)
O b s t r u c c ió n de s is tem as de r e f r i gerac ión de us inas, fábr icas, etc .
- Interrupción del suministro de energía eléctrica o de la producción industrial.
ACCION
R e d u c c ió n de la v e lo c id a d de las em barcac iones , p o r a u m e n t o de la f r i c c i ó n del casco (a u m e n to de ru g o s id a d ) .
- Aum ento del consumo de combustible.
DE LOS ORGANISM OS
INCRUSTANTESD e s t ru c c ió n de m ater ia les m e tá l i cos p o r co r ro s ió n en c o n s t ru c c io nes f i jas (p o r tu a r ias , pe tro le ras " o f f s h o r e ” , indu s tr ia le s , e tc . ) y f lo ta n te s (naves, boyas, balsas e x p e r im e n ta le s o de c u l t i v o , inst r u m e n to s oce anog rá f icos ) .
- Recambio de materiales.- Carenados frecuentes:
a) Gastos en dique seco,b) Gastos de mano de obra, yc) Gastos de no operación de naves.
- Uso de sistemas de protección:a) Pago de regalías,b) Im portación de tecnología, yc) Empleo de pinturas no formuladas
para la región.
* Instituto de Química, U.C.V.** Armada de Chile, Escuela Naval "A rturo Prat'
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El fenómeno conocido como biocorrosión marina corresponde a la interacción de tres elementos. Estos son, organismos incrustantes, agua de mar y metal (fig. 1). Si se desea conocer en detalle el mecanismo que rige este sistema altamente complejo, es evidente que se debe tomar en cuanto los siguientes aspectos:
a) Características biológicas de las especies involucradas, tales como ritmo y forma de crecimiento, tipos de reproducción, comportamiento, etc.
b) Características del metal o de la aleación puesta en contacto con el agua de mar (metales corrosibles, pasivos o que forman películas tóxicas).
c) Características del medio salino, temperatura, salinidad, turbulencia, contenido de oxígeno, grado de contaminación, pH, etc.
ORGANISMOS QUE CONSTITUYEN LAS INCRUSTACIONES BIOLOGICAS
El ambiente marino es la mayor fuente de riqueza biológica existente. Los organismos marinos pueden agruparse en tres categorías principales: nectónicos, planctónicos y bentó- nicos.
Las llamadas incrustaciones biológicas marinas están constituidas exclusivamente por especies bentóni- cas, las cuales colonizan los fondos naturales y se extienden a las construcciones navales, ya sean flotantes o fijas. Casi todos los organismos, al f i jarse sobre una superficie lo hacen en forma de larvas; por consiguiente, el conocimieno de su ciclo biológico permite determinar el momento en que son más vulnerables para impedir dicha fijación.
FIGURA 1.Interacción de los tres elementos que contribuyen a la
biocorrosión
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En la Tabla II se dan a conocer los principales grupos de organismos incrustantes, tanto vegetales como animales. Se presenta, además, una des-
cripción de sus características más importantes, acompañada de los problemas comunes que producen en una estructura marítima sumergida.
TABLA II. ORGANISMOS INCRUSTANTES
CLASIFICACION DESCRIPCION PROBLEMA COMUN
Bacterias — Forman películas delgadas en el objeto sumergido.
— Se reproducen por simple división.
— Facilitan la fijación de otros organismos.
— Resistentes a los tóxicos corrientes.
Hongos — Aparecen conjuntamente con las bacterias.
— Al desarrollarse forman una especie de red.
— Procesos fermentativos.— Habilidad para formar aso
ciaciones con otros organismos.
Diatomeas — Vegetales simples.— Productoras de oxígeno y de ma
teria orgánica.— Se reproducen por simple divi
sión celular o sexual.— Dependen de la luz.
— Sumamente resistentes a la toxicidad de uso corriente.
— Interfieren en la solubiliza- ción de los tóxicos.
Algas:— Cianofíceas— Clorofíceas— Rodofíceas— Feofíceas
— Tienen coloración característica.— Se reproducen sexual y asexual
mente.— Dependen de la luz.
— Suelen ser resistentes a las pinturas tóxicas.
— Son resistentes a cambios de salinidad y temperatura.
Protozoos — Animales unicelulares.— Su principal alimento son las
bacterias y las diatomeas.
Celenterados:— Hidrozoos— Antozoos
- Poseen tejidos diferenciados.- Ciclo vital compuesto de una
fase medusa y una fase pólipo (hidrozoos) o solamente por pólipo (antozoos).
— Facilitan la fijación de otros organismos.
— Poco resistentes a los tóx icos.
— Resistentes a la acción de tóxicos.
— Estructura calcárea permanente, que sirve de sustrato a nuevos organismos.
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CLASIFICACION DESCRIPCION
Briozoos — Colonias con aspecto de vegetales.
— Se reproducen tanto sexual como asexualmente.
Moluscos: Gasterópodos
- Pelicípodos
— Tubo digestivo completo.— Adherencia baja (gasterópodos)
o muy alta (pelicípodos).
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PROBLEMA COMUN
Fácilmente eliminable por tóxicos comunes
Poca resistencia a los tóx icos frecu entes
Anélidos — Cuerpo segmentado interna y — Constituyen puntos de co
externamente. rrosión.— Región cefálica perfectamente — Se fijan sobre la película de
diferenciada. bacterias, diatome as y pro— Alta adherencia. tozoos.
Crustáceos:— Cirrípedos
Tunicados:— Ascídaceas
Exoesqueleto constituido por quitina.Respiran por branquias.Se alimentan de diatomeas y protozoos.
Animales cordados. Hermafroditas y autoestériles. Fecundación externa.
— Muy resistente a os tóxicos.— Producen, debido al fenó
meno de aireación diferencial, una intensa corrosión.
— Componente más frecuentemente de las ncrustaciones marinas.
— Dejan espacio donde se acumula H2 S O4 como producto de p u tre facción biológica.
COMPORTAMIENTO DE METALES Y ALEACIONES
Las propiedades antiincrustantes de los metales y aleaciones en agua de mar están determinadas por sus características corrosivas, lo cual lleva a clasificarlos en tres tipos:a) Metales o aleaciones altamente
corrosiblesEl hierro y los aceros al carbono
son elementos cuya velocidad de disolución es elevada en agua de mar, y se caracterizan por la formación de una gran cantidad de productos de corro
sión de baja adherencia (fig. 2). En general, las reacciones anódicas y catódicas que tienen tugaren la superficie metálica dan origen a la formación de mezclas de ox ccts e bidróxi- dos de Fe (ni) y a una aícalinización del medio con desprendimiento de hidrógeno. Esta última reacción suele verse afectada por la bacteria desulfo- vibrio» la cual depofanza los sitios catódicos de las celdas de corrosión removiendo el hidrógeno que se acumula en la superficie del hierro, aumentando así la disolución del metal en condiciones anaerotacas.
—
—
Bl O C O R ROS IO N E N A G U A DE M A R
FIGURA 2. Comportamiento de un acero al carbono sumergido enagua de mar durante distintos tiempos (3, 9, 18, 36, 48 y 60 meses, respectivamente).
b) Metales o aleaciones fácilmente pasivables
Los metales pasivos en contacto con agua de mar se caracterizan por la formación de una película adherente y delgada de óxido pasivante. Entre estos materiales se incluyen los aceros inoxidables, titanio, numerosas aleaciones de níquel (inconel, níquel - cromo, etc.) y algunas aleaciones de aluminio (fig. 3).
Las incrustaciones restringen la difusión del oxígeno a la superficie metálica, produciendo el fenómeno de aireación diferencial; éste trae como consecuencia la aparición de corrosión
localizada (picado y corrosión en rendijas) y por consiguiente un deterioro completo del material.
c) Metales o aleaciones capaces de formar películas tóxicas
Los metales capaces de formar películas tóxicas, tales como cinc, cobre y plata, presentan un alto grado de resistencia a la incrustación de organismos, debido a que esta película libera compuestos iónicos que producen el envenenamiento de la vida animal (fig. 4). Un esquema de la acción antiincrustante de estos materiales se observa en la fig. 5.
FIGURA 3. Comportamiento de un aluminio (50860) sumergido enagua de mar durante distintos tiempos (3, 9, 18, 36, 48 y 60 meses, respectivamente).
FIGURA 4.Secuencia de formacióo y corrosión de una película en
aleaciones de cobre y su efecto sobre el incrustante:
B IO C O R R O S IO N E N A G U A DE M A R
a)b)
c)
d)
Formación inicial de una película protectora (Cu Hidrólisis del Cu20 formando una película de
2
Cu (OH)2 3CuCI2Ataque del incrustante sobre la película de Cu(OH)2.3CuCI2Salida del incrustante dejando la película de Cu2O intacta
FIGURA 5. Comportamiento del cobre (CA 110) sumergido en agua de mar a distintos tiempos (3, 9, 18, 36, 48 y 60 meses, respectivamente).
PINTURAS ANTIINCRUSTANTESCon el fin de evitar la incrusta
ción de organismos vivos en estructuras marinas, se ha desarrollado pinturas especiales cuya característica principal es que la película de pintura se degrada o se disuelve lentamente, dejando en libertad el tóxico (fig. 6), el cual ataca a los organismos.
Este tóxico puede actuar de tresmanera diferentes:
a) El organismo vivo puede ser repelido,
b) Puede sufrir alteraciones orgánicas importantes antes de fijarse firmemente, o
cj Puede fijarse, comenzar su desa-
O)
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rrollo y morir en alguna etapa del proceso.
El más difundido de los tóxicos, debido a su bajo precio y a su acción sobre la mayoría de los organismos, es el óxido cuproso, al cual se le suelen añadir refuerzos consistentes en óxidos y sales de arsénico y mercurio. En la actualidad se ha desarrollado tóx icos órgano - metálicos en base a estaño
y plomo (por ejemplo, con un 6% de estaño), cuyo efecto antifouling ha quedado perfectamente demostrado en experiencias de aproximadamente tres años.
• Pinturas en base a óxido cuprosoLa reacción de disolución del
óxido cuproso podría presentarse mediante el siguiente esquema:
FIGURA 6. Representación idealizada de una pintura antiincrustante:a) Película turbulenta de soluciónb) Interfase pintura/soluciónc) Matriz de pintura agotada en material tóxicod) Zona de consumo o disolución de tóxicoe) Zona con agente tóxico no utilizada
H+Cu2 O
c P ^ CuC'2'•Cu Cl,
o .
Cu + Cu + +
o.OH
h c o 3-
Carbonato básico de cobre' f
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Como consecuencia de esta reacción se forma sobre la superficie de la pintura una película líquida letal para los organismos, cuyo grosor varía con la agitación del medio.
• Pinturas en base a órgano-estañoEl mecanismo de liberación del
tóxico y un posible esquema de degradación para especies trialquílicas de estaño sería el siguiente:
R3 SnY + H20 ----- — R3SnOH + HY (1)
2R3 SnOH-------►(R3 Sn)2 0 T H2 0 (2)
(R3 Sn)2 0 + C02 ------*-R3SnO (CO) OSn R3 (3)
R3SnO (CO)OSn R3 - U V— R2SnO + R' (4)
R2 SnO — -------RSnO (OH) + R' (5)
RSnO (OH)----- —»-Sn02 + R' (6)
Este modelo presenta la ventaja que el producto de la degradación es SnO2, el cual es un agente tóxico para los organismos incrustantes y no dañino para la salud humana.
CONCLUSIONES
Para evitar el fenómeno de bioco- rrosión marina es necesario romper la interacción agua de mar-biofauna-me- tal. Desde ya, sobre el medio marino es d ifíc il actuar; por lo tanto, quedan sólo dos posibilidades viables de investigación:
1. Búsqueda de aleaciones resistentes, y
2. Desarrollo de nuevas pinturas antiincrustantes.
En el primer caso, el problema es que sólo existen aleaciones resistentes a ciertas formas de corrosión (corrosión-erosión, corrosión-fatiga, corrosión por dealeado, corrosión bajo tensiones, corrosión por picado, corro
sión en rendijas y corrosión galvánica). Debido a la complejidad propia del agua de mar, cuando se presenta el fenómeno de corrosión generalmente están presente por lo menos tres de estas formas más comunes.
En el segundo caso, la tendencia actual es evitar compuestos que sean contaminantes del medio marino. Es por esto que las investigaciones actuales están orientadas a desarrollar pinturas que contengan compuestos organometálicos (principalmente en base a estaño), antes que a sales inorgánicas en base a cobre, mercurio o arsénico, debido a que estas últimas son tóxicas al hombre. Tanto es así que recientemente, en ciertos países, se ha prohibido el empleo de ánodos de sacrificio y pinturas que contengan mercurio.
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