tesis ennery leon - corrosion 2011

REPBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DEL ZULIA

FACULTAD DE INGENIERA DIVISIN DE ESTUDIOS PARA GRADUADOS

PROGRAMA DE POSTGRADO EN CORROSIN

EVALUACIN DE UN SISTEMA PILOTO DE PROTECCIN CATDICA EN PRESENCIA DE BACTERIAS SULFATO-REDUCTORAS

Trabajo de grado presentado ante la Ilustre Universidad del Zulia para

optar al Grado Acadmico de

MAGISTER SCIENTIARUM EN CORROSIN

Autor: Ing. Ennery Javier Len Fuenmayor Tutora: Prof. Matilde Fernndez de Romero Co-Tutora: Prof. Oladis Troconis de Rincn

Maracaibo, junio de 2011

EVALUACIN DE UN SISTEMA PILOTO DE PROTECCIN CATDICA EN PRESENCIA DE BACTERIAS SULFATO-REDUCTORAS

Autor

Ing. Ennery Javier Len Fuenmayor C.I. 15.319.483

Direccin: Av. 10A con calle 68, Edificio Residencias Alber, apartamento 3C Maracaibo Estado Zulia. Telfono: 0261-798.28.55

Mvil: 0426-562.91.88 e-mail: [email protected]

Tutora: Matilde F. de Romero C.I. 4.755.648

Direccin: Sector Fuerzas Armadas. Villa Venecia. Casa N 31 Telfono: 0261-743.18.61 / 0414-634.14.87

e-mail: [email protected] [email protected]

Co-tutora: Oladis Troconis de Rincn C.I. 2.738.285

Direccin: Urbanizacin Los Olivos. Maracaibo Telfono: 0426 661.17.74 e-mail: [email protected]

APROBACIN

Este jurado aprueba el Trabajo de Grado titulado; EVALUACIN DE UN SISTEMA PILOTO DE PROTECCIN CATDICA EN PRESENCIA DE BACTERIAS SULFATO-REDUCTORAS, que el Ingeniero Ennery Javier Len Fuenmayor, C.I. 15.319.483, presenta ante el Consejo Tcnico de la Divisin de Postgrado de la Facultad de Ingeniera, en cumplimiento del Artculo 51, pargrafo 51.6 de la Seccin segunda del Reglamento de Estudios para Graduados de la Universidad del Zulia, como requisito para optar al Grado Acadmico de

MAGSTER SCIENTIARUM EN CORROSIN

_________________________________

Coordinador del Jurado Matilde Fernndez de Romero

C.I. 4.755.648

_________________________________ _________________________________

Oladis Troconis de Rincn Orlando Salas C.I. 2.738.285 C.I. 13.001.319

_________________________________

Directora de la Divisin de Postgrado Gisela Pez

Maracaibo, junio de 2011

Len Fuenmayor, Ennery Javier. Evaluacin de un sistema piloto de proteccin catdica en presencia de Bacterias Sulfato-Reductoras (2011) Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniera. Divisin de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 159p. Tutora: Profesora Matilde Fernndez de Romero; Cotutora: Profesora Oladis Troconis de Rincn.

RESUMEN

El objetivo fundamental de este estudio fue estimar el potencial polarizado que debe mantenerse para la proteccin catdica de tuberas sumergidas en el Lago de Maracaibo en presencia de Bacterias Sulfato - Reductoras (BSR), mediante la instalacin de un sistema piloto de proteccin catdica por corriente impresa (SPPC). Esto se hizo con la finalidad de innovar en el mbito de investigacin de control de corrosin inducida microbiolgicamente (MIC) mediante proteccin catdica, comparando con investigaciones realizadas en laboratorio, y contribuir con el mejor entendimiento de los mecanismos de prevencin de MIC por BSR en la industria petrolera; lo cual acarrea altos costos relacionados con reemplazo de tuberas y equipos, prdidas en la produccin, paradas en el proceso y daos ambientales. La metodologa consisti en instalar cupones de corrosin en una planta compresora de gas ubicada en el Lago de Maracaibo, ya que en la zona cercana se encontraron daos por MIC en meses anteriores. Esto se realiz para confirmar la presencia de BSR e instalar el sistema piloto de proteccin catdica diseado para evaluar tuberas sin revestimiento y revestidas con FBE (Fusion-bonded epoxy) y polietileno de alta densidad, a fin de determinar la eficiencia de la proteccin catdica en presencia de BSR a diferentes potenciales aplicados. Con el estudio inicial se determin que en tres meses hubo MIC con 49.261 cel/cm2, as, transcurridos tres meses de exposicin en el Lago de Maracaibo, a 25 metros de profundidad, se encontr que todas las tuberas conectadas al SPPC, donde los potenciales se mantuvieron en niveles ms negativos que -1.250 mV Vs Cu/CuSO4, no presentaron daos por MIC debido a las BSR, mientras las no conectadas sufrieron este efecto.

Palabras Clave: Corrosin Inducida Microbiolgicamente, Bacterias Sulfato- Reductoras, Biopelcula, Proteccin Catdica, Potencial Polarizado.

E-mail del autor: [email protected]

Len Fuenmayor, Ennery Javier. Evaluation of a pilot cathodic protection system in the presence of Sulfate Reducing Bacteria (2011). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de Ingeniera. Divisin de Postgrado. Maracaibo, Venezuela, 159p. Tutor: Prof. Matilde Fernndez de Romero; Cotutor: Prof. Oladis Troconis de Rincn.

ABSTRACT

The main objective of this investigation was to estimate the polarized potential to be maintained for the cathodic protection of pipeline submerged in Maracaibo Lake in the presence of SRB installing a pilot impressed current cathodic protection system (PCPS) using impressed current. This was done with the purpose of innovate the investigation of Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) control by using Cathodic Protection (CP), comparing with investigations developed in laboratory, and to contribute with the better comprehension of the prevention mechanisms of MIC by SRB in the oil industry, which causes high costs related with pipe and equipment replacements, loss of production and environmental damage. The methodology that was used consisted of installing corrosion coupons in a gas compression plant in Maracaibo Lake because nearby MIC failures were founds months ago. This was done in order to confirm the presence of SRB, and, install the pilot cathodic protection system designed to evaluate pipes without coating and coated with FBE (Fusion-bonded epoxy) and High Density Polyethylene to determinate the efficiency of the cathodic protection in the presence of SRB with different polarized potentials. With the earlier examination, it was found that in three months there was MIC with 49.261 cel/cm2, and after three months of exposition in Maracaibo Lake at 25 meters deep, it was found that all the pipes connected to the PCPS in which polarized potentials where maintained at least in more negative levels than -1,250 mV Vs Cu/CuSO4 did not suffered MIC due to BSR, as long as those not connected to the PCPS suffered this effect.

Key Words: Microbiologically Influenced Corrosion, Sulfate Reducing Bacteria, Biofilm, Cathodic Protection, Polarized potential.

Authors e-mail: [email protected]

DEDICATORIA

A Mami por ser fuente inagotable de consejos, carios y la ms rica comida; por hacerme sentir seguro y sobre todo por estar en casa para darme la certeza de poder regresar a un hogar clido luego de un da de difcil.

A Papi por siempre estar a mi lado en los buenos y malos momentos sin muchas preguntas ni palabras, pero apoyndome siempre en todo y dndome la confianza necesaria para superar los retos diarios.

A Ennerito por ser buen ejemplo a seguir como hermano mayor y profesional emprendedor, por ensearme que en la vida todo se puede lograr con la ayuda de un buen hermano a pesar de las dificultades.

A Osma por ser mi cmplice en cada cosa que me propongo, por quererme incondicionalmente todos los das, mostrando siempre fortaleza e inters por explorar cada aspecto de la vida para aprovechar todas las oportunidades que tengamos.

A Luisa por ser pilar fundamental con todo su amor, paciencia y cario en este recorrido hacia una meta tan importante.

A mis amigos de la universidad: Liliana, Mariana, Johanna, Jorge, Gabriel y Alejandro; y de la oficina: Adriana, Carvid, Jos Baptista, Al y Jos Quintero, que siempre me ayudaron a facilitar el proceso de concretar esta investigacin con sus valiosas ideas y consejos.

A todos mis familiares por sus buenos deseos y consejos, muy cordialmente a Ta Juana, To Wolfgang y mis primas Yoelid y Osmelid; por estar pendiente de mis exmenes, exposiciones y trabajos durante toda mi carrera dndome nimo para alcanzar esta meta.

A todas las personas del Centro de Estudios de Corrosin, especialmente a los profesores Matilde, Oladis, Lisseth y Orlando por ayudarme a convertir este sueo en una realidad y darme la oportunidad de aprender lo que me apasiona.

A todas las personas que de una u otra forma ayudaron en mi maestra.

AGRADECIMIENTO

A Dios, La Chinita y San Onofre, por haberme dado la gran oportunidad de escoger este camino donde he tenido la fortuna de conocer personas especiales y donde he vivido infinidad de experiencias que me han convertido en lo que hoy soy, gracias Seor por ensearme que las dificultades que se presentan a lo largo del camino no son ms que pruebas necesarias que forman parte de un continuo aprendizaje para ser cada vez mejor; por ayudarme siempre a lograr todas mis metas, acompaado de la mejor familia, grupo de amigos y profesores.

A La Universidad del Zulia, por ser mi casa de estudios, donde he adquirido grandes conocimientos, tanto dentro como fuera del saln de clases.

A PDVSA por brindarme la oportunidad de desarrollar ste proyecto y ofrecerme herramientas para aplicar los conocimientos adquiridos en esta maestra.

Al Centro de Estudios de Corrosin por permitirme formar parte de ustedes y colaborar en todo durante la investigacin.

A mi tutora, Profesora Matilde Fernndez de Romero y mi Co-Tutora, Profesora Oladis Troconis de Rincn, por su gua, consejos, apoyo y darme conocimientos que no se encuentran en los libros. A la Profesora Lisseth Ocando y al Profesor Orlando Salas por estar dispuestos siempre a ayudarme a resolver los problemas, decir algo alentador en momentos duros, por ser buenos amigos y mostrarme como lograr las cosas de la forma correcta. A todos gracias por ofrecerme siempre su lado humano, por toda la paciencia brindada, y por haberme dado la oportunidad de trabajar en lo que fue un gran reto y dej una gran satisfaccin personal.

A todas las personas que de una u otra forma me ayudaron en la maestra.

Muchas Gracias

TABLA DE CONTENIDO

Pgina RESUMEN ....................................................................................................................... 4 ABSTRACT ...................................................................................................................... 5 DEDICATORIA ................................................................................................................. 6 AGRADECIMIENTO ......................................................................................................... 7 TABLA DE CONTENIDO.................................................................................................. 8 LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................... 11 LISTA DE TABLAS ......................................................................................................... 19 INTRODUCCIN ........................................................................................................... 20 CAPTULO I ................................................................................................................... 22 MARCO TERICO ......................................................................................................... 22 1. Bacterias Sulfato Reductoras (BSR). ...................................................................... 22 2. Corrosin Inducida Microbiolgicamente (MIC). ......................................................... 26 3. Corrosin Sulfhdrica o por H2S. ................................................................................ 30 4. Problemas de Corrosin Inducida Microbiolgicamente en la Industria Petrolera. ..... 36 5. Biopelcula. ................................................................................................................. 38

5.1. Desarrollo de la biopelcula. ................................................................................. 40 5.2. Sustancia extracelular polimrica. ....................................................................... 43

6. Crecimiento Bacteriano. ............................................................................................. 44 6.1. Medicin del crecimiento bacteriano. ................................................................... 45 6.1.1. Contaje por dilucin seriada. ............................................................................ 45 6.1.2. Contaje total de clulas mediante epifluorescencia. ......................................... 47

7. Morfologa de ataque. ................................................................................................ 48 8. Control de corrosin de estructuras sumergidas. ....................................................... 49

8.1. Revestimientos. ................................................................................................... 50 8.1.1. Polietileno de Alta Densidad - PEAD ............................................................... 50 8.1.2. Epoxi Fundido en Polvo .................................................................................... 51 8.2. Proteccin catdica. ............................................................................................. 51 8.2.1. Parmetros ambientales que afectan a la proteccin catdica. ........................ 52 8.2.2. Tipos de sistemas de proteccin catdica. ....................................................... 53 8.2.2.1. Proteccin catdica por corriente impresa. .................................................... 53 8.2.2.2. Proteccin catdica con nodos galvnicos. ................................................. 54 8.2.2.3. Potencial de proteccin. ................................................................................. 56 8.2.2.4. Proteccin catdica y MIC. ............................................................................ 58

9. Antecedentes de la investigacin. .............................................................................. 64

CAPTULO II .................................................................................................................. 69 MARCO METODOLGICO ........................................................................................... 69 1. Tipo de investigacin. ................................................................................................. 69 2. Poblacin y muestra. .................................................................................................. 69

2.1. Material. ............................................................................................................... 69 2.2. Medio de exposicin. ........................................................................................... 69

3. Diseo de la investigacin. ......................................................................................... 69 3.1. Seleccin del sitio de instalacin SPPC. .............................................................. 71 3.2. Agresividad del agua del Lago de Maracaibo. ..................................................... 71 3.2.1. Instalacin de cupones. .................................................................................... 71 3.2.2. Identificacin del bioensuciamiento. ................................................................. 73 3.2.3. Contaje de Bacterias Sulfato Reductoras ssiles. ......................................... 73 3.2.3.1. Preparacin del bfer fosfato salino anaerobio .............................................. 74 3.2.3.2. Preparacin del medio de cultivo Postgate B ................................................ 74 3.2.3.3. Procedimiento para evaluar el crecimiento bacteriano ssil mediante dilucin seriada. ....................................................................................................................... 75 3.2.3.4. Interpretacin de los resultados. .................................................................... 76 3.2.4. Evaluacin de la morfologa de ataque. ............................................................ 77 3.2.5. Velocidad de corrosin. .................................................................................... 77 3.3. Diseo del sistema piloto de proteccin. .............................................................. 79 3.4. Instalacin del SPPC, puesta en marcha y seguimiento. ..................................... 80 3.4.1. Evaluacin macroscpica de las tuberas. ........................................................ 81 3.4.2. Medicin de espesor de pelcula seca. ............................................................. 81 3.4.3. Deteccin de discontinuidades en el sistema de revestimiento. ....................... 82 3.4.4. Medicin de potenciales polarizados. ............................................................... 85 3.5. Contaje de bacterias ssiles y morfologa de ataque despus de la polarizacin. .................................................................................................................................... 86 3.5.1 Contaje de bacterias ssiles. ............................................................................. 86 3.5.2. Morfologa de ataque. ....................................................................................... 87 3.5.3. Medicin de espesores de pared. ..................................................................... 88

CAPTULO III ................................................................................................................. 89 DISCUSIN DE RESULTADOS .................................................................................... 89 1. Seleccin del sitio de instalacin del sistema piloto de proteccin catdica. ............. 89 2. Agresividad del agua del Lago de Maracaibo a 25 metros de profundidad. ............... 89

2.1. Identificacin del bioensuciamiento. .................................................................... 89 2.2. Contaje de Bacterias Sulfato Reductoras. ........................................................ 90 2.2.1. Cupones con un mes de exposicin. ................................................................ 90 2.2.2. Cupones con tres meses de exposicin. .......................................................... 90 2.3. Evaluacin de la morfologa de ataque. ............................................................... 91 2.4. Velocidad de corrosin. ....................................................................................... 94

3. Diseo del sistema piloto de proteccin catdica. ...................................................... 95 4. Instalacin del SPPC, puesta en marcha y seguimiento. ........................................... 99

4.1. Instalacin del SPPC. .......................................................................................... 99

4.2. Evaluacin macroscpica de las tuberas. ......................................................... 100 4.3. Medicin de espesor de pelcula seca. .............................................................. 102 4.4. Deteccin de discontinuidades en el sistema de revestimiento. ........................ 103 4.4.1. Banco I antes y despus de la exposicin. ..................................................... 103 4.4.2. Banco II antes y despus de la exposicin. .................................................... 112 4.4.3. Banco III antes y despus de la exposicin. ................................................... 121 4.4.4. Banco IV antes y despus de la exposicin. ................................................... 130 4.5. Medicin de potenciales. ................................................................................... 139 4.5.1. Banco I. ........................................................................................................... 139 4.5.2. Banco II, Banco III y Banco IV. ....................................................................... 141

5. Contaje de bacterias ssiles y morfologa de ataque despus de la polarizacin. ... 146 5.1. Contaje de bacterias ssiles. ............................................................................. 146 5.2. Morfologa de ataque. ........................................................................................ 147 5.3. Medicin de espesores de pared. ...................................................................... 150

CONCLUSIONES ......................................................................................................... 151 RECOMENDACIONES ................................................................................................ 152 REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................. 153

LISTA DE FIGURAS

Figura

Pgina 1 Visin simplificada del metabolismo celular de las BSR 23 2 Mecanismo propuesto de MIC por BSR en la corrosin del hierro y el

acero al carbono ..

32 3 Variacin porcentual de la concentracin de las especies H2S, SH-, S=

con respecto al valor de pH de la solucin a 25 C

34 4 Esquema de la Recuperacin Secundaria del crudo mediante

inyeccin de agua.

37 5 Fotomicrografa de la formacin de biopelcula.. 39 6 Formacin de una biopelcula bacteriana.... 42 7 Representacin de la tcnica dilucin seriada 46 8 Representacin de la tcnica de contaje total de clulas mediante

epifluorescencia, las clulas muertas se ven rojas y las clulas vivas se observan de color verde.

47 9 Vista del lado externo del tubo que presenta picaduras tpicas de

MIC..

49 10 Varillas de bombeo con MIC.. 49 11 PEAD de una capa para temperaturas de exposicin de hasta 45 oC 51 12 FBE una capa para temperaturas de exposicin entre 45 y 60 oC.. 51 13 Sistema de proteccin catdica por corriente impresa bsica.. 54 14 Sistema de proteccin catdica con nodos galvnicos 55 15 Serie galvnica de los metales y aleaciones en agua de mar.. 55 16 a) Diagrama de Pourbaix del hierro en ausencia de H2S. b) Diagrama

de Pourbaix del hierro en presencia de H2S. c) Diagrama de equilibrio sistema S-H2O y Fe-S-H2O a 25C

59 17 Efecto del potencial aplicado sobre el pH, la formacin de FeS y el

crecimiento bacteriano

62 18 EDX anlisis de la biopelcula formada sobre la superficie... 63

19 A) Morfologa de ataque sobre la superficie metlica al final del ensayo (magnificacin: 300X) B) Magnificacin de la picadura (magnificacin: 6000X)

64 20 Sistema de monitoreo para contaje ssil de BSR y morfologa de

ataque..

72 21 Dimensiones de cupones de acero al carbono utilizados para contaje

ssil de BSR en campo

72 22 Zona de medicin de espesores de pelcula seca... 82 23 Medicin radial de espesores de pelcula seca 82 24 Formato A de reporte de deteccin de discontinuidades en el sistema

de revestimiento entre las horas 9, 12 y 3

83 25 Formato B de reporte de deteccin de discontinuidades en el sistema

de revestimiento entre las horas 3, 6 y 9..

83 26 Equipo utilizado para deteccin de discontinuidades en el sistema de

revestimiento..

85 27 Indicacin luminosa de falla del equipo utilizado para deteccin de

discontinuidades en el sistema de revestimiento.

85 28 Conexin del cable a tierra que conecta la tubera y la fuente de poder

del equipo utilizado para deteccin de discontinuidades en el sistema de revestimiento.

85 29 Electrodo de exploracin del equipo utilizado para deteccin de

discontinuidades en el sistema de revestimiento.

85 30 Media celda de referencia de Cobre/Sulfato de Cobre 86 31 Seccin de muestra observada... 87 32 Zona de medicin de espesores. 88 33 Medicin radial de espesores de pared. 88 34 Falla por BRS en el norte del Lago de Maracaibo 89 35 Cupn #3 retirado luego de tres meses de exposicin 90 36 Cupn #4 retirado luego de tres meses de exposicin 90 37 Contaje de bacterias ssiles adheridas a los cupones 91 38 Cupn #1 con picaduras tpicas de ataque asociado a BSR luego de 1

mes de exposicin.

92

39 Cupn #1 con picaduras tpicas de ataque asociado a BSR luego de 1 mes de exposicin

92 40 Cupn #1 con prdida de material y picaduras tpicas de MIC por BSR

luego de 1 mes de exposicin


luego de 1 mes de exposicin

92 42 Cupn #2 con prdida de material y picaduras tpicas por BSR luego

de 1 mes de exposicin

92 43 Cupn #2 con picaduras tpicas de ataque asociado a BSR luego de 1

mes de exposicin


luego de 3 meses de exposicin











93 50 Vista superior de los bancos de prueba 96 51 Vista frontal de los bancos de prueba 97 52 Vista lateral de los bancos de prueba 98 53 Instalacin de los bancos de prueba en el fondo del Lago de

Maracaibo

99 54 Detalle de las conexiones elctricas del sistema piloto de proteccin

catdica

100 55 Banco de prueba I antes de la evaluacin. 101 56 Banco de prueba I luego de 3 meses de exposicin... 101 57 Banco de prueba II antes de la evaluacin 101

58 Banco de prueba II luego de 3 meses de exposicin.. 101 59 Banco de prueba III antes de la evaluacin.. 101 60 Banco de prueba III luego de 3 meses de exposicin. 101 61 Banco de prueba IV antes de la evaluacin.. 102 62 Banco de prueba IV luego de 3 meses de exposicin. 102 63 Reporte de deteccin de discontinuidades y daos en el sistema de

revestimiento de la tubera #3 (mitad superior) del Banco I antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..

104 64 Reporte de deteccin de discontinuidades y daos en el sistema de

revestimiento de la tubera #3 (mitad inferior) del Banco I antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #3 (mitad superior) del Banco I luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #3 (mitad inferior) del Banco I luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #4 (mitad superior) del Banco I antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #4 (mitad inferior) del Banco I antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #4 (mitad superior) del Banco I luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #4 (mitad inferior) del Banco I luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #7 (mitad superior) del Banco II antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..

113

72 Reporte de deteccin de discontinuidades y daos en el sistema de revestimiento de la tubera #7 (mitad inferior) del Banco II antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #7 (mitad superior) del Banco II luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #7 (mitad inferior) del Banco II luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #8 (mitad superior) del Banco II antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #8 (mitad inferior) del Banco II antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #8 (mitad superior) del Banco II luego de de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #8 (mitad inferior) del Banco II luego de de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #11 (mitad superior) del Banco III antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo.


revestimiento de la tubera #11 (mitad inferior) del Banco III antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #11 (mitad superior) del Banco III luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo

124

82 Reporte de deteccin de discontinuidades y daos en el sistema de revestimiento de la tubera #11 (mitad inferior) del Banco III luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #12 (mitad superior) del Banco III antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #12 (mitad inferior) del Banco III antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #12 (mitad superior) del Banco III luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #12 (mitad inferior) del Banco III luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #15 (mitad superior) del Banco IV antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #15 (mitad inferior) del Banco IV antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #15 (mitad superior) del Banco IV luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #15 (mitad inferior) del Banco IV luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #16 (mitad superior) del Banco IV antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..

135

92 Reporte de deteccin de discontinuidades y daos en el sistema de revestimiento de la tubera #16 (mitad inferior) del Banco IV antes de la exposicin en el Lago de Maracaibo..


revestimiento de la tubera #16 (mitad superior) del Banco IV luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo


revestimiento de la tubera #16 (mitad inferior) del Banco IV luego de 3 meses de exposicin en el Lago de Maracaibo

138 95 Variacin de potencial aplicado de las tuberas del Banco I durante 3

meses de exposicin.

140 96 Variacin de potencial polarizado en el Banco I. Potencial aplicado de

-1,1 V vs Cu/CuSO4...

141 97 Variacin de potencial aplicado de las tuberas del Banco II durante 3

meses de exposicin.

142 98 Variacin de potencial polarizado en el Banco II. Potencial aplicado de

-1,4 V vs Cu/CuSO4...

142 99 Variacin de potencial aplicado de las tuberas del Banco III durante 3

meses de exposicin.

143 100 Variacin de potencial polarizado en el Banco III. Potencial aplicado de

-1,7 V vs Cu/CuSO4..

144 101 Variacin de potencial aplicado de las tuberas del Banco IV durante 3

meses de exposicin.

145 102 Variacin de potencial polarizado en el Banco IV. Potencial aplicado de

-2,0 V vs Cu/CuSO4 ..

145 103 Contaje de bacterias ssiles adheridas a cada tubera... 146 104 Tubera 1 del Banco I luego de 3 meses de exposicin sin proteccin

catdica

148 105 Tubera 2 del Banco I luego de 3 meses de exposicin con proteccin

catdica

148 106 Tubera 5 del Banco II luego de 3 meses de exposicin sin proteccin

catdica

149

107 Tubera 6 del Banco II luego de 3 meses de exposicin con proteccin catdica

149 108 Tubera 9 del Banco III luego de 3 meses de exposicin sin proteccin

catdica

149 109 Tubera 10 del Banco III luego de 3 meses de exposicin con

proteccin catdica

149 110 Tubera 13 del Banco IV luego de 3 meses de exposicin sin

proteccin catdica

149 111 Tubera 14 del Banco IV luego de 3 meses de exposicin con

proteccin catdica

149

LISTA DE TABLAS

Tabla Pgina 1. Resultados obtenidos por Sardisco y colaboradores en estudios

mediante rayos X de los productos de corrosin formados sobre aceros al carbono en medio acuoso con H2S..

31 2. Disociacin del H2S vs. pH. 33 3. Composicin general del EPS bacteriano 40 4. Resumen de los factores que influyen en la formacin de biopelculas

a diferentes tiempos.

42 5. Potenciales mnimos de proteccin catdica British Standard) 7361-1

(1991)

57 6. Criterio de potenciales recomendados en norma ISO 15589-2 (2004-

E)

58 7. Reactivos y cantidades a utilizar en la preparacin del bfer PBS

anaerobio

74 8. Componentes del medio de cultivo Postgate B.. 75 9. Ingredientes del medio de cultivo API.. 76

10. Condiciones de evaluacin de cada tubera 80 11. Velocidades de corrosin en cupones con 35 das de exposicin... 94 12. Velocidades de corrosin en cupones con 92 das de exposicin... 94 13. Velocidades de corrosin y promedio aritmtico en cupones con uno y

tres meses de exposicin

95 14. Categorizacin cualitativa de velocidades de corrosin para acero al

carbono en sistemas de produccin de petrleo.

95 15. Medicin de espesor de pelcula seca promedio en tuberas revestidas

con FBE

102 16. Medicin de espesor de pelcula seca promedio en tuberas revestidas

con Polietileno...

103 17. Medicin de espesor de pared... 150

20

INTRODUCCIN

Se ha determinado que la Corrosin Inducida Microbiolgicamente (MIC) est relacionada con la presencia de BSR (Bacterias Sulfato Reductoras, debido a los productos que stas generan como resultado de su actividad metablica. Tales bacterias reducen el sulfato del ambiente a sulfuros con la posterior produccin de H2S. Ellas pueden existir de una forma inactiva en la mayora de los ambientes acuosos aerbicos y se vuelven activas cuando las condiciones son favorables. En Estados Unidos (1) se estima que del 30 al 90 % de estos problemas industriales estn atribuidos a MIC, estando los costos directos asociados en el orden de 10 billones de dlares al ao.

Los primeros estudios donde se considera la participacin de microorganismos en procesos corrosivos se ubican en Europa (2), especficamente en Holanda y Gran Bretaa, entre las dcadas de 1920 y 1930, cuando investigadores independientes evaluaron la severa corrosin presentada en tuberas de acero enterradas en una gran variedad de ambientes terrestres, especialmente suelos arcillosos, las cuales eran utilizadas en el sistema de drenaje de aguas residuales de la ciudad. Actualmente son muchos los problemas de MIC que reporta la literatura, principalmente por BSR, debido al efecto corrosivo del H2S (3) generado en el proceso metablico desasimilatorio de estas bacterias y al efecto de apantallamiento causado por la estructura celular polimrica (EPS) generada las BSR, la cual le sirve de proteccin contra los agentes externos y de concentracin de nutrientes (4).

Desde hace varios aos, las estructuras metlicas, especialmente de acero, se han venido protegiendo contra la corrosin externa con sistemas de revestimientos especiales y proteccin catdica como complemento, tanto galvnica como por corriente impresa, estableciendo criterios de proteccin segn la presencia o ausencia de microorganismos, especficamente en funcin de las BSR. Varias normas internacionales, entre ellas BS-7361-1:19917 (5), ISO 15589-1:20038 (6) y DNV-RP-B401:2005 (7), reconocen el potencial de -0,950 V vs. Cu/CuSO4 como el requerido para proteger estructuras sumergidas o enterradas en presencia de BSR. No obstante, en

21

estudios realizados por Kasahara y colaboradores (8), se ha determinado que este criterio no parece ser suficiente para proteger el metal, ya que a pesar de estar polarizando en un amplio rango de potenciales, incluso -1,3 V vs. Cu/CuSO4, no se logr proteger adecuadamente el metal. Otros estudios realizados en el Centro de Estudios de Corrosin de La Universidad del Zulia (9) (10) (11) (12), igualmente parecen confirmar estos resultados; inclusive al nivel de campo se encontr una alta probabilidad de que las BSR eviten la proteccin catdica de las tuberas sumergidas en el Lago de Maracaibo, manifestando que los problemas de corrosin encontrados estn asociados directamente con la actividad microbiolgica, especialmente con el efecto de las BSR.

De acuerdo a lo explicado anteriormente, se plante la necesidad de desarrollar un sistema piloto de proteccin catdica para tuberas de acero al carbono sumergidas en el Lago de Maracaibo en presencia de BSR. Adicionalmente, se instalaron cuatro cupones de corrosin a 25 metros de profundidad en la plataforma de una Planta Compresora de Gas, con la finalidad de realizar el contaje de bacterias ssiles (adheridas al sustrato) y proponer recomendaciones que eviten problemas asociados a MIC.

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CAPTULO I

MARCO TERICO

1. Bacterias Sulfato Reductoras (BSR).

El nombre de Bacterias Sulfato Reductoras (BSR) es convencionalmente reservado para una clase de microbios que conducen a la reduccin desasimilativa del sulfato. En este proceso el in sulfato acta como un agente de oxidacin para la desasimilacin de la materia orgnica, como hace el oxgeno en la respiracin convencional. Una cantidad pequea de azufre reducido es asimilada por el organismo, pero virtualmente todo se libera al medio ambiente como in sulfuro, el cual es hidrolizado como H2S (13). El metabolismo microbiano constituye un proceso bioqumico por medio del cual las bacterias transforman las sustancias alimenticias en nuevos tejidos de reposicin y energa. Se divide en dos procesos generales: el anabolismo, proceso mediante el cual una clula se construye a partir de nutrientes simples, dando como resultado la sntesis bioqumica de nuevo material celular, tambin se le conoce como biosntesis o asimilacin; y el catabolismo o desasimilacin, no es ms que el proceso que genera energa, mediante la oxidacin o degradacin de componentes qumicos para transformarlos en otros ms sencillos (14).

En la Figura 1, se muestra una visin simplificada del metabolismo celular, en ella se indica cmo las reacciones degradativas suministran la energa necesaria para las funciones celulares y cmo las reacciones anablicas llevan a cabo la sntesis de componentes celulares a partir de nutrientes.

El sulfato reducido por las bacterias siempre se encuentra en asociacin ntima con otros microorganismos que juegan papeles importantes en la creacin de condiciones fsicas y generacin de los nutrientes requeridos por las BSR. Esta asociacin cercana crea dificultades para medir la cantidad de sulfuro de hidrgeno que puede producirse biolgicamente, siendo sta probablemente, la razn por la cual los niveles varan considerablemente. Se han reportado niveles realistas en condiciones anaerbicas en plataformas de produccin de crudo que van desde 15 ppm a

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posiblemente 800 ppm, dependiendo de la disponibilidad de nutrientes. Niveles entre 15 y 100 ppm han sido medidos descomponiendo algas marinas.

Figura 1. Visin simplificada del metabolismo celular de las BSR (15).

El sulfato, es la forma ms oxidada del azufre y es usado por las BSR, que constituyen un grupo con amplia distribucin en la naturaleza. El producto final de la reduccin del sulfato es el sulfuro, el cual reacciona qumicamente con la carga protnica fuera de la membrana para formar H2S, un importante producto natural que participa en muchos procesos biogeoqumicos. Las BSR tienen la capacidad de utilizar sulfato como aceptor de electrones, para procesos que generan energa, lo que implica una reduccin de sulfato a gran escala. En la reduccin asimilatoria, el sulfuro formado se convierte inmediatamente en azufre orgnico bajo la forma de aminocidos, pero en la desasimilatoria el azufre se excreta como H2S (14).

La reduccin de sulfato (SO4-2) a sulfuro de hidrgeno, implica una reduccin de ocho electrones, en un medio rico en lactato, y puede expresarse as (14):

2CH3-CHOH-COOH

2CH3-CO-COOH

2CH3-CO-CoA

2CH3-CO-Co

2CH3-COOH

2X(ox)2X(red)

4H+

2CoA2Fd(ox)2Fd(red)

2Pi

2CoA

4H+

8e-

P

4e-

4e-6e-

2e-

S-2

SO3-2 + 6H+

2ADP

2ATP

1 ATP

1 ATP

AMPAPS + 2H+

SO4-2

PPi 2PjH2O

SLP

+ 2H2O+3ATP

2CO2

2CH3-CHOH-COOH

2CH3-CO-COOH

2CH3-CO-CoA

2CH3-CO-Co

2CH3-COOH

2X(ox)2X(red)

4H+

2CoA2Fd(ox)2Fd(red)

2Pi

2CoA

4H+

8e-

P

4e-

4e-6e-

2e-

S-2

SO3-2 + 6H+

2ADP

2ATP

1 ATP

1 ATP

AMPAPS + 2H+

SO4-2

PPi 2PjH2OPPi 2PjH2O

SLP

+ 2H2O+3ATP

2CO2

24

2CH3-CHOH-COOH + 2H2O 2CH3-COOH + 2CO2 + 8H (1) SO4-2 + 8H H2S + 2H2O + 2OH- (2)

Siendo entonces las BSR capaces de generar el hidrgeno necesario para la ocurrencia de ste proceso. Al mismo tiempo ocurre una alcalinizacin del medio que aumenta el grado de disociacin del H2S producido (14).

En ambientes acuticos, los microorganismos pueden encontrarse suspendidos libremente en el cuerpo de agua (existencia planctnica) o adheridos a un sustrato o superficie inmvil (existencia ssil), siendo las condiciones ambientales las que determinan el estado de existencia de estos microorganismos. Sobre la superficie metlica, especficamente en la interfase slido - lquido ocurre una modificacin de la energa libre por la adsorcin espontnea de pelculas macromoleculares que adecuan la superficie a una colonizacin microbiana posterior, ocurriendo el transporte de estas macromolculas y materiales orgnicos desde el volumen del fluido hacia la superficie metlica. Luego ocurre la colonizacin de la superficie, interviniendo fuerzas de corto alcance (hidrofbicas y de Van Der Waals) capaces de retener los microorganismos en la superficie metlica (16).

Las Bacterias Sulfato Reductoras pueden ser consideradas como un grupo fisiolgico unificado, morfolgicamente diverso y estrictamente anaerobio. Las BSR se sustentan de nutrientes orgnicos y generalmente requieren una completa ausencia de oxgeno en un ambiente extremadamente reducido para sobrevivir. Sin embargo, ellas circulan bajo un consorcio planctnico en aguas aireadas, hasta que encuentran un ambiente ideal que soporte su metabolismo y su reproduccin.

Las BSR se encuentran en suelos hmedos con valores de pH cercanos a la neutralidad, en agua de mar y especialmente en ambientes polutos, como los encontrados normalmente en los alrededores de las zonas industriales. Este tipo de bacterias utiliza el sulfato (SO4-2) como un aceptor terminal de electrones en condiciones anaerobias, utilizando cidos grasos, alcoholes e hidrgeno (H2) como donador de electrones, ocurriendo entonces el proceso metablico desasimilatorio de

25

reduccin de SO4-2, siendo el producto final el H2S excretado al ambiente (3). Si hay hierro soluble disponible (Fe++), el H2S producido se combina para formar sulfuro de hierro (negro). Varios tipos de BSR tambin contienen la enzima hidrogenasa la cual les permite consumir hidrgeno. El tipo de BSR ms comn crece mejor a temperaturas entre 25 y 35 C; segn valores reportados, algunas de las BSR son termoflicas y son capaces de funcionar eficientemente a temperaturas mayores a 60 C (17).

Los ensayos para determinar la presencia de BSR envuelven tradicionalmente el crecimiento bacteriano en un medio de cultivo especfico en el laboratorio que no es igual al ambiente natural en el cual stas son encontradas. En este medio de laboratorio slo crecern algunos tipos de BSR, e inclusive algunas requieren un largo tiempo de adaptacin antes de que el microorganismo se habite a las condiciones nuevas de crecimiento. Su mera presencia no significa que estn causando corrosin. Usualmente el sntoma clave que indica su envolvimiento en el proceso de corrosin de aleaciones de hierro son picaduras localizadas llenas de productos de sulfuro negros (18).

Actualmente, se reconocen 18 gneros de bacterias que llevan a cabo la reduccin desasimilatoria de sulfato y pueden subdividirse en dos grandes subgrupos. Los gneros del subgrupo I, no oxidantes de acetato, como Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfobulbus, Desulfobotulus, Desulfomicrobium, Desulfomonile, Desulfobacula, Archaeoglobus, y Thermodesulfobacterium, utilizan lactato, piruvato, etanol, o ciertos cidos grasos como fuentes de carbono y energa, reduciendo el sulfato a sulfuro de hidrgeno. Los gneros del subgrupo II, oxidantes de acetato, como Desulfobacter, Desulfococus, Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium, Desulfoarculus, Desulfacinum, Desulforhabdus, y Thermodesulforhabdus, estn especializados en la oxidacin de los cidos grasos, particularmente acetato, como fuente de energa y electrones para la reduccin del sulfato a sulfuro (19).

El gnero mejor estudiado ha sido Desulfovibrio (asociado a MIC), encontrado comnmente en estuarios naturales o ambientes terrestres que presentan condiciones adecuadas para su desarrollo, como lo es la anaerobiosis y la presencia de niveles satisfactorios de sulfatos (20).

26

Algunas de las caractersticas del gnero Desulfovibrio son las siguientes (21):

Gramnegativas. Su morfologa est influenciada por la edad del cultivo y el ambiente donde se

encuentre (3). Los cultivos frescos en medios anaerbicos ricos en sulfato tienen una morfologa de bastoncillos ligeramente curvos de 0,5 a 1,5 m de espesor y de 3 a 5 m de longitud, que pueden encontrarse aislados o en pequeas cadenas.

Mviles gracias a un flagelo polar. No forman esporas. Presentan un amplio rango de temperaturas (0 44 C) donde se puede

desarrollar, encontrndose su temperatura ptima de crecimiento entre los 25 y 37 C, y un pH ptimo de 7,5.

2. Corrosin Inducida Microbiolgicamente (MIC).

La Corrosin Inducida Microbiolgicamente (MIC) puede definirse como todo aquel fenmeno de destruccin de un material en el cual los microorganismos, ya sea que acten directamente o por medio de sustancias provenientes de su metabolismo, desempean un papel muy importante al acelerar un proceso corrosivo ya establecido o al crear las condiciones favorables para que ste se produzca (22). En todos los casos se encuentra una zona andica donde se produce la disolucin del metal, mientras ocurre simultneamente la reduccin de algn componente del medio a travs de la correspondiente reaccin catdica. Los microorganismos participan en este proceso de forma activa sin modificar la naturaleza electroqumica del fenmeno (20).

La participacin microbiolgica en los procesos de corrosin presenta varios efectos, entre los cuales se destacan los siguientes (20):

Como consecuencia de la alta velocidad de crecimiento, los microorganismos forman masas de clulas microbianas, sustancias polimricas extracelulares, y productos metablicos que cambian drsticamente la superficie limpia original

27

del metal en una nueva superficie biolgica sucia.

Muchos de los productos o actividades microbianas producto de la respiracin presentan mayores alteraciones en la qumica local de la interfase metal/solucin.

Una modificacin drstica puede ocurrir en el comportamiento propio del metal por la interaccin entre microorganismos y la superficie, afectando ambos procesos andicos y catdicos en la interfase.

La investigacin de un proceso de MIC encierra el estudio de la adhesin de los microorganismos al sustrato metlico, el metabolismo de las colonias en la superficie del metal y las interacciones bacteria - metal (23).

La accin de los microorganismos se hace presente en cualquier lugar donde existan las condiciones adecuadas y el alimento necesario para obtener energa y reproducirse. La presencia de iones como Fe+2, Mn+2, SO4=, o derivados azufrados en medios acuosos, independientemente de que el agua sea dulce o salada, favorece la reproduccin de microorganismos como las bacterias, ya que son iones que ellas utilizan para conseguir la energa necesaria para su crecimiento (24).

Algunas de las condiciones que dan lugar a la corrosin inducida microbiolgicamente son (24):

Aparicin de celdas de aireacin diferencial por efecto de un desigual consumo de oxgeno en zonas localizadas, lo cual propicia las condiciones necesarias para que los microorganismos proliferen.

Produccin de sustancias corrosivas generadas por el crecimiento o metabolismo de los microorganismos, transformando un medio originalmente inerte en agresivo.

Consumo, por accin microbiana, de sustancias inhibidoras de corrosin facilitando de esa forma la accin de iones agresivos presentes en el medio o

28

producidos por el metabolismo bacteriano. Alteracin microbiana de pelculas protectoras, productos de corrosin o

revestimientos, formados natural o artificialmente, respectivamente. Despolarizacin de los procesos catdicos y/o andicos, provocando un aumento

de la velocidad de corrosin.

Diversos trabajos de investigacin (25) han logrado establecer que los procesos de MIC ocurren principalmente en medios que poseen alta concentracin de sulfatos y un valor de pH comprendido entre 5,5 y 8,5, acentundose ms cuando el valor del pH se acerca a la neutralidad.

Los procesos de MIC son reconocidos en la actualidad como la mayor fuente de problemas, fallas estructurales y prdidas econmicas en una gran variedad de industrias y sistemas de distribucin de agua y combustibles. Se estima que entre el 20 y 30% de los casos de corrosin son causados por microorganismos y las prdidas econmicas han sido calculadas en 20 billones de dlares/ao slo en EEUU (26). Estimaron que los costos atribuidos a MIC en produccin, transporte y almacenamiento de crudo debe estar alrededor de algunos cientos de millones de dlares al ao (debido solamente a las BSR), sin incluir los costos por prdida de crudo y remediacin ambiental.

La corrosin anaerbica del hierro y de los aceros por BSR, son los casos de corrosin inducida microbiolgicamente ms estudiados en la literatura. A pesar de ello, an no se cuenta con una interpretacin adecuada del proceso, especialmente en su etapa inicial, esto es, en la ruptura de la pasividad del metal por la accin bacteriana (15).

En el 2003 el Centro de Estudios de Corrosin de la Universidad del Zulia propuso un mecanismo para explicar el problema de MIC en presencia de iones ferrosos, utilizando la cepa bacteriana D. desulfuricans, hierro puro y diferentes tcnicas Electroqumicas y Espectrogrficas, tal y como a continuacin textualmente se cita (15)

29

Primera Etapa: 3 a 9 horas

Durante las primeras horas de exposicin ocurre la disminucin de los potenciales a circuito abierto, indicando una activacin del metal por la adsorcin de la mackinawita (FeS) proveniente del medio y su transformacin a pirita y esmitita mediante un proceso de sulfidacin. La morfologa de ataque se presenta principalmente como picaduras muy pequeas y generalizadas sobre la superficie expuesta producto de un proceso de corrosin galvnica entre el hierro y los compuestos de sulfuro de hierro. La velocidad de corrosin aumenta a medida que avanza la formacin de la biopelcula y de los compuestos de sulfuro de hierro. Las reacciones qumicas y electroqumicas ocurrentes durante esta etapa son las siguientes:

H2S HS- + H+ (pH 7,5) (3) Fe++ + HS- FeS + H+ (reaccin qumica en el medio) (4) Fe Fe++ + 2e- (Por accin galvnica principalmente) (5)

Fe + HS- FeS + H+ + 2e- (Ataque bacteriano) (6) FeS + HS- FeS2 + H+ + 2e- (7)

3FeS + HS- Fe3S4 + H+ + 2e- (8) 2H+ +2e- H2 (9)

Segunda Etapa: 9 a 15 horas

El potencial comienza a adoptar valores ms positivos, mostrando un ligero ennoblecimiento del sistema pero sin llegar a protegerlo totalmente, producto de la formacin de una pelcula cada vez ms estable, compacta y uniforme de productos de corrosin conformada principalmente por mackinawita, pirita, marcasita y grieguita. La velocidad de corrosin del sistema disminuye, y en esta etapa el principal mecanismo de ataque es por va bacteriana a travs de la accin de las bacterias ssiles atrapadas en el interior de la pelcula.

30

FeS2 (Cbico) FeS2 (Ortorrmbico) (10) Fe3S4 (Rombodrico) Fe3S4 (Cbico) (11) Fe + HS- FeS + H+ + 2e- (Ataque bacteriano) (12) 2H+ +2e- H2 (No hay permeacin) (13)

Tercera Etapa: ms de 15 horas

Se registra un ligero descenso en los potenciales debido a una disminucin del pH por un repunte en la actividad bacteriana ssil, lo que hace que la pelcula de sulfuros de hierro se desestabilice por la transformacin de la pirita a mackinawita, compuesto menos protector. La velocidad de corrosin aumenta en el tiempo, debido a un ataque por accin galvnica, el cual muestra una morfologa de hoyuelos que pareciera seguir los defectos de la pelcula producto de su rompimiento. Las reacciones involucradas para esta etapa son las siguientes:

Fe + HS- FeS + H+ + 2e- (Ataque bacteriano) (14) H2S + e- HS- + H2 (No hay permeacin) (15) FeS2 + H+ +2e- FeS + HS- (a las 18 horas) (16)

7FeS + HS- Fe7S8 + H+ (17)

Romero (15) indica que el origen principal del severo proceso corrosivo es la aparicin de celdas galvnicas sobre la superficie del metal al ser la pelcula de FeS formada sobre la superficie metlica catdica con respecto al metal base. En la Figura 2 se muestra el mecanismo presentado por Romero (15) en la propuesta de su mecanismo de MIC por BSR.

3. Corrosin Sulfhdrica o por H2S.

El gas H2S disuelto en agua, normalmente en pequeas cantidades, puede crear un ambiente sumamente corrosivo. El ataque puede ser identificado por la formacin de una capa negra de sulfuro de hierro (FeySx) sobre la superficie metlica. Este tipo de corrosin depende de la disociacin de la molcula de sulfuro de hidrgeno en agua

31

libre, ya que en forma gaseosa la velocidad de corrosin es despreciable a bajas temperaturas. El hierro se oxida en el nodo mientras que en el ctodo suceden varias reacciones que pueden darse en funcin del potencial o de las condiciones, tal y como se indicar ms adelante cuando se discuta el mecanismo. En resultados obtenidos por Sardisco y colaboradores (27) se han estudiado los diferentes productos de corrosin formados sobre los aceros cuando hay presencia de H2S disuelto, como se puede observar en la Tabla 1.

Dependiendo de las condiciones del sistema, tales como la presin parcial de H2S y el pH, se forman diferentes pelculas de sulfuro de hierro, las cuales son en mayor o menor grado compactas y por lo tanto, ms o menos protectoras. En resumen se encuentra que a valores de pH entre 6,5 y 8,8 principalmente se encuentra presente la fase Kansita (Fe9S8) que presenta pobres propiedades protectoras y a otros valores de pH se encuentran la Troilita y Pirita con mejores propiedades protectoras.

Tabla 1. Resultados obtenidos por Sardisco (27) y colaboradores en estudios mediante rayos X de los productos de corrosin formados sobre aceros al carbono en medio acuoso con H2S.

Concentracin de H2S ( mg/L) Fases Presentes 2 Fe7S8+ FeS

2-20 Fe7S8+ FeS+ Fe9S8(en pequea porcin) 20-60 Fe9S8 (fase predominante) + Fe7S8 (en pequea porcin)

La ruptura de la pelcula de sulfuros de hierro y la formacin incompleta y porosa de sta generan puntos desnudos en el metal. Estos puntos, que son andicos, sern atacados preferentemente obtenindose la corrosin localizada en forma de picaduras en la superficie metlica. Adems de la corrosin general y la corrosin por picaduras, se pueden presentar otros tipos de corrosin por H2S como la corrosin bajo tensin en presencia de sulfuro (SSCC) y el agrietamiento inducido por hidrgeno (HIC)

32

Figura 2. Mecanismo propuesto de MIC por BSR en la corrosin del hierro y el acero al carbono (15).

DES PRENDIM IENTO DE FORM ACI N DE

E TAPA I

PE LCULA O

(b)

Transfor macin de productos por sulfidac in

Mayor activacin del potencial hasta las 9 horas

P ermeac in hasta las 9 hor as

Corrosin

E stabi lizacin de produc tos / equilibr io qumico

Ennoblec im iento y cubrimiento del metal a las 15 horas

Disminucin de la corr iente de permeac in a nivel base

A condic ionam iento bac teriano con acidificacin local

Corrosin bacteriana debajo de la pel cula

FeS2

(C) FeS2

(O)

Fe3

S4

(R) Fe3S4 (C)

Fe + HS - FeS + H + 2e- (Microbiana)

2H+ + 2e - H2

ETAPA I I

H2S HS- + H+

Fe++ + HS - FeS ++ H+

(a) FeS + HS - FeS 2 + H+ + 2e

PE LCULA O PRODUCTOSCELDA GALVNICA

Transporte/ adsorcin de BSR y FeS

FeS 2 + H+ + 2e - FeS + HS -

Fe Fe++ + 2e - (Galvnica)

Fe + HS-

FeS + H+ + 2e - (Mic robiana)

H2S + e - 1/2 H 2

7FeS + HS - Fe 7S 8 + H+ + 2e - E TAPA III

Fuer te acidi ficacin de la interfase

Reducc in de la P ir ita a Mack inawi ta

Desprendim iento local de la Mackinawita

Corrosin localizada severa galvnica y bac teriana

S in permeacin por efec to del exopi lmero

-

3FeS + HS - Fe 3S 4 + H+ + 2e -

2H + + 2e - H 2

Fe Fe++ + 2e - (Galvnica)

Fe + HS-

FeS + H+ + 2e - (Mic robiana)

(c)(d)

IN IC IO DE FORMACINDE P ELCULA DE

SULFURO POR

ADSORCIN YCORROSIO N

Crecimiento exponencial de las bac terias

ENNOBLECIM IENTO

Medio

107

0 h 3 h 6 h 9 h 12 h 15 h 18 h 21 h 24 h

10 610 510510 510510 5104 UFC/cm 2 107

0 h 3 h 6 h 9 h 12 h 15 h 18 h 21 h 24 h

10 610 510510 510510 5104 UFC/cm 2

33

El sulfuro de hidrgeno sufre una disociacin en dos etapas en el ctodo, la reaccin supuesta correspondiente a la corrosin sulfhdrica, con la respectiva formacin de sulfuros es la siguiente (28).

22 xHSFeSXHyFe xy ++ (18)

Las reacciones de equilibrio propuestas son las siguientes:

nodo:

+ + eFeFe 22 (19)

Ctodo (ocurre en el medio y en la interfaz electroqumica):

OHHSHOHSH 222 ++++

(20)

OHSHOHHS 22 +++=+

(21) 222 HeH +

+ (22)

Reaccin neta: 22 HFeSSHFe ++ (23)

El sistema metal/agua/H2S es muy complejo, ya que en condiciones de equilibrio muchas reacciones pueden ocurrir con la formacin de una amplia variedad de compuestos.

Cuando se estudia un proceso corrosivo que involucre el sulfuro de hidrgeno, se debe recordar la forma en que ste estar presente (H2S, HS-, o S-2) dependiendo de la acidez del medio, tal y como se observa en la Tabla 2.

Tabla 2. Disociacin del H2S vs. pH. pH 4 5 6 7 7,5 8 8,5 9 10

% H2S 99,99 98,1 91,8 52,9 26,0 10,1 3,4 1,1 0,1 %HS- 0,1 1,1 8,2 47,1 74,0 89,9 96,6 98,68 99,9 %S= - - - - - - - 0,01 0,1

34

En esta Tabla se puede observar que el H2S es la especie predominante en soluciones de muy bajo pH (hasta 6). Con el subsecuente aumento del pH, la concentracin de HS- incrementa rpidamente mientras que la concentracin de H2S decrece. La especie S= solo puede ser encontrada en soluciones altamente alcalinas. Este equilibrio puede ser observado en la Figura 3.

Figura 3. Variacin porcentual de la concentracin de las especies H2S, SH-, S= con respecto al valor de pH de la solucin a 25 C.

Considerando que en la mayora de los ambientes corrosivos en los cuales el H2S est presente son ligeramente cidos, se cree que el H2S permanecer en su forma molecular en estos ambientes, caso contrario en los medios con BSR donde el pH podra aumentar. Con base en este hecho, se han sugerido varios mecanismos de acuerdo a la accin en la corrosin del hierro en presencia de H2S, basados en la accin del in sulfuro (S=) e hidrosulfuro (HS-) que pueden ser disputados, debido a que es imposible explicar o encontrar el origen de estos iones. Desde otro punto de vista, Iofa (29) propone que la ionizacin del H2S en la interfase metal/solucin es diferente de la que ocurre en el volumen de la solucin. De tal manera, la aparicin de los iones, por lo menos HS-, en la interfase metal/solucin es posible.

Por el hecho de que el sulfuro de hierro (FeS) es el producto final de la corrosin del hierro en presencia de H2S se tiende a creer que el mecanismo de este proceso es

HS= S=H2S

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

100

80

60

40

20

(%)

pH

HS= S=

35

simple (reaccin 23).

De acuerdo con Iofa (29), el mecanismo mediante el cual el H2S intensifica la corrosin del hierro depende de la formacin del complejo adsorbido (FeHS-)ads. El mecanismo no se encuentra relacionado con la formacin de FeS- en la superficie del metal, as como tampoco con la reduccin directa del H2S. Este autor propone que el mecanismo ms probable para la aceleracin de la reaccin catdica en presencia de H2S es:

adsHSFeHSFe )( + (24)

OHadsHSHFeOHadsHSFe 23 )()( ++ + (25)

HadsadsHSFeeadsHSHFe ++ )()( (26)

La propuesta es que el in hidrosulfuro adsorbido sobre la superficie del metal forma dipolos. La parte negativa del dipolo se orienta hacia la solucin, entonces los protones de la solucin pueden adherirse al Fe(H-S-H)ads. Durante la polarizacin catdica los protones son reducidos a tomos de hidrgeno adsorbidos, los cuales con su subsecuente recombinacin, pasarn a formar molculas de hidrgeno.

Considerando la disolucin andica del hierro, Iofa aunque sin ninguna fuerte evidencia, contrariamente a la reaccin catdica, propone un mecanismo que envuelve la formacin de Fe(HS-)ads:

+ +++ OHadsHSFeOHSHFe 322 )( (27)

+ + eadsHSFeadsHSFe 2)()( (28)

OHSHFeOHadsHSFe 2223)( +++ +++ (29)

Se ha observado que el mecanismo propuesto por Iofa puede explicar adicionalmente el hecho de que pequeas cantidades de H2S en la solucin pueden incrementar dramticamente la velocidad de corrosin del hierro.

36

4. Problemas de Corrosin Inducida Microbiolgicamente en la Industria Petrolera.

En el mbito de la industria petrolera, por regla general la produccin de hidrocarburos se disminuye cuando se agota la energa propia del yacimiento, hasta ser econmicamente incosteable y poco atractivo. Debido a ello, es necesario inyectar al yacimiento fluidos como agua, gas natural, nitrgeno, entre otros; a fin de proporcionarle energa adicional aumentando la produccin y la recuperacin final de hidrocarburos. A esta forma de explotar los yacimientos proporcionndoles energa despus de agotarse la propia, se le llama recuperacin secundaria (30).

En la industria petrolera venezolana, el mtodo de recuperacin secundaria ms comnmente utilizado es la inyeccin de agua (Figura 4) proveniente de la separacin de la emulsin petrleo-agua al momento de la extraccin del crudo. Esta agua se denomina agua de formacin, la cual suele presentar microorganismos de distintas especies como: Bacterias Sulfato Reductoras, bacterias del hierro, bacterias del limo, algas, hongos, entre otros, generando los fenmenos de corrosin y bioensuciamiento. Diariamente se extraen alrededor de 700 mil barriles de agua de formacin, la cual mezclada en el caso especfico de la regin occidental de nuestro pas con agua proveniente del Lago de Maracaibo, suma un total de 2 millones de barriles diarios de agua inyectada (30).

Tambin se han encontrado problemas debido a MIC en refineras, sistemas de agua de enfriamiento, tuberas de petrleo y en la industria de la pulpa y papel (31).

En sistemas industriales, los materiales biodegradables como algunos hidrocarburos encontrados en el petrleo y en operaciones de gas o componentes susceptibles de los materiales de revestimiento (32) (33), pueden proveer una fuente de nutrientes para el crecimiento microbiolgico.

En cuanto a los problemas asociados con la formacin de biopelculas se encuentra el biofouling (bioensuciamiento), que es la contaminacin producida por actividad microbiana sobre diferentes superficies, que genera corrosin de equipos,

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cascos de barcos, tuberas y de campos petroleros. La corrosin de los metales por biopelculas es ocasionada por la actividad metablica de consorcios bacterianos formados en muchos casos por Bacterias Sulfato Reductoras y por las caractersticas propias de la superficie del material que permite el crecimiento de ellas (34). Asimismo, en la extraccin y almacenamiento del petrleo, las biopelculas compuestas por BSR producen grandes cantidades de cido sulfhdrico y hace que el crudo sea un producto de menor rendimiento.

Figura 4. Esquema de la Recuperacin Secundaria del crudo mediante inyeccin de agua.

La estructura de la biopelcula y la organizacin microbiana estn conectadas a las funciones y a la supervivencia de los microorganismos que lo forman. Hay muchas condiciones que contribuyen a formar esta organizacin de la biopelcula. Estas se pueden dividir en factores fsicos (velocidad de flujo, fuerza hidrodinmica y viscosidad), factores qumicos (disponibilidad de los nutrientes y composicin de los exopolisacridos) y factores biolgicos (competicin y depredacin) (35). La combinacin de las especies y los factores fsicos, qumicos y biolgicos influyen en la estructura de esta capa, de tal manera que es casi imposible establecer un modelo estndar. En la prctica, los diferentes modelos dependen de las diversas condiciones de crecimiento, basadas en un consenso de variables.

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El paso inicial de la corrosin inducida microbiolgicamente es la colonizacin bacteriana de la superficie metlica por interaccin de dicha superficie con las protenas de adhesin celular (adhesinas), para la formacin de una estructura denominada biocapa que proporciona el micro-ambiente favorable para el desarrollo de BSR. El paso siguiente es la oxidacin del metal y disolucin del mismo (reaccin andica), en tanto que en el ctodo se da la reduccin de sulfatos en ambiente corrosivo (reaccin catdica) y los iones del metal precipitan como productos insolubles (productos de corrosin). Es determinante la actividad de la hidrogenasa bacteriana, que cataliza la reaccin reversible de hidrgeno por la polarizacin del ctodo (36).

5. Biopelcula.

La biopelcula es un consorcio de organismos ssiles envueltos en un exopolmero (1). El crecimiento de la biopelcula es considerado como el resultado de un proceso complejo que involucra el transporte y adsorcin de molculas orgnicas e inorgnicas y clulas microbianas sobre la superficie y el ataque inicial del metal, siguiendo un proceso de adhesin microbiana irreversible. Este ltimo proceso se ve facilitado por la produccin de una Sustancia Extracelular Polimrica (EPS) (37) o exopolmero que es procesado por los mismos microorganismos y forma una matriz adherente en donde estos quedan atrapados y comienzan a organizarse en colonias (4).

La biopelcula se puede considerar como una matriz gelatinosa de naturaleza polisacrida con un elevado contenido de agua (aproximadamente 95% de la masa), clulas microbianas y dentritos orgnicos variados (38). Esta acumulacin no tiene que ser necesariamente uniforme ni en tiempo ni en espacio (39). Se menciona que el EPS consiste de lpidos, polisacridos, protenas y cidos nucleicos (37). El contenido de estas macromolculas en el EPS, depende de la especie bacteriana y las condiciones de crecimiento (40) (41).

El proceso de biocorrosin se inicia con la formacin de una biopelcula, la cual se presenta con un color pardo amarillento y con contornos claros y lisos. No es completamente uniforme y contiene un lquido de color negruzco con un fuerte olor a

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sulfuro de hidrgeno cuando las BSR se encuentran presentes.

La biopelcula cumple con una serie de funciones de vital importancia para los microorganismos que habitan en ella. En muchas formas la biopelcula representa una estrategia de supervivencia, pues proporciona una proteccin contra las defensas y mecanismos de erradicacin microbiana y cuenta con un sistema de canales que le permite establecer un vnculo con el medio externo para hacer intercambio de nutrientes y eliminar metabolitos de desecho.

Otra caracterstica de las biopelculas es su resistencia a los agentes antimicrobianos. Mientras que los microorganismos aislados son susceptibles a estos factores de control, las colonias organizadas e incluidas en el exopolmero forman una capa impermeable en donde slo los microorganismos ms superficiales se ven afectados.

Durante los diferentes estados del crecimiento de la biopelcula, la pelcula biognica de productos de corrosin puede ofrecer cierta proteccin al metal por el mejoramiento de la adherencia de la pelcula de sulfuro, pero tambin puede acelerar la corrosin por la presencia de heterogeneidades en la superficie del metal (33). La Figura 5 muestra una fotomicrografa de una lmina de hierro con biopelcula formada al ser expuesta a la accin de BSR.

Figura 5. Fotomicrografa de la formacin de biopelcula.

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El exopolmero ha sido caracterizado como una cadena larga de polisacridos formada por una enzima bacteriana llamada polimerasa. En la Tabla 3 se presenta la composicin general del EPS.

Tabla 3. Composicin general del EPS bacteriano (42).

EPS Componente principal Principal tipo

de unin

Estructura de la

cadena polimrica

Sustituyentes (Ejemplos)

Polisacridos Monosacridos cidos urnicos Amino azcares

Enlaces glicosdicos

Lineal Ramificada

Orgnicos: O-acetil, N-acetil, succinil, piruvil Inorgnicos: Sulfato, fosfato

Protenas (Polipptidos) Aminocidos

Enlaces pptidos Lineal

Oligosacridos (glicoprotenas), cidos grasos (lipoprotenas)

cidos Nuclicos Nucletidos

Enlaces fosfodisteres Lineal ---

(Fosfo)lpidos cidos grasos Glicerol Fosfato Etanol amina Azcares

Enlaces ster Cadenas laterales ---

Sustancias hmicas

Compuestos fenlicos Azcares simples Aminocidos

Enlaces ter Enlaces C-C Enlaces pptidos

Uniones cruzadas ---

Nota: Las sustancias hmicas estn incluidas en la Tabla ya que, algunas veces, son consideradas como parte de la matriz.

5.1. Desarrollo de la biopelcula.

Existen cinco fases fundamentales en la formacin de una biopelcula (39):

1. Fase de transporte a la superficie: Durante los primeros momentos de su formacin una serie de pequeas molculas, inicialmente agua y sales disueltas, son adsorbidas por la superficie donde se desarrollar la biopelcula, de modo que sta se ver cubierta por una monocapa de molculas orgnicas y protenas, propias del medio donde se encuentra inmersa. Esta mezcla de agua, iones, sales y protenas es lo que se denomina el sustrato condicionante en la formacin de la biopelcula, y est presente previo a la llegada de los primeros microorganismos.

2. Fase de adhesin inicial: El segundo paso se caracteriza por una adsorcin

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reversible de los microorganismos sobre el sustrato condicionante. Los microorganismos planctnicos llegan a la superficie por movimientos Brownianos, gravedad, difusin, movilidad de los propios microorganismos, etc. En algunas ocasiones los microorganismos llegan en forma de agregados a la superficie que van a colonizar (procedentes de fragmentos desprendidos de otras biopelculas maduras), siendo la fuerza de unin inicial a la superficie dependiente de la naturaleza del sustrato condicionante.

3. Fase de consolidacin de la adhesin: El tercer paso se inicia con la irreversibilidad de la unin entre el microorganismo y el sustrato, debido a la presencia de sustancias polimricas extracelulares (Extracellular Polymeric Substances, EPS) que van a ir formando una matriz, donde quedarn anclados los microorganismos que se unirn al sustrato condicionante dando al conjunto mayor cohesin y fuerza de unin.

4. Fase de colonizacin: Se produce un incremento del nmero de microorganismos que van a ir reproducindose dentro de la matriz exopolimrica. En esta fase, y una vez formada la biopelcula, los microorganismos ssiles que la constituyen cambian su expresin gnica, de manera que se expresan genes que no lo hacan cuando estaban en estado planctnico.

5. Fase de desorcin: Una vez que la biopelcula est desarrollada, se producen fenmenos de desorcin que darn lugar al desprendimiento de porciones de la biopelcula o microorganismos que pasan al fluido y son transportados a otras zonas.

La estructura de la biopelcula depende de cmo transcurren las primeras etapas en su formacin; adems, puede verse afectada por diferentes factores como los compuestos del fluido donde est inmersa, la presencia de un ambiente hidrodinmico o no, la naturaleza de la superficie, su rugosidad o la disponibilidad de nutrientes entre otros, dando lugar a la formacin de biopelculas con estructuras diferentes (biopelculas continuas, en parche, con canales, etc.) (4) (Figura 6). La Tabla 4 muestra un resumen de los factores que influyen en la formacin de biopelculas.

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Figura 6. Formacin de una biopelcula bacteriana (4).

Tabla 4. Resumen de los factores que influyen en la formacin de biopelculas a diferentes tiempos (43).

Factores Descripcin

Genotpicos

Genotipo especfico del organismo, expresiones de codificacin de genes a propiedades superficiales, expresiones de sistemas de sealizacin, formacin de EPS, dinmicas de crecimiento de los organismos (velocidades de crecimiento especficas, periodos de adaptacin, afinidad por substratos, coeficientes de desarrollo, etc.), Expresiones de factores genticos no relacionados directamente con la formacin de biopelculas (movilidad y quimiotaxis, etc.).

Fisicoqumicos Fase de la interfase (combinacin de slido, lquido y gaseoso), composicin del sustrato y rugosidad, concentracin de sustratos y sus gradientes, temperatura, pH, presin, demanda y disponibilidad de oxgeno, efectos de radiacin.

Procesos Estocsticos

Colonizacin inicial (adhesin y desprendimiento), cambios aleatorios en factores biticos y abiticos.

Fenmenos Determinsticos

Interacciones especficas entre microorganismos (competencia, comensalismo, cooperacin y depredacin).

Mecnicos Esfuerzos cortantes debido a condiciones de flujo laminar y turbulento, abrasin, restricciones logsticas.

Importacin y Exportacin

Adicin o remocin de componentes biticos o abiticos a los sistemas de biopelculas (Por ejemplo: entrada de arena, minerales de arcilla o restos orgnicos dentro de la estructura de la biopelcula, liberacin de biomasa, etc.).

Cambios Temporales

Cambios peridicos diarios o anuales en ambientes biticos y abiticos (Por ejemplo: Luz, temperatura, pH, presin de oxgeno). Cambios irregulares debidos a eventos inesperados.

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5.2. Sustancia extracelular polimrica.

No es ms que una sustancia que segregan las bacterias y que forma parte de la biopelcula. Est compuesta por sustancias como protenas, cidos nucleicos, polisacridos entre otras sustancias. La composicin de la EPS puede variar segn el tipo de bacteria cambiando as sus propiedades fsico qumicas (44).

Las funciones ms importantes de la EPS son: Adhesin a superficies, agregacin de clulas bacterianas, comunicacin clula-clula, elemento estructural de la biopelcula, barrera protectora, retencin de agua, adsorcin de compuestos orgnicos exgenos, porcin de iones orgnicos, actividad enzimtica, interaccin de polisacridos con enzimas y absorcin de nutrientes (44).

Entre los beneficios que se le atribuyen al EPS se pueden nombrar (44):

1. Constituye una parte integral de la estructura organizacional de la biopelcula. Fisiolgicamente este tipo de estructura es descrito como estratgico. As mismo, provee la oportunidad de cooperacin entre bacterias formando grupos dentro de estos sistemas organizados.

2. Adsorbe compuestos orgnicos disueltos del seno del fluido, de modo que proveen un mecanismo por el cual la comunidad microbiana puede concentrar nutrientes esenciales y componentes de crecimiento. Sin embargo, el mecanismo involucrado en la porcin de molculas, as como la distribucin y qumica natural de la EPS no son conocidos.

3. Previene el acceso fsico de algunos agentes antimicrobianos al interior de la biopelcula, actuando como una membrana de intercambio inico; as restringe la difusin de compuestos de los alrededores hacia las clulas. Esta caracterstica depende de la naturaleza de ambos y la matriz EPS.

4. Provee de proteccin a una variedad de cambios repentinos en el medio ambiente que pudiese amenazar la sobrevivencia de las clulas bacterianas, tales

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como radiacin U.V., cambios de pH, choque osmtico y deshidratacin.

El estudio a nivel de laboratorio de diversos microorganismos de forma individual en forma de cultivos puros y usando medios de cultivo artificiales, ha demostrado que bajo estas condiciones ideales de cultivo, las bacterias no generan la cantidad de EPS que pudieran producir bajo condiciones naturales. Se cree que esta situacin se debe a que bajo estas condiciones artificiales los microorganismos no tienen necesidad de competir como sucede en ambientales naturales, en los cuales hay presente una gran variedad de especies y en los que la generacin de EPS sera esencial para la supervivencia de las poblaciones bacterianas (42).

6. Crecimiento Bacteriano.

En trminos microbiolgicos, la palabra crecimiento se define como el incremento del nmero de clulas. El crecimiento es parte esencial de la funcin microbiana, ya que una clula individual tiene un perodo de vida limitado y la especie se mantiene solamente como resultado del crecimiento continuo de la poblacin celular.

Las clulas bacterianas inoculadas dentro de un medio fresco, selectivamente toman nutrientes del medio donde se desarrollen. Los nutrientes que entran en las clulas del medio son convertidos en nuevas sustancias celulares (ARN, ADN, protenas, enzimas y otras macromolculas). La masa celular y el tamao de la clula se incrementan ya que se duplican todos sus componentes qumicos; siendo sta una mquina que es capaz de duplicarse a s misma. Posteriormente, se da origen a dos nuevas clulas producto del proceso de fisin binaria (45).

El crecimiento de las BSR en medios de cultivo, se evala con el ennegrecimiento del medio luego de la incubacin. Un color gris, o negro restringido en precipitados es probablemente producto del H2S liberado desde compuestos sulfurados orgnicos en el inculo.

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6.1. Medicin del crecimiento bacteriano.

El crecimiento de una poblacin microbiana se mide siguiendo los cambios en el nmero de clulas o por el cambio de la biomasa celular con el tiempo. La prctica estndar para la evaluacin del crecimiento ssil y planctnico de BSR en procesos de corrosin depende en gran medida de la deteccin y cuantificacin de las bacterias, para ello se han desarrollado diferentes tcnicas que utilizan en su mayora cultivos enriquecidos con nutrientes especficos para las BSR que permiten su supervivencia in situ y facilitan su cuantificacin en el laboratorio (34). Existen actualmente diversos mtodos para contar el nmero de clulas o para estimar la masa celular de una poblacin bacteriana en un medio dado, entre los cuales se pueden citar: el Contaje Total de Clulas, el Contaje de Viables mediante dilucin seriada y placas, APS Reductasa, Mtodo del Nmero Ms Probable, Hidrogenasa, Radiorespirometra y Microscopa de Anticuerpo Fluorescente.

6.1.1. Contaje por dilucin seriada.

Muchas veces es necesario diluir la muestra a contar para facilitar el contaje poblacional, y como rara vez se tiene un valor conocido aproximado de la cantidad de clulas presentes en un medio se debe hacer ms de una dilucin. Para esto se establece una relacin entre el inculo y el volumen del medio. Por ejemplo, se puede tomar mediante una jeringa estril una muestra de 1mL y diluirla en 9mL de medio lquido fresco selectivo para el microorganismo, obtenindose de esta forma una relacin de 1x101 cel/mL, a partir de esta primera dilucin se har una segunda, extrayendo un volumen de 1mL y diluyendo en un segundo volumen de 9mL para obtener una relacin de 1x102 cel/mL y as sucesivamente hasta alcanzar la dilucin seriada (Figura 7). Estos volmenes generalmente almacenados en tubos de ensayos, deben ser entonces evaluados en funcin de la coloracin. La visualizacin de la ausencia de desarrollo en la mayor dilucin variar de acuerdo con el medio empleado y con el microorganismo a ensayar (22).

En el caso de la presencia de BSR en la muestra, sta se manifiesta a travs de

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un ennegrecimiento del medio, debido a la produccin de sulfuro de hierro como consecuencia de la reaccin entre el hierro (Fe+2) contenido en el medio y el sulfuro de hidrgeno producido por la actividad metablica de este grupo de microorganismos. A nivel de laboratorio se optimizan las condiciones de anaerobiosis y composicin fisicoqumica del medio, logrando un crecimiento apreciable a simple vista en slo 24 horas de incubacin para niveles elevados de BSR (22).

La principal ventaja de este mtodo, es que permite lograr la dilucin final deseada, la cual puede ser utilizada para el recuento de clulas totales o viables de acuerdo al tipo de medicin a implementar posteriormente, pero slo permite obtener un factor de dilucin y no el nmero total de clulas en el medio de estudio, es decir, es un mtodo cualitativo (46).

Figura 7 Representacin de la tcnica dilucin seriada.

por 28 das a 37 C INCUBAR

1 ml

1 ml

103 104 105 106 107

102 Muestra

103 104 105 106 107

102 Muestra

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6.1.2. Contaje total de clulas mediante epifluorescencia (3).

El propsito es cuantificar el nmero de clulas bacterianas vivas y muertas presentes en el cultivo, mediante su visualizacin y enumeracin directa al microscopio. El Kit que se utiliza es el LIVE/DEAD Bac Light de Molecular Probe, el cual es el nico disponible en el mercado que permite realizar el conteo directo de las bacterias vivas y muertas existentes en un cultivo y adicionalmente ya ha sido aplicado con excelentes resultados en un amplio rango de bacterias ambientales y especficamente en Bacterias Sulfato Reductoras. Este Kit est compuesto por dos fluorocromos que tien el cido nucleico bacteriano, SITO 9 y Ioduro de propidio. El fluorocromo SITO 9 es una pequea molcula que puede penetrar tanto en las bacterias con las membranas intactas como en las que tienen sus membranas daadas, en contraste con el Ioduro de propidio que penetra solo en las clulas que poseen sus membranas daadas (no viables), proporcionando una fluorescencia de color rojo y causando la reduccin del colorante SITO 9 cuando ambos estn presentes (produccin de fluorescencia verde). Por lo tanto, se considera que solo las clulas que posean la fluorescencia verde estn vivas y el resto se consideran muertas. De esta forma, el recuento total de la poblacin bacteriana se obtendr de la suma del nmero de microorganismos vivos y muertos (verdes y rojos Figura 8).

Figura 8. Representacin de la tcnica de contaje total de clulas mediante epifluorescencia, las clulas muertas se ven rojas y las clulas vivas se observan de

color verde.

El mtodo de contaje directo por epifluorescencia ofrece ventajas como: tiene mayor sensibilidad y corto tiempo para la obtencin de resultados, permite ver y contar

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todas las clulas vivas y muertas presentes en la muestra y conlleva a menores errores. La nica desventaja es que este mtodo no diferencia clulas viables de clulas no viables.

7. Morfologa de ataque (20) (35).

La corrosin por picadura es la que est ms directamente relacionada con la corrosin inducida microbiolgicamente. La picadura comienza con la rotura local de la capa pasiva, creando una zona de material activo que se puede repasivar inmediatamente, o puede forma una clula electroqumica en la cual, el nodo es un rea pequea del metal activo, mientras que la gran rea de metal pasivo que la rodea, constituye el ctodo. La diferencia de potencial entre ambas zonas crea un flujo de corriente y comienza el proceso de corrosin. La resistencia a la corrosin del metal pasivado que rodea al nodo y la actividad de los productos de corrosin en la picadura, aumentan su tendencia a penetrar en el metal ms que a extenderse por la superficie.

En la Figura 9 se muestra un trozo de una tubera de pozo petrolero de un circuito de una recuperacin secundaria, en la cual se observa con aumentos crecientes el ataque, aprecindose numerosas zonas de ataques localizados con morfologa irregular en sus bordes, depsitos negruzcos en el fondo de algunas de las zonas disueltas, indicativos de un proceso de biocorrosin. En la entrada a los pozos inyectores, la cantidad de BSR es

tesis ennery leon - corrosion 2011

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