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La corrosión-erosión es la aceleración de la velocidad de deterioro de un metal a causa del movimiento relativo entre un fluido corrosivo con o sin sólidos en suspensión y la superficie metálica. En esta forma de ataque, la velocidad del fluido (líquido o gas con o sin partículas) es suficiente para remover capas protectoras e incluso material metálico. El ataque aumenta al aumentar la velocidad del fluido. En algunos casos es un fenómeno útil como en los procesos de sandblasting y corte por chorro de agua abrasivo a alta velocidad, pero en general es un problema de gran importancia en muchos sistemas de ingeniería como turbinas, tuberías y válvulas por las que pasa material particulado. Se han desarrollado varias alternativas para disminuir los efectos de este problema a través de cambios en el diseño de los componentes mecánicos, el control de los parámetros hidrodinámicos del flujo y la selección de materiales; sin embargo, sigue siendo uno de los problemas de desgaste que genera mayores costos de mantenimiento y reparación [52-55].

La mayoría de los metales y aleaciones son susceptibles al daño por corrosión-erosión, principalmente los que deben su resistencia a la corrosión a la formación de una película protectora de oxido sobre su superficie (pasividad), la cual puede removerse fácilmente por el efecto abrasivo del fluido como es el caso del aluminio, acero inoxidable, cobre, etc.

La velocidad del fluido es un factor importante en la determinación de la velocidad de remoción del material. La figura 6 muestra de forma general el efecto de la velocidad del fluido sobre la velocidad de corrosión de un material metálico. En la figura se puede observar como la velocidad de corrosión se incrementa apreciablemente a partir del punto de velocidad crítica o velocidad en la cual comienza la corrosión-erosión, debido al rompimiento por erosión de las capas protectoras sobre la superficie metálica y por lo tanto aumento de la corrosión

Velocidad de corrosión Velocidad Velocidad Critica Rompimiento de la capa protectora Libre de capa protectora Perdida de masa Velocidad de flujo Zona de difusión Velocidad Critica Zona de corrosión-erosión Posible formación de películas

electroquímica en las superficies desnudas. Obviamente la presencia de partículas sólidas o burbujas gaseosas en el líquido pueden acentuar el ataque [52].

Figura 6. Esquema de velocidad de corrosión en función de la velocidad. Cuando el fluido no lleva sólidos en suspensión y la reacción catódica de corrosión es la reducción de O2, la relación entre la perdida de masa por corrosión-erosión y la velocidad de desplazamiento del fluido se ajusta a curvas como la que se presenta en la figura 7.

Figura 7. Relación entre perdida de masa y velocidad de flujo cuado el fluido no transporta sólidos en suspensión.

En la primera etapa (zona de difusión), el fenómeno de corrosión aumenta con la velocidad de flujo a través de una relación habitualmente parabólica, como consecuencia de fenómenos de despolarización catódica al mejorar la llegada de oxigeno hasta regiones catódicas por generarse corriente de covección forzada y disminuir el espeso de la capa limite de difusión.

A partir de un cierto valor de velocidad de flujo el sistema pasa de estar bajo control catódico a control mixto, de manera que el nivel de polarización de la reacción anódica ya influye de forma determinante en la velocidad de corrosión y en consecuencia, aumentos en la velocidad de flujo no modifican apreciablemente los valores de perdida de material.

Si se trata de materiales pasivables puede darse la circunstancia de que, para bajas velocidades de flujo y por lo tanto, siendo pequeña la cantidad de O2 que accede a los cátodos en la unidad de tiempo, el potencial de corrosión de la aleación se sitúa por debajo del potencial de pasivación. Como se presento en la figura 7, a partir de cierto valor critico de la velocidad de flujo comienza el fenómeno de corrosión-erosión.

Si el fluido transporta sólidos en suspensión, situación bastante habitual en el transporte de agua sanitaria o crudo, por ejemplo, la curva para el caso concreto de los tramos horizontales de la conducción, toma el trazado de la figura 8.

Perdida de masa Velocidad de flujo Zona de difusión Velocidad Critica Zona de corrosión-erosión Posible formación de películas

Figura 8. Relación entre perdida de masa y velocidad de flujo cuado el fluido transporta sólidos en suspensión.

El cambio mas significativo respecto a la situación donde el fluido no transporta sólidos en suspensión, se produce en la zona de difusión. Al contrario de lo que ocurre cuando el fluido no lleva sólidos suspendidos, la perdida de masa disminuye al aumentar la velocidad de flujo. Esta circunstancia se debe a la aparición de fenómenos de aireación diferencial como consecuencia de la sedimentación de sólidos sobre la generatriz de apoyo en los tramos horizontales de conducción. La aparición y funcionamiento de macro-pilas de aireación diferencial entre la zona inferior pobre del oxigeno y por tanto, de comportamiento anódico y el resto de la tubería actuando catódicamente tiene una influencia mas significativa que el propio efecto de despolarización catódica descrito en el caso anterior, lo que justifica el aumento en la perdida de masa para velocidades de flujo muy pequeñas.

Es conveniente destacar que si el material de la tubería fuera pasivable, acero inoxidable por ejemplo, en la región debajo del deposito pobre en oxigeno, el potencial de corrosión podría situarse por debajo del de pasivación, lo que impide

fluido por encima de un cierto valor umbral de velocidad para evitar la sedimentación [53]. Este valor mínimo depende fundamentalmente de la densidad, dureza, forma y granulometría del solido [56].

En la zona correspondiente a la corrosión-erosión, la presencia de sólidos en suspensión aumenta la capacidad erosiva del fluido, lo que hace que la velocidad de flujo a partir de la que comienza el fenómeno se haga mas pequeña y la pendiente de la curva en esta zona sea mas pronunciada, lo que se traduce en mayor ataque por corrosión-erosión para una determinada velocidad de flujo por encima de la critica.

En todos los casos de corrosión-erosión, con o sin partículas sólidas suspendidas; la presencia en la solución del anion cloruro reduce la resistencia a la corrosión-erosión, de manera que las velocidades criticas de flujo por encima de las cuales se produce el fenómeno se reducen. Además, el ángulo de impacto también puede disminuir el valor de la velocidad crítica para cada material. Por esto debe evitarse en el diseño, los cambios bruscos de orientación y reducciones de sección de la conducción para evitar aumentos locales de la velocidad de flujo y la consiguiente posible aparición de fenómenos de corrosión-erosión en esas zonas [53]. Sin embargo a altas velocidades de impacto, se puede presentar mayor perdida de masa para el ángulo de impacto rasante [57].

El flujo en forma turbulenta favorece la corrosión-erosión por el mayor contacto entre el ambiente y el metal. Los productos de corrosión pueden retirarse más fácilmente que en flujo laminar [52].

Desde el punto de vista morfológico, el ataque por corrosión-erosión toma forma de cavidades o surcos más o menos redondeados orientados en la dirección del flujo. En la figura 9 se presenta de forma esquemática la morfología de la corrosión-erosión.

Figura 9. Morfología del fenómeno de corrosión-erosión.