Efectos de las condiciones ambientales en la corrosión de estructuras marítimas

Autor: Ing. Mayuly Rodríguez, 15 octubre 2023.

Introducción

La integridad estructural de las construcciones marítimas garantiza la seguridad, la eficiencia operativa y la sostenibilidad ambiental. La corrosión de estructuras marítimas, es un fenómeno electroquímico natural que deteriora los materiales metálicos y se intensifica bajo ciertas condiciones ambientales.  

La influencia directa de factores variados y complejos, la degradación acelerada de materiales metálicos en estos entornos se magnifica, instando a la implementación de medidas de control y mitigación avanzadas. La severidad del ambiente marino, marcado por la salinidad, la presión, la temperatura y otros factores, genera una respuesta dinámica en la ingeniería y la tecnología para preservar la integridad de estas estructuras.

Factores ambientales críticos influyentes

La degradación de las estructuras de acero inducida por la corrosión en ambiente marino depende en gran medida de las condiciones ambientales circundantes que modulan la intensidad, velocidad y naturaleza de los procesos de degradaciónñ las cuales, representan una amenaza persistente para la integridad, funcionalidad y durabilidad de los activos marinos. Identificarlos y entenderlos es fundamental para desarrollar estrategias de mitigación eficaces.

A continuación, se detalla cómo cada uno de estos factores ambientales contribuye a la corrosión y cómo sus efectos pueden ser atenuados para preservar la integridad estructuras marítimas:

• Salinidad: La concentración de sales en el agua de mar contribuye a la corrosión. Cuanto mayor es la salinidad del agua, más rápido los iones cloruro atraviesan la película protectora. La formación de celdas electroquimicas locales se intensifica, desencadenando el deterioro de los materiales estructurales.

• Temperatura: Cuando estas son altas aceleran las reacciones electroquímicas, intensificando los procesos corrosivos. En los climas tropicales y ecuatoriales, donde las temperaturas del agua de mar son altas, se ha observado que las tasas de corrosión son significativamente altas.

• Oxígeno y humedad: La combinación de ambos aumenta la tasa de corrosión, especialmente en metales ferrosos. El oxígeno facilita el proceso de oxidación, mientras que el ambiente húmedo actúa como un medio conductor para las corrientes electroquímicas responsables del deterioro de los revestimientos protectores y generando deterioro superficial y picadura.

• Biofouling: Afecta los sistemas de protección catódica; en algunos casos,  es un factor contribuyente directo a la corrosión microbiológica.

• Presión y profundidad: El aumento de la presión con la profundidad influye en las reacciones corrosivas, y afecta la eficacia de los revestimientos y sistemas de protección, por ende a mayor profundidad se necesitan de sistemas de protección más robustos.

• Movimiento del agua: Las corrientes, las mareas y las olas causan erosión en los revestimientos protectores y exponiendo al metal subyacente a la erosion.

• Exposición a la atmósfera: La parte de la estructura que está por encima del agua se expone a condiciones atmosféricas variables, incluyendo la salinidad del aire, la humedad y la exposición UV. Esta zona el desgaste y el deterior es acelerado en ausencia de un sistema de protección adecuado.

Principales tipos de corrosión de estructuras marítimas y factores generadores

La integridad de las estructuras marítimas se enfrenta a diversos procesos corrosivos, originados mayormente por factores ambientales específicos. A continuación, se presentan los principales formas de corrosión junto con los factores específicos que los inducen.

• Corrosión galvánica: Esta denominado como uno de los tipos más extendido en estos ambientes. Ocurre cuando dos metales diferentes se acoplan eléctricamente entre sí en un electrolito común, durante el acoplamiento galvánico (por ejemplo, uniones bridadas), la corrosión del metal más anódico aumenta y la corrosión del metal más catódico disminuye. Se presenta debido a la diferencia de potencial entre materiales metálicos diferentes y a la alta conductividad del agua de mar.

• Corrosión atmosférica: Aunque se centra en la parte de las estructuras expuestas al aire, en ambientes marinos es acelerada debido a la presencia constante de sales y humedad en el aire.

• Corrosión por picadura: Es la formas más peligrosas y se produce cuando los cloruros están dentro de las gotas formadas por el agua salada que ha quedado atrapada en el aire. Estas gotas se depositan y dejan residuos de sal en la superficie de contacto.  Esto provoca una ruptura en la película protectora donde se establece un área anódica. Es especialmente prevalente en metales como el aluminio y el acero inoxidable y es generada por la presencia de iones cloruro, fluctuaciones de oxígeno, cambios en la alcalinidad.

• Corrosión erosiva: Resulta de la acción mecánica del movimiento del agua que erosiona la capa protectora de la superficie del metal, exponiéndolo a un ambiente corrosivo. Sus principales factores generadores son la velocidad y turbulencia del agua.

• Corrosión microbiológica: Causada por la contaminación de microorganismos y bacterias como las algas. Las bacterias aeróbicas, incluidas las bacterias oxidantes de magnesio y las bacterias anaeróbicas, incluidas las bacterias reductoras de sulfato, se colonizan en la superficie metálica y formar biopelículas bajo deposito. Su principal factor es la actividad de bacterias sulfato-reductoras, biofouling y la acumulación de sedimentos. Las picaduras son el resultado de los ácidos y el entorno modificado de las bacterias. 

• Corrosión por grietas: Este tipo persiste en ambientes marinos, y se desarrolla a partir de pequeños volúmenes de soluciónes con cloruro estacados en zonas puntuales (por ejemplo, secciones de tuberías roscadas). La grieta evita que el oxígeno mantenga la película pasiva.

• Corrosión por tensiones: Es un proceso que ocurre cuando la tensión mecánica y la corrosión se combinan, lo que puede llevar a la falla prematura del material. En entornos marinos, los materiales se exponen a tensiones elevadas debido a las cargas dinámicas inducidas por las olas, las corrientes y otros factores.

Propuestas y tecnologías en el control de la corrosión en estructuras marinas

La ciencia y la tecnología continúan avanzando con el objetivo de analizar y entender los diferentes mecanismos de corrosión para desarrollar métodos para su prevención y control según las características requeridas. A continuación, se mencionan diversas soluciones para abordar este fenómeno:

• Nanotecnología: La aplicación de esta tecnología en recubrimientos protectores está demostrando ser competente para combatir este fenómeno. Incorporar revestimientos nanocompuestos con partículas nanoestructuradas eleva la resistencia a la corrosión de los metales al proporcionar una barrera impenetrable contra los agentes corrosivos.

• Materiales auto-reparables: En este ámbito, los investigadores están explorando compuestos auto-reparables que pueden “auto repararse” automáticamente tras sufrir daños. Son elementos que contienen microcápsulas con compuestos que se liberan ante la presencia de fisuras o desgaste, restableciendo la integridad del material.

• Materiales avanzados: El empleo cada vez más extendido de aleaciones especializadas y aceros inoxidables de alto desempeño se debe a su fuerte resistencia ante la corrosión.

• Protección catódica avanzada: Al conectar ánodos de sacrificio o sistemas de corriente impresa a las estructuras marinas, se proporciona una corriente eléctrica protectora que neutraliza el proceso de corrosión. Estos sistemas están siendo optimizados para ambientes ricos en oxígeno y humedad. Incorporan tecnologías de monitoreo en tiempo real que ajustan automáticamente los niveles de protección en respuesta a las fluctuaciones en los niveles de estas dos variables.

• Robótica y automatización: Los robots y drones submarinos son cada vez más utilizados para inspecciones regulares y mantenimiento preventivo en estas estructuras. Acceden a áreas muy difíciles de alcanzar, recopilando datos en tiempo real y realizando tareas de mantenimiento, como la aplicación de revestimientos protectores, limpieza de incrustaciones y reemplazo de pequeñas piezas.

• Inteligencia artificial y técnicas de monitoreo: Han demostrado ser un potencial considerable en la predicción y el monitoreo. Sensores y algoritmos avanzados analizan datos en tiempo real para identificar patrones y prever áreas de riesgo elevado, asintiendo intervenciones proactivas que mitiguen los indicativos de corrosión antes de que se convierta en un problema significativo.

• Biofouling y corrosión microbiológica: Para combatir estos fenómenos, se han desarrollado recubrimientos antifouling inteligentes que liberan agentes biocidas de manera controlada para previenen el asentamiento de organismos marinos en las estructuras. También se exploran tratamientos biológicos que utilizan microorganismos útiles para contrarrestar los efectos corrosivos de las bacterias destructivas.

Todas estas iniciativas reflejan una analogía de disciplinas científicas y tecnológicas para abordar de manera integral la corrosión en estructuras marinas. A través de la innovación continua y la adopción de nuevas tecnologías, este sector industrial, está mejor posicionado que nunca para proteger y preservar de la manera más efectiva las infraestructuras.

Conclusión

Es de suma importancia comprender los mecanismos de corrosión en entornos marinos y desarrollar estrategias efectivas para prevenir, inspeccionar y controlar estos procesos. El objetivo es aumentar la durabilidad de las estructuras y equipos en ambientes marítimos, asegurando la seguridad, la vida útil y la eficiencia de las operaciones marítimas

La consolidación entre la investigación científica, la innovación tecnológica y la implementación práctica está forjando un camino hacia un futuro donde la corrosión será gestionada, mitigada y, en última instancia, controlada con precisión, garantizando así la duración y la eficiencia operativa de las infraestructuras marinas.

Referencias

Fuente propia