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Corrosión Microbiológica

En este artículo se presenta aspectos básicos y generalidades del fenómeno de la corrosión generada por procesos bacteriológicos.

José Martínez de Munck.

Publicado: Abril 6, 2022

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Introducción

La corrosión es un proceso destructivo en lo que a ingeniería se refiere, y representa una enorme pérdida económica en el orden de billones de dólares. El concepto más aceptado y acertado define el fenómeno de la corrosión como el ataque de un material por el medio que le rodea con la consiguiente pérdida de masa y deterioro de sus propiedades.

Al considerar esta definición, lo primero que se piensa es la destrucción del metal bajo la influencia de oxígeno y agua (corrosión aeróbica). Sin embargo, una gran parte de los daños y perjuicios ocasionados por la corrosión ocurren en ausencia de oxígeno (corrosión anaeróbica), tal es el caso del área inferior de tanques de almacenamiento de hidrocarburos o de otros sistemas donde se encuentre agua estancada o con un patrón de flujo laminar.

Es condición fundamental para que se logre el fenómeno de corrosión (oxidación del metal) que debe estar presente algún otro compuesto químico para que se lleve a cabo el proceso de reducción. En la mayoría de los entornos, las sustancias que se reducen son el oxígeno disuelto o los iones de hidrógeno del ácido.

En condiciones anaeróbicas (sin oxígeno o aire presente), ciertas bacterias pueden prosperar y en este entorno esos microorganismos pueden proporcionar los compuestos químicos que se reducen y permiten que se produzca la oxidación del hierro para obtener las reacciones de corrosión. En este artículo se presenta aspectos básicos y generalidades del fenómeno de la corrosión generada por procesos bacteriológicos.

Corrosión microbiológica

En este contexto, bajo estas condiciones conocidas como anaeróbicas, en las que no hay oxígeno ni aire en el ambiente, existen bacterias capaces de proliferar y prosperar, generando como subproducto de su metabolismo los compuestos para inducir las reacciones químicas y producir el ataque de los materiales metálicos. Se han logrado detectar procesos en los que los microorganismos capturan el hidrógeno disuelto, permitiendo con ese efecto la generación de diferencias de potencial localizadas, lo que a su vez tiene efectos de tipo electroquímico en el ambiente inmediato y por consiguiente en el material metálico.

La biocorrosión, también conocida como corrosión microbiana y más específicamente llamada corrosión influida microbiológicamente o MIC (por sus siglas en inglés, Microbiologically Influenced Corrosion) se puede definir como “un proceso electroquímico que produce el deterioro de un material metálico donde se encuentran involucrados microorganismos (bacterias, hongos o algas) ya sea iniciando, facilitando o acelerando el proceso de ataque corrosivo”. Y su papel no es simplemente el de favorecer el proceso de corrosión. Su efecto puede llegar a considerarse un verdadero catalizador, incrementando hasta 10 órdenes de magnitud la velocidad de corrosión por la generación de subproductos metabólicos como el H₂S y cierto tipo de enzimas en cuya composición el hidrógeno se encuentra en condiciones muy elevadas.

Microorganismos y factores que favorecen la biocorrosión

Existen varios factores que inciden en la agresividad de las bacterias corrosivas, como entes biológicos que son: la concentración de oxígeno, y de otros productos como el carbono, amoníaco, la temperatura, el pH, etc.

Los microorganismos anaeróbicos inducen un incremento de hasta 10 veces en la velocidad de corrosión por la producción del H₂S y la liberación de enzimas específicas (principalmente “hidrogenasa”). Se han identificado algunas especies de microorganismos clasificados como «Hidrógeno-dependientes» que usan el hidrógeno disuelto del agua en sus procesos metabólicos provocando una diferencia de potencial del medio circundante.

En los mecanismos de biocorrosión participan microorganismos aeróbicos y anaeróbicos, los cuales pueden crecer cambiando sus procesos metabólicos y cada especie produce sustancias químicas diferentes. Cada variedad de bacterias es responsable de causar una reacción que influye en el proceso de corrosión debido a la naturaleza de la sustancia que produce, estas reacciones son de naturaleza anódicas y/o catódicas debido a que se forman celdas electroquímicas.

Entre los factores que afectan la agresividad de las bacterias corrosivas están:

Tipo de flujo.
El tratamiento químico del sistema.
Concentración de oxígeno.
Temperatura.
Concentraciones de carbono orgánico total.
Concentraciones de nitrógeno.
Concentración de amoníaco.
pH.

Tipos de bacterias que intervienen en el proceso de corrosión microbiológica:

Sulfatorreductoras.
Productoras de ácido.
Depositadoras de metales.
Formadoras de exopolímeros (gel).

Las bacterias y otros microorganismos tienen tendencia a conformar colonias; estas colonias forman biopelículas sobre las superficies metálicas.

Esta condición hace difícil su eliminación, lo que genera inconvenientes operativos en instalaciones como las refinerías. Otro inconveniente adicional es la generación de biomasa, cuya acumulación genera corrosión también en las superficies metálicas.

Puesto que se trata de organismos biológicos, ciertas condiciones los favorecen más que otras. Como se encuentra en la naturaleza, aguas estancadas (que son medios favorables para la aparición de depósitos y zonas anaeróbicas), un pH entre un 4,5 a 9,0 así como elementos o compuestos que sirven de alimento a las colonias bacterianas, como agua, carbono, nitrógeno, sulfatos y compuestos férricos. Es interesante ver que el rango de temperatura es amplio, variando entre los 20° y los 80°C.

La interacción de los microorganismos entre sí es importante; debemos recordar que, como comunidades biológicas, la relación simbiótica se hace patente también en este medio. Y dicha interacción también incide en la producción de biomasa ya mencionada.

Destrucción de películas protectoras de las superficies metálicas.

Generación de ambientes ácidos localizados.
Creación de depósitos corrosivos.
Alteración de reacciones anódicas y catódicas.
Interferencia en mecanismos de protección contra la corrosión.

La morfología de los ataques por MIC son principalmente en forma de picadura o pitting; éstas se localizan bajo de los depósitos (colonias) de microorganismos que se alimentan de los compuestos orgánicos y minerales disueltos. Hay que destacar que la biopelícula que se forma consiste en un mecanismo protector de dichas colonias, y su arraigo es uno de los factores que actúa como catalizador de los procesos corrosivos, alcanzando los valores ya mencionados anteriormente.

En el ambiente de refinerías a orilla de mar, es un hecho ampliamente conocido que la biocorrosión no es solamente por microorganismos en ambientes sumergidos. En ella intervienen organismos tanto vertebrados como invertebrados, y la biocorrosión se genera entonces por el amoniaco de sus productos de desecho que atacan las aleaciones de cobre y zinc.

Un factor importante es que estas colonias bacterianas son capaces de emplear como fuentes de energía compuestos de maleato, formiato, alcoholes como el metanol, etanol, propanol y butanol, excretando ácidos grasos. En los tanques de combustible diésel es común encontrar actividad microbiana, como sabemos quienes tenemos alguna experiencia también con motores de combustión interna de este tipo.

Finalmente, este subproducto de la actividad microbiana que es el ácido graso alimenta a las bacterias llamadas Sulfato-Reductoras, las cuales producen sulfuros, altamente dañinos para los materiales metálicos especialmente los aceros.