Avances claves en recubrimientos anticorrosivos para entornos marinos

En las últimas décadas, la industria ha presenciado un desarrollo constante de innovaciones tecnológicas en el campo de los recubrimientos anticorrosivos, esenciales para mitigar los efectos de la corrosión en estructuras metálicas expuestas a entornos marinos. Estos avances no solo buscan mejorar la resistencia a la corrosión, sino también ofrecer soluciones sostenibles y adaptadas a los desafíos operacionales en zonas offshore y costeras. En este artículo, se abordan los principales desarrollos y tendencias científicas que están transformando las estrategias de protección de estructuras marítimas.

Fundamentos de la corrosión en ambientes marinos

La corrosión en ambientes marinos está condicionada por factores específicos, como la temperatura del agua, la salinidad, el contenido de oxígeno disuelto, la velocidad de las corrientes y la presencia de cloruros. Estos factores varían según la ubicación y profundidad de las estructuras, influyendo directamente en la severidad del ataque corrosivo. La protección de estructuras metálicas expuestas a este tipo de ambientes exige una estrategia integrada que incluya selección de materiales, diseño estructural, aplicación de recubrimientos y métodos electroquímicos de protección.

Este tipo de daño se caracteriza por ser un fenómeno electroquímico que causa un desgaste generalmente uniforme, al que son muy susceptibles el hierro y sus aleaciones, se genera mediante un mecanismo natural y se produce en forma espontánea, destruyendo o reduciendo las propiedades estructurales de los materiales en servicio. Estos al encontrarse expuestos a la acción de la intemperie dan lugar a la ocurrencia del fenómeno de oxidación sobre su superficie formando principalmente óxido de hierro¹, (Figura 1).

La protección contra la corrosión de estructuras metálicas expuestas en ambiente marino costa fuera o costa dentro es determinante, y debe ser estimado durante el diseño de estas estructuras para resistir la agresividad de este tipo de ambiente, la mayoría de éstas son protegidas con recubrimientos. No existe un método único para prevenir los diferentes mecanismos, no se puede evitar pero si se puede controlar ya sea manipulando el material, la interface metal solución, o el medio corrosivo.

¿Qué es un recubrimiento anticorrosivo?

Un recubrimiento anticorrosivo es una capa protectora aplicada sobre superficies metálicas para prevenir o reducir los efectos dañinos de la corrosión. Estos recubrimientos actúan como barreras físicas que impiden el contacto directo entre el metal y los agentes corrosivos presentes en el entorno, como el oxígeno, el agua, los cloruros o contaminantes químicos. Pueden estar compuestos por polímeros, resinas, metales o materiales híbridos, y su formulación se ajusta según las condiciones del ambiente en el que serán utilizados.

Los recubrimientos anticorrosivos en estructuras marítimas tales como: plataformas offshore, muelles, barcos, boyas, turbinas eólicas marinas y ductos submarinos, están constantemente expuestas a condiciones severas. La presencia de agua salada, oxígeno disuelto, microorganismos y fluctuaciones térmicas aceleran los procesos corrosivos, reduciendo la vida útil de los materiales. La implementación de recubrimientos anticorrosivos permite extender el ciclo de vida de las estructuras, reducir costos de mantenimiento y evitar fallas catastróficas.

¿Cómo actúan los recubrimientos contra la corrosión?

Mecanismo de acción anticorrosivo

Una nueva generación de recubrimientos anticorrosivos que posee funcionalidad de matriz pasiva y responde activamente a los cambios en el entorno local ha despertado un gran interés entre los científicos de materiales. La corrosión es uno de los procesos de destrucción más importantes involucrados en la pérdida de materiales, y su prevención es fundamental para proteger las inversiones.

La protección activa tiene como objetivo restaurar las propiedades del material (funcionalidad) cuando la matriz del revestimiento pasivo se rompe y ha comenzado la corrosión del sustrato. El revestimiento tiene que liberar el material activo y reparador en poco tiempo después de que se haya violado la integridad del revestimiento. Esto actúa como un desencadenante local del mecanismo que cura el defecto.

En la Figura 2, se puede observar el mecanismo de accion de estos tipos de recubrimientos ante la presencia de un defecto (grieta) en la pintura. En este caso, cuando el daño generado rompe la cápsula, se desprende el monómero que contiene, que reacciona con el catalizador existente en el recubrimiento, para sellar la grieta^2,3.

Estos tipos de recubrimientos se basan en la habilidad que tienen para reparar de manera automática e independiente cualquier tipo de imperfección o daño que se produjera en el recubrimiento. Para conseguir este efecto se utilizan dos tipos de tecnologías: adición de nanocapsulas poliméricas o bien inhibiendo las zonas potenciales de corrosión a través de inhibidores. El método más usando es el de adicionar microcápsulas que actúen directamente en las zonas dañadas. Estas microcápsulas contienen algún tipo de nanopartícula líquida, sólida o gaseosa, que da lugar a la reparación del recubrimiento

El control anticorrosivo es un requisito para todas las estructuras expuestas en un ambiente salino. Si bien la mayoría de las superficies son diseñadas para resistir el ambiente, los recubrimientos son necesarios para protegerlas de forma efectiva.

Avances recientes en recubrimientos anticorrosivos

1. Recubrimientos de alto desempeño: Diseñados con resinas epoxi, poliuretanos y polímeros fenólicos modificados, estos recubrimientos permiten una mayor adherencia, resistencia química y espesor. Son ideales para zonas sumergidas o de salpicadura continua.

2. Recubrimientos nanoestructurados: La nanotecnología ha permitido la incorporación de partículas como SiO2, TiO2, óxidos metálicos y compuestos de zinc a escala nanométrica. Estos mejoran la compactación del recubrimiento, su resistencia a la difusión de agua y contaminantes, y aportan propiedades autolimpiantes o fotocatalíticas.

3. Recubrimientos inteligentes y auto-reparables: Incluyen sensores químicos o cápsulas que liberan inhibidores o monómeros reparadores cuando detectan una grieta o degradación del recubrimiento. Son capaces de restaurar la funcionalidad protectora de forma automática ante daños localizados.

4. Recubrimientos ecológicos: Formulados con base acuosa, sin solventes y materiales renovables. Minimiza el impacto ambiental y la toxicidad para los trabajadores, sin comprometer la protección anticorrosiva.

Investigaciones científicas en recubrimientos anticorrosivos

Actualmente se estan realizando una serie de investigaciones enfocadas en el desarrollo de nuevos metodos anticorrosivos de estructuras marinas, con el fin de determinar el metodo de control más adecuado que permite la protección de estas estructuras en un ambiente tan agresivo como son las atmoferas marinas.

A continuación se exponene los estudios más innovadores en este campo de la corrosión:

Centro Tecnologico de Componentes CTC, en Catambria Espana

En sus resultados obtenidos este Centro Tecnológico ha logrado desarrollar desarrollar una amplia variedad de pinturas y recubrimientos innovadores mejorando sus propiedades contra la corrosión en ambientes marinos que causan daños a las estructuras metálicas.⁴.

Proyecto NANOMAR (UE-Brasil-Rusia)

Desarrolla recubrimientos bifuncionales inteligentes con propiedades antiincrustantes y autorreparables para parques eólicos offshore. Utilizan nanocontenedores que liberan biocidas e inhibidores ante daños⁵.

H3: Nanocompuestos poliméricos

Estudios demuestran que al introducir materiales inorgánicos a nanoescala (como arcillas, óxidos metálicos y grafeno) en matrices poliméricas, se incrementa significativamente la resistencia a la corrosión, rayos UV, impactos mecánicos y envejecimiento térmico⁶.

Aplicaciones de los recubrimientos en ambientes marinos

Plataformas offshore en la industria Oil & Gas

Cuando se trata de tareas de protección contra la corrosión, las operaciones que se realizan en la industria del gas y el petróleo, requieren una inversión de capital sustancial. Las áreas que comprenden las zonas de salpicaduras de las plataformas situadas en alta mar se enfrentan a condiciones severas, tanto por lo que se refiere a su exposición a las radiaciones ultravioletas y a los constantes ciclos de humedad y secado como por lo que hace referencia al impacto y la abrasión causados por los desechos flotantes, los huracanes e incluso las capas flotantes de hielo.⁵.

En caso de dejarse sin pintar, el índice de corrosión del acero en las zonas de salpicaduras fácilmente superaría las 250 micras anuales.  Esto significa que el acero debe protegerse, siendo la pintura el método de protección más ampliamente utilizado.

Los sistemas de pintado anticorrosivo suelen consistir de varias capas que forman una barrera contra la penetración del agua y los contaminantes a través de los recubrimientos aplicados al acero. No obstante, solo puede hacerse justicia a las propiedades de los sistemas de pintado si estos han sido adecuadamente aplicados y si, previamente, se ha llevado a cabo una preparación óptima de la superficie. Ha quedado ampliamente demostrado que la calidad de la preparación de la superficie tiene una relación directa con la vida útil de un sistema.

Acertarla desde un buen principio es primordial en la industria del gas y el petróleo, ya que tanto el acceso como el momento adecuado suponen un obstáculo cuando se trata de aplicar sistemas de pintado de mantenimiento.

Actualmente «El proyecto NANOMAR tiene como objetivo establecer una red de colaboración científica duradera entre instituciones de investigación europeas y científicos de dos países BRIC, a saber, Brasil y la Federación Rusa. En la búsqueda del desarrollo de nuevos » materiales sostenibles inteligentes «para aplicaciones en alta mar (Figura 3), en el desarrollo de nuevos nanocontenedores funcionales, nuevos recubrimientos protectores, así como equipos con experiencia reconocida en la caracterización de los recubrimientos anticorrosión.

El principal objetivo científico de la propuesta es el desarrollo de una nueva generación de recubrimientos bifuncionales «inteligentes» que combinen la capacidad anticorrosión autorreparable con propiedades antiincrustantes para aplicaciones en alta mar, como plataformas de extracción de petróleo y parques eólicos.

El principal enfoque científico en el que se basa este proyecto es la liberación controlada de las especies activas (inhibidor de corrosión y agente biocida, respectivamente) desde recipientes nanoestructurados (nanocontenedores) en zonas dañadas del recubrimiento.

Instalaciones eólicas offshore

Uno de los mayores desafíos para el siglo XXI es garantizar el suministro de energía prestando especial atención a las fuentes de energía renovables. Se han creado unos recubrimientos inteligentes anticorrosivos y antiincrustantes que resisten a las duras condiciones del entorno marino y que, por tanto, ayudarán a cumplir estos objetivos.

Los parques eólicos marinos (Figura 4) son una de las tecnologías más prometedoras para poder satisfacer la demanda energética mundial de forma sostenible. La UE apoyó el desarrollo de materiales inteligentes para reducir daño y mejorar la protección contra las incrustaciones de estructuras marinas a través de la financiación del proyecto «Nanocontainer-based active coatings for maritime applications» (NANOMAR).

Los nanocontenedores son compartimentos diminutos que almacenan moléculas para liberarlas de forma controlada. Se ha investigado su uso en recubrimientos para liberar biocidas e inhibidores de la corrosión como respuesta a los daños en el revestimiento. El primer paso fue integrar cada uno de los biocidas o inhibidores de corrosión en recubrimientos para poner a prueba sus prestaciones individuales en experimentos controlados.

El equipo empleó técnicas electroquímicas y ensayos acelerados de resistencia a la corrosión y evaluación de la capacidad antiincrustante durante la exposición a las plataformas marítimas. Se mezclaron los nanoaditivos más prometedores en un recubrimiento multifuncional y se sometieron a pruebas en funcionamiento en una plataforma marítima en Brasil.

Conclusiones

El desarrollo de recubrimientos anticorrosivos avanzados representa una solución esencial para la protección de estructuras metálicas en ambientes marinos. Las tecnologías emergentes, como los recubrimientos inteligentes, nanoestructurados y ecológicos, junto con una adecuada aplicación y planificación, permiten extender la vida útil de estas estructuras, reducir costos de mantenimiento y garantizar su integridad. La sinergia entre la investigación científica y la industria seguirá siendo clave para enfrentar los desafíos en el ámbito marítimo.

Actualmente se realizan estudios en la selección del sistema multifuncional más adecuado para su implantación industrial. El desarrollo de una nueva generación de recubrimientos inteligentes y sostenibles beneficiará a numerosos sectores. Entre ellos cabe destacar el sector de la energía y el transporte marítimo, verdaderos pilares de la economías y actividades fundamentales para el progreso socioeconómico a nivel mundial.

Referencias

1. (NACE, 1981, Uhlig, 1973).
2. https://ingenieromarino.com/recubrimientos-basados-en-nanoparticulas-para-aplicaciones-offshore.
3. Abdel and M. Madkour, “Potential use of smart coatings for corrosion protection of metals and alloys» A review,” J. Mol. Liq., vol. 253, pp. 11–22, 2018.
4. Grinon Rosa, https://centrotecnologicoctc.com/2021/10/20/investigacion-e-innovacion-ganar-la-batalla-la-corrosion/
5. https://ciencia.estudiareneuropa.eu/s/3971/76707-Ingenieria-industria/4054530-Recubrimientos-inteligentes-para-estructuras-maritimas.htm?c1=26254&l=90
6. Tian, Y., Huang, H., Wang, W., Ma, Y., He, X., Zhang, L., Sheng, X., & Zhang, X. (2023). Recubrimientos a base de polímeros a nanoescala resistentes a la corrosión. En Materiales a nanoescala basados en polímeros para recubrimientos de superficies (pp. 547–584). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-323-85190-2.00009-4