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¿Qué es la corrosión galvánica?
Como sugiere su nombre, la corrosión galvánica es un proceso electroquímico inherentemente deteriorante. También se conoce como corrosión de metales disímiles o corrosión bimetálica. Este proceso electroquímico de deterioro requiere tres participantes clave para que ocurra.
En primer lugar, debe haber un electrolito, una sustancia que crea una solución eléctricamente conductora cuando se disuelve en agua. Simultáneamente, también es necesario que haya dos metales diferentes que estén en contacto directo entre sí y también en presencia del electrolito mencionado anteriormente.
Sin embargo, una de las cosas más notables sobre la corrosión galvánica es que, aunque requiere que dos metales diferentes estén en contacto para que ocurra, solo uno de los metales se corroerá notablemente mientras que el otro saldrá relativamente libre de golpes.
Entonces, ¿por qué exactamente solo uno de los metales se corroe en lugar de ambos? ¿Cuáles son los factores subyacentes que inducen esta reacción en primer lugar?
¿Qué causa la corrosión galvánica?
Una vez que se establece el escenario para que ocurra la corrosión galvánica, uno de los metales sirve como ánodo, un electrodo con carga positiva, mientras que el otro sirve como cátodo.
El metal que sirve de ánodo es el que se corroe y al hacerlo protege inadvertidamente al cátodo, es decir, al otro metal.
Un ejemplo de esto podría encontrarse si el aluminio y el acero al carbono estuvieran en contacto directo entre sí en un ambiente marino, es decir, agua de mar. En esta situación, el acero (cátodo) estará protegido mientras que el aluminio (ánodo) se corroerá más rápidamente. Aquí, el aluminio se utiliza a propósito como metal de sacrificio, y la corrosión acelerada del ánodo ayuda a reducir el riesgo de corrosión del acero. Para mantener esto durante largos períodos de tiempo, el ánodo debería reemplazarse periódicamente.
El principal factor que interviene en el proceso de corrosión galvánica es uno relativamente básico con el que la mayoría de nosotros estamos familiarizados: la diferencia de potencial. En este caso, la diferencia de potencial entre dos metales cualesquiera se define como la diferencia entre sus potenciales de electrodo.
Cada vez que un metal entra en contacto con un electrolito, adopta lo que se conoce como potencial de electrodo, una propiedad que define la capacidad de un metal para reducir o ganar electrones y, como mencionamos antes, cada metal tiene un potencial de electrodo definido ( que se pueden encontrar en la serie galvánica).
Cuando todos los componentes relevantes (el electrolito y los dos metales) están en juego, la diferencia de potencial resultante induce la transferencia de electrones del metal más electronegativo (el ánodo) al metal más electropositivo (el cátodo). Debido a las reacciones de reducción y reacciones de oxidación que provoca esta transferencia de electrones, el ánodo eventualmente comienza a corroerse.
En términos simples, el metal menos noble actuará como ánodo y se corroerá para proteger al metal más noble, el cátodo. Por lo tanto, la consideración del potencial de corrosión de los materiales es muy importante cuando los ingenieros diseñan construcciones, particularmente para equipos, tuberías y sistemas utilizados en entornos marinos.
¿Cuándo causa problemas la corrosión galvánica?
La corrosión galvánica puede ser problemática para los ingenieros, ya que hace que se acelere la corrosión normal de un metal en un electrolito, lo que puede dar lugar a una forma más grave de corrosión que, de otro modo, sería poco probable que se produjera. También puede hacer que las soldaduras fallen, lo que puede ser un problema peligroso y costoso, que requiere reparaciones y trabajos de mantenimiento más costosos que si el problema se evitara por completo.
Esto es particularmente cierto en la industria del petróleo y el gas, donde las tuberías y otras construcciones suelen estar en contacto con el agua de mar y, por lo tanto, son más propensas a los ataques y más difíciles de realizar fácilmente en el trabajo de reparación.
¿Cómo se puede prevenir la corrosión galvánica?
Entonces, ahora que entendemos cómo se produce la corrosión galvánica, ahora debemos responder la pregunta que surge naturalmente a continuación: ¿cómo se evita o disminuye el impacto de la corrosión galvánica?
Minimice la diferencia de potencial
La serie galvánica es una de las herramientas más claras en la lucha contra la corrosión galvánica. Recuerde, la serie galvánica muestra la nobleza de los metales, lo que indica el potencial de electrodo de cada metal y, por lo tanto, puede usarse para calcular la diferencia de potencial entre los dos metales diferentes. Esta diferencia de potencial es lo que estimula el flujo de electrones del ánodo al cátodo.
En pocas palabras, cuanto mayor sea la diferencia de potencial, mayor será la corriente galvánica y, por lo tanto, más acelerada será la velocidad de corrosión.
Entonces, una forma de prevenir la corrosión galvánica es usar metales que tengan potenciales de electrodo similares y, por lo tanto, tengan una diferencia de potencial baja. En algunos casos, es posible que esto no detenga por completo la corrosión galvánica, pero puede reducir significativamente la probabilidad de que ocurra corrosión galvánica o disminuir drásticamente la velocidad de corrosión.
Sin embargo, la solución más común es que los ingenieros simplemente no mezclen metales, ya que el uso de un solo tipo de material ayudará a evitar la corrosión galvánica por completo.
Alteración de la relación de área de los metales
En muchos casos, sería ideal utilizar metales con una diferencia de potencial despreciable; sin embargo, muchas veces esto simplemente no es posible.
No tenga miedo, hay otra manera de reducir la tasa de corrosión galvánica; alterando la relación de área del ánodo y el cátodo. Si tiene una relación de área de cátodo a ánodo más grande (es decir, su cátodo es más grande que el ánodo), tendrá una tasa de reducción relativamente rápida y una corrosión galvánica más perjudicial.
Como resultado, es lógico que lo contrario también sea cierto. Si se invierte la relación y tiene un área de cátodo que es más pequeña que el área de ánodo, verá una disminución drástica en la tasa de reducción y una menor ocurrencia de corrosión galvánica.
Romper la conexión eléctrica (aislar los metales)
Si el flujo de electrones es lo que causa las reacciones de reducción y las reacciones de oxidación (que conducen a la eventual corrosión), ¿qué pasaría si bloqueamos el flujo de esos electrones?
Esta es la premisa de uno de los métodos más comunes para prevenir la corrosión galvánica: el aislamiento. Los implementos aislantes, como juntas y arandelas a base de polímeros, se utilizan para bloquear el flujo de electrones, de modo que la corrosión galvánica nunca tenga la posibilidad de ocurrir en primer lugar.
Al usar una arandela no metálica para evitar que la cabeza del tornillo toque la placa, ayuda a romper el contacto eléctrico entre los dos metales. Por ejemplo, si estamos instalando un Tornillo de cabeza hueca de acero galvanizado en una placa de aluminio, podríamos usar un Arandela de goma TPR para actuar como un espaciador no conductor, lo que podría ayudar a proteger tanto el acero como el aluminio y evitar la corrosión galvánica.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que si las roscas del tornillo aún están en contacto con la placa de aluminio, la conexión eléctrica aún está intacta. Como resultado, recubrir los metales con grasa o una sustancia hidrofóbica puede ayudar a disminuir cualquier posible corrosión, aunque es importante considerar qué efectos, si los hay, podrían tener en la instalación misma.
Alternativamente, componentes tales como Arandelas de hombro se puede utilizar para proporcionar un aislamiento mejorado, ya que la parte del hombro se asentaría entre el eje del tornillo, o las roscas, y el diámetro interno de la placa. Esto proporcionaría un aislamiento significativamente mejor dentro de la carcasa que un revestimiento, al mismo tiempo que ofrece beneficios adicionales como resistencia a ácidos, productos químicos y aceites.
Aislamiento del electrolito
Este método de prevención de la corrosión galvánica sigue la misma lógica que el método de aislamiento. Dado que el electrolito es un tercio de la receta para la corrosión galvánica, si luego lo eliminamos de la ecuación, en teoría, deberíamos poder evitar que ocurra la corrosión galvánica.
Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo; ya que en la mayoría de los casos, simplemente no podemos deshacernos del electrolito por completo. Entonces, la siguiente mejor solución es aislarlo, evitando efectivamente que él y los metales entren en contacto entre sí.
Como se mencionó anteriormente, la forma más efectiva de lograr esto es mediante el uso de compuestos hidrofóbicos; con algunos ejemplos muy comunes del mundo real que son repelentes al agua recubrimientos, pinturas y grasas.
¿Puede la corrosión galvánica tener algún beneficio?
La corrosión galvánica, en las circunstancias adecuadas y con una sólida comprensión del proceso, en realidad puede ser beneficiosa y emplearse como una fuerza para el bien.
Generación de Electricidad en Baterías
Como proceso electroquímico, la corrosión galvánica es ideal para generar electricidad en una celda primaria, un tipo de celda eléctrica que está diseñada para usarse una sola vez, también conocida comúnmente como batería desechable.
En la mayoría de las baterías de consumo de un solo uso, se utiliza una lata de acero como contenedor que alberga los «ingredientes» de la celda. El cátodo es una capa de dióxido de manganeso ubicada en el interior de la carcasa de la batería y está conectada a la terminal positiva. Por el contrario, el ánodo de zinc es una capa interna, dispersa en una solución electrolítica y está conectada al extremo negativo de la batería.
Cuando no se usan, es imperativo que estos dos electrodos estén aislados entre sí, por lo que se usa un tejido fibroso como separador para mantener los electrodos separados.
Gracias a este separador, la reacción química utilizada para generar la electricidad solo ocurre cuando la batería se inserta en un dispositivo y el circuito está completo.
Protección para componentes metálicos vulnerables
Como se destacó anteriormente, la corrosión galvánica se puede utilizar para exponer intencionalmente el ánodo a la corrosión con el fin de proteger el cátodo. Sin embargo, a menudo se prefiere evitar la corrosión galvánica siempre que sea posible, ya que esto reduce el tiempo de inactividad de la maquinaria, el equipo, etc., al tiempo que minimiza la cantidad de reparaciones y trabajos de mantenimiento que deben realizarse.
Es importante recordar que estas medidas preventivas no tienen que ser mutuamente excluyentes. En el contexto adecuado, se pueden utilizar simultáneamente para lograr mejores niveles de protección. Por ejemplo, en las industrias automotriz y aeroespacial, donde las combinaciones de diferentes metales son comunes, es útil para identificar los mejores materiales para usar en una instalación determinada.
Por último, pero no menos importante, si su proyecto requiere que emplee protección contra la corrosión galvánica, las contramedidas que hemos descrito anteriormente siempre son más útiles cuando se utilizan en un contexto preventivo en lugar de correctivo. Es más fácil y efectivo aplicar estas defensas relativamente temprano en el proceso de construcción, idealmente durante la fase de diseño.