Corrosión por erosión y corrosión acelerada por flujo es el ataque combinado mecánico y electroquímico que ocurre cuando un fluido de alta velocidad o turbulento desprende la película protectora de óxido o la película pasiva de una superficie metálica más rápido de lo que ésta puede reformarse, exponiendo metal nuevo que vuelve a corroerse en un ciclo repetitivo.
El resultado es una pérdida de metal direccional que sigue la trayectoria del flujo, no el picado aleatorio que se observa en condiciones estancadas.
La corrosión acelerada por flujo (FAC) es una forma específica y de alta gravedad de este mecanismo que adelgaza las tuberías de acero al carbono en sistemas de vapor húmedo y agua de alimentación.
La mayoría de los metales de ingeniería sobreviven en fluidos agresivos solo porque una fina película adherente separa el metal del electrolito. El acero al carbono depende de la magnetita (Fe3O4), las aleaciones de cobre de una capa de óxido cuproso y los aceros inoxidables de una película pasiva rica en cromo.
La corrosión por erosión comienza cuando el esfuerzo cortante en la pared, la turbulencia, gotas que impactan o sólidos arrastrados eliminan mecánicamente esa película de forma local. El metal desnudo se corroe rápidamente, comienza a crecer una nueva película y el flujo la elimina de nuevo.
Debido a que la disolución y la remoción mecánica se refuerzan mutuamente, la pérdida total de metal es mucho mayor que cualquiera de los procesos actuando por separado.
La tasa está gobernada en gran medida por la transferencia de masa en la pared, por lo que cualquier cosa que aumente la turbulencia o la velocidad local incrementa la tasa.
La corrosión por erosión tiene una morfología distintiva y direccional que la separa de la corrosión por picaduras y otras formas localizadas. Los signos típicos incluyen:
La corrosión por erosión se concentra allí donde el flujo se acelera, cambia de dirección o se vuelve turbulento. La tabla siguiente relaciona los sitios comunes con su causa dominante y la mitigación práctica.
| Ubicación | Causa dominante | Mitigación |
|---|---|---|
| Codos, curvas, tees | Turbulencia e impacto en el cambio de dirección | Curvas de radio largo, pared más gruesa, aleación resistente a FAC |
| Impulsores y carcasas de bombas | Alta velocidad más colapso por cavitación | Aumentar NPSH, aleaciones más duras, dimensionado correcto |
| Asientos de válvulas y recortes de estrangulamiento | Vaporización local y alta velocidad sobre la restricción | Stellite o recortes endurecidos, reducción en varias etapas |
| Entradas de tubos de condensadores e intercambiadores de calor | Turbulencia de entrada y sólidos arrastrados | Mangas o insertos de entrada, límites de velocidad |
| Tuberías de agua de alimentación y vapor húmedo | Corrosión acelerada por flujo en acero al carbono | Aleación con cromo, control de pH y oxígeno |
| Orificios y reductores | Chorro aguas abajo de la restricción | Geometría perfilada, revestimientos resistentes al desgaste |
La corrosión por erosión en el extremo de entrada es una causa frecuente de fallo de tubos y pérdida de capacidad térmica, por lo que las entradas de tubo merecen atención dedicada durante la monitorización del estado.
La FAC es la disolución de la capa protectora de magnetita en aceros al carbono y de baja aleación en agua en circulación o vapor húmedo.
Ha causado rupturas catastróficas de tuberías, incluidas las fallas de las líneas de condensado y agua de alimentación de Surry (1986) y Mihama (2004), porque el adelgazamiento puede ser interno e invisible hasta que la pared falla.
La FAC es más agresiva dentro de una ventana específica de condiciones en lugar de simplemente a la temperatura más alta. La FAC en fase única alcanza su punto máximo aproximadamente en el rango de 130 a 150 °C, mientras que la FAC bifásica (vapor húmedo) alcanza su pico cerca de 180 °C.
La química del agua de alimentación establecida en el desaireador influye fuertemente en la tasa, por eso la química del desaireador y del agua de alimentación de la caldera debe controlarse deliberadamente.
Cuatro palancas dominan la tasa de FAC, y cada una tiene una respuesta de ingeniería clara.
| Variable | Efecto sobre la FAC | Objetivo de control |
|---|---|---|
| Contenido de cromo | Aunque solo sea ~0.1% Cr reduce drásticamente la tasa; 1.25Cr-0.5Mo y 2.25Cr-1Mo son altamente resistentes | Actualizar componentes susceptibles a acero de baja aleación |
| pH del agua de alimentación | Un pH más alto estabiliza la magnetita | pH 9.2 a 9.8 con tratamiento todo-volátil (AVT) |
| Oxígeno disuelto | Una traza de oxígeno forma un óxido más protector | Tratamiento oxigenado solo en agua de alta pureza |
| Velocidad del flujo y geometría | La turbulencia aumenta la transferencia de masa | Límites de velocidad, accesorios de radio largo |
Al reemplazar tramos sospechosos, confirme que el material entregado realmente contiene el cromo especificado; un accesorio de acero al carbono nominalmente idéntico se volverá a adelgazar. La verificación de aleación en campo mediante identificación positiva de materiales evita esa confusión.
Para la corrosión por erosión en fase única, la defensa más directa es mantener la velocidad del fluido por debajo del umbral en el que la película protectora no puede sobrevivir. Estas velocidades de diseño aproximadas para agua de mar en circulación ilustran cómo la elección de la aleación aporta margen de seguridad.
| Material | Velocidad máxima aproximada continua en agua de mar (m/s) |
|---|---|
| Cobre | 1.0 |
| Latón Admiralty | 1.5 |
| Cobre-níquel 90-10 | 3.5 |
| Cobre-níquel 70-30 | 4.5 |
| Acero inoxidable 316 y titanio | Muy alta (película estable) |
Un programa duradero combina geometría, química y materiales con una vigilancia disciplinada del espesor de pared. Use curvas de radio largo y reductores perfilados, mantenga las velocidades dentro de los límites de la aleación, controle el pH y el oxígeno del agua de alimentación y mejore las ubicaciones de alta susceptibilidad a acero con cromo.
Luego inspeccione según un calendario predictivo: mediciones ultrasónicas de espesor en rejilla en codos, tees y aguas abajo de orificios, con tendencias a lo largo del tiempo para proyectar la vida remanente antes de alcanzar el espesor mínimo.
Gestionar esas rutas de inspección, historiales de espesor y registros de aleaciones dentro de un CMMS mantiene las tendencias de adelgazamiento visibles en lugar de enterradas en hojas de cálculo.
Plataformas como Fabrico permiten a los equipos programar inspecciones de espesor y hacer seguimiento del estado de los componentes respecto a los límites de vida remanente. Solicite una demostración de Fabrico para ver cómo encaja con un programa de inspección existente.
Ambas implican la remoción mecánica de la película, pero el daño por cavitación proviene del colapso de burbujas de vapor contra la superficie y produce una apariencia rugosa, esponjosa y craterizada. La corrosión por erosión produce surcos suaves y direccionales y picaduras socavadas que siguen la trayectoria del flujo.
La FAC actúa disolviendo la magnetita. El cromo en el acero forma un óxido mixto que es mucho menos soluble en agua a alta temperatura, por lo que incluso pequeñas adiciones de cromo, y por supuesto las calidades inoxidables, resisten el mecanismo.
Aumentar el pH dentro del rango 9.2 a 9.8 estabiliza el óxido protector y reduce la tasa, pero el beneficio depende de la amina utilizada y de su distribución entre las fases agua y vapor. La química debe validarse para cada ciclo específico.
Mediciones ultrasónicas de espesor de pared con seguimiento de tendencias en ubicaciones conocidas por su susceptibilidad. Una única lectura solo muestra el espesor actual; la proyección de la vida remanente se obtiene comparando encuestas sucesivas a lo largo del tiempo.
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