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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
CARACTERIZACIÓN DE LA AGRESIVIDAD ATMOSFÉRICA SOBRE LOS MATERIALES
METÁLICOS ESTRUCTURALES EN LA ZONA METROPOLITANA DE LA CIUDAD DE MÉXICO
Ramón MUÑOZ LEDO y Jorge URUCHURTU CHAVARÍN
Instituto de Investigaciones Eléctricas, Reforma 113, Palmira, 62490, Temixco, Morelos, México. Correo electrónico:
juch@iie.org.mx
(Recibido junio 2001, aceptado noviembre 2001)
Palabras clave: corrosividad, acero, cinc, cobre, aluminio, normas ISO
RESUMEN
En este trabajo se presenta la caracterización de la agresividad atmosférica sobre los materiales
metálicos estructurales en diferentes sitios de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México.
Bajo normas de la Organización Internacional de Estándares (ISO) y a partir de datos ambienta-
les se obtuvo la corrosividad del acero, cinc, cobre y aluminio. Éstas van de muy baja a alta
dependiendo de las condiciones ambientales de la zona y del material que se considere.
Key words: corrosivity, steel, zinc, copper, aluminium, ISO
ABSTRACT
This work presents the characterization of atmospheric aggressiveness of structural metals in
different sites in the Metropolitan Zone of Mexico City. Under the norms set by the International
Standards Organization, and using environmental data, the corrosivity levels of steel, zinc,
copper and aluminium were obtained.
The range goes from
very low to high, depending on the
environmental conditions of the site and the material.
Rev. Int. Contam. Ambient.
18
(1) 27-32, 2002
INTRODUCCIÓN
Corrosión atmosférica
En el más amplio sentido, la corrosión es la degrada-
ción de los materiales para adoptar estados más estables
en la naturaleza, siendo la corrosión metálica un fenómeno
electroquímico provocado por el ambiente. Se puede con-
siderar a la corrosión atmosférica como una forma o un
tipo de corrosión que resulta de la interacción de una at-
mósfera natural
y un material metálico expuesto en la
misma. Por atmósfera natural debe entenderse tanto la
exterior como la interior de lugares de abrigo. Las carac-
terísticas físicas más importantes de una atmósfera natu-
ral son la temperatura y la humedad relativa. Por lo tanto,
los factores que afectan principalmente a los materiales
desde el punto de vista de su exposición a la atmósfera son
climáticos y químicos (Barton 1976).
Frecuentemente las estructuras metálicas están some-
tidas a la acción de ambientes agresivos naturales, siendo
las expuestas a la atmósfera las más abundantes y la prin-
cipal causa de pérdidas por corrosión. Éstas están calcu-
ladas en 50 % de las pérdidas totales por corrosión de un
país y se aproximan a un total entre 4 y 6 % del producto
interno bruto (PIB) (Tomashov 1966). La corrosión at-
mosférica es ocasionada por las altas temperaturas am-
bientales, la humedad y los agentes contaminantes agresi-
vos de origen natural o antrópico del medio en el que están
expuestos los materiales (Kucera y Matsson 1974).
Factores climáticos
La excesiva duración de los ensayos y el hecho de que
dentro de cada tipo de atmósfera existan numerosos fac-
tores que afectan la corrosión, que dependen de la evolu-
ción de la zona bajo estudio (geografía, crecimiento indus-
R. Muñoz Ledo y J. Uruchurtu Chavarín
28
trial, demografía, etc.), así como de la climatología
(estacional y diaria) del lugar, dificultan una evaluación de
validez permanente. Los ensayos naturales
in situ
valoran
la agresividad de una atmósfera y se admite que se man-
tendrá aproximadamente constante (González 1989). La
cuantificación del deterioro de un metal en una atmósfera
dada está determinada por la siguiente ecuación:
=
=
n
1
i
i
i
V
T
C
donde: C es la corrosión total
o pérdida de masa sufri-
da por el material metálico a lo largo del tiempo,
Τ
i
es el
tiempo de humectación de la superficie metálica. Este
parámetro, el más importante en la corrosión atmosfé-
rica, es el tiempo de humectación de la superficie me-
tálica (
τ
i
) e igual a la suma del número de horas al año
cuya humedad relativa
es igual o mayor a 80 % y a una
temperatura igual o mayor a 0
o
C que es a la que ocurre
la corrosión de manera significativa; esto de acuerdo
con:
=
=
n
1
i
i
i
T
τ
y V
i
es la velocidad de corrosión correspondiente a cada
período de humectación
τ
i
.
De lo anterior se observa que los factores climáticos
juegan un papel fundamental en la corrosión atmosférica. El
tiempo de humectación incluye factores como: temperatura
ambiente, precipitación pluvial, viento, humedad relativa, etc.,
que lo establecen y lo modifican afectando el tiempo que la
superficie metálica permanece mojada o húmeda. Además
la intensidad de la corrosión se incrementa con la presencia
de contaminantes atmosféricos (Kucera y Gullman 1981).
Factores químicos
Uno de los factores que incrementa la intensidad del
fenómeno corrosivo en la atmósfera es la composición
química de la misma. El bióxido de azufre (SO
2
) y el cloruro
de sodio (NaCl ), son los agentes corrosivos más comunes
y significativos de la atmósfera, aunque las partículas y el
ácido sulfhídrico (H
2
S) en casos particulares también son
importantes (González y Otero 1984). El NaCl se incorpora
a la atmósfera
desde el mar y lejos de éste la contaminación
atmosférica se intensifica por la presencia de industrias
y núcleos de población, siendo el SO
2
el contaminante
principal por su incidencia sobre el proceso corrosivo
proveniente de la combustión de sólidos y líquidos que
contienen azufre y que se encuentra comúnmente en
atmósferas urbanas e industriales (Kucera
et al.
1990). Esto
implica por consiguiente, la necesidad de medir la cantidad
de estos contaminantes dispersos dentro de la capa de aire.
Clasificación de la agresividad atmosférica
Desde hace tiempo, el Grupo de Trabajo 4 del Comité
Técnico 156 de la
International Standards Organization
(ISO) viene trabajando en la elaboración de normas que
permitan clasificar las atmósferas desde el punto de vista
de la corrosividad. El fin ha sido establecer guías
simplificadas y de fácil utilización, que aparecieron como
normas ISO 9223 y
9224
(ISO 1987, 1989).
Con relación a la clasificación de la corrosividad
atmosférica, ISO 9223 establece cinco categorías
(
Tabla
I
), para cada uno de los cuatro metales estructurales típicos
(acero al carbón, cinc, cobre y aluminio). Esta misma norma
establece para las atmósferas diferentes categorías en cuanto
a tiempo de humectación y a concentración de dióxido de
azufre y cloruros (
Tablas II a IV
). La estimación de la
Categoría
Pérdida de masa
de
agresividad
Acero
Cinc
Cobre
Aluminio
Corrosividad
m
m/año
m
m/año
m
m/año
g/m
2
año
C1
1.3
0.1
0.1
Desp.
Muy baja
C2
> 1.3
25
> 0.1
0.7
> 0.1
0.6
0.6
Baja
C3
> 25
50
> 0.7
2.1
> 0.6
1.3
> 0.6
2
Media
C4
> 50
80
> 2.1
4.2
> 1.3
2.8
> 2
5
Alta
C5
> 80
200
> 4.2
8.4
> 2.8
5.6
> 5
10
Muy alta
TABLA I.
CATEGORÍAS DE AGRESIVIDAD DE LA ATMÓSFERA (ISO 1987)
Categoría
Tiempo de humectación
Horas/Año
% Año
Τ
1
τ
<1
0
τ
< 0.1
Τ
2
10
≤τ
250
0.1
≤τ
3
Τ
3
250
≤τ
2500
3
≤τ
30
Τ
4
2500
≤τ
5500
30
≤τ
60
Τ
5
τ
>
5500
τ
>
60
TABLA II.
CLASIFICACIÓN POR EL TIEMPO DE HUMECTA-
CIÓN (ISO1989)
AGRESIVIDAD ATMOSFÉRICA SOBRE LOS METALES
29
categoría de corrosividad de una atmósfera puede
realizarse a partir de los datos de corrosión en el primer
año de exposición o bien a partir de los datos ambientales
de la propia atmósfera, como se presenta en las
tablas V
a VII
.
La literatura en español trata ampliamente el tema de
la corrosión atmosférica desde diferentes puntos de vista
(Feliu y Morcillo 1982, Genescá 1994 y Mariaca
et al.
1999).
En este trabajo, se presenta una primera aproximación
para la clasificación de la agresividad atmosférica sobre
los materiales metálicos estructurales típicos de distintos
puntos de la Zona Metropolitana de la Ciudad de México
(ZMCM), a partir de datos ambientales del año 2000 y
utilizando la normativa de ISO.
METODOLOGÍA
Los datos fueron obtenidos de la Red Automática de
Monitoreo Ambiental (RAMA), la cual se compone de 32
estaciones en donde se miden los contaminantes de manera
continua, se promedian los datos y se graban en forma
horaria. En este caso, para estudiar la corrosión atmosférica
se consideran las estaciones siguientes: Tacuba, ENEP
Acatlán, San Agustín, Tlalnepantla, Xalostoc, Merced,
Pedregal, Cerro de la Estrella, Hangares, Plateros y
Coacalco. En ellas se determinan las concentraciones de
bióxido de azufre (SO
2
) así como la humedad relativa y
temperatura. La concentración de NaCl se supone
despreciable por no estar las estaciones cerca de fuentes
contaminantes de este tipo. La estación UNAM se incluye
con propósitos de comparación, ya que existen datos de
un estudio de corrosividad atmosférica realizado por
(Morcillo
et al.
1999), durante cuatro años (1989-1992);
en donde se hace la clasificación de la agresividad
atmosférica mediante la obtención de datos ambientales y
medidas de corrosión por pérdida de masa.
Debido a la gran cantidad de datos que se manejan, así
como de la incertidumbre que se tiene en la determinación
y manejo de la medición de contaminantes atmosféricos,
fue
necesario revisar y depurar la información primaria
obtenida para lograr los resultados en la forma adecuada.
Estos se almacenaron en bases de datos (DBF ó XLS) y
se hizo una presentación en forma horaria, para cada ter-
minal de medición; de dichos resultados, mediante el uso
de EXCEL se extraen los datos a archivos ASCII, en donde
con un programa en FORTRAN se leen dichos datos
y se
calculan los valores promedio diarios, mensuales y anuales.
Hay que hacer notar que dentro de la validación de los
datos hay horas, días o meses que no tienen resultados (se
eliminan, del promedio estadístico), hay puntos donde el
aparato no alcanzó el intervalo mínimo o el máximo y se
registra con un valor negativo (-99.99). Para este caso se
determinó
un valor de cero que no se contabilizó para los
promedios finales (buscando que los resultados sean lo
más representativos posibles). Existen otras indicaciones
que son puestas por los responsables de las redes de
monitoreo; en ellas se indican falla del monitor, de energía
eléctrica, de los analizadores, falta de calibración y de
mantenimiento preventivo que también se descartaron
durante el análisis.
Los resultados (concentración) de los elementos
contaminantes en el aire se expresan inicialmente en ppm
(partes por millón de concentración), así como también
en microgramos por litro, para poder hacer las
comparaciones con otras entidades que realizan dichas
mediciones o análisis de la información. Posteriormente
Categoría
Depositación de Cl
±
mg/m
2
día
S0
S
3
S1
3 < S
60
S2
60 < P
300
S3
300 < P
1500
TABLA IV.
CLASIFICACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN POR
NIVEL DE Cl
±
(ISO 1989)
Categoría
Depositación SO
2
Concentración SO
2
mg/m
2
día
mg/m
3
P0
P
10
P
0.012
P1
10 < P
35
0.012 < P
0.04
P2
35 < P
80
0.04 < P
0.09
P3
80 < P
200
0.09 < P
0.250
TABLA III.
CLASIFICACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN POR
NIVEL DE SO
2
(ISO 1989)
T1
T2
T3
T4
T5
S0-S1 S2
S3
S0-S1 S2
S3
S0-S1
S2
S3
S0-S1 S2
S3
S0-S1 S2
S3
P0-P1
1
1
1-2
1
2
3-4
2-3
3-4
4
3
4
5
4
5
5
P2
1
1
1-2
1-2
1-2 3-4
3-4
3-4
4-5
4
4
5
5
5
5
P3
1-2
1-2
2
2
3
4
4
4-5
5
5
5
5
5
5
5
TABLA V.
CLASIFICACIÓN DE LA AGRESIVIDAD ATMOSFÉRICA PARA EL ACERO (ISO 1989)
R. Muñoz Ledo y J. Uruchurtu Chavarín
30
los datos se transformaron a unidades de depositación de
SO
2
(mg/m
2
día) para su comparación de acuerdo con la
norma ISO. Además se extrajo de los datos de humedad
relativa el número de horas que permaneció por encima
del 80 % con la temperatura superior a 0
o
C, que es el
tiempo de humectación.
La información para determinar
el bióxido de azufre y
su comportamiento se obtuvo con apego a las Norma
Oficial Mexicana NOM±022±SSA1±1993, que está
relacionada con la calidad del aire para la protección de la
salud.
A la fecha esta metodología de tratamiento de los datos
ambientales aunque contemplada dentro de las normas ISO,
no se ha hecho extensiva y se aplica por primera vez a la
ZMCM.
RESULTADOS
La
tabla VIII
presenta los datos de los promedios
anuales y el tiempo en horas totales de humectación de
los parámetros ambientales obtenidos para las estaciones
de monitoreo consideradas en el estudio. Se obtuvieron
humedades relativas mayores a 40 % con excepción
de San Agustín, Hangares, Acatlán y Plateros que
presenta el valor mínimo. Sin embargo, ésta tiene el
mayor número de horas de tiempo de humectación; así
como el valor mínimo promedio de temperatura, lo que
puede explicar el tiempo de humectación observado, ya
que la disminución de la temperatura entre el día y la
noche estimula la condensación y por ende el tiempo de
humectación, como se demuestra en un estudio de
T1
T2
T3
T4
T5
S0-S1 S2
S3
S0-S1 S2
S3
S0-S1 S2
S3
S0-S1 S2
S3
S0-S1 S2
S3
P0-P1
1
1
1
1
1-2
3
3
3
3-4
3
4
5
4
5
5
P2
1
1
1-2
1-2
2
3
3
3-4
4
3-4
4
5
5
5
5
P3
1-2
2
2
3
3-4
3
3-4
4
4-5
5
5
5
5
5
5
TABLA VI.
CLASIFICACIÓN DE LA AGRESIVIDAD ATMOSFÉRICA PARA EL CINC Y EL COBRE (ISO
1989)
T
1
T
2
T
3
T
4
T
5
S0 S1
S2
S3
S0
S1
S2
S3
S0
S1
S2 S3
S0
S1
S2
S3
S0 S1 S2 S3
P0-P1
1
1
2
2
1
1
2-3
4
3
3
3-4
4
3
3-4 3-4
5
4
5
5
5
P2
1
1
2
2-3
1-2 1-2
3-4
4
3
3
4
4-5
3-4
4
4
5
4
5
5
5
P3
1
1
2-3
3
2
3-4
4
4
3
4
4-5
5
4-5
5
5
5
5
5
5
5
TABLA VII.
CLASIFICACIÓN DE LA AGRESIVIDAD ATMOSFÉRICA PARA EL ALUMINIO (ISO 1989)
Estación
Humedad
Tiempo de
Temperatura
Depositación
Depositación
Relativa
Humectación
SO
2
Cl
-
%
h/año
o
C
mg/m
2
día
mg/m
2
día
Acatlán
38.6
100
14.7
40.3
Desp.
C. Estrella
40.2
144
16.7
41.1
Desp.
Coacalco
47.2
376
15.2
35.0
Desp.
Hangares
29.7
168
17.0
49.0
Desp.
Merced
42.1
272
16.7
54.3
Desp.
Pedregal
40.6
146
16.0
21.8
Desp.
Plateros
25.5
781
9.2
19.3
Desp.
San Agustín
37.6
100
16.2
31.5
Desp.
Tacuba
40.8
384
15.2
55.1
Desp.
Tlalnepantla
42.9
64
15.5
67.4
Desp.
Xalostoc
46.0
312
16.7
65.6
Desp.
UNAM
62.0
255
15.4
12.8
Desp.
TABLA VIII.
PARÁMETROS AMBIENTALES (PROMEDIO ANUAL) DE LAS ESTACIONES
DE LA ZMCM
El número de determinaciones fue sobre 8578 muestras para SO
2
, 8297 muestras para el % humedad
relativa y de 8328 muestras para la temperatura. Máximo de muestras por año: 8760
AGRESIVIDAD ATMOSFÉRICA SOBRE LOS METALES
31
monitoreo instantáneo de la corrosión realizado por Tres
et al.
(2001). Los tiempos menores de humectación
(menos de 200 horas) se presentan en San Agustín, C.
Estrella, Hangares, Pedregal y Acatlán; mientras que
las temperaturas promedio oscilan entre 14.7 y 17
o
C
con excepción de Plateros con 9.2
o
C
La depositación de SO
2
varía entre un mínimo de 19.25
mg/m
2
día y un máximo de 67.37 mg/m
2
día. Valores
mayores a 10 mg/m
2
día y menores o iguales a 35 mg/
m
2
día se presentan sólo en Plateros, San Agustín, Coacalco
y Pedregal, mientras que por arriba de este umbral se
encuentran las demás. Todos los valores están por encima
de la estación UNAM, utilizada con propósitos
comparativos (Mariaca
et al.
1999). La depositación de
cloruros se consideró despreciable en todos los casos, ya
que no existen fuentes emisoras de este contaminante en
las cercanías de las estaciones.
Los mayores valores de depositación se observan en
Xalostoc y Tlalnepantla que son zonas industriales, seguidos
de Tacuba, Merced, Hangares y C. Estrella que son áreas
urbanas densamente pobladas. Le siguen Acatlán que es
un área suburbana, pero viento abajo de la zona industrial
de Tlalnepantla. El último grupo incluye zonas urbanas y
suburbanas como Coacalco, San Agustín, Pedregal y
Plateros, viento arriba de las zonas industriales o bien
alejados de éstas. De acuerdo con estos resultados, se
obtiene la clasificación de la agresividad atmosférica para
los cuatro metales estructurales
que se presenta en la
tabla IX
.
Se hace notar que la agresividad atmosférica sobre
los materiales metálicos estructurales, no siempre
corresponde con las zonas mas contaminadas, como es
el caso de Tlalnepantla (
tabla IX
). Esto se debe a que es
indispensable el concurso de la humedad relativa, y mas
específicamente del tiempo de humectación, para que se
dé la corrosión. La presencia de los contaminantes,
básicamente acelera el proceso corrosivo (Morcillo
et
al.
1999).
La
figura 1
presenta el mapa de la ZMCM con la
localización de las estaciones y la corrosividad del acero
y en la
figura 2
se muestran las estaciones y la
corrosividad del cinc, cobre y aluminio (ver
Tabla I
).
Para el acero, la corrosividad en San Agustín, Pedregal,
Tlalnepantla y Acatlán es muy baja; C. Estrella, y
Hangares es muy baja a baja; Plateros es baja a media;
Coacalco, Merced y Tacuba es media a alta.
Estación
Fe
Zn
Cu
Al
Acatlán
C1
C1
C1
C1
C. Estrella
C1-C2
C1-C2
C1-C2
C1-C2
Coacalco
C3-C4
C3
C3
C3
Hangares
C1-C2
C1-C2
C1-C2
C1-C2
Merced
C3-C4
C3
C3
C3
Pedregal
C1
C1
C1
C1
Plateros
C2-C3
C3
C3
C3
San Agustín
C1
C1
C1
C1
Tacuba
C3-C4
C3
C3
C3
Tlalnepantla
C1
C1
C1
C1
Xalostoc
C3-C4
C3
C3
C3
UNAM
C2-C3
C3
C3
C3
TABLA IX.
CLASIFICACIÓN DE LA AGRESIVIDAD AT-
MOSFÉRICA PARA LOS MATERIALES EN LA
ZMCM
Fig 1
. Mapa de corrosividad para el acero en la ZMCM
Fig 2
. Mapa de corrosividad para el cinc, cobre y aluminio en la ZMCM
Tlalnepantla
Tlalnepantla
R. Muñoz Ledo y J. Uruchurtu Chavarín
32
Para el caso del cinc, cobre y aluminio la corrosividad
en San Agustín, Pedregal, Tlalnepantla y Acatlán es muy
baja, C. Estrella y Hangares es de muy baja a baja,
mientras que Xalostoc, Coacalco, Merced y Tacuba
presentan corrosividad media.
CONCLUSIONES
Se obtuvo la caracterización de la agresividad atmos-
férica en diferentes sitios de la ZMCM, a partir de datos
ambientales.
La corrosividad que se presenta en las estaciones es:
muy baja en San Agustín, Pedregal,
Tlalnepantla y Acatlán,
de muy baja a baja en C. Estrella y Hangares, de baja a
media en Plateros y de media a alta en Coacalco, Merced
y Tacuba. Se recomienda corroborar la categorización
de la agresividad corrosiva obtenida a través de
parámetros ambientales, mediante ensayos de exposición
atmosférica de los materiales metálicos en los sitios
considerados en este estudio.
AGRADECIMIENTO
Al M. en C. Rafael Ramos Villegas por proporcionar
el acceso a los datos base de este estudio.
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