Introducción

Tecnología de Procesos Industriales S.A.
Gerencia Técnica
CORROSIÓN EN LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS
PARTE I
1. Introducción
El acero inoxidable es utilizado extensamente
en la fabricación de equipos de proceso en la
industria de alimentos, por su resistencia
mecánica, excelente terminación y buena
resistencia a los agentes ambientales y agentes
de limpieza.
El acero inoxidable será resistente a la
corrosión si se tiene una serie de precauciones
en la manufactura y montaje del equipo, en el
diseño del sistema de proceso y el equipo, y el
manejo y mantenimiento del mismo. En efecto,
cuando se ponen en contacto diferentes
metales en medio húmedo, tiene lugar un flujo
de corriente eléctrica a través de la superficie del metal. Los metales diferentes forman
una pila, donde la cantidad de corrientes o flujo que se forma dependerá de los metales
en cuestión y de las características del electrolito. En esta pila el metal menos resistente
actúa como ánodo, el cual cede material al electrolito.
La resistencia del acero inoxidable a la corrosión es debida a la formación de una capa
de óxido de cromo, llamada película pasivadora, que se produce en forma espontánea
en la superficie del acero cuando este se expone al Oxígeno.
Metales y aleaciones como aceros inoxidables y aleaciones de Titanio, se autopasivan
en forma espontánea en medios acuosos, y por lo tanto, son llamados aleaciones
resistentes a la corrosión. Si la combinación de la aleación y el medio ambiente no es la
adecuada, los metales pueden sufrir corrosión severa. Los films pasivadores de
aleaciones de Titanio, Aluminio y acero inoxidable, en un medio acuoso a temperatura
ambiente, son cualitativamente óxidos hidratados u oxihidróxidos hidratados del metal
base.
A pesar de estas características, el acero inoxidable es susceptible a la corrosión. Dentro
de la industria de alimentos, podemos encontrar algunos productos utilizados en casi
todas las etapas de procesamiento que potencialmente pueden iniciar procesos de
corrosión, estos son:
-
Líquidos de servicio, agua, salmueras refrigerantes
Productos de limpieza, soluciones de Hidróxido de Sodio, ácidos minerales.
Productos para desinfección, Hipoclorito de Sodio, Iodóforos, ácido Peracético.
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Adicionalmente, hay que hacer consideraciones especiales en el caso de algunos
alimentos en particular, como es el caso del suero de leche, azúcar líquida, jugos de fruta
y mostos preservados con anhídrido sulfuroso, salmueras, salsas en base a tomate y
carne.
Los productos que contienen vinagre y sal en combinación, son los puntos más
corrosivos. Para estos casos el acero AISI 316 es él mas indicado, así como para los
productos más ácidos como jugo de limón y pepinillos dulces con pH 3.
Normalmente la corrosión en la industria de alimentos se evalúa por la presencia de
perforaciones o imperfecciones superficiales, las cuales hacen que los procesos de
lavado y/o esterilización sean deficientes, no como la pérdida de material
superficial/área/tiempo, como se hace en la industria química.
Se estima que sobre el 90% de los procesos corrosivos en la industria de alimentos, se
puede atribuir directa o indirectamente a la presencia de iones cloro en el ambiente.
2. Conceptos Básicos
Corrosión, es un proceso natural de deterioro de metales y aleaciones en un ambiente
corrosivo. Esta es una definición muy general, pero la corrosión ocurre en una amplia
gama de formas. Se pueden establecer dos tipos de corrosión, los cuales tienen mayor
ocurrencia, estos son la corrosión generalizada y el pitting.
La corrosión generalizada, es la disolución de un metal o aleación en un ambiente
corrosivo, lo que hace disminuir el espesor o tamaño original del metal o aleación. Esta
disolución es relativamente uniforme sobre la superficie expuesta al medio corrosivo. El
pitting es una forma localizada de corrosión, en la cual una pequeña parte del metal
expuesto se corroe más rápido que la estructura completa.
Para que ocurra un proceso corrosivo se deben presentar las siguientes condiciones:
1) El metal debe ser reactivo. Este debe ser inestable en su forma metálica, lo que indica
tendencia a la corrosión.
2) El metal debe ser puesto en contacto con un electrolito. Un electrolito es una solución,
normalmente acuosa, que puede conducir corriente eléctrica y permitir la existencia de
especies ionizadas.
3) El electrolito debe tener especies disueltas. Estas pueden ser gases disueltos, como
oxígeno o cloro, o iones disueltos como hidrógeno, los cuales actúan como agentes
oxidantes.
4) La cinética de la reacción ( la velocidad a la cual las reacciones de corrosión pueden
ocurrir) debe ser rápida y con suficiente significancia práctica.
Las reacciones de corrosión son la combinación de reacciones de oxidación y reducción.
La oxidación es un fenómeno electroquímico mediante el cual especies pierden
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electrones. La transformación de un metal a un metal iónico con pérdida de electrones
simultánea es un ejemplo.
Me ÅÆ M+ + eReducción es un proceso electroquímico, por el cual un elemento o especie adquiere uno
o más electrones. Como ejemplo tenemos la transformación de Hidrógeno iónico a
Hidrógeno atómico.
H+ + e- ÅÆ Ho
Cuando ocurren este tipo de reacciones, nunca lo hacen en forma aislada, sino que
combinada. En consecuencia, el proceso de oxidación, el cual produce electrones,
depende del consumo simultáneo de esos electrones por reducción. Si la reacción de
reducción no está disponible, no ocurre la oxidación. En estos casos, las especies que
experimentan una reacción reducción, se llaman agentes oxidantes.
El estudio de las reacciones de óxido/reducción requiere el conocimiento de dos
conceptos:
a)Potenciales de óxido/reducción, el cual es aplicado a elementos y compuestos.
b) Series galvánicas, las cuales se aplican a las aleaciones en determinados ambientes.
3. Potenciales de oxido/reducción
La siguiente tabla es un listado de algunos potenciales de oxido/reducción. Estos valores
representan la tendencia termodinámica relativa para que ocurra una reacción. Todos los
valores son comparados con un valor arbitrario de 0.00 volts, el cual es asignado a la
reacción de oxidación del oxígeno. Mientras más negativo, tiene mayor tendencia a que
se produzca la reacción.
MAS ACTIVO
MAS NOBLE
REACCION
++
Mg <—> Mg + 2e
+++
Al <—> Al
+ 3e
++
Zn <—> Zn + 2e
++
Pb <—> Pb + 2e
+
H <—> 2H + 2e
++
Cu <—> Cu + 2e
++
+++
Fe <—> Fe
+e
+
Ag <—> Ag + e
+++
Au <—> Au
+ 3e
3
E (volts)
2.38
1.66
0.763
0.126
0.000 Referencia
+0.34
+0.771
+0.799
+1.4978
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4. Series Galvánicas
Considerando que los potenciales de óxido/reducción son solo aplicables a elementos
puros, se han desarrollado las series galvánicas para comparar la reactividad relativa de
aleaciones en determinado ambiente.
La siguiente tabla es una versión simple de series galvánicas de aleaciones en agua de
mar.
MAS NOBLE
O CATODICO
ACTIVO O
ANODICO
Platino
Oro
Grafito
Titanio
Plata
Hastelloy C
Acero inoxidable 316
Acero Inoxidable 304
Bronce
Cobre
Latón
Estaño
Plomo
Fierro fundido
Aluminio
Zinc
Magnesio y sus aleaciones
Si un par de aleaciones se ponen juntas, la que tiene un valor mayor se corroerá mas
rápidamente comparado con su capacidad de corroerse en forma independiente. La tabla
muestra porqué aleaciones de aluminio o magnesio son utilizadas como ánodos de
sacrificio cuando se asocian con el fierro.
5. Reacciones de corrosión
El tipo más común de reacción de corrosión es la oxidación del fierro en agua.
4Fe + 6H2O + 3O2 <—> 4Fe(OH)3
En una solución neutra o alcalina, las reacciones individuales son las siguientes:
Fe <—> Fe+2 + 2eFe+2 <—> Fe+3 + eFe <—> Fe+3 + 3eO2 + 2H2O + 4e- <—> 4OH-
Paso 1
Paso 2
Reacción completa
Reacción de reducción
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El mecanismo de esta reacción es complejo. El oxígeno ataca la superficie del fierro, se
oxida, esto libera iones fierro e Hidroxilo al medio acuoso. Como reacción secundaria está
la transformación del ion ferroso a ion férrico. Esta especie forma un precipitado insoluble
de hidróxido de fierro, el cual tiende a pegarse en la superficie del metal. Las etapas
iniciales de esta reacción ocurren rápidamente.
El oxígeno tiene libre acceso a la superficie, donde se difunde y reacciona. Como los
iones ferrosos e Hidroxilo están cercanos a la superficie del metal, el oxígeno cercano a la
superficie empieza a agotarse y la velocidad de la reacción empieza a disminuir. Como en
las siguientes reacciones, el Hidróxido férrico forma un gel en la superficie del metal y
restringe la difusión del oxígeno a la superficie. Eventualmente las reacciones disminuyen
hasta lograr una tasa de equilibrio manejada por la difusión del oxigeno a través del óxido.
Después de un periodo de tiempo, la tasa de corrosión del fierro gradualmente decrece
hasta que se detiene.
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