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Introducción
El empleo de materiales metálicos facilita las condiciones actuales de vida de las personas; sin embargo, la mayoría de los materiales metálicos tiene una elevada susceptibilidad para corroerse 1. Esto se traduce en grandes pérdidas económicas en los países, mientras que la prevención o la disminución de la velocidad del proceso de corrosión genera importantes inversiones 2.
Uno de los principales métodos para combatir la corrosión es el uso de inhibidores, sustancias que se utilizan en bajas concentraciones en el medio corrosivo, disminuyen o previenen la reacción entre el metal y el medio 3),(4. Los inhibidores de origen orgánico-sintético son eficientes, no obstante, su naturaleza química los hace persistentes, poco o nulamente degradables, y, en la mayoría de los casos altamente tóxicos 1.
Debido al empleo de estos inhibidores, se ha tenido un impacto ambiental, por lo cual se han buscado nuevas alternativas que reduzcan la velocidad de corrosión de los materiales metálicos y que, además, resulten amigables con el ambiente 1. Ha cobrado importancia el empleo de polvos, aceites esenciales, infusiones acuosas y extractos naturales obtenidos de las hojas de plantas, cáscaras, frutos, semillas y raíces, como inhibidores ecológicos de la corrosión, debido a su efecto seguro, uso práctico, bajo costo y por ser materiales renovables 5.
Materiales y métodos
El desarrollo experimental se dividió en dos partes: en la primera parte se efectuaron la extracción y preparación del inhibidor verde, a partir de la cascara de la sandía en forma de una suspensión liquida; y la segunda parte consistió en la evaluación de dicho inhibidor, mediante técnicas electroquímicas, gravimetría e inspección visual. Estas técnicas permiten evaluar el desempeño y mecanismo de inhibición de corrosión de los componentes de la cascara de sandía. Para la obtención del inhibidor fue seleccionada una sandía en buen estado, de la cual se tomó la corteza para iniciar con la preparación del extracto. Siguiendo el procedimiento experimental citado por Lorena M. Saavedra Navarrete 6, se procedió a pesar y licuar 150 g de cáscara de sandía, sin ningún tratamiento previo, y 800 ml de agua destilada; finalmente, se realizó una filtración retirando los sólidos remanentes de la cáscara, y se obtuvo la parte líquida. Debido a que los inhibidores de corrosión comúnmente son añadidos en pequeñas cantidades, y siguiendo el estudio de María J. Berrocal et al. 7, el inhibidor se añadió en un 10 % del total de la solución.
Las muestras de acero A36 con dimensiones aproximadas de 2,5 x 2,5 x 0,3 cm fueron introducidas en soluciones de HCl con inhibidor, HCl sin inhibidor, NaCl con inhibidor y NaCl sin inhibidor. Las edades que se usaron para la recolección de datos fueron 0, 11 y 24 días; se realizó toma de pérdida de peso, y luego se hicieron las pruebas electroquímicas de extrapolación de curvas Tafel, con el fin de determinar las velocidades de corrosión de las muestras en presencia y ausencia del inhibidor; una vez terminada cada prueba electroquímica, las muestras fueron observadas con ayuda del estereoscopio, con el objetivo de conocer visualmente qué cambios habían sufrido las muestras expuestas a los dos ambientes corrosivos, haciendo una comparación con edades anteriores o con la edad 0. Finalmente, por medio de los análisis cualitativos realizados en SEM se buscaron determinar los mecanismos de inhibición presentes en la superficie del acero estructural A36 para una edad de 24 días.
Resultados y discusión
En la figura 1 se muestran los resultados de la inspección visual realizada después de sumergir las muestras en los medios corrosivos de estudio durante 11 y 24 días de exposición. Se logra evidenciar que las muestras expuestas al medio salino con inhibidor, tanto durante 11 como durante 24 días, presentan presentan menor cantidad de productos de corrosión y menor deterioro superficial que las muestras expuestas en este mismo medio sin presencia de inhibidor para los mismos tiempos de exposición. Por otro lado, las muestras inmersas en HCl sin inhibidor, tanto a 11 como a 24 días evidencian un gran deterioro superficial y mayor presencia de productos de corrosión, características que son más evidentes en la muestra que estuvo expuesta mayor tiempo; además, se puede evidenciar que esta muestra presenta corrosión localizada.
Figura 1 Inspección visual de las muestras sometidas a los medios de estudio a) 11 días de exposición y b) 24 días de exposición.
En la figura 2 se evidencia la pérdida de peso en función del tiempo de inmersión para los medios a) NaCl y b) HCl, respectivamente. Se puede observar que la pérdida de peso de las muestras aumenta con el tiempo de inmersión; este aumento es más significativo en las muestras que se encontraban en el medio sin presencia del inhibidor en ambos casos de estudio, lo que indica que el inhibidor sí cumplió con su función y retrasó la velocidad de corrosión en ambos medios.
Se realizó un estudio de microscopía electrónica de barrido (SEM) a las muestras de acero estructural A36 sometidas a los dos ambientes corrosivos durante 24 días con y sin presencia de inhibidor; se puede observar en la figura 3 que tanto las muestras con y sin inhibidor en medio ácido presentan deterioro superficial y productos de corrosión con respecto a la muestra patrón; estos efectos son más agresivos y evidentes en la muestra sin inhibidor expuesta en este medio. Además, se evidencia la formación de una capa no homogénea en la superficie de la muestra expuesta al medio ácido con presencia de inhibidor, la cual pudo servir de protección a la corrosión frente a la agresividad del medio. De manera similar ocurre con las muestras expuestas al medio salino, donde se puede observar un mayor deterioro en la superficie del material en la muestra que se sometió al medio sin presencia del inhibidor. En este caso, la película protectora formada sobre la superficie de la muestra sometida al medio con presencia de inhibidor es más densa y homogénea.
Figura 3 Micrografías SEM de las muestras expuestas durante 24 días en medio ácido y salino con y sin inhibidor
En las figuras 4 y 5 es posible observar el comportamiento de las curvas Tafel de las muestras sometidas en el medio ácido con y sin inhibidor y salino con y sin inhibidor, respectivamente, durante 24 días de exposición. Se logra evidenciar que el comportamiento del inhibidor en ambos medios es de carácter anódico, ya que se puede observar un desplazamiento del potencial de corrosión hacia valores más pasivos, y una disminución de la densidad de corriente (desplazamiento de la curva hacia la izquierda) con respecto a la curva patrón, lo cual concuerda con los resultados obtenidos de las pruebas de pérdida de peso y SEM, donde se evidencia la formación de una capa pasiva sobre el metal respecto a la muestra patrón, la cual ayuda a aislarlo del medio; estos resultados están acordes a la literatura 7.
Comparando el efecto del inhibidor extraído de la cáscara de sandía en los dos medios, resulta evidente que el mejor comportamiento se presenta en el medio salino, como era de esperarse, porque, aunque es un medio agresivo, no lo es tanto como el medio ácido. Por otro lado, el mecanismo de acción de los inhibidores de carácter anódico consiste en formar una capa pasiva sobre la superficie del metal aislándolo del medio; esta capa posiblemente no se formó por completo en las muestras sumergidas en medio ácido, y dejó áreas desprotegidas y con una mayor posibilidad de presentar zonas con diferencias de potencial que favorecieron el proceso de corrosión. Como se logró evidenciar en las micrografías obtenidas por medio de SEM, la capa protectora formada es más densa y homogénea en las muestras sumergidas en el medio salino en presencia del inhibidor que en el medio ácido en presencia del inhibidor.
Finalmente, fue calculada la eficiencia de inhibicion con ayuda de las velocidades de corrosión obtenidas a partir de las pendientes de las curvas Tafel, estos cálculos de eficiencia se realizaron para ambos medios. Se encontró que el inhibidor verde extraído de la cáscara de sandía que se utilizó en este estudio presenta una eficiencia del 94 % (tabla 1) para el medio de NaCl durante los 24 día de exposición, lo cual indica que este inhibidor tiene potencial para ser utilizado como inhibidor de corrosión en el ámbito industrial en medios marinos 8. Sin embargo, la eficiencia de inhibición para el caso del medio ácido no es tan notoria, pero sí aceptable para el mismo tiempo de exposición, ya que se alcanza un porcentaje del 77 %, sin embargo, el inhibidor logró disminuir la velocidad de corrosión en todos los casos estudiados como se evidencia en la figura 6.
Conclusiones
Se concluye experimentalmente que el inhibidor de cáscara de sandía proporciona una protección anódica contra la corrosión, mediante una película pasiva que aísla el metal del medio.
Se encontró que este inhibidor verde, en medio salino a una concentración de NaCl de 3,5 %, durante 24 días de exposición, presenta una eficiencia de 94 %, por lo cual es posible recomendarlo para ser utilizado en acero estructural A36 bajo estas condiciones. El inhibidor de cáscara de sandía en medio ácido, para 24 días de exposición tuvo eficiencias del 77 %, la cual resulta inferior al marco de referencia aceptable para recomendar un inhibidor que corresponda a eficiencias iguales o superiores al 85 %, por lo cual no es posible recomendar este inhibidor para acero A36 en condiciones ácidas.
