ciclos de refrigeracion

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Biocorrosión

TESA-AR

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Temario • Bacterias, generalidades

• Bacterias sésiles y plantónicas

• Formación de biopelículas

• Biocorrosión en aceros al carbono y CRA´s

• Identificación de la biocorrosión

• Monitoreo de biopelículas

• Prevención y control, uso de biocidas

• Conclusiones

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Bacterias, generalidades Son pequeñas (desde 1m), lo que les permite penetrar en fisuras y microporos.

Forman colonias, consorcios sinérgicos con otras bacterias, hongos, algas, etc.

Soportan variado rango de pH (4.5 - 9), temperatura (20-50°C T° óptima) y concentración de oxígeno (aeróbica, anaeróbicas, adaptativas).

Se reproducen en períodos cortos de tiempo, a partir de 1 bacteria en 10 hs puedo tener 106 bacterias.

Presentan una elevada superficie de intercambio con el medio.

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Bacterias, generalidades

Algunas bacterias pueden utilizar el H2 gaseoso como fuente de energía y el CO2 como fuente de C. Pueden producir ácidos orgánicos, disminuyendo el pH del medio. Algunas pueden producir H2S como producto de su metabolismo!! Pueden transformarse en esporas resistentes a la temperatura, desecación, congelamiento, etc.

EPM influencia las superficies

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• Bacterias sésiles y plantónicas


• Biocorrosión en aceros al carbono y CRA´s




• Conclusiones

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Bacterias sésiles y plantónicas BACTERIAS sésiles: Son las bacterias “adsorbidas” IRREVERSIBLEMENTE en la superficie del sustrato

10 ml

Caldos específicos por especie de bacteria

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Bacterias sésiles y plantónicas BACTERIAS NADADORAS (PLANTÓNICAS): Generalmente son desprendidas de las biopelículas y arrastradas por el flujo. En concentración…NO SON REPRESENTATIVAS DE LA POBLACIÓN DEL BIOFILM. También se las llama bacterias pioneras o colonizadoras.

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Bacterias sésiles y plantónicas

Desprendimiento de bacterias del tipo pseudomona aeruginosa (bacteria hospitalaria), pioneras de un cluster bacteriano

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Formación de biopelículas

BIOPELÍCULAS Hasta fines de los 80 Se muestreaban bacterias plantónicas. Se conocía la formación de incrustaciones (carbonatos, sulfatos…) No se consideraba interacción biofilm-incrustaciones inorgánicas. Se pensaba en las biopelículas como un “compacto” sin acceso a intercambio con el ambiente en su interior.

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BIOPELÍCULAS

En la decada del 90 Se comienza a muestrear el biofilm (Montana) Se desarrollan técnicas microelectroquímicas (microelectrodos)

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Debido a la técnica de inserción de microelectrodos en el interior de las biopelículas se han podido desarrollar perfiles de concentración de oxígeno tanto en los canales como en los racimos (clusters) de bacterias.

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Perfiles de concentración de oxígeno en los clusters

Bacterianos y en los canales del biofilm

CELDA DIFERENCIAL DE O2

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Tienen una estructura, no es un continuo como se pensaba hasta los años 80. Por tener canales internos existen fenómenos de transporte. Las biopelículas producen cambios en la composición y estructura del sustrato.

Flujo de agua con partículas trazadoras

de látex fluorescentes a través de los

Canales del biofilm

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TRANSPORTE: Moléculas orgánicas y células microbianas son trasportadas desde el líquido a la superficie del sustrato. ADSORCIÓN: De moléculas orgánicas condicionando así a la superficie, lo que modifica su mojabilidad. FIJACION: Reversible e irreversible de las bacterias.

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METABOLISMO: Crecimiento y reproducción de las células adheridas irreversiblemente formando la biopelícula DESPRENDIMIENTO: De la biopelícula

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Efectos de las biopelículas en procesos industriales

Por otro lado, debido a su elevada superficie de intercambio con el medio, el biofilm produce diferentes fenómenos en los procesos industriales.

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Efectos de las biopelículas en procesos industriales INCREMENTO DE LA RESISTENCIA AL FLUJO:

El aumento de la resistencia al flujo incrementa la potencia de bombeo requerida.

Curva sigmoidea de crecimiento

ETAPA DE FORMACION

(ALISADO)

ETAPA DE CRECIMIENTO

Flujo

Flujo

tiempo

Coeficiente de fricción

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Efectos de las biopelículas en procesos industriales INCREMENTO DE LA RESISTENCIA A LA TRANSFERENCIA DE CALOR: Decrece la eficiencia en transferencia de calor

Curva sigmoidea de crecimiento

tiempo

Conductividad térmica

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ACEROS AL CARBONO La superficie del metal en contacto con la solución suele ser rápidamente cubierta por productos de corrosión.

El biofilm no es continuo sobre la superficie del acero, se entremezcla con los productos de corrosión y por ende la interacción es compleja y difícil de observar. Algunas especies pueden producir metabolitos agresivos, como por ejemplo el H2S. Las bacterias provocan además consumo o producción de sustancias que intervienen en la reacción catódica (H2, O2) o anódica (Fe++).

Biocorrosión en aceros al carbono

y CRAs

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DEPOLARIZACIÓN CATÓDICA ANODO: 4Fe 4Fe++ + 8e-

CATODO : 8H+ + 8e- 8 H (adatomos) REMOCION DE SO4

2- + 8 H (r.b.) S2- + 4 H2O ADATOMOS x M.O 8H2O 8H+ + 8 (OH)-


y CRAs

ACERO H H H H H H

ACERO e_

H H

H

H H H+ Fe++

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CELDAS DE AIREACION DIFERENCIAL


y CRAs

ZONA ANAEROBICA

Fe++ CATODO CATODO

ZONA AEROBICA ZONA AEROBICA

O2 O2

Fe++ Fe+++ Fe (OH)3

Tubérculos

Bacterias oxidantes del Fe

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Desde un punto de vista mecánico (rugosidad), el material tiene muy poco efecto sobre el desarrollo del biofilm. Diferentes estudios han mostrado que las bacterias pueden adherirse al acero inoxidable, teflón, PVC, etc (nótese que su rugosidad puede ser muy diferente). Se ha comprobado que la rugosidad de la superficie demora la adherencia de las bacterias, pero la formación del biofilm luego de algunos días será inevitable (recuerdan un florero “verdoso”?).


y CRAs

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ACEROS INOXIDABLES Los aceros inoxidables, contrariamente a los aceros al carbono proveen una superficie homogénea, debido a que forman finas capas de productos de corrosión, lo que es adecuado para la adherencia microbiana, y se produciría entre las 24 y 72 hs. La presencia del biofilm desplaza el potencial libre de corrosión hacia mayores valores (acercándolo al potencial de picado), en función del tiempo de exposición. Esto se conoce como “ennoblecimiento” pero es claramente un efecto negativo. Se han detectado desplazamientos del potencial del orden de los 100 mv en dirección anódica, tanto en agua de mar como en agua dulce contaminada.


y CRAs

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ACEROS INOXIDABLES : Ennoblecimiento del Ecorr


y CRAs

Epicado

Tiempo (días)

E (mv)

AGUA DE MAR CONTAMINADA

Con M.O.

(304 austenitico SS)

Ecorr

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Podemos identificar procesos de biocorrosión mediante los siguientes niveles de análisis: ANALISIS VISUAL (especulativo) ANALISIS POR TECNICAS ESPECIALES ANALISIS MICROBIOLÓGICOS

Identificación de la biocorrosión

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ANALISIS VISUAL: Es un análisis macroscópico/morfológico de la muestra donde se podría

inferír el tipo de ataque corrosivo localizado o general. Generalmente los procesos biológicos producen corrosión localizada (pitting). También se podría analizar cualitativamente el tipo y color de los depósitos de corrosión, por ejemplo:

DEPOSITOS NEGRO: Bacterias sulfatos reductoras (BSR) DEPOSITOS NARANJA: Bacterias oxidantes del Fe


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DEPOSITOS NEGRO: Bacterias

sulfatos reductoras (BSR) DEPOSITOS NARANJA:

Bacterias oxidantes del Fe (Gallionella)


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ANALISIS POR TÉCNICAS ESPECIALES: Son análisis donde se utilizan equipos de análisis cuantitativos para poder evaluar los compuestos de los depósitos. Estas técnicas van desde los métodos de rutina de química analítica hasta difracción por RX


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ANALISIS MICROBIOLOGICOS: Se dividen en dos familias: EVALUACION DE MICROORGANISMOS GENERALES - Plaqueo - Microscopía (óptica, env. SEM, epifluorescencia) EVALUACION DE ORGANISMOS ESPECÍFICOS

-Detección de enzimas específicas -Cultivos selectivo -etc.

Identificación de biocorrosión

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• Bacterias sésiles y nadadoras (plantónicas)


• Biocorrosión en aceros al carbono y CRAs




• Conclusiones

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Cualquier programa de monitoreo (no sólo de biopelículas) deberá adecuarse a las necesidades y posibilidades del sistema industrial afectado, reuniendo las siguientes características:

SIMPLE DE USAR, INSTALAR E INTERPRETAR

ROBUSTO: Compatible con la estructura del sistema

PRECISO: No debe dar falsas alarmas

ECONOMICO

SENSIBLE: Se debe poder establecer la susceptibilidad al problema

antes de que suceda la falla.

Monitoreo de biopelículas

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El crecimiento del biofilm puede monitorearse por medio de celdas de flujo continuo en laboratorio:

Ex SITU (Laboratorio)

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Los dispositivos de muestreo en campo: IN SITU - Se ajustan directamente a la tubería - Reflejan las condiciones fluidodinámicas del proceso - Difícil de remover para análisis de cinética SIDE- STREAM - Ligados al proceso en forma lateral - No reproducen fielmente las condiciones fluidodinámicas del proceso - Fáciles de remover para estudio de cinética


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IN SITU


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Prevención, control, uso de biocidas

Se puede definir a los biocidas como químicos tóxicos, utilizados en la industria para reducir o prevenir la contaminación microbiana. Su acción resulta de: • Interacciones físico químicas con estructuras celulares • Disturbios metabólicos • Reacciones específicas con moléculas biológicas

Suelen clasificarse como: • Oxidantes (ej: cloro) • No oxidantes (ej: glutaraldehido)

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Según su concentración pueden actuar como: Bactericidas: Daños irreversibles o irreparables en las células bacterianas Bacteriostáticos: Inhibición metabólica Los surfactantes son agentes que incrementan la habilidad del biocida de llegar a la célula microbiana. Ej: Cetiltrimetilamonio

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La resistencia que ofrecen las células microbianas a los biocidas pueden ser por: •Capacidad inherente, natural o intrínseca •Capacidad adquirida por mutaciones •Capacidad adaptativa: secretando mayor cantidad de PEC

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Un biocida efectivo se caracteriza por: • Actuación sobre un amplio rango de microorganismos (deben actuar sobre hongos, algas y bacterias) • Bajas concentraciones requeridas • No tóxico para otras formas de vida • No corrosivo para los sistemas donde se aplique • Económico • Biodegradable • Penetrar y dispersar el biofilm • Compatible con otros productos

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La aplicación y el régimen de tratamiento del biofilm dependerá de: • Presencia de biofilm

• Tiempo de control

• Accesibilidad del lugar

• Costo del tratamiento

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Conclusiones

• Debido a la mayor densidad de bacterias, los análisis de cuantificación se deberán realizar sobre muestras sólidas conteniendo biopelículas.

• El análisis de falla junto con el monitoreo en campo servirán para una correcta identificación del problema de biocorrosión. • Mantener los ductos limpios para evitar corrosión bajo depósito (UDC), con el consecuente desarrollo de biofilms si el electrolíto está contaminado con bacterias.

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Final de la presentación

Preguntas

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