EVALUACIÓN DE LA CORROSIÓN DE ACEROS AL CARBONO EXPUESTOS A AMBIENTES DE CO2 SUPERCRÍTICO Y FLUE GAS –VAPOR DE AGUA

Abstract

Esta investigación doctoral desarrolló una evaluación de los fenómenos y mecanismos de corrosión en procesos de inyección de CO₂ supercrítico y flue gas, considerando los efectos de presión, temperatura, tiempo de exposición y presencia de impurezas (vapor de agua, nitrógeno y oxígeno) sobre aceros al carbono API N-80 y API P-110. Se implementó un diseño experimental factorial mixto evaluando cuatro ambientes: CO₂ puro, CO₂+H₂O, CO₂+H₂O+N₂, y CO₂+H₂O+N₂+O₂, bajo condiciones de 800-1.100 psi (55-75 bar) y 520-560°F (270-290°C) durante períodos de 1 a 200 horas. La caracterización se realizó mediante SEM-EDS, difracción de rayos X, espectroscopía fotoelectrónica de rayos X, metalografía y análisis de dureza, complementada con simulación termodinámica mediante HSC Chemistry. Los resultados revelan efectos sinérgicos no-aditivos donde el vapor de agua incrementa las velocidades de corrosión en 1.000 - 8.000 veces respecto a CO₂ puro, mientras que el nitrógeno, exhibe un mecanismo de modulación interfacial con factores de impacto variables desde efectos protectores (-4.905) hasta perjudiciales (+5.036) según el material. El oxígeno genera los factores de impacto más extremos (hasta 29.225) estableciendo corrosión mixta donde predominan productos oxidativos menos protectores. Se identificaron tres fases temporales, como lo fueron activación inicial (0 - 20h), máxima agresividad (20 -50 h), y estabilización progresiva (50 – 200 h), con convergencia crítica a 50 horas para todos los sistemas. La caracterización XPS reveló diferencias en la estabilidad de productos de corrosión, donde API P-110 forma carbonatos más estables que actúan como barreras difusionales efectivas, mientras que API N-80 forma carbonatos menos estables con protección limitada. Los gradientes termodinámicos demuestran que el control térmico es 10 - 100 veces más efectivo que el control de presión, con efectos inversos contraintuitivos donde el incremento de temperatura reduce la velocidad de corrosión en ambientes húmedos. El trabajo establece un nuevo paradigma para sistemas de corrosión multicomponente, demostrando que los efectos de interacción entre impurezas trascienden los modelos aditivos tradicionales y redefinen completamente los mecanismos de corrosión en los ambientes de estudio, lo cual contribuye directamente a la viabilidad de soluciones industriales para la transición energética global hacia la descarbonización.