MEDICIÓN DE VELOCIDADES DE CORROSIÓN mio
-
Upload
pjanoo2909 -
Category
Documents
-
view
318 -
download
3
Transcript of MEDICIÓN DE VELOCIDADES DE CORROSIÓN mio
-
CORROSIN Y SU CONTROL
ANYELO A. MARTINE COLMENARES
ASTRID N. PICO CRISTANCHO
UNIVERSIDAD INDUSTRIAL DE
SANTANDER (UIS)
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN
Astrid Nayibe Pico Cristanchos, Anyelo Alexander Marines Colmenares
Escuela de Ingeniera Qumica; Universidad Industrial de Santander
RESUMEN
Se define corrosin como el deterioro de
un material previamente atacado
electroqumicamente por el medio que lo
rodea. Si la corrosin es originada por una
reaccin electroqumica de denomina
oxidacin, la velocidad de corrosin de
dicho material depende de alguna manera
de la temperatura del medio, de la
salinidad del fluido en contacto con el
material y de las propiedades de los
metales a estudiar.
Para poder determinar la velocidad de
corrosin de los materiales se emplean una
serie de mtodos, entre los cuales
estudiamos en esta practica el
gravimtrico donde podemos obtener el
valor de la velocidad de corrosin
exponiendo el material (cupones de
prueba) a un ataque de solucin salina de
NaCl al 3 % y una solucin acida de HCl
durante un periodo de tiempo de 7 dias
segn la prueba, sin embargo se dejo
expuesto el material a 15 das en dichas
soluciones obtenindose una perdida de
masa (mdd) en los cupones.
El otro mtodo que se estudio es el
electroqumico, donde disponemos una
celda galvnica y dejando en contacto con
el medio agresivo una solucin salina de
NaCl al 3 % y una solucin acida de HCl ,
con este mtodo se determina la velocidad
de corrosin midiendo la magnitud de la
intensidad de corriente elctrica del
proceso.
OBEJTIVOS:
Calcular la velocidad de corrosin
de una pieza metalica a travs de
los dos mtodos propuestos (
gravimtrico y electroqumico)
Identificar las diferentes
reacciones que se presentan en los
cupones utilizados y en las
soluciones de NaCl y HCl.
Observar y reconocer las
diferencias al aplicar los dos
mtodos entre las piezas utilizadas
para dichas pruebas con la solucin
respectiva.
Estudiar los patrones de limpieza
de los cupones.
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Introduccin
A nivel industrial la corrosin ha
venido siendo la principal perdida
a la hora de implementar mejoras
de sus equipos , es necesario hacer
estudios de las instalaciones y los
materiales empleados, debido a la
presencia de medios agresivos
como la atmosfera que provoca la
oxidacin de las partes metlicas
generando la perdida parcial o
total del equipo.
Una manera de poder manipular
los materias es por medio del
estudio de su velocidad de
corrosin este dato lo podemos
obtener de varios mtodos sin
embargo en esta practica
analizaremos dos mtodos el
gravimtrico y electroqumica. Esta
corrosin viene dada por la
corriente, sin embargo nos
referimos a las unidades de masa
por unidad de rea por unidad de
tiempo.
El mtodo electroqumico consiste
en la cintica y la mecnica de la
reaccin andica (disolucin del
metal) y la reaccin catdica
(reduccin de oxigeno o evolucin
de hidrogeno. El otro mtodo
analizado es el gravimtrico, donde
determinamos la perdida de peso
del cada material expuesto en
contacto con un medio corrosivo.
Las unidades ms frecuentes
utilizadas para la velocidad de
corrosin son: miligramos
decmetros cuadrado da (mdd),
milmetros por ao (mm/ao),
pulgadas por ao o milipulgadas
por ao (mpy).
MARCO TEORICO
Mtodo gravimtrico
Para determinar la velocidad de corrosin por este mtodo hay que someter al material en estudio a un ataque del agente corrosivo durante un periodo de tiempo bastante largo.
Una vez finalizado el ataque se determina el cambio de peso que el material experimenta con el fin de obtener la velocidad de corrosin en m.d.d. es decir miligramos de material perdido por da transcurrido y dm2 de rea de material expuesta.
Mtodo electroqumico
En la corrosin electroqumica los tomos
del metal son oxidados dejando la red del
metal como iones, creando un exceso de
electrones en la superficie del metal. Estos
electrones pueden ser transferidos a una
especie activa en el electrolito
producindose la reaccin de reduccin. La
reaccin de corrosin se conoce como
reaccin andica y las reas del electrodo
donde ocurre se les llama nodos. La
electro neutralidad de la materia exige que
en otros puntos, conocidos por ctodos, se
reduzca alguna sustancia del medio
ambiente en contacto con el material
metlico. Las reas donde ocurre la
reaccin catdica (de reduccin) se
denominan ctodos.
En el caso del acero, la reaccin andica
que tiene lugar es:
Fe Fe2+ + 2e-
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Consecuentemente, una reaccin catdica
tiene que tener lugar para iniciar y
mantener la corrosin metlica.
Un ejemplo de reaccin catdica es la
reduccin de protones.
2H+ + 2e- H2
La reaccin de corrosin total ser la suma
de ambas reacciones.
Fe + 2H+ Fe2+ + H2
Tanto la reaccin andica como catdica
dan lugar a corrientes llamadas andica y
catdica respectivamente y la corriente
total suma de ambos procesos es
proporcional a la velocidad de corrosin.
NORMA ASTM G1-90
Norma Prctica para la Elaboracin,
limpieza y evaluacin de muestras de
prueba de corrosin.
CALCULO DE LA VELOCIDAD DE
CORROSION
MTODO GRAVIMTRICO
Para determinar la velocidad de corrosin
por este mtodo hay que someter al
material en estudio a un ataque del agente
corrosivo durante un periodo de tiempo
bastante largo. Una vez finalizado el ataque
se determina el cambio de peso que el
material experimenta con el fin de obtener
la velocidad de corrosin en m.d.d. es decir
miligramos de material perdido por da
transcurrido y dm2 de rea de material
expuesto.
Para ello se utilizan ecuaciones como:
Donde:
mpy: Milsimas de pulgada de
penetracin por ao
W: Perdida de peso en mg
D: Densidad del metal (7.87gr/cm3)
A: Area del electrodo de hierro
T: Tiempo total de exposicin en
horas
Donde:
m.d.d: mg por dm2 por dia
W: Prdida de peso en mg
A: Area del electrodo de hierro en
dm2
T: Tiempo en das o en fraccin de
das
METODO ELECTROQUIMICO La corrosin electroqumica sucede gracias a la formacin y movimiento de partculas con carga elctrica. A los procesos parciales andicos y catdicos les corresponde una intensidad proporcional a la velocidad del fenmeno, por lo que se puede determinar la velocidad de corrosin midiendo la magnitud de corriente elctrica en el proceso, para ello, recordaremos:
nodo: Polo positivo en un par galvnico. Es el que se corroe
Ctodo: Polo negativo en un par galvnico. Es el que protege
Intensidad de Corrosin:
Velocidad de corrosin o de electro posicin: La cantidad de metal eliminado por corrosin o
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
depositado sobre el ctodo en el electro deposito, puede determinarse por la ecuacin de Faraday:
- W: Peso depositado o corrodo
(g) - I: Intensidad de la corriente
(A). Con frecuencia la corriente se expresa como densidad de
corriente
- M: Masa atmica del metal - t: Tiempo de duracin del
proceso (s) - F: Constante de Faraday
(96500 C) - n: Valencia del ion metlico
Otra ecuacin muy utilizada para determinar la velocidad de corrosin por el mtodo electroqumico aproximado es:
Donde:
m.d.d: mg por decmetro cuadrado por da
K: equivalente electroqumico del
electrodo de hierro
I: Coulombs totales
A: rea del electrodo de hierro en
dm2
T: Tiempo en das o en fraccin de
das
Otros mtodos, utilizados para el calculo
de la velocidad de corrosin son:
METODO DE LAS PENDIENTES DE
TAFEL
Este mtodo emplea potenciales
superiores a +120 y 120 mV del potencial
a circuito abierto. La ecuacin de B-V para
sobre potenciales altos supone el
despreciar una corriente frente a otra
obteniendo:
Si el h 120 mV
Si el h - 120 mV
Conocidas como expresiones de Tafel.
Despejando n = f (logit)
Si se representa n = f (logit), se obtiene una
lnea recta de pendiente
,
Llamada pendiente de Tafel, en este caso
ser la pendiente de Tafel andica. Del
mismo modo desarrollando la expresin
para h -120mV, es decir la rama catdica
obtendremos:
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Si representamos h frente a log i se obtiene
una representacin como indica la figura.
Las pendientes de Tafel tienen unidades de
volt/dcada esta figura tambin ilustra
como calcular la pendiente catdica.
La corriente de corrosin se puede obtener
directamente de las grficas de Tafel por
interseccin de ambas ramas como se
observa en la figura.
Conocida la icorr se puede calcular la
velocidad de corrosin en m.d.d. usando
para la conversin las leyes de Faraday.
METODO DE POLARIZACION
LINEAL
El mtodo de polarizacin lineal se basa en
medidas de corriente en un margen de
potencial estrecho entre +20 y 20 mV con
respecto al potencial a circuito abierto. Al
utilizar mrgenes de potencial pequeos es
un mtodo no destructivo. La
representacin que se obtiene en este
mtodo se puede observar en la figura.
MATERIALES Y EQUIPOS
Laminas de hierro
1200 ml de Acido Clorhdrico al
10%
1200 ml de solucin de NaCl al 3%
Miliampermetro de baja
resistencia interna
Electrodo de hierro de 1 cm2
METODOLOGA
La prctica fue desarrollada en dos partes:
Primero se llev a cabo el montaje para
desarrollar el mtodo electroqumico; para
ste se prepararon dos soluciones: la
primera solucin compuesta por 1200 mL
de agua destilada, a la cual se le agreg
120 mL de HCl y la segunda solucin de
NaCl en la cual se tuvo que pesar 36 g de
sal y agregar 1200 mL de agua destilada y
agitar. Una vez preparadas las soluciones
se continu a montar las respectivas celdas
compuestas por la solucin (una de HCl al
10% y la otra de agua salina NaCl al 3%),
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
dos electrodos; uno de Fe con una area de
1 cm2 usado como electrodo de trabajo y
el otro de Platino usado como electrodo de
referencia.
Al tener listo el
montaje de las
celdas, se conecto
primero la celda
con solucin salina
(NaCl) al 3% a un
miliampermetro y
se registraron las
lecturas durante 40 min de la corriente en
microamperios
con intervalos de
2 min, al mismo
tiempo otr grupo
iban registrando
los
microamperios
para la solucin
acida.
Para la segunda parte de la prctica se
desarrollo el mtodo gravimtrico donde
se utilizaron las mismas soluciones pero
con dos tipos de cupones un acero R268
para el acido y el otro
cupn de Ref: OB13
para la sal, estos
cupones se lijaron
previamente para
poder exponer todas
sus caras en la
solucin indicada y se
tomaron las medidas con sus respectivos
pesos.
Se sujetan los
cupones con
alambre aislado
para que no dae
la muestra, este
alambre es
amarrado a una
barra de madera que usaremos como
soporte, se deja
suspendido
completamente el
cupn en cada
solucin acida y
salina por ultimo
dejamos las
probetas en la
cmara para dejarlas por los 15 das.
Cada probeta fue marcada con su
respectivo peso, medidas, hora y clase de
solucin.
Para el quinceavo da volvimos al
laboratorio a observar las probetas, cada
uno tenia un color caracterstico, sacamos
cada cupn para el caso del que estaba
disuelto en el acido este haba corrodo
completamente los huecos de donde se
anudo as y se haba cado, as que nos
toco acudir a la utilizacin de unas pinzas
para poder limpiar dicho cupn, el cupn
disuelto en la solucin salina estaba
recubierto con una fina capa amarilla-
naranja fue mas fcil de sacar y limpiar.
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Para la limpieza de las piezas se nos hablo
de la norma ASTM- G1-90 , patrn que
debemos seguir por proteccin.
Al tener las piezas limpias nuevamente se
pesaron y se tomaron las medidas
necesarias, observamos los cambios que
estos presentaban expuestos a las dos
soluciones y los productos de corrosin
formados en cada uno de ellos.
RESULTADOS Y ANLISIS DE
RESULTADOS
METODOS ELECTROQUIMICOS
Se prepar una celda con una solucin de
cido clorhdrico al 10%, donde se midi
20ml de cido y se completo el volumen
con aproximadamente 200ml de agua
destilada y dos electrodos, uno de Fe
limpio y desengrasado y otro de alambre
de Pt, estando stos unidos a un
ampermetro donde se calcularon lecturas
durante 40 minutos de la cantidad de
corriente en microamperios (A) con
intervalos de 2 minutos. De igual forma se
preparo una celda pero con NaCl al 3% (15
gr de sal por cada 500 ml de agua
destilada)
El electrodo esta compuesta por una
moneda de acero de 1 cm2, adems de una
resina especial
Medicin de la velocidad de
corrosin en una solucin de Acido
Clorhdrico al 10% por mtodo
electroqumico
Tabla
tiempo HCl (A) HCl (A)
0 231 0,000231
2 228,4 0,0002284
4 225,9 0,0002259
6 224,3 0,0002243
8 223,8 0,0002238
10 223,7 0,0002237
12 221,5 0,0002215
14 220,2 0,0002202
16 219,4 0,0002194
18 218,7 0,0002187
20 218,4 0,0002184
22 216,9 0,0002169
24 216,7 0,0002167
26 215,6 0,0002156
28 215,5 0,0002155
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
30 225,3 0,0002253
32 224,5 0,0002245
34 224,1 0,0002241
36 222,9 0,0002229
38 222,6 0,0002226
40 221,8 0,0002218
Grafica
Cuando se sumergen dos materiales
diferentes en una solucin corrosiva o
conductora, se establece un potencial
elctrico entre los dos, una corriente de
electrones fluye y causa una corrosin en
el nodo.
La fuerza activarte para la corriente
elctrica y para la corrosin, es la
diferencia de potencial elctrico entre los
metales.
Segn el potencial de reduccin, el Platino
acta como ctodo ya que es ms pasivo
que el Hierro. Los dos electrodos se
encuentran en una misma concentracin
se puede sacar el potencial de la celda
sumando el potencial del ctodo y el
nodo.
Considerando las reacciones parciales se
tiene:
Reaccin catdica:
Pt Pt+2 + 2e 1.2
Reaccin andica:
Fe Fe+2 + 2e -0.04
Reaccin total:
Pt+2 + Fe Pt+ Fe+2
Como el Hierro acta como nodo y se
oxida, entonces el potencial del electrodo
ser +0.04 y se suma con el del platino que
es 1.2.
Ecelda=1.2+0.04=1.24 voltios
Para hallar la velocidad de corrosin se
utiliza la siguiente ecuacin:
K=Neq=n/a=2/55.85=0.0358
A=0.01dm2
T=1/15 das
I= rea bajo la curva de I Vs. t, en
coulombs. Siendo I en Amperios y t en
segundos.
Como no tenemos la funcin se utiliza el
mtodo de de Simpson:
Donde h=(b-a)/n
n= # de particiones, en nuestro caso 20.
Coulombs totales= 1.23088
0,000212
0,000218
0,000224
0,00023
0 20 40
HC
l (A
)
Tiempo (min)
HCl (A)
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Se observa que en la grfica hay unos
picos, esto indica el comportamiento de la
capa de Helmholtz, que hace que suba o
baje la corriente, segn la integridad de la
capa.
Medicin de la velocidad de
corrosin en una solucin de Nacl
al 3% por mtodo electroqumico
Tabla
tiempo NaCl (A) NaCl (A)
0 35,2 0,0000352
2 37,6 0,0000376
4 35,4 0,0000354
6 38 0,000038
8 35,7 0,0000357
10 36,7 0,0000367
12 38 0,000038
14 37,5 0,0000375
16 37,6 0,0000376
18 37,4 0,0000374
20 38,4 0,0000384
22 35,8 0,0000358
24 38,3 0,0000383
26 38,2 0,0000382
28 36,5 0,0000365
30 36,6 0,0000366
32 36,7 0,0000367
34 36,1 0,0000361
36 37,1 0,0000371
38 36,8 0,0000368
40 36,7 0,0000367
Para caracterizar estos productos de
corrosin se aplica la difraccin de rayos X
(RX) o tambin podemos aplicar la
titulacin. El color amarillo-naranja que se
nos muestra en la probeta con la sal genera
la mayor produccin de corrosin del
cupn por lo general es cloruro de hierro y
el color azulado-negro que se ve en la
probeta con cido se da esta tonalidad al
no presentarse una corrosin uniforme y
no hay suficientes cationes de acido y por
ende el precipitado de hierro en la base de
la probeta.
Grafica
Mtodo gravimtrico
Medicin de la velocidad de
corrosin en una solucin de Acido
Clorhdrico al 10% por mtodo
gravimtrico
Tabla
MET. GRAVIMETRICO HCl
Peso i del cupn (mg) 28360 Peso f del cupn (mg) 18480 rea cupn (dm2) 0.31022 rea cupn (in2) 4.808 Tiempo (das) 15 Vel. dif.peso (m.p.y) 387.3080 Vel.dif.peso (m.d.d) 2123.224
3,5E-05
3,58E-05
3,66E-05
3,74E-05
3,82E-05
3,9E-05
0 40
NaC
l (A
)
Tiempo (min)
NaCl
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Al sumergir el cupn de hierro en HCl, el
cido clorhdrico ataca rpidamente al
hierro, segn la siguiente reaccin:
Fe + 2HCl FeCl2 +H2
Considerando reacciones parciales:
Fe Fe+2 + 2e
2H+ +2e H2
Vemos que el hierro se oxida, ya que hay
desprendimiento de electrones e iones,
para formar cloruro de hierro e hidrogeno
diatomico, lo que hace que el cupn vaya
perdiendo peso.
Donde:
mpy: Milsimas de pulgada de
penetracin por ao
W: Perdida de peso en mg
D: Densidad del metal (7.87gr/cm3)
A: rea del electrodo de hierro
T: Tiempo total de exposicin en
horas
Donde:
m.d.d: mg por dm2 por da
W: Prdida de peso en mg
A: Area del electrodo de hierro en
dm2
T: Tiempo en das o en fraccin de
das
2123.2243
Medicin de la velocidad de
corrosin en una solucin de Nacl
al 3% por mtodo gravimtrico
Tabla
MET. GRAVIMETRICO NaCl
Peso i del cupn (mg) 22280 Peso f del cupn (mg) 32060 rea cupn (dm2) 0.31876 rea cupn (in2) 4.9407 Tiempo (das) 15 Vel. dif.peso (m.p.y) -373.090 Vel.dif.peso (m.d.d) -2045.426
CONCLUSIONES
Al determinar la velocidad de corrosin se
pudo observar que el mtodo ms
eficiente es el gravimtrico debido a que se
debe esperar un perodo de tiempo largo
para determinarla y as obtener un
resultado ms preciso.
El mtodo electroqumico proporciona una
velocidad de corrosin instantnea, no
hace falta instrumentacin muy sofisticada
pues solamente necesitamos de un
ampermetro y por lo tanto es un mtodo
econmico; puede existir cada hmica en
sistemas altamente resistivos, lo que lo
hace poco recomendable.
En presencia de un medio agresivo salino o
cido, la velocidad de corrosin aumenta
debido al pH al que est expuesto el
material de estudio.
BIBLIOGRAFIA
Teora y prctica de la lucha contra
la corrosin., J.A.Gonzlez. C.S.I.C.
Corrosin y control de corrosin.,
H.Uhlig. 1962. Editorial URMO
-
MEDICIN DE VELOCIDADES DE CORROSIN CORROSIN Y SU CONTROL
Lecciones de corrosin
electroqumica., M.Pourbaix. Ed.
Instituto de Corrosin y
Proteccin 1987.
Ciencia e ingeniera de los
materiales., Donald Askelan.
http://www.textoscientificos.com/
quimica/corrosion
http://www.uam.es/personal_pdi/
ciencias/josem/static/CORROSION.
pdf
http://books.google.com.co/books
?id=Cg05ZNvbr1cC&pg=PA79&dq=
metodo+electroquimico+para+la+v
elocidad+de+corrosion&ei=yLUVS-
uYMIa2zASDheGPDQ#v=onepage&
q=&f=false
http://www.uam.es/personal_pdi/
ciencias/josem/static/CORROSION.
pdf
n tubo
solucin pH
inicial pH
final aspecto final
disolucin preci- pitado
color con ferro-
cianuro
Catin de Fe que reacciona
1 NaOH 14 14 Igual No Amarillo III
2 K2Cr2O7 5 6 Amarillo No Naranja III
3 NaCl 7 7 Pardo Si Verde II
4 HCl 1 1 Igual Si Azul II
5 KOH 14 14 Amarillo plido No Amarillo III
6 Na2CO3 11 11 Amarillo plido No Amarillo III
7 HNO3 1 1 Negro rojizo Si Azul II
8 Na3PO4 12 10 Igual No Amarillo III
9 Na2C2O4 8 8 Amarillo Si Amarillo III
10 NaSCN 8 8 Pardo Si Amarillo pardo
III
11 H2SO4 1 1 Azulado Si Azul II
12 KNO3 8 8 Marrn Si Azul II
13 Agua grifo 8 8 Marrn Si Amarillo II
14 Agua
desionizada 8 8 Marrn Si Azul II
15 agua herbida 8 8 marrn si Amarillo II
El hecho de que el ferrocianuro vire a un color azul o verde, depende de si existe presencia de
Fe (II) en la disolucin, el precipitado ser un compuesto formado por Fe (II) y otros
componentes de la disolucin.
Algunas reacciones producidas en los tubos:
n tubo Reaccin
1 NaOH + Fe+ Fe(OH)3 + Na+
2 K2Cr2O7 + Fe + Cr2O7
= + Fe +
3 NaCl + Fe + FeCl2 + Na+
4 HCl + Fe + FeCl2 + Na+
5 KOH + Fe Fe(OH)K
6 Na2CO3 + Fe + FeCO3
10 NaSCN + Fe Fe(SCN)6-