Informe

Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R CORROSION POR AGITACION INTRODUCCION Existen muchas definiciones para corrosión. La más comúnmente aceptada es la siguiente: “Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente” Nótese que hay otras clases de daños, como los causados por medios físicos. Ellos no son considerados plenamente corrosión, sino erosión o desgaste. Existen, además, algunos casos en los que el ataque químico va acompañado de daños físicos y entonces se presenta una corrosión-erosiva , desgaste corrosivo o corrosión por fricción. Aún así, la corrosión es un proceso natural, en el cual se produce una transformación del elemento metálico a un compuesto más estable, que es un óxido. Observemos que la definición que hemos indicado no incluye a los materiales no-metálicos. Otros materiales, como el plástico o la madera no sufren corrosión; pueden agrietarse, degradarse, romperse, pero no corroerse. Generalmente se usa el término “oxidación” para indicar la corrosión del hierro y de aleaciones en las que éste se presenta como el metal base, que es una de las más comunes. Es importante distinguir dos clases de corrosión: la Corrosión Seca y la Corrosión Húmeda. La corrosión se llama seca cuando el ataque se produce por reacción química, sin intervención de corriente eléctrica. Se llama húmeda cuando es de naturaleza electroquímica, es decir que se caracteriza por la aparición de una corriente eléctrica dentro del medio corrosivo. A grandes rasgos la corrosión química se produce cuando un material se disuelve en un medio líquido corrosivo hasta que dicho material se consuma o, se sature el líquido. La corrosión electroquímica se produce cuando al poner ciertos metales con alto numero de electrones de valencia, con otros metales, estos tienden a captar dichos electrones libres produciendo corrosión.

OBJETIVOS 

Determinar la capacidad de la solución electrolítica en el proceso de corrosión.

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Determinar las diferencias entre corrosión en una solución de electrolito con agitación y sin agitación.

FUNDAMENTO TEORICO Antes de analizar como se produce la corrosión por agitación, tenemos que ver los diversos tipos de corrosión que existen. Los tipos de corrosión se pueden clasificar de la siguiente manera: General o Uniforme Es aquella corrosión que se produce con el adelgazamiento uniforme producto de la pérdida regular del metal superficial. A su vez, esta clase de corrosión se subdivide en otras: Atmosférica De todas las formas de corrosión, la Atmosférica es la que produce mayor cantidad de daños en el material y en mayor proporción. Grandes cantidades de metal de automóviles, puentes o edificios están expuestas a la atmósfera y por lo mismo se ven atacados por oxígeno y agua. La severidad de esta clase de corrosión se incrementa cuando la sal, los compuestos de sulfuro y otros contaminantes atmosféricos están presentes. Para hablar de esta clase de corrosión es mejor dividirla según ambientes. Los ambientes atmosféricos son los siguientes: Industriales Son los que contienen compuestos sulfurosos, nitrosos y otros agentes ácidos que pueden promover la corrosión de los metales. En adición, los ambientes industriales contienen una gran cantidad de partículas aerotransportadas, lo que produce un aumento en la corrosión. Marinos Esta clase de ambientes se caracterizan por la presentia de cloridro, un ión particularmente perjudicial que favorece la corrosión de muchos sistemas metálicos. Rurales En estos ambientes se produce la menor clase de corrosión atmosférica, caracterizada por bajos niveles de compuestos ácidos y otras especies agresivas. Galvánica La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución conductiva). 2

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El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones, dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión. Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el ánodo) y así se va produciendo el desprendimiento paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples. Quizá la problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante común se presente en variadas formas y muy seguido. Por ejemplo, la corrosión de tuberías subterráneas se puede producir por la formación de una pila galvánica en la cual una torre de alta tensión interactúa con grafito solidificado y soterrado, con un terreno que actúe de alguna forma como solución conductiva. Metales Líquidos La corrosión con metales líquidos corresponde a una degradación de los metales en presencia de ciertos metales líquidos como el Zinc, Mercurio, Cadmio, etc. Ejemplos del ataque por metal líquido incluyen a las Disoluciones Químicas, Aleaciones Metal-a-Metal (por ej., el amalgamamiento) y otras formas. Altas Temperaturas Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria

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Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como Empañamiento, Corrosión por Altas Temperaturas. Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura. Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante, se forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la combinación entre el metal y el gas en esas condiciones de temperatura. Esta capa o “empañamiento” actúa como un electrolito “sólido”, el que permite que se produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico en la superficie. Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes: 

Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos para reacciones distintas.

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Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos y no gases que se mezclen con el ambiente.

La corrosión por Altas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión, como la Oxidación, la Sulfatación, la Carburización, los Efectos del Hidrógeno, etc. Localizada La segunda forma de corrosión, en donde la pérdida de metal ocurre en áreas discretas o localizadas. Al igual que la General/Uniforme, la corrosión Localizada se subdivide en otros tipos de corrosión. A continuación, veremos los más destacados. Corrosión por Fisuras o “Crevice” La corrosión por crevice o por fisuras es la que se produce en pequeñas cavidades o huecos formados por el contacto entre una pieza de metal igual o diferente a la primera, o más comúnmente con un elemento no- metálico. En las fisuras de ambos metales, que también pueden ser espacios en la forma del objeto, se deposita la solución que facilita la corrosión de la pieza. Se dice, en estos casos, que es una corrosión con ánodo estancado, ya que esa solución, a menos que sea removida, nunca podrá salir de la fisura. Además, esta cavidad se puede generar de forma natural producto de la interacción iónica entre las partes que constituyen la pieza.

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Algunas formas de prevenir esta clase de corrosión son las siguientes: 

rediseño del equipo o pieza afectada para eliminar fisuras.

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cerrar las fisuras con materiales no-absorbentes o incorporar una barrera para prevenir la humedad.

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prevenir o remover la formación de sólidos en la superficie del metal.

Corrosión por Picadura o “Pitting” Es altamente localizada, se produce en zonas de baja corrosión generalizada y el proceso (reacción) anódico produce unas pequeñas “picaduras” en el cuerpo que afectan. Puede observarse generalmente en superficies con poca o casi nula corrosión generalizada. Ocurre como un proceso de disolución anódica local donde la pérdida de metal es acelerada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo mucho mayor. Esta clase de corrosión posee algunas otras formas derivadas: 

Corrosión por Fricción o Fretting: es la que se produce por el movimiento relativamente pequeño (como una vibración) de 2 sustancias en contacto, de las que una o ambas son metales. Este movimiento genera una serie de picaduras en la superficie del metal, las que son ocultadas por los productos de la corrosión y sólo son visibles cuando ésta es removida.

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Corrosión por Cavitación: es la producida por la formación y colapso de burbujas en la superficie del metal (en contacto con un líquido). Es un fenómeno semejante al que le ocurre a las caras posteriores de las hélices de los barcos. Genera una serie de picaduras en forma de panal.

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Corrosión Selectiva: es semejante a la llamada Corrosión por Descincado, en donde piezas de cinc se corroen y dejan una capa similar a la aleación primitiva. En este caso, es selectiva porque actúa sólo sobre metales nobles como al Plata-Cobre o Cobre-Oro. Quizá la parte más nociva de esta clase de ataques está en que la corrosión del 5

Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R metal involucrado genera una capa que recubre las picaduras y hace parecer al metal corroído como si no lo estuviera, por lo que es muy fácil que se produzcan daños en el metal al someterlo a una fuerza mecánica. Corrosión Microbiológica (MIC) Es aquella corrosión en la cual organismos biológicos son la causa única de la falla o actúan como aceleradores del proceso corrosivo localizado. La MIC se produce generalmente en medios acuosos en donde los metales están sumergidos o flotantes. Por lo mismo, es una clase común de corrosión. Los organismos biológicos presentes en el agua actúan en la superficie del metal, acelerando el transporte del oxígeno a la superficie del metal, acelerando o produciendo, en su defecto, el proceso de la corrosión La Corrosión en la Industria y sus Procesos. Como se mencionó en un principio, la mayor problemática de la corrosión es la destrucción del metal al que afecta. Ahora intentaremos ver un enfoque desde la industria, el sector más afectado por la corrosión, a cerca de los ataques que este proceso causa. Podemos hablar desde fracturas, hasta fugas en tanques, disminución de la resistencia mecánica de las piezas y muchas otras maneras de efectos por los ataques. Aún así, lo peor de todo es que si no son prevenidas estas clases de ataques por corrosión, la seguridad de las personas es algo que se ve permanentemente afectado. Existen dos clases de pérdidas desde el punto de vista económico. 

DIRECTAS: las pérdidas directas son las que afectan de manera inmediata cuando se produce el ataque. Estas se pueden clasificar en varios tipos también, de las cuales las más importantes son el Coste de las Reparaciones, las Sustituciones de los Equipos Deteriorados y Costes por Medidas Preventivas.

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INDIRECTAS: se consideran todas las derivadas de los fallos debidos a los ataques de corrosión. Las principales son la Detención de la Producción debida a las Fallas y las Responsabilidades por Posibles Accidentes.

En general, los costes producidos por la corrosión oscilan cerca del 4% del P.I.B. de los países industrializados. Muchos de estos gastos podrían evitarse con un mayor y mejor uso de los conocimientos y técnicas que hoy en día están disponibles.

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Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R En 1971, se presentó el informe Hoar. Este informe mostraba de qué manera podrían reducirse los gastos de cada país si se utilizaran los conocimientos disponibles de una mejor manera. Un resumen de ese informe es el siguiente: Industria o sector

Coste estimadoAhorro potencial (millones de libras) estimado (millones de libras)

Construcción

250 ($190.000.000.000)

50 ($38.000.000.000)

Alimentación

40 ($30.400.000.000)

4 ($3.040.000.000)

Ingeniería en general

110 ($83600000000)

35 ($26.600.000.000)

Agencias y gubernamentales Marina

dptos.55 ($41.800.000.000) 280 ($212.800.000.000)

20 ($15.200.000.000) 55 ($41.800.000.000)

PARTE EXPERIMENTAL

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Elaborar probeta en forma de paralelepípedos y anotar la masa inicial de las plaquitas de aluminio.

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Se preparar una solución iónica con 1L de agua destilada, 20g de sal de cocina y 2ml de ácido sulfúrico puro y repartirla en dos vasos en volumen iguales y guardar lo restante para reponer la solución evaporada en el tiempo de corrosión.

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Sumergir los 2 paralelepípedos en los vasos pírex. Un vaso será sin agitación de la solución y el otro vaso será con agitación con el agitador a 2-3 rps.

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Analizar la metalografía de los dos paralelepípedos de aluminio.

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Anotar la masa de las plaquitas de acero cada día y reponer la solución iónica

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CALCULOS Y RESULTADOS Corrosión en solución electrolítica sin agitación

Tiempo (días) 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Peso Inicial sin agitación (gr) 4.305 4.302 4.285 4.29 4.286 4.282 4.28 4.276 4.245

Tiempo (días) vs Peso de la probeta (gr) sin agitación

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Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R 4.31 4.3

f(x) = - 0.01x + 4.31 R² = 0.72

4.29 4.28 4.27 4.26 4.25 4.24 4.23 4.22 4.21 0

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Tiempo (días) vs Peso de la probeta (gr) con agitación

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Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R 4.1 4.05

f(x) = - 0.03x + 4.06 R² = 0.91

4 3.95 3.9 3.85 3.8 3.75 3.7 0

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AJUSTE DE LAS CURVAS

Tiempo (días) vs Peso de la probeta (gr) sin agitación 4.31 4.3

f(x) = - 0x^2 - 0x + 4.3 R² = 0.82

4.29 4.28 4.27 4.26 4.25 4.24 4.23 4.22 4.21 0

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Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R Tiempo (días) vs Peso de la probeta (gr) con agitación 4.1 4.05 f(x) = - 0x^2 - 0.01x + 4.04 R² = 0.94

4 3.95 3.9 3.85 3.8 3.75 3.7 0

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La siguiente grafica nos muestra la comparación de los pesos de las probetas en cada uno de los medios (sin agitación y con agitación). CORROSION COMPARADA DEL ALUMINIO Tiempo (días) vs Peso (gr) 4.4 4.3 4.2 4.1 Peso Inicial sin agitación (gr)

4 3.9

Peso Inicial con agitación (gr)

3.8 3.7 3.6 3.5 0

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Después del ataque, es frecuente que estas se encuentren cubiertas por productos de corrosión, y podría ser de considerable importancia conocer también el peso de la probeta con estos productos adheridos; sin embargo, para el caso de este presente laboratorio no se registró este fenómeno de manera considerablemente trascendente 11

Corrosión y Degradación de Materiales ME-521R ya que al tratarse de aluminio, este metal ofrece una particular resistencia a la corrosión.

CONCLUCIONES 

Según el experimento realizado queda comprobado que a medida que aumenta el número de semanas en inmersión aumenta el ataque corrosivo y que si esta inmersión se produce en aguas con turbulencias (con agitación) el valor de pérdida de peso producido puede aumentar hasta, aproximadamente, cinco veces más del valor que correspondería al agua estancada. Para el presente laboratorio esta diferencia llego a un valor de aproximadamente 3 veces.

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El principal error que se cometió en este informe y que debe corregirse es el de pesar las probetas de aluminio peor con su respectivo alambre, es por esto que los datos presentados muestra una disminución de pesos y luego un aumento lo cual nos deja una grafica in correcta.

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Los datos indican que ante la presencia de agitación del fluido se da una mayor perdida de peso que en el caso de sin agitación, esto es debido a que el movimiento empieza a liberar la superficie de la probeta, con mayor rapidez se corroe mas fácil.

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Esta experiencia pudo realizar más detalladamente si se hubiera evaluado el peso todos los días establecidos.

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Al realizarse el ajuste de las curvas eliminando puntos los cuales eran incongruentes en el grafico, se observa que aun así no se puede obtener un buen ajuste.

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El aluminio es resistente a la corrosión electroquímica tanto sin agitación como con agitación; sin embargo, los parámetros de ensayo y de limpieza de los materiales no han sido los adecuados así como también los procedimientos para pesar cada una de las muestra cada día durante dos semanas; todo esto se evidencia en el gráfico obtenido en el cual no se aprecia claramente un comportamiento definido.

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El ataque sobre el metal limpio es mucho más rápido inmediatamente después de la inmersión, y decae rápidamente también a una velocidad más baja y permanente. No obstante, los datos obtenidos para el aluminio no tienen una tendencia clara, así lo demuestra nuestra grafica.

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Cabe destacar también que no solo el tiempo en el medio corrosivo es un factor determinante al momento de realizar esta comparación de corrosión sino que también a mayor velocidad de agitación aumenta la corrosión destruyendo al metal con una mayor rapidez. Quedó demostrado en nuestros datos obtenidos.

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OBSERVACIONES Y RECOMENDACIONES 

Se debe tener en cuenta que estos ensayos de corrosión deben seguir una norma específica como por ejemplo la que define el ASTM Gi-81 donde se hallan todas las especificaciones para realizar los procedimientos adecuados en los procesos de corrosión por agitación o sin ella pero sí dentro de soluciones corrosivas.

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Es importante definir el procedimiento para el proceso de obtención de los pesos ya que si no se hace de una forma similar para todos se obtendrán resultados que influirían de una manera negativa en el objetivo que se desea obtener, tal fue el caso de este laboratorio donde no se puede indicar el registro de algunos pesos de las probetas incluido el alambre de nicrón que lo sostenía pero que en realidad si se hallan y que puede ser una razón por la cual la grafica no logro cumplir con los objetivos planteados en un comienzo.

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Se puede suponer que dentro de los errores procedimentales se incluye las falta de limpieza de las probetas, tiempo de ataque, concentraciones adecuadas de medios corrosivos lo que se deberá poner mayor atención en las próximas pruebas similares.

BIBLIOGRAFIA PRACTICE FOR PREPARING, CLEANING, AND EVALUATING CORROSION TEST SPECIMENS.ASTM G 1 - 8 1. STANDARD CORROSION Y PROTECCION FRITZ TÖDT http://www.unne.edu.ar/Web/cyt/cyt/tecnologicas/t-041.pdf Corrosión y degradación de materiales autor: Enrique Otero Huerta.

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