PRÁCTICA 1 Decapado

 

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN

PRÁCTICA 1 “DECAPADO”

 INTEGRANTES:  Leonel Sotalin Denisse Analuisa Ximena Salazar Acxel Aguilar Yamari Santacruz

Grupo: 6 Semestre: Quinto Paralelo: 1 Profesor: Ing. Marco Rosero Fecha de Entrega: 2021/07/28 Ayudante: David Zumba

Quito – Ecuador 2021 - 2021

 

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN PRÁCTICA 1: DECAP D ECAPADO ADO 1. INTRODUCCIÓN El propósito del decapado consiste en eliminar los óxidos metálicos de la superficie de la pieza. A nivel industrial el decapado es muy usado para mejorar la adherencia de  barnices y pinturas en superficies metálicas. La corrosión es la destrucción de un metal por una reacción química o por la formación de una celda electroquímica siendo el medio ambiente el principal el elec ectr trol olit itoo y la ti tier erra ra el ma mayo yorr cáto cátodo do,, est stee fenó fenóme meno no di dife fere renc ncia ia a un unaa operación libre de problemas con una operación con costos innecesarios y elevados. Este fenómeno determina la vida útil de todo material metálico y no se la puede eliminar, pero actualmente existen diferentes métodos como el decapado, como pretratamiento de materiales que brindan una mayor vida útil de los quipos a utilizarse.

2. OBJETIVO 2.1.Identificar las variables principales en el proceso de decapado. 2.2.Establecer las condiciones óptimas para el proceso. 2.3.Realizar un análisis de varianza para establecer la influencia de las variables dependientes en la variable respuesta.

3. FU FUN NDA DAME MENT NTO O TEÓR TEÓRIC ICO O 3.1. Composición del Herrín.

El herrín formado sobre el acero de las piezas por acción oxidante del aire a altas temperaturas ha sido estudiado a fondo. En el caso de ciertos metales, tal coma el hierro, cobre, plomo y aluminio, el volumen de óxido producido es mayor que el del metal originario; por ello, el herrín tiende a proteger el metal de una oxidac oxidación ión a alta tem temper perat atura ura.. Ha Habla blando ndo en un sentido sentido amplio, la  P velocidad de Pformación herrínforrado sigue una  Kt donde  parabólica donde es el peso del de óxido y t esley el 2= UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN tiempo siendo K una constante.[ CITATION Cri12 \l 22538 ] 3.2. Variables que influyen en el Decapado. 3.2.1. Temperatura.  Un Unos os de los los fa fact ctor ores es ccon on el el cu cual al se  puede mejorar la eficiencia del proceso, es con la temperatura, debido a que la velocidad del decapado disminuye a medida que aumenta cantidad de hierro ferroso ferro so en la solución solución.. Este paráme parámetro tro tuvo tuvo un efecto efecto retardante de las sales ferrosas que forman con los diferentes ácidos que se utilice en el decapado químico, la temperatura hace que saturación de las sales sea menor a elevadas temperaturas que a bajas temperaturas. 3.2.2. Concentración.  La concentración es una de las variables importantes de proceso porque aumenta la velo ve loci cida dadd deca decapa pada da,, adem además ás dism dismin inuy uyee la concentración del ácido con el aumento de la concentración de hierro ferroso, se llega a un punto en el que el baño pierde eficacia y hay necesidad de regenerarlo o sustituirlo. 3.2.3. La solubilidad de hierro y sus óxidos.  La solubilidad del hierro es unos de los factores que afecta a la solución decapado químico, si se parte de una solución nueva de decapado, a medida que transcurre el proceso va aumentando la concentración de hierro y metales, mientras disminuye la concentración del ácido. El ácido se puede ir reponiendo hasta el punto, donde alcanza el límite de solubilidad de hierro en la solución. [ CITATION Dey15 \l 22538 ] 3.3. Ácidos Empleados en el proceso. 3.3.1. Ácido Nítrico: En general se utiliza el ácido nítrico en UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN combinación con otros ácidos, sobre todo el HF y en menor grado el H2SO4 y HCI. El uso más extendido extendido es el deca decapa pado do de ac acer eroo in inox oxid idab able le que que se real realiz izaa en caliente con una mezcla de 20% de HNO3, y un 10% de HF. En la actualidad se está sustituyendo el uso del HF por  el NH4F, de mayor facilidad para el manejo. 3.3.2. Ácido Fosfórico: Se utiliza para hierro y acero y da lugar a excelentes superficies pasivadas, protegidas y aptas para recubrimiento recubrimientoss como pinturas. pinturas. Sin embar embargo, go, no se prestan para recubrimientos metálicos por generar  una a capa capa aisla aislant nte. e. \lSe emple emp]leaa con con poca poca fre frecu cuen enci cia. a. [un CITATION Fab12 22538 3.4. Eliminación de Líquidos Residuales del Decapado. D ecapado. La pr prob oble lemá máti tica ca me medi dioa oamb mbie ient ntal al que que pu pued eden en pres presen enta tarr los los  procesos de decapado y la posterior gestión de residuos son:   Alta corrosividad, corrosividad, peligrosa para el medio medio ambiente ambiente y los colectores, en caso de mala gestión. 



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  Carácter tóxico en aalgunos lgunos casos ddee lo loss aditivos aditivos de decapado.   Contenidos de metales metales no férreos (Zn (Zn,, Cu …) en los bañ baños os de decapado.   Emisiones gaseosas (gases nnitrosos itrosos y de HCI) HCI) du durante rante eell  proceso.   Emisiones líquidas por arrastres a lavados posteriores.   Alta salinidad y caga orgánica media de los efluentes  provenientes del tratamiento físico-químico de los baños agotados.

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN Los ácidos y bases son considerados tóxicos y peligrosos por su alta corrosidad, la cual puede ocasionar daños a la salud, las infraestructuras y medio ambiente. En el caso del HNO3, los  baños en caliente producen emisiones ácidas y de gases nitrosos. La gestión de residuos de HNO 3, HF y sus mezclas, conociendo el estado actual de la tecnología, necesariamente por un tratamiento destructivo, esto es la neutralización, precipitación y deshidratación de los fangos resultantes. [ CITATION Fab12 \l 22538 ] 4. PARTE ARTE EXPE EXPERI RIME MENT NTAL AL

Material y Equipo   Placas Oxidadas.   Vasos de Precipitaci Precipitación. ón.   Pinza     Balanza  

 

±

0.01 [g]

0-600 [g]

Sustancias y Reactivos  

  Ácido Nítrico.

HNO3(ac)

  Ácido Fosfórico.

H3PO4(ac)

5. PROCEDIMIENTO   





  Prepara soluciones de ácido nítrico al 2%, 44% % y 6%.   Prepara soluciones de ácido fosfórico al 2%, 44% % y 6%.   Se co colo locca 10 1000 mL de la soluc solució iónn de ác ácid idoo al 2% y se ll llev evaa a calentamiento hasta alcanzar una temperatura de 30°C.   Se pes pesaa la lass pl plac acas as del met metal al o clav clavoo a dec decap apar ar y se reg regis istr traa lo loss valores.   Una vez alcanzada llaa temperatura deseada se introduce la placa o el clavo y se deja en la solución por 5 min.

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  Se repite las expe experienc riencias ias anteriores anteriores modific modificando ando la combinación combinación de concentraciones como se indica en la tabla de datos.

6. DATOS 6.1.Datos 6.1. Datos de los distintos ácid ácidos os Pureza del ácido nítrico = 70% v/v Pureza del ácido fosfórico = 85% v/v

6.2.Datos 6.2. Datos Experimenta Experimentales les

Tabla 1. Datos experimenta experimentales. les. Ác Ácid idoo fo fosf sfór óric icoo Concentración Ác Ácid idoo ní nítr tric icoo Concentración usada usada 2% 4% 6% 2% 4% 6%   v/v v/v v/v v/v v/v v/v m1 m2 m3 m1 m2 m3 Masas (g) (g) (g) (g) (g) (g) 3,50 3,62 3,80 4,33 3,14 4,18 mo 51 95 26 21 43 73 3,50 3,62 3,79 4,30 3,04 3,94 2 76 92 59 09 55 mf  Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio de Corrosión, Grupo 6. 7. CÁLCULOS 7. 7.11. Vol olum umeen de ácid ácidoo uti tili lizzado ado pa parra con onsseg egu uir la lass dist distin inta tass concentraciones. 7.1.1. Volumen de ácido nítri nítrico co

Calculo modelo para conseguir la concentración de 2% v/v UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN sol∗2 mL HN O3 100 mL

100 mLsol

  ∗100 mL so soll

deso solu luci ción ón =2,86 mL de

70 mL HN O 3

7.1.2. Volumen de ácido fosfóri fosfórico co

Calculo modelo para conseguir la concentración de 2% v/v sol∗2 mL HN O3 100 mL

100 mLsol

  ∗100 mL so soll

mLde de solu soluci ción ón =2,35 mL

85 mL HN O3

7.2.Cantidad de óxidos removidos.  Póxidosremovidos = minicial− mfinal   

(1)

Cálculo modelo de óxidos removidos del ácido nítrico de 2% v/v  Pó xidosremovidos= 4,3321 g −4,3059 g  Póxidosremovidos = ¿0,0262 g

7.3.Porcentaje en masa perdido. % = (mf * 100) / mo

7.4.Cálcu 7.4. Cálculo lo modelo del por porcent centaje aje en masa perdid perdidoo del ácido nítrico de 2% v/v %=

4,3059 g∗100 4,3321 g

% =99 99,3 ,39 9%

8. RESULTADOS UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN 8.1. 8.1.Ca Cant ntid idad ad de vo volu lume men n utili utiliza zado do para para co cons nseg egui uirr la lass di dist stin inta tass concentraciones. Tabla 2. Volumen utilizado para conseguir las distintas concentraciones.

Ácido fosfórico 2% 4% 6% v/v v/v v/v

Ácido nítrico 2% 4% 6% v/v v/v v/v

  Volumen utilizado (mL) 2,35 4,71 7,06 2,86 5,71 8,57 Fuente: Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería Química, Laboratorio de Corrosión, Grupo 6.

8.2.Cantidad y porcentaje de óxidos removidos. Tabla 3. Cantidad y porcentaje de óxidos removidos.

  Masa perdida (g)

Ácido fosfórico Ácido nítrico 2% v/v 4% v/v v/v 6% v/v v/v 2% v/v 4% v/v 6% v/v v/v 0,0031 0,0019 0,0034 0,0262 0,1034 0,2418

% Fuente: Masa Masa perd rdi ida 99,9 99,911Central 99 99,9 ,944del Ecuador, 99, 9,991 Facultad 99,39 9,39 9de 6, 6,71 71 94,2 94,222 Universidad Ingeniería Química, Laboratorio de Corrosión, Grupo 6. 9. DISCUSIÓN El método cuantitativo empleado en el desarrollo de la práctica de “Decapado”, fue el correcto, permitiendo de esta manera el cumplimiento del objetivo principal de la práctica, el cual fue, la identificación de las principales variables en el proceso de decapado y además establecer las condiciones UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN óptimas para llevar a cabo dicho porceso. En el ensayo realizado se pudo evidenciar que, el decapado permitió remover el óxido presente en la superficie de las placas metálicas; sin embargo, durante la ejecución del ensayo se presentó un error de tipo aleatorio, ya que al sumergir la placa metálica en el interior del ácido fosfórico y dejar transcurrir aproximadamente 15 minutos a una temperatura de 30 ºC, la masa final en las concentraciones de 4 y 6% mostraron un incremento en lugar de una disminución con respecto a la masa final a una concentración del 2%, mientras que al realizar el mismo  procedimiento utilizando como reactivo el Ácido Nítrico a las mismas concentraciones y condiciones de procesos que el ácido empleado anteriormente, sí se logró evidenciar un cambio significativo en la determinación de la masa final de la placa, es decir que se pudo eliminar  satisfactoriamente la capa de óxido presente en el metal. En función de lo menci men ciona onado do

anter an teriorm iorment entee

se rec recomi omiend endaa rea realiz lizar ar la

experi exp erienc encia ia

 por varias ocasiones consecutivas considerando una variación de temperatura, y de esta manera determinar cuales serían las condiciones óptimas para llevar  a cabo el proceso de decapado y obtener una mejor remoción y eliminación de los óxidos causantes del deterioro y destrucción de los materiales.

10.. CO 10 CONC NCLU LUSI SION ONES ES 1 cada uno 11. CU CUES ESTI TION ONAR ARIO IO 12.1.  Clasificación de los decapantes Los decapantes permiten dejar una superficie para recibir una nuevo UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN revestimiento o acabado, y por lo tanto pueden ser clasificados según: 

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  Su composición química: donde se analizan todos los químicos quepuede posee el decapante.   componentes Su cclasificación lasificación química: pueden n ser neutro, alcalino alcalino o ácido.   El métod métodoo de aplica aplicación: ción: todo todoss los deca decapante pantess poseen una fo forma rma de ser aplicados como por ejemplos con brocha, por inmersión, etc.   El métod métodoo de elimin eliminació aciónn de la capa de re revesti vestimiento miento:: puede ser  aclarado con agua, secado al aire, o aclarado con disolvente.   La cl clas asee de lo loss rie riesg sgos os que que or orig igin ina: a: pued pueden en se serr in infl flam amab able less o corrosivos.   El us usoo que se le dé dé:: exis existe tenn de deca capa pant ntes es para para pi pint ntur uras as,, ti tint ntas as,,  barnices, decapantes para hornos,2006) para metalurgia y mecánica. (Cahiers des notes documentaires,

 

Tipos de decapado en metales   Dec Decapado apado químico: químico: es la ac acción ción quím química ica de un ácido ácido que atac atacaa la supe su perfi rfici ciee me metá táli lica ca pa para ra el elim imin inar ar lo loss óxid óxidos os ex exis iste tent ntes es en las las mismas, esta solución puede estar constituida por ácido sulfúrico, ácid ác idoo cl clorh orhíd ídric rico, o, ácid ácidoo fo fosf sfór óric icoo o la co combi mbina naci ción ón de ello elloss dependiendo del proceso en el cual se lo vaya a emplear.   Decapado con ác ácido ido sulfúrico: Es un proceso uti utilizado lizado pa para ra hierro 

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

y acerouna no solución inoxidable en menor grado el aluminio.que Se utiliza de yácido sulfúrico en para concentraciones varían entre 5 y 25% y temperaturas que oscilan entre los 50ºC y los 70ºC,   De Decap capado ado co conn ác ácido ido cl clorh orhídri ídrico: co: Ut Utili ilizad zadoo pa para ra dec decapa apado do de hierro y acero inoxidable. El ácido clorhídrico es tóxico y alta altame ment ntee co corr rros osiv ivo, o, pa para ra es este te pr proc oces esoo se apli aplica ca en fr frío ío y a elevadas concentraciones y a temperaturas bajas. (Muzo, 2015)

12.2. Que otro tipo de sustancias pueden ser utilizadas como decapantes. UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN Para la eliminación de restos de óxidos o impurezas de la superficie del metal base no solo se pueden emplear sustancias acidas o alcalinas mencio men cionad nadas as ant anteri eriorme ormente nte,, sino tambi también én ex existe istenn difere diferente ntess formulaciones que pueden ser empleadas como decapantes. Entre los  principales se encuentran: ácidos orgánicos, como ácido nítrico, fosfórico, fluorhídrico, sulfámico, acético y fórmico. Se utilizan para remover los depósitos de tártaro o sarro, de materias orgánicas en la industria alimenticia, de óxidos metálicos como hierro y cobre, para limpiar el aluminio que soporta bien las soluciones alcalinas, y el acero inoxidable.(Cahiers des notes documentaires, 2006)

12.3.  ¿Existe algún proceso para recuperar el ácido o mezcla de estos usada en el decapado? Si lo hay, indique cual es y en que consiste. Existe un proceso para recuperar ácidos en el decapado, Condorchem Envitech propone una solución que trata los baños agotados de distintos  procesos de tratamiento de superficies metálicas y a la vez permite recuperar ácido clorhídrico y sales de metales (Zn o Fe), a la vez que minimiza los lodos y el coste de su gestión. Es una tecnología innovadora que permite transformar los residuos generados en baños de decapado agotados en materias primas para el propio proceso y en subproductos  para su comercialización. Para recuperar el ácido clorhídrico libre y el combinado presente en el  baño agotado, se dosifica ácido sulfúrico concentrado en un reactorcristalizador, el cual reacciona con los iones de hierro divalente presentes en la solución formando sulfato ferroso heptahidratado y ácido clorhídrico. A continuación, reduciendo la temperatura de la solución, se obtienen obtie nen cristales de sulfa sulfato to ferroso heptahid heptahidratad ratadoo que se sepa separan ran fácilmente mediante la filtración de las aguas madres. Éstas contienen el hierro divalente que no ha precipitado, parte del ácido sulfúrico —que ha quedado en exceso— y el ácido clorhídrico formado. (Envitech, 2018)

12. REFE REFERENCI RENCIAS AS BIBLIOGRÁ BIBLIOGRÁFICAS FICAS Cahiers des notes documentaires. (2006). Decapantes (2006). Decapantes quimicos UCE – INGENIERÍA QUÍMICA

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR  FACULT ACULTAD DE INGENIERÍA INGENIE RÍA QUÍMICA QUÍMIC A CORROSIÓN industriales.pdf  (p.   (p. 16). DE DECAP DECAPADO ADO.. Envitech, C. (2018). RECUPERACIÓN (2018). RECUPERACIÓN DE ÁCIDOS DE https://condorchem.com/es/recuperacion-acidos-decapado/ Muzo, D. (2015). DESARROLLO (2015). DESARROLLO DE UNA FORMULACIÓN P PARA ARA  DECAPADO  DECAP ADO QUÌMICO EN U UNA NA INDUSTRIA MET METALQUÍMICA ALQUÍMICA.. Universidad Central del Ecuador.

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