U N I V E R S I D AD AD N A C I O N A L D E I N G E N I E R I A
INTRODUCCION Los metales como el hierro, aluminio, cobre, níquel y todas sus aleaciones se alteran y pierden sus buenas propiedades mecánicas cuando permanecen a la intemperie sin protección. La estabilidad de los metales viene condicionada por la interface entre estos metales y su ambiente. La resistencia interna de un metal queda a la larga influida por lo que sucede en su superficie. Las reacciones de transferencia de carga son el origen de la inestabilidad de una superficie.
La atmósfera es esencialmente aire húmedo que contiene CO2 (las atmósferas marinas están formadas por aire húmedo que contiene cloruro de sodio en suspensión) disuelto. La humedad, en contacto con la atmósfera terrestre se convierte en un medio iónicamente conductor, en un electrolito. Ya que los metales se vuelven inestables al ponerse en contacto con la humedad, cabe pensar que esta inestabilidad se debe a reacciones de transferencia de electrones que se suceden en la interface entre el metal y el medio ambiente. Por lo tanto, mantener un metal aislado de la humedad o en el vació, supone prevenir las reacciones redox. Un metal que sufre de corrosión es análogo a una pila productora de energía en cortocircuito. Las reacciones redox son la base de las pilas productoras de sustancias, por métodos electroquímicos, alimentadas por una fuente externa y de las pilas de producción de energía que actúan sobre una resistencia externa.
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OBJETIVOS Se pretende con ello enfocar varios puntos de vistas sobre un tema que es suma importancia dentro de la carrera la carrera de mantenimiento, de mantenimiento, en en vista de los efectos indeseables que la corrosión la corrosión deja en equipos, maquinarias y estructuras. Se plantearán las posibles soluciones posibles soluciones a este fenómeno natural de los materiales como lo son entre otros y muy principalmente la protección catódica, en sus diferentes versiones.
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OBJETIVOS Se pretende con ello enfocar varios puntos de vistas sobre un tema que es suma importancia dentro de la carrera la carrera de mantenimiento, de mantenimiento, en en vista de los efectos indeseables que la corrosión la corrosión deja en equipos, maquinarias y estructuras. Se plantearán las posibles soluciones posibles soluciones a este fenómeno natural de los materiales como lo son entre otros y muy principalmente la protección catódica, en sus diferentes versiones.
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CORROSION La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos.
Definiciones básicas Lo que provoca la corrosión es un flujo eléctrico masivo generado por las diferencias químicas entre las piezas implicadas.La corrosión es un fenómeno electroquímico. Una corriente de electrones se establece cuando existe una diferencia de potenciales entre un punto y otro. Cuando desde una especie química cede y migran electrones hacia otra especie, se dice que la especie que los emite se comporta como un ánodo un ánodo y se verifica la oxidación, la oxidación, y y aquella que los recibe se comporta como un cátodo un cátodo y en ella se verifica la reducción. Para que esto ocurra entre las especies, debe existir un diferencial electroquímico. Si separamos una especie y su semireacción, se le denominará semipar electroquímico ; si juntamos ambos semipares, se formará un par electroquímico . Cada semipar está asociado a un potencial de reducción (antiguamente se manejaba el concepto de potencial de oxidación). Aquel metal o especie química que exhiba un potencial de reducción más positivo procederá como una reducción y, viceversa, aquél que exhiba un potencial de reducción más negativo procederá como una oxidación. una oxidación. Para que haya corrosión electroquímica, además del ánodo y el cátodo debe haber un electrólito un electrólito (por esta razón, también se suele llamar corrosión húmeda, aunque el electrólito también puede ser sólido). La transmisión de cargas eléctricas es por electrones del ánodo al cátodo (por medio del metal) y por iones en el electrólito. Este par de metales constituye la llamada pila galvánica, en donde la especie que se oxida (ánodo) cede (ánodo) cede sus electrones y la especie que se reduce (cátodo) acepta electrones. Al formarse la pila galvánica, el cátodo se polariza negativamente, mientras el ánodo se polariza positivamente. En un medio acuoso, la oxidación del medio se verifica mediante un electrodo especial, llamado electrodo ORP , que mide en milivoltios la conductancia del medio. La corrosión metálica química es por ataque directo del medio agresivo al metal, oxidándolo, y el intercambio de electrones se produce sin necesidad de la formación del par galvánico.
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Esquema de del hierro, corrosión del polarizada.
oxidación ejemplo de tipo
La manera de corrosión de los metales es un fenómeno natural que ocurre debido a la inestabilidad termodinámica de la mayoría de los metales. En efecto, salvo raras excepciones (el oro, el hierro de origen meteorítico) los metales están presentes en la Tierra en forma de óxido, en los minerales (como la bauxita si es aluminio, la hematita si es hierro...). Desde la prehistoria, toda la metalurgia ha consistido en reducir los óxidos en bajos hornos, luego en altos hornos, para fabricar el metal. La corrosión, de hecho, es el regreso del metal a su estado natural, el óxido. A menudo se habla del acero inoxidable. El término es impropio, por dos razones:
este tipo de acero contiene elementos de aleación (cromo, níquel) que se oxidan; a esta capa de óxido se debe la protección del acero; no está protegido más que en ciertos tipos de ambiente, y se corroerá en ambientes distintos.
Existen múltiples variedades de aceros llamados "inoxidables", que llevan nombres como "304", "304L", "316N", etc., correspondientes a distintas composiciones y tratamientos. Cada acero corresponde a ciertos tipos de ambiente; su uso en ambientes distintos será catastrófico. Además, el material del que está hecha la pieza no es el único parámetro. La forma de la pieza y los tratamientos a los que se la somete (conformación, soldadura, atornillado). Así, un montaje de dos metales diferentes (por ejemplo, dos variedades de acero, o el mismo acero con tratamientos diferentes) puede dar pie a una corrosión acelerada; además, a menudo se ven trazas de herrumbre en las tuercas. Asimismo, si la pieza presenta un intersticio (por ejemplo, entre dos placas), ahí puede formarse un medio confinado que evolucionará de un modo diferente al del resto de la pieza y, por lo tanto, podrá llegar a una corrosión local acelerada. De hecho, toda heterogeneidad puede desembocar en una corrosión local acelerada como, por ejemplo, en los cordones de soldadura o en la mano al ser salpicada por un ácido
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TIPOS DE CORROSION La corrosión es el enemigo natural de los metales. Los aceros comunes reaccionan con el medio ambiente, formando una capa superficial de óxido de hierro. Esta capa es extremadamente porosa y permite una oxidación continua del acero, produciendo la corrosión, conocida comúnmente como herrumbre.
Capa pasiva (reacción entre los elementos de liga de acero inoxidable con el agua):
Es una capa extremadamente fina, continua, estable y resistente, f ormada sobre la superficie del acero inoxidable. Esta capa protege el acero inoxidable contra la corrosión. La corrosión sucede en Vía Húmeda o a Alta Temperatura.
CORROSIÓN EN VIA HÚMEDA
Corrosión General:
Es la corrosión que aparece en toda la superficie causando la pérdida uniforme de espesor. Para aumentar la resistencia a este tipo de corrosión es sugerido elevar los tenores de Cr (Cromo), Ni (Níquel) y Mo (Molibdeno), allá de la adición de Cu (Cobre).
Corrosión en Aberturas:
Es un ataque localizado y se produce en recesos, cavidades, aberturas y otros espacios donde un agente corrosivo es acumulado. Las adiciones de Cr, Mo y N (nitrógeno) aumentan la resistencia a la corrosión.
Corrosión Localizada / Pite / Alveolar:
Se caracteriza por un ataque localizado en un área limitada, presentando una
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importante perforación, mientras que las regiones vecinas permanecen intactas. Los casos más frecuentes de este tipo de corrosión se producen en piezas metálicas inmersas en agua de mar. Las adiciones de Cr, Mo y N aumentan la resistencia a la corrosión.
Corrosión Bajo de Tensión Fracturante (CBTF):
Se caracteriza por la asociación de tres factores: las tensiones residuales en el material, el medio conteniendo cloretos y temperaturas superiores a 60° C. El CBTF se evidencia por la aparición de trincas radiales que se propagan rápidamente. Para combatir esta corrosión, se utiliza material con un alto tenor de Ni, como los aceros inoxidables Dúplex.
Corrosión Intergranular / Intercristalina:
Es causada por precipitaciones de carbonetos de cromo en las señales visibles en la superficie. Este tipo de corrosión es un gran peligro, ya que puede aumentar sustancialmente sin ser notada. Para evitar este tipo de corrosión, se indica la utilización de ligas "L", ya que tienen muy reducidos tenores de C (por debajo de 0035%), o utilizar los materiales estabilizados a Ti (Titanio), Nb (Niobio) o Ta (Tantalio).
Corrosión Galvánica:
Se produce cuando hay una reunión de dos metales que presentean diferentes potenciales eléctricos. Estos contactos de diferentes metales deben ser evitados.
Corrosión Erosión:
Ocurre cuando el metal es sometido en un medio corrosivo y un proceso de desgaste mecánico. En este caso, la capa pasiva está continuamente bajo los efectos corrosivos y abrasivos, simultáneamente. Los aceros inoxidables Dúplex son resistentes a este tipo de corrosión.
CORROSIÓN EN ALTAS TEMPERATURAS La resistencia de acero inoxidable a la corrosión en altas temperaturas depende de muchos factores como el entorno, el proceso de fabricación de las piezas o equipos, el ciclo de operación, etc.
Aire y Gases Oxidantes por lo General:
El ataque de los gases oxidantes es probablemente la causa más frecuente de corrosión en los aceros inoxidables en altas temperaturas. El ataque provoca, a partir de una cierta temperatura, la formación de una espesa costra de óxido. Esta es sustancialmente afectada por la composición de los gases que circulan. Las temperaturas de oxidación, en las obras continuas o intermitentes, que se menciona en los catálogos de acero inoxidable, por lo general, están determinadas en el puro aire atmosférico, sin gases sulfurados, y estos deben
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ser considerados como indicaciones para la orientación. Es importante conocer este hecho cuando la elección de acero, porque la presencia de sustancias contaminantes eventualmente reduce considerablemente la temperatura de oxidación.
Gases Reductores:
Afectan el acero inoxidable por muchos medios y cada caso debe ser estudiado en sí.
Gases Sulfurados:
1. Oxidantes - estos gases son en su mayoría menos nocivos que los reductores. Sin embargo, su presencia produce un abajamiento de 100 a 200°C, o incluso más, en la temperatura de oxidación del acero inoxidable exento de níquel o con un bajo tenor de este elemento. 2. Reductores - estos gases, como H2S, son altamente corrosivos, principalmente a los aceros que contienen níquel. Por este motivo, los aceros inoxidables austeníticos no son recomendables para las aplicaciones que implican la presencia de gases sulfurados reductores.
Metales Fundidos y Sales Fundidas:
Este ambiente corrosivo actua en la superficie del acero inoxidable, también creando eutécticos de bajo punto de fusión.
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INFLUENCIA DE LA COMPOSICION QUÍMICA EN LA RESISTENCIA A LA CORROSIÓN.
Cromo (Cr):
Es principal elemento para aleación en el acero inoxidable, ya que es esencial en la formación de la capa pasiva. Otros elementos pueden mejorar su eficacia en la formación y el mantenimiento de este recubrimiento, pero no sustituirla. Cuanto mayor es el tenor de Cr, mayor es la resistencia a la corrosión.
Níquel (Ni):
Es el segundo más importante de los elementos del acero inoxidable. Eficaz para regenerar la capa pasiva (repasivación). El Ni estabiliza la austenita en la temperatura ambiente, mejorando la resistencia a la corrosión, y potencializando la viabilidad del acero inoxidable.
Molibdeno (Mo):
Mezclado con cromo, es eficaz en la estabilización de la capa pasiva en la presencia de cloretos. Las adiciones de Mo aumentan la resistencia general a la corrosión, por pite y por aberturas en el acero inoxidable.
Manganeso (Mn):
En cantidades moderadas, tiene el mismo efecto que en la aleación de níquel, sin embargo, el cambio de Ni con Mn no es práctico. Para mejorar la plasticidad por calor, el Mn mezcla con S (azufre) creando sulfetos de manganeso.
Carbono(C):
Tenores de 0,03% de C proporcionan una mayor resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables. Es un elemento que otorga tratamiento térmico de temple de los aceros martensíticos, y promove mayor resistencia mecánica en aplicaciones por alta temperatura. El C es perjudicial a la resistencia a la corrosión debido a su reacción con Cr (Cromo), en el caso de otras aplicaciones. En los aceros ferríticos, el aumento de tenor de C provoca una disminución en la tenacidad.
Titanio (Ti), Niobio (Nb) y Tantalo (Ta):
Todos estos elementos se añaden a los de aceros inoxidables por su mayor afinidad con el C, evitando la precipitación y la formación de carbonetos de cromo, lo que aumenta la resistencia a la corrosión intergranular.
Nitrógeno (N):
Aumenta la resistencia mecánica y resistencia a la corrosión por Pite en aceros austeníticos. Sin embargo, el N es perjudicial para las propiedades mecánicas
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de los aceros ferríticos
Azufre (S):
El azufre puede ser añadido a los aceros inoxidables con el objetivo de mejorar su usinabilidad.
Cobre (Cu):
Este elemento potencializa la resistencia a la corrosión en ambientes que contienen ácido fosfórico o sulfúrico.
Aluminio (Al):
El aluminio aumenta la resistencia a la oxidación en altas temperaturas.
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PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión están las siguientes: 1. Uso de materiales de gran pureza. 2. Presencia de elementos de adición en aleaciones, ejemplo aceros inoxidables. 3. Tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones sólidas, como el alivio de tensiones. 4. Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos, ejemplo los anticongelantes usados en radiadores de los automóviles. 5. Recubrimiento superficial: pinturas, capas de oxido, recubrimientos metálicos 6. Protección catódica.
Protección Catódica La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que está siendo aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero, en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar petróleo, productos terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables eléctricos y telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes. En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre, plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión bajo tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques generalizados. Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un eléctrolito. Aproximadamente la protección catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphrey Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a pesar de que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferación de organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación.
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En 1850 y después de un largo período de estacamiento la marina Canadiense mediante un empleo adecuado de pinturas con antiorganismos y anticorrosivos demostró que era factible la protección catódica de embarcaciones con mucha economía en los costos y en el mantenimiento.
Sistemas de protección catódica Áno do gal váni co
Se fundamenta en el mismo principio de la corrosión galvánica, en la que un metal más activo es anódico con respecto a otro más noble, corroyéndose el metal anódico. En la protección catódica con ánodo galvánico, se utilizan metales fuertemente anódicos conectados a la tubería a proteger, dando origen al sacrificio de dichos metales por corrosión, descargando suficiente corriente, para la protección de la tubería. La diferencia de potencial existente entre el metal anódico y la tubería a proteger, es de bajo valor porque este sistema se usa para pequeños requerimientos de corriente, pequeñas estructuras y en medio de baja resistividad. Carac terísti cas de un áno do de sac rific io
1. Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo, para polarizar la estructura de acero (metal que normalmente se protege) a 0.8 V. Sin embargo el potencial no debe de ser excesivamente negativo, ya que eso motivaría un gasto superior, con un innecesario paso de corriente. El potencial práctico de disolución puede estar comprendido entre -0.95 a -1.7 V; 2. Corriente suficientemente elevada, por unidad de peso de material consumido; 3. Buen comportamiento de polarización anódica a través del tiempo; 4. Bajo costo. Tip os de áno do s
Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia de potencial existente entre el metal a proteger y el ánodo, éste último deberá ocupar una
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posición más elevada en la tabla de potencias (serie electroquímica o serie galvánica). Los ánodos galvánicos que con mayor frecuencia se utilizan en la protección catódica son: Magnesio, Zinc, Aluminio.
Magnesio: Los ánodos de Magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro y están libres de pasivación. Están diseñados para obtener el máximo rendimiento posible, en su función de protección catódica. Los ánodos de Magnesio son apropiados para oleoductos, pozos, tanques de almacenamiento de agua, incluso para cualquier estructura que requiera protección catódica temporal. Se utilizan en estructuras metálicas enterradas en suelo de baja resistividad hasta 3000 ohmio-cm. Zinc: Para estructura metálica inmersas en agua de mar o en suelo con resistividad eléctrica de hasta 1000 ohm-cm. Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar. Relleno Backfill
Para mejorar las condiciones de operación de los ánodos en sistemas enterrados, se utilizan algunos rellenos entre ellos el de Backfill especialmente con ánodos de Zinc y Magnesio, estos productos químicos rodean completamente el ánodo produciendo algunos beneficios como:
Promover mayor eficiencia; Desgaste homogéneo del ánodo; Evita efectos negativos de los elementos del suelo sobre el ánodo; Absorben humedad del suelo manteniendo dicha humedad permanente.
La composición típica del Backfill para ánodos galvánicos está constituida por yeso (CaSO4), bentonita, sulfato de sodio, y la resistividad de la mezcla varía entre 50 a 250 ohm-cm.
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Diseño de instalación para ánodo galvánico
Car ac ter íst ic as de lo s án od os gal váni co s
Anodo
Eficien Rendimie Conteni cia nto am- do de hr/kg energia amhr/kg
Potencial Relleno de trabajo(vol tio)
Zinc
95%
778
820
-1.10
50%yeso;50%bentonita
Magne 95% sio
1102
2204
-1.45 a - 75%yeso;20%bentonita;5% 1.70 so4na2
Alumini 95% o
2817
2965
-1.10
Corriente impresa
En este sistema se mantiene el mismo principio fundamental, pero tomando en cuenta las limitaciones del material, costo y diferencia de potencial con los ánodos de sacrificio, se ha ideado este sistema mediante el cual el flujo de corriente requerido, se origina en una fuente de corriente generadora continua regulable o, simplemente se hace uso de los rectificadores, que alimentados por corriente alterna ofrecen una corriente eléctrica continua apta para la protección de la estructura. La corriente externa disponible es impresa en el circuito constituido por la estructura a proteger y la cama anódica. La dispersión de la corriente eléctrica
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en el electrólito se efectúa mediante la ayuda de ánodos inertes cuyas características y aplicación dependen del electrólito. El terminal positivo de la fuente debe siempre estar conectado a la cama de ánodo, a fin de forzar la descarga de corriente de protección para la estructura. Este tipo de sistema trae consigo el beneficio de que los m ateriales a usar en la cama de ánodos se consumen a velocidades menores, pudiendo descargar mayores cantidades de corriente y mantener una vida más amplia. En virtud de que todo elemento metálico conectado o en contacto con el terminal positivo de la fuente e inmerso en el electrólito es un punto de drenaje de corriente forzada y por lo tanto de corrosión, es necesario el mayor cuidado en las instalaciones y la exigencia de la mejor calidad en los aislamientos de cables de interconexión
Ano dos u tilizados en la corriente impresa
Chatarra de hierro: Por su economía es a veces utilizado como electrodo dispersor de corriente. Este tipo de ánodo puede ser aconsejable su utilización en terrenos de resistividad elevada y es aconsejable se rodee de un relleno artificial constituido por carbón de coque. El consumo medio de estos lechos de dispersión de corriente es de 9 Kg/Am*Año Ferrosilicio: Este ánodo es recomendable en terrenos de media y baja resistividad. Se coloca en el suelo incado o tumbado rodeado de un relleno de carbón de coque. A intesidades de corriente baja de 1 Amp, su vida es prácticamente ilimitada, siendo su capacidad máxima de salida de corriente de unos 12 a 15 Amp por ánodo. Su consumo oscila a intensidades de corriente altas, entre o.5 a 0.9 Kg/Amp*Año. Su dimensión más normal es la correspondiente a 1500 mm de longitud y 75 mm de diámetro. Grafito: Puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media y se utiliza con relleno de grafito o carbón de coque. Es frágil, por lo que su transporte y embalaje debe ser de cuidado. Sus dimensiones son variables, su longitud oscila entre 1000-2000 mm, y su diámetro entre 60-100 mm, son más ligeros de peso que los ferrosilicios. La salida máxima de corriente es de 3 a 4 amperios por ánodo, y su desgaste oscila entre 0.5 y 1 Kg/Am*Año Titanio-Platinado: Este material está especialmente indicado para instalaciones de agua de mar, aunque sea perfectamente utilizado en agua
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dulce o incluso en suelo. Su característica más relevante es que a pequeños voltajes (12 V), se pueden sacar intensidades de corriente elevada, siendo su desgaste perceptible. En agua de mar tiene, sin embargo, limitaciones en la tensión a aplicar, que nunca puede pasar de 12 V, ya que ha tensiones más elevadas podrían ocasionar el despegue de la capa de óxido de titanio y, por lo tanto la deterioración del ánodo. En aguas dulce que no tengan cloruro pueden actuar estos ánodos a tensiones de 40-50 V.
Criterios de protección Cuando se aplica protección catódica a una estructura, es extremadamente importante saber si esta se encontrará realmente protegida contra la corrosión en toda su plenitud. Varios criterios pueden ser adoptados para comprobar que la estructura en mención está exenta de riesgo de corrosión, basados en unos casos en función de la densidad de corriente de protección aplicada y otros en función de los potenciales de protección obtenidos. No obstante, el criterio más apto y universalmente aceptado es el de potencial mínimo que debe existir entre la estructura y terreno, mediciónque se realiza con un electrodo de referencia. El criterio de potencial mínimo se basa en los estudios realizados por el Profesor Michael Pourbaix, en 1939, quién estableció a través de un diagrama de potencial de electrodo Vs pH del medio, un potencial mínimo equivalente a -850 mv con relación al electrodo de referencia cobre-sulfato de cobre, observando una zona definida por la inmunidad del acero. Los criterios de potencial mínimo de protección que se utilizará es de –850 mv respecto al Cu/SO4Cu como mínimo y permitiendo recomendar así mismo, un máximo potencial de protección que pueda estar entre los 1200 mv a -1300 mv, sin permitir valores más negativos, puesto que se corre el riesgo de sobre protección, que afecta de sobre manera al recubrimiento de la pintura, ya que hay riesgos de reacción catódica de reducción de hidrógeno gaseoso que se manifiesta como un ampollamiento en la pintura.
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CORROSION DEL ACERO El acero es el metal más ampliamente utilizado para la fabricación de estructuras como por ejemplo, puentes, estanques, casco de buques, etc. Si nos referimos al origen electroquímico de la corrosión, veremos que en un mismo metal hay áreas que poseen un distinto potencial eléctrico. Dicha diferencia de potencial es atribuible, entre otros, a la capa de oxido remanente propia del proceso de laminación del acero en donde esta herrumbre es catódica respecto del acero o también a diferencias en el oxigeno disuelto en el agua u otro electrolito.
La protección catódica de estructuras de acero se basa en la aplicación de un metal que sea anódico respecto del acero, de tal manera que proteja a este último mediante el establecimiento de una celda galvánica intencional, en donde el acero se convierte en cátodo, es decir en el metal protegido. Este mecanismo de protección implica por lo tanto el aporte de un metal de sacrificio que se corroerá preferencialmente. Si se analiza la serie galvánica de los metales, se puede ver que tanto el Zn como el Al y el Mg, son anódicos respecto del hierro y del acero.Se distinguen 2 sistemas de protección: a) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie en donde el revestimiento protege al acero comportándose como ánodo y degradándose preferencialmente. b) Aplicación de 3 a 10 mils de Zn o Al sobre la superficie, seguido de la aplicación de un sellante. El propósito del sellante es impedir la penetración de líquidos y/o gases hacia el acero, imposibilitando la formación de una celda galvánica lo que permite alargar considerablemente la vida útil del revestimiento metálico.
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Los sellantes empleados varían en función del ambiente corrosivo que se desea aislar. En general, se emplean pinturas del tipo vinílica, acrílicas, epóxica, uretanos, siliconas, etc. Como se ha demostrado fehacientemente a través de experiencias prácticas y aplicaciones industriales, los sistemas de protección anticorrosivas por metalizado muestran duraciones de 3 a 10 veces mayor que sistemas tradicionales de pintura. Aun cuando el costo de aplicación inicial resulta en algunos casos superior al costo de aplicar un sistema tradicional, dada su larga duración sin necesidad de mantenimiento, los revestimientos metálicos por metalizado resultan a la larga extremadamente económicos. La extraordinaria resistencia a la corrosión de estos revestimientos se debe a que el sistema: a) Provee protección galvánica b) Actúa como pasivador del metal base (acero) c) Provee un inhibidor contra la oxidación (imprimante) d) Provee una barrera impermeable (sellante) Algunos sistemas de revestimiento usualmente empleados:
APORTE APLICACIONES Aluminio Estructuras sumergidas en agua de mar Estructuras expuestas a ambientes Zinc marinos cerca de la costa
SELLANTE imprimante + vinil claro imprimante + vinil aluminio Silicona - Aluminio (alta Aluminio Atmósferas industriales, rurales o marinas temperatura) Protección estructuras expuestas a Al/Zn Poliuretano elevadas concentraciones de sales
CORROSION EN AMBIENTES MARINOS El progesivo deterioro de estructuras que se encuentran sumergidas y/o expuestas a la acción de la atmósfera marina constituye sin duda alguna un oneroso problema industrial. En efecto, pilotes de muelles y otras estructuras portuarias como ser grúas de carga/descarga, edificios en la cercanía del mar, etc, requieren un constante mantenimiento para conservarles en buen estado. A diferencia de los mecanismos de corrosión en agua dulce, desde un enfoque electroquímico debemos considerar la incidencia de las sales disueltas en el agua de mar y ambientes marinos. En forma predominante encontramos en el agua de mar cloruros de sodio y de magnesio. El cloruro de sodio se encuentra en agua de mar en una solución de 35.000 mg/lt (0.5 N) que lo sitúa en su máximo nivel corrosivo. La solución de NaCl mejora además las propiedades conductoras del electrolito posibilitando una reacción electroquímica más intensa. Hoy en día, se debe considerar además
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el efecto de la contaminación del agua de mar, especialmente en puertos. En efecto, en dichas aguas nos encontramos con importantes concentraciones de elementos oxidantes y orgánicos, producto de desechos industriales que son vertidos directamente en el mar o llegan a él a través de desembocaduras de ríos. Aquellas estructuras expuestas al rocío marino sufren también los efectos corrosivos de la solución de cloruros, los cuales son arrastrados por los vientos y depositados en el acero. Ciclos alternados de humedad (los cloruros son además higroscópicos) posibilitan la formación de celdas galvánicas. La rigurosidad del ataque, producto del rociado marino depende de la cercania de la estructura al mar. En ausencia de atmósferas industriales severas (alta ppm de SO2), se recomienda los recubrimientos en base Zn para la protección del hierro y el acero, Al/Zn en diversas proporciones y Al puro dependiendo de las particularidades de cada aplicación.
LA CORROSIÓN DEL ACERO Variación de potencial en la superficie - Diferente composición - Presencia de impurezas -Esfuerzos internos no uniformes. - Composición no uniforme del medio.
Electrolitos - Atmósfera circundante húmeda - Lluvia retenida - Químicos Suelos.
Cinética Las reacciones de oxidación y de reducción que ocurren en el ánodo y el cátodo son simultáneas. La velocidad de corrosión está determinada por la velocidad de la reacción más lenta. La corrosión ocurre en la superficie del metal en contacto con un electrolito, cualquier medio que retarde estas reacciones permite controlar el proceso.
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Control de la corrosión Proteger Por barrera: Aislando la superficie metálica del medio corrosivo.
Protección Catódica: Conectando eléctricamente el acero con un metal más activo (cinc o magnesio) Inhibir Se polariza uno de los electrodos de la pila de corrosión para detener o cuanto menos disminuir sus efectos. Pasivar Selección de materiales que forman una película de productos de corrosión adherentes y compactos que aíslan la superficie del metal. Protección por barrera Revestimientos Metálicos Electro-deposición Baños fundidos Pinturas metálicas Electroless (galvánicos)
Revestimientos Orgánicos Pinturas Barnices Lacas Resinas naturales o sintéticas Al modificar la superficie del metal la velocidad de corrosión disminuye porque los iones deben difundir a través de la barrera.
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Protección catódica Protección del acero mediante el establecimiento intencional de una celda galvánica, donde el acero se convierte en cátodo. Se basa en la aplicación de un metal anódico respecto al acero. Se comporta como metal de sacrificio y se corroe preferencialmente. En la serie galvánica el Zn el Al y el Mg, son anódicos respecto del hierro y del acero.
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MATERIALES Y PROCEDIMIENTO MATERIALES DE LABORATORIO Y EQUIPOS: -
Matriz de Metal
- Aceitera
-
Polvo de Cobre(98% de CU y 2 % de Grafito) , Polvo de Grafito
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-
Vernier
-Maquina De Tracción
-Balanza Electrónica
PROCEDIMIENTO:
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1) Medir la Matriz de Metal con el Vernier
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2) Al Polvo mezclar con 3 gotas de aceite
3) Hechar todo el polvo en la matriz de metal y con una fuerza propia juntar las matrices para que todo el polvo ingrese
4) Luego con la Maquina de tracción poner la probeta de tal forma que apriete en la parte superior con el apoyo
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5) Luego Con la otra matriz ponerlo en forma invertida y con esto se sacara la probeta que estuvo en un momento apretada hasta el punto de quedarse atracada
6) Luego medimos el peso de la probeta
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7) Lo mismo hacemos para las otras probetas
8) Al final tenemos 3 Probetas
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CALCULOS Y RESULTADOS Resultados obtenidos en la medición de sinterizado:
Probeta s
Largo (cm)
Anch o (cm)
1 2 3 4
14.10 14.05 14.00 13.95
11.85 11.70 11.80 9.55
Separación matrizpunzón(cm)
Masa inicial(g r)
22.50 22.95 22.15 16.95
11.80 12.00 12.00 10.50
Tiempo en el horno(hor as) 2 4 6 6
Masa del Oxido = 2,4 g.
La estructura de la capa de óxido formada es muy importante en los procesos de corrosión seca. El grado de protección será mayor si relación de Pilling Bedworth es favorable. P-B= volumen óxido por átomo de metal / volumen metal consumido por átomo de metal. P-B = (M óxido · d metal) / (n · M metal · d oxido) Si P-B < 1 se forma una película porosa no protectora (metales alcalinos y Mg) Si 1> P-B > 2 y se da un alto grado de adherencia se forman óxidos protectores ( Al y Cr) Si P-B > 2 existe tensión de compresión en la película, el recubrimiento de óxido se rompe y la película pierde cohesión con el metal (Fe)
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Hallando la relacion de Pilling – Bedworth para el Cobre:
P-B= volumen óxido por átomo de metal / volumen metal consumido por átomo de metal P-B = (M óxido · d metal) / (n · M metal · d oxido)
Remplazando los datos adecuados en la relación Pilling Bedworth
()() ()()
P-B=1.548 si 1> P-B > 2 y se da un alto gr ado de adh erencia se forman óxidos protectores.
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CONCLUSIONES Como conclusiones tenemos los siguientes puntos: 1. El proceso de corrosión debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello conlleva al deterioro del mismo. No obstante es este proceso el que provoca la investigación y el planteamiento de fórmulas que permitan alargar la vida útil de los materiales sometidos a este proceso. 2. En la protección catódica entran en juego múltiples factores los cuales hay que tomar en cuenta al momento del diseño del sistema, inclusive es un acto de investigación conjunta con otras disciplinas mas allá de la metalurgia, como la química y la electrónica. 3. En el trabajo se confirma que la lucha y control de la corrosión es un arte dentro del mantenimiento y que esta área es bastante amplia, dado el sinnúmero de condiciones a los cuales se encuentran sometidos los metales que forman equipos y herramientas. 4. Como última conclusión está el hecho de que hay que ahondar en estos conocimientos pues ellos formarán parte integral de la labor que debe desempeñar un Ingeniero de Mantenimiento.