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EXTENSION PORLAMAR

CORROSION Y ELECTROQUIMICA

Realizado por:

Reyes Lpez Enmanuel Gregorio

CI: 24110856

ANALISIS CRTICO:

Durante muchos aos nuestra sociedad de consumo ha exigido mejores condiciones de vida paralelas a sus necesidades crecientes y esto ha generado un formidable desarrollo industrial al cual se le ha invertido mucho tiempo de estudio en el diseo y construccin de plantas, equipos e instalaciones industriales de procesos para la sntesis y manufactura de productos que satisfagan dichas necesidades. Hoy da con da se desarrollan nuevos procesos, nuevos productos, nuevas necesidades las cuales ponen a prueba la creatividad e inventiva del hombre.

Para estos procesos se requiere de instalaciones eficientes con xitos productivos y econmicos que por tal motivo se requieren fuertes inversiones de capital. Esto justifica establecer programas de prevencin contra incendios, terremotos, explosiones y de mantenimiento y control de corrosin.

Es un hecho comn el observar la gradual destruccin de los materiales de construccin utilizadas en la fabricacin de maquinaria, equipos, tanques y tuberas.

El que si el producto presenta un aspecto diferente al original lo asociamos con oxidacin o corrosin considerada como una situacin o enfermedad que en mayor o menor grado los equipos llegan a padecer y desgraciadamente hasta entonces se aplican soluciones correctivas caras y muchas veces no las adecuadas.

La proteccin anticorrosiva a base de pinturas y recubrimientos anticorrosivos viene a ser un seguro de vida para sus instalaciones,hay que darle una mano a sus inversiones.

Con frecuencia la corrosin se confunde con un simple proceso de oxidacin siendo en realidad un proceso ms complejo, el cual puede puntualizarse como la gradual destruccin y desintegracin de los materiales debido a un proceso electro - qumico, qumico o de erosin debido a la interaccin del material con el medio que lo rodea.

COMO OCURRE LA CORROSION?

Para el caso del fierro y del Acero, que son los materiales de construccin mas comunes, el proceso de corrosin considera la formacin de pequeas pilas galvnicas en toda la superficie expuesta, presentndose un flujo de electrones de las zonas andicas donde se disuelve el fierro hacia las zonas catdicas donde se desprende hidrogeno o se forman iones hidroxilo (lcali); para cerrar el circuito elctrico se requiere la presencia de un electrolito proporcionado por el medio. El siguiente diagrama muestra esta situacin.

Las zonas andicas y catdicas son ocasionadas por diferencias en la estructura cristalina, restos de escoria y oxido en general, as como a diferencias de composicin en la superficie de los Aceros comerciales. De acuerdo con la figura anterior, adems de los procesos en el metal tienen un papel preponderante la cantidad de oxigeno presente y la conductividad elctrica del medio.

COMO CONTROLAR LA CORROSION?

A la fecha se cuenta con varios mtodos que han resultado ser los mas prcticos para controlar la corrosin del Acero, cuya seleccin para cada caso depender de las condiciones del medio y de factores tcnico - econmicos. Estos mtodos pueden justificarse a travs de un anlisis del mecanismo de corrosin mostrado en la figura, en la siguiente forma:

-Proteccin catdica.

El proceso de corrosin del Acero considera un flujo de electrones que abandonan la superficie metlica con la consecuente disolucin del Acero en forma de iones Fe++. Durante la proteccin catdica a travs de un circuito elctrico externo o sistema de nodos de sacrificio, se imprime corriente a la superficie metlica invirtiendo el sentido del flujo de electrones y evitando as la disolucin del fierro. Este mtodo se utiliza preferentemente en tuberas y estructuras enterradas o sumergidas.

-inhibidores de la corrosin.

Este mtodo considera el uso de pequeas cantidades de compuestos orgnicos o inorgnicos capaces de formar una pelcula o barrera adherente en la superficie del Acero por atraccin elctrica o por una reaccin, evitando el acceso de los agentes corrosivos.

Estos compuestos se caracterizan por las altas cargas elctricas en los extremos de sus molculas capaces de ser atradas por la superficie a proteger; desafortunadamente esta atraccin no es permanente siendo necesarios una dosificacin constante en el medio. Este mtodo se utiliza preferentemente en donde existen medios fluidos de recirculacin.

-Uso de recubrimientos anticorrosivos.

Este mtodo al igual que el anterior considera la formacin de una barrera que impida en lo posible el acceso de los agentes corrosivos a la superficie metlica; no obstante, la barrera es formada a partir de la aplicacin de una dispersin liquida de una resina y un pigmento, con eliminacin posterior del solvente, obtenindose una pelcula slida adherida a la superficie metlica. Su durabilidad esta condicionada a la resistencia que presente esta pelcula al medio agresivo. Su uso esta muy generalizado en la proteccin de estructuras e instalaciones areas o sumergidas.

-Seleccin de materiales de construccin

Cuando las condiciones de presin y temperatura sean muy extremas o bien el medio sea excesivamente agresivo en tal forma que los mtodos anteriores no sean utilizables se puede recurrir a una seleccin adecuada de materiales (generalmente caros). La alta resistencia a la corrosin de estos materiales se basa en la formacin inicial de una capa delgada de oxido del metal y muy adherente e impermeable. A este fenmeno se le conoce como Pasivacin. Afortunadamente la frecuencia en el uso de este mtodo es menor en las instalaciones de la industria. Considerando el aspecto econmico de cada uno de estos mtodos as como sus limitaciones, las cuales necesariamente repercuten en su eficiencia de proteccin se concluye que la solucin a los problemas de corrosin esta enfocada a su control mas que a su eliminacin. Cada uno de los mtodos mencionados constituye una extensa rea de estudio dentro de la ingeniera de corrosin, existiendo gran cantidad de publicaciones y bibliografa en cada caso. En el presente seminario se considera nicamente lo concerniente a Recubrimientos Anticorrosivos.

El uso de recubrimientos anticorrosivos para la proteccin de instalaciones industriales constituye una de las practicas mas comunes en el control de corrosin, tanto por su versatilidad de uso como por su bajo costo relativo. A la fecha se han desarrollado gran diversidad de recubrimientos caracterizados fundamentalmente por el tipo de resina y pigmento utilizados en su formulacin; generalmente un aumento de eficiencia va aunada a un aumento de costo, por lo que, la seleccin del tipo de recubrimiento para un caso especifico debe ser el resultado de un balance tcnico econmico. De lo anterior es posible inferir que la investigacinn actual en este campo esta orientada a recubrimientos anticorrosivos de alta eficiencia y bajo costo.

Corrosin electroqumica: Se produce cuando existe una heterogeneidad, sea en el metal, sea en el reactivo. La existencia de estas heterogeneidades determina la formacin de una pila, circula una corriente elctrica entre los nodos y los ctodos y las zonas que constituyen los nodos son atacadas. Es interesante observar que el producto final de la corrosin se desarrolla en general a una cierta distancia de la zona corroda, en la regin donde se encuentran los productos elementales de corrosin andicos y catdicos.

En este tipo de corrosin, se produce una pila, en la cual pasa corriente desde el nodo hacia el ctodo a travs del reactivo, resultando afectado el nodo.

Justo en las proximidades del contacto entre el metal y la solucin, se forman dos capas de signo contrario llamada doble capa. La primera capa, llamada capa compacta, contiene partculas cargadas de la superficie del metal y las molculas del solvente que se encuentran junto a la superficie; la segunda capa, llamada capa difusa, contiene un exceso de iones de un signo y un defecto de iones del signo opuesto.

Este paso de los iones est limitado por el tiempo debido a que deben romper la repulsin de los que ya se encuentran en la solucin y la atraccin de los electrones que cargan al metal negativamente.

Potencial de un electrodo:

Potencial de equilibrio.Es el potencial que adquiere un metal con res

pecto a una de sus sales. Se mide en volts. (usar ecuacin de Nernst ver Qumica Rymond Chang)

ucin al problema 12.1 Las semirreacciones de la pila son: Zn Zn2+ + 2e- E 0 = -0,763 V Ni2+ Ni + 2e- E 0 = +0.250 V a) La oxidacin tiene lugar en el electrodo de cinc ya que la semirreaccin del cinc tiene un potencial (E0 = -0,763 V) ms negativo comparado con el potencial de la semirreaccin del nquel (E0 = -0,250 V). b) El electrodo de cinc es el nodo ya que la oxidacin ocurre en el nodo. c) El electrodo de cinc es el que oxida puesto que es en el nodo donde tiene lugar este fenmeno. d) La f.e.m. se obtiene sumando las dos reacciones: Reaccin andica: Zn Zn2+ + 2e- E 0 = -0,763 V Reaccin catdica: Ni2+ + 2e- Ni E 0 = +0.250 V Reaccin total: Zn + Ni2+ Zn2+ + Ni E 0 pila= -0,513 V

PROBLEMAS RESUELTOS CORROSIN Y ELECTROQUIMICA

PROBLEMA1.-Una pila galvnica consta de un electrodo de cinc enuna disolucin 1 Mde ZnS0

4

y otro electrodo de nquel en una disolucin 1 M de NiSO

4

. Ambas disoluciones estn separadas por una pared porosa para impedir la mezcla entre ellas. Un cable externo con un interruptor conecta los dos electrodos. En el momento en que cerramos el interruptor: a) En qu electrodo se produce la oxidacin) Qu electrodo es el nodo de la pila?c) Qu electrodo se corroed) Cul es la fem de la pila en el momento de la conexin?

SOLUCIN Las semirreacciones de la pila son: a) La oxidacin tiene lugar en el electrodo de cinc ya que la semirreaccin del cinc tiene un potencial (E

0

= -0,763 V) ms negativo comparado con el potencial de la semirreaccin del nquel (E

0

= -0,250 V).b) El electrodo de cinc es el nodo ya que la oxidacin ocurre en el nodo) El electrodo de cinc es el que oxida puesto que es en el nodo donde tiene lugar este fenmeno) La f.e.m. se obtiene sumando las dos reacciones:

2.-Un proceso de electrodeposicin de cobre utiliza 15 A de corriente para disolver qumicamente (corroer) un nodo de cobre y electro depositar un ctodo de cobre. Si se supone que no hay reacciones secundarias, cuanto tiempo tardarn en corroerse 8,50 g de cobre del nodo? SOLUCIN

El tiempo que tarda el cobre del nodo en corroerse puede ser determinado por la ecuacin: En este caso,

Un proceso de electrodeposicin de cobre utiliza 15 A de corriente para disolver qumicamente (corroer) un nodo de cobre y electro depositar un ctodo de cobre. Si se supone que no hay reacciones secundarias, cuanto tiempo tardarn en corroerse 8,50 g de cobre del nodo?

El tiempo que tarda el cobre del nodo en corroerse puede ser determinado por la ecuacin: w = I t M n F o t = w n F I M En este caso, w = 8,5 g n = 2(Cu Cu2+ + 2e- ) F = 96500 As/mol M = 63,5 g/mol (Cu) I = 15 A t = ? s t = (8,5 g) (2) (96500 A_ s/ mol) (15 A) (63,5 g/ mol) = 1722 s o 28,7 min

Un tanque cilndrico de acero suave (bajo en carbono) de 1 m de altura y 50 cm de dimetro, contiene agua aireada hasta un nivel de 60 cm y muestra una prdida de peso debido a la corrosin de 304 g al cabo de 6 semanas. Calcular: a) la corriente de corrosin; b) la densidad de corriente implicada en la corrosin del tanque. Supngase que la corrosin es uniforme sobre la superficie interior del tanque y que el acero se corroe en la misma forma que el hierro puro.

a) Usaremos la ecuacin siguiente para conocer la corriente de corrosin: I = w n F t M w = 304 g n = 2(Fe Fe+2 + 2e- ) F = 96500 As/mol M = 55,85 g/mol(Fe) t = 6 semanas I = ? A Debemos convertir el tiempo, 6 semanas, en segundos y luego podremos sustituir todos los valores en la ecuacin anterior: Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales 222 t sem das sem horas das h = s 6 = 7 24 3600 3 63 106 . . , ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) I g A s mol s g mol = A = 304 2 96500 3 63 10 55 85 0 289 6 / , , / , b) La densidad de corriente es i (A/ cm ) = I (A) (cm ) 2 2 rea rea de la superficie corroda del tanque = rea lateral + rea de fondo = pDh + pr 2 = p(50 cm) (60 cm) + p(25 cm)2 = 9420 cm2 + 1962 cm2 = 11380 cm2 i = 0,289 A 11380 cm 2 = 2,53x10 A/ cm2