1.2.- Factores que propician la Corrosión. M. En C. José Antonio González Moreno Enero del 2016 Ensayos Destructivos

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1 1.2.- Factores que propician la Corrosión M. En C. José Antonio González Moreno Enero del 2016 Ensayos Destructivos

2 Introducción: En esta presentación, se estudiarán los factores básicos que generan o inician la corrosión, con el fin de detectarlos a tiempo y poder minimizar los efectos de la corrosión en materiales y estructuras metálicas. También se analizan una serie de soluciones para algunos tipos de corrosión que pueden aplicarse con el propósito de controlar dichos fenómenos. Finalmente se presentan las Conclusiones, las Referencias bibliográficas consultadas y las preguntas de repaso para los estudiantes.

3 Antecedentes: -La corrosión de los metales y sus factores, probablemente se analizaron en la era temprana del acero (1200 al 500 A.C.), cuando el hombre comenzó a observar que los nuevos instrumentos fabricados en este metal, después de un cierto tiempo se volvían quebradizos e inestables. -Otra teoría de corrosión surgió alrededor del año 1900 como consecuencia del hallazgo del peróxido de hidrógeno durante la corrosión de muchos metales, dando lugar a la idea de que aquel actúa como intermediario en el proceso del mismo. -Ahora se sabe que el peróxido de hidrógeno se forma cuando hay exceso de oxígeno en el cátodo.

4 Contexto General: -Cuando se habla de corrosión, es usual referirse al proceso del ataque químico sobre los metales. -Éstos son susceptibles a este ataque debido a que tienen electrones libres y pueden establecer celdas electroquímicas dentro de su estructura. -La mayoría de los metales son corroídos hasta cierto grado por el agua y la atmósfera. -Los metales también pueden ser corroídos por el ataque químico directo de las soluciones químicas e inclusive de metales líquidos.

5 Energía de Oxidación: La tendencia de muchos materiales a reaccionar con el oxígeno es en base a la energía necesaria para que se produzca la reacción: Material Oxígeno Energía Óxido del Material Si esta energía es positiva, el material es estable y si es negativa, el material es inestable y se oxidará.

6 Energías de Formación de Óxido o Energía de Oxidación a 273 K en KJ/mol de O 2

7 Medidas para evitar la Corrosión: 1. Disminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo se reduce la corrosión por erosión. Sin embargo, para metales y aleaciones que se pasivan, es más importante evitar las disoluciones estancadas. 2. Eliminando el oxigeno de las soluciones acuosas reduce la corrosión especialmente en las calderas de agua. 3. La reducción de la concentración de iones corrosivos en una solución que esta provocando corrosión en un metal puede hacer que disminuya la velocidad de corrosión, se utiliza principalmente en aceros inoxidables.

8 Factores que Influyen en la Corrosión: Los siguientes factores son los más generales que se consideran para que un material comience a oxidarse, se tiene que son: 1) Potencial Eléctrico de los Metales (E vs SHE). 2) Formación de Películas y Biopelículas (Biofilms). 3) Temperatura (T ). 4) Velocidad de Corrosión (Ʋ Corr ). 5) Agentes Oxidantes (Ox) 6) ph del medio ambiente (Alcalino -OH u Ácido -H).

9 Explicar de manera asertiva el mecanismo de corrosión, no es sencillo y matemáticamente es complejo porque involucra conceptos como 1) Potencial Eléctrico ( Ev) 2) Densidad (ρ), 3) Viscosidad (Cinemática, μ, y Dinámica, ѵ), 4) Difusividad (Đ) y 5) Tortuosidad (Ʈ). Mecanismo de Corrosión:

10 1) Potencial Eléctrico del Metal ( Ev): 1. Cuando dos metales están en contacto a través de un líquido se produce una corrosión galvánica o electrolítica. 2. El grado de corrosión depende fundamentalmente de la diferencia de potencial eléctrico existente entre los dos metales en contacto. 3. Cuanto más bajo (negativo) sea el potencial de un metal, más fácil resultará corroído; del mismo modo cuando mayor sea la diferencia de potencial entre los dos metales en contacto, tanto mayor será la corrosión galvánica producida entre ambos, siempre en perjuicio del de menor potencial.

11 Tabla de Potenciales:

12 2) Densidad (ρ): 1. La Densidad se define como la relación de masa de un objeto, entre su volumen, es decir: 2. Entre mayor densidad tenga unρ metal, más V pesado será, entre menos densidad tenga un metal, más ligero y moldeable será. Además es inversamente proporcional a la Temperatura. 3. La mayoría de los metales activos, poseen densidades entre 0.7 a 7.9 g/ml, mientras que la mayoría de los metales pasivos, oscilan entre los 7 a los 20 g/ml. 4. La densidad de referencia es la del agua a 4 C que tiene un valor de g/ml. Objetos con ρ mayor a la del agua, se unden en ella y menores a 1, flotan. m

13 2) Densidad (ρ):

14 3) Viscosidad Dinámica (μ) y Cinemática (ѵ): 1. La viscosidad se define como la fuerza de fricción de un fluido a fluir y depende de la Temperatura, es inversamente proporcional. 2. La Viscosidad dinámica (μ), se define como la velocidad con la cual un fluido fluye al ser derramado. 3. La Viscosidad cinemática (ѵ), se define como la velocidad con la cual se expande un fluido al ser derramado. 4. Las unidades de μ, son los centi-poise (cp) que se derivan de los Poise = g/cm*s. Mientras que las unidades de ѵ, son los centi-stokes (cst). 5. La ѵ puede ser calculada como ѵ = μ/ρ

15 3) Viscosidad Dinámica (μ) y Cinemática (ѵ):

16 4) Difusividad (Đ) : 1. La Difusividad (Đ), se define como la expansión de la Concentración de un medio a otro ya sea sólido, líquido o gas y depende de la Temperatura, es directamente proporcional. 2. El Coeficiente de Difusividad (Đ), tiene las unidades de m 2 /s y resulta complejo su cálculo, pero involucra la concentración final y la inicial. 3. La Difusividad (Đ), es la causante de que existan intercambios de humedad de un lugar a otro por medio de la porosidad. 4. La Difusividad (Đ), se utiliza para calcular los Flux de masa o los intercambios de masa.

17 4) Difusividad (Đ AB ) :

18 5) Tortuosidad (Ʈ): 1. La Tortuosidad (Ʈ), se define como la relación que existe entre un camino recto y uno sinuoso o caótico que tiene que atravesar una partícula y depende del factor tiempo, así como también de la temperatura para materiales que se dilatan, facilitarán el recorrido. 2. Tortuosidad (Ʈ), no tiene unidades, por lo que se maneja en porcentaje y resulta complejo su cálculo, pues involucra análisis microscópico y trazadores de concentración. 3. La Tortuosidad (Ʈ), es la causante de que exista transporte de aire y humedad por medio de la porosidad.

19 5) Tortuosidad (Ʈ), Continuación:

20 Temperatura: La corrosión tiende a aumentar al elevar la temperatura ya que ésta posee efectos secundarios mediante su influencia en la solubilidad del aire, que es la sustancia más común que influye en la corrosión.

21 Velocidad: Un aumento en la velocidad del movimiento relativo entre una solución corrosiva y una superficie metálica tiende a acelerar la corrosión, ocasionando que las sustancias oxidantes (oxigeno), lleguen a la superficie y a la mayor rapidez con que los productos de la corrosión misma, se retiran.

22 Agentes Oxidantes: Los agentes oxidantes que aceleran la corrosión de algunos materiales pueden retrasar la corrosión de otras, mediante la formación en sus superficies de óxidos o capas de oxigeno absorbidos que los hacen mas resistentes a los ataques químicos. Algunos agentes oxidantes enérgicos son: Agua Oxigenda Nitritos y Nitratos Percarbonatos Boratos Ácido Nítrico y Permanganatos

23 ph del Medio Ambiente: La velocidad de corrosión de la gran parte de los metales es afectada por el ph. En metales solubles en ácido como el hierro, el nivel de ph medio (aprox. 4 a 10) controla la velocidad de corrosión y ésta a su vez controla la velocidad de transporte del oxidante (generalmente oxigeno disuelto) a la superficie metálica. A temperaturas altas, la velocidad de corrosión aumenta con el incremento de la basicidad.

24 Otros Factores: Existen otros factores además de los antes mencionados que en sí están contenidos en los antes expuestos. Aire y humedad (El aire seco es poco agresivo). Agua Agua salada Atmósfera rural (CO 2, O 2, CO, H 2 S) Atmósfera urbana (CO 2, O 2, SO 2, NO 2 ) Atmósfera industrial (CO 2, SO 2, NO 2, Cl 2, F 2 ) Vapor (H 2 O a una temperatura entre 200 a 400 ºC) Otros gases (Como los CFC, NH 3, Ácidos Orgánicos, etc.)

25 Otros Factores Físicos: Presencia de poros, grietas, esfuerzos internos, estado superficial, elementos aleantes para los diferentes tipos de acero. Composición y naturaleza de los iones atmosféricos, concentración de partículas activas, frecuencia de renovación del electrolito, lluvia, radiación solar, humedad relativa.

26 Medidas básicas para evitar la corrosión: 1. Para evitar lo anterior, las estructuras metálicas deben de ser protegidas ya sea con pinturas que contengan plomo, recubrirse con polímeros plásticos o darles un depósito electroquímico con otros metales como el zinc. 2. Las condiciones ambientales son muy importantes para el control de corrosión. Bajando la temperatura se consigue disminuir la velocidad de reacción, por tanto se disminuye el riesgo de corrosión.

27 Soluciones prácticas para corrosión Galvánica:

28 Propuesta de Solución para la Corrosión por Hendidura:

29 Metales resistentes a la Corrosión por Hendidura:

30 Prevención de la Corrosión por Erosión:

31 Prevención de la Erosión por separación de fases:

32 Velocidades de Corrosión de acuerdo a tasas de velocidad de Agua marina:

33 Efectos de la Velocidad de agua de mar en diferentes Materiales:

34 Ambientes agresivos:

35 Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

36 Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

37 Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

38 Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

39 Protección catódica :

40 Protección Anódica :

41 Conclusiones: La corrosión es un fenómeno de la naturaleza que No se puede evitar, tan solo controlar. Las opciones de ayuda para minimizar el problema pueden variar de un medio a otro, por lo que se debe de tomar en cuenta todos los factores ambientales posibles que puedan alterar la estructura del material. Es necesario tomar en cuenta que No solo se va a tener un tipo de corrosión, siempre se tiene una mezcla de ellos, por lo que se tendrán que proponer varias soluciones para varios problemas e ir controlando varios al mismo tiempo. Finalmente las opciones de anodizado y catodizado, aún falta perfeccionarlas para que sean efectivas.

42 Referencias Bibliográficas: 1. S. A. Capítulo II.- Antecedentes históricos de los metales (mayo del 2004). Consultado el 11 de mayo del 2015 de: s/lim/villela_e_ij/capitulo2.pdf 2. S. A. Corrosión, Historia (mayo del 2008). Consultado el 11 de mayo del 2015 de: vicio%20de%20publicaciones/repositorio%20de %20DOCUMENTOS/CUARTO%20CURSO/32- Corrosión.pdf

43 Preguntas de Repaso: 1.- Definir con palabras propias lo que es la Energía de Oxidación. R = Es la energía que emplea un metal cuando se combina con el oxígeno del medio para formar un óxido metálico. 2.- Si la energía de activación es Positiva, significa que el material es: R = Estable. 3.- Si se disminuye la velocidad de un fluido corrosivo, entonces se minimizará Qué tipo de Corrosión? R = La corrosión por Erosión.

44 Preguntas de Repaso: 4.- Definir con palabras propias lo que es Pasivar un material, en específico un metal. R = Es formar una película protectora sobre un metal con la misma sustancia corrosiva con que se va a poner en contacto. 5.- En qué unidades se mide la Tortuosidad?: R = Es adimensional, se maneja porcentaje. 6.- Cuáles son los tipos de Viscosidad que existen y en que unidades se mide cada una? R = Sólo hay Viscosidad Dinámica (se mide en centi- Poise) y la Viscosidad Cinemática (se mide en centi-stokes).

45 GRACIAS POR SU ATENCIÓN