UNIDAD 1 Fundamentos de corrosión y protección 1.1 CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN 1. Que ventajas presenta desde el punto de vista de la corrosión en la protección del acero un recubrimiento de Zn (galvanizado) frente a un recubrimiento de Cr (cromado): a) El mayor espesor conseguido. b) El proceso electrolítico. c) Proporciona protección catódica. d) El acabado conseguido.. En la corrosión húmeda se corroen las zonas: a) Más cercanas al medio corrosivo. b) Más electropositivas. c) Más electronegativas. d) De transmisión.. La protección anódica en la corrosión se fundamenta en: a) La anulación del proceso corrosivo por aportación de fuente eléctrica. b) Limitación del proceso corrosivo por trabajar en zonas de pasivación. c) Constituir el material de sacrificio como ánodo del circuito. d) La pasivación de las zonas catódicas del material. 4. La protección catódica en la corrosión se fundamenta en: a) La polarización catódica por medio de una fuente que suministra corriente eléctrica. b) La polarización del material que hace de cátodo por eliminación del electrolito. c) La pasivación de las zonas catódicas del material. d) La aplicación de películas orgánicas. 5. La protección catódica en la corrosión se fundamenta en: a) La anulación del proceso corrosivo por aportación de fuente eléctrica. b) Limitación del proceso corrosivo por trabajar en zonas de pasivación. c) Constituir el material de sacrificio como ánodo del circuito. d) La pasivación de las zonas catódicas del material. 6. La protección con películas metálicas está fundamentado en: a) Efecto barrera por metales más nobles. b) Efecto anódico por metales más nobles. c) Efecto catódico por los metales menos nobles. d) Efecto barrera por metales menos nobles. 1
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales 7. Un acero se alea para: a) Mejorar su templabilidad. b) Mejorar su resistencia a la corrosión. c) Endurecer el acero por aleación. d) Todas son correctas. 8. Los metales con un E 0 mayor que el del H se denominan: a) Anódicos. b) Activos. c) Catódicos. d) Ninguna es correcta. 9. En el cátodo se pueden generar: a) Deposiciones metálicas. b) Generación de H. c) Reacción de reducción. d) Todas son correctas. 10. Los ánodos de sacrificio se utilizan para: a) Protección anódica. b) Protección catódica. c) Protección mediante pinturas. d) Protección por corriente impresa. 11. El efecto de área es típico de la : a) Corrosión por desgaste. b) Corrosión por picadura. c) Corrosión galvánica. d) Corrosión bajo tensión. 1. En el ánodo se puede generar: a) Reacción de oxidación. b) Electrones libres. c) Iones metálicos. d) Todas son correctas. 1. En el cátodo se pueden generar: a) Electrones libres. b) Deposiciones metálicas. c) La corrosión. d) Iones metálicos. 14. En el ánodo se puede generar: a) Reacción de oxidación. b) Reacción de reducción. c) Generación de H. d) Deposiciones metálicas. 15. En el cátodo se pueden generar: a) Electrones libres. b) Iones metálicos. c) Reacción de reducción. d) Reacción de oxidación. 14
16. En el ánodo se puede generar: a) Generación de H. b) Electrones libres. c) Reacción de reducción. d) Deposiciones metálicas. 17. El recubrimiento de zinc se fundamenta en: a) La protección por efecto barrera. b) La protección por ánodos de sacrificio. c) La transpasivación d) La protección por inhibidores. 18. El recubrimiento con estaño se fundamenta en: a) La protección por efecto barrera. b) La protección por ánodos de sacrificio. c) La transpasivación d) La protección por inhibidores. Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección 19. Cuando la velocidad de ataque corrosivo al metal es debida al movimiento relativo de un fluido corrosivo, se denomina: a) Corrosión erosiva. b) Corrosión galvánica. c) Corrosión intergranular. d) Corrosión por cavitación. 0. Cuando la corrosión es causada por la formación e impulsión de burbujas de aire o vapor cerca de la superficie metálica, se denomina: a) Corrosión erosiva. b) Corrosión galvánica. c) Corrosión intergranular. d) Corrosión por cavitación. 1. El deterioro por corrosión localizada y/o adyacente a los límites de grano de una aleación se denomina: a) Corrosión erosiva. b) Corrosión galvánica. c) Corrosión intergranular. d) Corrosión por cavitación.. La corrosión caracterizada por una reacción química o electroquímica que actúa uniformemente sobre toda la superficie del metal expuesto se denomina: a) Corrosión intergranular. b) Corrosión por picaduras. c) Corrosión generalizada. d) Corrosión galvánica.. El ataque corrosivo localizado que produce pequeños hoyos en el metal se denomina: a) Corrosión intergranular. b) Corrosión por picaduras. c) Corrosión generalizada. d) Corrosión galvánica. 15
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales 4. La descincificación de los latones se caracteriza como: a) Corrosión por hendiduras b) Corrosión intergranular. c) Corrosión por picaduras. d) Corrosión selectiva. 1. CUESTIONES DE HETEROEVALUACIÓN 1. Diferencia entre la serie electroquímica y la galvánica.. En muchos metales y aleaciones las fronteras intergranulares son anódicas respecto a la matriz granular. Cuál es la razón y sus consecuencias?.. Pasivación de un metal. Qué es y porqué se produce?. 4. Tipos de recubrimientos para prevenir o reducir la corrosión metálica. 5. Qué es la protección catódica?. Indicar los métodos más extendidos. 6. Dibuja la morfología de una corrosión: a) generalizada. b) Por picaduras. c) Intergranular. 7. Razonar, basándose en la microestructura observada, cual es el mecanismo de corrosión selectiva del zinc en los latones, conocido como descincificado. 8. Justifica por qué en la corrosión por picaduras el avance del deterioro es siempre hacia abajo y en las partes inferiores de las piezas (depósitos). 9. En una corrosión uniforme: Se puede expresar la velocidad de corrosión en térmicos de una densidad de corriente?. En caso afirmativo cuál sería la relación entre ambos valores?. 10. Cuales son los mecanismos de protección frente a la corrosión en el acero galvanizado?. 11. Justifica la menor importancia del indicador de corrosión peso pérdido / superficie y año para determinar la función de daño sobre la pieza en corrosión. 1. Determina la influencia que la humedad ambiente puede tener en las pérdidas y deterioro por corrosión. 1. Clasifique los diferentes tipos de atmósferas y los medios agresivos característicos de cada una de ellas. 14. Que ventaja fundamental presentan los recubrimientos de cinc para la protección de aceros, frente a otros recubrimientos: pinturas, niquelado, cromado, etc. 15. Señale distintos procedimientos para conseguir recubrimientos protectores de sacrificio con cinc. 16. Señala diferentes causas, propias del material o del entorno, por las que pueden aparecer zonas anódicas y catódicas. 17. Defina los constituyentes básicos de una pila de corrosión electroquímica. 18. Establezca las reacciones básicas en los electrodos de una pila de corrosión en medio acuoso y neutro. 16
Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección 19. Señale técnicas que permitan reducir o eliminar la corrosión mediante modificaciones en el medio. 0. Clasifique por su mecanismo de actuación: barrera, sacrificio, mixto, los diferentes sistemas de protección por recubrimiento, como pinturas acrílicas, pinturas ricas en cinc, recubrimientos de Ni y Cr, pinturas d epoliuretano, recubrimeintos de cinc, recubrimeintos de estaño y recubrimeintos de aleación Zn-Ni.. 1. Establezca sobre un diagrama potencial-log i las condiciones de pasivación de un metal.. Diseñe un esquema de protección catódica de una tubería enterrada a) mediante corriente impresa b) mediante ánodos de sacrificio. Analiza las condiciones básicas para que se produzca corrosión bajo tensiones 4. Diferencia entre corrosión seca y corrosión electroquímica. 5. Criterios básicos del comportamiento frente a corrosión seca: carácterísticas de los óxidos. 1. PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS PROPUESTOS Problema 1.1 Una pila galvánica consta de un electrodo de cinc en una disolución 1 M de ZnS0 4 y otro electrodo de níquel en una disolución 1 M de NiSO 4. Ambas disoluciones están 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 qué electrodo se produce la oxidación? b) Qué electrodo es el ánodo de la pila? c) Qué electrodo se corroe? d) Cuál es la fem de la pila en el momento de la conexión? Problema 1. Un proceso de electrodeposición de cobre utiliza 15 A de corriente para disolver químicamente (corroer) un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Si se supone que no hay reacciones secundarias, cuanto tiempo tardarán en corroerse 8,50 g de cobre del ánodo? Problema 1. Un tanque cilíndrico de acero suave (bajo en carbono) de 1 m de altura y 50 cm de diámetro, contiene agua aireada hasta un nivel de 60 cm y muestra una pérdida de peso debido a la corrosión de 04 g al cabo de 6 semanas. Calcular: a) la corriente de corrosión; b) la densidad de corriente implicada en la corrosión del tanque. Supóngase que la corrosión es uniforme sobre la superficie interior del tanque y que el acero se corroe en la misma forma que el hierro puro. Problema 1.4 La pared de un tanque de acero conteniendo agua aireada se está corroyendo a una velocidad de 54,7 mdd. Cuánto tardará en disminuir el espesor de la pared en 0,50 mm? Problema 1.5 Una muestra de cinc se corroe uniformemente con una densidad de corriente de 4,7 10-7 A/cm en una solución acuosa. Cuál es la velocidad de corrosión del cinc en mg por dm por día (mdd)? La reacción para la oxidación del cinc es: Zn Zn + + e - 17
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales Problema 1.6 Se desea diseñar un tanque para contener ácido clorhídrico diluido, y el material seleccionado para ello es un acero al carbono (F 110), con una densidad de 7.81 g/cm, que tiene una velocidad de corrosión en ese medio de 45 mdd (mg por dm por día). Estimar el sobrespesor con que debería diseñarse el depósito para asegurar al menos 10 años de vida. Problema 1.7 Un depósito de acero de construcción, con 0.1%C, de 10 cm de altura y 60 cm de diámetro, contiene SO 4 H al % hasta un nivel de 75 cm. El depósito muestra una pérdida de peso por corrosión según la tabla siguiente, Pérdida de peso (g) tiempo (dias) 56 7 60 45 784 98 suponiendo una corrosión generalizada y uniforme. Calcular: a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, sabiendo que se cumple la expresión: I t M W n F siendo W la pérdida de peso, M para el Fe de 55.85 g/mol, y, F la constante de Faraday, 96500 A s/mol. b) La densidad de corriente implicada en la corrosión del tanque. c) Velocidad de corrosión del tanque expresada en mdd (miligramos por decímetro cuadrado y por día). d) Tomando la densidad del hierro de 7.87 g/cm, calcular la profundidad de corrosión, o disminución del espesor del depósito a las 8 semanas. Problema 1.8 Una lámina de 800 cm de una aleación metálica, de densidad 4.5 g/cm, se encuentra sumergida en agua de mar. Debido a la corrosión, ha experimentado una pérdida de masa de 760 g. Suponiendo una velocidad de corrosión generalizada de 0.4 mm/año, calcular el tiempo de servicio en años de la lámina. Problema 1.9 Una superficie de cobre se corroe por agua de mar, con una densidad de corriente de,45 x 10 6 A/cm. Determinar: a) Cual es la velocidad de corrosión en mdd? b) Qué espesor de metal se corroe en seis meses? Considerar: El peso de un mol de cobre es de 6.4 g. La densidad del cobre es de 8.0 g/cm. La constante de Faraday es 96500 A s/mol. Problema 1.10 Una pieza de aleación de níquel experimenta una oxidación a elevada temperatura que responde a una ley parabólica del tipo: W at + b 18
con un incremento de masa por la oxidación expresada en la tabla. W (mg/cm ) 0.57 0.857 1.56 Determinar la oxidación después de transcurridas diez horas. Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección Tiempo, t (minutos) Problema 1.11 Un redondo de bronce al aluminio, de 65 MPa de resistencia a la rotura, de 1 cm de diámetro, soporta una carga a tracción de 118000 kg, estando todo sumergido en las aguas de un embalse, en cuyo medio la aleación presenta, para una superficie de 1 m, una velocidad de corrosión de 0,5 mm/año. Estimar el tiempo mínimo de servicio de este material. A efectos de cálculo, despreciar la variación de la superficie de corrosión durante el proceso Problema 1.1 Una estructura metálica de acero, de 460 MPa de resistencia a la rotura, de sección cuadrada de 15 cm de lado y 4 mm de espesor soporta una carga a tracción de 50 toneladas y está sumergida en agua de mar. Calcular la velocidad de corrosión máxima, en mm/año, para que el tiempo de servicio mínimo sea de 60 meses? Problema 1.1 Una chapa de acero de 100 mm x 00 mm x mm presenta en un ensayo de corrosión por inmersión durante meses en agua de mar una pérdida de peso -una vez decapada- de 6,45g. La corrosión es generalizada y tiene lugar por ambas caras. Determine su resistencia a la corrosión, expresada en mm penetración/año.considerar la densidad del acero 7,81 g/cm. Problema 1.14 Un alambre de 5 mm de diámetro, de monel 400 (aleación de níquel), recubierto de una pequeña capa de óxido de 100 nm, sostiene un peso de 4000 N, en el interior de un horno a 600 C, donde sufre una corrosión cuya velocidad cumple la ley parabólica y c 1 t+c 0,sabiendo que con una hora de exposición su capa de óxido aumenta a 00 nm, calcular: a) El tiempo en el cual iniciaría la deformación plástica. b) El tiempo en el cual se produce la rotura. Las propiedades mecánicas del monel 400 son: Módulo de elasticidad, E 179 GPa. Límite elástico, Le 8 MPa. Carga de rotura, R 579 MPa. Alargamiento hasta rotura 9.5 %. Problema 1.15 Una estructura de 560 Tm de peso, considerando las hipótesis de carga y sobrecargas de cálculo, está soportada por cuatro pilares de acero, de 80 MPa de límite elástico y 50 MPa de carga de rotura, de forma tubular de 5 cm de diámetro exterior y 5 mm de espesor, en los que se reparte de manera uniforme el peso total de la estructura. Estos pilares se encuentran sumergidos en parte en agua de mar, soportando la mencionada estructura fuera 10 0 100 19
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales de ella, en la que el acero se corroe a una velocidad de 1,80 mdd. Determinar el tiempo a partir del cual pueden encontrarse deformaciones en la estructura. Considerar la densidad del acero de 7,81 g/cm. Problema 1.16 La estructura de la bóveda de un horno que pesa 1000 kg, es soportada por cuatro redondos de una superaleación de cobalto de 15 cm de longitud y con un diámetro inicial de 1 mm. La velocidad de corrosión de esta aleación, en las condiciones internas del horno, de atmósfera y temperatura, viene expresado por la ecuación de pérdida de peso: donde:w se expresa en mg/cm y t en segundos. W 8 t Calcular el tiempo en el que fallará la estructura. Nota: La densidad de la aleación es 7,90 g/cm y la carga de rotura de la misma es 895 MPa. Considerar la superficie de exposición la intermedia entre la inicial y la final. Problema 1.17 Se diseña una balsa para almacenar el agua de riego de una explotación agrícola, en chapa ondulada de acero con un 0,08% de carbono (AP0), con una densidad de 7,81 g/cm, que presenta una velocidad de corrosión, para el agua con la concentración de nitratos y cloruros analizada, de mg/dm dia. Estimar el sobrespesor con que debería diseñarse el material para asegurar al menos 1 años de servicio. Problema 1.18 La pared de un tanque de acero, conteniendo agua desmineralizada, se corroe a una velocidad de 0 mg/dm -dia. Cuánto tiempo tardará en disminuir el espesor de la pared 0,8 mm? Estimar la densidad del acero 7,81 g/cm SOLUCION A LAS CUESTIONES DE AUTOEVALUACION: 1 - a, - c, - b, 4 - a, 5 c, 6 - a, 7 - d, 8 - c, 9 - d, 10 - b, 11 - c, 1 d, 1 b, 14 a, 15 c, 16 b, 17 b, 18 a, 19 a, 0 d, 1 c, c, b, 4 d. 0
1.4 PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS RESUELTOS Solución al problema 1.1 Las semirreacciones de la pila son: Zn Zn + + e - E 0-0,76 V Ni + Ni + e - E 0 +0.50 V Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección a) La oxidación tiene lugar en el electrodo de cinc ya que la semirreacción del cinc tiene un potencial (E 0-0,76 V) más negativo comparado con el potencial de la semirreacción del níquel (E 0-0,50 V). b) El electrodo de cinc es el ánodo ya que la oxidación ocurre en el ánodo. c) El electrodo de cinc es el que oxida puesto que es en el ánodo donde tiene lugar este fenómeno. d) La f.e.m. se obtiene sumando las dos reacciones: Reacción anódica: Zn Zn + + e - E 0-0,76 V Reacción catódica: Ni + + e - Ni E 0 +0.50 V Reacción total: Zn + Ni + Zn + + Ni E 0 pila -0,51 V Solución al problema 1. El tiempo que tarda el cobre del ánodo en corroerse puede ser determinado por la ecuación: w I t M n F o t w n F I M En este caso, w 8,5 g n (Cu Cu + + e - ) F 96500 A s/mol M 6,5 g/mol (Cu) I 15 A t? s t (8,5 g) () (96500 A_ s/ mol) (15 A) (6,5 g/ mol) 17 s o 8,7 min Solución al problema 1. a) Usaremos la ecuación siguiente para conocer la corriente de corrosión: I w n F t M w 04 g n (Fe Fe + + e - ) F 96500 A s/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 ecuación anterior: 1
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales t I 7 dias horas s sem sem 4 dia 600 6., 6 10 6. h ( 04 g) ( ) ( 96500 A s / mol) 6 (, 6 10 s) ( 55, 85 g / mol) 0, 89 A s b) La densidad de corriente es i (A/ cm ) area I (A) (cm ) Area de la superficie corroída del tanque área lateral + área de fondo Dh + r (50 cm) (60 cm) + (5 cm) 940 cm + 196 cm 1180 cm i 0,89 A 1180 cm,5x10 A/ cm -5 Solución al problema 1.4 La velocidad de corrosión es 54,7 mdd, o 54,7 mg de metal se corroe en cada dm de superficie por día. velocidad de corrosión en g/ (cm dia) - 54,7 x10 g 100(cm dia) -4 5,47 x10 g/ (cm dia) La densidad del hierro es 7,87 g/cm. Dividiendo la velocidad de corrosión en g/(cm día) por la densidad de la profundidad de corrosión por día como -4 5,47 x10 g/ (cm dia) 7,87 g/ cm -4 0,695 x10 cm/ dia El número de días necesitados para una disminución de 0,50 mm se puede obtener por la relación x dias 1 dia 0, 50 mm 0, 695 10 mm Solución al problema 1.5 X 719 días Para efectuar la conversión de densidad de corriente a mdd, usaremos la ecuación de Faraday para calcular los mg de Zn corroídos en un área de 1 dm /día (mdd).
Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección ( ) w mg w i A t M n F 7 ( 4, 7 10 A / cm ) ( 100 cm ) ( 4 h 600 s / h) ( 65, 8 g / mol) ( ) ( 96500 A s / mol) w 1,5 mg de Zn corroído en un área de 1 dm en un día, o lo que es lo mismo, la velocidad de corrosión es 1,5 mdd. Solución al problema 1.6 1000 mg g Considerando la velocidad de corrosión de 45 mg/dm día, y ya que deseamos asegurar al menos 10 años, es decir alrededor de 650 días, la cantidad de material a corroer en ese tiempo será: 650 días x 45 mg/dm día 16450 mg/dm 164.5 g/dm Si consideramos la densidad del acero del 7.81 10 g/dm y teniendo en cuenta la corrosión por unidad de superficie, el sobrespesor lo obtendremos por el cociente entre la velocidad de corrosión superficial y la densidad del material, es decir: Solución al problema 1.7 164. 5 164. 5 e 0. 01dm 1. mm ρ 781. 10 a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, 56 días 488400 vendrá de la expresión: I W n F t M 448 g 96500 488400 55. 85 0. A donde W se obtiene por la interpolación en los datos suministrados a los 56 días, que nos da una pérdida de peso de 448 g. b) La densidad de corriente implicada vendrá expresada por: J donde S r h + r 0.0 0.75 + (0.) 1.7 m, con lo que la densidad de corriente será: I S J 0. / 1.7 0.19 A/m c) Considerando una pérdida de peso de 448 g en 56 días, la pérdida diaria será de 8 g., por otra parte y del apartado anterior sabemos que la superficie expuesta a corrosión es de 1.7 m, por lo que la velocidad de corrosión será: V c 8 10 17. 10 mg / dia dm 47 mdd d) Tomando la densidad del hierro de 7.87 g/cm, el volumen de corrosión será:
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales m 448 g V ρ 787. g / cm por lo que el espesor que se ha corroído será: V espesor S 56. 9 cm 17. 10 4 cm 569. cm 5. 10 cm 5. µ m Solución al problema 1.8 La lámina experimenta una pérdida de peso uniforme de 760 g, por lo que el espesor corroído vendrá expresado por: e w S ρ 760 800 4, 5 ( ) cm 0. 1 cm 1. mm Si la velocidad de corrosión es de 0,4 mm/año, el tiempo de servicio vendrá expresado como: tiempo de servicio Solución al problema 1.9 e, 1 mm v 0, 4 mm / año 5, 5 años a) La velocidad de corrosión la obtendremos tras evaluar el peso de material corroído en un dm, es decir en 100 cm, y en un dia, es decir 4 x 600 s. w i A t M n F 6 (, 45 10 A / cm ) ( 100 cm ) ( 4 h 600 s / h) ( 6, 54 g / mol) 96500 A s / mol 6,969 mg/dm día 6,969 mdd b) Para calcular el espesor perdido en seis meses, iniciaremos el cálculo de la pérdida de peso en ese tiempo, expresado por: W 6,969 mg/dm día x 6 x 0 días 154,4 mg/dm 154, 4 10 g / dm e 8, 0 10 g / dm 4 1, 56 10 dm 1, 56 10 mm 15, 6 µ m Solución al problema 1.10 Planteando el sistema de ecuaciones, para la función: W at + b tendremos: (0.57) 10 a + b de donde a 0.08 (0.857) 0 a + b y b 0.049 por tanto, la oxidación será: 4
Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección de donde: W 0.08 (600 minutos) + 0,049 1.79 W 1.79.70 mg / cm Solución al problema 1.11 La dimensión mínima que puede tener la barra de bronce, corresponderá a aquella en la que supere la resistencia a tracción del material, por lo que: S F R por lo que el radio será: 118000 kg 65 MPa y con ello el espesor que puede corroerse será: 118000 9.8 N 65 10 1,774 10 6 N / m 1774 r, 76 mm e 60,76 6,4 mm y a la velocidad de 0,5 mm/año, el tiempo mínimo de servicio estimado será: e 6,4 mm t 7, 5 v 0,5 mm / año años m Solución al problema 1.1 entonces, La carga a tracción solicitada será: F 50 10 Kp 50 10 9,8 N 490000 N F 490000N R S 460Mpa S 1065mm de sección mínima con lo que el espesor será: y por tanto, 1065 4 x [150 x e ] e 1,775 mm e 4 e 4 1,775,5 mm de perdida de espesor Considerando el tiempo de servicio mínimo, de 60 meses 60 / 1 5 años, tendremos una velocidad de corrosión de: e t,5mm 5años Solución al problema 1.1 0,445mm / año perdida de espesor máximo La chapa experimenta una pérdida de peso uniforme de 6,45 g en los tres meses, por lo que considerando la superficie total expuesta, despreciando el espesor de la misma, como: 5
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales S t caras x 100 mm x 00 mm 40000 mm 400 cm Y por tanto, el espesor corroído vendrá expresado por: e w S ρ 6,45 400 7,81 ( cm),06 10 cm 0,006 mm durante los tres meses de ensayo, por lo que la velocidad expresada en mm/año será: Solución al problema 1.14 0,006 mm/trimestre x 4 trimestres 0,084 mm/año. Los parámetros de la ley parabólica los calculamos mediante el sistema de ecuaciones: 100 c 1 x 0 + c 0 c 0 10 4 nm 00 c 1 x 1 + c 0 c 1 00 100 10 4 nm /h a) Para calcular el tiempo en el que se iniciará la deformación plástica, deberemos considerar las dimensiones mínimas del alambre para que no se produzca ésta, es decir: con lo que el radio será: r S F / σ 4000 N / 8 MPa 14,1 mm S 14,1 mm,11 mm y la pérdida de espesor posible será de 500 nm 11 nm 79 nm. Con ello, el tiempo será: 4 79 10 4 x t + 10 4 79 10 t 4,4547 h 4 horas y 7 minutos 4 10 a) Para calcular el tiempo en el que se produce la rotura, deberemos considerar las dimensiones mínimas del alambre para que no se produzca ésta, es decir: con lo que el radio será: r S F / σ 4000 N / 579 MPa 6,91 mm S 6,91 mm 1,484 mm y la pérdida de espesor posible será de 500 nm 1484 nm 1016 nm. Con ello, el tiempo será: 4 1016 10 4 x t + 10 4 1016 10 t 4,075 h 4 horas y 5 minutos 4 10 Solución al problema 1.15 Cada uno de los pilares soporta una carga de 560 10 9,8 / 4 17000 N 17 kn. La sección de cada uno de los pilares es: S (R ext R int ) (1,5 1 ) 8,48 cm Considerando el límite elástico del material, la sección mínima del mismo para que no se presenten deformaciones vendrá dada por: 6
F L.E. 17 kn S min 610,5 mm 80 N / mm con lo que el diámetro exterior mínimo será: Unidad 1 - Fundamentos de corrosión y protección 6,105 cm S 6,105 R min + R in + 1 1,4697 cm lo que supone un espesor perdido de 15 14,697 mm 0,0 mm. Si consideramos una longitud de los pilares, expuesta a la corrosión, de 1 metro, podrá corroerse, correspondiente a una superficie de S R e 7854 cm, un volumen de aproximadamente 7,98 cm. Lo que supondrá una pérdida de peso de 1856,4 g. Si la velocidad de corrosión, expresada en mg/dm día es de 1,80, el tiempo estimado antes de presentar deformación será: Pérdida de peso 1856,4 10 t Velocidad de corrosión Superficie 1,8 78,54 110 días 6 años Solución al problema 1.16 El fallo de la estructura se producirá cuando se supere la resistencia a la rotura del material, que se producirá cuando el diámetro de los redondos sea menor que: siendo la superficie: d 4 S 1000 9,8 / 4 N S,85 mm 895 N / mm por lo que el diámetro mínimo será 6,467 mm. Con ello, el volumen corroído será: ( 1 6,467 ) 150 108 mm 1,08 cm V 4 que corresponde a una pérdida de peso de 95,10 g. Considerando que la superficie expuesta para cada uno de los redondos es la intermedia entre la inicial y final, es decir, 1 + 6,467 S 150 451 mm 4,51 cm la pérdida de peso por unidad de superficie será de 95,10 10 / 4,51 186 mg/cm, por lo que considerando la ecuación tendremos un tiempo de exposición: w 186 t 8 8 1575 segundos 4,9 horas 7
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales Solución al problema 1.17 La pérdida de peso por dm del material durante los 1 años será: dias año 10 100.74 1.0074 1 años 65 g dm g cm dm g dia por lo que el sobreespesor necesario será: e 1.0074 g / cm 7.81 g / cm 0.19 cm 1. 9 mm Solución al problema 1.18 La velocidad de corrosión expresada como disminución del espesor en función del tiempo será: v 0 10 10 g /( cm dia) 5.84 10 cm / dia 7.81 g / cm por lo que para disminuir 0,8 mm necesitará: 0.8 mm 4.84 10 mm / dia 08 dias 5.7 años / / 8