I. TITULO

Proteccin Catdica por nodo de Sacrificio

II. OBJETIVOS

1. Medir el potencial de proteccin del sistema Fe-Zn.2. Determinar la velocidad de corrosin del (Fe) acero de bajo carbono protegido por nodo de sacrificio. 3. Determinar la velocidad de corrosin del (Zn) usado como nodo sacrificial.4. Determinar el Tiempo de vida til para el Zn como nodo de sacrificio. 5. Explicar cinticamente y termodinmicamente la proteccin catdica por nodo de sacrificio para el sistema Fe-Zn.

III. FUNDAMENTO TEORICO

SISTEMAS DE PROTECCIN ANTICORROSIN Los sistemas ms comunes de proteccin contra la corrosin son:

a) Pintura b) Sistema de proteccin catdica c) Pinturas y Sistemas de proteccin catdica combinados.

Todo el que tenga experiencia en mantenimiento de buques o estructuras, est convencido de que hay una accin corrosiva a travs del tiempo a menudo en condiciones meteorolgicas muy severas, especialmente en las partes sumergidas de los buques y estructuras, debido a la cantidad de pintura que por cualquier causa puede desprenderse y que se supone una degradacin de la proteccin.

La mejor proteccin a la corrosin es una combinacin de una buena pintura y una buena proteccin catdica, ya que un buen pintado es una barrera de ayuda que reduce la corriente requerida a suministrar por la proteccin catdica

PROTECCIN CATDICA MEDIANTE NODOS DE SACRIFICIOCuando se ponen dos metales diferentes en contacto por medio del agua, se crea una corriente elctrica entre ellos denominada corriente galvnica. La consecuencia directa de este intercambio es que el metal ms sensible va a oxidarse, esa es la finalidad de los nodos en las embarcaciones, destruirse en favor del metal menos sensible

Si se compara el Zinc (el nodo) y el bronce (la hlice), el cinc posee un fuerte potencial elctrico, mientras que el bronce mucho menos. Cuando el agua los pone en contacto, la corriente elctrica as iniciada va a activar el nodo que, al sulfatarse, proteger la hlice.

Ejemplo:El sistema de propulsin de un barco inevitablemente est formado por varios metales, que van del inoxidable del eje de la hlice, al bronce de la hlice, pasando por la fundicin o el aluminio del motor y el cobre de las partes elctricas. En el ro la corrosin es aumentada por la contaminacin con metales o sulfatos en el agua. Puede ser una fuga elctrica que viene del barco o el puerto de amarre, o incluso de una vieja batera lanzada sobre borde por un navegante desconsiderado genere una corrosin electrolticaExplicacin detallada.La corriente polarizante, la suministran los nodos que se desgastan en beneficio de la estructura (Ctodo) que permanece inalterable. Son diversos los materiales utilizados, sin embargo, las aleaciones de Magnesio, Zinc y Aluminio son las ms corrientes. El Magnesio sin alear no puede utilizarse en sistemas de proteccin catdica en agua de mar, debido a su rpido deterioro, aunque s se emplean algunas de sus aleaciones. Tambin se usan ciertas aleaciones de Aluminio, pero los nodos de Sacrificio ms utilizados son los de Zinc, que no es necesario controlar y que, adems, suministran una corriente continua y eficiente. Un imperante de este tipo de nodos es la pureza del metal base; la composicin debe de estar acorde con las especificaciones que actualmente hay al respecto. El hierro es una de las impurezas ms perjudiciales para la actividad andica del Zinc; se tolera un mximo de 50 ppm de Fe si al mismo tiempo.Mecanismo de proteccin catdica con nodo de sacrificio

TIPOS DE ANODOS DE SACRIFICIO.

Caractersticas de los materiales andicos nodos de Zinc.proteccin catdica de estructuras desnudas o recubiertas en agua de mar o agua dulce, por lo que son muy indicados en la proteccin de los cascos de los barcos pesqueros, en pontones y en boyas tanto en el mar como en los lagos y los ros

Los nodos de zinc nunca producen sobreproteccin, evitando dao a la pintura debido a su moderado potencial respecto al acero protegido (0,20 volt).

nodos de Aluminio.El Aluminio, muestra un relativo pequeo potencial, ya que el voltaje de condicin sobre el acero polarizado viene a ser del orden de 230 a 300 mW; sin embargo, tiene una eficiencia del 80%. La experiencia nos indica con respecto al nodo de Zinc que la importancia de contaminacin del acero es muy pequea. El resultado del nodo de Aluminio, depende en gran parte de los aditivos (Indio y Zinc), los cuales inmunizan la tendencia del metal a formar una pelcula de xido pasivizadora. Una de las ventajas del Aluminio, es que en su instalacin se usa slo un tercio del peso comparado con una instalacin de Zinc, lo que puede ser importante con respecto al peso muerto de un buque, y ms todava teniendo en cuenta el costo de instalacin de los mismos.

nodos de MagnesioPosee una gran fuerza electronegativa 700 mV sobre el Acero Polarizado. La mayor ventaja era su rpido poder de polarizacin. Su inconveniente era una sobreproduccin causada por la emisin de Hidrgeno y su poder electroqumico, aproximadamente 55%. Hoy en da este metal se usa raramente debido a las restricciones impuestas por las sociedades de clasificacin. En la actualidad an se aplica en tanques de plataformas.

nodo de magnesio usado para proteccin de un calentador de agua hecho de acero.VIDA UTIL DE LOS NODOSUn factor importante que se debe tener en cuenta es la duracin o vida" de los nodos. La vida para cada valor de intensidad de corriente ser una funcin del peso del nodo (ley de Faraday) y no del nmero de nodos que se coloquen. Si se conoce la intensidad que es capaz de suministrar un nodo (1) y su peso (kg), teniendo en cuenta su capacidad de corriente calculada tericamente as como su rendimiento y su factor de utilizacin, se puede calcular fcilmente su duracin. El factor de utilizacin puede ser de 85%, ya que, cuando un nodo se ha consumido, este porcentaje debe sustituirse, pues el material que queda es insuficiente para mantener un porcentaje adecuado de la intensidad de corriente que inicialmente era capaz de suministrar.

Valores electroqumicos para el clculo de la vida de los nodos.La vida del nodo puede calcularse de la siguiente manera: FUERZA ELECTROMOTRIZ UTIL.Los tres tipos de nodos, magnesio, zinc y aluminio no presentan la misma actividad y sus potenciales respecto al electrodo cobre / sulfato de cobre son diferentes. Consecuentemente elos producen diferentes potenciales de celda respecto ala estructura de acero a proteger.El potencial de celda puede ser calculado mediante:E celda = E ac. Cat E mag ano.

Izquierda: calculo esquemtico de la FEM disponible para proteger al hierro. Derecha: comparacin de las FEM de nodos de sacrificio.

Anodo de sacrificio de zinc en un diagrama E log (i)

Diagrama E log (i) de un acoplamiento de un nodo de sacrificio con una estructura de hierro.

CONTENIDO DE ENERGIA Y EFICIENCIA DE UN ANODO.Es la cantidad de electricidad que puede ser suministrado para proteger una estructura por un kilogramo de anodo de sacrificio.

IV. MATERIALES EQUIPOS E INSTRUMENTOSMateriales 1 Litro de Agua Destilada. 500gr NaCl Solido. Alambre de Cobre N12. 01 Moldimix x 24h 03 Placas acero bajo carbono 15cmx10cmx1/20pulg Electrodo de Referencia Cu/CuSO4 Lijas al agua 80, 150, 220 y 320 Franelas 03 Cepillos de Plstico 500 ml de Tinner Alambre Cu N14 01 maderita para usar como soporte. 02 Cajas de vidrio 01 Alicate Solucin para limpiar el oxido de zincEquipos 1 Multitester Palm Size Digital Multitesters PR-301 Series. 1 Balanza digital 500g/0.10g Henkel. 1 Vernier Digital inh/mm 0.01mm 1 Balanza Analtica H.W.Kessel S.A. HR 200 mx. 210g/ d=0.1mg

Instrumentos 01 Vernier Digital inh/mm 0.01mm 01 Vaso de precipitacin 1000 ml

V. PROCEDIMINETO EXPERIMENTAL5.1. Primero se cortaron tres placas de zinc con las medidas segn norma y dos placas de acero de bajo carbono. Posteriormente se hizo hueco con un taladro a dos placas de zinc en el centro y la otra en el extremo, para poder acoplarla con las placas de acero de bajo carbono.

Fig. 1. Acondicionamiento y cortado de las placas 5.2. Luego las placas de zinc y de acero de bajo carbono fueron lijadas y lavadas con ace para quitarle la grasa, secndolas rpidamente para evitar que se oxiden.

Fig. 2. Lijado de la placa de zinc y acero de bajo carbono

Fig. 3. Lavado de las placas y enjuagados con tiner y agua destialda5.3. Luego de lavar las placas, pasamos a pesarlas en la balanza digital. Pesando tres veces como mnimo para obtener unos buenos datos del peso. Luego de pesar se paso al calcular las reas de las placas de zinc y las placas de acero. Previo a esto se peso una muestra testigo de latn para comprobar a la semana siguiente que la balanza este calibrada, obteniendo el mismo peso del laton en 1 semana.

Fig. 4. Pesado de las placas en la balanza digital5.4. Luego acoplamos las placas de zinc con las placas de acero de bajo carbono.

Fig. 5. Juntando una placa de zinc con la placa de acero de bajo carbono.5.5. Preparamos la solucin de agua con sal al 3.5% en el recipiente de vidrio para sumergir las placas dentro de ella tratando que no quede ni una parte de la placa fuera de la solucin.

Fig. 6. Preparacin de la solucin agua con sal al 3%.5.6. Colocamos las dos placas de acero de bajo carbono pegada a la placa de zinc dentro del recipiente grande para medir los potenciales de corrosin todos los das.La placa de zinc sobrante la colocamos dentro de agua con sal al mismo porcentaje en un recipiente aparte, midiendo los potenciales de corrosin cada da.

Fig. 7. Colocando las placas dentro de la solucin de agua con sal5.7. Despus de 7 das retiramos las placas del medio corrosivo para su limpieza. Separamos las placas de zinc de las placas de acero de bajo para limpiarlo, teniendo en cuenta que la limpieza de corrosin de las dos placas es diferente.

Fig. 8. Placa retirada de la solucin corrosiva5.8. Las dos placas de acero de bajo carbono se limpiaron con ace y un cepillo, luego lo pasamos por una solucin de Acido muritico al 50% con H2O2 (solucin preparada de la practica anterior) luego fue enjuagado con tiner y al final con agua destilada, secndolo rpidamente para evitar que se oxide.

Fig. 9. Solucin limpiadora para Fe y posterior limpieza con Tiner y H2O2.5.9. Las placas de zinc, fueron lavada en una Solucin limpiadora de Zn (CrO3) Trixido de Cromo, la cual fue calentada a 60C y posteriormente sumergimos las placas de zinc en la liquido, dejndolo por un periodo de 2-2.5 minutos, sacamos las placas y las enjuagamos con agua destilada. Fig. 10. Calentando la Solucin de CrO3 a 60 C y posterior limpiado de las placitas de Zn.5.10. Pesamos las placas de zinc y las de acero de bajo carbono para ver la perdida de masa que tuvieron y definir si hubo corrosin o no. Previamente se peso la muestra testigo de latn para comprobar que la balanza estuviera calibrada. ego fue enjuagado con las placas de aceo.o se limpiaron con ace y un cepillo, luego lo pasamos por una solucion r los potencia

Fig.12. Apariencia del medio acuoso despus de 7 das

VI. RESULTADOS

Tabla N1: Datos de los potenciales de electrodos del Zinc respecto a electrodo de referencia Cu/ CuSO4 saturadoFechaTiempo(minutos)Potencial de celda con electrodo de referencia Cu/ CuSO4 saturado (V)Potencial de celda estndar ESHE (V)

Jueves0-1.10-0.784

Viernes2820-1.13-0.814

Sabado4440-1.14-0.824

Domingo7500-1.14-0.824

Lunes8520-1.14-0.824

Martes9960-1.14-0.824

Grafica 1. Potencial versus tiempo de exposicin en un medio corrosivo de NaCl al 3.5% del Zinc

Tabla N2: Datos para el clculo de la velocidad de corrosin gravimtrica del zincArea Total (cm2)Masa Inicial (gr)Masa Final (gr)Perdida de Masa (gr)

Zn(0)23.04610.03909.87560.1634

Tabla N3: Velocidad de corrosin gravimtrica del Zn en solucin NaCl al 3.5%.ProbetaV. corr.(m/ao)V corr.(g/m2. ao)V corr.(mdd)

Zn(0)604.934313.18118.16

Tabla N4: Datos de los potenciales de electrodos del par galvnico (Fe-Zn) respecto a electrodo de referencia Cu/ CuSO4 saturadoFechaPotencial de celda con electrodo de referencia Cu/ CuSO4 saturado (V)Potencial de celda estndar (V)

P (1)P (2)Pprom

Jueves-1.06-1.05-1.055-0.739

Lunes-1.09-1.09-1.09-0.774

Martes-1.11-1.10-1.105-0.789

Miercoles-1.11-1.11-1.11-0.794

Grafica 2. Potencial versus tiempo de exposicin en un medio corrosivo de NaCl al 3.5% del Par galvnico

Tabla N5: Datos para el clculo de la velocidad de corrosin gravimtrica para las probetas protegidasProbetaMasa Inicial (gr)Masa Final(gr)Perdida de Masa (gr)rea(cm2)Tiempo(dias)Ph incialPh final

Zinc (1 y 2)10.32969.97680.352822.63677.5

10.589210.19520.394023.04677.5

Acero de bajo carbono (1 y 2)136.5481136.53360.0145315.6677.5

133.5079133.49520.0127312.75677.5

Tabla N 5: Velocidad de corrosin del Fe protegido por nodo sacrificial de Zn en medio bsico 3.5% NaClPar galvnico

V corr.(g/m2. ao)V corr.(m/ ao)V corr.(mdd)PROMEDIOV corr.(m/ ao)

Fe (1) Zn (1)

Fe (1)27.943.550.76Del Fe: 3.34

Zn (1)9483.871330.13259.83

Fe (2) Zn (2)Fe (2)24.703.130.67Del Zn:1394.58

Zn (2)10402.91459.03285.01

Tabla N 6: Datos comparativos de las velocidades de corrosin y potencial de celda del Zn y el FeProbeta

V corr.(m/ ao)Potencial ESHE (V))

Zn(0) (solo)604.93-0.824

Zn (acoplado con Fe)1394.58-0.794

Fe (solo)Datos de las prcticas anteriores59.24-0.444

Fe (acoplado con Zn)3.34-0.794

Fig. N1.- Comparacin de la velocidad de Corrosin para el Zn solo y como nodo sacrificial (Zn-Fe)

Fig. N2.- Comparacin de la velocidad de Corrosin para el Fe solo y protegido por el Zn

Tabla N 7: Datos y Calculo de Vida til para el Zn como nodo Sacrificial Peso Zn (kg)Corriente suministrada (mA)Vida til

Zn(1)0.01032961.50.43 aos

Zn(2)0.01058921.50.44 aos

VII. DISCUSION DE RESULTADOS

1. Luego de realizar todos los clculos de velocidad de corrosin para el Zn solo y para el Zn como nodo sacrificial observamos en la Figura 1 como el Zn se corroe muy rpidamente cuando se comporta como nodo sacrificial, protegiendo as al Fe.2. El Fe disminuye su velocidad de corrosin marcadamente cuando se acopla al Zn como nodo sacrificial. 3. El tiempo de vida til depende de la masa del Zn y de la corriente suministrada por el Zn, como la Masa de Zn es invariable podramos observar que pasara si el pH influye en la corriente suministrada y as el tiempo de vida til tal vez variara.

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

1. Se midi el potencial del sistema (Fe-Zn) siendo -0.794 V para un electrodo estndar de Hidrogeno. 2. Se calculo la velocidad de corrosin por el mtodo gravimtrico para el Fe protegido con el Zn como nodo sacrificial siendo 3.34 m/ao. 3. Se calculo la velocidad de corrosin por el mtodo gravimtrico para el Zn usado como nodo sacrificial (Fe-Zn) siendo 1394.58m/ao. 4. Se determino el tiempo de vida til para el Zn usado como nodo sacrificial siendo de 0.43aos. 5. Cinticamente y termodinmicamente el Fe disminuye su velocidad de corrosin tirndose a la zona de inmunidad, en cambio el Zn aumenta marcadamente su velocidad de corrosin comportndose como nodo de sacrificio. (Se explica en Anexos)

IX. RECOMENDACIONES

1. Se recomienda realizar el mismo procedimiento de proteccin catdica por nodo sacrificial para un medio acido y as comparar si el pH influye en la velocidad de corrosin para el sistema Fe-Zn.2. Se recomienda variar el pH y Temperatura de la solucin para comparar si esto influye en la velocidad de corrosin del sistema Fe-Zn y en la vida til del Zn como nodo sacrificial.3. Se recomienda trabajar con distintos nodos de Sacrificio como Magnesio, Aluminio y comparar con el Zn cual protege mas al Fe u otros metales y tambin variar en estos el pH y Temperatura para elegir el mejor sistema de proteccin.

X. BIBLIOGRAFIA

1. Zavaleta, N (2012). CORROSION, Primera Edicion, CONCYTEC (pag. 109,211-216).

2. Proteccion CatodidaDisponible en: http://www.docentes.unal.edu.co/napinzonc/docs/Proteccion%20catodica.pdFecha de Consulta: 8 de Noviembre del 2012.

XI. ANEXOS

Observaciones de las placas despus de retirarlas del medio corrosivo.

Fig. 10. Placas retiradas del medio salino Se puede observar en la fotografa anterior que la placa de zinc efectivamente se ha corrodo en el medio salino, protegiendo a la placa de acero de bajo carbono. Esto se puede observar mejor en las dos fotografas siguientes tomadas por ambos lados de la placa de zinc.

Fig. 10. Fotografa de la placa de zinc tomada por ambas caras En la fotografa izquierda se ve que la placa de zinc se ha corrodo ya que estaba ms expuesta al medio corrosivo, mientras que la otra fotografa muestra el otro lado de la placa la cual no se ha corrodo, debido a que se encontraba pegada a la placa de acero. La placa de zinc dejada sola en el medio salino se ha corrodo por toda su rea. En cuanto a la solucin podemos ve que en el fondo del recipiente, precipito un polvo blanco debido a al corrosin del zinc.

Determinando la Velocidad de Corrosin del Zn en medio bsico 3.5% NaCl

De la siguiente formula:

, Del lado izquierdo sabemos:

Determinando la Velocidad de Corrosin del Zn en medio bsico 3.5% NaCl

Para Fe (1)

Para Zn (1)

Para Fe (2)

Para Zn (2)

Determinando la Vida Util en aos para el Zn como anodo sacrificial

Formula sacada del Libro CORROSION, DR. ING. NILTHON ZAVALETA GUTIERREZ

Donde:W= Peso del Zinc en (Kg)I = Corriente suministrada por el Zn en (mA)

Como medida de seguridad a estos clculos debera considerarse un factor de 0.75.