INTRODUCCIÓNLa Protección Catódica (PC), es una técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica. Es muy utilizada en las actividades navales para proteger estructuras sumergidas y estructuras costeras.Se utiliza también ampliamente para proteger los interiores de los tanques de almacenamiento de agua.El método más sencillo de aplicar la PC es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente corrosible al actuar como ánodo de una celda electroquímica. Que es a grandes rasgos lo que realizamos en la práctica de laboratorio, con tres diferentes sistemas que se armaran, se pesaran inicialmente las laminas, y al final para poder comparar los resultados obtenidos, y poder discutir sobre lo que esos resultados nos dicen.Un ánodo galvánico, también llamado ánodo de sacrificio, si se conecta eléctricamente a una estructura sumergida descargará una corriente que fluirá a través del electrolito hasta la estructura que se pretende proteger. Teniendo en cuenta la Serie Electroquímica de los metales, un metal tendrá carácter anódico con relación a otro, si se encuentra por encima de él en esta serie. Así, por ejemplo, el hierro será anódico respecto al cobre y catódico respecto al zinc. El metal que actúa como ánodo se sacrifica (se disuelve) a favor del que actúa de cátodo, por eso a este sistema se le conoce como protección catódica por ánodo de sacrificio.

OBJETIVOS

•Revisar el concepto de protección contra la corrosión•Establecer las diferencias para los métodos de protecciónelectroquímica•Construir sistemas para observar cómo se imparte la protección catódica por ánodode sacrificio y por corriente impresa.

EQUIPO, MATERIALES Y REACTIVOS:

Material Equipo Reactivos

3 vasos p.p. 10 mL fuente de poder NaCl 25 mL 10%

matraz aforado 25 mL amperímetro K4Fe(CN)6

cinta adhesiva fenolftaleina

caimanes Láminas:

alambre para conexiones 3 hierro

3 puentes salinos 1 acero inoxidable

lija de agua 1 cobre

piseta 1 magnesio

1 alambre de platino

etanol

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

RESULTADOS.

SISTEMA I SISTEMA II SISTEMA III

Se puso alrededor de la placa de magnesio de un color fiusha y hubo desprendimiento de gas, al sacarla de la solución se observa una capa con espacios negros y blancos, la lámina de hierro no presenta cambios aparentes.

La solución cambio a un color rosa-morado alrededor de la lámina de hierro.

No se observan cambios con 1.6 V, pero cuando de aumento a 3V se observa una coloración rosa alrededor de la lámina de hierro.

PESOS DE LAS LÁMINAS DURANTE EL PROCESO DE OXIDACIÓN.

LÁMINA PESO INICIO (g) PESO FINAL (g)

LÁMINA DE Fe 5.364 5.3589

LÁMINA DE Fe 8.133 8.1282

LÁMINA DE Fe 3.362 3.3851

LÁMINA DE Mg 0.056 0.0590

LÁMINA DE Zn 1.070 1.067

LÁMINA DE Pt 0.212 0.2083

Análisis de Resultados En esta práctica se prepararon 3 sistemas diferentes con el fin de analizar de que manera afecta y se presenta a la protección catòdica mediante corriente impresa y ánodos de sacrificio,

En los 3 sistemas se utilizo una solución de NaCl al 10% como medio para la transferencia de las cargas y gotas de Fenolftaleína y K3Fe(CN)6.En los primeros 2 sietmas se llevo a cabo una protección mediante ánodos de sacrificio, ésta portección sucede cuando se ponene en contacto 2 metales, puede ser por medio de una solución, en la que se crea una corriente eléctrica, en la cuál el metal más sencible se oxida, en tanto que el menos sensible queda protegido. En el primer sistema se sumergió una placa de Fe con una de Magnesio, en este caso alrededor de la placa de Magnesiocomenzò a haber desprendimiento de gas y una coloración rosa, en esta caso la oxidación se lleva a cabo en la lámina de Mg, comportándose como el metal de sacrificio protegiendo al Fe, como puede observarse en la tabla 1 del anexo, el potencial de reducción del magnesio es más pequeño que el del hierro, por lo que será más susceptible a la oxidación, y al retirar las placas de la solucion, la placa de Mg presentò puntos de color blanco y negro mientras que la placa de Fe permaneciò intacta.Para el sistema 2, se colocaron 2 laminas diferentes la de Fe y otra de Zn, En este caso, se desprendió un color rosa-morado muy fuerte llegando a homogeneizar toda la solucion del mismo color, lo que nos indica que se llevo a cabo la oxidación de la lámina de Zinc, actuando ésta como ánodo de sacrificio, protegiendo así al Fe, ésto también no lo indica el peso de la placa de zinc ya que al inicio tuvo 1.070g y al final presentó 1.0672 g, de esta manera disminuyo su peso por sufir una ´perdida de electrones.Por último para el sistema 3, se colocaron 2 placas, una de platino y otra de Fe conectadas a una fuente de poder y sumergidas en la misma solucion de NaCl al 10% y los dos indicadores, cuando se pusieron 1.6 V al sistema no se observan cambios aparentes, debido a que ahora se llevo a cabo una protección mediante corriente impresa, en la que al metal suscepticle de una oxidación se le protege aplicandole corriente, en este caso la lámina de Fe, ya que la placa de platino presneta una mayor valor de potencial de reducción y aparte es un metal noble, al aumentar la potencia del voltímetro y suministrando 3V a la solución se observó inmediatamente en la lámina de Fe el cambio de coloración de la solución de este sistema a un color rosa.

ConclusiónEn esta práctica se cumplieron los objetivos ya que se comprendió con una mayor claridad el concepto de protección catódica contra la corrosión, así como también se estudiaron los diferentes métodos en que se puede llevar a cabo una protección catódica Se trabajó en la experimentación, (en nuestros sistemas) con el método de Protección catódica, observando y comprendiendo cómo se imparte la protección catódica con ánodos de sacrificio y por corriente impresa.La protección catódica por ánodos de sacrificio es uno de los métodos más usados para minimizar los efectos de la corrosión.La composición química tiene una gran importancia en el comportamiento general, actuando muy directamente en las propiedades que determinan su utilización como ánodo: potencial de disolución, polarización, y homogeneidad de la corrosión anódica. De igual manera pudimos comprender la importancia que conlleva este fenómeno, en infinidades de sectores tanto a nivel industrial, para los cuales puede causar una mejor

producción, una mayor ganancia o de igual manera una pérdida económica importante, así como también se podría observar en la vida diaria como en el hogar.

ANEXO

POTENCIALES ESTÁNDAR DE REDUCCIÓN.

Zn❑¿¿+ 2e →Zn❑0❑ -0.763

Fe❑¿¿+2e ❑❑→Fe❑0❑ -0.44

❑❑Mg❑¿¿+2e→Mg❑0❑❑ -2.360

Pt❑¿¿+2e→Pt❑0❑ 1.18

1) Explique qué sucede en cada sistema.SISTEMA ISe puso alrededor de la placa de magnesio de un color fiusha y hubo desprendimiento de gas, al sacarla de la solución se observa una capa con espacios negros y blancos, la lámina de hierro no presenta cambios aparentes, por lo que aquí el ánodo de sacrificio resulta ser la lámina de magnesio, produciendo así una oxidación y formando MgO❑ y en solución acuosa OH−¿❑¿que nos detecta la fenolftaleína.

magnesioSISTEMA IILa solución cambio a un color rosa-morado lo que nos indica que ahora se esta oxidando la placa de Zinc, formado ZnO❑ y en solución acuosa se forma OH−¿❑¿lo que nos esta indicando la coloración púrpura de la fenolftaleína, mientras que la placa de hierro queda protegida ante la de cinc.

SISTEMA IIINo se observan cambios con aparentes al aplicar 1.6 V, pero cuando de aumento a 3V se observa una coloración rosa alrededor de la lámina de hierro.Al no observar cambios con 1.6 V se percibe la protección por corriente impresa, pues la lámina de Fe es más susceptible de sufrir una oxidación frente a la lámina de platino, que es un metal noble, pero al aplicar la corriente se consigue proteger a la lámina de Fe, evitando que ocurra así una oxidación.Debido a que hubo solo una pequeña producción de óxidos al subir el voltaje, el hierro es el que se oxidaría ya que el platino es un metal noble:

2) De las reacciones correspondientes en cada electrodo para cada una de las celdas construidas en este experimento.

SISTEMA IÁnodo Mg❑0❑→Mg❑¿¿+2e

Mg❑0❑+O2→MgO❑

Cátodo.

SISTEMA IIÁnodo.Zn❑0❑→Zn❑¿¿+ 2e

Zn❑¿+O2→ZnO❑¿

Cátodo.

SISTEMA III

Fe❑0❑→Fe❑¿¿+2e

Fe❑0❑+O2→FeO❑

3) ¿Qué metales y aleaciones se usan comúnmente para la protección catódica por ánodos de sacrificio?

La realización de la protección catódica con ánodos de sacrificio o galvánicos se lleva a cabo normalmente con tres metales característicos: zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) y sus aleaciones.El zinc ha sido siempre el material anódico clásico, y es el pionero en el desarrollo de la protección catódica. Los ánodos de aleaciones de magnesio han sido también utilizados con éxito; principalmente se emplean para la protección de estructuras que requieren de una polarización rápida, o en medios agresivos de resistividad elevada, como los suelos. El aluminio es un material anódico de gran interés por sus características electroquímicas. Sin embargo, la obtención de aleaciones de aluminio adecuadas para ánodos de sacrificio ha sido

más lenta que las de los dos otros metales, que en los últimos años han tenido un gran desarrollo.Las propiedades que deben reunir los materiales anódicos para que puedan ser utilizados como tales en la práctica, remiten, pues, al Zn, Al y al Mg como metales seleccionados. Otros posibles candidatos, como los metales alcalinos (Li, Na, K) y los alcalino-térreos (Be, Ca, Sr), quedan descartados porque son demasiado activos (tienen un sobrepotencial de hidrógeno pequeño y un potencial de disolución muy elevado) y otros, como el cromo (Cr), porque son fácilmente pasivables.

4) Comente en donde se usa comúnmente la protección catódica.Algunas de las aplicaciones frecuentes son:

● Protección del acero

● Protección del interior de tanques de almacenamiento, condensadores, fondos de

tanque, tuberías, oleoductos/gaseoductos, intercambiadores de calor y calderas

● Protección exterior de oleoductos, cascos de barco, plataformas y otras construcciones

en el mar, muelles, diques y partes correspondientes a la entrada de agua de

refrigeración en centrales eléctricas.

● Fondos de tanques.

5) Diga ¿Por qué la protección catódica generalmente se combina con otros métodos de protección?

Para mejorar las condiciones de operación de los ánodos, estos productos químicos rodean

completamente el ánodo produciendo algunos beneficios como:

● Promover mayor eficiencia;

● Desgaste homogéneo del ánodo

● Daños al medio con el que esté en contacto el sistema (agua, suelo, etc. )

6) ¿En qué se fundamenta el cálculo para el cambio oportuno de los ánodos de sacrificio?

El cálculo de un sistema de protección catódica con corriente impresa es relativamente más sencillo que el de ánodos galvánicos. De hecho, no es necesario optimizar las dimensiones y peso de los ánodos para garantizar por un lado el suministro de la corriente necesaria para la protección, y por el otro la duración de los ánodos elegidos.Una vez establecida la corriente total de protección, se elige el tipo de ánodo con base en los criterios examinados en el párrafo anterior y, teniendo en cuenta la densidad de corriente máxima que puede suministrar cada ánodo, se determina su número por exceso con respecto al teórico, para así poder obtener un mayor grado de confiabilidad.

7) ¿Por qué se debe de tener cuidado en las conexiones para la protección catódica por corriente impresa?

a) La resistividad del medio o electrolito no constituye una limitación seria para el sistema de corriente impresa, una vez ajustada la diferencia de potencial necesaria para proporcionar dicha corriente.

b) Este sistema es el indicado para estructuras medias y grandes.

c) El sistema necesita de un seguimiento operacional, especialmente de una inspección periódica del equipo de impresión de corriente. La inspección de los ánodos puede ser menos frecuente ya que están proyectados para una vida útil de 20 años o más.

d) Es recomendable para estructuras que puedan presentar problemas de corrientes parásitas o vagabundas, ya que permite su control.

e) El sistema de corriente impresa permite un amplio intervalo de regulación mediante la variación del voltaje de salida de los equipos para la impresión de la corriente, siempre y cuando se proyecte en forma adecuada.

f) En general, el costo inicial es mayor que el de un sistema de ánodos galvánicos, a menos que se trate de una estructura muy grande y diseñada para una vida útil larga.

g) Este sistema está sujeto a interrupciones en su funcionamiento como consecuencia de fallos en el suministro de energía eléctrica y defectos en el equipo propio para la impresión de la corriente.

h) Tiene la posibilidad de inversiones de polaridad.

Una gran ventaja de este método es su posibilidad de proteger una gran superficie con un solo ánodo. Por otra parte, tanto la diferencia de potencial como la corriente suministrada son variables y de aquí se desprende que el sistema presenta una gran flexibilidad operacional.

Este tipo de sistemas debe ser proyectado con cuidado para no causar problemas de corrientes erráticas (parásitas), las cuales pueden provocar la corrosión de estructuras vecinas.

Bibliografia1 Ávila, J; Genescá, J, (2002) Más allá de la herrumbre I; 3ª ed., La Ciencia para Todos. México2 Ávila, J; Genescá, J., (2003) Más allá de la herrumbre II, 3ª ed., La ciencia para todos. México3 González, J A; Iranda, J M; Birbilis, N; Feliu, S. (2005) “Electrochemical Techniques for Studying Corrosion of Reinforcing Steel: Limitations and Advantages”. CORROSION: Vol. 614 Ulich, H. Corrosión y control de la corrosión. Séptima edición, Editorial URMO, España: 92-125, 155-165. (1999)5 http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt290.pdf6 http://www.fisicanet.com.ar/quimica/corrosion/ap02_corrosion.php7 http://www.pemex.com/files/content/NRF-017-PEMEX-20071.pdf