trabajo sobre la corrosion

7/24/2019 Trabajo sobre la corrosion

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9.4. Velocidad de Corrosin

Desde hace mucho tiempo, el hombre comprendi que la corrosin era una fuerza natural que

fatalmente atacaba los materiales metlicos que el aprendi a arrancarle a la naturaleza desde

su forma natural (xidos, sulfuros, etc. ! lle"arlos a su estado metlico. #s$, desde que elhombre se dio cuenta de los da%os econmicos de esta &"en'anza de la naturaleza&, emprendi

la tarea de in"entar me)orar m*todos de proteccin contra lacorrosin. +ero para eso fueron

necesarios dos desarrollos cient$ficos tecnol'icos mu importantes-

Descubrir el mecanismo para el que ocurra lacorrosin

dear m*todos para e"aluar la "elocidad de corrosin eficientes que fueran lo mas

practicas posible.

/a "elocidad de disolucin del metal, depende de los si'uientes mecanismos-

0 +resencia de un a'ente oxidante.1 Diferencia de potencial entre nodo ctodo.2 3rea del nodo menor con relacin a la del ctodo.4 emperatura, que acelera la reaccin.

Primer mtodo: prdida de peso

5istricamente, la medicin de la p*rdida de peso deun material en contacto con una disolucincorrosi"a, fue la primera manera de tener una e"aluacincuantitati"a del proceso de corrosin.

Despu*s, se relacion la cantidad de material disuelta por lacorrosin en un tiempo dado, con ladensidad rea del material en cuestin para poder calcular la perdida de espesor del material

par unidad detiempo, de la si'uiente manera. 6)emplo-G Fe

Hr1Cm3Fe

7.8g Fe 1

Cm2

=Cmde penetracion

Hr

#s$, sur'ieron unidades de penetracin de ataque mu conocidas, como mp (milipul'adas para%o, o upa (micras par a%o. 6s de tomar en cuenta que las unidades de penetracin par tiempo,suponen que la corrosin es uniforme (es decir, que afecta a toda la superficie 'eom*trica. 6sto

trae como consecuencia que si la corrosin no es uniforme (par picaduras par e)emplo, dondese ataca una peque%a zona del material, las "elocidades de corrosin reportadas sern msba)as a las que en realidad se obser"en dentro de la picadura , por lo tanto, la falla par picadurase dar antes del plazo marcado para la corrosin uniforme.


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Segundo mtodo: extrapolacin de Tafel

Cuando un metal est en equilibrio con una solucin conteniendo sus propios iones, en ausenciade reacciones que interfieren, el metal tendr$a un potencial 6eq, dado por la ecuacin de 7ernst.8i se hace circular una corriente por dicho electrodo, el potencial "ariar el nue"o "alor delpotencial 6 depender de la corriente. /a diferencia entre ambos potenciales se conoce comosobrepotencial.

N=EEEq

+uede ocurrir que el potencial inicial del metal no sea i'ual al potencial re"ersibletermodinmico, 6eq, sino que por efecto del proceso de corrosin, este ser$a el potencial decorrosin libre, 6corr. 6ste potencial tambi*n "ariar si se hace circular una corriente por elelectrodo, esta "ariacin es conocida como polarizacin, que tambi*n se le desi'na con .

N=EECorr

/a polarizacin es un parmetro mu :til en el campo de la corrosin, debido a que facilita elclculo de la "elocidad de corrosin en un sistema, como ser posteriormente analizado.Considerando lo descrito anteriormente para la ecuacin-

+++2eCu I

A

ICCu

8e conoce que la "elocidad de corrosin la densidad de corriente estn directamenterelacionadas. #dems la "elocidad, ;, podr$a ser expresada por-

VCorr=KCorr [reactantes]

Donde-

K=A EGRT

8iendo #, una constante.


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dentro de una nue"a constante, #o. #s$, si consideramos la "elocidad de reaccin andica, paralo cual la ener'$a de acti"acin es >=?, podemos escribir la ecuacin anterior como-

IA=I0=A0E G

RT

Cuando la reaccin andica es ms rpida que la reaccin catdica ( ia @ A ic A, el equilibrio esdestruido la ener'$a libre del metal la ener'$a libre de sus iones estn en diferentes ni"eles./a polarizacin, que es la "ariacin del potencial respecto al potencial de equilibrio, para estecaso ser$a la combinacin de una polarizacin andica sobre el metal una polarizacin catdicadel medio. /a ener'$a del metal se ha incrementado la del medio se ha reducidoB estades"iacin del potencial fuera del "alor de equilibrio, puede o no ser i'ual, asumiremos por elmomento que ellos no son i'uales. 6n la fi'ura 0 se 'rafica estos cambios. 8i la polarizacintotal es , entonces podemos definir la polarizacin andica como la polarizacin catdica

como (0 , donde es el coeficiente de transferencia de car'a. En la figura [1], laspolarizaciones han sido con"ertidas en ener'$as, al multiplicarlas por el factor, zf. 6sto nospermite determinar la nue"a ener'$a de acti"acin para la reaccin andica que "endr$a a ser(>=? zf,

Figura 1.+erfil de ener'$a para un nodo en equilibrio, presentado por la cur"a oEo zF unperfil similar para una polarizacin por acti"acin andica de , representado por la cur"aaEa zF.


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Debido a que el estado de ener'$a del metal se ha incrementado la ener'$a de acti"acin delproceso andico de reaccin se ha reducido.

Gbser"emos que, en forma similar, la ener'$a de acti"acin de los cationes zF que se estntransformando en , es decir la reaccin catdica, se ha incrementado por una cantidad (0zf.

+ara nuestro anlisis, continuaremos considerando slo la reaccin andica.

#sumiendo-

A'=

!

RT

endremos-

IA=I"EA

'N

Heordenando la ecuacin tomando lo'aritmos a ambos miembros obtenemos-

lnIA

I"=A 'N

Con"irtiendo a lo'aritmo decimal reordenando obtendremos-

N=2.303A

' log IA

I"

Considerando, Ia J 1.2K2E#L, obtenemos un importante resultado-

NA=#A logIA

I"

Donde-

#A=2.303RT

!

+ara esta ecuacin- io, es la densidad de corriente de intercambio de la reaccin andica ia,densidad de corriente andica. /a si'uiente ecuacin es conocida como la ecuacin de afel. /aderi"acin realizada fue para la polarizacin andica la cual tambi*n puede ser expresada como.


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NA=#A logIA$A logI0


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Mi'ura 1. =rafica de la cur"a de afel andica catdica terica.

/a polarizacin sobre"olta)e son conceptos f$sicos mu parecidos, en ambos casos se trata deuna "ariacin del potencial debido a un flu)o neto de corrienteB es decir, por un desequilibrioentre corrientes de distintos si'nos. Pnicamente cambia la referencia con respecto a la cual semide la diferencia de potencial.Como los potenciales de disolucin libre que adoptan los metales en los electrolitos son loscorrespondientes 6corr, resulta ms cmodo medir la polarizacin con respecto a ellos, en cuocaso lo correcto es hablar de polarizacin no de sobre"olta)e./a polarizacin es un "alor cin*tico que resulta desde una "elocidad de reaccin en el electrodo, por lo tanto, es funcin de la densidad de corriente en la interfase metal Q solucin. 6n lafi'ura N2O se representa esquemticamente la dependencia entre el potencial de electrodo ladensidad de corrienteB en ella se obser"a que el "alor de la polarizacin, , incrementa con elincremento de la densidad de corriente, i.


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Mi'ura 2- 6fecto del etal sobre la polarizacin del 5idr'eno.

Diagrama de potencial mixto:6stos dia'ramas estn basados en el hecho de que en medios acuosos la reaccin del electrodoest controlada 'eneralmente por acti"acin, que de acuerdo a la ecuacin de afel, lapolarizacin depende del lo'aritmo de densidad de corriente.

NA=a & $ log|I|

+ara ilustrar este nue"o dia'rama tomaremos como e)emplo la corrosin del hierro en un mediocido. /a ecuacin anterior aplicada a la reaccin de oxidacin del hierro (MeJ@ Me1FF 1e, en elmedio acuoso, es presentada en la Fig. !a"por una recta en el 'rfico 6 "s lo' AiA. /a reaccincontraria de reduccin del hierro (Me1FF 1e J@ Me, produce otra recta en el mismo dia'rama.#mbas reacciones son consideradas independientes slo con el propsito de trazar su relacin deafel. 6stas rectas se cruzan en un punto que corresponde a la densidad de corriente de

intercambio del hierro, I"Fe

,en donde las "elocidades de oxidacin reduccin del hierro son

i'uales corresponden al equilibrio.

I"idFe =|IFe|=I"Fe

6l potencial de electrodo que corresponde a la densidad de corriente de intercambio es entoncesel potencial de equilibrio del metal puede ser calculado mediante la ecuacin de 7ernst.Desde que el hierro est inmerso en un medio cido, el sistema 5 FE51tambi*n estar presente. 6lcomportamiento catdico andico del hidr'eno puede ser representado mediante rectas de


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afel, las cuales se cruzan en el potencial de equilibrio del hidr'eno, caracterizado por su

densidad de corriente de intercambio [I0(Fe )H2 ] . 6s importante enfatizar aqu$ que los potenciales

de equilibrio corresponden a una densidad de corriente neta i'ual a cero. /a corriente neta estdada por-

INeta=IA+IC

6n el potencial de equilibrio, la densidad de corriente andica (ia catdica (ic tienen la mismama'nitud pero con si'no opuesto, de tal forma que-

INeta=0

Cuando las cuatro l$neas son trazadas independientemente, estas se cruzan en el punto P, el cualest caracterizado por una "elocidad de disolucin del hierro i'ual a la "elocidad de e"olucin de

hidr'eno corresponde a la "elocidad de corrosin. # este potencial tambi*n se le conoce comopotencial de reposo, potencial mixto del sistema total o potencial de corrosin. NRO

I"'id

Fe =|IH2|=I

Corr

Fe

Figura .Dia'rama de potencial mixto para el hierro en una solucin cida

Tercer mtodo: #esistencia de polari$acin

eoria


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Desde la decada de los cincuenta, "arios autores reportan haber encontrado cierta relacin entre

la pendiente E /I de una cur"a de polarizacion en el potencial de corrosion la "elocidad

de corrosion.

6n 09R0, Sonhoeffer Tena definieron est pendiente como &resistencia de polarizacin&,pero no fue sino hasta 09RU cuando 8tern =ear demostraron que existe una relacin linealentre el potencial la corriente aplicada a potenciales poco ale)ados del potencial de corrosin, se defini la resistencia de polarizacin as$-

Rp=( ()( IT)* Corr

%..1 Pasi&acion-

/a pasi"acion es la perdida de la reacti"idad qu$mica de un materialdebi

a condiciones a'resi"as especificas del medio.

/a pasi"acion consiste en la creacin de una capa de xido o hidrxido

del'ada en la superficie de un material, la cual a$sla al material del

medio, prote'i*ndolo de fenmenos corrosi"os.

6xisten dos teor$as para la pasi"acion-- +or adsorcin de iones

- +or formacin de capa del'ada

/os tipos de pasi"acion son-

- +asi"acion andica- es inducida por un medio oxidante

- +asi"acion electroqu$mica- es inducida por la acti"idad electroqu$mica

- #utopasi"acion- ocurre por el contacto del metal con la atmosfera

Dentro de los metales ms pasa"antes se encuentran el #luminio, Cromo, 7$quel.

/os aceros inoxidables debido a la presencia de cromo forman una pel$cula decromita Cr1G2, la cual prote'e al acero inoxidable del medio a'resi"o, asu "ez

al'unos aceros inoxidables como es el caso de los austeniticos, poseentambi*n un

porcenta)e de 7$quel el cual de i'ual forma aumenta la resistenciaa la corrosin

del acero.

/a pasi"acion es un fenmeno de suma importancia ( ampliamente estudiado,(a


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que implica una forma de proteccin de materiales frente a la corrosin,

lle"ando a este a un estado de pasi"acion o inmunidad.

%.' (a corrosin en la econom)a:

Como es de su conocimiento, el metal ms utilizado en toda obra es el acero, sin embar'o estematerial presenta un 'ra"e problema, si se expone al medio ambiente sin nin':n tipo deproteccin se oxida fcilmente, lo que pro"oca cambios que "an desde su apariencia est*ticahasta causar un da%o tan se"ero en sus propiedades.

/a corrosin tiene adems otros efectos econmicos indeseables, como pueden ser lainterrupcin temporal del ser"icio o la p*rdida de producti"idad, este costo indirecto puederepresentar hasta cinco "eces el costo directo.

abla 0. Costos directos e indirectos de la corrosin. (


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Pais,osto total

Porcenta.

0o

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