Universidad Veracruzana

Potencial de corrosin (Ecorr)Cuando una pieza de metal se coloca en un electrolito, como el suelo por ejemplo, un potencial se desarrollar a travs de la interfase metal-electrolito debido a la naturaleza electroqumica del proceso de corrosin. No podemos medir este potencial directamente, sino que, utilizando un voltmetro, podemos medir un voltaje entre dos metales diferentes que se colocan en el suelo. Tambin podemos medir la diferencia de potencial entre un metal y un electrodo de referencia, comnmente llamado un electrodo de media celda. Este voltaje se conoce como un potencial de corrosin, potencial de circuito abierto, o potencial nativo del metal en el medio en el que se obtiene la medicin. Para ambientes de suelos, el electrodo de referencia ms utilizado es el electrodo de referencia de cobre, sulfato de cobre (Cu/CuSO4).

Figura 1 Esquema que muestra una medicin del potencial tubo-suelo.

El potencial de corrosin (Ecorr) no es un potencial de equilibrio. El metal nunca alcanza un estado de equilibrio en ambientes corrosivos. Existe una corriente de oxidacin neta del metal que produce iones metlicos y productos de corrosin, y una corriente de reduccin neta (consumo) de algunas otras especies, tales como oxgeno, hidrgeno, o el agua (figura 2). Estas reacciones no son reversibles. Si fuera posible medir el potencial de equilibrio del metal en el suelo, este se encontrara en un valor ms negativo que el Ecorr. Del mismo modo, el potencial de equilibrio para las especies reducidas (oxgeno, por ejemplo) es un potencial ms positivo. Por lo tanto, el Ecorr est en algn lugar entre los potenciales de equilibrio de las dos reacciones. Ambas reacciones estn polarizadas a partir de sus valores de equilibrio. La reaccin de oxidacin del metal es polarizada andicamente y la reaccin de reduccin es polarizada catdicamente. Estas reacciones se llaman comnmente reacciones andicas y catdicas, respectivamente. Las velocidades de las dos reacciones son elctricamente equivalentes en el Ecorr, y la correspondiente corriente Icorr es una representacin elctrica de la velocidad de las reacciones andica y catdica a ese potencial, es decir, la velocidad de corrosin espontnea del metal.

Figura 2 Ilustracin esquemtica de la corrosin del acero en un entorno aireado. Tenga en cuenta que los electrones liberados en la reaccin andica se consumen cuantitativamente en la reaccin catdica, y que los productos ambas reacciones pueden reaccionar para producir Fe(OH)2.

En un diagrama de Evans o diagrama polarizacin se representa la situacin mencionada anteriormente (figura 3). En el Ecorr; se sabe, que cuando se produce la corrosin espontnea, la velocidad de liberacin de electrones es igual a la velocidad de consumo de electrones, y no hay flujo de corriente neto aunque se consuma metal, y mientras tanto el metal ejerce un nico potencial de electrodo.Para mantener el metal en cualquier potencial que no sea el de Ecorr se requiere que los electrones sean suministrados, o ser retirados de la superficie del metal. Por ejemplo, en E, la velocidad de reaccin catdica Ic, excede la velocidad de reaccin andica Ia, y esta ltima no proporciona electrones suficientes para satisfacer la primera. Si el metal se ha de mantener en E, el dficit de electrones cedidos por (|Ic| - Ia) debe provenir de una fuente externa (por ejemplo, una mquina de soldar, pilas de almacenamiento en serie, y celdas secas. Esta corriente suministrada externamente sirve para reducir la velocidad de disolucin de metal de Icorr a Ia. En Ea, la velocidad de reaccin andica neta es cero (no hay disolucin del metal) y una corriente catdica igual a Ic debe estar disponible desde la fuente externa para mantener el metal a este potencial. Tambin puede ser evidente por la figura 3 que, si el potencial se mantiene por debajo Ea, la velocidad de disolucin de metal permanece en cero (Ia=0), pero una corriente catdica mayor que Ic debe suministrarse.

Figura 3. Diagrama de polarizacin que representa la corrosin y proteccin catdica. Un metal que se corroe se situa en el potencial Ecorr espontneamente y se corroe a una velocidad dada por Icorr. Si el potencial se baja a E, una corriente igual a (| Ic | - Ia) debe ser suministrada desde una fuente externa; el metal luego se disuelve a una velocidad igual a la Ia.

Las mediciones de Ecorr pueden ser usados para estimar la resistencia relativa de diferentes metales a la corrosin en un entorno dado. Una serie galvnica es una lista de los metales y aleaciones dispuestas de acuerdo a sus Ecorr relativos en un entorno determinado. La Tabla 1.1 muestra una serie galvnica de metales y otros materiales en suelos neutros y agua. Los potenciales medidos para los diferentes metales en una serie galvnica varan un poco, dependiendo de la naturaleza del medio ambiente, temperatura, el tipo de suelo, el contenido de humedad del suelo, y la cantidad de tiempo que el metal est en contacto con el suelo antes de la medicin, pero la posicin relativa de los metales es similar para los entornos naturales como el suelo y el agua de mar.Otro uso para las mediciones de Ecorr es establecer si la corrosin galvnica es probable que ocurra. Cuando dos metales estn acoplados elctricamente en un entorno, el miembro ms negativo (activo) de la pareja se convertir en el nodo en la celda de corrosin diferencial, y el miembro ms positivo (noble) de la pareja se convertir en el ctodo en la celda. En general, la gravedad del par galvnico aumenta a medida que la diferencia de potencial entre los dos miembros de la pareja aumenta, aunque esto no es siempre el caso.

Tabla 1 Serie galvnica prctica de materiales en suelos y agua neutros

MaterialPotencial V (vs Cu/CuSO4)

Carbn, Grafito, Coque +0.3

Platino0 a -0.1

Residuos de fundicin sobre el acero-0.2

Hierro fundido de alto silicio-0.2

Cobre, Bronce y Laton-0.2

Acero dulce en concreto-0.2

Plomo -0.5

Hierro fundido (No grafitizado) -0.5

Acero dulce (con oxido)-0.2 a -0.5

Acero dulce (Limpio y brillante)-0.5 a -0-8

Aluminio puro comercial0-8

Aleacion de aluminio (5% Zinc)-1.05

Zinc-1.1

Aleacion de magnesio (6% Al, 3% Zn, 0.15% Mn)-1-6

Magnesio puro comercial-1.75

Criterio de desplazamiento del potencial 300 mV.

El criterio de desplazamiento del potencial 300 mV estaba contenido en la versin original de la RP 01-69 y seala que la proteccin adecuada se consigue con "un desplazamiento de voltaje negativo (catdico) de al menos 300 mV, medido entre la superficie de la estructura y una media celda de Cu/CuSO4 en contacto con el electrolito. La determinacin de este cambio de voltaje debe ser realizado con la corriente de proteccin aplicada. Este criterio es similar al criterio de polarizacin de 100 mV, que se evala en base a la formacin de polarizacin en una estructura. Con ambos criterios, es necesario en primer lugar determinar el potencial nativo de la estructura subterrnea en los lugares de prueba antes de aplicar CP. El potencial se vuelve a medir despus de que el sistema CP se energiza y la estructura ha estado tiempo suficiente energizado. La diferencia entre los dos criterios es que, en el caso del criterio de desplazamiento del potencial 300 mV, el potencial-on se utiliza para la evaluacin del criterio; mientras que, en el caso del criterio de polarizacin de mV 100, el potencial-off se utiliza para la evaluacin.

La interpretacin del desplazamiento de -300 mV ha sido confusa. Los orgenes de este criterio se basan en la experiencia de la dcada de 1940 y principios de 1950. No hay ninguna base cientfica para el uso de este tipo de criterio. Una de las cuestiones interpretativas gira en torno a la consideracin de la cada ohmica IR. La aplicacin de corriente de proteccin produce una cada IR instantnea que desplaza el potencial en la direccin negativa. Tradicionalmente este cambio ha sido utilizado por muchos miembros del personal de control de corrosin como el criterio de desplazamiento de potencial. Sin embargo, cuando se elimina la cada IR, estos desplazamientos se eliminan del valor de potencial y el potencial resultante es un potencial nativo o de estado estable.

En cuanto al criterio de desplazamiento del potencial 300 mV, los estados estndar "El ingeniero de corrosin deber considerar distintas cadas de voltaje (IR) a travs de los lmites de la estructura-electrolito para la interpretacin vlida de las mediciones de voltaje." Por lo tanto la relacin entre el criterio de desplazamiento del potencial 300 mV y el criterio de polarizacin de 100 mV es anloga a la relacin entre el criterio de los -850 mV vs Cu/CuSO4 con CP aplicado y el criterio del potencial polarizado de -850 mV vs Cu/CuSO4. La diferencia del criterio de desplazamiento de potencial de 300 mV con el criterio de los -850 mV vs Cu/CuSO4 es que potenciales menores a -850 mV vs Cu/CuSO4 pueden ser aceptables si el Ecorr era menor a -550 mV vs Cu/CuSO4.

El criterio de desplazamiento del potencial de 300 mV se ha utilizado principalmente para la mitigacin de las velocidades de corrosin uniforme moderadas en las tuberas de acero desnudo. Se ha solicitado la proteccin de tuberas enteras y tambin para la proteccin de puntos calientes. En estas tuberas, potenciales de corrosion de -200 a -500 mV vs Cu/CuSO4 son comunes y un cambio de 300 mV se ha encontrado que es suficiente para mitigar la corrosin en algunos casos. Por lo tanto, el desarrollo del criterio est basado de manera emprica. El criterio de desplazamiento de potencial de 300 mV es ms aplicable a los sistemas de PC corriente impresa que a los sistemas de nodos galvnicos porque los nodos galvnicos pueden no tener suficiente voltaje de excitacin para satisfacer el criterio cuando se encuentran potenciales nativos negativos.

Probablemente la aplicacin ms exitosa de este criterio ha sido en acero reforzado en estructuras de hormign. Estas estructuras tienen por lo regular potenciales de corrosin en el intervalo de 200 a 400 mV vs Cu/CuSO4 y superficies de acero pasivas, con la excepcin de los puntos calientes, de tal manera que un desplazamiento de potencial de 300 mV se puede conseguir fcilmente. La aplicacin de este criterio evita los problemas asociados con la sobreproteccin.

La experiencia muestra, sin embargo, que a veces es recomendable utilizar el criterio de desplazamiento de potencial. Por ejemplo, si una estructura enterrada no est protegida con un buen recubrimiento (una estructura vieja por ejemplo) o sencillamente no est protegida por algn recubrimiento, no es conveniente, especialmente en terrenos muy aereados, aplicar el criterio de los -850 mVvs.Cu/CuSO4, por que la corriente necesaria para alcanzar este potencial puede resultar muy elevada. En este caso, por ejemplo, se prefiere recurrir al criterio de desplazamiento del potencial, el cual consiste en disminuir 300 mV el potencial de la estructura con respecto al potencial de corrosin libre.

Muchas de las limitaciones asociadas con el criterio de 100 mV de polarizacin son aplicables al criterio de desplazamiento de potencial de 300 mV tambin. Estos incluyen el tiempo requerido para la polarizacin, la posibilidad de trasladar el potencial en el rango de agrietamiento por SCC, y las dificultades en reas que exista corrientes parsitas o pares galvnicos. En general, el criterio de desplazamiento del potencial 300 mV no debe utilizarse cuando se confirma o sospecha SCC de alto pH, o donde las corrientes parsitas o pares galvnicos estn presentes. La versin original de la PR 01-69 dice: "Este criterio de los desplazamientos de potencial se aplica a estructuras que no estn en contacto con metales diferentes."

Probablemente la principal limitacin del criterio de desplazamiento del potencial 300 mV es que existirn situaciones en campo donde parece que el criterio puede ser aplicable aun cuando la corrosin no puede ser mitigada. En algunas situaciones, la mayora del desplazamiento del potencial ser el resultado de la cada de voltaje IR en el suelo o a travs del recubrimiento, y muy poca polarizacin de la estructura va a producirse. Por esta razn, el criterio fue retirado de la lista primaria de criterios en las revisiones de RP-01-69 de 1992 y 1996.

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