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VELOCIDAD DE
CORROSIÓN
M. En C. José Antonio González Moreno
Ensayos Destructivos
Enero del 2016
INTRODUCCIÓN:
En la siguiente presentación se
estudiará el concepto de
velocidad de corrosión, las
unidades en que se mide y
algunas expresiones
matemáticas para determinar el
valor aproximado.
También se estudiará el
concepto de ánodo de sacrificio
y cómo determinar su tiempo de
vida.
Finalmente se presentan las
conclusiones, las referencias y
algunos problemas de repaso.
ANTECEDENTES:
Los estudios realizados por Michael Faraday (1834) y
Walther Nernst (1889), fueron los iniciadores de la base
para proponer expresiones matemáticas para medir la
corrosión, así como proponer las unidades en que se
mediría y los experimentos para realizarlo.
M. Faraday W. Nernst
UNIDADES DE LA VELOCIDAD
DE CORROSIÓN
Las unidades más comunes en que se expresa y
reporta la Velocidad de Corrosión (υCorr ), son:
1) Milésimas de pulgada (mils) de penetración por
año (MPY).
2) Pulgadas de penetración por año (IPY).
3) Gramos entre metro cuadrado por día, GMD =
4) Miligramos entre decímetro cuadrado por día,
abreviado como MDD o mdd =
5) Milímetros de penetración entre año (mm/año).
día2m
g
día2dm
mg1
EQUIVALENCIAS ENTRE UNIDADES
DE VELOCIDAD DE CORROSIÓN
Las siguientes equivalencias se basan en los MPY.
1) 1 MPY =
Recordar que g.e. = Gravedad específica, es
adimensional, definida como:
2) 1 MPY = 0.0254 mm/año
3) 1 MPY = 25.4 μm/año
4) 1 MPY = 2.90 mm/hr
(1) ..
.
eg
mdd441
(2) g/mL 1
Referencia de Densidad
Sustancia la de Densidad
ρ
ρ g.e. sust
Ref
sust
DESARROLLO DEL TEMA:Faraday propuso la siguiente expresión paradeterminar la pérdida de masa en MaterialesCorroídos:
Donde: m = masa del metal corroído (en gramos).
i = Intensidad de corriente generada durante el proceso
de corrosión (en Amp).
t = Tiempo de exposición a la corrosión (en segundos).
PM = Peso molecular del metal o la aleación (en g/mol).
n = Valencia del elemento o número de electrones
intercambiados (adimensional).
F = Constante de Faraday = 96485.33 C/mol ≈ 96500 C/mol
NOTA: Recordar que 1 Amp*seg = 1 Coulomb (C)
(3) Fn
PMti m
1ER VARIACIÓN DE LA EC’N DE
FARADAY:A partir de la expresión de Faraday, surge una serie deexpresiones para determinar la velocidad de Corrosión,la primera de ellas es:
Donde: A = área afectada o corroída (en cm2).
t = Tiempo de exposición a la corrosión (en hrs).
ρ = Densidad del metal (en g/cm3).
W = pérdida de masa del metal (en gramos).
K = Constante que otorga las unidades a υCorr.
Si la υCorr se expresa en MPY (Mils por año), entoncesel valor de K es 3.45×106
Si la υCorr se expresa en mm/y (mm por año), entoncesel valor de K es 8.76×104
(4) tA
WK Corr
2DA VARIACIÓN DE LA EC’N
DE FARADAY:A partir de la expresión de Faraday, surge una serie deexpresiones para determinar la velocidad de Corrosión,la segunda de ellas es:
Donde: A = área afectada o corroída (en cm2).
t = Tiempo de exposición a la corrosión (en días).
ρ = Densidad del metal (en g/cm3).
mi = masa inicial del material (en gramos).
mf = masa final del material (en gramos)
υCorr = Velocidad de corrosión (en cm/día)
(5)
tA
m - m fi
Corr
3ER VARIACIÓN DE LA EC’N DE
FARADAY:Para figuras paralelepípedas, la velocidad de Corrosión, apartir de la expresión de Faraday, puede calcularse como:
Donde: x = Longitud inicial del paralelepípedo (en pulg).
y = ancho inicial del paralelepípedo (en pulg).
H = espesor inicial del paralelepípedo (en pulg).
t = Tiempo de exposición a la corrosión (en días).
Wi = masa inicial del paralelepípedo (en mg).
Wf = masa final del paralelepípedo (en mg).
υCorr = Velocidad de corrosión (en MPY).
K = Factor de conversión a MPY = 1.825×105
(6) K
tW
W - W
H
1
y
1
x
1
1 υ
i
fiCorr
ESCALAS DE ACEPTACIÓN EN
BASE A LOS MPYEn la siguiente tabla se presentan los parámetros de
aceptación en MPY para el acero:
Tabla 1.-Valores de Aceptación para el Acero, en MPY
N° Resistencia MPY mm/y
1 Excepcional < 1 < 0.02
2 Excelente De 1 a 5 De 0.02 a 0.1
3 Bueno De 6 a 20 De 0.2 a 0.5
4 Aceptable o
Regular
De 21 a 50 De 0.6 a 1.0
5 Pobre De 51 a 200 De 1.0 a 5.0
6 Inaceptable o
Rechazado
> 200 > 5.0
COMPORTAMIENTO DE LA
VELOCIDAD DE CORROSIÓNEn la siguiente gráfica se presenta el comportamiento
de la velocidad de corrosión para el hacer, conforme a
la temperatura:
ÁNODOS DE SACRIFICIOCon el fin de prolongar la vida útil de una estructura
metálica (en específico, el acero), se recurre a la
propiedad galvánica de los metales y surgen los
ánodos de sacrificio.
Definición: Es el componente principal de un sistema
de protección catódica galvánica que se utiliza para
proteger contra la corrosión las estructuras metálicas
enterradas o sumergidas.
Hay tres metales principales utilizados como ánodos
galvánicos: magnesio, aluminio y zinc. Todos ellos
están disponibles como bloques, barras, placas o en
forma de cinta extruida. Cada material tiene sus
ventajas y desventajas.
CÁLCULO DE LA VIDA TEÓRICA
DE ÁNODOS DE SACRIFICIO
La vida de un ánodo puede calcularse de la siguiente
manera:
Donde:
AL = Vida del ánodo de sacrificio (en años)
Ci = Capacidad de Corriente (en Amp*año/Kg)
Wa = Peso efectivo del ánodo inicial (en Kg).
%R = Factor de rendimiento del ánodo que
puede variar del 70% hasta 90% (en fracción).
%Fu = Factor de uso efectivo del ánodo que
puede variar del 60% hasta 80% (en fracción).
i = Intensidad de corriente del material
afectado (en Amp).
(7) i
%F%RWC uai AL
DENSIDAD DE CORRIENTE DEL
MEDIO AMBIENTEDependiendo del medio ambiente agresor hacia el
material, la corriente puede variar por unidad de área
en el ánodo de sacrificio. A esta variación, se le
conoce como la Densidad de Corriente (ρi) y se
calcula simplemente como:
Donde: ρi = Densidad de Corriente (en mA/cm2 o
mA/m2)
i = Intensidad de Corriente en el material (en
amp o mA).
A = Área afectada por la circulación de
corriente (en cm2 o m2).
(8) A
i i
CÁLCULO DEL NÚMERO DE
ÁNODOS DE SACRIFICIO
Para proteger una estructura o tanque muy grande,
no es suficiente un solo ánodo, con el fin de proteger
la mayor parte de la estructura, se puede calcular el
número de ánodos de sacrificio de acuerdo con la
siguiente expresión:
Donde:
iM = Intensidad de Corriente del metal o
estructura del material (en mA o Amp).
iA = Intensidad de Corriente del ánodo (en mA o
Amp)
(9) i
i AN Ánodos de N
A
M
NORMATIVIDAD:
TIPOS Y APLICACIÓN DE
LOS ÁNODOS:
TIPOS Y APLICACIÓN DE
LOS ÁNODOS:
TIPOS Y APLICACIÓN DE
LOS ÁNODOS:
TIPOS Y APLICACIÓN DE
LOS ÁNODOS:
TIPOS Y APLICACIÓN DE
LOS ÁNODOS:
CONCLUSIONES:La Velocidad de corrosión es un parámetro importante en
Ensayos Destructivos porque otorga información valiosa
del comportamiento de una estructura metálica y su
entorno y ayuda a decidir cómo modificar ese medio
ambiente para preservar un poco más de tiempo el
material que se esté oxidando.
Los ánodos de sacrificio ofrecen una alternativa viable
ante estructuras expuestas al agua
O que se encuentren enterradas
En tierra húmeda, seca, ácida o
Alcalina.
REFERENCIAS
BIBLIOGRÁFICAS:1) Buscador de imágenes de Google. Google. (On
Line) . (2016). Consultado el día 23 de Enero del
2016 de:
https://www.google.com.mx/search?q=anodos+de+
sacrificio&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=
0ahUKEwi-
pI7IqsrKAhXGvIMKHdU9BggQsAQINA&biw=1366&bih
=640#imgrc=_
2) Rosario Francia S. “Protección Catódica – Diseño de
ánodos de Sacrificio” (On Line). (2004) consultado el
24 de Enero del 2016 de:
http://sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaci
ones/geologia/vol7_n13/pdf/a06.pdf
EJERCICIOS PROPUESTOS:Ejercicio 1.- En un laboratorio de estudio de la
Corrosión, se analizan 3 laminillas de acero
galvanizado de (19 × 6.0 × 0.2) cm y se sumergen enagua salina a 22 °C (ρ = 1.033 g/mL). Después de 10 hrs
se analizan los especímenes y se encuentra que
presentan una densidad de corriente (ρi) de 90 mA/m2.
En base a los datos anteriores, calcular la pérdida de
masa promedio de las laminillas ( en g).
Nota: El peso molecular del Zinc es 65.38 g/mol y
presenta una densidad. de 7.14 g/mL.
Solución = 0.026122 g = 26.122 mg
EJERCICIOS PROPUESTOS:Ejercicio 2.- Se realiza una práctica de corrosión sobre
un tubular de acero 1018 (de 25 cm de longitud con R =4.6 cm y r = 4.2 cm). Se expone a una solución de ácido
clorhídrico al 5%. Al cabo de 7 días, se vuelve a medir el
tubular y se encuentra que las medidas se redujeron en
un 1.82%, 1.52% y 1.63% respectivamente. En base a los
datos anteriores, calcular: La velocidad de Corrosión en
MPY y concluir, en base a la Tabla 1, si es aceptable o no.
Nota: El peso molecular del Acero es 55.566 g/mol y
presenta una densidad. de 7.80 g/mL.
Solución = Ʋcorr = 101.833, No es adecuado.