CORROSION METALICA Ing. Leiva Azuaga Agripina.

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1 CORROSION METALICA Ing. Leiva Azuaga Agripina

2 LA CORROSIÓN COMO UN PROCESO INVERSO A LA METALURGIA
PROCESAMIENTO REFINACIÓN FUSIÓN EN HORNO COLADA LAMINACIÓN FORJA - MERCADO ADICIÓN DE ENERGÍA METALURGIA SUBSUELO (Mineral de hierro: óxidos, sulfuros) Tubería enterrada HERRUMBRE (óxido de hierrro hidratado) CORROSIÓN ACCIÓN DEL AMBIENTE (Humedad, contaminates, etc.) Tanque de almacen.

3 CORROSIÓN = enfermedad de los metales
METALES ACTIVOS Cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor será la facilidad para corroerse La corrosión es por lo tanto un proceso natural y espontáneo METALES NOBLES CORROSIÓN = enfermedad de los metales

4 w = i.A.t.M / nF W= peso del metal
DEFINICION: Es la transformación indeseable de un material como consecuencia del medio que lo rodea. Es una interacción físico-química entre el metal y el medio que ocasiona modificaciones de las propiedades: Deterioro; Reacciones; Ataques. Velocidad: (mm/año); (mg/dm2.día); (g/cm2.día); yd mdy w = i.A.t.M / nF W= peso del metal i = densidad de corriente A = área M = masa atómica del metal n = número de electrones F = constante de Faraday = A.s/mol.

5 IMPORTANCIA DE LA CORROSIÓN
FACTOR SEGURIDAD Fallas por corrosión de equipos o sistemas técnicos con consecuencias de pérdida de vidas humanas FACTOR CONSERVACIÓN Las fuentes de los metales (minerales), reservas de los mismos son limitados. FACTOR ECONÓMICO Gastos directos e indirectos ocasionados por la corrosión y por los métodos de prevención

6 PERDIDAS PERDIDA DIRECTA: valores estadísticas que de países desarrollados en función al PBI es aproximado al 3,5 a 5 % Pérdida del metal Costo de elaboración AÑO PAIS % PBI GASTOS AHORROS VE tn/ac EU 4, billones ,3 billones EU 4, % ac/galv. PERU millones EU , mil millones COL millones/año producción COL perdida 300 millones % de la producción 1992 ARG. 25%/ac 700 millones/año tn/a millones

7 E.E.U.U. (1998): 30-50% de los costos directos totales de la corrosión: US $ – millones 100 años de estudios sistemáticos E.E.U.U., 1998: Distribución de los costos de la corrosión por sector económico NACE, Corrosion costs and preventive strategies in United St

8 Estimación de los costos para A.L. En 2001
País PIB (U$ Millones) % Brasil $ , $ ,00 México $ , $ ,00 España $ , $ ,00 Argentina $ , $ ,00 Colombia $ , $ 7.650,00 Chile $ , $ 4.590,00 Venezuela $ , $ 4.386,00 Perú $ , $ 3.960,00 R. Dominicana $ , $ 1.500,00 Guatemala $ , $ 1.449,00 Ecuador $ , $ 1.188,00 Costa Rica $ , $ 957,00

9 Uruguay $ ,00 $ 930,00 El Salvador $ , $ 852,00 Paraguay $ ,00 $ 786,00 Cuba $ , $ 777,00 Bolivia $ ,00 $ 642,00 Panamá $ ,00 $ 630,00 Honduras $ ,00 $ 510,00 Nicaragua $ ,00 $ 375,00 Total $ ,00 $ ,00

10 Paralización de la producción Pérdida de productos Pérdidas de vida
B) Pérdida indirecta: Paralización de la producción Pérdida de productos Pérdidas de vida Pérdidas de eficiencia Contaminación Sobredimensionamiento AÑO PAIS COSTO DE VIDA 1967 EU personas Mx personas

11 ESTOS COSTOS SON CUANTIFICABLES (MONTOS)
a) COSTOS DIRECTOS Reemplazo o reparación de estructuras, maquinarias o de componentes corroídos (tuberías, piezas de bombas, fondos de tanques de almacenamiento). Empleo de medidas de prevención (pinturas, aleaciones especiales, inhibidores, etc.) Capacitación de personal en temas de corrosión. Pago a especialistas para evaluar daños por corrosión. ESTOS COSTOS SON CUANTIFICABLES (MONTOS)

12 b) COSTOS INDIRECTOS Paralización de la actividad productiva para efectuar una reparación imprevista (Ejm. La reparación de una tubería en el oleoducto puede ocasionar un costo de algunos miles de dólares, pero la paralización para efectuar la reparación representa unos US $ /hora). Pérdidas de productos y explosiones provocadas por fugas (combustible, agua, gas, etc.). Pérdida de eficiencia (transferencia de calor). Sobredimensionamiento. MUCHAS VECES ES DIFICIL DE CUANTIFICAR (MONTO)

13 PROCESO DE CORROSIÓN SEGÚN EL MEDIO AMBIENTE a) Corrosión química b) Corrosión electroquímica c) Corrosión por erosión ó cavitación d) Corrosión bioquímica

14 Corrosión química El metal que se corroe, forma combinación química
El metal se combina con el oxigeno del aire y forma oxido. Se recubren en el aire con una película de óxido. Oxidación en aire a alta temperatura Reacción con una solución de iodo en tetracloruro de carbono

15 **Corrosión seca, oxidación directa o corrosión química
…No existe película de humedad es decir se da en un ambiente seco (alta temperatura) **Corrosión húmeda o de mecanismo electroquímico …Se da en presencia de humedad … El 80% de los casos de corrosión pertenecen a este tipo

16 2)SEGÚN LA FORMA O MORFOLOGIA:
a) Corrosión uniforme Corrosión en placas Corrosión por picado Corrosión Intergranular Corrosión por fisuras

17 Tipos de corrosión según la morfología
Corrosión Uniforme u homogénea: Su penetración media es igual en todos los puntos de la superficie. Es la forma más benigna de corrosión. Corrosión Localizada: Ciertas áreas de la superficie se corroen más rápidamente que otras, debido a “heterogeneidades”. La severidad del ataque puede ser variable (en un extremo: picadura).

18 Corrosión por picaduras: El ataque se localiza en puntos aislados de superficies metálicas pasivas y se propaga hacia el interior del metal, en ocasiones en forma de túneles microscópicos; llegando incluso a perforarlo. Corrosión intergranular: El ataque se propaga a lo largo de los límites o bordes de grano del metal. Corrosión bajo tensión o fisurante: Se presenta cuando el metal está sometido simultáneamente a un medio corrosivo y a tensiones mecánicas.

19 Corrosión selectiva: Corrosión Galvánica:
Se presenta en aleaciones compuestas de dos o más fases. Una de estas fases es removida selectivamente (ejm. Aleaciones Cu-Zn, latones) Corrosión Galvánica: Ocurre cuando entran en contacto dos materiales electroquímicamente diferentes (potencial electrodo). No posee una morfología diferente. Se incluye por sus características “típicas”.

20 Los óxidos metálicos son estables:
*metal es NOBLE Que un óxido actúe como protector *ADHERIRSE sólidamente a la superficie metálica *no dejar POROS ni discontinuidades, *haber INSOLUBILIDAD del óxido en el medio corrosivo, cuanto más satisfactoria es la insolubilidad, más la estabilidad del óxido. Los metales tienden a auto protegerse contra la corrosión por medio de la PASIVACION

21 *Corrosión atmosférica *Corrosión en soluciones acuosas
Corrosión electroquímica *Corrosión en aguas *Corrosión atmosférica *Corrosión en soluciones acuosas *Corrosión productos inorgánicos Concentrados *Corrosión por suelos *Corrosión por gases

22 Mecanismo de la corrosión electroquímica
La corrosión electroquímica o “húmeda” se debe a la actuación de pilas electroquímicas, las cuales generan sobre la superficie del metal zonas anódicas y zonas catódicas. En las zonas anódicas se da la disolución o corrosión del metal. Zona anódica Zona catódica

23 Mecanismo de corrosión electroquímica: tiene que cumplir estas condiciones
Debe existir una diferencia de potencial entre las diferentes zonas del material (generación de zonas anódicas y catódicas). Debe existir un medio electrolítico (medio agresivo) que ponga en contacto con las zonas anódicas y catódicas. Debe existir un agente oxidante (consumidor de electrones) disuelto en el medio agresivo. d) Debe existir conexión eléctrica entre las zonas anódicas y catódicas.

24 SERIES DE FEM REACCION DE ELECTRODO
Potencial de oxidación Standard volt 25ºc Li = Li+ + e- ………………………… ,05 K+ + e- ………..…………….……… ,93 Ca + 2e- ……………..…….…….….…… ,83 Na + e- …………….………..….…….… ,71 Mg + 2e- ……..…………………....….… ,37 Be++ +2e- .……………………....….….… ,85 U e- ……..…..…...…………..…… ,80 Hf = Hf+4 + 4e-...………………….……… ,70 Al = Al+3 + 3e- ……………………..…… ,65 Ti = Ti e- ……..…...…….……..…… ,63 Zr = Zr e- …....…….……………… ,53 Mn = Mn+++ 2e- ………………..…….…… ,18 Nb = Nb+3 + 3e- ………………….……… ,10 Zn = Zn++ + 2e- ………………..………… ,763 Cr = Cr+3 + 3e- …………………… …… , 74 Ga = Ga+3+ 3e- …………………… …… , 53 Fe = Fe+++ 2e- ……………… ………… ,440 Cd = Cd+++ 2e- ……………………… , 403 In = In+3 + 3e- ……..…..…...…...…… ,342 Ti = Ti+ + e ……..…..…...…...…… ,336 Co = Co++ + 2e- ……..…..…...…...…… ,277 Ni = Ni++ + 2e- ……..…..…...…...…… ,250 Mo = Mo+3 + 3e- ……..…..…...…...…… ,2 Sn = Sn++ + 2e- ……..…..…...…...…… ,136 Pb = Pb++ + 2e- ……..…..…...…...…… ,126 Fe = Fe+3 + 3e- ……..…..…...…...…… ,036 H2 = 2H+ + 2e- ……..…...…….. 0, HIDROGENO Sn+2= Sn+4 + 2e- ……..…..…...…...…… ,15 Cu = Cu++ + 2e- ……..…..…...…...…… ,337 Cu = Cu+ + e- …………………………… ,521 2Hg = Hg e- ………………………… ,789 Ag = Ag+ + e- …………………………… ,800 Pd = Pd++ + 2e- …………………………… ,987 Hg = Hg++ + 2e- ………………………… ,854 Pt = Pt e- ……………………… ,2 Pb+2= Pb+4 + 2e- …… ……………… ,456 Au = Au+3 + 3e- …………………… ,456

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26 Heterogeneidades responsables de las pilas de corrosión
a) Los metales estan constituidos por granos con un ordenamiento diferente. b) La unión de los granos define un borde de grano que es más reactivo que el interior del mismo. c) Los metales poseen impurezas que pueden actuar como partículas catódicas.

27 Heterogeneidades del medio por generación de resquicios
(corrosión) a) Unión solapada Resquicio (corrosión) b) Zonas de contacto entre planchas metálicas amontonadas en un almacén

28 Heterogeneidades del medio por generación de resquicios
c) Contacto de una superficie metálica con una partícula inerte (polvo). Resquicio (corrosión) d) Rayaduras sobre la superficie metálica, defectos en la solda-dura. Grieta cavidad Raya o marca

29 Corrosión en el resquicio de la junta aislante
Corrosión galvánica en el contacto directo Latón - Aluminio Tornillo de latón Aluminio Metal corroído Corrosión en el resquicio de la junta aislante

30 E N S A Y O S D E C O R R O S I O N Ensayos de rutina: para comprobar la calidad del metal en el medio corrosivo. 2) Ensayos de comparación de diferentes metales, para seleccionar el más apropiado para un determinado fin, o para comparar un metal nuevo en relación con otro, cuyo comportamiento sea conocido. 3) Ensayos para estimarla vida útil del metal.

31 4) Ensayos para determinación de los diferentes tipos de medios donde se pueda usar en forma satisfactoria determinado metal. 5) Ensayos para obtener aleaciones nuevas con una resistencia a la corrosión adecuada o máxima. 6) Ensayos para estudios del mecanismo de la corrosión de un metal o aleación determinada.

32 MEDIDAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN
SOBRE LOS MATERIALES: PROTECCIÓN MEDIANTE RECUBRIMIENTOS R. Orgánicos: Recubrimientos R. Inorgánicos: Esmaltado, cementado R. Conversión: Química (CROMATIZADO) y Electroquímica (ANODIZADO) -R. METÁLICOS: Químicos, ELECTROQUÍMICOS, Inmersión en Caliente, Metalizado, Difusión, etc.

33 Son gran utilidad los llamados diagramas de Pourbaix.
METODOS DE PROTECCION 1.Actuar sobre el medio: Son gran utilidad los llamados diagramas de Pourbaix. Diagrama teórico en base a consideraciones termodinámicas (estudio de energía libre) para esa modificación. Existen atlas de diagramas de Pourbaix para los metales más importantes: Agregar inhibidores: son sustancias que anulan los micro-cátodos o micro-ánodos de las superficies metálicas.

34 Recubrimientos no metálicos b) Recubrimiento metálicos
Hay inhibidores anódicos como el OMg o el Oca. Son mas peligrosos pues si no anulan todos los ánodos aumenta la densidad de corriente y se producen rápidas picaduras Revestimientos metálicos: Anódico - Catódico 2. Actuar sobre el metal: Es recubrir el metal para aislarlo del medio que lo ataca Recubrimientos no metálicos b) Recubrimiento metálicos

35 DIAGRAMA DE POURBAIX

36 CONTROL DE CORROSION SELECCIÓN DE MATERIALES Metálicos No metálicos
RECUBRIMIENTOS Inorgánicos Orgánicos DISEÑOS Evitar excesos de tensiones Evitar contactos de distintos metales Evitar grietas Evitar aire PROTECCION Anódica - catódica Control del medio, temp, inhibidores, depuración etc.

37 PRACTICO 1.- Un proceso de electrodeposición de cobre utiliza 18 A de corriente para corroer un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Suponiendo que no hay reacciones secundarias, cuantos tiempos tardaran en corroerse 12,5 gr de cobre del ánodo? Ec. de Faraday w = I.t.M/nF t = wnF/IM Datos: w = 12,5 gr n=2; M 0 63,5 gr/mol I = 18ª; F = 96500ª.s/mol

38 2.- Un tanque cilíndrico de acero común (bajo carbono)
h= 1,20 m de altura, diámetro 80 cm; agua a un nivel de 90 cm. Muestra perdida por corrosión 320 gr al cabo de 7 semanas. Calcular: a) la corriente de corrosión; b) densidad de corriente, suponiendo a la corrosión uniforme en toda la sup. interna del tanque. Ecuación de Faraday: I = w.n.F/t.M Datos: w = 320 gr; n = 2; M = 55,85 gr/mol; t = 7 semanas; F = A.s/mol; a) I = ? (A) I(A); b) i = I(A)/área(cm2) área de la sup corroida del tanque = área lateral área de fondo = ∏.D.h + ∏.r2 = ………… i = …..(A)/…cm2

39 3.-Una pila galvánica consta de un electrodo de Zn en una disolución 1M de ZnSO4₄ y otro electrodo de Ni en una disolución de 1M de NiSO₄ separadas por una pared porosa para impedir la mezcla entre ellas. Un cable externo con un interruptor conecta los dos electrodos. En el momento que cerramos el interruptor: En qué electrodo se produce la oxidación Qué electrodo es el ánodo? Qué electrodo se corroe? V Cuál es la fem de la pila en el momento de la conexión Zn Zn² + 2e E = Ni² + 2e Ni E =

40 Fin

41 Acumulador de plomo El acumulador contiene un grupo de células conectadas en serie. Cada célula consiste en una placa de plomo, otra de óxido de plomo, y una disolución electrolítica de ácido sulfúrico Se sigue utilizándose en automóviles, camiones

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43 Al funcionar el acumulador, da lugar a las reacciones:
Anódica: Pb0 + SO PbSO e- Catódica: PbO2+ 4H2+SO4-2 +2e PbSO4 + 2H2O Pb0 + PbO SO H PbSO4 + 2H2O Confección: Recipiente de material aislante: vidrio o plástico, la materia activa forma de pasta.

44 Mantenimiento El echar agua natural en vez de destilada aporta impurezas que perjudican a la batería. Para conectar una batería primero se conecta el borne positivo y luego el negativo y para desconectarla primero se retira el borne negativo y después el positivo

45 Los acumuladores pueden clasificarse por:
Constitución: - De plomo (electrolito ácido) - De níquel (electrolito alcalino) - De plata (electrolito alcalino) Función: - Para arranque - Para tracción - Estacionarios - Portátiles

46 PILA DE LECLANCHE En 1866 Leclanché desarrolló el sistema que lleva su nombre. Una pila (no recargable) compuesta por zinc y dióxido de manganeso. Esta pila, con muy pocas variaciones se mantiene en la actualidad (es la pila normal, no alcalina, que podemos encontrar en cualquier supermercado).

47 Consta de: pasta húmeda (MnO2); amoniaco (NH4Cl) cloruro de cinc (ZnCl2); Anodo es el Zn, el Mn cátodo Su forma es cilíndrica, siendo el tubo exterior de zinc, es decir, material activo. En su interior se encuentra enrollado el papel separador y dentro del hueco dejado por este el dióxido de manganeso en forma de polvo. En el centro de este polvo se introduce un filamento de grafito que actúa como colector o conexión al exterior.

48 1 - Botón metálico superior (+)
2 - Barra de carbono (electrodo positivo) 3 - Vasija de zinc (electrodo negativo) 4 - Óxido de manganeso (IV) 5 - pasta húmeda de cloruro de amonio ClnH4 (electrolito) 6 - Base metálica (-)

49 La f.e.m. o voltaje de esta pila es de 1.5 V.
Zn(s) Zn e- ( reacción anódica) (1) 2MnO2(s) + Zn+2 +2e ZnMn2O4(s) (2) Zn(s) MnO2(s) ZnMn2O4(s) reac. total La reacción en el ánodo es: (1) La reacción del cátodo es: (2)

50 Pila alcalina Oxidación: Zn (s) + 2OH− → ZnOH + 2e−
kOH (como electrolito) Oxidación: Zn (s) + 2OH−  → ZnOH + 2e− Reducción: 2MnO2 (s) + H2O + 2e− → Mn2O3  + 2OH−  Celda Ni – Cd Cd + 2OH CdOH +2e anódica NiO2 + 2H2O + 2e Ni(OH)2 + 2OH catódica Pilas recargables Hg – Zn Zn Zn + 2e HgO + H2O + 2e Hg + 2OH

51 ***** Una sola pila alcalina puede contaminar litros de agua (mas de lo que puede consumir un hombre en toda su vida). *** Pilas de Niquel/cadmio (Ni/Cd) Están basadas en un sistema formado por hidróxido de níquel, hidróxido cadmio. Poseen ciclos de vida múltiples, presentando la desventaja de su relativamente baja tensión. Pueden ser recargadas hasta 1000 veces y alcanzan a durar decenas de años. No contienen mercurio, pero el cadmio es un metal con características tóxicas.