1.2.- Factores que

propician la

Corrosión

M. En C. José Antonio González Moreno

Enero del 2016

Ensayos Destructivos

Introducción:

• En esta presentación, se estudiarán los factores

básicos que generan o inician la corrosión, con el

fin de detectarlos a tiempo y poder minimizar los

efectos de la corrosión en materiales y estructuras

metálicas.

• También se analizan una serie de soluciones para

algunos tipos de corrosión que pueden aplicarse

con el propósito de controlar dichos fenómenos.

• Finalmente se presentan las Conclusiones, las

Referencias bibliográficas consultadas y las

preguntas de repaso para los estudiantes.

Antecedentes:

-La corrosión de los metales y sus factores,

probablemente se analizaron en la era temprana del

acero (1200 al 500 A.C.), cuando el hombre comenzó

a observar que los nuevos instrumentos fabricados en

este metal, después de un cierto tiempo se volvían

quebradizos e inestables.

-Otra teoría de corrosión surgió alrededor del año

1900 como consecuencia del hallazgo del peróxido

de hidrógeno durante la corrosión de muchos

metales, dando lugar a la idea de que aquel actúa

como intermediario en el proceso del mismo.

-Ahora se sabe que el peróxido de hidrógeno se

forma cuando hay exceso de oxígeno en el cátodo.

Contexto General:

-Cuando se habla de corrosión, es usual referirse al

proceso del ataque químico sobre los metales.

-Éstos son susceptibles a este ataque debido a que

tienen electrones libres y pueden establecer celdas

electroquímicas dentro de su estructura.

-La mayoría de los metales son corroídos hasta cierto

grado por el agua y la atmósfera.

-Los metales también pueden ser corroídos por el

ataque químico directo de las soluciones químicas e

inclusive de metales líquidos.

Energía de Oxidación:

La tendencia de muchos materiales a reaccionar

con el oxígeno es en base a la energía necesaria

para que se produzca la reacción:

Material del Óxido Energía Oxígeno Material

Si esta energía es positiva, el

material es estable y si es

negativa, el material es

inestable y se oxidará.

Energías de Formación de Óxido o

Energía de Oxidación a 273 K en

KJ/mol de O2

Medidas para

evitar la Corrosión:

1. Disminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo

se reduce la corrosión por erosión. Sin embargo,

para metales y aleaciones que se pasivan, es más

importante evitar las disoluciones estancadas.

2. Eliminando el oxigeno de las soluciones acuosas

reduce la corrosión especialmente en las calderas

de agua.

3. La reducción de la concentración de iones

corrosivos en una solución que esta provocando

corrosión en un metal puede hacer que disminuya

la velocidad de corrosión, se utiliza principalmente

en aceros inoxidables.

Factores que Influyen

en la Corrosión:

Los siguientes factores son los más generales que se

consideran para que un material comience a

oxidarse, se tiene que son:

1) Potencial Eléctrico de los Metales (E° vs SHE).

2) Formación de Películas y Biopelículas (Biofilms).

3) Temperatura (T°).

4) Velocidad de Corrosión (ƲCorr).

5) Agentes Oxidantes (Ox)

6) pH del medio ambiente (Alcalino -OH u Ácido -H).

Mecanismo de

Corrosión:Explicar de manera asertiva

el mecanismo de corrosión,

no es sencillo y

matemáticamente es

complejo porque involucra

conceptos como

1) Potencial Eléctrico (°Ev)

2) Densidad (ρ),

3) Viscosidad (Cinemática, μ,y Dinámica, ѵ),

4) Difusividad (Đ) y

5) Tortuosidad (Ʈ) .

1) Potencial Eléctrico

del Metal (°Ev):1. Cuando dos metales están en contacto a través

de un líquido se produce una corrosión galvánica

o electrolítica.

2. El grado de corrosión depende

fundamentalmente de la diferencia de potencial

eléctrico existente entre los dos metales en

contacto.

3. Cuanto más bajo (negativo) sea el potencial de

un metal, más fácil resultará corroído; del mismo

modo cuando mayor sea la diferencia de

potencial entre los dos metales en contacto,

tanto mayor será la corrosión galvánica

producida entre ambos, siempre en perjuicio del

de menor potencial.

Tabla de Potenciales:

2) Densidad (ρ):

1. La Densidad se define como la relación de masa

de un objeto, entre su volumen, es decir:

2. Entre mayor densidad tenga un metal, más

pesado será, entre menos densidad tenga un

metal, más ligero y moldeable será. Además es

inversamente proporcional a la Temperatura.

3. La mayoría de los metales activos, poseen

densidades entre 0.7 a 7.9 g/mL, mientras que la

mayoría de los metales pasivos, oscilan entre los

7 a los 20 g/mL.

4. La densidad de referencia es la del agua a 4°C

que tiene un valor de 1.000 g/mL. Objetos con ρ

mayor a la del agua, se unden en ella y menores

a 1, flotan.

V

m ρ

2) Densidad (ρ):

3) Viscosidad Dinámica (μ) y

Cinemática (ѵ):1. La viscosidad se define como la fuerza de

fricción de un fluido a fluir y depende de la

Temperatura, es inversamente proporcional.

2. La Viscosidad dinámica (μ), se define como la

velocidad con la cual un fluido fluye al ser

derramado.

3. La Viscosidad cinemática (ѵ), se define como la

velocidad con la cual se expande un fluido al ser

derramado.

4. Las unidades de μ, son los centi-Poise (cP) que se

derivan de los Poise = g/cm*s. Mientras que lasunidades de ѵ, son los centi-Stokes (cSt).

5. La ѵ puede ser calculada como ѵ = μ/ρ

3) Viscosidad Dinámica (μ) y

Cinemática (ѵ):

4) Difusividad (Đ) :

1. La Difusividad (Đ), se define como la expansión

de la Concentración de un medio a otro ya sea

sólido, líquido o gas y depende de la

Temperatura, es directamente proporcional.

2. El Coeficiente de Difusividad (Đ), tiene las

unidades de m2/s y resulta complejo su cálculo,

pero involucra la concentración final y la inicial.

3. La Difusividad (Đ), es la causante de que existan

intercambios de humedad de un lugar a otro por

medio de la porosidad.

4. La Difusividad (Đ), se utiliza para calcular los Flux

de masa o los intercambios de masa.

4) Difusividad (ĐAB) :

5) Tortuosidad (Ʈ):

1. La Tortuosidad (Ʈ), se define como la relación

que existe entre un camino recto y uno sinuoso o

caótico que tiene que atravesar una partícula y

depende del factor tiempo, así como también de

la temperatura para materiales que se dilatan,

facilitarán el recorrido.

2. Tortuosidad (Ʈ), no tiene unidades, por lo que se

maneja en porcentaje y resulta complejo su

cálculo, pues involucra análisis microscópico y

trazadores de concentración.

3. La Tortuosidad (Ʈ), es la causante de que exista

transporte de aire y humedad por medio de la

porosidad.

5) Tortuosidad (Ʈ), Continuación:

Temperatura:La corrosión tiende a aumentar al elevar la

temperatura ya que ésta posee efectos

secundarios mediante su influencia en la

solubilidad del aire, que es la sustancia más

común que influye en la corrosión.

Velocidad:Un aumento en la velocidad del movimiento

relativo entre una solución corrosiva y una

superficie metálica tiende a acelerar la corrosión,

ocasionando que las sustancias oxidantes

(oxigeno), lleguen a la superficie y a la mayor

rapidez con que los productos de la corrosión

misma, se retiran.

Agentes Oxidantes:Los agentes oxidantes que aceleran la corrosión de

algunos materiales pueden retrasar la corrosión de

otras, mediante la formación en sus superficies de

óxidos o capas de oxigeno absorbidos que los hacen

mas resistentes a los ataques químicos.

Algunos agentes oxidantes enérgicos son:

• Agua Oxigenda

• Nitritos y Nitratos

• Percarbonatos

• Boratos

• Ácido Nítrico y Permanganatos

pH del Medio Ambiente:La velocidad de corrosión de la gran parte de los metales

es afectada por el pH.

En metales solubles en ácido como el hierro, el nivel de pH

medio (aprox. 4 a 10) controla la velocidad de corrosión y

ésta a su vez controla la velocidad de transporte del

oxidante (generalmente oxigeno disuelto) a la superficie

metálica.

A temperaturas altas, la velocidad de corrosión aumenta

con el incremento de la basicidad.

Otros Factores:Existen otros factores además de los antes mencionados

que en sí están contenidos en los antes expuestos.

Aire y humedad (El aire seco es poco agresivo).

Agua

Agua salada

Atmósfera rural (CO2, O2, CO, H2S)

Atmósfera urbana (CO2, O2, SO2, NO2)

Atmósfera industrial (CO2, SO2, NO2, Cl2, F2)

Vapor (H2O a una temperatura entre 200 a 400 ºC)

Otros gases (Como los CFC, NH3, Ácidos Orgánicos, etc.)

Otros Factores Físicos:• Presencia de poros, grietas, esfuerzos internos, estado

superficial, elementos aleantes para los diferentes tipos de

acero.

•Composición y naturaleza de los iones atmosféricos,

concentración de partículas activas, frecuencia de

renovación del electrolito, lluvia, radiación solar, humedad

relativa.

Medidas básicas para

evitar la corrosión:

1. Para evitar lo anterior, las estructuras metálicas deben

de ser protegidas ya sea con pinturas que contengan

plomo, recubrirse con polímeros plásticos o darles un

depósito electroquímico con otros metales como el zinc.

2. Las condiciones ambientales son muy importantes para

el control de corrosión. Bajando la temperatura se

consigue disminuir la velocidad de reacción, por tanto

se disminuye el riesgo de corrosión.

Soluciones prácticas para corrosión Galvánica:

Propuesta de Solución para la

Corrosión por Hendidura:

Metales resistentes a la

Corrosión por Hendidura:

Prevención de la Corrosión

por Erosión:

Prevención de la Erosión por

separación de fases:

Velocidades de Corrosión de

acuerdo a tasas de velocidad

de Agua marina:

Efectos de la Velocidad de

agua de mar en diferentes

Materiales:

Ambientes agresivos:

Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

Protección Catódica con Ánodos de Sacrificio:

Protección catódica :

Protección Anódica :

Conclusiones:La corrosión es un fenómeno de la naturaleza que No se

puede evitar, tan solo controlar. Las opciones de ayuda

para minimizar el problema pueden variar de un medio

a otro, por lo que se debe de tomar en cuenta todos los

factores ambientales posibles que puedan alterar la

estructura del material.

Es necesario tomar en cuenta que No solo se va a tener un

tipo de corrosión, siempre se tiene una mezcla de

ellos, por lo que se tendrán que proponer varias

soluciones para varios problemas e ir controlando

varios al mismo tiempo.

Finalmente las opciones de anodizado y catodizado, aún

falta perfeccionarlas para que sean efectivas.

Referencias

Bibliográficas:1. S. A. “Capítulo II.- Antecedentes históricos de los

metales” (mayo del 2004). Consultado el 11 de

mayo del 2015 de:

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documento

s/lim/villela_e_ij/capitulo2.pdf

2. S. A. “Corrosión, Historia” (mayo del 2008).

Consultado el 11 de mayo del 2015 de:

http://www.etsin.upm.es/sfs/E.T.S.I.%20Navales/Ser

vicio%20de%20Publicaciones/REPOSITORIO%20DE

%20DOCUMENTOS/CUARTO%20CURSO/32-

Corrosión.pdf

Preguntas de

Repaso:

1.- Definir con palabras propias lo que es la Energía de

Oxidación.

R = Es la energía que emplea un metal cuando se

combina con el oxígeno del medio para formar un

óxido metálico.

2.- Si la energía de activación es Positiva, significa que

el material es:

R = Estable.

3.- Si se disminuye la velocidad de un fluido

corrosivo, entonces se minimizará ¿Qué tipo de

Corrosión?

R = La corrosión por Erosión.

Preguntas de

Repaso:4.- Definir con palabras propias lo que es Pasivar un

material, en específico un metal.

R = Es formar una película protectora sobre un metal

con la misma sustancia corrosiva con que se va a

poner en contacto.

5.- ¿En qué unidades se mide la Tortuosidad?:

R = Es adimensional, se maneja porcentaje.

6.- ¿Cuáles son los tipos de Viscosidad que existen y

en que unidades se mide cada una?

R = Sólo hay Viscosidad Dinámica (se mide en centi-

Poise) y la Viscosidad Cinemática (se mide encenti-Stokes).

GRACIAS POR

SU ATENCIÓN