Efecto Del Flujo Turbulento en Corrosion de Soldaduras de Aceros

UNIVERSIDAD VERACRUZANA

INSTITUTO DE INGENIERIA

“EFECTO DEL FLUJO TURBULENTO EN

LA CORROSIÓN DE SOLDADURAS DE ACEROS

DE ALTA RESISTENCIA”

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO

EN INGENIERÍA DE CORROSIÓN

P R E S E N T A:

DAVID CABRERA DE LA CRUZ

DIRECTOR DE TESIS:

DR. RICARDO GALVÁN MARTÍNEZ lll

BOCA DEL RIO, VER. 2013

DMC

Agradecimientos...

A toda mi familia, mis padres, mis tíos, primos y a mi novia, gracias por todo...

Doy también gracias a Dios por estar siempre presente en mi vida.

A mis amigos del posgrado, Milagros, David, Daniel y Edgar, gracias por los momentos tan

buenos que hemos pasado durante estos dos años, por siempre estar apoyándonos y

dándonos ánimos cuando estábamos a punto de tirar la toalla, por todos esos desvelos

juntos y por su amistad, espero que perdure mucho tiempo.

A mi asesor, Dr. Ricardo Galván Martínez. Gracias por enseñarme y hacer de mi un buen

estudiante, gracias por su gran amistad, la confianza y el apoyo que me ha brindado durante

estos años.

A la unidad anticorrosión: Dr. Ricardo Orozco, Dr. Enrique Martínez†, Dr. Ricardo Galván,

Dr. Alejandro Vargas, Dr. José Luis Ramírez y al Dr. Gonzalo Galicia por brindarme los

conocimientos que he obtenido de ustedes.

A la directora del Instituto de Ingeniería la Dra. Estela Montes Carmona por apoyarme

desde la licenciatura y en los últimos momentos de la maestría, gracias por todo.

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT), gracias por la beca brindada

para la realización de mis estudios de maestría.

Al instituto de investigaciones metalúrgicas de la Universidad Michoacana de San Nicolás

de Hidalgo por permitirme realizar parte del presente trabajo de maestría en sus

instalaciones y en especial al Dr. Rubén Torres.

Al instituto de ingeniería de la Universidad Veracruzana por ser mi casa de estudio así

mismo por realizar parte del presente trabajo de maestría.

"El que da, no debe volver a acordarse; pero el que recibe nunca debe olvidar"

David C.

Índice

Unidad Anticorrosión -UV

ÍNDICE PAGINA

CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN

1.1 INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ I

1.2 JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................... III

1.3 OBJETIVOS ....................................................................................................................... IV

1.4 HIPÓTESIS ......................................................................................................................... V

CAPITULO 2. ANTECENDENTES

2.1 Corrosión .............................................................................................................................. 1

2.2 Corrosión Proceso Electroquímico ....................................................................................... 2

2.3 Clasificación de los procesos de corrosión ........................................................................... 3

2.3.1 Clasificación según el medio ............................................................................................. 3

2.3.2 Clasificación según su morfología .................................................................................... 3

2.4 Termodinámica de la corrosión ............................................................................................ 4

2.4.1 Energía libre de Gibbs ....................................................................................................... 4

2.4.2 Potencial de Electrodo: Potencial Estándar ....................................................................... 4

2.4.3 Serie de fuerza electromotriz (FEM) ................................................................................. 4

2.4.4 Electrodos de referencia .................................................................................................... 6

2.4.5 Ecuación de Nernst ............................................................................................................ 7

2.4.6 Diagrama de Pourbaix ....................................................................................................... 7

2.5 Cinética de corrosión ............................................................................................................ 9

2.5.1 Ley de Faraday .................................................................................................................. 9

2.5.2 Densidad de corriente de intercambio ............................................................................. 10

2.5.3 Teoría de potencial mixto ................................................................................................ 10

2.5.4 Polarización y sobrepotencial .......................................................................................... 11

2.5.5 Doble capa electroquímica .............................................................................................. 12

2.6 Técnicas electroquímicas .................................................................................................... 14

2.6.1 Ruido Electroquímico (RE) ............................................................................................. 14

2.6.2 Características del Ruido Electroquímico ....................................................................... 15

2.6.3 Efecto del área en las mediciones de RE ......................................................................... 15

2.6.4 Fuentes del Ruido Electroquímico .................................................................................. 16

2.6.5 Métodos de análisis del Ruido Electroquímico ............................................................... 16

2.6.5.1 Series del tiempo .......................................................................................................... 17

2.6.5.2 Métodos estadísticos ..................................................................................................... 18

2.6.5.3 Dominio de la frecuencia ............................................................................................. 21

2.6.6 Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIE) ..................................................... 24

2.7 Electrodo Cilíndrico Rotatorio (ECR) ................................................................................ 25

2.7.1 Relaciones empíricas para la transferencia de masa en el flujo turbulento ..................... 27

Índice


2.7.2 Uso del ECR en los estudios de la corrosión ................................................................... 31

2.8 Aceros API 5L .................................................................................................................... 32

2.8.1 Aceros API 5L – X60 ...................................................................................................... 32

2.8.2 Acero API 5L – X70 ........................................................................................................ 33

2.8.3 Proceso de soldadura por arco sumergido (SAW)........................................................... 34

2.8.4 Metalurgia de los aceros API y de sus soldaduras........................................................... 35

2.8.5 Características de la unión soldada .................................................................................. 36

2.8.6 Corrosión en soldaduras de aceros al carbono ................................................................ 37

CAPITULO 3. METODOLOGIA

3.1 Materiales y equipo ............................................................................................................ 40

3.2 Maquinado de las muestras de acero API 5L X60 y X70 .................................................. 41

3.3 Evaluación electroquímica mediante las técnicas de RE y EIE. ........................................ 43

CAPITULO 4. RESULTADOS Y ANALISIS

4.1 Presentación de resultados de la técnica de RE en condiciones estáticas y de flujo

turbulento del acero X60 MB ............................................................................................... 45

4.1.1 Pruebas electroquímicas del acero API X60 metal base (X60 MB) inmerso en agua de

mar sintética bajo condiciones estáticas y dinámicas. .......................................................... 45

4.1.2 Ecorr .................................................................................................................................. 45

4.1.3 Análisis de transientes (E y i) .......................................................................................... 46

4.1.4 Índice de localización IL ................................................................................................. 50

4.1.5 Rn ..................................................................................................................................... 50

4.1.6 Zn ..................................................................................................................................... 51


turbulento del acero X60 US ................................................................................................ 53

4.2.1 Pruebas electroquímicas del acero API X60 unión soldada (X60 US) inmerso en agua de


4.2.2 Ecorr .................................................................................................................................. 53


4.2.4 IL ..................................................................................................................................... 58

4.2.5 Rn ..................................................................................................................................... 58

4.2.6 Zn ..................................................................................................................................... 59


turbulento del acero X70 MB ............................................................................................... 61

4.3.1 Pruebas electroquímicas del acero API X70 metal base (X70 MB) inmerso en agua de


4.3.2 Ecorr .................................................................................................................................. 61

4.3.3 Análisis de transientes (E y i) .......................................................................... 62, 1, 3, 6, 8

Índice


4.3.4 IL ..................................................................................................................................... 66

4.3.5 Rn ..................................................................................................................................... 66

4.3.6 Zn ..................................................................................................................................... 67


turbulento del acero X70US ................................................................................................. 69

4.4.1 Pruebas electroquímicas del acero API X70 unión soldada (X70 US) inmerso en agua de


4.4.2 Ecorr .................................................................................................................................. 69


4.4.4 IL ..................................................................................................................................... 74

4.4.5 Rn ..................................................................................................................................... 74

4.4.6 Zn ..................................................................................................................................... 75

4.5 Vcorr obtenida por Rn del acero X60MB y X60US.............................................................. 77

4.6 Vcorr obtenida por Rn del acero X70MB y X70US.............................................................. 81

4.7 Vcorr obtenida por Rn del acero X60MB y X70MB ............................................................ 85

4.8 Análisis superficial de las muestras de acero API 5L X60 Y X70 ..................................... 89

4.9 Análisis de resultados de los valores obtenidos de la técnica electroquímica de RE ....... 101

4.10 Discusión de resultados .................................................................................................. 104

CAPITULO 5. CONCLUSIONES.......................................................................................106

BIBLIOGRAFIA

ANEXO:

Anexo A: Resultados de RE obtenidos de la prueba 2

Índice


ÍNDICE DE TABLAS PAGINA

Tabla 1. Serie de fuerza electromotriz ........................................................................................ 5

Tabla 2. Correlación entre el índice de picaduras (PI) y el tipo de corrosión ......................... 21

Tabla 3. Composición química del acero API 5L – X60.......................................................... 33

Tabla 4. Composición química del acero API 5L – X70.......................................................... 34

Tabla 5. Composición química del agua de mar sintética ........................................................ 41

Tabla 6. IL obtenidos a partir de la técnica de RE en sus diferentes velocidades de flujo y en

condiciones estáticas del acero X60 MB .............................................................................. 50


condiciones estáticas del acero X60 US ............................................................................... 58


condiciones estáticas del acero X70 MB .............................................................................. 66


condiciones estáticas del acero X70 US ............................................................................... 74


condiciones estáticas del acero X60 MB y US ................................................................... 103


condiciones estáticas del acero X60 MB y US ................................................................... 104

ÍNDICE DE FIGURAS PAGINA

Figura 1. Corrosión, inverso de la Metalurgia ............................................................................ 1

Figura 2. Celda Electroquímica .................................................................................................. 2

Figura 3. Diagrama de Pourbaix para el fierro ........................................................................... 8

Figura 4. Doble capa electroquímica ........................................................................................ 12

Figura 5. Sesgo de una distribución ......................................................................................... 19

Figura 6. Kurtosis de una distribución ..................................................................................... 20

Figura 7. Aspecto del ruido en corriente producido por un fenómeno aleatorio que se describe

mediante el modelo de Poisson ............................................................................................. 23

Figura 8. Sistema de Electrodo Cilíndrico Rotatorio (ECR) .................................................... 26

Figura 9. Representación esquemática del Electrodo Cilíndrico Rotatorio.............................. 26

Figura 10. Ilustracion del flujo laminar en un conducto circular ............................................. 27

Figura 103. Ecorr con respecto a la velocidad de flujo (RPM) de las muestras de acero X60 y

X70MB y X60 y X70US inmersos en agua de mar sintética ............................................... 12

Figura 104. Vcorr con respecto a la velocidad de flujo (RPM) de las muestras de acero X60 y

X70MB y X60 y X70US inmersos en agua de mar sintética ............................................... 11

Figura 11. Proceso de soldadura por arco sumergido SAW ..................................................... 34

Figura 12. Diagrama de fases Fe-Fe3C ..................................................................................... 35

Figura 13. Microestructura del metal depositado en una soldadura de arco sumergido .......... 36

Índice


Figura 14. Corrosión preferencial en la ZAC de una soldadura de acero al carbono en un

ambiente acuoso .................................................................................................................... 38

Figura 15. Obtención de las muestras de trabajo del acero X60 para el estudio de la corrosión

mediante técnicas electroquímicas ........................................................................................ 41


mediante técnicas electroquímicas ........................................................................................ 42

Figura 17. Electrodo de trabajo para condiciones de flujo turbulento y estático .................... 42

Figura 18. Arreglo experimental utilizado en mediciones de ruido electroquímico, bajo

condiciones de flujo .............................................................................................................. 43

Figura 19. Arreglo experimental de la medición de Impedancia, usando un sistema de tres... 44

Figura 20.Reproducibilidad del Ecorr en función del tiempo de exposición de la muestra de

acero API X60 MB inmerso en agua de mar sintética en condiciones estáticas y de flujo

turbulento .............................................................................................................................. 46

Figura 21. Mediciones de RE en las series de tiempo del acero X60MB en agua de mar

sintética en condiciones estáticas .......................................................................................... 47


sintética a 1000 RPM ............................................................................................................ 47

Figura 23. Análisis de RE en las series de tiempo del acero X60 MB en agua de mar sintética

a 2000 RPM .......................................................................................................................... 48


a 3000 RPM .......................................................................................................................... 48


a 5000 RPM .......................................................................................................................... 49

Figura 26. Vcorr del acero X60 MB a diferentes velocidades de rotación y en condiciones

estáticas inmerso en agua de mar sintética ........................................................................... 51

Figura 27. Comparación de los espectros de impedancia obtenidos a partir de EIE y Zn del

acero X60 MB, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24), en condiciones

estáticas (0 RPM) y 1000 RPM ............................................................................................ 52


acero X60 MB, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24). 2000 y 3000 RPM.

.............................................................................................................................................. 52


acero X60 MB, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24). 5000 RPM ......... 52


acero API X60 US inmerso en agua de mar sintética en condiciones estáticas y de flujo

turbulento .............................................................................................................................. 54

Figura 31. Mediciones de RE en las series de tiempo del acero X60 US en agua de mar



sintética a 1000 RPM ............................................................................................................ 55

Índice



sintética a 2000 RPM ............................................................................................................ 56


sintética a 3000 RPM ............................................................................................................ 56


sintética a 5000 RPM ............................................................................................................ 57

Figura 36. Vcorr del acero X60 US a diferentes velocidades de rotación y en condiciones



acero X60 US, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24), en condiciones



acero X60 US, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24). 2000 y 3000 RPM.

.............................................................................................................................................. 60




acero API X70 MB inmerso en agua de mar sintética en condiciones estáticas y de flujo

turbulento .............................................................................................................................. 62




sintética a 1000 RPM ............................................................................................................ 63

Figura 43. Análisis de RE en las series de tiempo de la muestras de acero X70 MB en agua de

mar sintética a 2000 RPM ..................................................................................................... 64






sintética en condiciones estáticas ................................................................................ 1, 3, 6, 8


sintética a 1000 RPM ........................................................................ 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10






Índice




.............................................................................................................................................. 68




acero API X70 US inmerso en agua de mar sintética en condiciones estáticas y de flujo

turbulento .............................................................................................................................. 70




sintética a 1000 RPM ............................................................................................................ 71

Figura 53. Análisis de RE en las series de tiempo de la muestras de acero X70 US en agua de













.............................................................................................................................................. 76


acero X70 US, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24), en condiciones de

flujo turbulento (5000 RPM) ................................................................................................ 76

Figura 60. Comparación de la Vcorr de las muestras de acero X60MB y X60US inmersos en

agua de mar sintética en condiciones estáticas. .................................................................... 77


agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM) ................................ 78



Figura 63. Comparación de la Vcorr de las muestras de acero X60MB y X60CS inmersos en



agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (5000 RPM). ............................... 79

Índice



agua de mar sintética en condiciones estáticas ..................................................................... 81








agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (5000 RPM). ............................... 84

Figura 70. Comparación de la Vcorr de las muestras de acero X60MB y X70MB inmersos en

agua de mar sintética en condiciones estáticas ..................................................................... 85









Figura 75. Morfología del ataque corrosivo del acero API X60 metal base inmerso en agua de

mar sintética en condiciones estáticas................................................................................... 89


mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM) ............................................. 90







Figura 80. Morfología del ataque corrosivo del acero API X60 unión soldada inmerso en agua

de mar sintética en condiciones estáticas .............................................................................. 92


de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM) ........................................ 93







Índice



mar sintética en condiciones estáticas................................................................................... 95










de mar sintética en condiciones estáticas .............................................................................. 98

Figura 91. Morfología del ataque corrosivo del acero API X70 cordón de soldadura inmerso

en agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM) ........................... 98






de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (5000 RPM). ..................................... 100


X70MB y X60 y X70US inmersos en agua de mar sintética ............................................. 101


X70MB y X60 y X70US inmersos en agua de mar sintética ............................................. 102

Lista de abreviaturas y de símbolos


LISTA DE ABREVIATURAS Y SÍMBOLOS

SÍMBOLO DESCRIPCIÓN UNIDADES

AR Modelo autoregresivo

A* Área superficial cm2

A Constante en el perfil universal de velocidad adimensional

a Constante de ecuación de Tafel V

B Constante de Stern-Geary V

b Pendiente de Tafel V/decada

ba Pendiente de Tafel anódica V/decada

bc Pendiente de Tafel catódica V/decada

C Capacitancia F

Cdc Capacitancia de la doble capa F

Cdp Capacitancia de la película F

dECR Diámetro del ECR m

DTF Transformada discreta de Fourier

ECR Electrodo cilindro rotatorio

E Potencial mV

E° Potencial Estándar mV

Ecorr Potencial de Corrosión mV

FFT Transformada rápida de Fourier

F Constante de Faraday C/mol

G Energía libre de Gibbs J/mol

H Entalpia

H+ Ion hidrogeno

IL

i Densidad de corriente mA/cm2

icorr Densidad de corriente de corrosión A/cm2

io Densidad de corriente de intercambio io

ilim Densidad de corriente limite A/cm2

IRMS Raíz cuadrada media de la corriente A

MB Metal base

MEM Método de máxima entropía

Lista de abreviaturas y de símbolos


PSD Densidad de potencia espectral

Rp Resistencia a la polarización

RE Ruido electroquímico

Rn Resistencia del ruido electroquímico Ω/cm2

Rtc Resistencia a la transferencia de carga Ω/cm2

Re Numero de Reynolds

SC Numero de Schmidt adimencional

Sh Numero deSherwood adimensional

t Tiempo s

T Temperatura °C

US Unión soldada

V Componente de la velocidad del flujo en dirección m/s

Vcorr Velocidad de Corrosión mm/año

Zr Impedancia real Ω/cm2

Zi Impedancia imaginaria Ω/cm2

|Z| Modulo de impedancia Ω/cm2

ZAC Zona afectada por el calor

α Coeficiente de simetria adimensional

βa Coeficiente de Tafel anodico V

βc Coeficiente de Tafel catodico V

Cambio de la energia libre J/mol

Sobrepotencial o Polarización V

µ Viscosidad Kg/ms

ѵ Viscosidad cinematica m2/s

Angulo de fase grados

Velocidad de rotacion del ECR rad/seg

Densidad g/ml, g/cm3

Densidad de potencia espectral del potencial

Densidad de potencia espectral de la corriente

Resumen


RESUMEN

En el presente trabajo de investigación se estudió el efecto que tiene el flujo turbulento sobre

la cinética de corrosión del cordón de soldadura y metal base de aceros de alta resistencia y

bajo carbono (aceros API 5L X60 y X70) inmersos en agua de mar sintética (norma ASTM

especificación D-1141) en condiciones de flujo turbulento.

En la evaluación electroquímica de los aceros API X60 y X70 se utilizó la técnica de ruido

electroquímico (RE). Estas mediciones fueron realizadas a diferentes velocidades de flujo

turbulento en diferentes intervalos de tiempo durante 24 horas. Para controlar las condiciones

hidrodinámicas del sistema en el laboratorio se utilizaron Electrodos Cilíndricos Rotatorios

(ECR). Una vez ensayados los electrodos de trabajo se realizó un análisis superficial para

caracterizar la película de productos de corrosión y la morfología de la corrosión mediante

microscopia electrónica de barrido (MEB).

En general se comprobó que el incremento de la velocidad de rotación de los electrodos

aumenta la velocidad de corrosión (Vcorr). Además, en el análisis superficial se pudo observar

que el tipo de corrosión de los aceros en estudio, es del tipo de corrosión localizada. Esto fue

comprobado mediante las micrografías obtenidas por la técnica de microscopia electrónica de

barrido y las series de tiempo obtenidas por ruido electroquímico.

Abstract


ABSTRACT

In the present research was studied the effect of turbulent flow on the kinetics of corrosion of

the weld metal and base of high-strength steels and low carbon (API 5L X60 steels and X70)

immersed in synthetic seawater (ASTM specification D-1141) under conditions of turbulent

flow.

The electrochemical evaluation of API X60 and X70 steels technique was used

electrochemical noise (EN). These measurements were performed at different speeds of

turbulent flow at different time intervals during 24 hours. To control the hydrodynamic

conditions in the laboratory system used rotary cylindrical electrodes (RCE). Once targeted

the working electrodes surface analysis was performed to characterize the corrosion product

film and the corrosion morphology by scanning electron microscopy (SEM).

In general it was found that increasing the rotational speed of the electrodes increases the

corrosion rate (Vcorr). Furthermore, in the surface analysis it was observed that the rate of

corrosion of the steel under consideration is the type of localized corrosion. This was proven

by the technique micrographs obtained by scanning electron microscopy and the time series

obtained by electrochemical noise.

CAPITULO 1

INTRODUCCIÓN, JUSTIFICACIÓN,

OBJETIVOS E HIPÓTESIS

La mayoría de las ideas fundamentales de la ciencia son

esencialmente sencillas y, por regla general pueden ser

expresadas en un lenguaje comprensible para todos.

Albert Einstein

CAPITULO 1. Introducción, justificación, objetivos e hipótesis

Unidad Anticorrosión - UV I

1.1 INTRODUCCIÓN

El trabajo que se presenta bajo el título “Efecto del flujo turbulento en la corrosión de

soldaduras de aceros de alta resistencia” ha sido desarrollado en el Instituto de Ingeniería en la

Unidad Anticorrosión (Universidad Veracruzana) y en el Instituto de Investigaciones

Metalúrgicas (Universidad de San Nicolás de Hidalgo, Morelia).

La corrosión es definida como la destrucción o deterioro del material debido a su reacción con

el medio ambiente [1]. Esta definición de la corrosión lleva a la pregunta: ¿Por qué los metales

se corroen? La respuesta está en el campo de la termodinámica, la cual predice cuando una

reacción puede suceder o no. Una segunda pregunta lógica es ¿Cuál es la velocidad de

corrosión o el tiempo de vida útil que tendrá un material metálico o de aleación? La cinética

de corrosión puede ayudar a proporcionar una respuesta a esta pregunta [2]. Para estudiar la

corrosión de un metal se necesita conocer la estructura del metal, su composición química, el

medio corrosivo y el conocimiento electroquímico de las fases que han de seguir los átomos

metálicos en su paso de la estructura metálica al medio corrosivo [3]. La corrosión de

estructuras de acero en contacto con medios electrolíticos que contienen sales minerales es un

fenómeno de gran importancia debido a que la transportación de hidrocarburos a través de

ductos es una parte primordial en la industria petrolera. Los ductos transportan de manera

segura materia prima para refinerías, así como los productos obtenidos de éstas a los mercados

de consumo. Sin embargo, las fallas ocurridas en estos componentes han proporcionado el

aumento de su estudio e investigación, debido a que prácticamente toda la producción

petrolera de México se transporta mediante una extensa red de ductos [4,5].

Los aceros de los cuales están fabricados la mayor parte de los ductos de transporte de

hidrocarburos en territorio mexicano, son aceros bajo carbono fabricados de acuerdo a la

especificación de la API 5L [6]. Estos ductos que transportan hidrocarburos y los recipientes a

presión para el procesamiento de hidrocarburos se fabrican de acero uniendo placas mediante

procesos de soldadura como la soldadura eléctrica por arco sumergido, soldadura eléctrica por

resistencia y soldadura automática al arco en atmosfera inerte, donde la soldadura puede ser

longitudinal o helicoidal realizándose siempre a máquina. Las características generales de los

tubos, así como las de los elementos y piezas especiales que se utilicen en la instalación,

deben corresponder a las especificaciones de la norma API especificación 5L [7].

En la actualidad uno de los mayores retos es el control de la corrosión en la pared interna y

externa de ductos, antes que nada hay que tener presente las zonas más propensas a la

corrosión, ya sea por el tipo de servicio, tipo de componente, el medio en el que está expuesto

o por experiencia que se tenga del proceso. De este modo en corrosión se estudia la velocidad

con que se deterioran los metales y las formas en que dicha velocidad puede ser controlada. La

velocidad a la que tiene lugar este proceso dependerá en alguna medida de la temperatura, la

salinidad del fluido en contacto con el metal, las propiedades de los metales en cuestión y de

la velocidad de flujo. Uno de los grandes retos en el seguimiento de la corrosión es tener la


Unidad Anticorrosión - UV II

habilidad para tener resultados precisos y de forma acelerada, que permitan extrapolar los

resultados obtenidos en el laboratorio con los procesos reales. Este proceso puede ser llevado

a cabo mediante técnicas electroquímicas destructivas y no destructivas que permitan

determinar la velocidad de corrosión (Vcorr) de un metal o aleación inmersa en un medio

corrosivo. Dentro de estas técnicas destructivas (de naturaleza acelerada) podemos mencionar

a las Curvas de Polarización (Cp), y pruebas no destructivas (de naturaleza no acelerada) es

posible mencionar a la técnica de Ruido Electroquímico (RE), ya que se desarrolla sin

perturbar al sistema debido a que no hay aplicación de voltaje [8].

La corrosión bajo condiciones de flujo turbulento depende de muchos parámetros, entre los

cuales se puede mencionar la temperatura, geometría del electrodo, velocidad de flujo, el

medio electrolítico, etc. Además, trabajos de investigación relacionados con este tema

muestran que el mecanismo de corrosión está relacionado con la difusión o transferencia de

masa, siendo una técnica nueva ya que se tiene poca información respecto a estudios de

corrosión en condiciones de flujo turbulento. La corrosión bajo condiciones de flujo

turbulento e influenciado por un proceso de transferencia de masa ha provocado la

introducción de un análisis mediante números adimensionales. Entre los números

adimensionales mas utilizados en este sistema, se pueden mencionar el número de Reynolds,

que define el tipo de flujo existente en el sistema, el número de Sherwood, que define la

velocidad de transferencia de masa y el número de Schmidt, que define las propiedades del

transporte de masa del fluido [9,10].

Utilizando la técnica de Ruido Electroquímico se llevará a cabo un análisis del

comportamiento de las soldaduras de acero de alta resistencia y bajo carbono (X60 y X70),

donde dichas soldaduras se produjeron utilizando el método de soldadura de arco sumergido

[11]. Para simular las condiciones de flujo se utilizará un sistema de Electrodo Cilíndrico

Rotatorio (ECR), el cual ha sido utilizado como un sistema de evaluación hidrodinámico y ha

tenido gran aceptación en el estudio de los fenómenos de corrosión bajo condiciones de flujo

turbulento [12,13]. Esta aceptación es debido a sus características, entre las cuales se pueden

mencionar: propiedades de transferencia de masa definidos, operación en condiciones de flujo

turbulento, cantidad de medio corrosivo pequeña, etc. Para un ECR ubicado dentro de una

celda concéntrica, la transición entre flujo laminar y flujo turbulento ocurre a un número de

Reynolds de 200 (38 RPM aprox.), esto para un cilindro de 0.01m de diametro inmerso en un

fluido de ν=110-6

m2/s (agua pura) [14].

Por último, mediante esta investigación, se ha pretendido profundizar en el estudio del

fenómeno de corrosión de las soldaduras de aceros de alta resistencia y bajo carbono en

condiciones estáticas y de flujo turbulento. No solo se ha procurado aportar datos

experimentales, sino que también se ha considerado imprescindible ahondar en los métodos,

procedimientos e investigaciones relacionadas con las técnicas electroquímicas utilizadas. De

esta forma, la investigación bibliográfica facilita la comprensión y justificación de los

resultados obtenidos.


Unidad Anticorrosión - UV III

1.2 JUSTIFICACIÓN

Actualmente se ha incrementado la demanda de aceros con alta resistencia mecánica y

resistencia al gas amargo para la construcción de ductos que transportan hidrocarburos como

los API 5L X60 y X70. Este es el caso del acero API X70 que ha sido de mayor aceptación

por su composición química ya que responde bien al proceso de laminación en caliente, junto

con el procedimiento de enfriamiento acelerado para alcanzar el límite de fluencia y la

tenacidad que requieren las tuberías de aceros de 36 pulgadas (0.914m) de diámetro en la

industria petrolera [15,16].

Las tuberías para la extracción de petróleo pueden estar sometidos a esfuerzos y a condiciones

de flujo turbulento, acompañada por la agresividad del medio ambiente. Estas condiciones a

las cuales están expuestas, nos impulsan a investigar los posibles defectos que puedan inducir

un fallo en las estructuras, que como ha sido demostrado se encuentran fundamentalmente

localizadas en la zona afectada por el calor (ZAC), región que abarca varios milímetros desde

la línea de fusión de la soldadura. Los cambios microestructurales que en esta región se

producen, son debidos a la energía calorífica aportada por la soldadura, y cuyo ciclo térmico

genera productos de transformación, que dependen fundamentalmente de la temperatura

alcanzada, velocidad de enfriamiento y composición química del metal base. En México se ha

publicado muy poca información referente a los costos causados por el deterioro de este tipo

de aceros, por lo tanto es de suma importancia encontrar la forma de contrarrestar los daños

ocurridos por corrosión mediante el estudio de este fenómeno, buscando encontrar soluciones

prácticas y eficientes que disminuyan los costos del efecto destructivo de la corrosión.

Es por ello que la investigación se realizará con el fin de aportar información técnico-

científica del daño producido por corrosión en las soldaduras de aceros de alta resistencia y

bajo carbono (X60 y X70) en agua de mar sintética de acuerdo a la norma ASTM D-1141, en

condiciones de flujo turbulento debido a que es un método nuevo y hay poca información

respecto al efecto del flujo turbulento en la cinética de corrosión de los materiales metálicos.

Es importante mencionar que en el estudio del fenómeno de corrosión de los aceros X60 y

X70, se utilizará la técnica de ruido electroquímico (RE) que actualmente ha tenido mucha

demanda en los estudios realizados de corrosión, esto debido principalmente a que aunado a

que proporciona información cinética del sistema en estudio, también es utilizada en el estudio

de procesos de corrosión localizada.

La técnica de ruido electroquímico, permitirá tener información acerca de la cinética de

corrosión, esto quiere decir, la velocidad de corrosión ocasionada por el flujo turbulento en la

superficie de las muestras; siendo posible la identificación del tipo de corrosión ya sea:

uniforme, mixta o localizada y se justificará mediante el análisis superficial y la morfología

del acero mediante microscopia electrónica de barrido.


Unidad Anticorrosión - UV IV

1.3 OBJETIVOS

Objetivo general.

Estudiar el efecto del flujo turbulento en la corrosión de soldaduras de aceros de alta

resistencia y bajo carbono (X60 y X70) inmersos en agua de mar sintética a diferentes

velocidades de flujo turbulento, presión atmosférica y temperatura ambiente, mediante la

aplicación de la técnica de Ruido Electroquímico (RE).

Objetivos específicos.

Determinar la influencia del flujo turbulento en la velocidad de corrosión de las

soldaduras de los aceros X60 y X70 inmersos en agua de mar sintética a presión

atmosférica y temperatura ambiente.

Determinar mediante microscopia electrónica de barrido la morfología de los

productos de corrosión de los aceros X60 y X70 después de estar expuestas en las

condiciones de estudio.

Aportar información cinética de importancia en el campo de estudio de la corrosión

producida por el agua de mar en condiciones de flujo turbulento y estáticas.

Realizar un estudio electroquímico del fenómeno de corrosión de los aceros X60 y

X70 inmersos en agua de mar sintética a condiciones estáticas, presión atmosférica y

temperatura ambiente, mediante la aplicación de la técnica de Ruido Electroquímico.

Realizar un estudio electroquímico del fenómeno de corrosión de la unión soldada de

los aceros X60 y X70 inmersos en agua de mar sintética a condiciones de flujo

turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM), presión atmosférica y temperatura

ambiente, mediante la aplicación de la técnica de Ruido Electroquímico.


Unidad Anticorrosión - UV V

1.4 HIPÓTESIS

CON LA APLICACIÓN DE LA TÉCNICA DE RUIDO ELECTROQUÍMICO (RE) ES

POSIBLE DETERMINAR LA CINÉTICA DE CORROSIÓN QUE OCURRE EN LAS

SOLDADURAS DE ACEROS DE ALTA RESISTENCIA Y BAJO CARBONO EN

CONDICIONES DE FLUJO TURBULENTO INMERSOS EN AGUA DE MAR

SINTÉTICA.

CAPITULO 2

ANTECEDENTES

No es posible describir el proceso del movimiento del agua a

no ser que se defina primero qué es la gravitación y cómo se

origina y cesa.

Leonardo da Vinci

CAPITULO 2. Corrosión

Unidad Anticorrosión - UV 1

2.1 Corrosión

La mayoría de la gente está familiarizada con la corrosión de una forma u otra, en particular la

oxidación de una placa de hierro, la degradación de pilotes de acero o embarcaciones y

accesorios de embarcaciones. Las tuberías son otro tipo importante de materiales sujetos a la

corrosión. Esto incluye las tuberías de agua en el hogar, donde la corrosión ataca sobre todo

desde el interior, así como tuberías de agua subterránea, gas y oleoductos.

Por lo tanto, parece seguro decir que casi todo el mundo está familiarizado con la corrosión,

que se define en términos generales como la degradación o destrucción de un metal, esta

degradación o destrucción se debe al resultado de las interacciones entre el metal y el medio

que lo rodea bajo condiciones de exposición determinadas [17,18,19]. En el estudio de la

corrosión, no solo es importante investigar la tendencia a la corrosión de los diferentes

materiales en diferentes ambientes, también se debe tomar en cuenta la velocidad del proceso,

para poder determinar la vida media del material en cada ambiente [20]. La corrosión de los

metales podría ser considerada como la metalurgia extractiva en sentido inverso como se

ilustra en la figura. 1. La metalurgia extractiva se ocupa principalmente de la extracción del

metal de la mena y el refinado del metal o aleación para su uso [19].

Características

Óxidos de hierro

Procesos que incorporan

energía para obtener el

metal

Producto final inestable

Exposición a la atmosfera,

tierra y agua

Óxidos de hierro + energía

cedida

Figura 1. Corrosión, inverso de la Metalurgia

Placas Tubo

Mineral de hierro

(Oxido de hierro)

Mina

Transformación del acero en las

refinerías, para diferentes

aplicaciones en la industria

Uso: Automóviles,

Techos, Tren, etc.

Tubería

enterrada

Oxido de hierro hidratado

Forma natural



Diferencia de potencial

Conductor metálico

Cátodo Ánodo

Solución conductora

2.2 Corrosión Proceso Electroquímico

La definición más aceptada entiende por corrosión electroquímica “el paso de electrones e

iones de una fase a otra limítrofe constituyendo un fenómeno electródico, es decir,

transformaciones de materiales con la cooperación fundamental, activa o pasiva, de un campo

eléctrico macroscópico, entendiéndose por macroscópico aquel campo eléctrico que tiene

dimensiones superiores a las atómicas en dos direcciones del espacio”. Una celda

electroquímica o celda de corrosión es una celda o pila galvánica en la cual las reacciones

electroquímicas que tienen lugar conducen a la corrosión [21].

La corrosión es un proceso espontáneo en la que es posible identificar cuatro elementos

básicos:

a) zona anódica, donde se lleva a cabo la corrosión y en la cual se liberan electrones como

consecuencia del paso del metal en forma de iones al electrolito.

b) zona catódica, en la que los electrones producidos en el ánodo se combinan con

determinados iones presentes en el electrolito.

c) electrolito, que es donde el metal se encuentra sumergido, enterrado o expuesto al agua de

condensación de la atmósfera (humedad relativa mínima de 70%) [22].

d) Un conductor metálico.

Así, para estudiar el proceso de corrosión debe tomarse en cuenta que éste ocurre al formarse

una pila o celda de corrosión, que se compone de un ánodo, un cátodo, un conductor metálico,

una solución conductora y una diferencia de potencial entre los electrodos como se ilustra en

la Figura 2.

Figura 2. Celda Electroquímica



2.3 Clasificación de los procesos de corrosión

Para su estudio los procesos de corrosión pueden ser clasificados según el medio en el que se

desarrollan o según su morfología. Una posible clasificación es la siguiente:

2.3.1 Clasificación según el medio

Corrosión química: Se estudian bajo esta denominación todos aquellos casos en que el metal

reacciona con un medio no iónico (por ejemplo, oxidación en aire a alta temperatura, etc.).

Corrosión electroquímica: Considerados desde el punto de vista de la participación de iones

metálicos, todos los procesos de corrosión son electroquímicos. Es usual designar la corrosión

electroquímica a la que implica un transporte simultáneo de electricidad a través de un

electrolito. A este importante grupo pertenecen la corrosión en soluciones salinas y agua de

mar, la corrosión atmosférica, la corrosión de suelos, etc. [23].

2.3.2 Clasificación según su morfología

La clasificación según el medio es útil cuando se estudian los mecanismos de ataque; sin

embargo, si se quiere evaluar los daños producidos por la corrosión, resulta muy conveniente

la clasificación según su morfología:

Corrosión Uniforme

El ataque se extiende en forma homogénea sobre toda la superficie metálica, y su penetración

media es igual en todos los puntos. Un ataque de este tipo permite calcular fácilmente la vida

útil de los materiales expuestos a él.

Corrosión Localizada

Debido a su naturaleza recurrente, los procesos de corrosión localizada a menudo causan los

principales problemas prácticos que afectan el desempeño de los materiales metálicos

tecnológicamente importantes, y entre los tipos de corrosión localizada podemos encontrar

[24]:

Corrosión galvánica

Corrosión por picadura

Corrosión hendidura

Corrosión por esfuerzo

Corrosión intergranular

Corrosión cavitación

Corrosión erosión

CAPITULO 2. Termodinámica de la corrosión


2.4 Termodinámica de la corrosión

La Termodinámica predice cuando una reacción puede suceder o no, y cuando la corrosión es

posible. La termodinámica no puede predecir la velocidad a la cual sucederá la corrosión.

2.4.1 Energía libre de Gibbs

El estudio de los cambios de energía (termodinámica) proporciona una herramienta útil para el

entendimiento del fenómeno de corrosión. El cambio de energía libre (ΔG) asociado a una

reacción electroquímica está dada por:

Reacción Catódica (1)

Reacción Anódica (2)

donde, n es el numero de electrones intercambiados en la reacción, F es la constante de

Faraday y E es la fuerza impulsora o diferencia de potencial para que se lleve a cabo la

reacción electroquímica. Entonces, se dice que, desde el punto de vista termodinámico, si ΔG

˂ 0 la reacción tiende a ser espontanea, si ΔG > 0 la reacción no será espontanea y si ΔG = 0 la

reacción esta en equilibrio [25].

2.4.2 Potencial de electrodo: Potencial estándar

La medida directa de la diferencia de potencial entre el metal y la solución es

experimentalmente impracticable. En cambio resulta factible formar una pila con dos

electrodos y medir la diferencia de potencial entre ambos.

Es necesario destacar que, a pesar de su nombre, un potencial de electrodo es de hecho el

potencial de una celda electroquímica que contiene un electrodo de referencia cuidadosamente

definido. Los potenciales de electrodo podrían llamarse correctamente potenciales de

electrodo relativos, pero esto se hace muy rara vez. Se debe tener en cuenta que este potencial

de media celda puede ser positivo o negativo dependiendo de la energía de los electrones del

electrodo en estudio. Por consiguiente, cuando esta energía es mayor que la del electrodo

estándar de hidrogeno, el potencial del electrodo es negativo; cuando la energía de los

electrones del electrodo en cuestión es menor que la del electrodo estándar de hidrógeno, el

potencial es positivo [26].

(3)

2.4.3 Serie de fuerza electromotriz (FEM)

Para poner una base cuantitativa, se constituye el diseño de una escala en donde los diversos

metales se colocan en soluciones que contienen sus mismas sales, para iguales condiciones de

temperatura, presión y concentración de los electrolitos. Cada metal se observa en una

reacción electroquímica en equilibrio, en una solución de sus propios iones a una



concentración de un mol de ion por litro de solución, 25°C y una presión atmosférica estándar.

No es posible medir el valor absoluto del potencial de cualquier interfase metal-solución, ya

que para esto se requiere cerrar el circuito eléctrico de medición, con lo que se introduce así

una segunda interfase cuyo potencial absoluto también se desconoce; por lo tanto, se

selecciona una interfase como patrón de referencia contra la cual se puedan medir los demás

potenciales de electrodo. Para esto se seleccionó la reacción de equilibrio de hidrógeno:

(4)

A dicha reacción de equilibrio de hidrógeno se le denomina electrodo estándar de hidrógeno y

se le asigna el valor de cero (ecuación 3), como se muestra en la tabla 1.

Tabla 1. Serie de fuerza electromotriz

Reacción Eo (V vs ESH)

Au3+

+ 3e- = Au +1.498

Pt2+

+ 3e- = Pt +1.118

Fe3+

+ e- = Fe

2+ +0.771

O2 + 2H2O + 4e- = 4OH

- (pH7) +0.82

Cu2+

+ 2e- = Cu +0.342

2H+ + 2e

- = H2 0.000

2H2O + 2e- = H2 + 2OH

- (pH7) -0.413

Fe2+

+ 2e- = Fe -0.447

Zn2+

+ 2e- = Zn -0.762

Al3+

+ 3e- = Al -1.662

Mg2+

+ 2e- = Mg -2.372

Na+ + e

- = Na -2.71

Considerando una reacción electroquímica, en la cual un ión con carga eléctrica en solución

(Mn+

), consume un número n de electrones (e-) y se reduce a una especie M, se tiene:

Mn+

+ ne- M (5)



Esta reacción que representa una sola reacción de reducción se denomina “media celda”. La

serie FEM, es una escala o lista de medias celdas (metales en equilibrio con sus iones). El

potencial simple de cualquier metal se ha determinado al conectarse a un electrodo estándar de

hidrógeno y midiéndose el potencial de celda resultante.

Cuanto más negativo sea el valor del potencial, mayor será la tendencia a corroerse. Se puede

decir que todos los metales que se encuentren por debajo de la reacción del hidrogeno se

disuelven siempre que estén en contacto con un medio que contenga H+, tal como el agua o las

soluciones acidas. Los metales que se encuentran por encima de esta reacción, son solo

susceptibles a disolverse en presencia de la reacción de reducción de oxidación [26].

2.4.4 Electrodos de referencia

Para medir el potencial convencional entre un electrodo y una disolución, es necesario

disponer de otro electrodo y otra disolución, para los que la diferencia de potencial sea

conocida. Para poder medir esta diferencia de potencial se adoptó un electrodo patrón que es

el electrodo normal de hidrógeno.

Consta de un conductor metálico y un electrodo de referencia. El electrodo de referencia ideal

tiene que ser reversible y obedece a la ecuación de Nernst, presenta un potencial que es

constante en el tiempo y que retorna al original después de haber estado sometido a corrientes

pequeñas, cuya actividad de iones hidrógeno a 25°C es la unidad, de acuerdo con la reacción

de reducción:

2H++2e H2 (6)

En las condiciones mencionadas, el potencial de este electrodo es únicamente función del pH,

según la siguiente expresión:

E = 0.059 (7)

A continuación se muestran los principales electrodos de referencia [27]:

De Hidrógeno (EEH):

2H+ + 2e

- H2 E° = +0.000V (8)

Cobre-Sulfato de Cobre:

CuSO4 + 2e- Cu° + E° = +0.318V (9)

Plata-Cloruro de Plata:

AgCl(s) + e- Ag(s) + Cl- E° = +0.222V (10)



Calomelanos:

½ Hg2Cl2 + e- Hg + Cl

- E° = +0.241V (11)

Es conveniente mencionar que solo el electrodo de hidrógeno se utiliza en condiciones

termodinámicas y los otros restantes en condiciones fuera del equilibrio (Cinética de

corrosión).

2.4.5 Ecuación de Nernst

La serie representada en la tabla 1 contiene los llamados potenciales normales de electrodo, en

los que se considera que los iones metálicos en solución tienen una actividad igual a la unidad

a 25°C. Pero esta situación no es la habitual. Cuando la actividad es diferente de la unidad, el

potencial electroquímico puede ser calculado a través de la ecuación de Nernst:

(12)

donde E es el potencial del metal cuando la actividad de los iones es , Eo es el potencial

normal del metal, F= 96500 coulombios y n es la valencia de los iones del metal. Así, por

ejemplo en una solución que contenga iones Fe+2

de actividad igual a 10-3

moles/l, el hierro

cuyo potencial normal de electrodo es -0.44 V tendrá una tensión de equilibrio de:

(13)

La ecuación de Nerts se aplica igualmente a una reacción redox, tomando entonces la forma

de:

(14)

En el caso de la corrosión metálica, la corriente, en sus comienzos, es que la solución este

exenta de los iones metálicos y luego, a medida que avanza el proceso, aumente su

concentración con el tiempo, por lo que raramente coinciden los potenciales calculados con

los reales, en los que, además, intervienen: la posibilidad de reacciones secundarias, la

temperatura y la precipitación de productos de corrosión [28,29,30].

2.4.6 Diagrama de Pourbaix

Los potenciales de electrodo de muchos metales se han medido a partir de datos

termodinámicos. Combinando aquellos datos con los de solubilidad de óxidos e hidróxidos y

las constantes de equilibrio correspondientes, se puede obtener los diagramas de Pourbaix, que

proporcionan información sobre las fases termodinámicamente estables en función del

potencial de electrodo y del pH [31]. En estos diagramas intervienen las reacciones que

implican todos los compuestos susceptibles de formarse. El diagrama Fe-H2O a 25°C se



presenta en la figura 3. Los diagramas de Pourbaix establecen para cada metal las condiciones

de pH y de potencial en las que el metal se corroe, se pasiva o permanece inmune [32].

El diagrama se clasifica en varias zonas de estabilidad de acuerdo al medio en que ocurren las

reacciones y en función de los valores de potencial (ver figura 3).

Zona estable o inmune del metal, en esta zona el metal no reacciona y permanece

inalterable a E bajos y en toda la escala de pH.

Zona de corrosión, en esta existen los iones del metal, lo cual explica que el metal ha

sufrido una reacción de oxidación.

Zona de pasividad, esta es la región donde se han formado productos de corrosión que

protegen al metal.

Los diagramas de Pourbaix proporcionan una base firme termodinámica para interpretar las

reacciones de corrosión. Pero se ha de insistir que, si bien sirven de guía, no han de utilizarse

de una forma ciega para hacer predicciones. No tienen en cuenta la cinética de los fenómenos,

ya que se basan en datos termodinámicos [31].

Figura 3. Diagrama de Pourbaix para el fierro.

CAPITULO 2. Cinética de corrosión


2.5 Cinética de corrosión

La cinética de la corrosión permite estimar la velocidad a la cual sucede la destrucción de un

metal o aleación, en un medio determinado mediante el parámetro de velocidad de corrosión

(Vcorr), obteniendo así, la vida útil de un material equipo o estructura. Ya que la corrosión es

un fenómeno en que interviene una reacción anódica y una catódica, en el momento en que se

produce la corrosión la velocidad de oxidación anódica ha de ser igual a la velocidad de

reducción catódica [20].

El estudio de la termodinámica de la corrosión se realiza bajo condiciones ideales, mientras

que el estudio de la cinética se realiza en condiciones no ideales (fuera del equilibrio).

2.5.1 Ley de Faraday

Fue Faraday, quien estableció una relación cuantitativa entre corriente eléctrica y reacción

química; según su ley el paso de 96500 coulombios provoca la disolución o depósito de un

equivalente gramo de sustancia.

Leyes de Faraday:

Primera Ley: La masa (m) de un elemento que se ha descompuesto en un electrodo, es

directamente proporcional a la cantidad de carga eléctrica (Q) que ha pasado a través del

electrodo.

Segunda Ley: Si la misma cantidad de carga eléctrica (Q) se hace pasar por varios electrodos,

la masa (m) del elemento que se descompone en cada uno de ellos será directamente

proporcional a ambos, masa atómica del elemento y al número de moles de los electrones (z)

requeridos para descomponer una mol del elemento del material cualquiera que este sea que se

esté descomponiendo en el electrodo.

La combinación de ambas leyes en una reacción electroquímica de estequiometria conocida,

permite establecer la ecuación que relaciona la densidad de carga con la pérdida de peso:

(15)

donde, (q) es la densidad de carga (carga/área), (M) masa atómica, (n) número de electrones

perdidos por átomo y (F) la constante de Faraday.

La constante de Faraday representa un mol de electrones y su valor se calcula multiplicando el

número de Avogadro NA por la carga de un electrón e- [33]:

F = NA * e- (16)

F = (6.0225 x1023

moléculas*mol-1

) (1.6021 x10-19

C) (17)



F = 96500 C*mol-1

(18)

2.5.2 Densidad de corriente de intercambio

Otro concepto electroquímico se refiere a la "densidad de corriente de intercambio", designada

comúnmente con la notación io, y que se menciona aquí muy brevemente y sólo

conceptualmente, recordando que es un parámetro obtenido en condiciones termodinámicas.

La io no es una corriente neta, es solo una manera adecuada de expresar las velocidades de las

reacciones redox en el equilibrio. En las reacciones redox del H se tiene:

(19)

Entonces, es conveniente expresar la velocidad de reacción de intercambio en términos de io,

mediante la ley de Faraday:

(20)

donde, io es la densidad de corriente de intercambio, ra es la reacción anódica, rc es la reacción

catódica, n es el numero de electrones intercambiados, F es la constante de Faraday y a el

peso atómico del metal.

La io es la facilidad de la interface metal/solución, para intercambiar electrones; a mayor io;

mayor facilidad de transferencia de carga.

2.5.3 Teoría de potencial mixto

En el fenómeno de corrosión, aun en la situación más simple, ocurren al menos dos diferentes

reacciones, una anódica y otra catódica, que normalmente se llevan a cabo a la misma

velocidad.

La teoría del potencial mixto es una teoría utilizada en electroquímica que relaciona el

potencial y las corrientes de diferentes componentes que tienen una contribución en el

potencial a una corriente neta cero. En otras palabras, es un potencial de electrodo resultante

de una acción simultánea de más de un par redox, mientras que la corriente neta del electrodo

es cero.

Potencial mixto

La teoría del potencial mixto incluye tanto la polarización anódica y catódica, en la cual la

difusión de especies se relaciona con la corriente que fluye en el electrolito. Los principios de

la teoría del potencial mixto permiten la caracterización de la corrosión electroquímica de

sistemas mediante el desarrollo de un diagrama de Evans si las pendientes de Tafel y las

densidades de corriente de intercambio y al menos un agente oxidante son conocidos.



Los parámetros cinéticos que se determinan a partir de un diagrama de Evans son: el potencial

de corrosión y las densidades de corriente de corrosión. Las curvas de polarización

potenciodinámicas, conocidas también como diagramas de Stern, pueden obtenerse fácilmente

y tienen diferentes características que son útiles en la caracterización del comportamiento

electroquímico de electrodos [34].

2.5.4 Polarización y sobrepotencial

Polarización

Es la disminución de la diferencia de potencial entre los electrodos que tiene lugar al cerrarse

el circuito. Es decir, que de hecho las condiciones de equilibrio no se cumplen cuando

empieza a circular una corriente por el circuito. Este fenómeno puede ser consecuencia de la

variación de las condiciones en la interfase metal-liquido y provoca una variación en las

velocidades de las reacciones anódica y catódica.

Los mecanismos que provocan la polarización pueden ser: a) polarización por concentración,

b) polarización de activación, c) polarización de resistencia.

a) Polarización por concentración. Se refiere a la reacción electroquímica que es controlada

por la difusión en el electrolito.

Para el caso de evolución de hidrogeno, el numero de iones hidrogeno en solución es bastante

pequeño y la velocidad de reducción es controlada por la difusión de iones de hidrogeno en la

superficie metálica. En este caso la velocidad de reducción es controlada por procesos que

ocurren en el seno de la solución, mucho más que las que ocurren en la superficie del metal.

b) Polarización por activación. Está relacionada con la energía de activación necesaria para

que la reacción en un electrodo tenga lugar con la velocidad conveniente. Se debe de superar

la barrera que representa la energía de activación, esto originará por tanto, un sobre voltaje

que se necesitará para que se produzca la reacción anódica o catódica.

c) Polarización por resistencia. Tiene lugar por la caída óhmica IR en el electrolito y en las

interfases metal-disolución. Puede aumentar al formarse películas protectoras de oxidos,

hidróxidos, carbonatos y en general aumenta linealmente con la densidad de corriente. Su

valor es:

(21)

Siendo R la resistencia del electrolito situado en las proximidades del electrodo, e i la

densidad del corriente.

d) Polarización mixta. En la mayoría de los casos se presenta ambas polarizaciones (ηa y ηc)

sobre un electrodo. A velocidades de reacción lentas, la polarización por activación controla,

mientras que en velocidades de reacción más altas, la polarización por concentración llega a



ser la que controla. La polarización total de un electrodo es la suma de las contribuciones de

polarización por activación y polarización por concentración [20]:

(22)

Donde, es el sobre voltaje total, es el sobre voltaje por activación y es el sobre

voltaje por concentración.

Sobrepotencial

Es un parámetro que cuantifica la desviación que sufre una interfase metal-electrolito, al ser

polarizada desde su Ecorr, hasta un valor de potencial distinto (E) y se define como:

(23)

2.5.5 Doble capa electroquímica

Cuando dos fases eléctricamente conductoras están en contacto (por ejemplo un electrodo

metálico y una solución electrolítica) aparece una distribución de cargas en la interfase debido

a la influencia de los dipolos eléctricos superficiales de ambas fases y a una transferencia

directa de portadores de carga, iones o electrones.

Esta distribución de carga eléctrica en la interfase electrodo-electrolito dependerá del tipo de

reacciones que se hayan producido, y por tanto del tipo de metal y electrolito utilizados [35].

Figura 4. Doble capa electroquímica. Contribución óhmica del metal Zmet. Electrolito Zel.

Impedancia de la doble capa Zdl. Impedancia total junto con el electrodo Ztot [36].



Los modelos propuestos por Helmholtz (1879), Gouy (1910), Chapman (1913), Stern (1924),

Graheme (1947) y Devanathan Muller (1963) para el estudio de la doble capa electroquímica,

han tenido como propósito elaborar un modelo de doble capa que permita interpretar como

varía el potencial eléctrico desde la superficie metálica hasta el seno de la solución [34].

La más simple de ellas fue concebida por Helmholtz, según su modelo, las cargas se disponen

en dos capas, una de iones o electrones en la superficie del metal y otra equivalente, de iones

de signo opuesto, adyacente en la solución (doble capa eléctrica o capa de Helmholtz). Debido

a la acción de fuerzas electrostáticas, las cargas tienden a ordenarse a ambos lados de la

interfase en planos paralelos ubicados a la menor distancia posible. En consecuencia la

diferencia de potencial entre el metal y la solución cae bruscamente desde su valor máximo en

la superficie del metal hasta cero, en una zona muy estrecha. Sin embargo, el modelo de

Helmholtz solo es válido si se trabaja con electrolitos muy concentrados [35].

CAPITULO 2. Técnicas electroquímicas


2.6 Técnicas electroquímicas

Desde un punto de vista práctico, es interesante conocer a priori la resistencia a la corrosión

de un determinado metal o aleación en un medio ambiente específico. Sobre la base de

ensayos en el laboratorio, se pueden llegar a establecer las condiciones ambientales más

fielmente parecidas a la realidad y, por tanto, estudiar el comportamiento de un metal o varios

metales en este medio.

La realización de estos ensayos en el laboratorio puede ser fácil o extraordinariamente difícil,

según la naturaleza del medio estudiado. Mediante la aplicación de las técnicas

electroquímicas.

2.6.1 Ruido Electroquímico (RE)

Introducción

El estudio del ruido electroquímico no trata con señales audibles, sino con oscilaciones en el

potencial y corriente electroquímicas. El ruido electroquímico en potencial se define como las

oscilaciones estocásticas del potencial electroquímico de un electrodo respecto a un electrodo

de referencia, mientras que el ruido electroquímico en corriente es la oscilación estocástica de

una corriente electroquímica. La medición del ruido electroquímico es relativamente simple,

aunque lo importante es la obtención de la información relevante que pueda ser en muchos

casos más problemática [37].

Antecedentes

El origen de esta controversial técnica surge antes de los años 70s. En un principio el ruido

electroquímico fue considerado como una fuente de error que comprometía las mediciones

electroquímicas pues ya que no era un recurso confiable.

A partir de la publicación de Iverson en 1968 [38] es cuando la medición del ruido en

potencial electroquímico toma un carácter más riguroso convirtiéndose en una herramienta útil

en la investigación en el campo de la corrosión, sin embargo, la introducción y la medición del

ruido de la corriente electroquímica entre electrodos cortocircuitados combina con la medición

del ruido en potencial, fue establecido por investigadores de la Universidad de Manchester a

principios de los 80s.

El comité de la ASTM G1 comenzó a considerar el desarrollo de estándares en las mediciones

de ruido electroquímico en 1991, y formó un grupo de trabajo en el tópico (J. R. Kearns,

presidente). El objetivo de este grupo de trabajo fue desarrollar estándares que describirían

instrumentos con métodos para realizar y analizar las mediciones de ruido electroquímico.

Una de las primeras actividades de éste fue el de organizar una conferencia internacional en

Ruido Electroquímico para demostrar la aplicación de esta tecnología e identificar las posibles

aéreas de investigación.



De esta manera la publicación técnica especial (STP) de la ASTM organizo el primer

simposio internacional de la medición de ruido electroquímico para aplicaciones en corrosión

llevado a cabo en Montreal, Quebec, Canadá del 16 al 17 de mayo de 1994. De las 36

presentaciones de este simposio, 28 artículos fueron aprobados, siendo los principales autores

provenientes de ocho países incluyendo Canadá (4), Francia (4), México (3), Nueva Zelanda

(1), Eslovenia (1), Sudáfrica (2), Reino Unido (3) y los Estados Unidos (10) [39].

En estos años se demostró la importancia de la técnica de analizar fenómenos de corrosión

localizada (picadura y cavitación) y general, estableciendo la sensibilidad de la técnica para la

detección de cambios espontáneos en los procesos de corrosión.

2.6.2 Características del Ruido Electroquímico

Las características del ruido electroquímico varían frecuentemente a lo largo el tiempo, siendo

por esto la señal no estacionaria. La mayor información se obtiene de las oscilaciones en baja

frecuencia (menor de 10 Hz). La amplitud de las oscilaciones es pequeña, siendo su

desviación estándar del orden de µA para el ruido electroquímico en corriente.

El ruido electroquímico al ser un proceso estocástico no determinístico, debe emplear un tipo

de análisis estadístico para la interpretación de los resultados obtenidos. Para emplear este tipo

de herramientas, es necesario definir previamente conceptos que introduzcan los términos más

comunes de esta técnica.

Ruido del Potencial Electroquímico: Es la fluctuación del valor del potencial,

respecto a un electrodo de referencia establecido, a través del tiempo.

Ruido de la Corriente Electroquímica: Es la fluctuación de corriente de un electrodo

o entre dos electrodos durante un proceso de corrosión.

Resistencia del Ruido Electroquímico: Es la resistencia análoga a la resistencia a la

polarización (Rp) pero en este caso obtenida a través del ruido electroquímico.

Impedancia del Ruido Electroquímico: Esto corresponde a una impedancia

(estrictamente como modulo de impedancia) que es comparable con la impedancia

convencional pero estimada a partir de parámetros de ruido electroquímico. Los

términos del espectro de resistencia de ruido y el espectro de impedancia de ruido son

también empleados dentro de esta terminología.

Con estas definiciones, se puede entrar con detalle en el estudio de Ruido Electroquímico, y es

con las series de tiempo, en corriente y en potencial, que se parte para cualquier análisis

posterior de ruido [40].

2.6.3 Efecto del área en las mediciones de RE

Se debe tomar en cuenta el efecto del área de los electrodos de trabajo ya que si bien las

mediciones electroquímicas de potencial son independientes del área y las mediciones

electroquímicas en corriente toman en cuenta el área del electrodo, en el caso del ruido



electroquímico el efecto del área dependerá de los procesos que se estén generando y como

regla general se puede considerar que la potencia del ruido en corriente es proporcional al área

y que la potencia del ruido en potencial es inversamente proporcional al área del electrodo

[41].

2.6.4 Fuentes del Ruido Electroquímico

Un registro de ruido electroquímico surge como consecuencia de la superposición en el

tiempo de una serie de señales individuales. Estos registros serán, por tanto, el resultado de la

suma de distintos eventos, asociados a la cinética anódica, catódica o ambas, que tienen lugar

simultáneamente. Dichos eventos pueden ser de distinta naturaleza, dependiendo de las

características del sistema estudiado. A continuación se mencionan algunos fenómenos que,

de acuerdo con la bibliografía, suelen ser la causa de la aparición de ruido electroquímico

[42].

Evolución de hidrogeno: Nucleación de la burbuja, crecimiento y desprendimiento

[43].

Cambios en la velocidad de transporte de masa [44].

Intercambio de iones y átomos en la superficie como consecuencia del equilibrio

dinámico del metal con el medio.

Difusión en la propagación de una micro-grieta.

Iniciación de picaduras, picaduras metaestables y crecimiento de picaduras estables

[45].

Rozamiento y abrasión.

Fenómenos asociados a sistemas pasivos [46].

2.6.5 Métodos de análisis del Ruido Electroquímico

A veces es necesario realizar varios tipos de análisis de datos para evaluar los parámetros que

son útiles para un caso particular en RE. La primera forma de análisis es la evaluación directa

de las mediciones de potencial y corriente y su variación. Otro tipo de análisis se realiza

mediante el cálculo de los valores estadísticos (media, desviación estándar, sesgo, kurtosis,

etc) o por análisis de la señal en frecuencia. Ambos parámetros, estadísticos y cálculos de

frecuencia se basan en la premisa de la estacionariedad de la señal. Por lo tanto, son las

técnicas más adecuadas para el estudio de los fenómenos estacionarios, tales como corrosión

general [47].

1. El dominio o series de tiempo. Este considera las fluctuaciones instantáneas de corriente o

potencial como una función del tiempo. Dentro de este dominio esta el análisis de transientes

y los métodos estadísticos de análisis de datos: Media, varianza, desviación estándar, Sesgo,

Kurtosis y Resistencia del Ruido.



2. El dominio de la frecuencia. Este dominio examina las señales de RE (corriente y

potencial) en función de la frecuencia, aunque un potencial en el dominio del tiempo es un

valor que varia como una función del tiempo y la misma señal en el dominio la frecuencia

varia como una función de la frecuencia, en ambos casos las señales tendrán un ángulo de fase

y una amplitud a cada frecuencia dada.

En este dominio se puede mencionar el análisis de la densidad de potencia espectral y la

impedancia de RE.

3. El dominio de Laplace. Este dominio puede ser considerado como una extensión del

dominio de la frecuencia. Generalmente este dominio se utiliza mucho en el análisis de

circuitos eléctricos [48].

2.6.5.1 Series del tiempo

El método más simple de análisis y el más directo, es el examinar las series de tiempo para la

identificación de detalles que son característicos de los tipos de corrosión particulares. Por

ejemplo, la detección visual de transitorios de rompimiento y repasivación o de oscilaciones

asociadas a resquicios o corrosión por picadura [37].

1. Ruido del potencial

El potencial de un electrodo de trabajo es medido con un electrodo de referencia

comercial.

El potencial es medido entre dos electrodos de trabajo idénticos. En este caso los dos

electrodos típicamente producirán igual cantidad de ruido, provocando que la medición

de la desviación estándar sea de veces mayor que la correspondiente a un solo

electrodo.

Para el segundo caso, la medición del ruido en potencial puede reducirse o incrementarse

dependiendo de la forma en que los electrodos sean conectados. Cuando el ruido en potencial

es medido entre dos electrodos y estos están efectivamente conectados en serie, el ruido en

potencial se incrementa, sin embargo, cuando el área de un solo electrodo se incrementa y esta

se encuentra en paralelo con la anterior (área) entonces el ruido en potencial se reduce.

2. Ruido de la corriente

Al igual que la medición de ruido en potencial también existen dos formas de medir el ruido

en corriente, las cuales se definen a continuación.

Las oscilaciones instantáneas en el flujo de corriente que tienen lugar en un solo

electrodo de trabajo son registradas cuando se emplea un control de tipo

potenciostático.



O bien, el flujo de corriente registrado entre dos electrodos de trabajo también puede

ser utilizado.

El primer método es el indicado cuando se quiere estudiar transitorios de corriente

individuales, tales como estudios de iniciación de picado, mientras que la segunda opción se

usa cuando se quiere registrar simultáneamente el ruido en potencial y el ruido en corriente,

siempre y cuando los electrodos sean idénticos [40].

2.6.5.2 Métodos estadísticos

Los métodos estadísticos simples tratan a la serie del tiempo como una colección de

potenciales o corrientes individuales, ignorando la relación entre un valor y el siguiente. La

serie de tiempo está definida completamente por la distribución de sus valores.

1. Media ( ): la media en potencial se refiere a un potencial de corrosión promedio cuyas

fluctuaciones a lo largo del tiempo de la recolección de datos puede estar relacionado a los

cambios que ocurren en el proceso de corrosión que se lleva a cabo. La media en corriente se

esperaría que tuviese un valor de cero cuando se realiza la medición entre dos electrodos

idénticos lo cuál en la práctica no ocurre debido a pequeñas diferencias en el comportamiento

de cada uno de los dos electrodos. Cuando los electrodos son diferentes, el valor de la media

proporciona aún más información. La media corresponde al primer momento.

(24)

2. Varianza (m2): Equivale al segundo momento. La varianza en corriente es mayor si la

velocidad a la que se lleva a cabo la corrosión es alta o si el fenómeno de corrosión tiende a

ser más localizado. La varianza en potencial decrece con altos valores de la velocidad de

corrosión, pero se incrementa si el proceso de corrosión es más localizado.

(25)

3. Desviación estándar (σ): La desviación estándar de un registro temporal es uno de los

parámetros estadísticos más simples para medir la magnitud de las fluctuaciones en señales de

ruido electroquímico. Normalmente, los valores de este parámetro se asocian con la velocidad

de corrosión. De esta forma, cuanto mayor sea la desviación estándar de un registro mayor

será la velocidad de corrosión del sistema estudiado. Se le relaciona con la distancia que van

tomando los valores con respecto a la trayectoria que sigue la serie de tiempo [49].

(26)

4. Raíz cuadrada media (rms): el valor de rms es la raíz cuadrada del valor promedio del

cuadrado del valor de potencial o corriente (con tendencia). En términos prácticos es una



medida de la energía disponible de la señal, incluyendo el efecto de cualquier valor medio de

potencial o corriente de dc.

(27)

5. Sesgo (skew) (g1): el skew es la medida de la simetría de la distribución, está normalizada

respecto a una distribución normal, de tal manera que el valor indica meramente la forma de la

distribución, y es independiente de la media y la desviación estándar. Se obtiene al dividir el

tercer momento entre la desviación estándar, y puede tener un valor positivo, negativo o de

cero [50].

(28)

Si en una serie de tiempo los transientes se presentan en una sola dirección con respecto a su

distribución, estarán entonces claramente sesgadas y la medición puede contener información

útil para detectar cuáles son los transientes asociados a las picaduras metaestables. La figura 5

ilustra este caso.

Figura 5. Sesgo de una distribución [41].

6. Kurtosis (g2): medida de la figura que adquiere la distribución comparada con la

distribución normal. Se obtiene del cociente del cuarto momento y la desviación estándar. La

figura 6 ilustra este caso.



(29)

7. Coeficiente de variación (cdv): este es la desviación estándar dividida por la media y es

una medida del nivel de ruido de la señal comparada con su valor medio.

(30)

Figura 6. Kurtosis de una distribución [41].

8. Índice de localización (IL): El índice de localización se define como el cociente de la

desviación estándar de la corriente medida (σi), entre la raíz cuadrada media (RMS) de la

corriente medida. En términos generales se puede decir que es una medición de la señal,

incluyendo el efecto de la corriente directa o la media de la corriente.

Entonces se tiene que el IL es [51, 52]:

(31)

Así valores de IL cercanos a 1, indica que el proceso está siendo dominado por corrosión

localizada. Mientras que valores cercanos a 0, indica que el proceso está siendo dominado por

corrosión uniforme. En términos generales el rango de valores del IL se puede observar en la

tabla 2.



Tabla 2. Correlación entre el índice de picaduras (PI) y el tipo de corrosión [44, 53 -56].

Rango de valores del índice de picadura Tipo de corrosión esperada

0.001 < PI < 0.01 Corrosión Uniforme

0.01 < PI < 0.1 Corrosión Mixta

0.1 < PI < 1.0 Corrosión Localizada

Sin embargo, Eden [53] menciona en sus trabajos relacionados con el RE, que el IL debe ser

utilizado con mucho cuidado, ya que un valor cercano a 1, no siempre indica corrosión

localizada.

9. Resistencia de ruido (Rn): Recientemente en ruido se ha utilizado considerablemente en la

investigación de los fenómenos de corrosión, encontrándose en forma empírica equivalente a

la resistencia a la polarización (Rp), siendo un sustento mas solido en la evaluación de la

corrosión un forme por medio de la técnica de ruido electroquímico, inclusive se ha

encontrado la relación entre un análisis teórico en resistencia en ruido basado en los

fundamentos teóricos electroquímicos, llegando a la conclusión que la resistencia en ruido es

equivalente a la Rp y en realidad es una forma especial de resistencia de polarización lineal

llamada resistencia estadística de polarización lineal [57, 58].

La Rn se obtiene dividiendo la desviación estándar del potencial medido (σE) entre la

desviación estándar de la corriente medida (σi) [13]:

(32)

Finalmente multiplicamos el Rn por el área total expuesta:

(A) (33)

Una vez obtenida la Rn, se puede calcular la corriente de corrosión (icorr), haciendo una

similitud entre la Rn y la Rp, utilizando la ecuación de Stern y Geary [59,60]:

(34)

2.6.5.3 Dominio de la frecuencia

El análisis matemático de la señal de ruido electroquímico se ha venido transformando en los

llamados espectros de densidad de energía tanto para potencial como para corriente. Estos

espectros permiten determinar a partir de la señal original de ruido (E, i vs t) la amplitud de las

frecuencias presentes en la señal. Para este propósito existen numerosos algoritmos

matemáticos que hacen esta determinación, tales como:



Modelo de Movimiento Promedio (MA)

Modelo Autorregresivo (AR)

Modelo de Movimiento Autorregresivo (ARMA)

La Transformada de Wavelet

Modelo Mecánico General de Halfort

La Transformada rápida de Fourier (FFT)

Método de Máxima Entropía (MEM)

Los dos últimos métodos son los que han tenido mayor aplicación en los últimos años, esto,

debido a la relativa facilidad de aplicación y la no muy complicada interpretación de los

espectros. La FFT produce un espectro ruidoso mientras que el MEM produce un espectro más

plano. Sin embargo la FFT puede llegar a ser tan plana y la MEM tan ruidosa dependiendo del

orden de magnitud usado en el algoritmo.

1. Método de la Transformada de Fourier (FFT): Los datos experimentales de RE en el

dominio del tiempo al dominio de la frecuencia permite la observación de la dependencia de la

frecuencia en los fenómenos del RE que se estén investigando. FFT puede procesar de manera

directa la información en ondas seno que se necesitarán para combinarse con objeto de

obtener la señal observada. Cuando el cálculo se limita a un conjunto finito se puede usar la

transformada discreta de Fourier (DTF), que normalmente está desarrollado en los algoritmos

de la transformada rápida de Fourier. La densidad de espectro de potencia se determina como

la amplitud al cuadrado de las ondas de seno dividido por la separación de la frecuencia. Este

método produce un ruido espectral el cuál se puede limpiar [61].

2. Método de Máxima Entropía (MEM): en este método se puede usar como primer paso la

función de autocorrelación (ACF), la cual genera un valor promedio del producto del voltaje

(o corriente) en un tiempo y del voltaje (o corriente) en un tiempo posterior. Este método no

genera ruido espectral mientras no se usen espectros de alto orden [62].

Una vez obtenido el registro de tiempo su representación en el dominio de la frecuencia

obtenida mediante algoritmos matemáticos: la transformada rápida de Fourier y el método de

máxima entropía. En ambos casos se obtiene una curva, en función del logaritmo de la

frecuencia, que representa la amplitud del ruido (dB) o la densidad de potencia espectral

(PSD) – siendo la amplitud del ruido la raíz cuadrada de la densidad de potencia espectral – .

La curva resultante (ver figura 7), describe un tramo rectilíneo, independiente de la frecuencia,

en el rango de las bajas frecuencias, y un tramo inclinado en el rango de las altas que se

designa genéricamente por ruido del tipo 1/fn.



Figura 7. Aspecto del ruido en corriente producido por un fenómeno aleatorio que se describe

mediante el modelo de Poisson.

Este tipo de curvas es consecuencia del carácter aleatorio o parcialmente aleatorio de los

transitorios de corriente y de potencial que pueden ser descritos mediante una función de

probabilidad de Poisson:

(35)

Función que queda reducida a una distribución exponencial de la forma:

(36)

Cuando la probabilidad de que no ocurra ningún evento es nula – determinista –. Si a

continuación se determina la transformada de Fourier de dicha distribución exponencial, se

obtiene una función cuya amplitud tiene la forma 1/fn.

Esto es cierto, de forma general, para el ruido de potencial en condiciones de circuito abierto,

sin embargo, cuando se determinan procesos de corrosión uniforme están teniendo lugar, la

amplitud del ruido en corriente y su densidad de potencia espectral (por sus siglas en ingles

PSD) son independientes de la frecuencia, describiendo lo que se denomina “ruido blanco”.

Son precisamente las variaciones de aspecto ocurridas en estas curvas las que a lo largo de los

años se han tratado de entender y relacionar con los diferentes tipos de corrosión en los

distintos sistemas [63,64].

3. Impedancia del Ruido Electroquímico (Zn): PSD = espectro de densidad de potencial y

corriente.

(37)



4. Análisis de wavelets: Una función wavelet es capaz de superar los límites del análisis de

Fourier y se ha utilizado ampliamente en los campos de la química analítica. El análisis de

wavelets parece ser más versátil al extraer más componentes contenidos en los datos

generados por la técnica de ruido electroquímico, mostrando el peso relativo de sus

contribuciones. Las transformadas de los wavelets son una posibilidad para el estudio de

señales no-estacionarias, las cuáles son difíciles si se tratan con el análisis de Fourier [65].

2.6.6 Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIE)

La técnica de EIE, es un método electroquímico utilizado en estudios de corrosión, el cual se

basa en el uso de una señal de corriente alterna (CA) que es aplicada a un electrodo (metal) y

determinando la respuesta en corriente.

En el procedimiento experimental más comúnmente usado, se aplica una pequeña señal de

potencial (E) a un electrodo y se mide su respuesta en corriente (I) a diferentes frecuencias.

No obstante, en ciertas circunstancias, es posible aplicar una señal pequeña de corriente y

medir la respuesta en potencial del sistema. Así, el equipo electrónico usado procesa las

mediciones de potencial – tiempo y corriente – tiempo, dando como resultado una serie de

valores de impedancia correspondientes a cada frecuencia estudiada. Esta relación de valores

de impedancia y frecuencia se denomina “espectro de impedancia” [66].

El uso de la técnica de impedancia puede proporcionar diferente información sobre un sistema

de corrosión:

Resistencia del electrolito, Rs.

Resistencia a la polarización, Rp, frecuentemente llamada resistencia a la transferencia

de carga, la cual se utiliza para calcular la velocidad de corrosión.

Impedancia de Warburg, la cual proporciona información sobre los procesos

controlados por difusión.

Capacitancia, CdI, la cual proporciona información sobre las propiedades de la capa

dialéctica y películas [67].

Para modelar un proceso de corrosión electroquímica se pueden usar circuitos eléctricos

equivalentes. La reacción de corrosión puede simularse por una o más resistencias, y la doble

capa electroquímica puede simularse por una combinación de resistencias, capacitancia e

inductancia [68].

CAPITULO 2. Electrodo Cilíndrico Rotatorio


2.7 Electrodo Cilíndrico Rotatorio (ECR)

Muchos procesos industriales involucran el movimiento de líquidos corrosivos sobre

estructuras metálicas, por lo que se entiende que la influencia del flujo en los procesos de

corrosión es una materia importante que debe ser considerada en el diseño y operación del

equipo industrial. La necesidad de minimizar costos en el manejo de fluidos demanda altas

velocidades de flujo. Desafortunadamente esto lleva a aumentar el riesgo de corrosión en los

equipos. Algunas de las tareas en que se sufren estos problemas son: tecnología marina,

producción de gas y petróleo, industrias de energía, etc.

Cuando se realizan pruebas electroquímicas a estos sistemas se puede obtener información

acerca de:

La velocidad de corrosión y la forma en que se da esta

Criterios de diagnostico

Mecanismos por efecto del flujo

Características hidrodinámicas y parámetros como: La velocidad de transporte de

masa, grado de turbulencia, esfuerzos de corte, etc.

Es por ello que el uso del Electrodo Cilíndrico Rotatorio (ECR) como un sistema de

evaluación hidrodinámico ha tenido gran aceptación en el estudio de los fenómenos de

corrosión bajo condiciones de flujo turbulento [69,70]. Esta aceptación es debido a sus

características, entre las cuales se pueden mencionar: Propiedades de transferencia de masa

definidos, operación en condiciones de flujo turbulento, cantidad de medio corrosivo pequeña,

etc. [71,72]. Se ha encontrado que para un ECR, la transición entre el flujo laminar y

turbulento ocurre a bajas velocidades de rotación. Esta transición se ha sugerido que ocurre a

valores de número de Reynolds de aproximadamente 200. Para valores superiores a 200 Re,

este valor es aproximadamente equivalente a una velocidad periférica de 0.002m s-1

(38rpm),

para un cilindro de 0.01m de diámetro inmerso en un fluido de ν=1x10-6

m2/s (agua pura) [73].

El objetivo del cilindro rotatorio (ver figuras 8 y 9) es construir un experimento de laboratorio

que cumpla con condiciones similares del mecanismo de corrosión que pueda ocurrir en una

planta industrial. La hipótesis que para obtener la misma interacción fluido-metal en el

laboratorio y en la planta, el aparato usado para simular la geometría de la planta debe ser

operado de manera que el esfuerzo de corte sea el mismo que el encontrado en la geometría de

la planta [74].



Figura 8. Sistema de Electrodo Cilíndrico Rotatorio (ECR)

Figura 9. Representación esquemática del Electrodo Cilíndrico Rotatorio: A) Vista lateral del

equipo, B) Vista de frente [75].



Silverman asumió que el efecto del flujo, que presenta un modelo simulado, en la velocidad de

corrosión, es igual al que presenta el flujo en una situación real, por ejemplo en una tubería. El

siguiente enunciado es la base que ha utilizado Silverman para justificar el uso del ECR.

Cuando se desea simular sistemas donde la velocidad del fluido afecta la velocidad de

corrosión, el uso de una geometría, está basado en: “Si la velocidad de corrosión es sensible a

la velocidad de un fluido en una geometría, las condiciones pueden ser reproducidas para que

se presente el mismo mecanismo en una geometría simulada” [74].

El tipo de flujo que se presenta en el desplazamiento de un fluido por un canal es muy

importante en los problemas de dinámica de fluidos. Cuando los fluidos se mueven por un

canal cerrado de cualquier área de corte transversal, se puede presentar cualquiera de dos tipos

diferentes de flujo, dependiendo de las condiciones existentes [76]. El primer tipo de fluido es

el conocido como “flujo laminar”. Este tipo de fluido se da preferentemente cuando las

velocidades del fluido son bajas, y a estas velocidades las partículas del fluido se mueven

completamente como líneas rectas, por lo que el movimiento del fluido se considera en forma

de capas o en láminas paralelas al origen de referencia. En la figura 10 se muestra una forma

de visualizar el flujo laminar en un conducto circular. Anillos concéntricos de fluido se

trasladan siguiendo una trayectoria recta y uniforme. Hay poca mezcla o ninguna de fluido a

través de los “limites” de cada capa, conforme el flujo se desplaza por el conducto. Si

inicialmente el fluido en el tubo esta como se muestra en la figura (10a), después de un corto

intervalo de tiempo las capas se habrán desplazado como en la figura (10b).

Figura 10. Ilustracion del flujo laminar en un conducto circular [77,78]

El segundo tipo de flujo es el conocido como “flujo turbulento”. En este las partículas no

tienen una trayectoria definida, dejan de ser rectas y presentan un gran desorden, se dice

entonces que ocurre un mezclado completo del fluido. Una característica de los flujos

turbulentos es la existencia de elementos en los que el flujo se mueve muy rápido y de forma

aleatoria. Estos elementos son conocidos como remolinos o “eddies” [79].

2.7.1 Relaciones empíricas para la transferencia de masa en el flujo turbulento

Se sabe que el cambio de flujo laminar a flujo turbulento depende de la velocidad con la que

el flujo se está moviendo. Reynolds desarrollo un criterio para poder determinar si el flujo es

laminar o turbulento [80]. El numero de Reynolds (Re), define la velocidad relativa del fluido



en función de una longitud característica “l”, es decir, la relación entre fuerzas convectivas y

viscosas del fluido, definiendo el flujo laminar o turbulento. La longitud característica “l” se

define de acuerdo al sistema bajo estudio. El número de Reynolds se define como:

(38)

Donde u es una velocidad característica del fluido del sistema en estudio y v es la viscosidad

cinemática del fluido.

Como ya se ha mencionado anteriormente, las velocidades de flujo bajas se considera al flujo

como laminar y a velocidades altas el flujo es turbulento. Uno de los parámetros que indica el

tipo de flujo presente es el número de Reynolds. Con este se puede observar que la transición

del flujo en un rango de velocidades depende de: la geometría del sistema, la viscosidad y la

rugosidad de la superficie. Otros parámetros (números adimensionales) que ayudan en el

estudio de la corrosión en ambientes con flujo de fluidos son: el numero de Shcmidt (Sc) y el

numero de Sherwood (Sh), los cuales se definen como:

El número de Schmidt (Sc) es un número asociado a las propiedades de la transferencia de

masa del fluido y se define, para una especie “i”, como:

(39)

Donde Di es el coeficiente de difusión de la especie “i” en el fluido.

El número de Sherwood (Sh) se asocia al coeficiente de transferencia de masa (K) de una

especie “i” en el fluido y se expresa como:

(40)

En términos generales, para un sistema electroquímico Ki se puede definir como la velocidad

de transferencia de masa de una especie i que tiene lugar en un fluido dividido por la

diferencia de concentración de i, entre el seno de la solución y la superficie del electrodo.

Para sistemas electroquímicos controlados por transporte de masa, la densidad de corriente de

difusión limite, iLim, puede ser expresada como:

(41)

Donde ΔC es el gradiente de concentración. El coeficiente de transferencia de masa, K, para

un ΔC dado puede entonces ser obtenido mediante iLim usando métodos electroquímicos. Esta

técnica puede también ser aplicada a procesos de corrosión controlados por difusión.



Basados en la definición del coeficiente de transferencia de masa para una especie i, en un

proceso electroquímico catódico controlado por la difusión, se puede correlacionar la densidad

de corriente límite (iLim) con la Ki de acuerdo a:

(42)

El número de Sherwood puede rescribirse en función de la densidad de corriente límite como:

(43)

Donde n es el número de electrones involucrados en la reacción electroquímica, F es la

constante de Faraday, y Ci es la concentración de i en el seno de la solución.

Los análisis hidrodinámicos han demostrado que los números adimensionales Re, Sc y Sh

pueden relacionarse con la siguiente expresión:

(44)

donde C, x y y son constantes que se determinan experimentalmente y dependen de las

condiciones hidrodinámicas de cada sistema en estudio [81]. Por ejemplo: Berger y Hau

propusieron una expresión entre en Sh, Re y Sc para la región turbulenta en tubos lisos para un

Reynolds (8x103< Re < y 2x10

5) y un Sc (1000 < Sc < 6000):

(45)

Chilton-Colborn, mostraron que el exponente del número de Reynolds es de 0.80 para

tuberías:

(46)

Shemilt y colaboradores mencionan que el exponente del Reynolds en tubos es menor a 0.86,

en caso de que un oxido en la superficie influya en el transporte de masa.

Eisenberg y colaboradores mostraron que el flujo es dependiente de la velocidad de corrosión

en un cilindro rotatorio tomando un valor de 0.7 para un flujo turbulento:

(47)

Nesic y colaboradores obtuvieron una correlación entre los coeficientes de transferencia de

masa y los valores estimados usando la correlación de Berger y Hau para un tubo liso y la

correlación de Eisenberg y colaboradores, para la geometría del flujo en el cilindro rotatorio

[82,83]. Cuando la relación global de corrosión está limitada por la transferencia de masa, la

rapidez de corrosión es igual a la densidad de corriente de difusión límite:



(48)

En esta ecuación, se puede observar que la velocidad de corrosión es linealmente proporcional

al coeficiente de transferencia de masa.

En 1954 Eisenberg, Tobias y Wilke [84] publicaron lo que ahora es considerado como el

estudio básico sobre las características de la transferencia de masa en un electrodo cilíndrico

rotatorio. Eisenberg y sus colaboradores se basaron en el estudio electroquímico de la reacción

de reducción-oxidación de los iones de Fe(CN)6 -3

/ Fe(CN)6 -4

, determinando la relación entre

la densidad de corriente medida de una especie electroáctiva “i” en solución (iLim, i) y la

velocidad de rotación de un electrodo cilíndrico ( ). Esta relación está dada por la

siguiente ecuación:

(49)

donde n es el número de electrones involucrados, f es la constante de Faraday, dECR es el

diámetro del cilindro rotatorio, Cb, i es la concentración en el seno de la solución de la especie

iónica “i” involucradas en la reacción electroquímica, v es la viscosidad cinemática del

entorno y Di es el coeficiente de difusión de la especie “i”.

La ecuación para el electrodo cilíndrico rotatorio propuesta por Eisenberg y sus colaboradores

predice, a una temperatura constante, una relación lineal entre la iLim, i medida y la velocidad

de rotación del electrodo, u, elevada a la 0.7:

(50)

donde la constante A es igual a:

(51)

Los estudios del análisis de flujo en el electrodo cilíndrico rotatorio indican que la longitud

característica “l”, usada en los cálculos del Re y el Sh, es igual al diámetro del cilindro (dECR).

Entonces la ecuación puede también ser expresada en términos de los números adimensionales

como:

(52)

La ecuación anterior busca caracterizar un sistema electroquímico donde ocurre una reacción

electroquímica controlada por el transporte de masa, los valores para la constante a y el

exponente b pueden ser determinados experimentalmente para obtener una correlación del

transporte de masa con respecto a las propiedades físicas del electrolito, los parámetros de

flujo dentro de la celda electroquímica y la geometría de la celda.



La primera correlación sistemática haciendo uso de todos los parámetros medidos U, d, v

(=η/ρ), C, D y iL fue deducida por Eisenberg [84], quien demostró que la dimensión critica d

estaba en factor del diámetro del cilindro rotatorio R1 mas que del espacio anular (R2-R1). La

ecuación de velocidad de transferencia de masa para una geometría específica comúnmente es

derivada mediante una correlación empírica de los datos experimentales obtenidos dentro de

ciertos límites. Esta usualmente tiene la siguiente forma:

(53)

En la ecuación anterior, a, m y n son constantes empíricas. Típicamente, ½<m<1 y ¼<n<1

[81].

2.7.2 Uso del ECR en los estudios de la corrosión

Un proceso de corrosión puede ser influenciado, de diferentes maneras, por el movimiento

relativo entre el metal y el entorno corrosivo. Este movimiento relativo puede aumentar la

transferencia de calor y masa de los reactivos hacia y desde la superficie del metal que se

corroe, con el consiguiente aumento en la velocidad de corrosión. Además, si están presentes

partículas sólidas, la eliminación de las películas protectoras, la erosión y el desgaste sobre la

superficie metálica puede ocurrir. La corrosión de la estructura metálica en un flujo turbulento

es complejo, pero este problema se ha estudiado principalmente en la industria petrolera.

El tipo más común de las condiciones de flujo que se encuentran en procesos industriales es

turbulento y de acuerdo con el aumento de la necesidad de describir la corrosión de metales en

condiciones de flujo turbulento algunos sistemas hidrodinámicos de laboratorio se han

utilizado con diferentes grados de éxito. Entre estos sistemas hidrodinámicos, es posible

mencionar al electrodo cilindro rotatorio (ECR).

Estudios de aceros bajo carbono como los aceros API especificación 5L, han sido poco

estudiados en condiciones de flujo turbulento utilizando el ECR, así como en aleaciones

metálicas, siendo una herramienta útil para la comprensión de los procesos de transferencia de

masa, los efectos de las películas superficiales, los fenómenos de inhibición, etc. [85-88], es

por ello que se deben realizar más investigaciones que involucren el flujo turbulento en los

procesos de corrosión para tener una mayor información y conocimiento del efecto del flujo

turbulento en corrosión.

CAPITULO 2. Aceros API 5L X60 y X70


2.8 Aceros API 5L

Los aceros al carbono API 5L se dividen o clasifican en dos tipos los PSL1 Y PSL2, estas

clasificaciones definen los diferentes estándares y requerimientos técnicos. Existen diferentes

grados estándar de aceros A25, A, B, X42, X46, X52, X56, X60, X65, X70 y X80. La

composición química y las propiedades mecánicas de grados intermedios están sujetas a

acuerdos entre el cliente y el fabricante, debiendo ser consistentes con los correspondientes

requerimientos para los cuales el material es intermedio. Debido a la alta demanda de

fabricación de estos aceros para el transporte de crudo, gas y combustible, se debe tener en

cuenta un especial cuidado con las características del acero para evitar en todos sus sentidos

alguna falla [89].

Los materiales comúnmente utilizados para construir oleoductos y gasoductos son los aceros

que pertenecen a la especificación API-5L (Americam Petroleum Institute), normativa más

importante a nivel internacional para tubería de conducción, en particular en tubos de acero de

bajo contenido de carbono (0.08-0.12 wt.%) y de baja aleación (aceros con V, Ti, Nb). El

acero API X70 y X60 es uno de los aceros utilizados para la construcción de tuberías por la

industria del petróleo en México, generalmente para el transporte de hidrocarburos [14,90,91].

2.8.1 Aceros API 5L – X60

Los aceros comúnmente usados para construir gasoductos y oleoductos pertenecen a la serie

API 5L. Se designa con una X seguida de dos cifras, que representan los dos primeros dígitos

del valor mínimo del límite de fluencia, por ejemplo un acero API – X60 designa un acero

cuyo límite de fluencia es de 60000 lb/plg2 como mínimo.

Los procesos termodinámicos y de soldadura también han sido considerados. Así por ejemplo,

se ha recomendado utilizar temperaturas de laminación relativamente altas durante los pasos

finales de laminación gruesa con el propósito de obtener microestructuras ferriticas uniformes.

Durante los procesos de soldadura, se recomienda obtener zonas afectadas por el calor con

poca dureza, a fin de asegurarse la ausencia de hidrogeno, el cual se relaciona directamente

con el agrietamiento de esta zona.

Es conocido que las propiedades finales de este tipo de aceros, está directamente relacionada

con su microestructura final. Las propiedades de interés en estos aceros son la tensión,

tenacidad, ductilidad y soldabilidad. El control de la microestructura final inicia durante la

solidificación y continúa durante el calentamiento, la laminación en caliente y subsecuentes

procesos, como lo es el conformado de tubos. Por lo que una comprensión de los factores que

guían a la manipulación de la austenita es esencial para obtener una microestructura optima al

final del proceso de fabricación de tubos. Para tal propósito, se le han añadido pequeñas

cantidades de elementos, tales como Titanio, Niobio y Vanadio para formar carburos y

nitruros y/o carbonitruros, con el fin de obtener tamaños de granos finos y mejorar el límite de

fluencia y la tenacidad, reduciendo la temperatura de transición de impacto.



Actualmente en la fabricación de los aceros, se controlan las partes por millón de los

elementos intersticiales tales como el Carbono y el Nitrógeno, se ha disminuido el contenido

de Azufre a niveles de 0.002% en peso (reduciendo al susceptibilidad al agrietamiento

inducido por Sulfuros) y el contenido de Fosforo (para reducir la tendencia al endurecimiento

en las regiones segregadas), de tal forma que los aceros resultantes presentan microestructuras

de granos ferriticos con niveles muy bajos de inclusiones no metálicas mediante el control de

la morfología de los Sulfuros, lo cual mejora también el comportamiento de la tenacidad y la

resistencia a la degradación por gas amargo, del acero resultante.

La composición de la aleación puede afectar en gran medida la susceptibilidad a fracturarse.

Por ejemplo, para lograr las mejoras en las propiedades mecánicas de los aceros microaleados,

se ha disminuido el contenido de Carbono esto con el fin de lograr un aumento en la tenacidad

a baja temperatura, y la resistencia se ha compensado con la adición de elementos

microaleantes.

El acero motivo de nuestro estudio es un acero microaleado con la composición química

mostrada en la tabla 3.

Tabla 3. Composición química del acero API 5L – X60 [92,93].

API 5L

X60

C Mn Si P S Al Nb Cu Cr Ni V Ti Ca B

0.12 1.57 0.14 0.011 0.002 0.043 0.09 0.32 0.32 0.17 0.004 0.015 0.005 0.004

2.8.2 Acero API 5L – X70

Son considerados como aceros de baja aleación y alta resistencia, normalizados por la

especificación API 5L y son utilizados comúnmente para la construcción de gasoductos y

oleoductos. Se designa con una X seguida de dos cifras que representan el valor mínimo del

límite de fluencia (YS). El acero API X-70 es uno de los tantos aceros para tubería utilizados

por la industria del petróleo, ya que son generalmente utilizados para el transporte de fluidos,

el numero 70 significa que el límite de fluencia mínima es de 70 000 lb/in2.

Con respecto a la composición química del acero, debe ser diseñada de tal forma que responda

al proceso de laminación en caliente controlado, junto con el procedimiento de enfriamiento

acelerado para alcanzar el límite de fluencia y la tenacidad que requieren las tuberías de aceros

de diámetro mayores, en donde el acero con especificación y grado API 5L X-70 ha sido el de

mayor aceptación.



La composición química del acero que satisface las propiedades mecánicas del X-70, con

resistencia al gas amargo, es de tipo Fe-C-Mn-Nb. El acero motivo de nuestro estudio es un

acero microaleado con la composición química mostrada en la tabla 4.

Tabla 4. Composición química del acero API 5L – X70 [94,95].

API 5L

X70

C Mn Si P S Al Nb Ni Mo V Ti Cb B

0.037 1.60 0.35 0.025 0.020 0.043 0.09 0.17 0.25 0.06 0.015 0.050 0.004

2.8.3 Proceso de soldadura por arco sumergido (SAW)

En la fabricación de tubos API 5L con costura, la unión longitudinal de la placa preformada

como un cilindro (costura) se realiza mediante un proceso de soldadura automático o

semiautomático que utiliza un electrodo con un núcleo de alambre cuyo propósito es conducir

la energía eléctrica por el arco y proporcionar el metal adecuado para el depósito como

muestra la figura 11.

Figura 11. Proceso de soldadura por arco sumergido SAW.

La soldadura de arco sumergido se emplea cuando se requiere una gran velocidad de

aportación. El método funde una considerable cantidad de metal base, así como de varilla de

relleno. La estructura granular del cordón se parece mucho a la de la fundición. La mayor

parte de las soldaduras por arco sumergido se realizan en instalaciones automáticas, en las que



posicionadores y porta piezas mantienen la pieza y regulan la distorsión, estando las

condiciones totalmente bajo control automatizado.

Las características principales de la soldadura por arco sumergido son:

Temperatura de la llama de 3500 a 4000°.

El estado del metal de aporte durante la soldadura es fluido.

No se necesita la aplicación de fuerza mecánica para la soldadura.

Toda clase de hierros y algunos metales no ferrosos son soldables

Puede emplearse en trabajos de reparación.

Los tubos ya fabricados, siguiendo esta especificación pueden ser normalizados y templados,

relevados de esfuerzos sub-críticos y los grados X pueden ser enfriados y templados. Sin

embargo según el tratamiento térmico aplicado, varia la microestructura y esto se ve reflejado

en las propiedades mecánicas del material.

2.8.4 Metalurgia de los aceros API y de sus soldaduras

Durante el proceso de enfriamiento de una fundición el metal liquido comienza a solidificarse

en una fase (austenita) + liquido y al seguir enfriando, se alcanza la temperatura de la

transformación eutectoide y precipitan de esta austenita, simultáneamente, fase alfa (ferrita) y

Fe3C (cementita) en forma del eutectoide perlita. La perlita a mayores aumentos se distingue

por tener una estructura laminar. Por lo tanto, la microestructura esta, formada por colonias de

carbono bajos (0.025 < %C < 0.8 como se muestra en la figura 12) están dentro del grupo de

los aceros hipoeutectoides.

Figura 12. Diagrama de fases Fe-Fe3C



La microestructura de la soldadura por arco sumergido generalmente son compuestas de una

compleja mezcla de constituyentes microestructurales. Los depósitos de arco sumergido en

aceros de alta resistencia abarcan los siguientes constituyentes microestructurales:

Ferrita proeutectoide, en masivo equiaxial o como venas finas de austenita delineada

anteriormente en el límite de grano.

Ferrita Widmanstatten (como listones paralelos a la ferrita emanados anteriormente en

los límites de grano de la austenita).

Ferrita acircular, una estructura resistente encontrada dentro del cuerpo de los granos

austeníticos.

Austenita conservada o listones de martensita (referida algunas veces como fases de

austenita-martensita).

Otros productos, incluyendo Perlita y Bainita.

La microestructura de la ferrita en la soldadura son ilustrados en la figura 13.

Figura 13. Microestructura del metal depositado en una soldadura de arco sumergido. (a)

Ferrita proeutectoide, (b) Ferrita sideplate y (c) Ferrita acircuar [96].

2.8.5 Características de la unión soldada

El suministro de calor durante el proceso de soldadura es un factor que afecta la temperatura y

velocidad de enfriamiento del cordón de soldadura y consta de varias zonas: 1) Zona de

fusión, 2) Interface de soldadura, 3) Zona afectada por el calor y 4) Zona de metal base no

afectada.



1. Zona de Fusión

Consiste en una mezcla de metal de aporte y de metal base que se ha fundido por completo.

Esta zona se caracteriza por un alto grado de homogeneidad entre los metales componentes

que se han fundido durante la soldadura. La solidificación en la zona de fusión se asemeja a

un proceso de fundición. En la soldadura, el molde se forma por medio de los bordes o

superficies no fundidos de los componentes que se están soldando. La diferencia significativa

entre la solidificación en fundición y la soldadura es que en esta ultima ocurre un crecimiento

de grano epitaxial. La estructura de grano en el área de fusión cerca de la zona afectada

térmicamente tiende a imitar la orientación cristalográfica de la zona afectada por el calor

circundante. Mas hacia el centro de la zona de fusión se desarrolla una orientación

preferencial, en la cual los granos están aproximadamente perpendiculares a los límites de la

interface de soldadura.

2. Interface de soldadura

Es un estrecho límite que separa la zona de fusión de la zona afectada por el calor. La interfase

consta de una banda completa y delgada de metal base fundido o parcialmente fundido

durante el proceso de fusión (el fundido se localiza dentro de los granos), el cual se ha

solidificado inmediatamente después y antes de mezclarse con el metal en la zona de fusión.

Por tanto, su composición química es idéntica a la del metal base [97].

3. Zona afectada por el calor

Cuando partes estructurales son soldadas por fusión, en la junta, el material de ambos

componentes es calentado hasta su punto de fusión bajo condiciones de restricción impuestas

por la geometría del sistema. Debido a este severo ciclo térmico la estructura original del

material y sus propiedades son modificadas en una región cercana a la soldadura. Este

volumen de material afectado térmicamente se lo denomina usualmente como zona afecta por

el calor (ZAC).

Desde un punto de vista metalúrgico la zona afectada por el calor de una soldadura por fusión

en aceros puede ser dividida en tres zonas: supercrítica, intercrítica y subcrítica. La zona

supercrítica puede, a su vez, ser dividida en otras dos: la zona recristalizada de grano grueso

(ZRg), cercana a la línea de fusión y la zona recristalizada de grano fino (ZRf), que

corresponde al material que no alcanzó temperaturas demasiado elevadas (<1100ºC) (29) [98].

2.8.6 Corrosión en soldaduras de aceros al carbono

El comportamiento de la corrosión en las soldaduras de los aceros al carbono producido por

soldadura de fusión depende de muchos factores; La corrosión en las soladuras de los aceros

al carbono puede ser debido a efectos metalúrgicos, como es el caso de la corrosión de la zona

afectada por el calor y/o del cordón de soldadura, o puede estar asociada con los aspectos



geométricos, tales como la concentración de esfuerzos en la punta de la soldadura, o la

creación de grietas debido al diseño de unión. Además, las condiciones ambientales

específicas pueden inducir corrosión localizada tales como la temperatura, la conductividad

del fluido corrosivo o el espesor de la película liquido corrosiva en contacto con el metal. En

algunos casos, ambos factores geométricos y metalúrgicos pueden influir en el

comportamiento, tal como en “Stress Corrosión Cracking” (SCC). La corrosión preferencial

de piezas soldadas de aceros al carbono se ha investigado desde 1950 [99].

1. Corrosión en el cordón de soldadura

Los cordones de soldadura de oleoductos y gasoductos constituyen una de las zonas críticas

más susceptibles donde podría iniciarse la corrosión, esto debido a la presencia de entallas

(deformaciones por esfuerzos) o concentradores de tensión, defectos superficiales,

inclusiones, heterogeneidades estructurales que lleva consigo la unión soldada y cuando se

encuentran presentes en los ductos agua, ácido sulfhídrico, bióxido de carbono y alta presión

de operación, tenemos el cuadro ideal para que se desarrolle el mecanismo de corrosión y

agrietamiento por hidrógeno inducido [100].

2. Corrosión en la zona afectada por el calor (ZAC)

La región más susceptible al agrietamiento es la zona afectada por el calor y esto se debe a la

transformación inducida por el calor de la soldadura y que proporciona las condiciones para la

corrosión por esfuerzos (SCC) y/o daño por hidrógeno. Estos tipos de corrosión en equipos

para servicio amargo han sido investigados con profundidad durante varias décadas. Por

ejemplo, en México destaca el trabajo de R. Galván y colaboradores. Sobre la corrosión de

aceros de alta resistencia en presencia de H2S [101, 102].

Un ejemplo de la corrosión preferencial en la ZAC de una soldadura de un acero al carbono se

ilustra en la figura 14:

Figura 14. Corrosión preferencial en la ZAC de una soldadura de acero al carbono en un

ambiente acuoso.

Daño por corrosión



Las transformaciones metalúrgicas que ocurren a través del cordón de soldadura y de la zona

afectada por el calor y las microestructuras resultantes pueden significativamente alterar la

velocidad de corrosión intrínseca del acero. En muchos casos, la causa subyacente del

problema de la corrosión es la diferencia de potencial electroquímico entre el metal de

soldadura y el metal base [99].

CAPITULO 3

DESARROLLO EXPERIMENTAL

No existen conocimientos más elevados o más

bajos, sino un conocimiento único que emana

de la experimentación.

Leonardo da Vinci

CAPITULO 3. Metodología experimental


3.1 Materiales y equipos

En el desarrollo experimental del presente trabajo se utilizaron los siguientes materiales,

equipos y sustancias:

El material utilizado para la experimentación proviene de secciones de tubos de aceros API

X60 y X70 siendo maquinados para obtener muestras de forma cilíndrica para las mediciones

en condiciones estáticas y de flujo turbulento mediante la técnica de ruido electroquímico.

Materiales.

Electrodo de trabajo. Muestras cilíndricas de cordón de soldadura y metal base de

aceros API X60 y X70

Electrodo de referencia: Electrodo saturado de calomel

Electrodo auxiliar: Electrodo de grafito

Material de vidrio diverso: Vaso de precipitado, pipeta, varilla, matraz, etc.

Celda electroquímica de acrílico

Papel abrasivo grado 220, 400 y 600

Parafilm

Capilar de Luggin

Equipos.

Potenciostato/Galvanostato

Computadora con software Corrwie 2.0

Electrodo cilíndrico rotatorio

Microscopio electrónico de barrido

Microscopio óptico

Taladro



Medio de prueba.

La solución electrolítica utilizada fue agua de mar sintética de acuerdo a la norma

ASTM D-1141 (ver tabla 5).

Se utilizó un capilar de luggins como conector de las celdas, compuesto por una

solución solidificante rica en sales (agar agar).

Tabla 5. Composición química del agua de mar sintética [103].

Componente Concentración gr/L

NaCl 24.53

MgCl2 5.20

Na2SO4 4.09

CaCl2 1.16

KCl 0.695

NaHCO3 0.201

3.2 Maquinado de las muestras de acero API 5L X60 y X70

Se rebeló la microesturctura de los aceros X60 y X70 para delimitar la zona de metal base,

zona afectada por el calor y zona de fusión, se obtuvieron cilindros que abarcaran dichas

zonas para cada acero como se muestra en las figuras 15 y 16. Cabe mencionar que las

muestras cilíndricas se obtuvieron mediante un corte con chorro de refrigerante, con la

finalidad de no aplicar calor y que modificara su microestructura.


mediante técnicas electroquímicas




mediante técnicas electroquímicas

Todas las muestras ó electrodos de trabajo fueron maquinados en forma cilíndrica presentando

un área total de exposición al medio corrosivo de 3.13 cm2 para condiciones estáticas (0 RPM)

y de flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) para ser colocados en el porta muestras

del ECR (ver figura 17).

Todas las muestras fueron pulidas con papel abrasivo grado 100, 220, 320, 400 y 600.

Después de pulirse las muestras, fueron enjuagadas con agua destilada y desengrasadas con

acetona y finalmente colocadas en un desecador.

Figura 17. Electrodo de trabajo para condiciones de flujo turbulento y estático

Aislante (Teflón)

Área: 3.13 cm2

Porta muestras Contacto eléctrico

Área de inserción

de las muestras

Muestras de acero X60

y X70

0.9 cm

Área: 3.13 cm2



3.3 Evaluación electroquímica mediante las técnicas de RE y EIE.

Ruido electroquímico (RE)

Se utilizo un sistema de tres electrodos, compuesto por dos electrodos de trabajo

nominalmente idénticos (ET1 y ET2) y un electrodo de referencia (ER) de calomel (ver figura

18).

Figura 18. Arreglo experimental utilizado en mediciones de ruido electroquímico, bajo

condiciones de flujo

Se tomo un total de 1200 puntos con una velocidad de barrido de 1 mV por segundo. Las

mediciones se llevaron a cabo bajo diferentes condiciones de flujo (100, 1000, 2000, 3000 y

5000 RPM) y en condiciones estáticas durante 24 horas.

Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIE)

Se utilizo un sistema de tres electrodos, compuesto por un electrodo de trabajo (ET1) un

electrodo de referencia (ER) de calomel y un electrodo auxiliar (EA) de grafito. El rango de

frecuencia que se empleo fue de 10000 a 0.01Hz, y una amplitud de voltaje de 10 mV.

Las lecturas fueron tomadas al inicio de la experimentación y a las 24 horas de exposición de

la muestra (ver figura 19).

ET 1

ER

ECR

Controlador

controlador

ET 2



Figura 19. Arreglo experimental de la medición de Impedancia, usando un sistema de tres

electrodos.

Controlador

ER

ET

EA

CAPITULO 4

RESULTADOS Y ANÁLISIS

La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino

también en la destreza de aplicar los conocimientos en

la práctica.

Aristóteles.

CAPITULO 4. Resultados y análisis



turbulento del acero X60 MB

4.1.1 Pruebas electroquímicas del acero API X60 metal base (X60 MB) inmerso en agua

de mar sintética bajo condiciones estáticas y dinámicas.

Se llevo a cabo el monitoreo de la corrosión del acero bajo carbono X60 metal base (X60

MB). Dichas muestras fueron sumergidas en una solución de agua de mar sintética,

haciéndose las mediciones electroquímicas en condiciones estáticas y turbulentas (1000, 2000,

3000 y 5000 RPM).

Se realizaron 2 experimentos para el seguimiento del Ecorr y para las técnicas de RE y EIE.

Para fines prácticos cada experimento realizado independientemente se mencionara como:

prueba 1 y prueba 2. En la presentación de resultados a excepción del Ecorr, se muestran las

dos pruebas, para el caso del análisis de RE y EIE RE solo se muestra la prueba 1, la prueba 2

se podrá observar en el anexo A.

4.1.2 Presentación de la comparación del potencial de corrosión (Ecorr) con respecto al

tiempo del acero X60 MB de las pruebas 1 y 2

Se realizo la medición del Ecorr con respecto al tiempo de exposición como primer paso en las

evaluaciones electroquímicas. La figura 20 muestra el Ecorr de las pruebas efectuadas con el

fin de corroborar la reproducibilidad del acero API X60 metal base inmerso en agua de mar

sintética en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La determinación del potencial de corrosión del acero X60MB en condiciones estáticas y

dinámicas mostraron una buena reproducibilidad indicando la variación del potencial de

corrosión respecto a la velocidad de flujo en las dos pruebas, se puede observar que a medida

que aumento la velocidad de flujo el Ecorr se volvió más electropositivo (ver figura 20). A

continuación se muestran la diferencia de potencial entre cada prueba.

1. En las mediciones en condiciones estáticas X60MB la diferencia de potencial fue de

9mV

2. En las mediciones a 1000RPM X60MB la diferencia de potencial fue de 32mV






Figura 20.Reproducibilidad del Ecorr en

función del tiempo de exposición de la muestra

de acero API X60 MB inmerso en agua de mar

sintética en condiciones estáticas y de flujo

turbulento.

4.1.3 Presentación y análisis de transientes del RE con respecto al tiempo del acero X60

MB en condiciones estáticas y de flujo turbulento

Las figuras 21 a 25 muestran las mediciones electroquímicas del RE del análisis de potencial

(E) y corriente (i) con respecto al tiempo, del acero X60 MB en condiciones estáticas y de

flujo turbulento. Es importante mencionar que T0, T12 y T24 corresponden a los tiempos de

exposición del X60 MB inmerso en agua de mar sintética.

-850

-830

-810

-790

-770

-750

-730

-710

-690

-670

-650

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

Prueba 1-ESTATICO Prueba 2-ESTATICO

-650

-630

-610

-590

-570

-550

-530

-510

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

Prueba 1-3000RPM Prueba 2-3000RPM

-800

-770

-740

-710

-680

-650

-620

-590

-560

-530

-500

-470

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-635

-620

-605

-590

-575

-560

-545

-530

-515

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

-520

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)





sintética en condiciones estáticas. Potencial vs tiempo (A), Corriente vs tiempo (B1 y B2).


sintética a 1000 RPM. Potencial vs tiempo (A), Corriente vs tiempo (B1 y B2).

-800

-790

-780

-770

-760

-750

-740

-730

-720

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-ESTATICO T12-ESTATICO T24-ESTATICO A

-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-ESTATICO T12-ESTATICO B1

-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

-720

-700

-680

-660

-640

-620

-600

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2




a 2000 RPM. Potencial vs tiempo (A), Corriente vs tiempo (B1 y B2).



-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM A

-1.E-03

-1.E-03

-9.E-04

-7.E-04

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-1.E-03

-1.E-03

-9.E-04

-7.E-04

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-7.E-02

-5.E-02

-3.E-02

-6.E-03

1.E-02

3.E-02

5.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM B1

-7.E-02

-5.E-02

-3.E-02

-6.E-03

1.E-02

3.E-02

5.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM B2





Comentarios.

El Ecorr mostro para las condiciones estáticas y dinámicas (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) que

al inicio de la prueba (T0) tienen los valores de Ecorr mas electropositivos esto debido a que el

material estaba activo debido a la limpieza mecánica efectuada antes de iniciarse la prueba

(ver figura 21A a la 25A), conforme transcurre el tiempo de exposición de las muestras (T12 y

T24) el Ecorr disminuye a valores más electronegativos en condiciones estáticas y dinámicas

esto debido a la formación de productos de corrosión sobre la superficie del material expuesto

al medio corrosivo. En las figuras 21B a 23B se muestran transientes de corriente grandes y

muy frecuentes esto atribuido a la agresividad del medio sobre la superficie del metal en

condiciones estáticas y dinámicas (1000 y 2000 RPM), Uruchurtu [37] y colaboradores

mencionan en sus estudios realizados que este comportamiento es debido a un decaimiento

transitorio o corrimiento de la señal de potencial, a medida que se desarrolla el producto de

corrosión o película sobre la superficie la cual suministra la barrera creciente al oxigeno,

presentando transientes de corrientes constantes y significativas con respecto al tiempo de

exposición. En lo que representa a las figuras 24B y 25B las oscilaciones de corriente son mas

puntuales con valores de corriente positivos y negativos altos esto debido al efecto mecánico y

de acuerdo a estudios de A. Legat y V. Dolecek [104] mencionan que este tipo de transitorios

es característico a un tipo de corrosión localizada.

-650

-630

-610

-590

-570

-550

-530

-510

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2



4.1.4 Índice de localización IL

En la tabla 6 se muestran los resultados obtenidos a partir del cálculo del valor de índice de

picadura o índice de localización dividiendo la desviación estándar de la corriente medida (σi),

entre la raíz cuadrada media de la corriente medida (IRMS), en condiciones estáticas y de flujo

turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM).


condiciones estáticas del acero X60 MB.

Comentarios.

Los resultados del índice de localización presentados en la tabla 6 muestran el tipo de

corrosión que sufre el acero X60 MB en los diferentes tiempos de exposición en condiciones

estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) utilizadas en el desarrollo del

presente trabajo de investigación. Los IL en todos los tiempos de exposición y en ambas

condiciones (estáticas y de flujo turbulento) presentan un tipo de corrosión localizada.

4.1.5 Seguimiento de la resistencia del ruido (Rn) con respecto al tiempo

La figura 26 muestra la Vcorr calculados a partir de los datos experimentales de Rn en función

del tiempo del acero X60 MB en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

En la figura 26 se puede observar que la menor Vcorr se obtuvo en condiciones estáticas y la

mayor Vcorr se obtuvo a 5000 RPM. El aumento y disminución de la Vcorr, a condiciones de

flujo es atribuido principalmente la formación y rompimiento de la película de productos de

corrosión en la superficie del metal, esto debido a la acción de los iones cloruro y al esfuerzo

de corte sobre la superficie del metal.

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.87 0.93 1 0.9 0.9 0.91 0.88 0.96 0.92 0.89 0.92 0.96 0.93

1000 0.93 0.93 1 0.92 0.92 0.89 0.9 1 0.93 0.92 0.9 0.95 0.91

2000 0.92 0.92 0.96 0.92 0.93 0.93 0.92 0.99 0.92 0.93 0.93 0.95 0.9

3000 0.89 0.87 1 0.93 0.92 0.93 0.93 1 0.93 0.93 0.93 1 0.93

5000 0.93 0.92 1 0.87 0.87 0.93 0.92 0.95 0.92 0.91 0.91 0.98 0.92

Índice de Localización (IL) X60 MB

Tiempo de exposición (hrs.)




estáticas inmerso en agua de mar sintética

4.1.6 Impedancia del RE, Zn

Las figuras 27 a 29 muestran diagramas de Bode, en los cuales se observa los espectros de

impedancia obtenidos por la técnica de EIE y el método de análisis de RE, impedancia del RE

(Zn), en condiciones estáticas y de flujo turbulento del acero API X60 MB.

Para analizar los procesos de carga o masa involucrados mediante la medición de RE se utilizo

el método de máxima entropía (MME) para obtener los espectros de potencia del potencial y

de la corriente de la Zn.

Las figuras 27 a 29 de los diagramas de Bode y la Zn del acero X60 MB en condiciones

estáticas y de flujo turbulento, al inicio (T0) y al finalizar la experimentación (T24) muestran

la buena correlación que existen a bajas frecuencias, se puede observar una similitud en las

pendientes obtenidas por Bode y Zn en condiciones estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000

y 3000 RPM), las oscilaciones de estos procesos a bajas frecuencias están asociados a la

presencia de productos de corrosión en la superficie del metal, como lo menciona M.A.

Hernández [40] en sus estudios sobre películas de oxido en la intercara metal-recubrimiento.

para el caso de 5000 RPM (ver figura 29) el espectro de Zn a las 24 horas se desplazo más

hacia bajas frecuencias, esto puede ser atribuido a que ocurre un proceso de difusión.

Uruchurtu [22] en sus investigaciones reporta que para un acero al carbono este tipo de

señales es atribuido a un proceso de difusión o a la presencia de óxidos sobre la superficie.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

ESTATICO 1000 RPM 2000 RPM 3000 RPM 5000 RPM





estáticas (0 RPM) y 1000 RPM




acero X60 MB, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24). 5000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

0 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

1000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

2000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

3000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

5000 RPM




turbulento del acero X60 US

4.2.1 Pruebas electroquímicas del acero API X60 unión soldada (X60 US) inmerso en

agua de mar sintética bajo condiciones estáticas y dinámicas.

Se llevo a cabo el monitoreo de la corrosión del acero X60 unión soldada (X60 US). Dichas

muestras fueron sumergidas en una solución de agua de mar sintética, haciéndose las

mediciones electroquímicas en condiciones estáticas y turbulentas (1000, 2000, 3000 y 5000

RPM).






4.2.2 Presentación de la comparación del potencial de corrosión (Ecorr) con respecto al

tiempo del acero X60 US de las pruebas 1 y 2



fin de corroborar la reproducibilidad del acero API X60 unión soldada inmerso en agua de

mar sintética en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La determinación del potencial de corrosión del acero X60US en condiciones estáticas y





1. En las mediciones en condiciones estáticas X60US la diferencia de potencial fue de

5mV

2. En las mediciones a 1000RPM X60US la diferencia de potencial fue de 12mV




Los potenciales de corrosión (Ecorr) permanecen estables en la prueba 1 y en la prueba 2

conforme transcurrió el tiempo de exposición de las muestras, teniendo una buena correlación

con los resultados obtenidos en los diferentes análisis en estas dos pruebas.





de acero API X60 US inmerso en agua de mar


turbulento

4.2.3 Análisis de transientes del RE con respecto al tiempo del acero X60 US en

condiciones estáticas y de flujo turbulento


(E) y corriente (i) con respecto al tiempo, del acero X60 US en condiciones estáticas y de flujo

turbulento. Es importante mencionar que T0, T12 y T24 corresponden a los tiempos de

exposición del X60 US inmerso en agua de mar sintética.

-850

-830

-810

-790

-770

-750

-730

-710

-690

-670

-650

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-630

-610

-590

-570

-550

-530

-510

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-800

-770

-740

-710

-680

-650

-620

-590

-560

-530

-500

-470

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-635

-620

-605

-590

-575

-560

-545

-530

-515

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

-520

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)








-790

-780

-770

-760

-750

-740

-730

-720

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-4.E-02

-3.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-2.E-02

-1.E-02

-6.E-03

-1.E-03

4.E-03

9.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-4.E-02

-3.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-2.E-02

-1.E-02

-6.E-03

-1.E-03

4.E-03

9.E-03

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

-720

-700

-680

-660

-640

-620

-600

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-1.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-1.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2







-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM A

-9.E-04

-7.E-04

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-9.E-04

-7.E-04

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-1.E-03

-1.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM

B1

-1.E-03

-1.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM

B2





Comentarios.

El Ecorr mostró para las condiciones estáticas y dinámicas (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) que


material estaba activo ósea libre de productos de corrosión sobre la superficie de la muestra

expuesta al medio corrosivo (ver figura 31A a la 35A), conforme transcurre el tiempo de

exposición de las muestras (T12 y T24) el Ecorr disminuye a valores más electronegativos en

condiciones estáticas y dinámicas esto debido a la formación de productos de corrosión sobre

la superficie del material. En las figuras 31B a 34B se muestran transientes muy frecuentes y

grandes lo cual es atribuido al proceso de corrosión, aunque es del tipo corrosión localizada,

se está llevando de forma acelerada en la superficie del metal, Uruchurtu [37] y colaboradores

mencionan en sus estudios que este comportamiento es debido a un decaimiento transitorio o

corrimiento de la señal de potencial, a medida que se desarrolla el producto de corrosión o

película sobre la superficie la cual suministra la barrera creciente al oxigeno, presentando

transientes de corrientes constantes y significativas con respecto al tiempo de exposición,

mediante este tipo de estudio se puede establecer diferencias entre los sistemas con una

cinética catódica y anódica rápida y un sistema lento, como es el caso de la figura 35B, que

muestra transientes de corriente altas y puntuales esto debido a que cuando un ataque

localizado se origina en la superficie del metal, la carga necesaria para mantener el

-580

-575

-570

-565

-560

-555

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-7.E-02

-2.E-02

3.E-02

8.E-02

1.E-01

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-7.E-02

-2.E-02

3.E-02

8.E-02

1.E-01

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2



crecimiento del daño dependerá de la lenta regeneración de la película de productos de

corrosión, este aumento de corrientes puede ser atribuido al efecto mecánico de corte sobre la

superficie del metal y la disminución de las transientes a la regeneración de la película de

productos de corrosión y debido a la difusión de especies electroactivas del seno de la

solución a la superficie del metal debido al flujo turbulento tal como lo menciona Genesca y

colaboradores [70] en sus estudios con aceros API utilizando el ECR .





turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM).


condiciones estáticas del acero X60 US.

Comentarios.


corrosión que sufre el acero X60 US en los diferentes tiempos de exposición en condiciones

estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM), Presentando un tipo de

corrosión localizada en condiciones estáticas y de flujo turbulento.



del tiempo del acero X60 US en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La figura 36 muestra la Vcorr de las muestras de acero X60 US en condiciones estáticas y

dinámicas, mostrando la menor Vcorr en condiciones estáticas y la mayor Vcorr a 5000 RPM. La

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.92 0.75 0.68 0.76 0.7 0.65 0.65 0.48 0.61 0.89 0.9 0.37 0.54

1000 0.93 0.92 1 0.92 0.93 0.93 0.89 0.95 0.91 0.92 0.89 0.99 0.9

2000 0.91 0.93 0.98 0.92 0.93 0.92 0.92 0.95 0.93 0.92 0.93 1 0.93

3000 0.93 0.92 0.94 0.91 0.92 0.93 0.93 0.97 0.92 0.91 0.92 1 0.92

5000 0.92 0.91 0.98 0.9 0.91 0.87 0.88 0.98 0.87 0.86 0.85 0.94 0.89

Índice de Localización (IL) X60 US




Vcorr aumento conforme a mayor velocidad de flujo. Es importante mencionar que las Vcorr del

X60 US presenta el mismo comportamiento que el X60 MB que aumenta y disminuye

conforme transcurre el tiempo de exposición, lo cual es atribuido en el caso de la ruptura de

película y aumento de la Vcorr al esfuerzo de corte (Efecto mecánico del movimiento del flujo

sobre la superficie del metal) y a la acción de los iones cloruro. En el caso de la disminución

de la Vcorr se atribuye principalmente a la regeneración de dicha película de productos de

corrosión.






(Zn), en condiciones estáticas y de flujo turbulento del acero API X60 US.

Se utilizo el método de máxima entropía (MME) para obtener los espectros de potencia del

potencial y de la corriente de la Zn.

Las figuras 37 a 39, muestran buena correlación que existe a bajas frecuencias, entre los

espectros de impedancia obtenidos mediante el método de EIE y el método de Zn de la técnica

de RE. Esto debido a la tendencia similar que tienen los dos métodos en condiciones estáticas

y de flujo turbulento (1000, 2000 y 3000 RPM), en 5000 RPM (ver figura 39) presentan

escalas diferentes esto debido a la difusión de las especies electroactivas del seno de la

solución a la superficie del metal como en la muestra X60MB a 5000 RPM.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

ESTATICO 1000 RPM 2000 RPM 3000 RPM 5000 RPM










1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

0 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

1000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

2000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

3000 RPM

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

5000 RPM




turbulento del acero X70 MB

4.3.1 Pruebas electroquímicas del acero API X70 metal base (X70 MB) inmerso en agua

de mar sintética bajo condiciones estáticas y dinámicas.

Se llevo a cabo el monitoreo de la corrosión del acero bajo carbono X70 metal base (70 MB).

Dichas muestras fueron sumergidas en una solución de agua de mar sintética, haciéndose las

mediciones electroquímicas en condiciones estáticas y turbulentas (1000, 2000, 3000 y 5000

RPM).






4.3.2 Comparación del potencial de corrosión (Ecorr) con respecto al tiempo del acero

X70 MB de las pruebas 1 y 2



fin de corroborar la reproducibilidad del acero API X70 metal base inmerso en agua de mar

sintética en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La determinación del potencial de corrosión del acero X70MB en condiciones estáticas y





1. En las mediciones en condiciones estáticas X70MB la diferencia de potencial fue de

3mV





Los potenciales de corrosión (Ecorr) permanecen estables en la prueba 1 y en la prueba 2

conforme transcurrió el tiempo de exposición de las muestras. Teniendo una buena correlación

con los resultados obtenidos en los diferentes análisis en estas dos pruebas.





de acero API X70 MB inmerso en agua de mar


turbulento.

4.3.3 Análisis de transientes del RE con respecto al tiempo del acero X70 MB en



(E) y corriente (i) con respecto al tiempo del acero X70 MB en condiciones estáticas y de flujo


exposición del X70 MB inmerso en agua de mar sintética.

-800

-790

-780

-770

-760

-750

-740

-730

-720

-710

-700

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-630

-610

-590

-570

-550

-530

-510

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-640

-630

-620

-610

-600

-590

-580

-570

-560

-550

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-635

-620

-605

-590

-575

-560

-545

-530

-515

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

-520

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)








-780

-770

-760

-750

-740

-730

-720

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

-750

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

7.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

7.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2




mar sintética a 2000 RPM. Potencial vs tiempo (A), Corriente vs tiempo (B1 y B2).



-750

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM

A

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

-750

-720

-690

-660

-630

-600

-570

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

8.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM B1

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

8.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM B2





Comentarios.



material estaba activo, libre de productos de corrosión sobre la superficie de la muestra



condiciones estáticas y dinámicas esto debido a la formación de productos de corrosión sobre

la superficie del material. En las figuras 41B a 44B se muestran transientes de corriente

grandes esto atribuido a la agresividad del medio sobre la superficie del metal en condiciones

estáticas y dinámicas, presentando las transientes mas grandes a 5000 RPM (ver figura 45 B)

este comportamiento puede ser atribuido al efecto de corte sobre la superficie del metal que

genero transientes de corriente altas, de acuerdo a estudios de Uruchurtu y A. Legat [37, 104]

este aumento y disminución es atribuido a la formación rompimiento y posterior regeneración

de una película de productos de corrosión, generando este tipo de transientes característicos de

un proceso de corrosión localizada.

-600

-595

-590

-585

-580

-575

-570

-565

-560

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-7.E-02

-5.E-02

-3.E-02

-1.E-02

7.E-03

3.E-02

5.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-7.E-02

-5.E-02

-3.E-02

-1.E-02

7.E-03

3.E-02

5.E-02

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2







turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM).


condiciones estáticas del acero X70 MB.

Comentarios.


corrosión que sufre el acero X70 MB en los diferentes tiempos de exposición en condiciones





del tiempo del acero X70 MB en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La figura 46 muestra la Vcorr de las muestras de acero X70 MB en condiciones estáticas y

dinámicas, se puede observar que la menor Vcorr se obtuvo en condiciones estáticas y la mayor

Vcorr se obtuvo a 5000 RPM. El aumento y disminución de la Vcorr, es debido a la formación y

rompimiento de la película de productos de corrosión en la superficie. La Vcorr aumento

conforme aumento velocidad de flujo.

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.88 0.92 1 0.89 0.89 0.91 0.91 0.98 0.9 0.86 0.92 0.98 0.9

1000 0.93 0.93 1 0.86 0.9 0.89 0.88 0.98 0.9 0.91 0.89 0.94 0.89

2000 0.87 0.89 0.93 0.88 0.87 0.92 0.87 0.94 0.83 0.86 0.85 0.89 0.9

3000 0.88 0.72 0.92 0.72 0.73 0.72 0.66 0.72 0.8 0.58 0.64 0.93 0.62

5000 0.71 0.92 1 0.92 0.92 0.91 0.92 1 0.91 0.92 0.92 0.96 0.92

Índice de Localización (IL) X70 MB









(Zn), en condiciones estáticas y de flujo turbulento del acero API X70 MB.




Las figuras 47 a 49, muestran buena correlación que existe a bajas frecuencias de las

pendientes, entre los espectros de impedancia obtenidos mediante el método de EIE y el

método de Zn de la técnica de RE. Se puede observar una similitud en las pendientes obtenidas

por Bode y Zn en condiciones estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000 y 3000 RPM), las

oscilaciones de estos procesos a bajas frecuencias están asociados a la presencia de productos

de corrosión en la superficie del metal.

para el caso de 5000 RPM (ver figura 49) el espectro de Zn a las 24 horas se desplazo hacia

bajas frecuencias, esto puede ser atribuido a que ocurre un proceso de difusión. Este

comportamiento es similar al obtenido en el acero X60MB y X60US.

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

ESTATICO 5000 RPM

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0 4 8 12 16 20 24

TIEMPO (H)

1000 RPM 2000 RPM 3000 RPM










1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

0 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

1000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

2000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

3000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

5000 RPM




turbulento del acero X70US

4.4.1 Pruebas electroquímicas del acero API X70 unión soldada (X70 US) inmerso en

agua de mar sintética bajo condiciones estáticas y dinámicas.

Se llevo a cabo el monitoreo de la corrosión del acero bajo carbono X70 unión soldada (70

US). Dichas muestras fueron sumergidas en una solución de agua de mar sintética, haciéndose

las mediciones electroquímicas en condiciones estáticas y turbulentas (1000, 2000, 3000 y

5000 RPM).






4.4.2 Comparación del potencial de corrosión (Ecorr) con respecto al tiempo del acero

X70 US de las pruebas 1 y 2



fin de corroborar la reproducibilidad del acero API X70 unión soldada inmerso en agua de

mar sintética en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La determinación del potencial de corrosión del acero X70US en condiciones estáticas y


corrosión respecto a la velocidad de flujo, presentando el mismo comportamiento que en

X70MB (ver figura 50). A continuación se muestran la diferencia de potencial entre cada

prueba.

1. En las mediciones en condiciones estáticas X70US la diferencia de potencial fue de

15mV









de acero API X70 US inmerso en agua de mar


turbulento.

4.4.3 Análisis de transientes del RE con respecto al tiempo del acero X70 US en



(E) y corriente (i) con respecto al tiempo del acero X70 US en condiciones estáticas y de flujo


exposición del X70 US inmerso en agua de mar sintética.

-850

-830

-810

-790

-770

-750

-730

-710

-690

-670

-650

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-650

-630

-610

-590

-570

-550

-530

-510

-490

-470

-450

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

-520

-500

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-600

-585

-570

-555

-540

-525

-510

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

-520

-500

-480

0 200 400 600 800 1000 1200

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)








-765

-760

-755

-750

-745

-740

-735

-730

-725

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

-750

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-1.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-1.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2







-750

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM

A

-6.E-02

-4.E-02

-2.E-02

0.E+00

2.E-02

4.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-6.E-02

-5.E-02

-3.E-02

-2.E-02

0.E+00

2.E-02

3.E-02

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

-680

-650

-620

-590

-560

-530

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

7.E-04

9.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM B1

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

7.E-04

9.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM B2





Comentarios.



material estaba activo ósea libre de productos de corrosión sobre la superficie de la muestra



condiciones estáticas y dinámicas esto debido a la formación de una película de productos de

corrosión sobre la superficie del material. En las figuras 51B, 52B y 54B se muestran

transientes muy frecuentes y grandes lo cual es atribuido al proceso de corrosión, aunque es

del tipo corrosión localizada, se está llevando de forma acelerada en la superficie del metal,

Uruchurtu [37] y colaboradores mencionan en sus estudios que este comportamiento es debido

a un decaimiento transitorio o corrimiento de la señal de potencial, a medida que se desarrolla

el producto de corrosión o película sobre la superficie la cual suministra la barrera creciente al

oxigeno, presentando transientes de corrientes constantes y significativas con respecto al

tiempo de exposición, en las figura 53B y 55B se aprecian transientes de corriente altas y

puntuales esto debido a que cuando un ataque localizado se origina en la superficie del metal,

la carga necesaria para mantener el crecimiento del daño dependerá de la lenta regeneración

de la película de productos de corrosión, este aumento de corrientes puede ser atribuido al

-600

-590

-580

-570

-560

-550

-540

-530

-520

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-2.E-03

0.E+00

2.E-03

4.E-03

6.E-03

8.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-2.E-03

0.E+00

2.E-03

4.E-03

6.E-03

8.E-03

0 200 400 600 800 1000C

OR

RIE

NT

E

(A)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2



efecto mecánico de corte sobre la superficie del metal y la disminución de las transientes a la

regeneración de la película de productos de corrosión y debido además a la difusión de

especies electroactivas del seno de la solución a la superficie del metal debido al flujo

turbulento.





turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM).


condiciones estáticas del acero X70 US.

Comentarios.


corrosión que sufre el acero X70 US en los diferentes tiempos de exposición en condiciones





del tiempo del acero X70 CS en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

Comentarios.

La figura 56 muestra la Vcorr de las muestras de acero X70 US en condiciones estáticas y

dinámicas, la menor Vcorr se obtuvo a condiciones estáticas y la mayor Vcorr se obtuvo a 1000

RPM. El aumento y disminución de la Vcorr, es debido a la formación y rompimiento de la

película de productos de corrosión en la superficie. La Vcorr aumento conforme aumento la

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.91 0.89 0.95 0.85 0.89 0.85 0.87 0.95 0.9 0.87 0.92 0.93 0.9

1000 0.93 0.92 0.98 0.9 0.93 0.9 0.93 1 0.91 0.92 0.9 1 0.93

2000 0.93 0.93 1 0.92 0.92 0.93 0.93 1 0.93 0.93 0.93 0.93 0.92

3000 0.67 0.8 0.52 0.55 0.9 0.51 0.52 0.62 0.49 0.6 0.53 0.63 0.49

5000 0.89 0.66 0.7 0.71 0.79 0.79 0.66 0.79 0.69 0.8 0.65 1 0.5

Índice de Localización (IL) X70 US




velocidad de flujo. Es importante mencionar que las Vcorr del X70 US presenta el mismo

comportamiento que el X70 MB que aumenta y disminuye conforme transcurre el tiempo de

exposición, lo cual es atribuido en el caso de la ruptura de película y aumento de la Vcorr al

esfuerzo de corte (Efecto mecánico del movimiento del flujo sobre la superficie del metal) y a

la acción de los iones cloruro. En el caso de la disminución de la Vcorr se atribuye

principalmente a la regeneración de dicha película de productos de corrosión.






(Zn), en condiciones estáticas y de flujo turbulento del acero API X70 US.




Las figuras 57 a 59, muestran buena correlación que existe a bajas frecuencias, entre los

espectros de impedancia obtenidos mediante el método de EIE y el método de Zn de la técnica

de RE, siendo similares a los obtenidos en las muestras de X60 (MB y US) y el X70 MB,

presentando espectros característicos de transferencia de carga y para el caso de las 5000 RPM

se presento un proceso de difusión.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

ESTATICO 1000 RPM 2000 RPM

3000 RPM 5000 RPM







acero X70US, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24). 2000 y 3000 RPM.


acero X70 US, al inicio de la experimentación (T0) y a las 24hrs (T24), en condiciones de

flujo turbulento (5000 RPM)

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

0 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

1000 RPM

0.1

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

2000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

3000 RPM

1

10

100

1000

10000

100000

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

/ Z

/

(oh

m*c

m2)

f (HZ)

T0 Zn T24 Zn

T0 EIE T24 EIE

5000 RPM



4.5 Comparación de la Vcorr obtenida por Rn del acero X60MB con el X60US en


Todas las comparaciones de Vcorr se desarrollaron a condiciones estáticas y de flujo

turbulento. Las velocidades de rotación fueron: 1000, 2000, 3000 y 5000RPM, inmersos en

agua de mar sintética. Las figuras 60 a 64 muestran las Vcorr obtenidas por el método de

análisis de RE, resistencia del ruido Rn, se obtiene dividiendo la desviación estándar del

potencial medido (σE) entre la desviación estándar de la corriente medida (σi).


agua de mar sintética en condiciones estáticas.

En la figura 60 se presentan los valores de la Vcorr en condiciones estáticas del acero X60

metal base (MB) y X60 unión soldada (US) presentando la Vcorr menor el metal base. Este

comportamiento puede ser atribuido principalmente a que la unión soldada presenta

inhomogeneidad en su microestructura debido principalmente al tratamiento térmico aplicado.

En la figura 61 se presenta la comparación de la Vcorr en condiciones de flujo turbulento

(1000RPM) del acero X60 metal base (MB) y X60 unión soldada (US) presentando valores

similares de Vcorr en ambas muestras aproximadamente hasta las 10 horas de exposición,

teniendo un aumento considerable en la Vcorr el X60MB hasta finalizar el tiempo de

exposición. Es importante mencionar que bajo estas condiciones de flujo turbulento, la Vcorr

de las dos muestras tendieron a aumentar y disminuir a medida que transcurrió el tiempo de

exposición. Este comportamiento de aumento de la Vcorr como ya se menciono anteriormente,

es atribuido principalmente al efecto mecánico del flujo sobre la pared del metal (esfuerzo de

corte). En el caso de la disminución de la Vcorr, esta se atribuye a la regeneración de la película

de productos de corrosión que cubre la muestra metálica y que lo protege parcialmente.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

EST - X60MB EST- X60US




agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM)



En la figura 62 se presenta la comparación de la velocidad de corrosión en condiciones de

flujo turbulento (2000RPM) del acero X60 metal base (MB) y X60 unión soldada (US)

teniendo un comportamiento similar ambas muestras desde el inicio y hasta finalizar el tiempo

de exposición, aumentando la Vcorr conforme aumento el tiempo de exposición de 24 horas de

las muestras de acero X60MB y X60US.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

1000RPM - X60MB 1000RPM- X60US

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)




Figura 63. Comparación de la Vcorr de las muestras de acero X60MB y X60CS inmersos en



flujo turbulento (3000RPM) del acero X60 metal base (MB) y X60 unión soldada (US) siendo

el X60US el que tuvo la menor velocidad de corrosión durante todo el tiempo de exposición

de las muestras. Es importante mencionar que ambas curvas de Vcorr presentan un aumento y

disminución lo cual es un comportamiento similar al observado en las Vcorr a 1000 RPM.


agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (5000 RPM).

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)





flujo turbulento (5000RPM) del acero X60 metal base (MB) y X60 unión soldada (US) se

observa un aumento y disminución en ambas muestras alcanzando un valor de Vcorr similar

aproximadamente a las 12 horas de exposición de las muestras, el aumento de la Vcorr como ya

se menciono anteriormente, puede ser atribuido al esfuerzo de corte y a la acción de los

cloruros, mientras que la disminución de la Vcorr se atribuye principalmente a la regeneración

de la película de productos de corrosión formada sobre la superficie del metal. Además, es

posible mencionar que las Vcorr en forma general correspondieron a las Vcorr del acero X60US.



4.6 Comparación de la Vcorr obtenida por Rn del acero X70MB con el X70US en




agua de mar sintética.

Las figuras 65 a 69 muestran las Vcorr obtenidas por el método de análisis de RE, resistencia

del ruido Rn, se obtiene dividiendo la desviación estándar del potencial medido (σE) entre la

desviación estándar de la corriente medida (σi).

En la figura 65 se presentan los valores de la velocidad de corrosión en condiciones estáticas

del acero X70 metal base (MB) y X70 unión soldada (US) obteniendo la velocidad de

corrosión menor el acero X70MB sin tener cambios considerables de la Vcorr durante todo el

tiempo de exposición, obteniendo la mayor Vcorr el X70US, esto puede ser atribuido como ya

se menciono a que la unión soldada presenta inhomogeneidad en su microestructura debido

principalmente al tratamiento térmico aplicado, alcanzando la Vcorr mas alta

aproximadamente a las 12 horas de exposición de la muestra.


agua de mar sintética en condiciones estáticas



teniendo una Vcorr constante durante todo el tiempo de exposición el X70MB y menor en

comparación a la muestra de X70US que aumento su Vcorr conforme aumento el tiempo de

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

EST - X70MB EST- X70US



exposición de la muestra. Es importante mencionar que ambas curvas de Vcorr presentan el

mismo comportamiento de la Vcorr encontrado en condiciones estáticas.







0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

1000RPM - X70MB 1000RPM- X70CS

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)




teniendo un comportamiento similar en la Vcorr de la muestra X70MB a 1000 RPM. La

muestra de X70US fue la que presento la mayor Vcorr. Este aumento de la Vcorr en la unión

soldada como ya se menciono anteriormente, puede ser atribuido al esfuerzo de corte y la

disminución de la Vcorr es debido a la regeneración de la película de productos de corrosión

que se deposita sobre la superficie de la muestra metálica.


flujo turbulento (3000RPM) del acero X70 metal base (MB) y X70 unión soldada (US) siendo

el X70MB el que presento la menor velocidad de corrosión en comparación a la muestra de

X70US hasta las 22 horas de exposición teniendo el X70MB un aumento en la Vcorr siendo la

más alta de las dos muestras y finalmente presento una disminución de su Vcorr a las 24 horas

de exposición, este aumento y disminución de la Vcorr puede ser atribuido al rompimiento y

regeneración de la película de productos de corrosión sobre la superficie del material debido al

efecto mecánico de corte. El X70US fue aumentando su Vcorr conforme transcurrió el tiempo

de exposición.




flujo turbulento (5000RPM) del acero X70 metal base (MB) y X70 unión soldada (US) se

observa un aumento y disminución en ambas muestras alcanzando un valor de Vcorr mayor en

la muestra de X70MB, este aumento y disminución puede ser atribuido al efecto mecánico de

corte sobre la superficie del metal como ya se había mencionado anteriormente.

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)





agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (5000 RPM).

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)




4.7 Comparación de la Vcorr obtenida por Rn del acero X60MB con el X70MB en




agua de mar sintética.

Las figuras 70 a 74 muestran las Vcorr obtenidas por el método de análisis de RE, resistencia

del ruido Rn, se obtiene dividiendo la desviación estándar del potencial medido (σE) entre la

desviación estándar de la corriente medida (σi).

Presentando la velocidad de corrosión menor el X70MB en condiciones estáticas y de flujo

turbulento, teniendo la mayor Vcorr el X60MB durante todo el tiempo de exposición de las

muestras, aumentando la Vcorr conforme paso el tiempo de exposición en las condiciones

estáticas y de flujo turbulento el X60MB, este comportamiento se puede atribuir a la

composición química de dichos aceros API 5L, teniendo una mayor resistencia a la corrosión

el acero X70 por su bajo contenido de carbono, en comparación al X60 (Ver tabla 3 y 4).


agua de mar sintética en condiciones estáticas

En la figura 70 se muestra la Vcorr con respecto al tiempo de las muestras de acero X60MB y

X70MB, obteniendo la menor Vcorr el X70MB, y teniendo un aumento y disminución de la

Vcorr el X60MB durante todo el tiempo de exposición, esto puede ser atribuido a que la

película de productos de corrosión era muy inestable generando la variación del daño al

material.

0

0.004

0.008

0.012

0.016

0.02

0.024

0.028

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

EST - X60MB EST- X70MB







Las figuras 71 y 72 presentan el mismo comportamiento en sus dos curvas de Vcorr,

obteniendo la Vcorr mas baja y constante el X70MB, mientras que el acero X60MB aumento su

Vcorr con respecto al tiempo de exposición de la muestra.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)

1000RPM - X60MB 1000RPM- X70MB

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)








La figura 73 presenta los valores de Vcorr más bajos para el 70MB en comparación al X60MB,

pero teniendo un aumento de la Vcorr a las 22 horas aproximadamente de exposición.

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)


0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0 4 8 12 16 20 24

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

TIEMPO (H)




En la figura 74 presenta la comparación de la velocidad de corrosión en condiciones de flujo

turbulento (5000RPM) del acero X60 metal base (MB) y X70 metal base (MB) teniendo un

aumento y disminución de la Vcorr durante todo el tiempo de exposición de las muestras, este

aumento y disminución puede ser atribuido al efecto mecánico de corte sobre el metal,

teniendo la Vcorr mas alta el acero X60 aproximadamente a las 12 horas de exposición,

teniendo el mismo comportamiento que en las condiciones estáticas y en 1000, 2000 y 3000

RPM.



4.8 Análisis superficial de las muestras de acero API 5L X60 Y X70 metal base y cordón

de soldadura

Se realizo el análisis superficial del proceso de corrosión mediante microscopia electrónica de

barrido, de las muestras de acero API X60 y X70 sumergidas en agua de mar sintética bajo

diferentes condiciones de flujo turbulento y en condiciones estáticas. Este análisis permitió

identificar la morfología del ataque corrosivo para cada una de las condiciones de flujo

utilizadas en el desarrollo del presente proyecto de investigación.

Morfología de la corrosión del acero X60 y X70 metal base y unión soldada

Para determinar el tipo de ataque corrosivo que sufrieron los aceros se utilizarón muestras

evaluadas electroquímicamente con un tiempo de exposición de 24 horas. Como resultado se

obtuvo que la morfología del ataque corrosivo presente en condiciones estáticas y de flujo

turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) fue del tipo de corrosión localizada en las

muestras del acero X60 y X70 metal base y unión soldada. Es importante mencionar que la

corrosión localizada no es del tipo picadura, ya que este tipo de corrosión se debió al

desprendimiento de la película de productos de corrosión formada en la superficie del metal

asociada a la corrosión por hendiduras, mostrando más daño localizado en las condiciones de

flujo turbulento atribuyéndose a un tipo de erosión-corrosión esto debido a la película de

productos de corrosión que se desprendía debido al efecto mecánico de corte.

Las figuras 75 a la 79 se presentan las micrografías realizadas a las muestras de acero API 5L

X60 metal base en condiciones estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000RPM).


mar sintética en condiciones estáticas



Comentarios

Se puede observar en la figura 75 el daño localizado en condiciones estáticas. Estos resultados

concuerdan con los obtenidos en el método de análisis de transientes de corriente y potencial,

índice de localización y los resultados obtenidos con la resistencia del ruido.


mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM)



Comentarios.

En las figuras 76 y 77 se presenta un tipo de corrosión más agresivo esto debido al flujo

turbulento, al analizar la morfología revelan que en su mayoría son del tipo de corrosión por



hendiduras. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el método de análisis de

transientes de corriente y potencial, índice de localización y resistencia del ruido.





Comentarios

En la figura 78 se muestra un tipo de corrosión por hendidura y afectado también por erosión -

corrosión ya que se muestran líneas esto debido al flujo turbulento, pero es importante señalar

que los daños fueron agresivos ya que los resultados obtenidos con los métodos de análisis de

transientes de corriente y potencial, índice de localización y los resultados obtenidos con la



resistencia del ruido indicando un tipo de corrosión localizo y una Vcorr alta comparada con las

condiciones estáticas y con 2000 RPM (condiciones de flujo turbulento). para el caso de 5000

RPM (figura 79) se muestra la superficie del material completamente dañando esto debido a

las condiciones mecánicas de flujo.


X60 unión soldada representada con la abreviatura X60ZAT en condiciones estáticas y de

flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000RPM).


de mar sintética en condiciones estáticas

Comentarios

La figura 80 muestra las micrografías de las muestras de acero X60 unión soldada inmerso en

agua de mar natural sintética en condiciones estáticas, en las cuales se observa la superficie de

la muestra de trabajo mostrando un ataque corrosivo localizado. Es importante mencionar que

la agresividad del ataque corrosivo es menor en comparación a las velocidades de flujo

turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000RPM). Este comportamiento concuerda con el presentado

en el análisis de transientes de corriente y potencial y con los resultados obtenidos en el

método de Rn.

Las figuras 81 a la 84 muestran las micrografías de las muestras de acero X60 unión soldada

inmerso en agua de mar natural sintética en condiciones de flujo turbulento (1000, 2000, 3000

y 5000RPM) , en las cuales se observa la superficie de la muestra de trabajo mostrando un

ataque localizado severo. Este comportamiento concuerda con el presentado en el análisis de

transientes de corriente y potencial y con los resultados obtenidos en el método de Rn.




de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM)









Comentarios

Es importante mencionar que las micrografías presentan una buena correlación con los

métodos aplicados para el estudio de la corrosión en metal base y la unión soldada,

presentando un tipo de corrosión localizada.




X70 metal base en condiciones estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000RPM).


mar sintética en condiciones estáticas

Comentarios










Comentarios.

En las figuras 86 y 87 se presenta un tipo de corrosión más agresivo esto debido al flujo

turbulento generándose líneas en la superficie del material debido al efecto mecánico de corte.

Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el método de análisis de transientes de

corriente y potencial, índice de localización y resistencia del ruido.







Comentarios.

En las figuras 88 y 89 se presenta un tipo de corrosión localizado esto debido al flujo

turbulento generándose daños profundos en la superficie del material debido al efecto

mecánico de corte. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el método de análisis de

transientes de corriente y potencial, índice de localización y resistencia del ruido.


70 unión soldada representada con la abreviatura X70ZAT en condiciones estáticas y de flujo

turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000RPM).

Es posible decir que las micrografías obtenidas mediante el microscopio electrónico de

barrido después de 24 horas de exposición son del tipo corrosión localizada, cabe aclarar que

no principalmente debe ser picadura ya que el acero al carbono no genera una capa pasiva,

pero si productos de corrosión que se llegan a depositar sobre la superficie del metal

protegiendo ligeramente al metal expuesto y generándose el daño cuando se llega a desprender

esa capa.




de mar sintética en condiciones estáticas

Comentarios




Figura 91. Morfología del ataque corrosivo del acero API X70 cordón de soldadura inmerso

en agua de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (1000 RPM)

Comentarios

Se puede observar en la figura 91 el daño localizado en condiciones de flujo turbulento (1000

RPM). Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el método de análisis de transientes



de corriente y potencial, índice de localización y los resultados obtenidos con la resistencia del

ruido



Comentarios

Se puede observar en la figura 92 el daño localizado en condiciones de flujo turbulento (2000

RPM). Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el método de análisis de transientes

de corriente y potencial, índice de localización y los resultados obtenidos con la resistencia del

ruido






de mar sintética en condiciones de flujo turbulento (5000 RPM).

Comentarios

Se puede observar en las figuras 93 y 94 el daño localizado en condiciones de flujo turbulento

(3000 y 5000 RPM), se puede observar líneas generadas por el flujo turbulento en la

superficie del metal. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en el método de análisis

de transientes de corriente y potencial, índice de localización y los resultados obtenidos con la

resistencia del ruido.



4.9 Análisis de resultados de los valores obtenidos de la técnica de RE

Se llevo a cabo el monitoreo de la corrosión del acero bajo carbono X60 y X70 metal base

(X60MB y X70MB) y X60 y X70 unión soldada (X60US y X70US). Las muestras fueron

sumergidas en una solución de agua de mar sintética, realizando un seguimiento del potencial

de corrosión en condiciones estáticas (0RPM) y turbulentas (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM).

La figura 95 presenta los Ecorr en función de la velocidad de flujo (0, 1000, 2000, 3000 y

5000RPM) en el agua de mar sintética de las muestras de acero MB (X60 y X70) y US (X60 y

X70).


X70MB y X60 y X70US inmersos en agua de mar sintética

En la figura 95 se puede observar como los potenciales de corrosión (Ecorr) en condiciones

estáticas (0RPM) para las diferentes muestras fueron los más electronegativos, esto atribuido a

la formación de una película de productos de corrosión que se deposito sobre la superficie de

las muestras que protegía a las muestras de la agresividad del electrolito en comparación a las

condiciones de flujo turbulento, ya que a medida que aumento la velocidad de flujo el Ecorr se

volvió más electronegativo esto atribuido a la dificultad del traslado de las especies

electroactivas del seno de la succión hacia la superficie de las muestras. Galván y

colaboradores [105] describen este mismo comportamiento en sus estudios utilizando los

ECR. Es importante mencionar que las muestras de trabajo (X60 y X70MB y X60 y X70US)

mantuvieron la misma tendencia en condiciones estáticas y las diferentes velocidades de flujo

turbulento.

-780

-730

-680

-630

-580

-530

0 1000 2000 3000 4000 5000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

RPM

X60 MB X60 US X70 MB X70 US



La figura 96 presenta las velocidades de corrosión (Vcorr) en función de la velocidad de flujo

(0, 1000, 2000, 3000 y 5000RPM) en el agua de mar sintética de las muestras de acero MB

(X60 y X70) y US (X60 y X70).



En la figura 96 se puede observar que las Vcorr en el acero X60 y X70 metal base son las que

obtuvieron menor Vcorr, en comparación a las muestras de la unión soldada, este

comportamiento es atribuido a que la unión soldada de las muestras de X60 y X70 contenían

la zona afectada por el calor, siendo la más propensa a sufrir daños por corrosión esto debido a

los fundentes tipo consumibles de los electrodos en el proceso SAW usando recubrimientos

básicos. En agua de mar, la velocidad de corrosión para una soldadura hecha usando

consumibles protegidos con un fundente básico puede ser tan alta para el cordón de soldadura

de un electrodo consumible protegido con fundente de rutilo [99].

Es importante mencionar que las muestras de metal base (X60 y X70) mantuvieron el mismo

comportamiento teniendo un aumento en la velocidad de corrosión (Vcorr) cuando las

condiciones de flujo cambiaron de estáticas a dinámicas, siendo el X70 la que obtuvo la Vcorr

mas baja, como ya se había mencionado antes esto es debido a que contiene menos carbono

que el X60.

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0 1000 2000 3000 4000 5000

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

co

rr

(mm

/añ

o)

RPM

X60MB X70MB X70 US X60 US



Para el caso de las muestras de cordón de soldadura también mantuvieron el mismo

comportamiento de aumento y disminución de la Vcorr siendo el X70US la que obtuvo la

menor Vcorr. Se puede observar que la Vcorr es similar en las cuatro muestras a las 2000 RPM,

este comportamiento tanto en las muestras de metal base y las de cordón de soldadura puede

ser atribuido a que a estas condiciones de flujo puede haber un comportamiento de densidad

de corriente límite (ilim) formado por dos componentes: ilim de difusión lenta de las especies

electroactivas del seno de la solución hacia el metal y la ilim reacción. La corriente límite es

debida a la reducción del oxigeno siendo este proceso dependiente del flujo.

En las tablas 10 y 11 se presentan los valores del índice de localización obtenidos a partir del

cálculo del valor de índice de picadura o índice de localización dividiendo la desviación

estándar de la corriente medida (σi), entre la raíz cuadrada media de la corriente medida

(IRMS), en condiciones estáticas y de flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) de las

muestras de acero X60 y X70 metal base y unión soldada inmersos en agua de mar sintética.

De acuerdo a los valores de la tabla 2 del rango de índice de picadura los resultados muestran

que en todas las velocidades de flujo turbulento y en condiciones estáticas para las muestras

de acero X60 y X70 metal base y unión de soldadura tuvieron valores mayores a 0.1 indicando

con esto un tipo de corrosión localizada en la superficie de las muestras expuestas al agua de

mar sintética. Este tipo de corrosión puede ser justificado con el análisis superficial con

microscopia electrónica de barrido como se muestra en el capítulo 4.8.


condiciones estáticas del acero X60 MB y US.

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.87 0.93 1 0.9 0.9 0.91 0.88 0.96 0.92 0.89 0.92 0.96 0.93

1000 0.93 0.93 1 0.92 0.92 0.89 0.9 1 0.93 0.92 0.9 0.95 0.91

2000 0.92 0.92 0.96 0.92 0.93 0.93 0.92 0.99 0.92 0.93 0.93 0.95 0.9

3000 0.89 0.87 1 0.93 0.92 0.93 0.93 1 0.93 0.93 0.93 1 0.93

5000 0.93 0.92 1 0.87 0.87 0.93 0.92 0.95 0.92 0.91 0.91 0.98 0.92

Estatico 0.92 0.75 0.68 0.76 0.7 0.65 0.65 0.48 0.61 0.89 0.9 0.37 0.54

1000 0.93 0.92 1 0.92 0.93 0.93 0.89 0.95 0.91 0.92 0.89 0.99 0.9

2000 0.91 0.93 0.98 0.92 0.93 0.92 0.92 0.95 0.93 0.92 0.93 1 0.93

3000 0.93 0.92 0.94 0.91 0.92 0.93 0.93 0.97 0.92 0.91 0.92 1 0.92

5000 0.92 0.91 0.98 0.9 0.91 0.87 0.88 0.98 0.87 0.86 0.85 0.94 0.89

Índice de Localización (IL)


Acero API 5L X60 MB

Acero API 5L X60 US





4.10 Discusión de resultados

Uruchurtu [12] en sus estudios del RE en condiciones hidrodinámicas utiliza un diseño de

anillos en un mismo porta-electrodo, tal que, uno trabaja como electrodo de trabajo 1; otro,

como electrodo de trabajo 2 y el tercero como electrodo de referencia siendo un sistema muy

complejo y difícil de reproducir por su elevado costo. Robert A. Cottis [43,44], Juan

Mendoza y colaboradores [106] utilizan una celda electroquímica típica de 3 electrodos

(electrodo de trabajo, electrodo de referencia y electrodo auxiliar) para las mediciones de RE

en condiciones de flujo utilizando solo un ECR.

Es por ello que la determinación de la cinética de corrosión de las muestras de acero API X60

y X70 en agua de mar sintética bajo condiciones de flujo turbulento mediante la te aplicación

de la técnica de ruido electroquímico (RE), se diseño un sistema electroquímico utilizando dos

electrodos cilíndricos rotatorios (ECR) unidos por un puente salino (ver figura 18), para el

estudio del RE y poder determinar el comportamiento electroquímico de las muestras a

diferentes velocidades de flujo turbulento. Se encontró que el sistema es dependiente de tanto

el tiempo de exposición como de las condiciones de flujo turbulento.

Es importante mencionar que hay poca información respecto al estudio de la corrosión

utilizando dos ECR, siendo un sistema nuevo para el estudio de la corrosión en condiciones de

flujo turbulento. Galván y colaboradores [8] han utilizado este sistema en sus estudios de la

corrosión localizada a 1000 y 5000 RPM. Debido a la poca información se realizo un análisis

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.88 0.92 1 0.89 0.89 0.91 0.91 0.98 0.9 0.86 0.92 0.98 0.9

1000 0.93 0.93 1 0.86 0.9 0.89 0.88 0.98 0.9 0.91 0.89 0.94 0.89

2000 0.87 0.89 0.93 0.88 0.87 0.92 0.87 0.94 0.83 0.86 0.85 0.89 0.9

3000 0.88 0.72 0.92 0.72 0.73 0.72 0.66 0.72 0.8 0.58 0.64 0.93 0.62

5000 0.71 0.92 1 0.92 0.92 0.91 0.92 1 0.91 0.92 0.92 0.96 0.92

Estatico 0.91 0.89 0.95 0.85 0.89 0.85 0.87 0.95 0.9 0.87 0.92 0.93 0.9

1000 0.93 0.92 0.98 0.9 0.93 0.9 0.93 1 0.91 0.92 0.9 1 0.93

2000 0.93 0.93 1 0.92 0.92 0.93 0.93 1 0.93 0.93 0.93 0.93 0.92

3000 0.67 0.8 0.52 0.55 0.9 0.51 0.52 0.62 0.49 0.6 0.53 0.63 0.49

5000 0.89 0.66 0.7 0.71 0.79 0.79 0.66 0.79 0.69 0.8 0.65 1 0.5



Acero API 5L X70 MB

Acero API 5L X70 US



más extenso en las velocidades de rotación (1000, 2000, 3000 y 5000 RPM) y en condiciones

estáticas para una mejor comparación, así como un mejor diseño de la celda electroquímica y

el puente salino utilizando los dos ECR con el fin de implementar este sistema para las

mediciones de ruido electroquímico siendo un sistema más económico y práctico.

La utilización de la técnica de ruido electroquímico para investigar la corrosión del sistema en

estudio y el empleo del sistema electroquímico utilizando dos electrodos cilíndricos rotatorios

para simular el efecto de la velocidad de fluido turbulento, constituyen una herramienta

importante para la evaluación y selección de materiales en la corrosión, además el

procedimiento de laboratorio propuesto, proporciona información importante al investigador o

ingeniero de campo, que puede ser usada para el diseño de una estrategia de control de la

corrosión en interior de ductos de transporte.

CAPITULO 5

CONCLUSIONES

Es absolutamente imposible demostrarlo todo.

Aristóteles

CAPITULO 5. Conclusiones


5. CONCLUSIONES

En el presente trabajo de investigación, del estudio de la corrosión de soldaduras de aceros de

alta resistencia API 5L X60 y X70 metal base y unión soldada en condiciones estáticas y de

flujo turbulento (1000, 2000, 3000 y 5000RPM) inmersos en agua de mar sintética, hizo

posible las siguientes conclusiones.

Influencia del flujo turbulento en el equilibrio dinámico

El efecto del comportamiento del potencial de corrosión (Ecorr) de las muestras de

acero API 5L X60 metal base (MB) y unión soldada (US) inmerso en agua de mar

sintética, mostro que a medida que aumento la velocidad de rotación el potencial se

volvió más electropositivo influenciado por el efecto mecánico de corte sobre la

superficie de las muestras.

El mismo comportamiento se presento en los Ecorr de las muestras de acero API 5L

X70 metal base (MB) y unión soldada (US) inmerso en agua de mar sintética, a

medida que aumento la velocidad de rotación los Ecorr se volvieron más

electropositivos.

Por lo tanto, estos Ecorr están relacionados directamente a la velocidad de corrosión de las

muestras, así como a la velocidad de flujo. Al respecto Genescá [86] menciona que al

aumentar la velocidad del fluido puede ocurrir un aumento en la velocidad de corrosión dado

por un incremento de las especies electroactivas en la superficie del electrodo, o a una

disminución en la interfase metal electrolito.

Influencia del flujo turbulento en las series del tiempo

El análisis de transientes de potencia y corriente con respecto al tiempo de las muestras

de trabajo mostraron un aumento y disminución de las transientes de corriente durante

todo el tiempo de exposición de las muestras de acero X60 y X70 metal base y unión

soldada, mostrando la susceptibilidad de la formación de una película de oxido sobre

la superficie de las muestras, por lo que cada transiente en las graficas de corriente con

respecto al tiempo, represento el inicio de la corrosión localizada, formación, ruptura

(disolución del acero (Fe), caracterizado por un proceso de transferencia de carga) y

posteriormente a la regeneración de la película de oxido.

El método de análisis de transientes de corriente y potencial en las series de tiempo

presento resultados que se correlacionan bien con los obtenidos con el método de

índice de localización y morfología de la corrosión.

Galván [48] en sus estudios también atribuye las oscilaciones estocásticas de potencial y

corriente debido a la presencia de una película de productos de corrosión en la superficie del

electrodo y el rompimiento debido al efecto mecánico de corte.



Cinética de corrosión

Por medio de la técnica de Ruido Electroquímico y en específico el método de

resistencia del ruido (Rn) se puede realizar un seguimiento de la velocidad de corrosión

de las muestras de acero API 5L X60 y X70 metal base y unión soldada inmersos en

agua de mar sintética en condiciones estáticas y de flujo turbulento.

La Vcorr menores se presentaron en las muestras de trabajo X60 y X70 metal base y

unión soldada a condiciones estáticas (0 RPM).

De acuerdo a los resultados de Rn, de las muestras de acero X60 y X70 metal base y

X60 unión soldada presento el ataque corrosivo más severo en la velocidad de flujo de

5000 RPM.

La Vcorr más severa para el X70 unión soldada se presento a 1000 RPM.

En la comparación de la Vcorr de las muestras de acero X60 y X70 metal base, la que

presento el ataque corrosivo más severo fue el X60 aumentando su Vcorr con respecto

al tiempo de exposición, mayor tiempo de exposición mayor Vcorr.

Se obtuvo un aumento y disminución en la velocidad de corrosión (Vcorr) cuando las

condiciones de flujo cambiaron de estáticas a dinámicas. Este aumento y disminución

puede ser atribuido al efecto mecánico de corte y a un proceso de difusión.

Genescá [86] ha encontrado en estudios relacionados que bajo condiciones de flujo turbulento

aumenta significativamente la velocidad de corrosión y el mecanismo de corrosión puede

llegar a estar controlado por el proceso de difusión.

Morfología de la corrosión

Los resultados muestran que en todas las velocidades de flujo turbulento y en

condiciones estáticas para las muestras de acero X60 y X70 metal base y unión

soldada tuvieron valores mayores a 0.1 indicando con esto un tipo de corrosión

localizada (corrosión por hendidura).

El análisis superficial realizado a las muestras libres de productos de corrosión

determino que la morfología de la corrosión fue corrosión localizada.

El método de análisis de transientes de corriente y potencial en las series de tiempo

presento resultados que se correlacionan bien con los obtenidos con el método de

índice de localización y el análisis superficial.

Los resultados obtenidos con los diferentes métodos de análisis de ruido electroquímico,

resistencia del ruido, impedancia de ruido, índice de localización y análisis de transientes de

corriente y potencial, presentaron buena correlación.



Sugerencias para trabajos futuros

Continuar perfeccionando el conductor eléctrico entre las dos celdas para tener una

mayor área de contacto con los electrodos.

Trabajar en un diseño de celdas que contenga 3 electrodos de trabajo nominalmente

idénticos utilizando 3 ECR en las mediciones de ruido electroquímico.

Realizar siempre la calibración de los ECR con el objetivo de comprobar la veracidad

de las mediciones que se realicen.

Es conveniente realizar un estudio de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica

(EIE) en las mismas condiciones dinámicas, para comparar los valores de la

transferencia de carga con la Resistencia del Ruido, llegando así a una mejor

comparación de la técnica de RE y Rtc.

BIBLIOGRAFÍA

Yo no procuro conocer las preguntas; procuro

conocer las respuestas.

Confucio

Citas y referencias bibliográficas

Unidad Anticorrosión - UV

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Metalúrgica, p. 14-17.

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soldadura sobre la resistencia a la corrosión del acero API 5L X-52, en agua sedimentada de

crudo de petróleo”, Jornadas SAM - CONAMET – AAS, P. 41-50, 2001.

[101] G. Garcia-Cerecero et al., “Estudio Electroquímico de la Corrosión de la Soldadura

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[105] D. Cabrera de la Cruz, R. Orozco-Cruz, R. Torres-Sánchez, R. Galván Martínez.

"Cinética de corrosión de soldaduras de aceros API X70 mediante la técnica de ruido

electroquímico". 9° Foro de ingeniería e investigación en Materiales. Morelia, Mich., Mexico,

P. 226-232, Vol. 9 (2012).

[106] Juan Mendoza-Flores et al, "Effects of turbulent flow on the efficiency of triazole based

inhibitors", Paper NACE 02491, Corrosion 2002.

ANEXO

Hace falta inteligencia, incluso talento, para condensar y centrar

los datos en una presentación clara y sencilla que se lea y

recuerde. La ignorancia y la arrogancia se manifiestan en unos

carteles abarrotados, complicados y difíciles de leer.

Mary Helen Briscoe

Anexo A

Unidad Anticorrosión - UV A 1

Anexo A: Resultados de RE obtenidos de la prueba 2

A 1.1 Transientes (E y i) del RE con respecto al tiempo del acero X60 MB en condiciones

estáticas y de flujo turbulento

Figura A1. Mediciones de RE en las series de tiempo del acero X60MB en agua de mar




-740

-735

-730

-725

-720

-715

-710

-705

-700

0 200 400 600 800 1000P

OT

EN

CIA

L (

mV

vs

ES

C)

TIEMPO (Seg)


-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2

Anexo A






-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM A

-1.E-03

-1.E-03

-9.E-04

-7.E-04

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-3.E-03

-2.E-03

-2.E-03

-1.E-03

-9.E-04

-4.E-04

1.E-04

6.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM

B2

-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

-540

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-2.E-04

-2.E-04

-1.E-04

-5.E-05

0.E+00

5.E-05

1.E-04

2.E-04

2.E-04

3.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM B1

-5.E-04

0.E+00

5.E-04

1.E-03

2.E-03

2.E-03

3.E-03

3.E-03

4.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM B2

Anexo A




A 1.2 Transientes (E y i) del RE con respecto al tiempo del acero X60 US en condiciones


Figura A6. Mediciones de RE en las series de tiempo del acero X60US en agua de mar


-620

-600

-580

-560

-540

-520

-500

-480

-460

-440

-420

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-8.E-02

-6.E-02

-4.E-02

-2.E-02

0.E+00

2.E-02

4.E-02

6.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

2.E-02

3.E-02

4.E-02

5.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2

-790

-780

-770

-760

-750

-740

-730

-720

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-5.E-04

-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-4.E-04

-3.E-04

-2.E-04

-1.E-04

0.E+00

1.E-04

2.E-04

3.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

Anexo A






-720

-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-4.E-03

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-6.E-02

-5.E-02

-4.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2

-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM A

-7.E-04

-5.E-04

-3.E-04

-1.E-04

1.E-04

3.E-04

5.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-5.E-03

-4.E-03

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

4.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

Anexo A






-700

-680

-660

-640

-620

-600

-580

-560

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

4.E-03

5.E-03

6.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPMB1

-3.E-03

-3.E-03

-2.E-03

-2.E-03

-1.E-03

-5.E-04

0.E+00

5.E-04

1.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM

B2

-600

-595

-590

-585

-580

-575

-570

-565

-560

-555

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-4.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

2.E-02

3.E-02

4.E-02

5.E-02

6.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-6.E-02

-4.E-02

-2.E-02

0.E+00

2.E-02

4.E-02

6.E-02

8.E-02

1.E-01

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2

Anexo A


A 1.3 Transientes (E y i) del RE con respecto al tiempo del acero X70 MB en condiciones






-770

-760

-750

-740

-730

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-5.E-02

-4.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

2.E-02

3.E-02

4.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-5.E-02

-4.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

2.E-02

3.E-02

4.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

-750

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-2.E-03

-2.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-3.E-04

2.E-04

7.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-2.E-03

-2.E-03

-1.E-03

-8.E-04

-3.E-04

2.E-04

7.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2

Anexo A






-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM

A

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

0.E+00

1.E-03

2.E-03

3.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

-640

-620

-600

-580

-560

-540

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-2.E-02

-1.E-02

-7.E-03

-2.E-03

3.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM B1

-2.E-02

-1.E-02

-7.E-03

-2.E-03

3.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM B2

Anexo A




A 1.4 Transientes (E y i) del RE con respecto al tiempo del acero X70US en condiciones




-550

-545

-540

-535

-530

-525

-520

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

2.E-02

3.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

0.E+00

1.E-02

2.E-02

3.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2

-765

-760

-755

-750

-745

-740

-735

-730

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)


-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)


-6.E-04

-4.E-04

-2.E-04

0.E+00

2.E-04

4.E-04

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-ESTATICO B2

Anexo A






-750

-700

-650

-600

-550

-500

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM T24-1000 RPM A

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

-1.E-04

9.E-04

2.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-1000 RPM T12-1000 RPM B1

-3.E-03

-2.E-03

-1.E-03

-1.E-04

9.E-04

2.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-1000 RPM B2

-750

-730

-710

-690

-670

-650

-630

-610

-590

-570

-550

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-2000 RPM T12-2000 RPM T24-2000 RPM

A

-1.E-02

-7.E-03

-2.E-03

3.E-03

8.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-2000 RPM B1

-1.E-02

-7.E-03

-2.E-03

3.E-03

8.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-2000 RPM T24-2000 RPM B2

Anexo A






-680

-650

-620

-590

-560

-530

-500

-470

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-3000 RPM T12-3000 RPM T24-3000 RPM A

-1.E-02

-5.E-03

0.E+00

5.E-03

1.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-3000 RPM B1

-1.E-02

-5.E-03

0.E+00

5.E-03

1.E-02

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T12-3000 RPM T24-3000 RPM B2

-610

-600

-590

-580

-570

-560

-550

-540

-530

0 200 400 600 800 1000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

TIEMPO (Seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM T24-5000 RPM A

-7.E-02

-6.E-02

-5.E-02

-4.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

-1.E-03

9.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T0-5000 RPM T12-5000 RPM B1

-7.E-02

-6.E-02

-5.E-02

-4.E-02

-3.E-02

-2.E-02

-1.E-02

-1.E-03

9.E-03

0 200 400 600 800 1000

CO

RR

IEN

TE

(A

)

TIEMPO (seg)

T24-5000 RPM B2

Anexo A


A 1.5 Resultados de los valores obtenidos de la técnica de RE

La figura A21 presenta los Ecorr en función de la velocidad de flujo (0, 1000, 2000, 3000 y

5000RPM) en el agua de mar sintética de las muestras de acero X60 yX70MB y X60 y

X70US.

Figura A21. Ecorr con respecto a la velocidad de flujo (RPM) de las muestras de acero X60 y

X70MB y X60 y X70US inmersos en agua de mar sintética.

La figura A21 presenta las velocidades de corrosión (Vcorr) en función de la velocidad de flujo

(0, 1000, 2000, 3000 y 5000RPM) en el agua de mar sintética de las muestras de acero X60

yX70MB y X60 y X70US.

Figura A22. Vcorr con respecto a la velocidad de flujo (RPM) de las muestras de acero X60 y


-760

-710

-660

-610

-560

-510

0 1000 2000 3000 4000 5000

PO

TE

NC

IAL

(m

V v

s E

SC

)

RPM

X60 MB X60 US X70 MB X70 US

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

0 1000 2000 3000 4000 5000

VE

LO

CID

AD

DE

CO

RR

OS

IÓN

, V

corr

(m

m/a

ño)

RPM

X60MB X70MB X70 US X60 US

Anexo A


A 1.6 Índice de localización IL

Tabla A1. IL obtenidos a partir de la técnica de RE en sus diferentes velocidades de flujo y en


Tabla A2. IL obtenidos a partir de la técnica de RE en sus diferentes velocidades de flujo y en


Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.91 0.88 0.97 0.86 0.88 0.89 0.86 0.95 0.85 0.88 0.86 0.91 0.8

1000 0.92 0.93 1 0.93 0.93 0.93 0.88 0.97 0.92 0.92 0.85 1 0.92

2000 0.91 0.91 0.76 0.92 0.9 0.9 0.88 0.92 0.85 0.92 0.93 1 0.88

3000 0.43 0.48 0.61 0.45 0.59 0.65 0.77 0.72 0.65 0.7 0.75 0.75 0.67

5000 0.86 0.87 0.98 0.92 0.92 0.89 0.89 1 0.89 0.91 0.92 1 0.91

Estatico 0.92 0.89 1 0.86 0.87 0.92 0.85 1 0.89 0.87 0.9 0.96 0.92

1000 0.93 0.9 0.95 0.91 0.9 0.91 0.92 0.93 0.93 0.93 0.91 0.95 0.93

2000 0.92 0.93 0.9 0.93 0.93 0.92 0.91 0.99 0.92 0.89 0.92 0.9 0.92

3000 0.93 0.92 1 0.92 0.93 0.89 0.91 1 0.93 0.93 0.92 0.96 0.88

5000 0.9 0.93 0.97 0.92 0.92 0.92 0.91 1 0.92 0.91 0.92 1 0.9



Acero API 5L X60 MB - Prueba 2

Acero API 5L X60 US - Prueba 2

Velocidad

de

Rotación

(RPM) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Estatico 0.9 0.93 0.97 0.89 0.88 0.87 0.85 0.98 0.86 0.91 0.76 1 0.87

1000 0.94 0.78 0.94 0.86 0.96 0.92 0.92 1 0.9 0.92 0.88 0.92 0.86

2000 0.98 0.91 1 0.93 0.95 0.86 0.89 1 0.92 0.86 0.95 1 0.96

3000 0.99 0.92 0.88 0.9 0.97 0.24 0.86 0.93 1 0.96 0.78 1 0.92

5000 0.85 0.86 0.83 0.82 0.98 0.99 0.84 0.86 0.92 0.88 0.98 0.81 0.77

Estatico 0.95 0.94 0.93 0.91 0.92 0.91 0.9 0.94 0.84 0.93 0.9 0.97 0.97

1000 0.94 0.89 1 0.88 0.89 0.9 0.98 0.97 0.92 0.88 0.87 0.95 0.81

2000 0.99 0.96 0.93 0.92 0.91 0.96 0.92 0.88 0.92 0.99 0.78 0.72 0.88

3000 0.99 0.55 0.61 0.58 0.89 0.54 0.53 0.55 0.51 0.48 0.48 0.58 0.47

5000 0.97 0.94 0.98 0.99 0.91 0.83 0.77 0.83 0.91 0.94 0.83 0.94 0.96



Acero API 5L X70 MB - Prueba 2

Acero API 5L X70 US - Prueba 2

Anexo A

Unidad Anticorrosión - UV B 1

Efecto Del Flujo Turbulento en Corrosion de Soldaduras de Aceros

Documents

Transcript of Efecto Del Flujo Turbulento en Corrosion de Soldaduras de Aceros