UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIAFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

Ana María MosqueraOscar ContrerasJulián CarrilloAndrés Felipe Forero

INFORME DE CORROSIÓN

Objetivo.Observar el comportamiento de algunos materiales (hierro, aluminio, vidrio, cobre y acero inoxidable) en diferentes medios (NaOH 20%, NaOH 10%, salsa de tomate y límpido), los cuales se sumergieron en cada una de las sustancias durante 70 días tomando datos de masa y dimensiones de cada una de las muestras, el cual fue acompañado por un registro fotográfico, con el fin de apreciar si se presenta el efecto de la corrosión sobre cada uno de los materiales y en caso de presentarse identificar los mecanismos y las velocidades de corrosión.

Análisis cualitativo de los materiales.

NaOH 20%

Noviembre 14-2012

Cobre: No se observan cambios en el material.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: Se da una reacción violenta y exotérmica en la cual se presenta un burbujeo desde este hacia la solución.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: No se observan cambios en el material.

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Noviembre 16 -2012

Cobre: Perdió un poco de su brillo.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: No se encontró el material, en su lugar hay una capa de polvo blanco sobre el recipiente.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: El recubrimiento del hierro se desprendió y se puede apreciar en la rosca del recipiente, no se observan otros cambios en el material.

Noviembre 21-2012

Cobre: No se observan cambios en el material.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el materialAluminio: Mismo aspecto que en la prueba anterior.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: No se observan cambios en el material.

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Noviembre 28-2012

Cobre: Casi todo el material se encuentra oscurecido.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el materialAluminio: Mismo aspecto que en la prueba anterior.Vidrio: No se observan cambios en el material. Hierro: No se observan cambios en el material.

Enero 23-2013

Cobre: El material se encuentra completamente opaco.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el materialAluminio: Mismo aspecto que en la prueba anterior.Vidrio: No se observan cambios en el material. Hierro: No se observan cambios en el material.

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NaOH al 10%

Noviembre 14-2012

Cobre: No se observan cambios inmediatos en el material luego de la inmersión.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: Se presenta un burbujeo del material y se da una reacción exotérmica moderada.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: No se observan cambios en el material.

Noviembre 16-2012

Cobre: No se observan cambios en el material.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: No se encontró el material, en su lugar hay una capa de polvo blanco algunas partes de las paredes del recipiente.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: No se observan cambios en el material.

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Noviembre 21-2012

Cobre: Algunas secciones del material se oscurecen un poco.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: Mismo aspecto que en la prueba anterior.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: Se comienza a notar una capa de óxido sobre algunas zonas del material.

Noviembre 28-2012

Cobre: Algunas secciones del material se oscurecen un poco.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: Mismo aspecto que en la prueba anterior.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: Se puede observar una capa de óxido que recubre la mayoría del área expuesta del material.La solución se oscurece un poco.

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Enero 23-2013

Cobre: Algunas secciones del material se oscurecen un poco.Acero Inoxidable: No se observan cambios en el material.Aluminio: Mismo aspecto que en la prueba anterior.Vidrio: No se observan cambios en el material.Hierro: Se observa una capa de óxido que recubre todo el material, esta capa es más notoria en las esquinasLa solución toma un color azul.

SALSA DE TOMATENoviembre 14-2012

Cobre: no se observan cambios en las características del materialAcero inoxidable: no se observan cambios en las características del materialAluminio: no se observan cambios en las características del materialVidrio: no se observan cambios en las características del materialHierro: no se observan cambios en las características del material

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Noviembre 16 -2012

Cobre: no se observa cambios en las características del materialAcero inoxidable: no se observa cambios en las características del materialAluminio: no se observa cambios en las características del materialVidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: no se observa cambios en las características del material

Noviembre 21-2012

Cobre: no se observa cambios en las características del materialAcero inoxidable: no se observa cambios en las características del materialAluminio: no se observa cambios en las características del materialVidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: al parecer la pieza se encontraba pintada de negro y esta pintura se le empezó a desprender en ciertas partes.

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Noviembre 28-2012

Cobre: no se observa cambios en las características del materialAcero inoxidable: no se observa cambios en las características del materialAluminio: no se observa cambios en las características del materialVidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: su color negro desapareció por completo

Enero 23-2013

Cobre: no se observa cambios en las características del materialAcero inoxidable: no se observa cambios en las características del materialAluminio: no se observa cambios en las características del materialVidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: su color negro desapareció por completo

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LIMPIDO

Noviembre 14-2012

Cobre: no se observa cambios en las características del materialAcero inoxidable: no se observa cambios en las características del materialAluminio: no se observa cambios en las características del materialVidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: no se observa cambios en las características del material

Noviembre 16-2012

Cobre: presenta ciertos puntos distribuidos de color negroAcero inoxidable: no se observa cambios en las características del material

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Aluminio: posee un cambio apreciable en la superficie la cual está un poco más rugosa y perdió su brillo característico.Vidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: se observa que empieza a ser atacado por problemas de corrosión presentando un color naranja en la superficie,

Noviembre 21-2012

Cobre: sigue presentando puntos negros en la superficie.Acero inoxidable: No se observa cambios en las características del materialAluminio: se presentó una ruptura del material y se empezó a notar corrosión por cariación, además presentaba un color amarillo en la superficieVidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: aún conserva un color naranja en partes de la superficie.

Noviembre 28-2012

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Cobre: sigue presentando puntos negros en la superficie.Acero inoxidable: no se observa cambios en las características del materialAluminio: se incrementó el problema de corrosión por cariación, y se presentó fraccionamiento del material.Vidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: aún conserva un color naranja en partes de la superficie.

Enero 23-2013

Cobre: sigue presentando puntos negros en la superficie.Acero inoxidable: No se observa cambios en las características del materialAluminio: se puede concluir que el problema de corrosión por cariación término por destruir el material dejando solo pequeñas fracciones muy frágiles.Vidrio: no se observa cambios en las características del materialHierro: presenta un color naranja en la superficie interna del mismo pero conservo sus demás características.

ANÁLISIS DE CORROSIÓN

La velocidad de corrosión o la velocidad de eliminación del material constituye un parámetro muy importante en el estudio de éste fenómeno y es de gran importancia para el diseño de equipos y hacer una correcta elección del material que se debe usar para un proceso específico. En la tabla 1 se presentan las velocidades de corrosión calculadas en las pruebas de laboratorio, a temperatura ambiente y en las condiciones que fueron observadas en las imágenes

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Tabla 1. Velocidad de corrosión en mm/año

NaOH20% NaOH10%Salsa de Tomate

Blanqueador

Cu 0.0685 -- -- --Al 945.2908 19.6936 -- 1.3866Vidrio -- -- -- --Acero Inoxidable -- -- -- 0.0451Fe -- -- 0.1043 0.1252

Nota: Los espacios sin valores se deben que no se presentó cambio en la masa.

En la tabla 2 se exponen rangos de velocidad de corrosión encontrados en la literatura.

Tabla 2. Rangos de resistencia a la corrosión.[1]

Siguiendo el análisis para las muestras realizadas, los valores se convierten en inaceptables cuando son mayores a 5 mm/año, situación que ocurre con el aluminio en las soluciones de hidróxido de sodio, cuya desintegración en NaOH 20% ocurrió en aproximadamente 3 horas y al 10% se demoró aproximadamente 2 días, el mismo material presenta mala resistencia a la corrosión en solución de blanqueador, en la cual se aprecia un mecanismo de corrosión por cariación según las imágenes de las secciones anteriores. Para el hierro en la solución de blanqueador, el nivel se considera aceptable, así como en la salsa de tomate, cuyo pH ácido favorece el proceso de corrosión, como se aprecia en los reportes, las capas de pintura fueron las primeras en ceder en esta solución. Cobre y soluciones de NaOH El cobre en soluciones de NaOH no reacciona, realmente se oxida más fácilmente en presencia de aire que del propio hidróxido. La coloración azul que tomaron ambas soluciones se debe a la presencia de cuprato de sodio Na2CuO2, que se formó debido a la disolución lenta del con el hidróxido Se pudo formar, que por disolución lenta del óxido de cobre (Cu2+) con el hidróxido, el óxido cobre se presentaba como capa pasiva sobre el alambre de cobre, como se pudo observar el NaOH 20% presentó una coloración más intensa,

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también puede suceder que al aumentar la alcalinidad del medio se forme hidróxido de cobre que luego precipite, pero en este caso, se descarta la formación de precipitado. En este proceso el mecanismo de corrosión que se detecta es químico.

Aluminio y soluciones de NaOH

2 Al + 2 NaOH + 6 H2O 2 NaAl(OH)4 + 3 H2

Las burbujas que se observaron al primer contacto del material con la solución fueron evidencia de la liberación de hidrógeno, el sólido blanco que se obtuvo desbordando el recipiente pudo ser el tetrahidroxialuminato de sodio producido en la reacción. En la solución de mayor concentración fue más evidente la liberación de calor, resultando en una reacción exotérmica, que concuerda con lo hallado en literatura, el ataque fue mayor y más rápido en esta solución, cuando el hidróxido se encuentra más diluido es menos efectivo al atacar el Al, aunque continua teniendo una resistencia a la corrosión inaceptable. Se concluye que el mecanismo de corrosión presentado fue ataque químico.

Aluminio y blanqueador

En el análisis de esta solución cabe resaltar que se trabajó con blanqueador comercial con un porcentaje del 11-12% de hipoclorito de sodio, y el resto de componentes igualmente pueden interferir en los resultados finales.

3NaClO + 2Al Al2O3 + 3NaClNaClO + H2O + Al Al(OH)3 + NaCl

Las formaciones encontradas en la superficie de la placa, pueden ser del resultado de la corrosión, el óxido de aluminio, las perforaciones y daños espaciados por toda el área conllevan a pensar que el ataque del hipoclorito es designado mediante el mecanismo de corrosión por cariación. En esta solución hubo gran asentamiento de óxidos voluminosos en el fondo, no sólo provenientes del aluminio, sino también del hierro pero en menor medida, lo que hace difícil identificar los óxidos individualmente.

Tabla 3. Relación de Pilling-Bedworth (aluminio) [2]

ρ Al (g/cm3)ρ Al2O3 (g/cm3)

M Al (g/Mol)

M Al2O3 (g/Mol)

Relaci{on de Pillin-Bedworth

2,7 3,96 26,98 101,96 1,288328054

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Según el resultado obtenido el óxido obtenido es protector pero como se pudo observar la corrosión no se presentó uniforme, de modo tal que no cumple la relación de Pilling-Bedworth, este resultado se puede atribuir a que en la solución se presentaban otras sustancias produciendo óxidos que pudieron depositarse en la lámina de aluminio.

Hierro, acero inoxidable y blanqueador

2 Fe + 3 NaClO Fe2O3 + 3 NaCl

Con pocos días de inmersión en la solución, la superficie del hierro se llenaba de capas cada vez más gruesas y envolventes de óxidos amarillos y blancuzcos, que no se relacionan con los tonos rojizos o pardos del Fe2O3, dando lugar a pensar que pueden ser los depósitos del Al2O3 producido en el mismo recipiente, aunque por los datos obtenido de la masa, se encontró que parte del hierro se perdió de la muestra.

Tabla 3. Relación de Pilling-Bedworth (hierro)[2]

ρ Fe (g/cm3)

ρ Fe2O3 (g/cm3)

M Fe (g/Mol)

M Fe2O3 (g/Mol)

Relaci{on de Pillin-Bedwoth

7,8 5,242 55,845 159,59 2,12612586

Como se puede observar en la tabla 3 la relación de PB es mayor que 2, lo cual es consistente con el desprendimiento superficial observado.El hecho de tener varios materiales sumergidos en el mismo recipiente dificulta el análisis cualitativo que se puede realizar, ya que se puede confundir la proveniencia de los óxidos o adjudicar un mal origen. Indudablemente la solución de hipoclorito fue la que más óxidos presentó en los fondos, capas voluminosas de espesores significativos, que pueden provenir si bien del hierro y/ó el aluminio. La reacción con el acero inoxidable pudo dar origen a la creación de una capa pasivante, pudiendo observarse en el final la falta de manchas o símbolos de corrosión.

Hierro y salsa de tomate

Uno de los procesos más inesperados resulto en las muestras de salsa de tomate, la pieza de hierro a los pocos días perdió su capa de pintura, con el transcurso del tiempo, la materia orgánica se fue descomponiendo, pudo ocurrir que el pH del medio, que ya era ácido, fuese incrementando. En la superficie del nivel se observaron capas negras, en las zonas de mayor descomposición, y se pudo detectar que el más susceptible a los cambios fue el hierro, esta clase de corrosión química favorecida por pH ácido fue capaz de atacar el material, pero ninguna otra muestra resulto afectada.

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BIBLIOGRAFIA.

[1] Andrade G., Cardona L., Delgado G. (2005). Protecciones catódicas, XI EXPODIME SEPTIEMBRE 2005. http://expodime.cucei.udg.mx/

[2] Maloney J., Perry´s Chemical Engineer´s (2008) 8tn edition. Capitulo 2