influencia de la densidad de corriente aplicada sobre la velocidad de corrosiÓn y potencial...
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Tesis de investigación: "INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE APLICADA SOBRE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN Y POTENCIAL ELECTROQUÍMICO DEL ACERO ASTM A-36 SUMERGIDO EN AGUA DESMINERALIZADA A 60°C”"TRANSCRIPT
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1
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Facultad De Ingeniera
Escuela Acadmico Profesional de Ingeniera de Materiales
TESIS DE INVESTIGACIN
INFLUENCIA DE LA DENSIDAD DE CORRIENTE
APLICADA SOBRE LA VELOCIDAD DE CORROSIN Y
POTENCIAL ELECTROQUMICO DEL ACERO ASTM A-36
SUMERGIDO EN AGUA DESMINERALIZADA A 60C
Para obtener el ttulo de:
INGENIERO DE MATERIALES
AUTORES : Bach. BABILONIA GARCA, Kharol Ce Paola
Bach. ROBLES CASTILLO, Myrna Carolina
ASESOR : Dr. Ing. CRDENAS ALAYO, Ranulfo Donato
TRUJILLO PER 2011
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i
Kharol Ce Paola
Dedico este trabajo a Dios por permitirme llegar a
este momento tan especial en mi vida. Por los
triunfos y fortaleza en momentos difciles.
A mis padres Gilma y Csar quienes me apoyaron
incondicionalmente, inculcndome excelentes
consejos, valores, y por haber fomentado en m el
deseo de superacin y anhelo de triunfo en la vida.
A mis hermanas Hailett y Khandida, por alegrarse
con mis logros, y motivarme en momentos difciles.
A Felipe Montalvo, por ser mi Gran Amor y
caminar conmigo todo este tiempo en las buenas y en
las malas, por recordarme siempre mis fortalezas y
motivarme a dar el mximo de mi. Te Amo
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ii
A Dios, Por estar en cada paso que doy, cuidndome y dndome
fortaleza para continuar. Por los triunfos y los momentos difciles que
me han enseado a valorarte cada da ms.
A mis Padres: Oswaldo y Ana Mara, A quien les debo todo en la vida,
le agradezco por haberme educado y formado con buenos sentimientos,
hbitos y valores, lo cual me ha ayudado a salir adelante buscando
siempre el mejor camino. Gracias por sus consejos, cario, comprensin,
paciencia y apoyo en mi formacin acadmica, creyendo en mi en todo
momento y no dudaron de mis habilidades. Son pilares fundamentales
en mi vida, el gran ejemplo a seguir y destacar.
A mis Hermanos, Oswaldo y Ana Mara, Porque siempre he contado
con ustedes, a pesar de la distancia que nos separaban, siempre
estuvieron conmigo dndome fuerzas y apoyo incondicional que me han
ayudado y llevado hasta donde estoy ahora. Gracias a la confianza y
unin que siempre nos hemos tenido. Los quiero con todo mi corazn.
A Kharol, por siempre apoyarme y brindarme una amistad sincera y
desinteresada, compartiendo alegras y penas juntas, dndome esa
mano amiga en los momentos difciles y superando todo obstculo,
logrando cumplir nuestros objetivos.
Myrna Carolina
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iii
A G R A D E C I M I E N T O
A la Universidad Nacional de Trujillo, por haber permitido desarrollarnos moral e
intelectualmente en sus aulas, y al Laboratorio de Corrosin y Degradacin por todas
las facilidades brindadas para el desarrollo y ejecucin de la presente investigacin,
permitindonos de este modo cumplir con una de nuestras metas, ser profesional.
Al Dr. Ing. Donato Crdenas Alayo por ser nuestro asesor en la realizacin de
nuestra investigacin, por sus conocimientos y orientacin, su manera de trabajar, su
paciencia y su motivacin han sido fundamentales para nuestra formacin como
profesionales. El ha inculcado en nosotras sentido de seriedad, responsabilidad y rigor
acadmico sin los cuales no hubisemos podido tener una formacin completa. Nos
sentimos en deuda con el por todo lo recibido durante el periodo de tiempo
universitario.
A todos los docentes del Departamento de Ingeniera de Materiales, en especial al
Director de Escuela Ing. William Guarniz, Ing. Alex Vega y al Ing. Dionicio Otiniano,
por sus orientaciones y apoyo en el desarrollo de este trabajo de investigacin y a lo
largo de nuestra formacin acadmica.
A nuestros amigos y compaeros de estudios de la Escuela Acadmico Profesional
de Ingeniera de Materiales, que de alguna u otra forma nos apoyaron.
Muchas Gracias de todo corazn.
Las Autoras
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iv
R E S U M E N
En el presente trabajo de investigacin, se evalu la influencia de la densidad de
corriente aplicada sobre la velocidad de corrosin y potencial electroqumico, del acero
ASTM A-36 protegido catdicamente con corriente impresa, estando sumergido en
agua desmineralizada a 60C.
Para la recoleccin de datos, se sumergieron en agua desmineralizada a 60C, y
protegiendo catdicamente con corriente continua, probetas rectangulares de acero
ASTM A-36, de 100x50x2mm, durante 8 horas. La determinacin de la velocidad de
corrosin se realiz por el mtodo gravimtrico (prdida de peso).
Observando los resultados finales, se estableci que el acero ASTM A-36, sumergido en
agua desmineralizada a 60C, requiere para su proteccin efectiva contra la corrosin de
una densidad de corriente catdica de aproximadamente 160 mA/m2, con lo cual se lo
lleva a un potencial electroqumico de -1262mV respecto al electrodo de Cu/CuSO4.
Con sta densidad de corriente de proteccin se disminuye la velocidad de corrosin
desde 1747.26 m/ao hasta 729.56 m/ao, es decir una reduccin de 58%.
Lo obtenido confirma que la proteccin catdica con corriente, es fundamental, ya que
permite llevar la estructura a condiciones termodinmicas de inmunidad. Sin embargo si
no se controla correctamente la cantidad de corriente suministrada para lograr el
potencial de proteccin pueden presentarse dificultades, ya que al suministrar
densidades de corriente inferiores a la recomendada la proteccin seria defectuosa, en el
caso contrario suministrando densidades de corriente muy elevadas, genera una
sobreproteccin del sistema, y puede ocurrir dao por hidrgeno.
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v
A B S T R A C T
In the present research it was evaluated, the influence of applied current density on the
corrosion rate and protection potential of ASTM A-36 steel; protected catholically with
direct current, when it is submerged in demineralized water at 60C.
For collecting data, several 100x50x2mm ASTM A-36 Steel specimens were
submerged in demineralized water to 60C for about 8 hours; these specimens were
cathodically protected with direct current. The corrosion rate was calculated whit the
gravimetric method.
Observing the final results, it was set that to protect ASTM A-36 Steel, submerged in
demineralized water to 60C, it requires for their effective cathodic protection current
density about 160 mA/m2, with these values is obtained electrochemical potentials of
protection of -1262mV versus copper/copper sulfate electrode. With this protection
current density, the corrosion rate decreases from 1747.26 m/year to 729.56 m/year,
its meaning to reduce about 58%.
The results obtained confirm that the cathodic protection with applied current is
transcendental because it lets situate the specimens are carry out to immunity
thermodynamic conditions. However, when its not carefully monitor the amount of
current supplied could produce some problems for the steels protection, since at lower
current densities the protection would be incomplete, in the opposite case by providing
very high current densities, generates an overprotection in the system, and it was
possible hydrogen damage.
-
vi
N D I C E
Dedicatoria i
Agradecimiento iii
Resumen iv
Abstract v
ndice vi
Listado de tablas viii
Listado de figuras x
Listado de Nomenclatura xi
I . I N T R O D U C C I N
1.1. Realidad Problemtica 1
1.2. Antecedentes Empricos 2
I I . F U N D A M E N T O T E R I C O
2.1. Aspectos generales de la corrosin 4
2.2. Aspectos generales del agua tratada 6
2.3. Funcionamiento de la Autoclave 11
2.4. Proteccin contra la corrosin 13
2.5. Problema 15
2.6. Hiptesis 15
2.7. Objetivos 15
2.8. Importancia 16
I I I . M A T E R I A L E S Y M T O D O S
3.1. Materiales 17
3.1.1. Material de estudio 17
3.1.2. Equipo, Instrumentos, Herramientas e Insumos 18
3.2. Mtodos 19
3.2.1. Diseo de investigacin 19
3.2.2. Diseo de contrastacin 19
3.2.3. Procedimiento experimental 22
-
vii
I V . R E S U L T A D O S Y D I S C U S I N
4.1. Velocidades de corrosin y potenciales de probetas de acero ASTM A-36
sin ningn tipo de proteccin
26
4.2. Velocidades de corrosin y potenciales de probetas de acero ASTM A-36
protegidos catdicamente con corriente continua
30
V . C O N C L U S I O N E S Y R E C O M E N D A C I O N E S
5.1. Conclusiones 35
5.2. Recomendaciones 36
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS 37
A P N D I C E
APNDICE I: Resultados obtenidos del ensayo de proteccin catdica 41
APNDICE II: Procesamiento Matemtico de datos 48
APNDICE III: Procesamiento Estadstico de datos 51
A N E X O S
ANEXO I: Resultados de anlisis del agua desmineralizada 59
ANEXO II: Imgenes de los materiales y diseo del sistema de corrosin libre
y proteccin catdica
60
ANEXO III: Norma ISO 8407: Procedimiento para la eliminacin de los
productos de corrosin de probetas de ensayo
65
ANEXO VI: Cuadro estadstico puntos porcentuales de la distribucin
F0.05,V1,V2
69
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viii
L I S T A D O D E T A B L A S
Tabla 2.1: Ventajas y desventajas del proceso de desionizacin 10
Tabla 3.1: Composicin qumica y propiedades mecnicas del acero ASTM
A-36
17
Tabla 3.2: Niveles de la variable independiente 20
Tabla 3.3: Diseo de la matriz experimental 20
Tabla 3.4: Tabla de aleatorizacin de las replicas en cada nivel de la
variable independiente
21
Tabla 4.1: Velocidad de corrosin y potencial electroqumico para las
probetas de acero ASTM A-36 sin proteccin
26
Tabla 4.2: Cuadro comparativo de los resultados obtenidos por los
antecedentes
29
Tabla 4.3: Velocidades de corrosin y potenciales electroqumicos de las
probetas de acero ASTM A-36 protegidos catdicamente
30
Tabla 4.4: Cuadro comparativo de los resultados obtenidos por los
antecedentes
34
Tabla A.I.1: Potenciales para el Acero ASTM A-36 sin ninguna proteccin 41
Tabla A.I.2: Velocidades de corrosin del Acero ASTM A-36 sin ninguna
Proteccin
41
Tabla A.I.3: Potenciales para el Acero ASTM A-36 protegidas
catdicamente por corriente impresa a diferentes densidades de
corriente aplicada
42
Tabla A.I.4: Velocidades de corrosin de probetas de Acero ASTM A-36
protegidas catdicamente por corriente impresa a diferentes
densidades de corriente aplicada
43
Tabla A. II.1: Datos de experimentacin 49
Tabla A. II.2: Niveles de densidad de corriente y amperaje aplicado al acero
ASTM A- 36, sumergido en agua desmineralizada a 60C
50
Tabla A.III.1: Potenciales para el acero ASTM A-36 protegido catdicamente
con corriente impresa a diferentes densidades de corriente
52
Tabla A.III.2: Cuadro resumen del anlisis de varianza para el potencial de
Proteccin
54
-
ix
Tabla A.III.3: Velocidades de corrosin de probetas de acero ASTM A36
protegidas catdicamente con corriente impresa a diferentes
densidades de corriente aplicada
55
Tabla A.III.4: Cuadro resumen del anlisis de varianza para la velocidad de
corrosin
57
Tabla III.1:
Procedimientos qumicos de limpieza para remover productos de
Corrosin
67
Tabla IV.1: Cuadro estadstico F0.05, V1, V2 69
-
x
L I S T A D O D E F I G U R A S
Figura 2.1: Celda bsica de corrosin electroqumica 4
Figura 2.2: Mecanismo de corrosin electroqumica 6
Figura 2.3: Etapas de la Coagulacin 7
Figura 2.4: Etapas de los procesos de floculacin 8
Figura 2.5: Esquema del proceso de desionizacin 9
Figura 2.6: Proteccin Catdica por Corriente Impresa 14
Figura 2.7: Sistema de Proteccin Catdica por nodos de Sacrifico 14
Figura 2.8: Diagrama esquemtico del problema de investigacin 15
Figura 3.1: Dimensiones de las probetas de acero ASTM A-36 17
Figura 3.2: Diagrama de bloques del Procedimiento Experimental 22
Figura 4.1: Acero ASTM A-36, sin ningn tipo de proteccin, sumergido en
agua desmineralizada a 60C
26
Figura 4.2: Velocidad de Corrosin y Potencial Electroqumico de Proteccin
(Vs. CSC) en funcin del amperaje aplicado al Acero ASTM A-
36 sumergido en agua desmineralizada a 60C
31
Figura 4.3: Velocidad de corrosin del acero ASTM A-36 a diferentes
densidades de corriente aplicada
32
Figura II.1: Dimensiones de la probeta de acero ASTM A-36. 48
Figura IV.1: Probetas de acero ASTM A-36 60
Figura IV.2: Transformador Rectificador de Corriente 60
Figura IV.3: Termostato 60
Figura IV.4: (A) Papel pH metro, (B) Vernier, (C) Termmetro 61
Figura IV.5: Balanza Electrnica Digital 61
Figura IV.6: (A) Agua desmineralizada, (B) Electrodo Cobre Sulfato de Cobre 62
Figura IV.7: Multitester Digital 62
Figura IV.8: Sistema de corrosin libre, medicin de la temperatura y potencial
electroqumico.
63
Figura IV.9: Diseo del Sistema de Corrosin Libre del acero ASTM A-36 63
Figura IV.10: Sistema de proteccin catdica para el acero ASTM A-36, en
agua desmineralizada a 60C
64
Figura IV.11: Sistema de proteccin catdica para el acero ASTM A-36, en
agua desmineralizada a 60C, indicando las conexiones.
64
-
xi
L I S T A D O D E N O M E N C L A T U R A
NaCl Abreviatura qumica del cloruro de sodio.
k(T) Constante cintica (dependiente de la temperatura)
R Constante universal de los gases
Cu/CuSO4 Electrodo de Referencia de Cobre/Sulfato de Cobre.
Ea Energa de activacin
Acero A-36 Especificacin normalizada para acero al Carbono Estructural.
ASTM Iniciales de American Society for Testing and Materials.
PBI Iniciales de Producto Bruto Interno.
ECSC Iniciales del Electrodo de Referencia de Cobre sulfato de Cobre.
mdd miligramos/decmetro cuadrado/da
Cu Simbologia del elemento qumico de cobre.
C Unidad estndar para medir temperatura, grados Celsius.
Fe
Simbologia del elemento qumico de hierro.
Fe++
Simbologa del catin metlico del hierro.
Fe(OH)2 Simbologa del Hidrxido Ferroso.
Fe(OH)3 Simbologa del Hidrxido Frrico.
H+ Simbologa del in de hidrgeno.
OH- Simbologa del ion oxidrilo.
HCO3- Simbologa del anin bicarbonato.
pH Smbolo de la medida de acides o alcalinidad de una solucin
NaOH Simbologa del Hidrxido de Sodio
T Temperatura
t Tiempo
A/m2 Unidad de corrosin Microamperios por metro cuadrado.
mV Unidad del potencial elctrico, milivoltios.
m Unidad de longitud, micrmetro.
cm Unidad de medida, centmetros
g Unidad de masa del sistema cegesimal de unidad.
A Unidad de intensidad de corriente elctrica.
Lt Unidad de volumen, litros
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I . INTRO DU CCI N
1.1. REALIDAD PROBLEMTICA.
Danper Trujillo SAC es una joint venture de capitales Daneses y Peruanos que
comenz sus operaciones en el Per. Las plantas de procesamiento estn situadas
en Trujillo y Arequipa. Dedicndose con mucho xito a la actividad agroindustrial
de produccin y exportacin de conservas de esprrago, alcachofa, pimiento
piquillo, hortalizas en general y frutas, as como esprragos frescos y congelados.
Para esterilizar sus productos rpida y eficientemente usan autoclaves cuyo
funcionamiento es a base de vapor de agua a alta presin y temperatura. Cuando se
logra esterilizar sus productos, proceden a sacar el agua condensada utilizada,
observndose un color marrn oscuro, indicando que en el interior de la unidad se
est produciendo una corrosin acuosa del acero estructural ASTM A-36.
Inspecciones de autoclaves que son a base de acero estructural ASTM A-36 en la
empresa Danper en los ltimos meses han puesto de manifiesto una tendencia
alarmante, pues tienen que paralizar cada dos a tres meses el funcionamiento de la
autoclave, debido a que el nodo de sacrificio que ellos usan se consume
rpidamente, lo cual genera altos costos y perdida de sus productos debido a que se
contaminan por la corrosin generada en el interior de la autoclave.
La corrosin en las autoclaves si no se controla puede conducir a fisuras,
filtraciones e incluso fallas catastrficas, provocando interrupciones en las
actividades, prdida de productos, reduccin en la eficiencia de los procesos,
mantenimientos y sobrediseos costosos. Es por ello que los daos causados por
corrosin y a la economa de las empresas esparragueras proporcionan importantes
razones para afirmar la necesidad de contrarrestar este fenmeno culturizando a
todos sobre los efectos y la forma de cmo disminuirlo.
La creciente industrializacin en el Per en los ltimos aos trae como
consecuencia muchos problemas de corrosin. Los boletines informativos sobre
corrosin en pases altamente industrializados sealan que se gasta
aproximadamente entre 50 a 100 dlares americanos por habitante por ao en
corrosin y su prevencin [1]. El costo del fenmeno de la corrosin implica una
parte importante del producto bruto interno de un pas, en el Per, de acuerdo con
-
2
la empresa Teknoqumica, en el ao 2000 las prdidas por corrosin representaron
el 8%, es decir, aproximadamente 1,200 millones de dlares. Este costo es menos
sorprendente si consideramos que la corrosin ocurre con una gama de grados de
severidad donde quiera que los metales sean usados. Sin embargo, si se aplicaran
adecuadamente a esta problemtica los conocimientos ya existentes, se lograra
reducir las prdidas sin necesidad de nuevos avances o desarrollo de nuevos
materiales en un 25 a 30% aproximadamente [2].
En el pasado, el mtodo ms comn para mitigar la corrosin de las estructuras
metlicas consista en la aplicacin de diferentes tipos de revestimientos
protectores. Pero con el avance de la tcnica, se empezaron a utilizar los principios
de proteccin catdica a este tipo de estructuras, llegndose a una solucin tcnico-
econmica adecuada a los problemas de corrosin.
Las medidas preventivas tomadas para controlar la corrosin consisten,
fundamentalmente en proteccin catdica y son sin duda los mtodos ms eficaces
para controlar la corrosin inmersa en medios acuosos a altas temperaturas
(dependiendo de las condiciones de operacin).
1.2. ANTECEDENTES EMPRICOS.
Arellano (1993), evalu la influencia de la densidad de corriente y el espesor de
pintura epxica, sobre la velocidad de corrosin del acero ASTM A-36 protegido
catdicamente con corriente continua, cuando est sumergido en solucin del 3.5%
de NaCl, y determin que la corriente catdica aplicada fue de 201 A/m2, con la
cual se lleva al acero a un potencial de proteccin de -926 mV (ECSC) para un
espesor de pintura de 260 a 280 m, obtenindose una velocidad de corrosin de
6.92 x 10-8
m/ao. [3]
Kim y Kim (2001), estudiaron el efecto de la temperatura sobre los criterios de
proteccin catdica de una tubera de acero aislada, se estudio en el rango de
temperatura de 25-95C en agua subterrnea sinttica. La variacin del potencial de
proteccin va desde -0.85V (respecto al electrodo de Cu/CuSO4) a temperaturas
elevadas, el potencial de proteccin se traslado a los valores ms negativos con el
aumento de la temperatura. El potencial ms negativo se midi a 80 C que se
redujo a -1.346V. [4]
-
3
Garca (2001), en su libro Fundamentos de Corrosin y Proteccin Catdica al
evaluar aceros expuestos a medios acuosos, encontr que la densidad de corriente
de proteccin del acero al carbono en agua caliente, est en un rango de 50-160
mA/m2, as mismo, la densidad de corriente de proteccin de metales no revestidos
depende de las condiciones ambientales, cantidad de oxigeno disuelto, del estado
de agitacin del ambiente, de la temperatura, etc. [5]
Cayotopa y Salirrosas (2006), al evaluar la influencia de la densidad de corriente
aplicada sobre la velocidad de corrosin del acero ASTM A-36, del latn y
aluminio 110 protegidos catdicamente con corriente continua sumergido en una
solucin al 3.5% de cloruro de sodio, determinaron que el acero ASTM A-36
requiere una corriente de proteccin de 53.2 mA/m2 para llevarlo a un potencial de
proteccin de -950 mV (Cu/CuSO4) y mnima corrosin de 2.2 m/ao.[6]
Robles O. (2007), evalu la influencia de la densidad de corriente en el potencial
de proteccin y la velocidad de corrosin del acero ASTM A-36 protegido
catdicamente con corriente continua sumergido en agua subterrnea; donde
concluye que el rango efectivo se encuentra a una densidad de corriente catdica
entre 200 a 410mA/m2, con lo cual se llevo al acero ASTM A-36 dentro de valores
de potenciales de proteccin a zonas de inmunidad contra la corrosin.[7]
Snchez y Utrilla (2010), evaluaron la influencia de la densidad de corriente
catdica impresa sobre la velocidad de corrosin y potencial electroqumico del
acero ASTM A-36 sumergido en una solucin acuosa al 3.5% de cloruro de sodio a
40C. determinaron que el rango efectivo de proteccin est entre 1050 y 1150
mA/m2, llegando a potenciales de proteccin entre -846 y 870 mV (respecto al
ECSC), obteniendo velocidades de corrosin de 155.5 y 78.9 m/ao.[8]
-
I I . FUND AMENTO TE RIC O
2.1. ASPECTOS GENERALES DE LA CORROSIN.
La corrosin puede definirse como la reaccin qumica o electroqumica de un
metal o aleacin con su medio circundante con el consiguiente deterioro de sus
propiedades [9].
La Corrosin Electroqumica ocurre por transferencia de electrones y tambin de
iones, es decir, debe producirse dentro de un medio electroltico, como en las
soluciones acuosas. Ocurre cuando se forma la llamada "celda de corrosin", la cual
debe estar constituida por cuatro elementos:
nodo : Donde ocurre la reaccin de oxidacin o prdida de electrones.
Ejemplo de reacciones andicas son:
Fe Fe++
+ 2e-
Cu Cu+ + e
-
Ctodo : Donde ocurre la reaccin de reduccin o ganancia de electrones.
Ejemplo de reacciones catdicas:
O2 + 4H+ + 4e- 2H2O (en medio acuoso)
2H+ + 2e- H2 (en medio cido)
Conductor elctrico: El nodo y el ctodo deben estar conectados elctricamente
por lo general por contacto fsico, para permitir el flujo de electrones del nodo
al ctodo y que la reaccin contine.
Medio electroltico: Este es el conductor a travs del cual la corriente es llevada.
Los electrolitos incluyen soluciones acuosas de cidos, bases y sales [10].
Figura 2.1. Celda bsica de corrosin electroqumica [10].
-
5
La corrosin acuosa tiene un mecanismo electroqumico. Y est representada por
las siguientes reacciones:
Reaccin de oxidacin en la zona andica:
2M 2M2+
+ 4e- (1)
Reaccin de reduccin en la zona catdica
O2 + 2H2O + 4e- 4OH
+ (2)
Sumando ambas reacciones (1) (2) se obtiene:
2M + O2 + 2H2O 2M2+
+ 4OH+
2M2+
+ 4OH+
2M(OH)2 (Hidrxido)
La velocidad del proceso estar en funcin de la etapa ms lenta en la secuencia del
mismo; por lo tanto, retardando cualquiera de ellas o todas se retardar a voluntad
la velocidad global del proceso. La secuencia del fenmeno es la siguiente:
Difusin del oxigeno y el agua, desde el seno del electrolito (medio
corrosivo) hasta la superficie del metal, atravesando la pelcula interfacial
metal-electrolito.
Reaccin electroqumica de reduccin, de las sustancias difundidas hasta la
superficie metlica, mediante los electrones transportados hasta esta zona
(catdica) provenientes de la reaccin de oxidacin del metal (que se lleva a
cabo simultneamente a aquella, en la zona andica).
Reaccin de oxidacin del metal, produciendo iones metlicos y electrones;
en la zona andica.
Formacin de los productos del proceso corrosivo y su difusin hacia el seno
del electrolito, o la generacin de una capa de producto en la superficie [11].
-
6
Figura 2.2: Mecanismo de corrosin electroqumica [11].
2.2. ASPECTOS GENERALES DEL AGUA TRATADA.
El agua es el constituyente ms importante del organismo humano y del mundo en
el que vivimos. El agua tal como lo encontramos en la naturaleza no es utilizable
directamente para el consumo humano ni para la industria ya que al pasar por el
suelo, la superficie de la tierra y aun por el aire el agua se carga de materias en
suspensin o en solucin: partculas de arcilla, residuos de vegetacin, organismos
vivos (plancton, bacterias, virus), sales diversas (cloruros, sulfatos, calcio, hierro,
magnesio, etc), materia orgnica (cidos hmicos) y gases, que pueden ocasionar
deterioro en los diferentes tipos de sistemas del proceso de tratamiento (obstruccin
de filtros, incrustaciones, corrosin, etc) [12].
La turbidez y el color del agua son principalmente causados por partculas muy
pequeas, llamadas partculas coloidales. Estas partculas permanecen en
suspensin en el agua por tiempo prolongado y puede atravesar un medio diferente
filtrante muy fino. Para eliminar estas partculas y poder obtener agua tratada se
-
7
recurre a los procesos de: coagulacin, floculacin, sedimentacin, desionizacin,
filtracin, cloracin [12].
La Coagulacin es un proceso de desestabilizacin qumica de las partculas
coloidales que se producen al neutralizar las fuerzas que los mantienen
separados, por medio de la adicin de los coagulantes qumicos y la aplicacin
de la energa de mezclado, la coagulacin no solo elimina la turbiedad sino
tambin la concentracin de las materias orgnicas y los microorganismos. Es el
tratamiento ms eficaz pero tambin es el que representa un gasto elevado
cuando no est bien realizado. Los coagulantes ms usados para este
tratamiento son las sales de Aluminio y de Hierro [13].
Figura 2.3: Etapas de la Coagulacin [13].
La floculacin tiene como objetivo principal reunir las partculas
desestabilizadas para formar aglomeraciones de mayor peso y tamao que
sedimenten con mayor eficiencia. (Figura 2.4) [14].
-
8
Figura 2.4: Etapas del proceso de floculacin [13].
La sedimentacin es la etapa de eliminacin de los slidos suspendidos en el
agua por asentamiento gravitacional [12].
La desionizacin se conoce tambin como desmineralizacin [15]. Es un
proceso fsico de intercambio inico donde las sustancias ionizadas del agua,
por ejemplo cationes de sodio, calcio, hierro, cobre y aniones de cloruros y
bromuro se logran remover independientemente los unos de los otros [16].
-
9
Utiliza resinas de intercambio inico de fabricacin especial que eliminan las
sales ionizadas del agua. Tericamente puede eliminar el 100% de las sales. La
desionizacin normalmente no elimina los compuestos orgnicos, virus o
bacterias excepto a travs del atrapado accidental en la resina y las resinas
aninicas de base fuerte de fabricacin especial que eliminan las bacterias [17].
Este proceso normalmente se logra haciendo pasar el agua a travs de sucesivas
columnas de intercambio inico. En una columna, los iones son intercambiados
por iones H+. En otra columna, los aniones son cambiados por iones OH
-.
Siguiendo una reaccin de H+ con iones OH-, sin quedar iones remanentes en
la solucin [18].
La resina catinica se hace tpicamente de estireno que contienen grupos con
carga negativa del cido sulfnico, y es pre-cargado con los iones de hidrgeno.
Esta resina atrae a los iones de carga positiva en el agua (Ca++
, Mg++
, Na+, etc)
y libera una cantidad equivalente de hidrgeno (H+) iones [19].
Al igual que los catinicos, las resinas aninicas tambin se hace de estireno,
pero con carga positiva contiene grupos amonio cuaternario, y son pre-cargadas
con iones de hidrxido. Esta resina atrae a los iones con carga negativa (HCO3-,
Cl-, SO4
-, etc) y libera una cantidad equivalente de hidrxido (OH-). Los iones
de hidrgeno e hidrxido entonces se combinan para formar agua. (H+ + OH
- =
HOH o H2O) [19].
Figura 2.4: Esquema del proceso de desionizacin.
-
10
Las dos resinas pueden ser ionizados en un cierto nivel, por lo general dbiles o
fuertes. La resina catinica puede ser un cido fuerte o dbil. Del mismo modo,
la resina aninica puede ser una base fuerte o dbil. Una ionizacin ms dbil
proporciona cambio slo a los iones dbiles, que prev una mayor capacidad (es
decir, una mayor vida til del cartucho de filtro), mientras que una fuerte
ionizacin proporcionar un mayor grado de intercambio inico, pero a costa de
la reduccin de la capacidad (menor duracin del cartucho de filtro) [19].
En la siguiente tabla describe las ventajas y desventajas de esta tecnologa se
resumen a continuacin [20].
Tabla N 2.1: Ventajas y Desventajas del proceso de desionizacin [20].
Ventajas Desventajas
Elimina inorgnicos disueltos con eficacia.
Regenerables (desionizacin de servicio).
Relativamente bajo costo de inversin de capital inicial.
No eliminan eficazmente las partculas, pirgenos o bacterias.
Los altos costos de operacin ms largo plazo.
Las capas de desionizacin pueden generar partculas de las
resinas y cultivar bacterias.
La filtracin consiste en la remocin de partculas suspendidas y coloidales
presentes en una suspensin acuosa que escurre a travs de un medio poroso.
Los filtros son las unidades ms complejas de una planta de tratamiento de
agua. Su correcta concepcin depende de la interrelacin que exista entre las
caractersticas de la suspensin afluente y los rasgos del medio filtrante, para
que predominen los mecanismos de filtracin apropiados que darn como
resultado la mxima eficiencia posible [12].
La cloracin tiene por finalidad destruir los microorganismos patgenos
presentes en el agua (bacterias, protozoarios, virus y parsitos). La desinfeccin
es necesaria porque no es posible asegurar la remocin total de los
microorganismos por los procesos fsicos-qumicos, usualmente utilizados en el
tratamiento del agua. Entre los agentes ms empleados en la purificacin del
agua es el Cloro, porque:
Se encuentra fcilmente disponible en forma de gas, lquido o solido
(hipoclorito).
-
11
Es barato.
Es fcil de aplicar debido a su alta solubilidad (7.0 g/l a aprox. 20C).
Deja un residual en solucin, de una concentracin fcilmente determinable,
la cual sin ser peligrosa al hombre, protege el sistema de distribucin.
Es capaz de destruir la mayora de los microorganismos patgenos.
El cloro por ser un gas venenoso y corrosivo, presenta algunas desventajas,
requiriendo de un cuidadoso manejo, pudiendo causar problemas de sabor y
olor particularmente en presencia de fenoles [21].
2.3. FUNCIONAMIENTO DE LA AUTOCLAVE.
El agua tratada es el medio fsico utilizado en las autoclaves, las cuales son equipos
que trabajan aprovechando las propiedades termodinmicas del agua, la cual puede
ser considerada como una sustancia pura. En condiciones normales a nivel del mar
y con una presin atmosfrica de 1 atmsfera, el agua en fase lquida hierve y se
convierte en vapor, fase gaseosa a 100C. Si la presin se reduce, hierve a una
menor temperatura. Si la presin aumenta, hierve a mayor temperatura. La
autoclave es un equipo que consiste de una cmara sellada, mediante el control de
la presin del vapor de agua, puede lograr temperaturas superiores a los 100C, o de
forma inversa, controlando la temperatura, lograr presiones superiores a la
atmosfrica [22]. Estos son usados:
En la industria alimentaria: Para la esterilizacin de conservas y alimentos
enlatados cuyas caractersticas requieren un tratamiento por encima de los 100
grados centgrados (mtodo Nicolas Appert).
En la industria maderera: Para tratar la madera para construcciones en exterior
(prgolas, porches, etc.) y as protegerla de parsitos.
En la industria textil: Para el teido de telas [23].
A continuacin, se describe el funcionamiento general de una autoclave, algunos
procedimientos cambiaran de acuerdo al grado de automatizacin incorporado en el
equipo:
a) Se inicia la fase de pretratamiento. En ella se efectan ciclos cortos
alternativos de vacio e inyeccin de vapor a la cmara de esterilizacin, con
-
12
el fin de extraer el aire de esta y de los paquetes que protegen el material a
esterilizar.
b) Cuando el aire ha sido retirado se inicia la inyeccin y presurizacin de la
cmara de esterilizacin. En este momento, el vapor entra en contacto con los
objetos a esterilizar y se inicia un proceso de transferencia de calor entre el
vapor que se encuentra a temperatura ms alta y los artculos a esterilizar.
Esto hace que una porcin del vapor, al transferir su energa trmica, se
convierta en agua lquida condensado en las capas exteriores del material
utilizado para empacar, disminuyendo simultneamente su volumen en forma
significativa, por lo que ingresa mas vapor a la cmara de esterilizacin, que
penetra cada vez ms dentro de los paquetes a esterilizar, hasta que el vapor
los rodea integralmente y se estabilizan la presin y la temperatura.
c) Una vez logradas estas condiciones, se contabiliza el tiempo requerido para
completar la esterilizacin de acuerdo con el tipo de objetos o materiales que
estn siendo procesados. Mientras ms alta la temperatura y la presin, menor
el tiempo requerido para esterilizar.
d) Al terminarse el tiempo programado de esterilizacin, se inicia el proceso de
postratamiento. Este incluye la despresurizacin de la cmara, que se realiza
normalmente con ayuda del sistema de vaco y el secado de los elementos
mediante el suministro de calor transferido desde la camisa a la cmara de
esterilizacin. Al disminuir la presin, lo hacen tambin las temperaturas
requeridas, para evaporar cualquier residuo de fase liquida que pudiera
haberse formado sobre los objetos que estn siendo esterilizados al momento
de la despresurizacin. El vacio que se efecta alcanza el 10% de la presin
atmosfrica y se mantiene por un periodo de tiempo controlado. Cuando se
esterilizan lquidos no se efecta vacio, sino que se controla la extraccin de
vapor, a travs de un mecanismo de efecto restrictivo, para evitar que el
liquido hierva dentro de los recipientes que lo contienen.
e) Finalmente, se permite el ingreso controlado de aire a travs de vlvulas, que
disponen filtros de alta eficiencia, hasta que la presin de la cmara de
esterilizacin sea igual a la presin atmosfrica. El ciclo de esterilizacin ha
terminado [22].
-
13
2.4. PROTECCIN CONTRA LA CORROSIN.
Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosin estn
las siguientes:
1. Uso de materiales de gran pureza.
2. Presencia de elementos de adicin en aleaciones, ejemplo aceros inoxidables.
3. Tratamientos trmicos especiales para homogeneizar soluciones slidas, como
el alivio de tensiones.
4. Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus
efectos, ejemplo los antioxidantes usados en radiadores de los automviles.
5. Recubrimiento superficial: pinturas, capas de oxido, recubrimientos metlicos
6. Proteccin catdica [24].
2.4.1. La proteccin catdica.
Es uno de los mtodos electroqumicos de que disponemos para luchar contra
la corrosin. Existen dos tipos de proteccin catdica: por corriente impresa,
y por nodos galvnicos o de sacrificio. Las aplicaciones incluyen barcos,
tuberas, tanques de almacenamiento, puentes, etc. [25].
A. Por Corriente Impresa.
La proteccin se logra aplicando una corriente externa a partir de un
rectificador que suministra corriente continua de bajo voltaje. La terminal
positiva de la fuente de corriente se conecta al nodo auxiliar (grafito, por
ejemplo) localizado a cierta distancia de la estructura a proteger, y la
terminal negativa se conecta a la estructura metlica que se desea
proteger. Es indispensable la existencia del electrolito, que completa el
circuito. El sistema se muestra en la fig. 2.6. Este tipo de sistema trae
consigo el beneficio de que los materiales que se utilizan como nodos
auxiliares se consumen a velocidades menores, por lo que se pueden
descargar mayores cantidades de corriente y mantener una vida ms
amplia, adems de ser baratos. Los materiales ms empleados como
nodos auxiliares son el grafito, la chatarra de hierro, y el ferrosilicio
entre otros [26].
-
14
Figura 2.6: Proteccin Catdica por Corriente Impresa [27].
Los tipos de nodos utilizados se escogen en funcin de sus prestaciones
necesarias y del medio en que sern colocados. En general, un buen
nodo debe poseer las siguientes propiedades:
Bajo consumo.
Densidad de corriente drenada elevada.
Pequeas dimensiones.
Baja resistividad.
Buena resistencia mecnica.
A. Por nodos de sacrificio.
Implica la conexin elctrica entre el refuerzo y un material ms activo
que el acero, el cual actuara como nodo. Se han empleado nodos de
magnesio, aluminio, zinc y sus aleaciones, ya que tienen un potencial
muy negativo que protege a la varilla de acero, tienen poca tendencia a la
polarizacin, y adems presentan una corrosin uniforme. La fig. 2.7,
muestra un sistema tpico de proteccin catdica por nodos de sacrificio.
La diferencia de potencial entre el metal andico y la estructura a
proteger es de bajo valor, por lo que este sistema se usa para pequeos
requerimientos de corriente, y en medios de baja resistividad [27].
Estructura Protegida
nodo Inerte
Fe
nodo Inerte
Fuente CD
Estructura Protegida
Figura 2.7: Sistema de Proteccin Catdica por nodos de Sacrifico [27].
Fuente CD
Estructura Protegida
Estructura Protegida
nodo Consumible
Cationes
Cationes
nodo Consumible
Aniones
Fe Mg
-
15
2.5. PROBLEMA.
En qu medida influye la densidad de corriente catdica aplicada sobre la
velocidad de corrosin y potencial electroqumico del acero ASTM A-36 en agua
Desmineralizada a 60C?
Figura 2.8: Diagrama esquemtico del problema de investigacin.
2.6. HIPOTESIS
A medida que se incrementa la densidad de corriente catdica aplicada sobre el
acero ASTM A-36 protegido catdicamente con corriente continua expuesto a agua
desmineralizada a 60C, se lograr reducir el potencial de proteccin y la velocidad
de corrosin.
2.7. OBJETIVOS:
El objetivo general a lograr es:
Determinar experimentalmente la influencia de la densidad de corriente aplicada
sobre el potencial de proteccin y la velocidad de corrosin del acero estructural
ASTM A-36 sumergido en agua desmineralizada a 60C.
Pero para lograr el objetivo general tenemos que llevar a cabo los siguientes
objetivos especficos:
Determinar la velocidad de corrosin y el potencial electroqumico del acero
ASTM A-36 sumergido en agua desmineralizada a 60C sin ningn tipo de
proteccin.
PROTECCIN CATDICA
CON CORRIENTE
CONTINUA EN AGUA
DESMINERALIZADA A 60C
Densidad de Corriente
Catdica aplicada
Velocidad de Corrosin
del Acero ASTM A-36
Potencial Electroqumico
del Acero ASTM A-36
Acero
ASTM A-36
-
16
Aplicar en forma controlada, determinados amperajes, midindose luego la
velocidad de corrosin experimentada y el potencial electroqumico logrado.
Determinar el rango apropiado de la densidad de corriente catdica que nos
permita obtener la ms baja velocidad de corrosin y el potencial
correspondiente.
Elaborar una grfica Densidad de Corriente vs el Potencial de Proteccin y la
Velocidad de Corrosin, que permita determinar velocidades de corrosin en
funcin del potencial y la corriente aplicada.
2.8. IMPORTANCIA:
La importancia del presente trabajo de investigacin radica en presentar a la
comunidad cientfica y tecnolgica, datos apropiados de la densidad de corriente
catdica aplicada al acero ASTM A-36, capaces de disminuir su velocidad de
corrosin al estar expuesto en agua tratada caliente, as mismo poner a prueba los
conocimientos tericos, que permitan lograr parmetros operativos que puedan
llevarse a la prctica industrial, logrando mejorar la rentabilidad en las empresas.
-
I I I . MATERI ALES Y MTOD O S
3.1. MATERIALES.
3.1.1. MATERIAL DE ESTUDIO.
Para este trabajo de investigacin se utiliz como material de estudio probetas
de acero ASTM A-36 con dimensiones de 100 x 50 x 2 mm, segn la norma
ISO 8407 como se muestra en la figura 3.1.
Figura 3.1: Dimensiones de las probetas de acero ASTM A-36.
Caractersticas de la muestra:
La composicin qumica expresada como porcentajes en peso y las
propiedades mecnicas del acero ASTM A-36 se presentan en la Tabla
N3.1.
Tabla N 3.1: Composicin qumica y propiedades mecnicas del acero
ASTM A36 [28].
Composicin Qumica Propiedades Mecnicas
C Si P S Lim. Fluencia
(Kg/cm2)
Resist. Traccin (Kg/cm
2)
% Alargam. En 8
0.26 0.40 0.04 0.05 2540 4080 20
-
18
3.1.2. EQUIPOS, INSTRUMENTOS, HERRAMIENTAS E INSUMOS.
A. EQUIPOS.
Balanza electrnica digital AND (precisin = 0.0001g)
Balanza electrnica digital SOEHNLE, sensibilidad 0.1 g.
Rectificador de corriente regulable de 0 a 10 A.
Transformador con tensin de salida de 12 V.
Motor elctrico de 9 V.
Cubeta de plstico de 15 lt.
Cubeta de vidrio de 200mmx130mmx2mm
Termostato (T=30 110C)
B. INSTRUMENTOS.
Electrodo de referencia de Cu/CuSO4.
Contraelectrodo de grafito.
Papel indicador de pH PANPEHA.
Multitester digital PRASEK.
Cmara fotogrfica digital PANASONIC.
Agitadores de paleta.
Vaso de precipitacin de 1L.
Pistola para soldadura elctrica.
Vernier.
C. HERRAMIENTAS.
Alicate.
Juego de desarmadores.
Tijeras.
Navaja.
Sierra de arco
D. INSUMOS.
Insumos para limpieza: Agua destilada, cido clorhdrico al 90 %,
hexametilentetra-amina qumicamente puro.
-
19
Insumos para el electrolito: agua desmineralizada de la empresa
ASTRO S.A.
Material para desbaste: Lijas de Fe # 80, 100; Lijas de agua # 220,
320, 400, 600.
Material aislante: soldimix y silicona.
Material para codificacin: Cinta Masking Tape, lapicero de tinta
indeleble, papel bond.
Material para suspender las probetas: Alambre de cobre, maderitas
de 20cm x 2cm x 1 cm.
3.2. MTODOS.
3.2.1. DISEO DE INVESTIGACION.
Universo Objetivo:
Acero estructural ASTM A-36.
Universo Muestral:
Plancha de acero estructural ASTM A-36 de 2400mmx1200mmx2mm
Muestra:
Est constituido por 48 probetas de acero estructural ASTM A-36, con
dimensiones segn la Norma ISO 8407 de 100 x 50 x 2 mm, como se
muestra en la figura 3.1.
3.2.2. DISEO DE CONTRASTACIN.
Se aplic un diseo Experimental, tipo unifactorial, con una variable
independiente: Densidad de Corriente, y dos variables dependientes:
Potencial Electroqumico y Velocidad de Corrosin, realizndose quince
niveles para la variable independiente, con tres rplicas, por lo que el nmero
total de pruebas se calcula:
N Total de Pruebas = (N de Matriz) (N de Rplicas) + N Probetas Control
N Total de Pruebas = (15 * 3) + 3 = 48 pruebas
En la tabla N 3.2 se indican los valores elegidos para la variable
independiente.
-
20
Tabla N 3.2: Niveles de la Variable Independiente
Material Factor Niveles
a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15
Aero
ASTM
A-36
Densidad
de
Corriente
(mA / m2)
40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
La matriz de diseo segn el diseo experimental unifactorial usada para el
acero ASTM A-36 se presenta en la siguiente tabla.
Tabla 3.3: Diseo de la Matriz Experimental
Factor A Replicas
1 2 3
a1 a11 a12 a13
a2 a21 a22 a23
a3 a31 a32 a33
a4 a41 a42 a43
a5 a51 a52 a53
a6 a61 a62 a63
a7 a71 a72 a73
a8 a81 a82 a83
a9 a91 a92 a93
a10 a101 a102 a103
a11 a111 a112 a113
a12 a121 a122 a123
a13 a131 a132 a133
a14 a141 a142 a143
a15 a151 a152 a153
Donde:
A: Factor o variable independiente
a1.a10: Niveles del factor A
a11.a103: Corridas experimentales
Factor A: Densidad de Corriente (mA/m2)
Variables de respuesta:
Potencial de Proteccin (mV)
Velocidad de Corrosin (mdd, m/ao)
-
21
Tabla N 3.4: Tabla de Aleatorizacin de las replicas en cada Nivel de la variable
Independiente
Niveles del Factor Replicas Aleatorias
de cada Nivel Densidad de Corriente
Catdica (mA/cm2)
a1
a13
a11
a12
a2
a22
a23
a21
a3
a33
a32
a31
a4
a43
a41
a42
a5
a51
a53
a52
a6
a62
a63
a61
a7
a71
a72
a73
a8
a83
a81
a82
a9
a91
a93
a92
a10
a102
a101
a103
a11
a113
a111
a112
a12
a122
a123 a121
a13
a131
a133 a132
a14
a143
a142
a141
a15
a152
a153
a151
-
22
3.2.3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
El procedimiento experimental se realiz siguiendo la secuencia mostrada en
la Figura 3.2.
Figura 3.2: Diagrama de bloques del Procedimiento Experimental.
ACERO ASTM A-36
CORTE Y MAQUINADO DE
PROBETAS
LIMPIEZA DE SUPERFICIES
DE PROBETAS
PESAJE INICIAL DE LAS
PROBETAS
CODIFICACION Y ALEATORIZACION
DE LAS PROBETAS
ENSAYO DE CORROSIN
LIBRE
ENSAYO DE PROTECCIN
CATDICA
EXPOSICION DE LAS PROBETAS EN EL
MEDIO CORROSIVO A TEMPERATURA
Y TIEMPO CONSTANTES
RETIRO DE PROBETAS DEL
MEDIO CORROSIVO
LIMPIEZA DE PROBETAS
PESAJE FINAL Y
DETERMINACIN DE LA
PRDIDA DE PESO
ANALISIS DE RESULTADOS
PREPARACIN DEL MEDIO
CORROSIVO
-
23
A. CORTE Y MAQUINADO DE PROBETAS DEL ACERO ASTM A-36.
Para todos los ensayos de una plancha de acero ASTM A-36, se cortaron y
maquinaron probetas de acero de acuerdo a las medidas descritas en la figura
3.1. Adems a todas las probetas se les realiz un orificio con broca de 1/8,
donde se coloc un alambre de cobre para poder suspenderlas en el ensayo
experimental y medir el potencial electroqumico. Se aisl con moldimix el
par acero - alambre de cobre para evitar que entre en contacto con el lquido.
B. LIMPIEZA DE LAS PROBETAS.
Las superficies de las probetas se limpiaron segn la norma ISO 8407, la cual
recomienda realizar una limpieza qumica para la evaluacin de la corrosin
de especmenes por prdida de masa de las probetas. Este mtodo permiti
remover y eliminar grasa, productos de corrosin, suciedad y otros
contaminantes de las superficies de la muestra. Los pasos realizados son:
Se limpio con lijas, luego se sumergi en cido clorhdrico diluido con
hexametilen tetra amina o urotropina y se frot suavemente con un cepillo
hasta obtener una superficie brillante para luego ser enjuagada con agua
destilada.
Se Sumergi en NaOH 1N, aproximadamente un minuto para neutralizar
la accin del cido, y luego se enjuag con agua destilada y se sec. Este
procedimiento se realiz a temperatura ambiente.
C. CODIFICACION Y ALEATORIZACION DE LAS PROBETAS.
Las probetas se codificaron con un pequeo papel donde se indicaba el
nmero de la probeta y la densidad de corriente aplicada, esto se pegaba con
cinta masking tape al alambre de cobre.
D. PESAJE INICIAL DE LAS PROBETAS.
Antes de sumergir las probetas al agua desmineralizada a 60C, se pesaron las
tres probetas (por cada ensayo) en la balanza digital de exactitud 0.001g.
E. PREPARACION DEL MEDIO CORROSIVO.
Se trabaj como medio corrosivo agua desmineralizada caliente a 60C, la
cual se prepar de la siguiente manera:
-
24
En una cubeta de plstico, se instal una resistencia obtenida de un
hervidor elctrico, la cual calent indirectamente al medio corrosivo
contenido en una cubeta de vidrio, hasta la temperatura de 60C. Para
controlar y mantener la temperatura deseada, se uni a la resistencia un
termostato y contactor.
Se coloco un agitador mecnico en la cubeta de vidrio para mantener la
solucin en agitacin constante.
F. ENSAYO DE CORROSIN LIBRE.
En un recipiente de plstico de 15 litros, acondicionado con una resistencia y
un termostato, se calent agua de cao, en este bao caliente se instal un
depsito de vidrio conteniendo al agua desmineralizada y un agitador
mecnico. Cuando la temperatura del agua desmineralizada se logra
estabilizar a 60C, se sumergi dentro de ella de forma equidistante al
agitador tres probetas de acero ASTM A-36, previamente codificadas y
pesadas, durante 8 horas y en agitacin constante. Las cuales nos sirvieron
como patrn comparativo para el ensayo de proteccin catdica. Luego se
sacaron con cuidado y se limpiaron los productos de corrosin usando la
norma ISO 8407, pesando y registrando este dato. En este ensayo tambin se
midi a cada hora con el uso del Multitester y el electro de referencia de
cobre sulfato de cobre, el potencial electroqumico.
G. ENSAYO DE PROTECCIN CATDICA.
Se utiliz tres probetas de acero ASTM A-36 por cada nivel de la variable
independiente, de la siguiente manera:
Se colocaron las tres probetas de forma equidistante al agitador dentro de la
cubeta de vidrio que contena al agua desmineralizada a 60C, durante 8
horas y en agitacin constante.
Se conectaron el contraelectrodo de grafito al terminal positivo de la fuente
de corriente continua y el terminal negativo al Multitester, que hizo la
funcin de darnos el amperaje suministrado por el equipo a la probeta. El
terminal positivo del Multitester se conecto a la probeta.
-
25
Se midi el potencial electroqumico de las probetas por cada hora de
ensayo, mediante el uso del Multitester y del electrodo de referencia de
cobre sulfato de cobre.
H. RETIRO DE LAS PROBETAS.
Pasado el tiempo establecido de los ensayos de corrosin libre y con
proteccin catdica expuestos en el medio corrosivo, se extrajeron las
probetas de manera adecuada y cuidadosa, teniendo en cuenta la codificacin
y luego se colocaron en contenedores apropiados para su posterior limpieza.
I. LIMPIEZA DE PROBETAS.
Las probetas de acero ASTM A-36 se limpiaron segn la norma ISO 8407,
de la siguiente manera:
Se lav las probetas con un cepillo en agua con detergente, se enjug en
agua destilada, luego se sumergi en una solucin preparada con 500 ml.
cido clorhdrico ms 3.5 g de hexametilentetra amina y aforado con agua
destilada hasta 1000ml, se frot suavemente con un cepillo, hasta retirar
completamente los productos corrosivos, se enjuago en agua destilada.
Finalmente se sumergi en NaOH 1N, por un periodo de un minuto, para
neutralizar la accin del cido, luego se enjuago con agua destilada y
posteriormente se seco. Este procedimiento se realiz a temperatura
ambiente.
J. PESAJE FINAL Y DETERMIANCION DE LA VELOCIDAD DE
CORROSIN.
Se peso las probetas en una balanza electrnica digital (exactitud 0.001g).
Luego se calcul la prdida de peso y la velocidad de corrosin, usando la
expresin:
K. ANALISIS DE RESULTADOS.
Se procedi al anlisis de los resultados obtenidos ayudndonos con anlisis
de varianza y prueba F, para cada variable dependiente.
-
IV. RESULTA DOS Y DI SC USI N
4.1. VELOCIDAD DE CORROSIN Y POTENCIAL ELECTROQUMICO DEL
ACERO ASTM A-36 SIN NINGN TIPO DE PROTECCIN.
En la tabla 4.1 se presenta la velocidad de corrosin promedio y el potencial
promedio de las probetas de acero ASTM A-36 evaluadas, siendo 1747 m/ao y -
752 mV (respecto al electrodo de Cu/CuSO4) respectivamente.
Tabla 4.1. Velocidad de corrosin y potencial electroqumico (Cu/CuSO4) para las
probetas de acero ASTM A-36 sin proteccin, expuestas en agua desmineralizada
caliente a 60C, durante 8 horas.
Densidad
Corriente
(mA/m2)
Potencial
(mV)
(Cu/CuSO4)
Peso
Perdido
(g)
rea
(dm2)
Velocidad de Corrosin
mdd m/ao
0 -752 0.1253 1,0001 376,2604 1747,2652
Figura 4.1. Acero ASTM A-36, sin ningn tipo de proteccin, sumergido en agua
desmineralizada a 60C.
El fenmeno corrosivo presentado, segn se aprecia en la figura 4.1, ha sido una
corrosin uniforme y se ha formado incluso herrumbre, identificada como producto
de corrosin marrn rojizo.
-
27
De lo mencionado podemos inducir que el acero ASTM A-36 se corroe en contacto
con agua desmineralizada a 60C, permitiendo en sus zonas catdicas la formacin
de iones oxidrilo (OH-) por reduccin del oxgeno en medio acuoso, segn la
reaccin de semicelda:
2H2O + O2 + 4e- 4 OH
-
Esta reaccin recibe los electrones necesarios cuando el acero desde sus zonas
andicas se corroe (oxida), produciendo cationes metlicos y electrones segn la
reaccin:
2Fe 2 Fe2+
+ 4e-
Los iones ferrosos (Fe2+
), con lo iones oxidrilos (OH-), forman el hidrxido ferroso
[Fe (OH)2], segn la reaccin:
Fe2+
+ 2 OH- Fe(OH)2
Este ltimo producto es inestable y poco compacto, por la presencia de oxigeno en
el medio acuoso se sigue oxidando, formando herrumbre [Fe(OH)3], segn la
reaccin:
2Fe(OH)2 + H2O + O2 2Fe(OH)3
A pesar que la formacin de la capa de herrumbre cubre toda la superficie, la
adherencia del metal base es muy pobre, pues se desprende con relativa facilidad,
generando la coloracin marrn rojizo en el agua desmineralizada a 60C.
El potencial de corrosin libre obtenido es de -752 mV (referido al electrodo de
cobre sulfato de cobre), el cual se asemeja al resultado obtenido por Robles [5] que
fue de -738, y trabaj tambin con acero ASTM A-36 sumergido en agua
subterrnea a temperatura ambiente. En cambio la velocidad de corrosin obtenida
en este trabajo es muy superior a la obtenida por Robles [5], ello se debe a que la
cintica de reaccin se ha incrementado debido a la temperatura, lo que confirma la
ecuacin de Arrhenius:
-
28
RT
Ea
eATk .)(
Donde:
k(T) : Constante cintica (dependiente de la temperatura)
A : Factor preexponencial
Ea : Energa de activacin
R : Constante universal de los gases
T : Temperatura absoluta (K)
Se comprueba que a mayor temperatura la constante de velocidad de una reaccin
(en este caso de reaccin electroqumica) tambin se incrementa. En conclusin la
velocidad de corrosin del acero ASTM A-36, se incrementara conforme se
incremente su temperatura.
Los resultados obtenidos en este trabajo confirman la influencia de la naturaleza
agresiva del agua desmineralizada a una temperatura de 60 C, comparada con el
agua subterrnea natural y agua de mar a temperatura ambiente, y con agua de mar
a una temperatura de 40 C, tal como muestra la tabla 4.2:
-
29
Tabla 4.2. Cuadro comparativo de los resultados obtenidos por los antecedentes.
AUTOR
(ES) REFERENCIA
MEDIO DE
EXPOSICIN /
TEMPERATURA/
TIEMPO
VELOCIDAD DE
CORROSIN DEL
ACERO SIN
NINGUNA
PROTECCIN
(m/ao)
Robles O.
[7]
Influencia de la densidad de
corriente en el potencial de
proteccin y la velocidad de
corrosin del Acero ASTM A-36
protegido catdicamente con
corriente continua
Agua Subterrnea
(Temperatura
ambiente)
230.14
Garca
[5]
Fundamentos de Corrosin y
Proteccin Catdica
Agua de mar fra y
agitada 350 a 1 500
Cayotopa/
Salirrosas
[6]
Influencia de la densidad de
corriente, sobre la velocidad de
corrosin del acero estructural
ASTM A-36, Latn 70/30 y del
Aluminio 110 protegidos
catdicamente con corriente
continua.
Agua de mar
artificial (3.5%
NaCl)
(Temperatura
ambiente)
527.32
Arellano
[3]
Influencia de la densidad de
corriente y el espesor de pintura
epxica, sobre la velocidad de
corrosin del acero estructural
ASTM A-36 protegido
catdicamente con corriente
continua.
Agua de mar
artificial (3.5%
NaCl)
(Temperatura
ambiente)
477.38
Snchez/
Utrilla
[8]
Influencia de la densidad de
corriente catdica impresa sobre
la velocidad de corrosin y
potencial electroqumico del
acero ASTM A-36
Agua de mar
artificial (3.5%
NaCl)
T = 40C
t = 6 horas
887.1416
Babilonia/
Robles
Influencia de la Densidad de
Corriente aplicada sobre la
velocidad de Corrosin del
acero ASTM A-36
Agua
desmineralizada
T = 60C
t = 8 horas
1747,2652
-
30
4.2. VELOCIDADES DE CORROSIN Y POTENCIAL ELECTROQUMICO
DEL ACERO ASTM A-36 PROTEGIDO CATDICAMENTE CON
CORRIENTE CONTINUA.
En la tabla 4.3 y figura 4.2, se pueden apreciar los resultados obtenidos en las
pruebas para el acero ASTM A-36 sumergidos en agua desmineralizada a 60C y
protegidos catdicamente con corriente continua.
Tabla 4.3. Velocidades de corrosin y potenciales electroqumicos (respecto al
electrodo Cu/CuSO4), de las probetas de acero ASTM A-36 expuestas en agua
desmineralizada a 60C durante 8 horas, protegidos catdicamente con diferentes
densidades de corriente.
Densidad de
Corriente
mA/m
Potencial
(mV)
Cu/CuSO4
Velocidad de
Corrosin
(mdd)
Velocidad de
Corrosin
(m/ao)
40 -785 371.03317 1722.991
50 -786 348.37485 1617.771
60 -802 325.48919 1511.496
70 -827 304.87694 1415.777
80 -858 281.00613 1304.927
90 -901 256.8322 1192.669
100 -929 238.41758 1107.155
110 -968 217.35064 1009.326
120 -1008 208.40856 967.801
130 -1071 191.28221 888.270
140 -1125 174.00429 808.035
150 -1176 170.82152 793.255
160 -1262 157.10527 729.560
170 -1298 174.00429 808.035
180 -1324 185.9018 836.284
-
31
Figura 4.2. Velocidad de Corrosin y Potencial Electroqumico de Proteccin (Vs.
CSC) en funcin del amperaje aplicado al Acero ASTM A-36 sumergido en agua
desmineralizada a 60C.
Al obtener la figura 4.2 se puede apreciar que la aplicacin de corriente catdica afecta
de manera significativa la velocidad de corrosin y potenciales electroqumicos de
proteccin.
El potencial de corrosin del acero cuando no se suministro ningn tipo de corriente
catdica fue de -752mV (Cu/CuSO4), a este potencial le correspondi una velocidad de
corrosin de 1747,26 m/ao (Tabla 4.1).
Polarizando catdicamente el acero en evaluacin, aplicando una densidad de corriente
de 40mA/m2 se logra obtener un potencial de -785mV (Cu/CuSO4), as mismo, su
velocidad de corrosin bajo a un valor de 1722.991 m/ao (Tabla C), es decir se logr
disminuir la velocidad de corrosin apenas aproximadamente un 1.39%.
Por otro lado, conforme se aumenta la densidad de corriente, el potencial y la velocidad
de corrosin disminuyen drsticamente encontrndose que para 160 mA/m2
se obtiene
un potencial de proteccin de -1262 mV (Cu/CuSO4) y una velocidad de corrosin de
729.56 m/ao, que significa una disminucin del 58%, tal como se muestra en la
figura 4.3.
-
32
Figura 4.3: Velocidad de corrosin del acero ASTM A-36 a diferentes densidades de
corriente aplicada.
Esta significativa disminucin en la velocidad de corrosin se justifica, debido a que
termodinmicamente se ha logrado ubicar al acero ASTM A-36, en una zona inmune,
que algunos autores la sugieren entre -850 y -1110 mV (respecto al electrodo de
Cu/CuSO4 saturado) para temperatura ambiente[4]. Este desplazamiento de condiciones
de corrosin a condiciones de inmunidad, se logr, polarizando catdicamente el acero
ASTM A-36, es decir aplicando corriente catdica, lo que hace variar el potencial de
corrosin hacia un valor ms negativo, ubicando el sistema en zona de inmunidad, en
trminos de los diagramas de Pourbaix.
As mismo se pudo apreciar que al suministrarle una elevada densidad de corriente se
gener un aumento en la velocidad de corrosin, esto es debido a que se llev al metal a
condiciones de sobreproteccin que ampla la descomposicin del agua en hidrgeno y
oxgeno, variando las condiciones del medio acuoso que la hace sumamente agresiva.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
1,747.01,723.0
1,617.8
1,511.5
1,415.8
1,304.9
1,192.7
1,107.2
1,009.3967.8
888.3
808.0 793.3
729.6
808.0
863.3
Vel
oci
dad
de
Corr
osi
n
(
m/a
o)
Densidad de Corriente Aplicada (mA/m2)
-
33
Se presume que los electrones requeridos para las reacciones catdicas, ya no sern
provistos por la corrosin (oxidacin) del hierro, sino sern alimentados por la fuente de
corriente continua, conectada desde su polo negativo a la probeta a proteger [3, 4].
Los resultados que hemos obtenido considerando que el medio corrosivo fue el agua
desmineralizada a 60C, concuerdan con Garca [3], pues propone una corriente de
proteccin para el hierro en agua caliente de 50 a 160 mA/m2.
Sin embargo al comparar con otros autores, como Robles [5], Utrilla/Robles [6] la
densidad de corriente se encuentran en disconformidad con los nuestros, probablemente
debido a los equipos de proteccin catdica y contraelectrodos son diferentes al
empleado para la realizacin de la presente tesis, sumando adems que el medio fue
agua subterrnea y agua de mar a 40C respectivamente. Las comparaciones se
muestran en la tabla 4.4.
-
34
Tabla 4.4: Cuadro comparativo de los resultados obtenidos por los antecedentes
AUTOR
(ES) REFERENCIAS
MEDIO DE
EXPOSICIN
DENSIDAD DE
CORRIENTE DE
PROTECCIN
(mA/m2)
Garca
[5]
Fundamentos de
Corrosin y Proteccin
Catdica
Agua Caliente 50 - 160
Robles
[7]
Influencia de la densidad
de corriente en el
potencial de proteccin y
la velocidad de corrosin
del Acero ASTM A-36
protegido catdicamente
con corriente continua
sumergido en agua
subterrnea.
Agua
Subterrnea
Temperatura
ambiente
200 - 410
Snchez/Utrilla
[8]
Influencia de la densidad de
corriente catdica impresa
sobre la velocidad de
corrosin y potencial
electroqumico del acero
ASTM A-36
Agua de mar
artificial (3.5%
NaCl)
T = 40C
t = 6 horas
1050-1350
Babilonia/
Robles
Influencia de la Densidad
de Corriente aplicada
sobre la velocidad de
Corrosin del acero
ASTM A-36
Agua
desmineralizada
T = 60C
t = 8 horas
140 - 160
-
V. CON CLUS IONES Y RE CO MENDA CIO NES
5.1. CONCLUSIONES.
Se determin experimentalmente que la influencia de la densidad de corriente
catdica aplicada, se produce de manera significativa en el potencial de
proteccin y la velocidad de corrosin del acero ASTM A-36 sumergido en agua
desmineralizada a 60C.
Se determin experimentalmente la velocidad de corrosin y el potencial de
proteccin del acero ASTM A-36 sumergido en agua desmineralizada a 60C
siendo 376,26 mdd (1747,2652 m/ao) y -752 mV (respecto al electrodo de
Cu/CuSO4) respectivamente.
Se aplic en forma controlada, determinados amperajes, midindose la velocidad
de corrosin experimentada y el potencial electroqumico logrado.
Se determin el rango apropiado de densidad de corriente catdica aplicada para
proteger al acero ASTM A-36 sumergido en agua desmineralizada a 60C el que
se encuentra entre 140 160 mA/m2, con lo que se consigue valores de
potenciales de proteccin dentro de zonas cercanas a la zona de inmunidad en un
rango de -1125 a -1262 mV (respecto al electrodo de Cu/CuSO4),
respectivamente. Asi mismo a esas densidades de corriente de proteccin se
gener un rango de velocidad de corrosin entre 808.035 y 729.560 m/ao.
Se elabor un diagrama de densidad de corriente vs. potencial de corrosin y vs.
velocidad de corrosin para el acero ASTM A-36 sumergido en agua
desmineralizada a 60C, que permite obtener a una determinada velocidad de
corrosin el valor de potencial requerido con su respectiva densidad de corriente.
-
36
5.2. RECOMENDACIONES.
Extrapolar a escala industrial los parmetros de proteccin obtenidos para el
acero ASTM A-36 o equivalente, expuesto en agua desmineralizada, calculando
el rea total expuesta del acero, para obtener as la corriente impresa (mA)
necesaria para llevar la estructura a zonas de inmunidad, controlando el
potencial de proteccin dentro del rango de valores obtenidos, que garantizan su
proteccin.
Realizar estudios de proteccin catdica son corriente impresa a diferentes
metales, evaluando la velocidad de corrosin y potencial de proteccin en
funcin de diferentes variables como son: Velocidad de agitacin (difusin de
oxigeno), temperaturas mas elevadas (>60C), y otros medios acuosos.
Optimizar estos estudios, transportndolos a nivel piloto, evaluando el factor
econmico que permite aplicar los resultados a escala industrial.
-
R E F E R E N C I A S B I B L I O G R F I C A S
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Sumergidos en una Solucin al 3.5% de Cloruro de Sodio. Tesis para optar el
ttulo de Ingeniero de Materiales. Facultad de Ingeniera. Universidad Nacional de
Trujillo. 2006.
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potencial de proteccin y la velocidad de corrosin del acero ASTM A-36
protegido catdicamente con corriente continua sumergido en agua
subterrnea. Tesis para optar el ttulo de Ingeniero Mecnico. Facultad de
Ingeniera. Universidad Nacional de Trujillo.
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corriente catdica impresa sobre la velocidad de corrosin y potencial
-
38
[9]. electroqumico del acero ASTM A-36 sumergido en una solucin acuosa al 3.5%
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-
APNDICE
-
A P N D I C E I :
RESULTADOS OBTENIDOS DEL ENSAYO DE PROTECCIN CATDICA
Tabla A.I.1. Potenciales para el Acero ASTM A-36 sin ninguna proteccin.
Densidad de Corriente
(mA / m2)
Potencial (mV) Potencial Promedio
(mV) 1 2 3
0 -754 -756 -746 -752
Tabla A.I.2. Velocidades de corrosin del Acero ASTM A-36 sin ninguna proteccin.
Densidad de
Corriente
(mA / m2)
Potencial
promedio
(mV)
Peso (g) Promedio
perdida
peso(g)
rea
protegida
(dm2)
Velocidad de corrosin
(mdd) Promedio
inicial final perdido (mdd) (m/ao)
0 -752
84.8445
85.9015
86.4820
84.7185
85.7890
86.3446
0.1260
0.1125
0.1374
0.1253 1.000
363.7125033
343.5891016
421.4796153
376.2604067 1747.265248
-
42
Tabla A.I.3. Potenciales para el Acero ASTM A-36 protegidas catdicamente por
corriente impresa a diferentes densidades de corriente aplicada
Densidad
de
Corriente
mA/m
Potencial (mV) Yi Yiprom
1 2 3
40 -781 -780 -796 -2357 -785
50 -784 -784 -791 -2359 -786
60 -803 -791 -812 -2406 -802
70 -831 -824 -826 -2481 -827
80 -861 -864 -851 -2576 -858
90 -898 -906 -899 -2703 -901
100 -922 -937 -930 -2789 -929
110 -969 -969 -968 -2906 -968
120 -1002 -1015 -1006 -3023 -1008
130 -1070 -1072 -1079 -3221 -1071
140 -1129 -1122 -1130 -3381 -1125
150 -1164 -1189 -1186 -3539 -1176
160 -1259 -1263 -1264 -3786 -1262
170 -1292 -1304 -1299 -3895 -1298
180 -1332 -1319 -1321 -3972 -1324
-
43
Tabla A.I.4. Velocidades de corrosin de probetas de Acero ASTM A-36 protegidas catdicamente por corriente impresa a diferentes
densidades de corriente aplicada.
Densidad de
Corriente
(mA / m2)
Potencial
promedio
(mV)
Peso (g) Promedio
de perdida
en peso (g)
rea
protegida
(dm2)
Velocidad de corrosin
(mdd)
Promedio
Inicial Final Perdido (mdd) (m/ao)
40 -785
82.7106
82.7941
83.2657
82.5841
82.6787
83.1425
0.1265
0.1154
0.1232
0.1217 0.984
371.05976
359.49026
382.54949
371.03317 1722.991
50 -786
83.5313
82.2237
83.5738
83.3995
82.1254
83.4550
0.1318
0.0983
0.1188
0.1163 0.999
380.58502
301.85877
362.68076
348.37485 1617.771
60 -802
81.5087
81.4618
81.5430
81.3882
81.3759
81.4178
0.1205
0.0859
0.1252
0.1105 1.018
342.41173
258.53121
375.52463
325.48919 1511.496
-
44
Continuacin de la tabla A.I.4.
Densidad de
Corriente
(mA / m2)
Potencial
promedio
(mV)
Peso (g) Promedio
de perdida
en peso (g)
rea
protegida
(dm2)
Velocidad de corrosin
(mdd)
Promedio
Inicial Final Perdido (mdd) (m/ao)
70 -827
82.6088
82.5618
82.6430
82.4915
82.4799
82.5314
0.1173
0.0819
0.1116
0.1036 1.018
333.41336
246.67369
334.54377
304.87694 1415.777
80 -858
82.3849
82.4553
82.5927
82.3115
82.3551
82.4825
0.0734
0.1002
0.1102
0.0946 1.012
214.59059
298.73392
329.69388
281.00613 1304.927
90 -901
83.1254
82.5842
81.8901
83.0388
82.5045
81.8030
0.0866
0.0797
0.0871
0.0845 0.987
253.44250
247.11805
269.93605
256.83220 1192.669
-
45
Continuacin de la tabla A.I.4
Densidad de
Corriente
(mA / m2)
Potencial
promedio
(mV)
Peso (g) Promedio
de perdida
en peso (g)
rea
protegida
(dm2)
Velocidad de corrosin
(mdd)
Promedio
Inicial Final Perdido (mdd) (m/ao)
100 -929
85.1852
85.7073
85.1287
85.0977
85.6302
85.0549
0.0875
0.0771
0.0738
0.0795 0.999
251.71785
236.67224
226.86265
238.41758 1107.155
110 -968
80.1647
82.2279
82.2325
80.0909
82.1572
82.1620
0.0738
0.0707
0.0705
0.0717 0.990
214.43842
218.691731
218.92177
217.35064 1009.325
120 -1008
86.0591
86.8569
85.6559
86.0273
86.8232
85.5150
0.0318
0.0337
0.1409
0.0688 0.998
93.00462
102.645517
429.57555
208.40856 967.801
-
46
Continuacin de la tabla A.I.4
Densidad de
Corriente
(mA / m2)
Potencial
promedio
(mV)
Peso (g) Promedio
de perdida
en peso (g)
rea
protegida
(dm2)
Velocidad de corrosin
(mdd)
Promedio
Inicial Final Perdido (mdd) (m/ao)
130 -1071
84.2852
84.7173
84.1287
84.2171
84.6585
84.0645
0.0681
0.0588
0.0642
0.0637 0.999
195.70876
180.69731
197.44056
191.28221 888.270
140 -1125
81.3851
82.6653
82.6947
81.3241
82.6101
82.6349
0.0610
0.0552
0.0598
0.0587 1.012
178.51291
164.70602
178.79394
174.00429 808.035
150 -1176
83.6198
83.5512
83.7463
83.5664
83.4992
83.6782
0.0534
0.0520
0.0681
0.0578 1.018
151.65899
156.68394
204.12163
170.82152 793.255
-
47
Continuacin de la tabla A.I.4
Densidad de
Corriente
(mA / m2)
Potencial
promedio
(mV)
Peso (g) Promedio
de perdida
en peso (g)
rea
protegida
(dm2)
Velocidad de corrosin
(mdd)
Promedio
Inicial Final Perdido (mdd) (m/ao)
160 -1262
84.5313
84.2347
83.6338
84.4810
84.1884
83.5874
0.0503
0.0463
0.0464
0.0477 0.999
145.19264
142.19872
141.67848
157.310527 729.560
170 -1298
82.8466
81.2021
82.6150
82.7844
81.1463
82.5579
0.0622
0.0558
0.0571
0.0584 0.994
180.85697
171.87426
175.25479
174.00429 808.035
180 -1324
86.4436
85.4389
85.6292
86.3756
85.3759
85.5648
0.0680
0.0630
0.0644
0.0651 1.008
195.67891
191.36789
194.67951
185.90180 863.284
-
A P N D I C E I I :
PROCESAMIENTO MATEMTICO DE DATOS
1. Clculos para la velocidad de corrosin.
1.1. Dimensiones de la probeta.
Figura II.1: Dimensiones de la probeta de acero ASTM A-36.
1.2. rea de la probeta.
)]502(2)100.2(2)10050(2[ xxxArea mm2
rea = 10100 mm2
rea = 1.0100 dm2
1.3. Velocidad de corrosin.
1.3.1. Sin proteccin catdica
Perdida de peso = 0.126 g = 126 mg
Tiempo de inmersin en agua desmineralizada = 8 horas, clculo en
das:
das
horas
dahorasxtdas 3333.0
24
18
-
49
Tabla A.II.1: Datos de experimentacin.
W
(mg)
W
Prom.
(mg)
TIEMPO
(das)
rea
Prom.
(dm2)
126.0333
125.3333 0.3333 1.00012 112.5333
137.4333
a. Para la obtencin en mdd (miligramos consumidos por decmetro
cuadrado por da), se procedi de la siguiente manera:
Donde: W : Prdida de masa (mg)
S : Area expuesta de la probeta (dm2)
t : Tiempo (das)
: Densidad del acero 7.86 g/cm2.
Entonces:
b. Para la obtencin en m/ao (micrmetro por ao), se procedi de la
siguiente manera:
Para los clculos de las velocidades de corrosin de las densidades de
corriente siguientes se utiliz el misma procedimiento.
Sxt
Wmdd
26.3763333.000012.1
3333.125
xmdd
aocm
g
das
aoxdax
dm
cmxdm
mg
gx
.373.1
365
1
)1(
)10(
1000
126.376
2
2
22
ao
m
m
mx
cm
mx
ao
cm
cm
gaocm
gx
2652.174710
1
100
117472.0
86.7
.6973.0
6
2
2
-
50
c. Clculo del amperaje necesario para proteccin:
Para ello tomamos como referencia el rango dado por Garca [3], el cual
es de 50 160 mA/m2.
Donde: iapp : Densidad de Corriente requerida para proteccin del
acero en agua desmineralizada.
IT : Amperaje total necesario para proteccin.
ST : rea total de la estructura a proteger.
Entonces:
Tabla A.II.2: Niveles de densidad de corriente y amperaje aplicado al
acero ASTM A-36, sumergido en agua desmineralizada a 60C.
Densidad de
Corriente
(mA/m2)
Amperaje
(mA)
rea
Probeta
(m2)
40 0.4 0.0106
50 0.5 0.0106
60 0.6 0.0106
70 0.7 0.0106
80 0.8 0.0106
90 0.9 0.0106
100 1 0.0106
110 1.1 0.0106
120 1.2 0.0106
130 1.3 0.0106
140 1.4 0.0106
150 1.5 0.0106
160 1.6 0.0106
170 1.7 0.0106
180 1.8 0.0106
T
Tapp
S
Ii
mAmxm
mAIT 6.10106.0160
2
2
-
A P N D I C E I I I :
PROCESAMIENTO ESTADSTICO DE DATOS
Clculos para el anlisis de varianza (ANVA)
Permite determinar si las medias de cada nivel o tratamiento son estadsticamente
diferentes. Para su determinacin se procedi como se indica a continuacin.
1. Datos previos
1.1.Planteamiento de hiptesis
Hiptesis Alterna (H1):
A medida que se incrementa la densidad de corriente catdica aplicada sobre el
acero ASTM A-36 protegido catdicamente con corriente continua expuesto a
agua desmineralizada a 60C, se lograr reducir el potencial de proteccin y la
velocidad de corrosin.
Nivel de significancia
En ingeniera se trabaja con un 95 % de confianza (=0.05)
1.2.Criterio de rechazo
Se rechaza la hiptesis nula (H0) si F0 > F,V1,V2, donde:
F0 se obtiene experimentalmente y el
F,V1,V2 se obtiene de tablas (Anexo IV). Puntos porcentuales de la
distribucin F0.05,V1,V2
V1 = a -1 V2 = a (n-1)
Donde: a es el nmero de niveles
n el nmero de rplicas.
2. Clculos para el ANVA del potencial de proteccin.
2.1.Presentacin de datos
En la tabla A.III.1 se presentan los datos individuales y totalizados del potencial
de proteccin en la medida de mV, que permiten realizar el anlisis de varianza
respectivo.
-
52
Tabla A.III.1. Potenciales para el acero ASTM A-36 protegido catdicamente con
corriente impresa a diferentes densidades de corriente.
Densidad
de
Corriente
mA/m
Potencial (Mv)
yi Yiprom 1 2 3
40 -781 -780 -796 -2357 -785
50 -784 -784 -791 -2359 -786
60 -803 -791 -812 -2406 -802
70 -831 -824 -826 -2481 -827
80 -861 -864 -851 -2576 -858
90 -898 -906 -899 -2703 -901
100 -922 -937 -930 -2789 -929
110 -969 -969 -968 -2906 -968
120 -1002 -1015 -1006 -3023 -1008
130 -1070 -1072 -1079 -3221 -1071
140 -1129 -1122 -1130 -3381 -1125
150 -1164 -1189 -1186 -3539 -1176
160 -1259 -1263 -1264 -3786 -1262
170 -1292 -1304 -1299 -3895 -1298
180 -1332 -1319 -1321 -3972 -1324
2.2. Clculo del trmino de correccin: