Universidad Tecnológica de Jalisco

Mantenimiento industrial

Ensayos destructivos

Práctica Nº 2

Cálculo de la velocidad de corrosión promedio en algunos metales comunes

Campos Rivera Juan Eduardo 2115100174González Martínez Fernando Marcos 2115100181

Martínez Trujillo Felipe De Jesús 2115100187Rangel Figueroa José de Jesús 2115100881

Yépez Morales José Jesús 2115100202

8ºB Vespertino

Guadalajara Jalisco a 12 de febrero de 2016

Cálculo de la velocidad de corrosión promedio en algunos metales comunes

Objetivos específicos.1) Inducir corrosión en dos muestras de diferentes metales mediante su

inmersión en soluciones químicas para conocer la velocidad de corrosión promedio en cada muestra.

2) Realizar el cálculo de la velocidad de corrosión mediante la obtención de dimensiones y peso antes y después de la inmersión de las muestras en soluciones químicas para determinar la velocidad de corrosión de dos muestras de diferentes metales.

Competencia a desarrollarHabilidad para realizar el cálculo de la determinación de la velocidad de corrosión de un metal por medio de un químico agresivo Teoría de ReforzamientoLa corrosión es el ataque destructivo de un material por reacción con su ambiente. Las graves consecuencias del proceso de corrosión lo clasifican como un problema de importancia mundial. Además de nuestro día a día encuentros con esta forma de degradación, la corrosión no solo hace que las plantas caigan en paros, desperdicien recursos valiosos, pérdida o contaminación del producto, reducción de la eficiencia y mantenimientos costosos; sino que también pone en peligro la seguridad e inhibe el progreso tecnológico. El aspecto multidisciplinario de los problemas de corrosión en combinación con las responsabilidades asociadas distribuidas con solo este tipo de problemas aumenta la complejidad de la materia. El control de la corrosión consigue reconocer y comprender los mecanismos de corrosión, mediante el uso de resistente a la corrosión materiales y diseños, por medio del uso de sistemas de protección, dispositivos y tratamientos. Las grandes corporaciones, industrias, y agencias de gobierno han establecido grupos y comités que cuidan temas relacionados con la corrosión, que en muchos casos son las responsabilidades diferenciales entre los fabricantes o productores de sistemas y sus usuarios. Tal situación puede generar fácilmente la negligencia y ser muy costosa en términos de dólares y vidas humanas.

Referencia BibliográficaRoberge, P. R. (1999). Handbook of Corrosion Engineering. En P. R. Roberge, &

P. R. Roberge. (Ed.), Handbook of Corrosion Engineering (pág. 1129). New York, New York, United States of America.: McGraw-Hill. Recuperado el 17 de 01 de 2016, de http://www.cntq.gob.ve/cdb/documentos/quimica/197.pdf

Tabla de materiales, herramientas y reactivos

Tabla 1 Tabla de materiales, herramientas y reactivos

Materiales Herramientas Reactivos1 Muestra de

Aluminio1 Lentes de seguridad 80 ml Sosa caustica

solución al 10%1 Muestra de

acero2 Par guante de látex 80 ml Hidróxido de amonio

solución al 10%1 Calibrador Vernier Digital1 Balanza analítica2 Vaso plástico del Nº 22 Etiquetas engomables1 Campana de extracción 1 Vaso de precipitado1 Horno Eléctrico1 pinza para crisol1 Careta de protección1 Peto de carnaza1 Par manga de carnaza1 Par guante de carnaza1 Trapo limpio1 Fibra verde 3m2 Pinza Technik Tweezers 1 Calculadora

ProcedimientoAntes de comenzar la práctica se debe contar con el atuendo adecuado para ingresar al laboratorio, bata cerrada, calzado cerrado, cabello recogido y el equipo de seguridad adecuado, al ingresar al laboratorio es obligatorio respetar el código de conducta, no gritar, no jugar, actuar responsablemente y obedecer las indicaciones del personal encargado del recinto.

Una vez dentro del laboratorio, cada equipo se ubica en una de las mesas de trabajo y recibe las indicaciones del profesor para realizar la práctica de manera segura.

Elegir al azar dos muestras de diferentes metales y dos soluciones químicas.

Rotular las etiquetas con la siguiente información: tipo de metal, solución, concentración, fecha y número de equipo.

Adherir las etiquetas rotuladas a los vasitos desechables.

Introducir una muestra de metal en cada vaso desechable. Encender la balanza analítica y tararla siguiendo las indicaciones dadas por

el profesor para su operación.

Con mucho cuidado, utilizando pinzas y guantes, tomar la muestra metálica del vaso desechable y pesarla en la balanza analítica con la guarda cerrada hasta obtener una lectura estable, registrar su masa, retirar la muestra y apagar la balanza analítica.

Con el calibrador vernier, utilizando guantes, tomar las mediciones necesarias para poder calcular el área de la pieza y al terminar colocarla dentro del vaso desechable.

Medir 80 mL. de la primer solución mediante el vaso de precipitado y verter dentro del vaso desechable hasta cubrir la muestra. NOTA: Si se requiere más de 80 mL para cubrir la pieza metálica, agregar más volumen pero siempre contabilizarlo.

Realizar el mismo procedimiento para la segunda muestra metálica utilizando la segunda solución asignada.

Colocar los dos vasos desechables dentro de la campana de extracción y dejar reposar durante 1 semana.

Una vez transcurrida la semana, utilizando el equipo de seguridad adecuado, extraer las muestras de la campana.

Observar y registrar la apariencia de la solución química y de la muestra metálica dentro de cada vaso.

Utilizando guantes y pinzas, retirar la muestra metálica (o lo que reste de ella) de la solución.

Desechar la solución en el depósito asignado por el profesor.

Registrar fotografías del metal recién retirado de la solución reactiva con todo e incrustaciones y corrosión.

Lavar las muestras metálicas para retirar cualquier óxido o incrustación formada utilizando una fibra y secar utilizando el trapo.

Ya limpias las muestras metálicas se colocan, utilizando el equipo de seguridad adecuado y tomándolas con las pinzas para crisol, dentro del horno eléctrico precalentado a una temperatura de 160 °C.

Transcurridos 30 minutos, utilizando el equipo de seguridad adecuado, se retiran las muestras del horno utilizando las pinzas para crisol y se colocan sobre una mesa metálica para acelerar el enfriamiento.

Medir y registrar nuevamente las dimensiones de cada una de las muestras.

Pesar y registrar cada una de las muestras nuevamente utilizando la balanza analítica.

Calcular la velocidad de corrosión mediante la expresión:

υcorr=(mi−mf )ϕ⋅A⋅t

Expresar el resultado obtenido en:

1) mm/año.2) MPY.3) IPY.4) GMD.5) MDD.

Calcular además, mediante la ecuación de Faraday, la densidad de corriente propia para cada metal (φi), reportando el valor en mA/m2 , utilizando la expresión:

φ i=iA

A partir de la escala de aceptación de MPY, establecer con base al resultado, la resistencia a la corrosión para cada metal y establecer si es apropiado o no.

Finalmente calcular el cambio de área de la pieza metálica mediante la expresión:

%ΔΔ=( A0−A f

A0 )⋅100Dónde: A0 es el área inicial Af es el área final después del proceso de corrosión.

Observaciones personales y recomendaciones.Al ser expuesta la muestra de aluminio dentro del medio agresivo inmediatamente comenzó a reaccionar de forma efervescente, en casos anteriores se ha llegado a encontrar la muestra metálica con una corrosión tal que al cabo los siete días está reducida a pequeños gránulos. Fue acertada la decisión de conseguir un calibrador digital para la realización de la práctica, tanto así que al terminar lo propio sirvió para que otros equipos tomaran sus respectivas mediciones de forma más rápida y exacta.La muestra de aluminio sufrió un desgaste muy notorio a diferencia del cilindro de acero, el vaso con el medio agresivo en el que fue sumergida formo una especie de corteza grisácea.Martínez Trujillo Felipe de Jesús.

Se observó una reacción casi inmediata dentro del vaso que contenía la muestra de aluminio sumergida en la solución de sosa cáustica al 10%.La reacción a simple vista fue la efervescencia de la muestra de aluminio, desprendiendo una gran cantidad de burbujas dentro del líquido.Después de una semana de inmersión la muestra de aluminio desapareció casi en su totalidad, a diferencia de la muestra de acero con forma de cilindro inmersa en una solución de hidróxido de amonio al 10%, misma que no presentó ninguna reacción visible a simple ojo dentro de los primeros minutos de su inmersión, ni tampoco después de estar una semana dentro del líquido se notó una diferencia significativa en su masa o apariencia.Campos Rivera Juan Eduardo.

La reacción de la placa de aluminio al ser sumergida en sosa cáustica en un vaso de polipropileno, es prácticamente instantánea. Se aprecia que al contacto con este reactivo, comienza un fenómeno efervescente. Una semana después se retira la muestra de aluminio expuesta a sosa caustica, se observa un tono grisáceo en el reactivo y una serie de residuos sólidos en el fondo del vaso de polipropileno. El deterioro de la placa de aluminio es considerable por lo tanto se determina que la reacción es muy agresiva.El cilindro de acero expuesto a hidróxido de amonio no presentó una reacción instantánea. Después de una semana, se analiza el estado físico de la pieza, visualmente no presentó degradación en el cilindro de acero, tampoco desechos en el interior del vaso. En la primer parte de la práctica, la puerta del laboratorio no fue cerrada en su totalidad por lo que las corrientes de aire afectaron en las mediciones al momento de pesar las muestras.En la segunda parte de la práctica, se debe considerar el uso del microscopio para analizar el desprendimiento de material de las muestras que quedaron depositadas en el fondo del vaso de polipropileno y que no son visibles a simple vista.González Martínez Fernando Marcos

Al término de los 7 días que duro esta práctica, debido a uno de los materiales que se asignaron (aluminio) por ser un material blando, se desintegro casi al 100% sumergido en sosa caustica al 10%, lo que dificulto que se midiera la pieza para calcular su área, ya que la pieza no es un polígono regular. Una herramienta que facilito el cálculo del área de este polígono fue AutoCAD.Rangel Figueroa José de Jesús

Al contar con dos días para el desarrollo de la práctica, el trabajo en equipo se volvió indispensable con el fin terminar en tiempo y de la mejor manera la práctica.Se capturan fotos de los metales antes de ser sumergidos en un vaso de polipropileno con los siguientes líquidos; hidróxido de sodio nA (oh) e hidróxido de amonio NH3 (oh). Fue notoria la reacción inmediata del aluminio al ser sumergida en hidróxido de sodio, casi al instante comenzó a reaccionar, al transcurrir 7 días el líquido consumió prácticamente la mayor mate de la placa, siendo el nivel de degradación muy alto.

El acero, al ser un material más resistente no fue muy alto el nivel de corrosión al ser sumergido en hidróxido de amonio, pero se alcanzó a distinguir un nivel de corrosión en el material sin tener que utilizar herramientas visuales como microscopio y lupa.

José Jesús Yépez Morales

a

b

c

Resultados de la práctica.Placa de aluminiomi Al = 1.457 g.mf Al = 0.013 g.ai = 19.98 mm, bi = 27.13 mm, ci = 1.1 mm.cf =0.10 mm.AiAl = 1,187.7568 mm2.AfAl = 20.1814 mm2 φAl = 2.7 g/cm3.ge= 2.7gr/ml / 1gr/ml = 2.7 gr/ml

→ Calculando el área inicial de la placa:AAl=2 (a⋅b+b⋅c+c⋅a )=2 (19 .98mm⋅27 .13mm+27 .13mm⋅1.1mm+1.1mm⋅19 .98mm )=

2 (542.0574mm2+29 .843mm2+21.978mm2)=2(593 .8784mm2 )=1 ,187 .7568mm2

→ Calculando el área final de la placa:Se utilizó el software AutoCAD© para calcular el área y el perímetro de la muestra debido a la dificultad que presenta la forma resultante.

Perímetro ≈ 40.0803 mm, área superior ≈80.8671 mm2, área lateral = 4.00803mm2

AF≈2 ( AS )+e·P≈2 (80.8671mm2 )+0.10mm (40.0803mm )≈20.1814mm2

→ Calculando la velocidad de corrosión de la placa:V corr=

(1.457 g−0.013g)

2.7 gcm3 ·11.8775cm

2 ·7días≈6.4903 cm /día

→ Calculando la velocidad de corrosión en diferentes unidades:1) mm/año.

V corr=K·Wφ·A·t

= 8.67×104 ·1.444 g

2.7 gcm3

·11.8775cm2 ·168h=125,194.85,387.634

=23.2374 mmaño

2) MPY.K·Wφ·A·t

= 3.45×106 ·1.444 g

2.7 gc m3 ·11.8775 cm

2 ·168h=4,981,8005,387.634

=214,386.8201MPY

3) IPY. 214,386.8201M PY · 1 inch

1000mils=214,386.8201(1)

1000=214.3868 IPY

4) GMD.GMD=5445.4252mg

dm2 ·dia1 gr

1000mg100dm2

1m2=544.42 .52gr

m 2· dia=544.42 .52GMD

5) MDD.

h

MPY=1.44 · MDDg.e .

∴MDD= ge·MPY1.44

=2.7 g

ml·214,386.8201MPY

1.44=5445.4252MDD

Calculando, mediante la ecuación de Faraday, la densidad de corriente propia para el metal (ρi), reportando el valor en mA/m2 , utilizando la expresión:

φ i=iA

i=m·n·Ft·PM

=1.444 g ·3 ·96500 A· s /mol604,800 s ·26.97 g/mol

= 418,03816,311,456

A=0.0256 A

φ i=0.0256 A

1,187.7568mm21000mA

A1000000mm2

m2=25,682,490.8mA

1,187.7856m=21,577.22 mA

m2

Utilizando la escala de aceptación de MPY, se establece con base al resultado, que la resistencia a la corrosión de la placa de aluminio es inaceptable por presentar un valor >200 MPY

Calculando el cambio de área de la pieza metálica:

%∆∆=( A0−A f

A0 )·100=( 1,187.7568mm2−20.1814mm21,187.7568mm2 ) ·100=98.30%

Cilindro de aceromi Fe = 8.185 g.mf Fe = 8.178 g.Øi Fe = 20.63 mm, Øf Fe = 20.59 mm.hi Fe = 3.07mm, hf Fe =3.01 mm.Ai Fe = 867.4959 mm2, Af Fe =860.6391 mm2

nFe = 2e- φFe = 7.87 g/cm3.

→ Calculando el área inicial total del cilindro de acero:AFe=2πr (h+r )≈2π (10.315mm ) (3.07mm+10.315mm )=867.4959mm2

→ Calculando el área final total del cilindro de acero:AFe=2πr (h+r )≈2π (10.295mm ) (3.01mm+10.295mm )=860.6391mm2

→ Calculando la velocidad de corrosión de la placa:V corr=

(8.185 g−8.178g)

7.87 gcm3

·8.6749cm2 ·7 días= 0.007477.9002

≈0.00001464 cm /día

→ Calculando la velocidad de corrosión en diferentes unidades:1) mm/año.

V corr=K·Wφ·A·t

= 8.67×104 ·0.007 g

7.87 gc m3

·8.6749 cm2 ·168h= 606.911469.6057

=0.0529 mmaño

2) MPY.K·Wφ·A·t

= 3.45×106 ·0.007 g

7.87 gc m3 ·8.6749cm

2 ·168h= 24,15011469.6057

=2.1055MPY

3) IPY. 2.1055M PY · 1inch

1000mils=2.1055(1)1000

=0.0021055 IPY

4) GMD.GMD=11.5074mg

dm2 · d ia1 gr

1000mg100dm2

1m2=1.15074gr

m2 · dia

5) MDD.

MPY=1.44 · MDDg. e .

∴MDD= ge·MPY1.44

=7.87 g

ml·2.1055MPY

1.44=11.5074MDD

Calculando, mediante la ecuación de Faraday, la densidad de corriente propia para el metal (φi), reportando el valor en mA/m2, utilizando la expresión:

φ i=iA

i=m·n·Ft·PM

=0.007 g ·2 ·96500 A· s /mol604,800 s ·55.85 g/mol

= 1,35133,778,080

A=0.00003999 A

φ i=0.00003999 A867.4959mm2

1000mAA

1000000mm2

m2 =39,996.35mA867.4959m2 =46.1055mA

m2

Utilizando la escala de aceptación de MPY, se establece con base al resultado, que la resistencia a la corrosión de la placa de aluminio es excelente por presentar un valor entre 1 y 5 MPY

Calculando el cambio de área de la pieza metálica:

%∆∆=( A0−A f

A0 )·100=( 867.4959mm2−860.6391mm2867.4959mm2 )·100=0.9973%

Dibujos o fotos electrónicas

Figura No. 1 Calibrador y vasos

Figura No. 2 Placa de aluminio

Figura No. 3 Cilindro de acero

Figura No. 4 Equipo para realizar la práctica

Figura No. 5 Balanza analítica

Figura No. 6 Cilindro de acero inmerso en hidróxido de amonio al 10%

Figura No. 7 Placa de aluminio inmersa en sosa caustica al 10%

Figura No. 8 Vaso con etiqueta identificadora para la muestra de acero

Figura No. 9 Vaso con etiqueta identificadora para el aluminio

Figura No. 10 Campana de extracción

Figura No. 11 Vasos dentro de la campana de extracción

Figura No. 12 Muestra de aluminio después de una semana de inmersión

Figura No. 13 Muestra de acero después de una semana de inmersión

Figura No. 14 Horno eléctrico

Figura No. 15 Interior del horno eléctrico

Figura No. 16 Horno eléctrico precalentado a 160ºc

Figura No. 17 Equipo de seguridad adecuado para manipular muestras dentro del horno

Figura No. 18 Pinzas para manipular muestras dentro del horno

Figura No. 19 Muestras colocadas sobre mesa metálica

Figura No. 20 Medición de muestras ya frías

Figura No. 21 Medición del área final de la placa de aluminio mediante software AutoCAD©

Figura No. 22 Guantes de látex utilizados para manipular las muestras

Figura No. 23 Balanza para pesar la masa final de las muestras

Conclusiones personales de la prácticaUna conclusión indudable es que los vasos de fibra sintética (polipropileno) donde se dejan reposar las muestras y las soluciones ácidas o alcalinas son más resistentes a la corrosión que el propio metal, con esto se llega a la conjetura del por qué actualmente en las estaciones de gasolina se están supliendo los contenedores metálicos por depósitos plásticos.Si este análisis se llevase a una aplicación real, por ejemplo, en el sistema de tuberías de la industria química o petrolera donde se manejan agentes corrosivos sería necesario implementar un sistema plástico reforzado, por ejemplo, resina epóxica, de manera que resista el ataque de un medio agresivo. En este caso las muestras metálicas han sido expuestas sin ningún tipo de protector para simular qué sucedería con una pieza o estructura metálica en circunstancias similares.Martínez Trujillo Felipe de Jesús.

La principal conclusión a la que se puede llegar en este ensayo destructivo, es que enseña de manera práctica, la manera de calcular la velocidad de corrosión de diferentes tipos de materiales expuestos a diferentes tipos de sustancias, mediante la toma de mediciones en su masa y en su área, para así, a manera de cálculo, mostrar un estimado de cuánto tiempo puede transcurrir antes de que el material se desintegre totalmente o presente síntomas de corrosión. Es importante destacar la necesidad de este tipo de estudios cuando se está diseñando un equipo que será cometido a diferentes medios, para poder ofrecer un estimado de vida real de la maquinaria o la estructura.Campos Rivera Juan Eduardo

Definitivamente la corrosión es un proceso electroquímico peligroso el cual no recibe la importancia adecuada en el sector industrial del país, gracias al estudio de éste proceso, se implementan diferentes técnicas y procedimientos en busca de prolongar la vida útil de los metales así como la prevención y mantenimiento de éstos. Reducción de costos de producción, manufactura y materia prima es el objetivo a cumplir para el ingeniero.En vista de los conocimientos adquiridos en relación a la corrosión y la forma en la que el medio ataca de una manera agresiva a los metales es de suma importancia considerar las pérdidas de capital que este fenómeno ocasiona en la industria.González Martínez Fernando Marcos

Al realizar esta práctica se llegó a entender un poco más, acerca de la degradación de los metales expuestos a sustancias corrosivas como lo fue el aluminio y el cobre, calculando la velocidad de corrosión medida en días, así como, la pérdida de masa que se generó en los metales al término de 7 días sumergidos en sosa caustica e hidróxido de amonio. Esto da a entender que cualquier metal expuesto a la intemperie, tiende a comenzar su proceso de oxidación si no se tiene la protección necesaria para retardar este proceso ya que es imposible de evitar, para alargar un poco más el tiempo de vida del material que se interesa proteger.Rangel Figueroa José De Jesús

Esta práctica sirve para saber los niveles de corrosión que pueden adquirir distintos materiales con diferentes líquidos, tomar en cuenta en el sector industrial que metal, poder utilizar para reducir el nivel degradante y contaminante de sustancias que circulen por este material. Para esto es necesario hacer una serie de cálculos y tomar en cuenta que metal utilizar para instalar en cualquier implemento con la finalidad de resistir la sustancias.También en construcción se calcula el área y nivel de corrosión de vigas y con este cálculo podemos dar un aproximado de cuánto puede durar la viga en lugares distintos si es muy húmedo si es muy cálido o si es templado.Finalmente la corrosión se ve en todos lados y es cotidiano el uso de herramientas y componentes con corrosión para que un material pueda durar más aun teniendo corrosión es necesario darle mantenimiento no se eliminaría pero si se alargaría la productividad del mismo.José Jesús Yépez Morales