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Informe N°3: Formas de Corrosión (Corrosión Galvánica) Daniel Ricardo Dallos Sanabria Johana Lisbeth Jerez Pérez Brahiam David López Cárdenas RESUMEN El fenómeno de corrosión consiste en el proceso de deterioro de materiales metálicos mediante reacciones químicas y electroquímicas, debido a que estos materiales buscan alcanzar un estado de menor potencial energético. La corrosión tiene muchas repercusiones a nivel económico, de seguridad y de conservación de materiales, por lo que su estudio y mitigación es de suma importancia. En este punto hablamos de corrosión galvánica, esta se da cuando ocurre una transferencia de electrones entre dos metales distintos debido a que la diferencia en su potencial genera la corrosión. Si estos metales se ponen en contacto o mediante la unión de un cable externo, esta diferencia de potencial produce un flujo de electrones entre ellos. El metal menos resistente o debajo potencial se convierte en el ánodo ya que se oxida y el metal más resistente es el cátodo. Este tipo de corrosión es generada por un ataque electroquímico, donde la fuerza impulsora del flujo eléctrico y de la corrosión es esta diferencia de potencial generada entre los dos metales. MARCO TEORICO OBJETIVO GENERAL - Corrosión por Picaduras Analizar y estudiar las formas de corrosión como lo son galvánica, en Las picaduras en un metal se dan ambientes salinos, en empaques y cuando su capa protectora, por picado. generalmente una delgada película de óxido de cromo en las aleaciones OBJETIVO ESPECIFICO de acero inoxidable y níquel, se rompe y permite que los átomos  Profundizar el análisis del expuestos del metal cedan sus fenómeno de corrosión electrones fácilmente, apareciendo la galvánica. corrosión. Esta reacción  Determinar las mejores electroquímica inicia la formación de técnicas existentes para pequeños fosos. La corrosión se controlar la corrosión acumula en los fosos y contribuye a galvánica. que éstos se hagan más profundos, e  Relacionar la práctica del laboratorio con un caso de la incluso penetren ocasionalmente toda vida cotidiana. la pared del tubo. Las picaduras también pueden agrietar componentes sometidos a esfuerzos. Los entornos con concentraciones

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mayores de cloruros, incluyendo los creados por la evaporación de gotas de agua salada, son más propensos a provocar corrosión por picaduras, especialmente a temperaturas más altas, porque esas condiciones ayudan a romper la película protectora de óxido. Cuando inspeccione la corrosión, busque depósitos de óxido de hierro marrón rojizo y fosos que puedan haberse formado en la superficie metálica. -

Corrosión galvánica

La corrosión Galvánica es una de las más comunes que se pueden encontrar. Es una forma de corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución conductiva). El ataque galvánico puede ser uniforme o localizado en la unión entre aleaciones, dependiendo de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión. Esta forma de corrosión es la que producen las Celdas Galvánicas. Sucede que cuando la reacción de oxidación del ánodo se va produciendo se van desprendiendo electrones de la superficie del metal que actúa como el polo negativo de la pila (el ánodo) y así se va produciendo el desprendimiento

paulatino de material desde la superficie del metal. Este caso ilustra la corrosión en una de sus formas más simples. Quizá la problemática mayor sobre corrosión esté en que al ser este caso bastante común se presente en variadas formas y muy seguido. Por ejemplo, la corrosión de tuberías subterráneas se puede producir por la formación de una pila galvánica en la cual una torre de alta tensión interactúa con grafito solidificado y soterrado, con un terreno que actúe de alguna forma como solución conductiva.  Factores que influyen en el fenómeno galvánico 

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Tipo de electrolito - La exposición de una pieza de metal a dos electrolitos diferentes. Temperatura: La temperatura puede afectar a la tasa de resistencia de los metales a otros productos químicos. Humedad: Puede afectar a la resistencia electrolítica y al transporte de iones. Óxidos: Algunos metales pueden ser cubiertos por una fina capa de óxido que es menos reactivo que el metal desnudo. Cubierta del metal con organismos biológicos

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Rango de diferencia de potencial individual entre los dos metales. Resistividad eléctrica del electrolito - Al aumentar la resistividad del electrolito disminuye la corriente, y la corrosión se hace más lenta. Grado de contacto eléctrico Cuanto mayor es el contacto eléctrico, más fácil será el flujo de corriente galvánica. Tamaño relativo de ánodo y cátodo. El uso de una capa protectora entre metales diferentes evitará la reacción de los dos metales.

Propiedades del cobre El cobre posee varias propiedades físicas que propician su uso industrial en múltiples aplicaciones. Es de color rojizo y de brillo metálico y, después de la plata, es el elemento con mayor conductividad eléctrica y térmica. El cobre posee muy buena ductilidad y maleabilidad lo que permite producir láminas e hilos muy delgados y finos. Es un metal blando, con un índice de dureza 3 en la escala de Mohs, y su resistencia a la tracción es de 210 MPa, con un límite elástico de 33,3 MPa. Admite procesos de fabricación de deformación como laminación o forja, y procesos de soldadura y sus aleaciones adquieren propiedades diferentes con tratamientos térmicos como temple y recocido. En general, sus propiedades mejoran

con bajas temperaturas lo que permite utilizarlo en aplicaciones criogénicas. En la mayoría de sus compuestos, el cobre presenta estados de oxidación bajos, siendo el más común el +2, aunque también hay algunos con estado de oxidación +1. Expuesto al aire, el color rojo salmón, inicial se torna rojo violeta por la formación de óxido cuproso (Cu2O) para ennegrecerse posteriormente por la formación de óxido cúprico (CuO).45 La coloración azul del Cu+2 se debe a la formación del ion [Cu (OH2)6]+2.46 Expuesto largo tiempo al aire húmedo, forma una capa adherente e impermeable de carbonato básico (carbonato cúprico) de color verde y venenoso.47 También pueden formarse pátinas de cardenillo, una mezcla venenosa de acetatos de cobre de color verdoso o azulado que se forma cuando los óxidos de cobre reaccionan con ácido acético,48 que es el responsable del sabor del vinagre y se produce en procesos de fermentación acética. Punto de fusión

1357.77 K

Punto de ebullición

3200 K

Calor de fusión

13.1 kJ/mol

Electronegatividad

1,9

Calor específico

385 J/(K·kg)

Conductividad eléctrica

58,108 × 106S/m

Estados de oxidación

+1, +2

Óxido

levemente básico

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Conductividad térmica Propiedades del acero

400 W/(K·m)

Las propiedades del acero más importantes son la confortabilidad y durabilidad, resistencia a la tracción y su buena resistencia a la fluencia, buena conductividad térmica, y, para los aceros inoxidables, la resistencia a la corrosión.  densidad ρ = 7.7 ÷ 8.1 [kg/dm3]  módulo de elasticidad E =190÷210 [GPa]  Relación de Poisson v = 0.27 ÷ 0.30  Conductividad térmica α = 11.2 ÷ 48.3 [W/mK]  Expansión térmica a = 9/27 [10-6 / K]  Acero al carbono El acero al carbono se deriva de la aleación entre hierro y carbón. Al variar el porcentaje de carbón, es posible producir aceros con diferentes cualidades. En general, mientras más alto es el porcentaje de carbón, más tenaz y rígido será el acero. El acero con bajo porcentaje de carbón se conoce en el mercado como hierro forjado. Éste tipo de acero es fácil de manipular ya que es altamente plástico. Por esta razón, se usa ampliamente para producir rejas, aplicaciones decorativas o postes de lámparas. El acero con un contenido medio de carbón es altamente tenaz, motivo por el cual se usa para fabricar

puentes o partes estructurales aptas para soportar enormes cargas. Por su parte, el acero con alto contenido de carbón se utiliza para fabricar cables. Cuando el porcentaje de carbón es mayor que el de hierro, se habla de hierro fundido, el cual se trabaja para la fabricación de jarrones y otro tipo de artículos. Aunque este último tipo de acero es bastante duro, también es altamente frágil. Contiene diversas cantidades de C, menos de 1.65% de Mn, el 0.60% de Si y el 0.60% de Cu. Métodos de prevención corrosión galvánica 

de

Una manera es aislar eléctricamente los dos metales entre sí. A menos que estén en contacto eléctrico, no puede haber una celda galvánica establecida. Esto se puede hacer usando plástico u otro aislante para separar las tuberías de acero para conducir agua de los accesorios metálicos a base de cobre, o mediante el uso de una capa de grasa para separar los elementos de aluminio y acero. El uso de juntas de material absorbente, que puedan retener líquidos, es a menudo contraproducente. Las tuberías pueden aislarse con un recubrimiento para tuberías fabricado con materiales plásticos, o hechas de material

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metálico recubierto o revestido internamente. Es importante que el recubrimiento tenga una longitud mínima de unos 500 mm para que sea eficaz. 

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Otra forma es mantener a los metales secos y / o protegidos de los compuestos iónicos (sales, ácidos, bases), por ejemplo, pintando o recubriendo al metal protegido bajo plástico o resinas epoxi, y permitiendo que se sequen. Revestir los dos materiales y, si no es posible cubrir ambos, el revestimiento se aplicará al más noble, el material con mayor potencial de reducción. Esto es necesario porque si el revestimiento se aplica sólo en el material más activo (menos noble), en caso de deterioro de la cubierta, habrá un área de cátodo grande y un área de ánodo muy pequeña, y el efecto en la zona será grande pues la velocidad de corrosión será muy elevada. También es posible elegir dos metales que tengan potenciales similares. Cuanto más próximos entre si estén los potenciales de los dos metales, menor será la diferencia de potencial y por lo tanto menor será la corriente galvánica. Utilizar el mismo metal para toda la construcción es la forma más precisa de

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igualar los potenciales y prevenir la corrosión. Las técnicas de galvanoplastia o recubrimiento electrolítico con otro metal (chapado) también puede ser una solución. Se tiende a usar los metales más nobles porque mejor resisten la corrosión: cromo, níquel, plata y oro son muy usados. La protección catódica mediante ánodos de sacrificio: Se conecta el metal que queremos proteger con una barra de otro metal más activo, que se oxidará preferentemente, protegiendo al primer metal: Se utilizan uno o más ánodos de sacrificio de un metal que sea más fácilmente oxidable que el metal protegido. Los metales que comúnmente se utilizan para ánodos de sacrificio son el zinc, el magnesio y el aluminio. PROCEDIMIENTO

Para las diferentes prácticas será necesario preparar una solución NaCl al 5% en 2 litros de agua, para lo que se requiere pesar 100 g de sal. Corrosión Galvánica  A las láminas de cobre y de acero se les hará una limpieza que consta en lavarlas y pulirlas, junto con los tornillos del mismo material.

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 Se enroscara los tornillos en las láminas, el tornillo de cobre ira con la lámina de acero y por consiguiente el tornillo de acero con la lámina de cobre.

Figura 1. Laminas con tornillo  Teniendo los respectivos arreglos se sumergen cada uno en un vaso de precipitado con la solución realizada al comienzo de tal forma que quede cubierto totalmente y lo sobrepase en aprox 1cm de nivel.

respectivo análisis.

desmontaje

y

Corrosión en ambientes salinos  Colocar cada una de las láminas ( latón, acero inoxidable y acero al carbono) en un vidrio reloj respectivamente.  Con la solución de NaCl se humedecerá arena que será colocada en las respectivas láminas.

Figura 3.Laminas con arena  Los vidrios reloj con su respectivo montaje se pondrán en bolsas de polietileno donde se agregara agua al interior de cada una antes de cerrarla herméticamente, con el fin de asegurar una atmosfera húmeda y salina en el interior, gracias al agua condensada.

Figura 2. Laminas sumergidas  Se dejaran las dos muestras, durante una semana y posteriormente se realizara el

Figura 4. Laminas en bolsas de polietileno

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 Se dejaran las muestras durante una semana y posteriormente se realizara el respectivo desmontaje y análisis. Corrosión en empaques  Colocar y tensionar una banda elástica alrededor de cada lamina de acero al carbono, acero inoxidable y latón colocando un espacio a cada lado de la lámina.

Figura 5. Laminas con banda elástica  Los respectivos arreglos se ubicaran en un vaso precipitado y se agregara la solución de NaCl hasta cubrirlo totalmente.

respectivo desmontaje análisis. Corrosión por picado

y

 Tener listas dos láminas de acero inoxidable, una de aluminio y dos de acero 1020

Figura 7.Láminas de acero y aluminio  Ubicarlas cada una en un vaso precipitado en excepción de una lámina de acero 1020 y agregar la solución de NaCl de tal forma que quede cubierta totalmente la lámina y la sobrepase por lo menos 1cm.  Agregar cloruro férrico a uno de los vasos que contienen una lámina de acero inoxidable.  La lamina que quedaba de acero 1020 será sumergida 2/3 partes de tal forma que 1/3 queda descubierta.

Figura 6. Laminas sumergidas en solución  Se dejaran los sistemas durante una semana y posteriormente se realizara el Figura 8. Acero 1020 sumergido 2/3

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 Se dejaran los sistemas durante una semana y posteriormente se realizara el respectivo desmontaje y análisis.

tornillo sufrió un desajuste, lo cual provocaba que fuera muy fácil soltar la tuerca. Todo esto puede conllevar a la falla de la unión, siendo muy peligroso si esta es una unión importante en el sistema.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Técnicas para controlar la corrosión galvánica

Corrosión galvánica Después de los ocho días se puede apreciar que la solución que contenía la lámina de acero y el tornillo de cobre fue quien presento una mayor alteración a como se dejó el día del montaje, con una capa de óxido en la superficie de esta, en excepción del tornillo, respecto al color de solución también se tornó a un color amarillo oscuro. Respecto a la lámina de cobre y el tornillo de acero, el tornillo se aprecia que ha tenido un gran cambio de color, en cuanto a la lámina de cobre se visualiza que no ha presenciado gran cambio al que tenía el día del montaje, la solución si se observa que en comparación a la otra muestra tuvo un color más oscuro.

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Recubrimientos que permitan aislar eléctricamente los metales evitando la formación de una celda Pinturas o resinas que mantenga libres de agua y de compuestos iónicos a los metales Revestimiento de ambos materiales o en su defecto el más electronegativo Uso de materiales con potenciales similares Galvanoplastia o recubrimiento con otro metal en especial metales nobles Protección catódica mediante ánodos de sacrificio

CASO COTIDIANO -

LAS TUBERÍAS DE AGUA

La corrosión forma parte del diario quehacer. Desgraciadamente, no sufrimos sus efectos hasta que estos se hacen visibles. Figura 9. Muestras acero y cobre Con respecto a los tornillos, se pudo observar que, debido a la perdida de material del metal corroído, el cual fue el acero en los dos casos, el

Un ejemplo común lo constituye la rotura de una tubería de agua. Inicialmente, al abrir el grifo, el agua, en vez de presentar su claridad habitual tiene una cierta tonalidad o coloración castaña. Al probarla, nos parece percibir un sabor que nos

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recuerda bastante al de las sales de hierro. Ha empezado a atacarse el material base de la tubería galvanizada: el acero de la red de distribución de agua potable. La continuación puede ser una historia conocida para muchos. Al cabo de poco tiempo, al abrir el grifo del agua caliente del lavabo, especialmente al aumentar la salida del agua, empieza a salir ésta turbia y rojiza, con gran cantidad de partículas en suspensión. Algunas de éstas parecen ser de arcilla que estarían sedimentadas sobre la pared de las tuberías de conducción y distribución y que se han incorporado al agua al pasar ésta a régimen turbulento. Otras partículas tienen un aspecto gelatinoso y una coloración pardo rojiza (característica del hidróxido férrico). A continuación, hacemos la misma comprobación con el grifo del agua fría. El agua sale limpia, incolora. Sólo cuando el régimen de circulación es claramente turbulento se observa una cierta turbiedad y algunas partículas en suspensión que parecen provenir del sedimento que pudiera existir ya en el interior de la tubería de conducción de agua. Aquellas partículas rojizas, gelatinosas, no se observan en esta ocasión. La aparición de humedades y goteras es una consecuencia que no se deja esperar. Al inspeccionar con más detalle la zona en que ha aparecido la gotera, podemos tener la sorpresa de que la aparición de la humedad, que creíamos debida a la perforación de la tubería por el lado del agua, ya que el agua rojiza que salía por el grifo

desde tiempo atrás así lo hacía presagiar, ha tenido lugar en cambio en la parte exterior. Retirado el tubo que presentaba la perforación, pudimos observar en él que el ataque perforante provenía del exterior. En este caso, el responsable de la avería no era el agua transportada, sino el material de construcción que se hallaba en estrecho contacto con el exterior del tubo. Un análisis más cuidadoso nos permite observar claramente que la zona afectada coincidía con la existencia de "restos" de yeso que sin duda pusieron los albañiles en la etapa de fijación de los tubos. El yeso tiene la particularidad de que además de ser corrosivo por sí mismo frente al hierro y acero galvanizado, entre otros materiales metálicos, es higroscópico, por lo cual tiene tendencia a captar y retener la humedad y con ello proseguir la corrosión hasta sus últimas consecuencias SEMEJANZAS Y DIFERENCIAS Tipo de corros ión

semejanzas

 Galván ica

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Dependi ente de la presenci a de un electrolit o como el aire o el agua salina. Es un proceso electroq uímico al igual que los otros

diferencias

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Es un proceso de corrosion generalme nte uniforme. Se da principalm ente en la unión de metales con diferente potencial de oxidación. Ocasiona una

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Pitting

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En ambie nte salino tropica l.

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Por empaq ues

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Dependi ente de la presenci a de un electrolit o quien transpor te los electron es. Proceso electroq uímico.

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Dependi ente de la presenci a de un electrolit o, en este caso el agua marina. Proceso de corrosió n electroq uímica. similar al proceso de Pitting, ya que el daño es localiza do. Requier e de la presenci a de un electrolit o. Es un proceso electroq uímico

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pérdida de masa significativ a Proceso de corrosión localizado, el cual puede crear fisuras en el material. Requiere de un punto inicial del cual se desencade na. El electrolito es exclusivam ente agua marina lo cual hace más severa la corrosión.

Corrosión en ambientes salinos tropicales

Proceso de crecimient o auto catalítico. Necesaria mente requiere la presencia de un empaque.

Figura10. Acero al carbono

El análisis que se puede realizar en la corrosión en ambientes salinos es que el material que más ha sido afectado es el acero al carbono, donde se puede apreciar que incluso el color de la arena se ha modificado a un color más oscuro, respecto a la lámina esta se ha tornado a un color que tiende a ser verde como se aprecia en la siguiente figura.

La lámina que le sigue con un pronunciamiento de daño menor es la de latón, donde se observa que tiende a tomar un color oscuro en la lámina en algunas partes como lo es en un borde y en la figura que genera la arena en este caso circular.

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Figura 11.Latón Por último se evidencia la lámina de acero inoxidable que presenta un daño por corrosión menor a las anteriores láminas, se encuentra en estado muy parecido al que estaba inicialmente.

Figura 13. De izquierda a derecha acero inoxidable, acero al carbono y latón. Viendo las muestras individualmente, se puede apreciar que respecto al acero inoxidable el color de la solución es la más transparente en referencia a de acero al carbono y latón, no ha tenido gran alteración y respecto a la lámina, sucede algo similar en ninguna de sus dos caras se puede observar algún cambio notorio.

Figura 12. Acero inoxidable Con esto podemos concluir que con el experimento realizado el material que más se recomienda trabajar en ambientes salinos tropicales es el de acero inoxidable ya que la solución preparada de NaCl en la práctica y el efecto de la arena no hizo un efecto notorio de presencia de corrosión. Corrosión en empaques Respecto a la corrosión en empaques se pudo apreciar los siguientes resultados

Figura 14. Acero inoxidable Con referencia a la solución que queda donde estaba sumergida la lámina de acero al carbono es la solución que queda con un color más oxidado, al igual que la lámina por una cara, la que estaba por la parte superior, mientras que la cara que estaba por la parte inferior tiende a estar con el color que fue sumergida.

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Corrosión por picado Los resultados globales de las cinco muestras se pueden apreciar en la siguiente figura

Figura 15. Acero al carbono Por último se pudo apreciar la lámina de latón donde el color de la solución quedo en un intermedio con respecto a la de acero inoxidable y acero al carbono, con referencia a la lámina se observa que las dos caras presentan gran similitud, donde la solución de NaCl no le hizo gran efecto.

Figura 17 .De izquierda a derecha acero inoxidable, acero 1020, acero 1020 sumergido 2/3, aluminio y acero inoxidable con cloruro férrico. En primera instancia se observa acero inoxidable el cual su color de solución es la más transparente y la lámina que estaba sumergida no se le presenta alteración alguna a como fue dejada el día del montaje.

Figura 16. Latón Como observación general se puede decir que el acero al carbono es a quien más le hace efecto la solución, seguido por el latón y por último el acero inoxidable, por ende el más recomendado a trabajar para evitar una corrosión por empaques es el acero inoxidable, el latón también podría ser utilizado en dado caso de no tener acero inoxidable, pero el que no se recomienda para nada es el acero al carbono.

Figura 18.Acero inoxidable Al acero 1020 que estaba completamente sumergido el color de solución de NaCl ha presentado un cambio bastante notorio al igual que la lámina donde se puede apreciar

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una capa de color oxido encima de ella.

Figura .Aluminio Figura 19.Acero 1020 totalmente sumergido Siguiendo con el acero 1020 pero sumergido 2/3 se nota la similitud del color de la solución que queda con la que estaba sumergida en su totalidad, pero con respecto a la lámina es notorio la diferencia de la parte que estaba sumergida con la que no, se evidencia el daño que le ha hecho esta solución a la lámina.

Por último se tiene la lámina de acero inoxidable con presencia de cloruro férrico, donde el color de la solución en comparación con la que no tiene cloruro férrico es más oscura, pero la lámina si tiende a estar igual a como fue sumergida en el montaje.

Figura 21. Acero inoxidable con cloruro férrico

Figura 20. Acero 1020 sumergido 2/3 A la solución que contenía la lámina de aluminio se percata que el color de la solución es un poco más oscuro a la del acero inoxidable pero no mucho y respecto a la lámina se puede decir que sucedió lo mismo que con la de acero inoxidable no se evidencia alguna alteración a como estaba inicialmente.

En conclusión se puede decir que el acero 1020 no es buena opción ya que presenta el daño más evidente de corrosión por picado, con referencia al aluminio es un material recomendado ya que con los resultados se puede apreciar que la corrosión no tuvo gran efecto en él, respecto a los aceros inoxidables también son materiales aconsejables, pero no se sugiere hacer uso de la solución de cloruro férrico debido a

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que esta contribuye a la presencia de corrosión por picado. CONCLUSIONES Corrosión galvánica La diferencia de potencial es supremamente importante cuando se seleccionan los materiales a utilizar. El área de contacto y la velocidad de corrosión ayudan a mejorar la protección de un material de esta corrosión, una protección anódica puede ser una técnica idónea para tratar de minimizar los efectos de esta corrosión, en este caso con el sacrificio del metal con más área. Corrosión en ambientes salinos Según el laboratorio a la hora de diseñar en ambientes salinos es muy importe realizar pruebas que me muestren el estado del material como en el caso de acero inoxidable tuvo mejor comportamiento anticorrosivo cuando es expuesto a atmósferas salinas. Corrosión por empaques La formación de la capa pasiva es dependiente del oxígeno y por lo tanto su concentración afecta la velocidad de corrosión. Seleccionar un correcto material debe ser adecuado a la hora de diseñar una estructura.

Corrosión por picadura Para poder observar este tipo de corrosión es necesario un mayor tiempo de exposición y los aceros inoxidables no presentaron depósitos de corrosión en las soluciones.

Infografía -

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https://www.textoscientificos.com/ quimica/corrosion/tipos https://es.slideshare.net/acharlin/p ropiedades-del-acero https://elementos.org.es/cobre https://es.wikipedia.org/wiki/Corro si%C3%B3n_galv%C3%A1nica# Factores_que_influyen_en_la_cor rosi%C3%B3n_galv%C3%A1nica [4]%E2%80%8B https://es.slideshare.net/bryandavi d24/corrosion-galvanica50070730 https://www.swagelok.com/esES/Resources/industryexpertise/prevent-corrosion#