Tema I. Aspectos Basicos.pdf

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICERRECTORADO PUERTO ORDAZ CENTRO DE ESTUDIOS DE CORROSION Y BIOMATERIALES

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Dra. Linda Gil de Fuentes Centro de Estudios de Corrosión Departamento de Ingeniería Metalúrgica UNEXPO-VICERRECTORADO DE PUERTO ORDAZ Email:[email protected] Telfax 58286318245

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OBJETIVO:

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Suministrar las herramientas necesarias para que el participante reconozca los mecanismos de corrosión en tuberías y equipos, y formas de prevención y control.

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Ejercicio de Presentación POR FAVOR DÍGANOS: • Su nombre • El nombre de su Departamento • Su puesto • Su experiencia en corrosión

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CONTENIDO

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TEMA I. INTRODUCCION A LA CORROSIÓN: Definición de Ánodo y Cátodo, Corrosión electroquímica, el Proceso de corrosión, Reacciones electroquímicas más comunes, Celda de Corrosión, Potencial de Electrodo, Serie electroquímica, Seria Galvánica

TEMA II. TIPOS O MECANISMOS DE DEGRADACION DE LOS MATERIALES MÁS COMUNES EN LA INDUSTRIA PETROLERA: Corrosión General Corrosión por CO2, O2 Corrosión por H2S: Generalizada Agrietamiento inducido por hidrógeno (HIC) Agrietamiento por corrosión bajo tensión(SCC) Ampollamiento por Hidrógeno  Ataque relacionado con la Velocidad/Flujo: Erosión, Erosión- corrosión, Cavitación Corrosión Bajo Depósitos o Hendidura Corrosión Galvánica Corrosión Inducida Microbiológicamente (MIC) Corrosión Fatiga Corrosión en Soldaduras Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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TEMA III. CORROSION EN INSTALACIONES DE LA INDUSTRIA PETROLERA: CORROSION EN INSTALACIONES DE SUBSUELO; perforación, y completación de pozos. CORROSION EN INSTALACIONES DE SUPERFICIE: cabezales de pozos, líneas de flujo, separadores de flujo, deshidratación, equipos de procesamiento de gas, tuberías de transporte, tanques de almacenamiento , sistemas de inyección de agua, TEMA IV. MONITOREO DE LA CORROSION cupones, sondas de resistencia eléctrica (ER), sondas de resistencia a la polarización lineal (LPR), bacterias, Inspección visual, análisis de muestras de gas y líquidos. TEMA V. MÉTODOS DE PREVENCIÓN.



Tratamiento químico con Biocidas e Inhibidores de corrosión

    

Mantenimiento de instalaciones, con el uso de cochinos de limpieza Recubrimientos Protección catódica. Consideraciones de diseño de la instalación. Selección de materiales Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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TEMA I. ASPECTOS BASICOS DE LA CORROSION

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CORROSION

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Comúnmente estamos en contacto con algún tipo de estructura, instalación, equipo, etc., con señales claras de corrosión, tales como óxido, perdida de espesor, grietas, entre otros.

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CORROSIÓN a)La destrucción o deterioro de un material debido a la interacción de naturaleza química o electroquímica con su medio ambiente. b)La destrucción de un metal por otros medios, que el esfuerzo mecánico y c) La metalúrgica extractiva en reversa. Estas definiciones concuerdan en que la CORROSIÓN ES UN PROCESO DESTRUCTIVO, ya que los metales y las aleaciones PIERDEN CIERTAS PROPIEDADES mecánicas y físicas, bajo las cuales fueron diseñados.

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NORMA ISO 8044

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“Interacción físico-química entre un metal y su medio ambiente, que ocasiona modificaciones en las propiedades del metal y, a menudo, una degradación de las funciones del metal, del medio o del sistema técnico constituido por ambos ”. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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Unas de las características de este proceso es la NATURALIDAD con que ocurre, ya que sucede en forma ESPONTÁNEA. LOS METALES NO SE ENCUENTRAN EN FORMA AISLADA EN LA NATURALEZA, LO COMÚN ES OBSERVAR MINERALES. Esto es resultado de la disminución de la energía de los átomos al estar combinados con especies químicas como el oxígeno formando oxidos.

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LA CORROSIÓN COMO UN PROCESO INVERS0 A LA METALURGIA SUBSUELO (Mineral de hierro: óxidos, sulfuros)

METALURGIA

ADICIÓN DE ENERGÍA

• Concentración • Refinación • Fusión en horno eléctrico • Colada • Laminación • Forja

Tubería enterrada HERRUMBRE (óxido de hierrro hidratado)

CORROSIÓN

ACCIÓN DEL AMBIENTE (Humedad, contaminates, etc.) Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

Tanque de almacen.

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CENTRO DEDE CENTRO ESTUDIOS DEDE ESTUDIOS CORROSION CORROSION

FABRICA DE TUBOS, TORNILLOS, CARROS, NEVERAS, BARCOS, ETC.

PRODUCTO +AMBIENTE

TRANSPORTE CORROSION SIDERURGICA

TRANSPORTE MINERAL

LIXIVIACION, ENRIQUECIMIENTO DEL MINERAL

EXPLOTACION

COSTO

EXPLORACION

EL nivel de costo y de esfuerzo involucrado en la producción de los diferentes metales, equipos e instalaciones utilizadas por la humanidad. Note como a través de la CORROSIÓN, la naturaleza DEVUELVE todo este proceso a su punto de partida: minerales, EN FORMA FÁCIL Y SIN NINGÚN COSTO PARA ELLA. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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La corrosión es por tanto un proceso NATURAL Y ESPONTÁNEO

Cuanto mayor ha sido la energía gastada en la obtención del metal, tanto mayor será la facilidad para corroerse

METALES NOBLES

METALES ACTIVOS

CORROSIÓN = CÁNCER DE LOS METALES Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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Para efectos prácticos, ES CASI IMPOSIBLE ELIMINAR LA CORROSIÓN y el secreto efectivo de la ingeniería en este campo radica MÁS EN SU CONTROL, que en su eliminación siendo necesario tomar en cuenta el fenómeno corrosivo desde EL DISEÑO DE LAS INSTALACIONES Y NO DESPUÉS DE PONERLAS EN OPERACIÓN.

EL PROFESIONAL QUE TRABAJA EN PROBLEMAS DE CORROSIÓN NECESITA SABER DONDE EMPEZAR Y TENER UN CONOCIMIENTO BÁSICO PARA RECONOCER LA CORROSIÓN, CÓMO SE PRODUCE, CÓMO IMPEDIR SU SEVERIDAD, QUÉ HERRAMIENTAS SON NECESARIAS, TÉCNICAS DE INSPECCIÓN, VARIABLES DE DISEÑO QUE AFECTAN A LA CORROSIÓN, SELECCIÓN DE MATERIALES Y LA FORMA DE INTERPRETAR Y APLICAR LA INFORMACIÓN DEL PROBLEMA CORROSIVO, ASÍ COMO SABER DONDE OBTENER AYUDA. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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BIBLIOGRAFÍA 1. Gil Linda: Fundamentos de

la Corrosión y Protección de los

metales. UNEXPO, Departamento de Ingeniería Metalúrgica, 1995. 2. Fontana , M. And Greene, N.: Corrosion Engineering, , 1975. 3. Uhlig, N.: Corrosión y Control de la Corrosión. Editorial URMO, España, 1975. 4. E. E. Stansburry: Fundamental of electrochemical corrosion. ASM Internacional, Material Park, Ohio 44073-0002, USA, 2000. 5. S. L. Charla, R.K.Gupta: Materials selection for corrosion control, ASM Internacional, 1997. 6. Artículos varios de revistas científicas Corrosion Journal and Material Performance 7. NORMAS NACE, ASTM, API

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Tipos de corrosión según el mecanismo o naturaleza de la interacción • CORROSIÓN HÚMEDA o de mecanismo electroquímico. - Se da en presencia de humedad. - El 80% de los casos de corrosión reportados pertenecen a este tipo. • CORROSIÓN SECA, oxidación directa o corrosión química. Mecanismo de tipo químico, obedece las leyes de la cinética de las reacciones químicas heterogéneas (sólido-gas) - No existe película de humedad, es decir se da en un ambiente seco (altas temperaturas). Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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DEFINICION CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA SE DEFINE COMO LA DESTRUCCIÓN DEL MATERIAL METÁLICO EN: 1. Un ambiente acuoso, (húmedo o completamente líquido) 2. Medio electrolítico especies iónicas (aniónes y catiónes) y 3. Ocurre un flujo de corriente ( o de e-) entre el ambiente y el material metálico.

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PROCESO DE CORROSIÓN

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4 CONDICIONES ESENCIALES PARA CORROSIÓN: ANODO (reacción de oxidación) corrosión CÁTODO (reacción de reducción) no hay corrosión ELECTROLITO (cationes y aniones) CONTACTO METÁLICO (permite flujo de electrones )

CELDA O PILA DE CORROSIÓN Al eliminar uno de estos componentes, LA CORROSIÓN CESARÁ. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

Reacciones Electroquímicas 



Reacción de oxidación 

 

Ocurre cuando un átomo o molécula pierde electrones Ocurre en el ánodo El átomo metálico se transforma en ion y y queda cargado positivamente .

Fe →Fe+2 +2e-

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Reacción de reducción  



Ocurre en el cátodo Ocurre cuando un ion ( átomo cargado eléctricamente) gana electrones 2H+ + 2e- →H2 El ion de la solución se transforma en átomo y queda con carga cero.

EN UNA CELDA DE CORROSIÓN, . ocurren a la vez ambas reacciones de oxidación y de reducción

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CELDA DE CORROSION

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Celda de Corrosión dentro de una Tubería (en presencia de electrolito y ausencia de oxígeno) Fe++ Fe

→

Fe+2 + 2e-

ANODO

e- e-

2H

Fe++

2H+

Superficie de Metal

< e

Flujo de Electrones

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+

+ 2e -  H2 H2 CATODO

Electrolito

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Reacciones mas comunes

ÁNODO: donde ocurren las reacciones anódicas. Todas aquellas

reacciones que producen electrones.

b) Oxidación de iones haluros:

a) Oxidación del metal

Zn Fe Al M

Zn2+ Fe2+ Al3+ Mn+

2e-

+ + 2e+ 3e+ ne-

2Cl-

Cl2(g) + 2e-

c) Cambio de estado de oxidación de un ión en solución:

Fe+2

Fe+3 + 1e-

CÁTODO: ocurren las reacciones catódicas. Todas aquellas reacciones

que consumen electrones

•Evolución de hidrógeno (MEDIOS ACIDOS )

2H+

+

2e-

H2

•Reducción de oxígeno (sol. ácidas)

O2 + 4H+ + 4e-

2H2O

•Reducción de oxígeno (sol. básicas o neutras)

O2 + 2H2O + 4e

4OH-

•Reducción de iones metálicos M3+ + e•Deposición del metal M+ + eProf. Dra. Linda Gil. UNEXPO

M2+ M

LA CORROSIÓN DEL ACERO EN ACIDO

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CLORHÍDRICO AIREADO REACCIÓN ANÓDICA Fe → Fe+2 + 2e-

X (3)

3Fe → 3 Fe+2 + 6e-

REACCIÓNES CATÓDICAS O2 + 4H+ 4e-  2H2O 2H +

+ 2e - 

H2

REACCIÓN TOTAL 3Fe + 6H+ + O2(g) → 3 Fe+2 + 2H2O + H2 → 3Fe (OH) 2 Este HIDRÓXIDO FERROSO Fe (OH)2 forma una capa barrera a la difusión sobre la superficie del hierro a través de la cual el oxígeno debe difundir. El color es blanco cuando la sustancia es pura, luego es verde debido a una incipiente oxidación por el aire. En la superficie más externa de la película de óxido si hay acceso de oxígeno se convierte el óxido ferroso en hidróxido férrico: Fe (OH)2 + ½ H2O + ¼ 02 (gas) → Fe (OH)3 Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA La Termodinámica es ciencia del flujo de energía.

la

El flujo de energía en las reacciones de corrosión se presenta en la forma de energía eléctrica que resulta del flujo de electrones. Es este flujo de energía el que determina la dirección de las reacciones químicas y de la corrosión.  Para que estas reacciones ocurran espontáneamente, la energía final debe ser más baja que la energía inicial. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA TIPS A RECORDAR Ya que la energía eléctrica se transfiere durante los procesos de corrosión, se usan mediciones eléctricas para describir los procesos. Estas incluyen mediciones de potencial y corriente. La medición de un potencial eléctrico (voltaje)

mide

diferencias de energía, Cuando la corrosión ocurre, el ánodo se encuentra

en un estado de energía más alto que el cátodo (los electrones fluyen del ánodo al cátodo). Este flujo del electrones depende

de la diferencia de energía entre el ánodo y el cátodo que se manifiesta en UNA DIFERENCIA EN EL POTENCIAL ENTRE EL ÁNODO Y EL CÁTODO Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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POTENCIAL DE ELECTRODO O REPOSO (E) Electrodo: el sistema formado por un material metálico inmerso en un electrolito El potencial eléctrico que adquiere un material metálico en un electrolito con respecto al seno de la solución considerada como eléctricamente neutra, una vez alcanzado el estado en que la

velocidad total de oxidación = velocidad total de reducción Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

POTENCIAL DE CORROSIÓN

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Cuando se sumerge un material metálico en una solución acuosa, los átomos de mayor energía pasan a la solución como cationes. Diferencia de potencial

Fe e-

Fe+2

e-

Fe+2

Fe+2 e-

Fe → Fe+2 +2e-

e-

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Fe+2 Fe+2

Fe+2

solución

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SERIE ELECTROQUIMICA Los valores que adquiere EL POTENCIAL DE ELECTRODO REVERSIBLE (E) cuando los iones metálicos se encuentran en actividad unitaria, presión atmosférica y temperatura de 25 °C reciben el nombre de “POTENCIAL ESTÁNDAR” O “POTENCIAL NORMAL” ( Eº). El agrupamiento de los valores del potencial estándar para los distintos metales recibe el nombre de “SERIE ELECTROQUÍMICA” y nos da una medida de la tendencia de los metales a corroerse .

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SERIE ELECTROQUIMICA Reacción del Electrodo

Potencial Normal de Oxidación E° (voltios) 25 °C

Li = Li+ + eK = K+ + eCa = Ca++ + 2eNa = Na+ + eMg = Mg++ - 2eBe = Be++ + 2eU = U-3 + 3eHf = Hf++ + 4eAl = Al-3 + 3eTi = Ti++ + 2eZr = Zr-4 + 4eMn = Mn++ + 2eNb = Nb-3 + 3eZn = Zn++ + 2eCr = Cr-3 + 3eGa = Ga-3 + 3e-

3,05 2,93 2,87 2,71 2,37 1,85 1,80 1,70 1,66 1,63 1,53 1,18 aprox. 1,1 0,763 0,74 0,53

Fe = Fe++ + 2eCd = Cd++ + 2eIn = In-3 + 3eTi = Ti+ - eCo = Co++ + 2e-

0,440 0,403 0,342 0,336 0,227

Ni = Ni++ + 2eMo = Mo-3 + 3eSn = Sn++ + 2ePb = Pb++ + 2eH2 = 2H+ + 2eCu = Cu++ + 2e-

0,250 aprox. 1,1 0,136 0,126 0,000 -0,337

2Hg = Hg2++ + 2eAg = Ag+ - ePd = Pd++ + 2eHg = Hg++ + 2ePt = Pt++ + 2eAu = Au-3 + 3e-

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-0,789 -0,800 -0,987 -0,854 aprox. -1,2 -1,50 Linda Gil. UNEXPO

1. actividad Iones= 1 , 2. P = 1 atm. 3. T= 25 ºC “Potencial Estándar” o “Potencial Normal” ( Eº) DE OXIDACION Mientras mas + sea el E de oxidación mayor tendencia ala corrosión .

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LA SERIE GALVANICA 1. ESTA SERIE es un arreglo de metales y aleaciones de acuerdo con el potencial medido en un ambiente dado. La MAS COMUN ES EN AGUA DE MAR. 2. UTILIDAD: si se quiere acoplar dos metales, mientras más separados estén, mayor corrosión tenderá a ocurrir en el que se comporte como ANODO. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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“ “

3003 1100

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ACOPLAMIENTO GALVÁNICO

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Dos metales diferentes sumergidos en un medio corrosivo y en contacto

 ÁreaCátodo   P = P0 1 + ÁreaÁnodo   FACTORES QUE AGRAVAN EL ACOPLAMIENTO: • Gran diferencia de Potencial entre el material-ánodo y el

material-cátodo.

• Un medio muy conductor, a mayor conducción eléctrica, mayor número de áreas anódicas y catódicas que puedan interactuar entre si mayor corrosión. • Una gran diferencia entre las áreas superficiales del material catódico y anódico, a mayor área superficial cátodo mayor corrosión. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO

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corrosión electroquímica Hechos a recordar : a) Debe existir una diferencia de potencial entre las diferentes zonas del material (generación de zonas anódicas y catódicas). b) Debe existir un medio electrolítico (medio agresivo) que ponga en contacto con las zonas anódicas y catódicas. c) Debe existir disuelto en el medio agresivo un agente oxidante (consumidor de electrones). El ion Hidronio (H+) o el oxigeno d) Debe existir contacto eléctrico entre las zonas anódicas y catódicas. Prof. Dra. Linda Gil. UNEXPO