universidad nacional de piura escuela profesional de ingenierÍa quÍmica

10/03/2011

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

CORROSIÓN

Alfredo Fernández Reyes – EIQ/UNP

ING. ALFREDO FERNÁNDEZ REYES MSC.

Corrosión y Oxidación.• Corrosión:

D t ió l t i d t i lDestrucción lenta y progresiva de un materialpor la acción de un agente exterior por causasNO mecánicas.

• Oxidación:

Combinación de átomos metálicos con los de

Alfredo Fernández Reyes – EIQ/UNPAlfredo Fernández Reyes – EIQ/UNP

Combinación de átomos metálicos con los dela sustancia agresiva.

Tipos de Corrosión.• Corrosión Uniforme:

At H NOAtaque con H2NO3.

• Corrosión Localizada:

Picaduras y/o Grietas (Agua de mar sobre el hierro).

• Corrosión Intergranular:

Se produce entre los granos, debilitando la


p g ,resistencia del conjunto, sin que exteriormente seobserve ninguna alteración de la superficie.

Causas que producen Corrosión• Corrosión Química.

• Corrosión Galvánica. (con o sin fuerzaelectro motriz‐fem)

• Corrosión por Bacterias.

• Corrosión por Disolución Selectiva.


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CORROSIONCOSTOS A CONSIDERAR POR EFECTO DE LA CORROSION

• Pérdida directa por daño a estructuras metálicas• Costos debido al sobrediseño• Costos de mantención• Pérdida por corte de servicio• Costo por accidentes


Costo por accidentes• Pérdida de eficiencia• Contaminación del producto

Tres requisitos

PROCESO DE CORROSION

qElectrolitoElectrodosAnodoCátodoP d l t


Paso de electrones


Ánodos y cátodos existen en todas las superficies de hierro y acero, formados por imperfecciones en la superficie, falta y ace o, o ados po pe ecc o es e a supe c e, a tade homogeneidad, cortes frescos y formación de óxido rojoTIPOS DE ANODOS Y CATODOS

• Dos metales diferentes en contacto.

• Metal sometido a tensiones.

C t f d t l t l ti


• Corte fresco de un metal versus metal antiguo.

• Variaciones en densidad y composición.

• Oxido micro escala versus acero.

Una pila esta constituida por ánodo

La Pila de Corrosión.

Una pila esta constituida por ánodo(-) y cátodo (+).Se desgasta el ánodo (perdida deelectrones).


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TIPOS DE CELDA GALVANICA

Celda con electrodos diferentes

•Celdas de concentración

•Celda de aireación diferencial


•Corrosión sin f.e.m. (Metal Corroído).Al estar dos metales en contacto en una

l ió l t l t i l

CORROSIÓN GALVÁNICA:

solución, el metal con menor potencialgalvánico actúa de ánodo, se desgasta.No es necesario que los metales estén encontacto, tampoco es necesario que existauna solución salina. A veces se produce la


corrosión del metal sin que exista otrodebido a la heterogeneidad del medio o delpropio metal.

• Corrosión por heterogeneidad delmetal.Una tubería mas nueva (actuará de(ánodo) en contacto con otra tubería vieja(actuará de cátodo).

• Corrosión por la heterogeneidad delmedio circundante.Diferencias de temperatura y


Diferencias de temperatura yoxigenación. Este tipo de corrosión sedenomina efecto EVANS.

La parte más aireada actúa de cátodo (+) y la menos aireada de ánodo Ej Casco de un barcomenos aireada de ánodo. Ej. Casco de un barco.


Si cátodo >> ánodo ‐‐‐> corrosión grande.Si cátodo << ánodo ‐‐‐> corrosión pequeña

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• Corrosión electroquímica con f.e.m.

Al aplicar una f.e.m. se acelera la velociad decorrosión. Ejemplo: los tranvías.

• Corrosión Química.

Puede ocurrir por acción de: Ácidos NoOxidantes Sustituir iones H por iones


Oxidantes. Sustituir iones H2 por ionesmetálicos.


Serie de galvánica de los metales1. Magnesio 7. Cobre,bronce

2. Aluminio 8. Grafito

3. Zinc 9. Platino

4. Acero,hierro 10. Oro

5 Hid ó


5. Hidrógeno

6. Plomo

1: mayor reatividad 7: menor reactividad


Electrolito El agua conduce la corriente

Iones de hidrógeno positivos

Iones negativo hidróxilo

Electrolito El agua conduce la corriente



Agua

ElectrodosAnodoCatodo


Anodo Electrolito Catodo

Agua

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corriente

- +Los electrones Fluyen de ánodoA cátodo

• Paso de e-

Para completarEl circuito


Electrolito(Agua)

Catodo (protegido)

Anodo(corrosión)


Paso de electrones paraCompletar el circuito

Puede ser en el mismo metalPor contacto físico entre diferentes

Completar el circuito


metales.

Las reacciones de oxidación(corrosión) ocurren en el ánodo


FeFe

Fe(OH)Fe(OH)Fe(OH)

2

2

2

O 2

2H O8 e

Flujo de e-Flujo de e-Flujo de e-

ee 22++

++

__ _

_ _ _OHOH

_

_

2H O


Fe - 2e Fe++ (iones ferrosos) Fe++ + 2OH- Fe(OH)2 4Fe(OH)2 + 02 + 2H2O 4Fe(OH)3

Fe(OH) 2

Ionización de hierro por pérdida de 2e-

Formación de la formaInestable: Fe(OH)2

Fe(OH)2 se combina conel oxígeno y forma óxido

Reacción de reducción (protección) ocurre en el cátodo


2H+ + 2 H 4H+ + O + 4 2H O O + 2H O + 4e 4OH-

Flujo de e-Flujo de e-Flujo de e-

_O

H

H

+

+

H +

H +

H +

H +2

_ee

_e_e _e_e

_e_e_e_e

O2

H O

H O2

2

+ + +


2H+ + 2e H2 4H+ + O2 + 4e 2H2O O2 + 2H2O + 4e 4OH-

Electrones que llegan al cátodo neutralizan algunosIones hidrógeno

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Lado caliente

Zona no caliente

Mezcla vapor-agua

H2


Anodo* Catodo**

OH

FeO

OHFe++

OHOH

H+H+

HOHO

2

OHOH

OH


AnodeCatodo

* - FeO - 2e → Fe++

** - 2H+ + 2e → 2HO → H2

OH


Corrosión por el agua debida a:

Contenido de oxígenoAlcalinidad/Acidez(pH)Gases disueltos(O2,CO2)


Ión cloruro

OXIGENO DISUELTO

PRIMERA CAUSA DE LA CORROSIÓN

Picaduras por oxígeno


CORROSION POR OXIGENO

Ocurre en cualquierOcurre en cualquierparte del sistemaFácil de reconocerpor la formación depicaduras(Pitting)profundas

Pitting


profundas

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PICADURAS-CELDA DE AIREACIÓN DIFERENCIAL

Fase gaseosa-aire oxígeno

as

Fase líquida :oxígeno-agua

High O2

OH OH

Ga

Liqu

idHHO2

tubérculo poroso formado porLos productos de reacción

High O2

OH

O2

HFe (OH)3

Fe3O4

Fe(OH)2

C t

H+H+


+ Cátodo+

Fase sólida

Solid

o

+ Cátodo +

+ Anodo +

e e e eCraterFe++

H2 H2

CORROSION POR PICADURAS


EFECTOS DE LA CONCENTRACION DEOXIGENO

Un aumento de laTemperatura

Velocidad decorrosión, enmm por año depenetración

7.5

5.0

2 5

49°C 32°C

9° C

incrementaLa corrosion


penetración 2.5

0 0 2 4 6 8 10Oxígeno, ppm

DEPOSITO BAJO CORROSION

Disolución del metalVisto desde el interiorDe la tubería


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CORROSION GENERAL

Las celdas de corrosión están esparcidasppor una superficie muy amplia

Común cuando el metal está en contactoCon soluciones ácidas


La presencia de cloruros acelera el Proceso de corrosión

ACCIÓN DE LOS CLORUROS

O2 + 2H2O + 4e 4OH-

2FeO →2 Fe++ + 4e- )()( 42 OHFeK−++

2FeO →2 Fe++ + 4e-

2FeO + O2 + 2H2O 2Fe++ + 4OH-

O2 + 2H2O + 4e 4OH-

Fe++ Fe+++ + e / 44Fe++ + O2 + 2H2O 4Fe+++ + 4OH-

)()()(

2OK =

)()()()(

2

4

44

OFeOHFeK

++

−+++

=


2 2

Fe+++ + 4Cl- FeCl4- Formación de complejo muy estable que consume iones Fe+++ acelerando la disolución del hierro

Sistemas de enfriamiento / Inhibidores de corrosión

C t / Di t• Cromatos / Dicromatos

• Nitratos

• Fosfatos

• Molibdatos

A i l bl


• Aceites solubles

• Silicatos

INHIBIDORES DE CORROSION(reacciones básicas )

Cromatos2 Feº + 2 Na CrO + 2H O Fe O + Cr O + 4NaOH2 Feº + 2 Na2CrO4 + 2H2O Fe2O3 + Cr2O3 + 4NaOHNitritos2 Feº + NaNO2 + 2H2O Fe2O3 + NaOH + NH3

HidracinaN 2 H 4 + O 2 2H 2 O + N2

S lfit Sulfito Na 2 SO 3 + 1/2 O 2 Na 2 SO 4

Soluble Oil

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CONTROL DE LA CORROSION EN LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

• Ánodos de sacrificio• Aceites solubles• Aceites solubles• Cromatos• Silicatos• Nitrito - Borato ( Liquidewt )

• Nitrito de sodio: Protección del aceroB t d di M ti l l li id d


• Borato de sodio: Mantiene la alcalinidad• Toliltriazol: Protección de aleaciones de cobre• Silicato de sodio : Protección de aluminio.

Ensayos de Corrosión.Corrosión Salina. (Respecto al ejemplo anteriorde la construcción de la embarcación):de la construcción de la embarcación):

Se somete la pieza a una solución salina y luegose miden propiedades mecánicas, lo máscorriente es medir la pérdida de peso por cm2.


Protecciones contra la Oxidación y Corrosión.

Los principales factores a estudiar en lasprotecciones contra la oxidación y la corrosión son:protecciones contra la oxidación y la corrosión son:a) Clase y estado del metal. Composición química,constitución, estructura, tratamiento recibidos, yproceso de elaboración.

b) Medio en que se encuentra. La corrosión partedel medio en que se encuentra el metal, cuandomejor se conozca el medio se podrá preveer el


mejor se conozca el medio, se podrá preveer eltipo de corrosión y tomar medidas para evitarlas.(pH, p,ºT,%O2, composición química)

c) Clase de contacto entre el metal y el medio.

ProcedimientosProcedimientos empleadosempleados parapara lala protecciónproteccióncontracontra lala oxidaciónoxidación yy corrosióncorrosión..1º Por recubrimientos metálicos (electrólisis,

i ió t li ió t ióinmersión, metalización, cementación, chapado, etc.)

2º Por recubrimientos NO metálicos.

3º Por inhibidores.

4º Por pasivadores


4º Por pasivadores.

5º Protección catódica.

6º Metales Autoprotectores.

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Protección por el empleo de inhibidores.

‐ Inhibidor: Sustancia que se añade, generalmente en proporción pequeña a un medio corrosivo yaen proporción pequeña, a un medio corrosivo, ya sea sobre el ánodo ó cátodo, para disminuir la velocidad de corrosión.

‐ Pueden ser: Inhibidores Anódicos. Compuestos de Na.


Inhibidores Catódicos. Compuestos de Mg, Ni, Zu.

‐ Inhibidores de absorción. Compuestos de Gelatina, Tanino, Agar‐agar.

Protección por el empleo de pasivadores.

Pasivador: Sustancia que se superpone en lapieza deteniendo la corrosión apenas iniciadapieza deteniendo la corrosión apenas iniciada.‐ Hay algunos materiales que forman esta

sustancia de manera natural. PasividadNatural. (Aluminio)

‐ También podemos conseguir la pasividadt t d l t l P i id d A tifi i l


tratando el metal. Pasividad Artificial.‐ Los pasivadores más usados son el Minio y elCromato de Zinc.

Protección por el empleo de metales auto‐protectores.

‐ Se usa en la fabricación de las piezasmetales con suficiente resistencia a laoxidación y corrosión.

‐ Aceros inoxidables: Incluyen Cr y Ni en sucomposición.


Decapado.

‐ Eliminación de la capa oxidada antes def t l i t ióefectuar cualquier protección.

‐ Decapado Mecánico: Cepillos de alambre,perdigones, arena.

‐ Decapado Químico: Por medio de ácidos, etc.

Decapado Electrolítico Haciendo actuar la


‐ Decapado Electrolítico: Haciendo actuar lapiezas como ánodo.

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