Sesión 04 IMM.pptx

Ms. Víctor H. Peláez Chávez
Ingeniería Mecánica
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
INTEGRIDAD DE MATERIALES MECÁNICOS
Protección de corrosión

Utilizar los distintos tipos de métodos de
protección de corrosión

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1- ADECUADA
SELECCIÓN DE
MATERIALES

MATERIAL
COSTE
OTRAS PROPIEDADES RESISTENCIAA
CORROSIÓN
RESISTENCIA
MECÁNICA
CONFORMABILIDAD
(PROCESADO)
ASPECTO

O2+2H2O+4e-
Cu2++2e-
Sn4++2e-
2H++2e-
Pb2++2e-
Sn2++2e-
Ni2++2e-
Co2++2e-
Cd2++2e-
Fe2++2e-
Cr3++3e-
Zn2++2e-
Al3++3e-
Mg2++2e-
 4OH- +0,401V
 Cu +0,337V
 Sn2+ +0,150V
 H2 +0,000V
 Pb -0,126V
 Sn -0,136V
 Ni -0,250V
 Co -0,277V
 Cd -0,403V
 Fe -0,440V
 Cr -0,744V
 Zn -0,763V
 Al -1,662V
 Mg -2,363V
Resistencia a la
corrosión
“generalmente” por
control cinético
Formación de
una
capa pasiva
resistente
al medio
Oxidación selectiva
f (medio y composición de la aleación)

Fe-Cr-Ni
Cr2O3
Al+otros
Al2O3
Ni-Cr
Cr2O3
Óxidos de Fe
+ protectora
Protección moderada a
temperatura ambiente
l
Al2O3 amorfa  -Al2O3
-Al2O3
-Al2O3
Hexagonal compacta
Extremadamente estequiométrica
+ temperatura

Medio Material
Acido nítrico Acero inoxidable
Disoluciones cáusticas Aleaciones base Níquel
Acido fluorhídrico Monel
Acido clorhídrico caliente Hastelloys
Acido sulfúrico diluido Plomo
Acido sulfúrico concentrado Acero
Exposición atmosférica Aluminio
Agua destilada Estaño
Disoluciones muy oxidantes y calientes Titanio
Ni-Cu
Ni-Cr-Mo-W

EJEMPLO DE ADECUADA/INADECUADA
SELECCIÓN DE MATERIALES
Años 30
304
Años 60
Acero al carbono
Muelle del Progreso, Yucatán, México

2- DISEÑO ADECUADO

DISEÑO ADECUADO:
TANQUE PARA
MEZCLA DE
DISOLUCIONES
DILUIDAS Y
CONCENTRADAS
Problema: Pilas de concentración diferencial
¿Cuál de estos tres
diseños es mejor?
¿y peor?
¿Dónde habría problemas
locales de corrosión
en este último caso?
+ corrosiva

DISEÑO
ADECUADO:
TANQUE CON
CALENTAMIENTO
Problema: Pilas de temperatura
¿Cuál sería el peor diseño? ¿dónde se localizarían en él los ánodos? ¿dónde
habría pérdida de metal? ¿Señala la zona con riesgo de fallo en el menosmalo?
Sugiere una alternativa de diseño mejorada que evite este problema

DISEÑO
ADECUADO:
FLUJO DE
LÍQUIDOS
¿qué tipos de problemas de
corrosión podrían causar malos
diseños de este tipo?
¿Cómo se podrían mejorar?

DISEÑO ADECUADO:
IMPORTANCIA DEL
DRENAJE Y DE LAS
UNIONES
Problema: falta de drenaje
(Acumulación de residuos,
cambios locales en la
composición del medio)
Problema: corrosión en resquicios

DISEÑO ADECUADO:
RIESGO DE
RETENCIÓN DE
LÍQUIDO
¿dónde se localizarían
preferentemente los cátodos y
dónde los ánodos?
¿Cuáles serían las zonas de
corrosión preferente en las
estructuras con fallos de diseño?

DISEÑO
ADECUADO:
UNIONES CON
RIESGO DE
CORROSIÓN
LOCALIZADA
Señala los puntos con riesgos de
corrosión en estos diseños
De forma general ¿Cómo se mejorarían? Además de corrosión en resquicio, ¿qué otros tipo decorrosión
podrían estar relacionados con la presencia desoldaduras?

DISEÑO DE GEOMETRÍAS DE
SOLDADURA CONTRA
CORROSIÓN POR
RESQUICIOS
(desde el punto de vistade
corrosión en resquicios)

DISEÑO
ADECUADO:
UNIONES
BIMÉTALICAS X
Sugiere un diseño optimizado para una
unión de este tipo
Además de dos metales
distintos en contacto
¿qué otro factor es
necesario para que haya
corrosión galvánica?
En estos diseños ¿qué
debería ser más noble el
anclaje o la placa?
X
…mejor que no haya grandes diferencias

DISEÑO
ADECUADO:
CORROSIÓN
GALVÁNICA
¿Dónde aparecería la zona de corrosión más intensa el diseño “malo”? ¿De qué material tendríaque
ser el recubrimiento de la esquina para que el diseño “bueno” no tuviera corrosión galvánica?

DISEÑO DE
GEOMETRÍAS DE
SOLDADURA
CONTRA
CORROSIÓN
GALVÁNICA
El metal de aporte en la soldadura
¿ha de ser más o menos noble que las piezas a soldar?
Asumiendo una selección correcta del material de aporte
¿cuál es la geometría correcta para evitar corrosión galvánica?
…pero no mucho

3- PROTECCIÓN CATÓDICA
-Fragilización por H
-Fundamentos de protección catódica

FRAGILIZACION
POR
HIDRÓGENO
Fallos en servicio que
pueden estar asociados a
protección catódica o
deposición de
recubrimientos
metálicos
inadecuadamente
llevados a cabo
Pérdida de resistencia y ductilidad ocasionada por la difusión de H
en la estructura de un metal
Grietas a tensiones
MUY pequeñas

EFECTO DE LA DIFUSIÓN
DEL H FRECUENTEMENTE
GENERADO EN LA
DEPOSICIÓN DE ALGUNOS
RECUBRIMIENTOS
METÁLICOS
H+
+ e-
H
Deterioro de las propiedades mecánicas
¿Dónde difundirá mejor el hidrógeno
en una estructura FCC o BCC?
¿Qué será más susceptible a un
deterioro inducido por hidrógeno un
acero martensítico o uno austenítico?
H2
x re-combinación del H intersticial

FRAGILIZACIÓN CAUSADA POR EL H QUE
REACCIONA QUIMICAMENTE
FORMACIÓN DE H2 MOLECULAR REACCIÓN CON ÁTOMOS
DE LAALEACIÓN

a) H que puede desorberse del material mediante
tratamiento térmico.
b) H atrapado en defectos de la microestructura
(vacantes, bordes de grano…)
c) H que se combina químicamente
POSICIONES
QUE
PUEDE
OCUPAR
EL
H
EN
LA
RED:
IMPORTANCIA
Comparación entre las microestructuras de un
cobre fragilizado por H y uno que no loestá

O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-
(dependiendo del medio)
Si polarizamos el sistema desde su Ecorr hasta el puntoverde
¿qué intensidad de corriente mediríamos? ¿A que correspondería la intensidad deregistramos?
¿Cómo afectaría la polarización catódica a la velocidad de corrosión delmetal?
Si necesitamos una reducción mayor de la velocidad de corrosión para garantizar la vida en servicio del
material ¿Qué tendríamos que hacer?
PROTECCIÓN
CATÓDICA

Se fuerza al material a actuar como cátodo
Se disminuye su Ecorr
PC por ánodo de sacrificio PC por corriente impresa
PROTECCIÓN
CATÓDICA

PROTECCIÓN
CATÓDICA:
LIMITACIONES
¿Qué pasaría si este potencial estuviera por debajo del
dominio de estabilidad del agua? ¿y el medio corrosivo
fuera ácido?
¡FRAGILIZACIÓN POR HIDRÓGENO!
Medios de agresividad moderada
(suelos, agua, hormigón)

ORIGEN DE LA
PROTECCIÓN CATÓDICA
Sir Humpry Davy
(1778-1805)
Con Fe evitó la corrosión de partes
de Cu sumergidas del casco
¡algas!
O2+ 2H2O + 4e-
Cu2++2e-
Sn4+ + 2e-
2H+ + 2e-
Pb2+ + 2e-
Sn2+ + 2e-
Ni2+ + 2e-
Co2++ 2e-
Cd2++ 2e-
Fe2+ +2e-
 4OH- +0,401V
 Cu +0,337V
 Sn2+ +0,150V
 H2 +0,000V
 Pb -0,126V
 Sn -0,136V
 Ni -0,250V
 Co -0,277V
 Cd -0,403V
 Fe -0,440V
¿cómo se modifica el Ecorr de dos metales cuando forman pargalvánico?
Ánodo de Sacrificio

TIPOS DE
PROTECCIÓN
CATÓDICA:
ANODO DE
SACRIFICIO
Ánodo de material
más susceptible a la
corrosión que el
material a proteger
¿cuál es la reacción que ocurre preferentemente sobre el Mg y cuál sobre elFe?
¿cuál es el Ecorr al que se encuentra el Fe en el sistema? ¿y el Mg?
¿cuál es la velocidad de corrosión del Fe? ¿ y del Mg?

TIPOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA:
ANODO DE SACRIFICIO
O2+2H2O+4e-
Cu2++2e-
Sn4+ +2e-
 4OH-
 Cu
 Sn2+
+0,401V
+0,337V
+0,150V
2H+ + 2e-
Pb2+ + 2e-
Sn2+ + 2e-
Ni2+ + 2e-
Co2++ 2e-
Cd2++2e-
 H2
 Pb
 Sn
 Ni
 Co
 Cd
+0,000V
-0,126V
-0,136V
-0,250V
-0,277V
-0,403V
Fe2+ + 2e-
Cr3+ + 3e-
Zn2+ + 2e-
Al3+ + 3e-
Mg2++2e-
 Fe
 Cr
 Zn
 Al
 Mg
-0,440V
-0,744V
-0,763V
-1,662V
-2,363V
¿Qué metales te esperas encontrar como
ánodos de sacrificio?
Menos nobles que el metal a proteger y que no
formen capas pasivas muy protectoras

TIPOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA:
ÁNODO DE SACRIFICIO
Ánodo de Zn nuevo
Por evidentes motivos prácticos ¿Cuál tiene que ser la relación área anódica/área catódica en una
estructura protegida catódicamente por ánodos de sacrificio?
¿Cómo afecta eso a la velocidad de consumo del ánodo?
Ánodo de Zn usado

GRAFITO
(INERTE)
¿Qué reacción ocurrirá sobre la superficie de un depósito enterrado protegido
catódicamente por corriente impresa?
¿De dónde saldrán los e- necesarios para esta reacción?
¿Qué se oxida cuando se usan ánodos inertes?
¿A que potencial habría que polarizarlo para que la velocidad de corrosión se redujera
al valor marcado en la gráfica?
O2 + 2 H2O + 4e- → 4OH-
TIPOS
DE
PROTECCIÓN
CATÓDICA:
CORRIENTE
IMPRESA
Fuente de

TIPOS
DE
PROTECCIÓN
CATÓDICA:
CORRIENTE
IMPRESA
Acero en agua neutra aireada
Explica la forma de la
curva catódica.
¿Cuál es la velocidad de
corrosión sin PC?
¿Cuál es la velocidad de
corrosión con PC?
¿Cuál es el ηc que se
tiene que conseguir?
¿qué pasa si ηc es
mayor que ese valor? ¿y
si es menor? ¿cómo se
regula? ¡no essencillo!
¿Qué intensidad se ha
tenido que imponer
desde fuera para
controlar el E?

PROTECCIÓN
CATÓDICA
POR
CORRIENTE
IMPRESA:
EFECTOS
SOBRE
LA
QUÍMICA
DEL
MEDIO
¿En qué sentido modifica el pH la protección catódica por corriente impresa?
Teniendo en cuenta que la PC se usa sólo en medios de agresividad moderada
¿Cómo puede afectar eso al Fe en medios donde el electrolito no fluye?
¿y en una hipotética P.C. del Pb?
O2 + 2 H2O + 4e- → 4OH-

EJEMPLOS
DE
PROTECCIÓN
CATÓDICA
DE
TUBERÍAS
ENTERRADAS
¿qué esquema corresponde a protección catódica por corriente impresa y cuál por ánodo desacrificio?
¿qué limitaciones tiene uno y otro sistema?
¿de qué podrían ser
típicamente estos ánodos?

ANODO
DE
ZINC
EN
TUBERÍAS
DE
PLATAFORMAS
PETROLÍFERAS
¿qué tipo de protección catódica es?
¿ qué reacción ocurrirá en el ánodo?
¿qué ocurrirá en el cátodo?
¿cómo afectará eso al pH del hormigón?
¿Cómo afectará eso al acero de la tubería?
Tubería de acero
Hormigón
Conexión eléctrica Zn-Tubería
Conexión eléctrica Zn-Tubería
Cinc

CALENTADOR
DE
AGUA
DE
ACERO
RECUBIERTO
DE
VIDRIO
–
EMPLEO
DE
ANODOS
DE
MAGNESIO
¿qué tipo de corrosión se está evitando con este tipo de
protección catódica?
¿cómo afectará esto a la composición química del agua?

PROTECIÓN
CATÓDICA:
IMPORTANCIA
DE
LA
DISTRIBUCIÓN
DE
CORRIENTE
La distribución de corriente ¿por qué es clave?
¿Para qué tipo protección catódica es más crítica?
¿por qué suele ser más difícil de optimizar en estructuras enterradas que en estructuras sumergidas

PROTECCIÓN CATÓDICA DEL CASCO DE UNA
EMBARCACIÓN MEDIANTE ÁNODOS DE SACRIFICIO
X
¿por qué hay corrosión en estas zonas del barco?

PROTECCIÓN DE CORRUGADOS DE ACERO EN
HORMIGÓN
Sistema más común

PROTECCIÓN DE CORRUGADOS DE ACERO EN HORMIGÓN
Alternativa poco implementada en el mercado
¿Por qué la distancia entre
ánodos disminuye al aumentar la
densidad de armaduras en el
hormigón?
¿Por qué hacen falta más ánodos
en estructuras rehabilitadas?
¿Existe riesgo de fragilización?

PROTECCIÓN CATÓDICA DE ESTRUCTURAS PINTADAS EN AMBIENTES MARINOS
¿Tiene sentido la protección catódica de estructuras pintadas, como barcos, plataformas marinas, pilares de
puentes…?
¿Para que se pinta un barco protegido catódicamente?

RIESGO DE CREACCIÓN DE CORRIENTES PARÁSITAS CON TÉCNICAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA
Corrosión por corrientes vagabundas Optimización del Diseño
¿Cómo se puede evitar la corrosión por
corrientes vagabundas?
¿Qué se logra incrementando el número de
ánodos?

Guadalajara (México) 1992
10 explosiones en 4 horas en el sistema de alcantarillado.
Destrucción de 8 km de calles.
252 personas muertas, 1500 heridas, 15000 sin hogar
ACCIDENTE DEBIDO A CORRIENTES PARÁSITAS
CREADAS POR PROTECCIÓN CATÓDICA
Tubería de acero que conducía petróleo (Pemex) protegida catódicamente

CAUSAS DE LAS EXPLOSIONES DE GUADALAJARA
Tubería de acero que
conducía petróleo (Pemex)
protegida catódicamente
Instalación de una tubería de
acero galvanizado que
conducía agua sobre la de
petróleo
• Corrosión localizada de las
tuberías de agua inducida por
corrientes parásitas
• Fuga de agua que corroyó
desde el exterior la tubería de
petróleo
• 2 agujeros en la tubería de
gasolina, 1 de ellos pasante
• Fuga de gasolina a la red del
alcantarillado
• Explosiones

4- PROTECCIÓN ANODICA

PROTECCIÓN
ANÓDICA.
FUNDAMENTOS
¡Sólo sistemas pasivables!
Electrolito
Velocidad de corrosión (mm/año)
Sin protección anódica Con protección anódica
H2SO4 5% + 0,6% NaCl 0,080 0,005
H2SO4 49% + 0,6% NaCl 1,925 0,00525

Para lograr la
pasividad
(icrit/A·cm-2)
Para
mantener la
pasividad
(ipass/A·cm-2)
NaOH 20% 4,6 · 10-3 9,9 · 10-6
H2SO4 67% 5,1 · 10-4 9,3 · 10-8
LiOH (pH = 9,5) 8,0 · 10-5 2,2 · 10-8
HNO3 80% 2,5 · 10-6 3,1 · 10-8
PROTECCIÓN
ANÓDICA Densidades de corriente
para pasividad de 304
¿Cuál sería la velocidad de corrosión del material sin
proteger?
¿A qué potencial tendríamos que desplazarlo para
protegerlo anódicamente?
¿Cuál sería su velocidad de corrosión entonces?
icrit
ipass
Requisitos del metal pasivable:
-ipass
baja
-Zona de pasivación grande

PROTECCIÓN ANÓDICA.
APLICACIÓN
Ánodo
(a proteger)
Normalmente se aplica en
tanques aceros al carbono o
inoxidables que contienen
líquidos muy corrosivos

¿Qué característica tienen
que cumplir los cátodos?
En HCl puede dar problemas de corrosión localizada
Técnica cara de implementar.
Sin embargo, tanques de acero+PA sonmás
baratos que de Inoxidable sin protección

PROTECCIÓN
ANÓDICA
PORTECCIÓN
CATÓDICA
Sólo pasivables Atodos
Indiferente (teóricamente, en realidad De débil a moderada
sólo H2SO4 y otros medios muyagresivos)
Se puede determinar fácilmente Hay que optimizarlas
de las curvas de polarización periódicamente de forma
empírica
Sencilla (sólo se usa en medios Dependiendo del sistema
con baja resistividad) puede ser complicada
Sencilla (la corriente que se Muy compleja
aplica)
Alto Bajo
Muy bajo Medio-alto
Tipos de metales a los que
se pueda aplicar
Corrosividad del medio
Determinación de las
condiciones de operación
Uniformidad de la protección
Control de la velocidad de
corrosión real
Coste de instalación
Costes de mantenimiento
Implantación práctica Limitada (se usa sólo en Muy importante
medios ácidos muy corrosivos)

5. MODIFICACIÓN DEL MEDIO:
a. DESAIREACIÓN
b. CONTROL DE LA HUMEDAD AMBIENTAL
c. ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN
d. INHIBIDORES DE CORROSIÓN

5.a DESAIREACIÓN
¿En que pHs sería efectiva la desaireación?

5.b CONTROL DE LA HUMEDAD AMBIENTAL
Sólo en ambientes cerrados

En procesos donde se formen depósitos
+
Diseños con zonas de estanqueidad
Filtración / Sedimentación / Limpieza periódica
¿pilas de concentración
diferencial?
¿hidrólisis ácida?
5.C ELIMINACIÓN DE SÓLIDOS EN SUSPENSIÓN

Eficacia a veces limitada en el tiempo
(evaporación, lixiviación, bacterias, etc.),
Frecuente toxicidad
Caros
5.d MODIFICACIÓN DEL MEDIO CON INHIBIDORES:
EFICACIA Y LIMITACIONES

 Pasivación del metal
Reacción química del inhibidor con el metal para dar lugar a la
precipitación de un compuesto protector sobre su superficie
(recubrimientos de conversión)
…También se pueden clasificar los inhibidores según la semireacción a la que afectan
 Eliminación o desactivación de los compuestos oxidantes del medio
catódicos
 Adsorción de una película delgada de inhibidor sobre la superficie
mixto
anódicos
5.d MODIFICACIÓN DEL MEDIO CON INHIBIDORES:
MECANISMOS

¿Cuál sería la velocidad de corrosión sin inhibidor? ¿y coninhibidor?
¿cómo afectan los inhibidores anódicos alpotencial?
¿Cómo se refleja en un diagrama de Evans la inhibición del proceso anódico?
5.d INHIBORES: INHIBIDORES ANÓDICOS

Ej: Cromatos, Nitritos,
nitratos, fosfatos,
molibdatos (para el Fe)
Corrosión localizada
Peligro cantidad insuficiente
5.d MECANISMO DE INHIBIDORES ANÓDICOS

¿Cuál sería la velocidad de corrosión sin inhibidor? ¿y coninhibidor?
¿cómo afectan los inhibidores catódicos al potencial?
¿por qué mecanismos podría actuar un inhibidor catódico?
¿qué pasa si se añade en cantidad insuficiente?
¿Cómo se refleja en un diagrama de Evans la inhibición del proceso catódico?
5.d INHIBIDORES: INHIBIDORES CATÓDICOS

5d. INHIBIDORES: INHIBIDORES MIXTOS
(orgánicos)

¿Qué disminución de la velocidad de corrosión provoca la urotropina?
¿Qué tipo de inhibidor es la urotropina?
¡Hay que saber leer en
escala logarítmica!
5.d INHIBIDORES: Fe en HCl

¿Qué concentración de
inhibidor CMA emplearías
para contrarrestar la
corrosividad de las sales de
deshielo?
¿Qué podría pasar para
bajas [inhibidor anódico]?
5.d INHIBIDORES: EFECTOS DE LA CONCENTRACIÓN

TENDENCIAS
1. TRATAMIENTO DE AGUAS (CIRCUITODE
REFRIGERACIÓN Y OTROS)
2. LUBRICANTES Y PETRÓLEOS (proceso de
extracción, refinado, etc)
3. Industria papelera
Reducción de pérdidas
Sustitución de Inhibidores tóxicos

Incremento anual del consumo de
inhibidores: ≈ 2%
↑China y otros
países en vías
de desarrollo
↓ en EE. UU., Europa,
Japón
Sustitución de acero
por MCMP,
aleaciones de mayor
resistencia a la
corrosión, etc..
Mayor control de las
pérdidas.
Crisis económica
5.d CONSUMO DE INHIBIDORES EN EL MUNDO

Para evitar la corrosión:
Del aire Humedad….
Eliminar
Oxígeno
Partículas en suspensión
….
De medios acuosos
Añadir inhibidores

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