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DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORROSION

1.-OBJETIVOS:
         Determinar la velocidad de corrosión en los diferentes metales.
         analizar el fenómeno de corrosión electroquímica en los diferentes metales.

2.-FUNDAMENTO TEORICO

La velocidad de corrosión es un tema industrial complejo que necesita de un estudio constante
de una serie de factores variables que pueden llegar a ocasionar dicho proceso de oxidación.

La corrosión de metales -desde los livianos como el aluminio hasta otros materiales como el
acero- más allá de ser un fenómeno químico físico de oxidación, representa, sin duda, una
problemática importante de orden industrial, económico y hasta social, incluida la salud y en ella
la seguridad.

Cinetica de corrosión
Como en cualquier proceso electroquímico, la velocidad de corrosión viene dada por la
Corriente. Sin embargo, muchas veces nos referimos a la velocidad de corrosión en unidades de
masa por unidad de área por unidad de tiempo. Para dar una idea, unacorriente de corrosión de
8mAcm-2 en el acero, equivale a 20 mg dm-2 día-1. Es fácil la interconversión si se conoce la
densidad del material.




En cuanto a la corriente de corrosión, estará limitada por el paso más lento de toda la
Secuencia de etapas que tienen lugar. Las posibilidades son:

- La transferencia electrónica en el ánodo.
- El transporte de especies a través del electrolito.
- La transferencia electrónica en el cátodo.
Las cinéticas de los sistemas en corrosión son muy complejas y no están comprendidas
totalmente. Sin embargo, examinaremos algunos de los aspectos básicos de la cinética de la
corrosión.

La cantidad de metal uniformemente corroído de un ánodo o electrodepositado sobre un cátodo,
en una disolución acuosa durante un periodo de tiempo, se puede determinar usando la ecuación
de Faraday, que establece:

                                            w=ItM/nF                   (12.36)

donde w = peso del metal (g), corroído o electrodepositado en una solución acuosa en un tiempo t
(segundos), I = flujo de corriente (A), M = masa atómica del metal (g/mol), n = número de
electrones/átomo producido o consumido en el proceso y F es la constante de Faraday, 96500
C/mol o 96500 A·s/mol.

CALCULO DE VELOCIDAD DE CORROSION.

En la practica realizada se determino por el peso de los metales después de haberse corroído.

a) Método gravimétrico
Para determinar la velocidad de corrosión por este método hay que someter al material
en estudio a un ataque del agente corrosivo durante un periodo de tiempo bastante largo.
Una vez finalizado el ataque se determina el cambio de peso que el material experimenta con el
fin de obtener la velocidad de corrosión en m.d.d. es decir mg de material perdido por día
transcurrido y dm2 de área de material expuesto.

3.-Materiales y equipos
        Probetas de acero, cobre y aluminio.
        Vaso de precipitado.
        Agua destilada
        Pipeta
        Papel de lijar
        Papel ph
        Balanza
        Agitador de vidrio
        Pasta de pulir
        Solvente orgánico. etc

1.   PROCEDIMIENTO:

     a)   Limpiar las superficies de los metales hasta quedar totalmente limpia.
     b)   Si la probeta tiene oxido decapar mediante un acido.
     c)   Desengrasar mediante un solvente orgánico.
     d)   Pulir la probeta con pasta de pulir.
     e)    Desengrasar nuevamente la probeta y no tocar con la mano.
     f)   Pesar la probeta.
     g)   Preparar la solución de acido sulfúrico al 5,10 y 15 por ciento.
     h)   Cada probeta introducir de forma simultanea en la solución.
     i)   Dejar la probeta en la solución durante 5 dias
PESO      PESO     TEMPERATURA   MEDIDAS
   N° DE                                    TIEMPO
                     MATERIAL                         INICIAL    FINAL.       (°C)    Largo X Ancho
  PROBETA                                    (min.)
                                                        (g)        (g)                  (cm x cm)
       1                                         20    1.32      1.305        200      3.29 x 1.84
                        Al
       2                                         15    1.58      1.520        400      3.12 x 2.25
       1                                         20    4.50      4.525        200      3.56 x 3.12
       2                                         15    4.00      4.442        400      3.32 x 3.16
                        Cu
       3                                         15    4.90      3.975        600      3.69 x 3.33
       4                                         15    4.50      3.590        800      3.20 x 3.57
       1                                         20    1.90      1.897        200      5.33 x 2.97
       2                                         15    1.90      1.845        400      5.11 x 3.19
                        Fe
       3                                         15    1.90      1.825        600      5.09 x 3.22
       4                                         15    1.90      1.795        800      5.07 x 3.15

2. CUESTIONARIO:

             (1) Graficar Tiempo vs temperatura de horno.
             (2) Grafica el Tiempo De Oxidación vs peso final de la probeta.
             (3) Escribir las posibles reacciones de oxidación y determinar la energía libre (ΔG) y la presión
                 parcial del oxigeno en el horno (PO2) utilizando el diagrama de Ellingham.
             (4) Sustente por que el material metálico a altas temperaturas tiende a oxidarse.
             (5) Indicar que criterios se deben tomar en cuenta para evitar la corrosión a altas temperaturas en
                 procesos industriales.
             (6) Clasificar las capas de óxidos formadas por diferentes metales según PillingBetworth.




       (1) Graficar Tiempo vs temperatura de horno.

             aluminio
  TEMPERATURA (°C)     TIEMPO (min.)

       200                   20
       400                   35

                                            40
                             tiempo (min)




                                            30
                                            20
                                            10
                                             0
                                                 0     100       200       300     400     500
                                                                temperatura (⁰C)
cobre
temperatura      tiempo
     200             20
     400             35
     600             50
     800             65

                                                 80
                              tiempo (min)




                                                 60
                                                 40
                                                 20
                                                  0
                                                      0                      200          400         600          800        1000
                                                                                         temperatura (°C)



                 acero
TEMPERATURA (°C)         TIEMPO (min.)

      200                    20
      400                    35
      600                    50
      800                    65

                                                 80
                                  tiempo (min)




                                                 60
                                                 40
                                                 20
                                                  0
                                                      0                      200         400         600         800     1000
                                                                                        temperatura (°C)
       (2) Grafica el Tiempo De Oxidación vs peso final de la probeta.
aluminio
 TIEMPO (min.)     PESO FINAL. (g)

     20               1.305
     35               1.305
                                                                                                Aluminio
                                                                            1.306
                                                          peso final (gr)




                                                                            1.305
                                                                            1.305
                                                                            1.304
                                                                                    0           10          20           30          40
                                                                                                      tiempo (min.)
cobre
 TIEMPO (min.)    PESO FINAL. (g)

     20              4.525
     35              4.442
     50              3.975
     65              3.590
                                                                               Cobre
                                                              6.000

                                       Peso Final (gr)
                                                              4.000
                                                              2.000
                                                              0.000
                                                                      0   20           40       60   80
                                                                                tiempo (min.)
acero
 TIEMPO (min.)    PESO FINAL. (g)

     20              1.897
     35              1.845
     50              1.825
     65              1.795


                                                                               Acero
                                                              1.950
                                            Peso Final (gr)




                                                              1.900
                                                              1.850
                                                              1.800
                                                              1.750
                                                                      0   20           40       60   80
                                                                                 Tiempo (min)




        (3) Escribir las posibles reacciones de oxidación y determinar la energía libre (ΔG) y la presión parcial del
            oxigeno en el horno (PO2) utilizando el diagrama de Ellingham.
                 Para la formación Al2O3
ΔG⁰              T (⁰C)         T (⁰K)
-265978.242                  200         473
-265969.042                  400         673

              K            P(O2) (atm)
                8.045E+122 1.243E-123
               2.38707E+86 4.18923E-87

                     Para el Fe2O3 (Hematita)




                    ΔG⁰            T (⁰C)       T (⁰K)
                  -130979.19            200          473
                  -130970.39            400          673
                  -130961.59            600          873
                  -130952.79            800         1073



              Cálculo de la presión de O2
              Teniendo en cuenta que Gº se puede expresar como:


              (Calorías)
K                P(O2) (atm)
               3.34192E+60     2.99229E-61
               3.42618E+42     2.91871E-43
               6.13891E+32     1.62895E-33
               4.72953E+26     2.11437E-27

              Para la formación Cu2O




ΔGº = -80999.04298-3.393881*T *lnT+59.0.3344168*T                 (calorías)

                        ΔG⁰                  T (⁰C)              T (⁰K)
                       -62962.997                     200                  473
                       -56142.243                     400                  673
                       -49526.285                     600                  873
                       -43067.221                     800                 1073

                  (Calorías)




                  K                    P(O2) (atm)
                       1.24304E+29         8.04477E-30
                       1.71051E+18          5.8462E-19
                       2.50962E+12         3.98467E-13
                       592523889.1          1.6877E-09




     (4) Sustente por que el material metálico a altas temperaturas tiende a oxidarse.
                  Por que hasta cierta temperatura el metal aumenta la velocidad de oxidación, pero es menos
                  propenso a oxidarse. Es decir a mayor temperatura, mayor velocidad de oxidación y menos opciones
                  de oxidarse.
                  A altas temperaturas empieza a entrar en cinética los átomos dejando espacios e intersticios en
                  donde el oxigeno tiene la facilidad de ingresar. Cuanto mas propenso este el metal de entrar en
                  “excitación” tiene mas probabilidades de oxidación al mismo tiempo a altas velocidades.
     (5) Indicar que criterios se deben tomar en cuenta para evitar la corrosión a altas temperaturas en
         procesos industriales.
                  Uno de los métodos mas eficientes y adecuados es el control adecuado de la presión parcial del
                  oxigeno y de la cantidad molecular de oxigeno presente dentro del horno.
Otros métodos que quizá podría tomarse en cuenta pueden ser el control de tiempo dentro del horno
              (evitar que el metal este expuesto a altas temperaturas periodos de tiempo largos).

(6) Clasificar las capas de óxidos formadas por diferentes metales según PillingBetworth.

               de acuerdo a los metales que se sometieron en practica a altas temperaturas (cobre, acero y el
               aluminio) según PillingBetworth, los metales como el cobre y el hierro tienen películas protectoras;
               debido a que la relación (R) > 1, pero están expuestos a resquebrajamientos.
               El Aluminio es un metal que forma una película súper protectora, también tiene una relación de
               oxido-metal (R)>1.


 3. ANEXOS:

     Fotos:

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Corrosion

  • 1. DETERMINACIÓN DE LA VELOCIDAD DE CORROSION 1.-OBJETIVOS: Determinar la velocidad de corrosión en los diferentes metales. analizar el fenómeno de corrosión electroquímica en los diferentes metales. 2.-FUNDAMENTO TEORICO La velocidad de corrosión es un tema industrial complejo que necesita de un estudio constante de una serie de factores variables que pueden llegar a ocasionar dicho proceso de oxidación. La corrosión de metales -desde los livianos como el aluminio hasta otros materiales como el acero- más allá de ser un fenómeno químico físico de oxidación, representa, sin duda, una problemática importante de orden industrial, económico y hasta social, incluida la salud y en ella la seguridad. Cinetica de corrosión Como en cualquier proceso electroquímico, la velocidad de corrosión viene dada por la Corriente. Sin embargo, muchas veces nos referimos a la velocidad de corrosión en unidades de masa por unidad de área por unidad de tiempo. Para dar una idea, unacorriente de corrosión de 8mAcm-2 en el acero, equivale a 20 mg dm-2 día-1. Es fácil la interconversión si se conoce la densidad del material. En cuanto a la corriente de corrosión, estará limitada por el paso más lento de toda la Secuencia de etapas que tienen lugar. Las posibilidades son: - La transferencia electrónica en el ánodo. - El transporte de especies a través del electrolito. - La transferencia electrónica en el cátodo.
  • 2. Las cinéticas de los sistemas en corrosión son muy complejas y no están comprendidas totalmente. Sin embargo, examinaremos algunos de los aspectos básicos de la cinética de la corrosión. La cantidad de metal uniformemente corroído de un ánodo o electrodepositado sobre un cátodo, en una disolución acuosa durante un periodo de tiempo, se puede determinar usando la ecuación de Faraday, que establece: w=ItM/nF (12.36) donde w = peso del metal (g), corroído o electrodepositado en una solución acuosa en un tiempo t (segundos), I = flujo de corriente (A), M = masa atómica del metal (g/mol), n = número de electrones/átomo producido o consumido en el proceso y F es la constante de Faraday, 96500 C/mol o 96500 A·s/mol. CALCULO DE VELOCIDAD DE CORROSION. En la practica realizada se determino por el peso de los metales después de haberse corroído. a) Método gravimétrico Para determinar la velocidad de corrosión por este método hay que someter al material en estudio a un ataque del agente corrosivo durante un periodo de tiempo bastante largo. Una vez finalizado el ataque se determina el cambio de peso que el material experimenta con el fin de obtener la velocidad de corrosión en m.d.d. es decir mg de material perdido por día transcurrido y dm2 de área de material expuesto. 3.-Materiales y equipos Probetas de acero, cobre y aluminio. Vaso de precipitado. Agua destilada Pipeta Papel de lijar Papel ph Balanza Agitador de vidrio Pasta de pulir Solvente orgánico. etc 1. PROCEDIMIENTO: a) Limpiar las superficies de los metales hasta quedar totalmente limpia. b) Si la probeta tiene oxido decapar mediante un acido. c) Desengrasar mediante un solvente orgánico. d) Pulir la probeta con pasta de pulir. e) Desengrasar nuevamente la probeta y no tocar con la mano. f) Pesar la probeta. g) Preparar la solución de acido sulfúrico al 5,10 y 15 por ciento. h) Cada probeta introducir de forma simultanea en la solución. i) Dejar la probeta en la solución durante 5 dias
  • 3. PESO PESO TEMPERATURA MEDIDAS N° DE TIEMPO MATERIAL INICIAL FINAL. (°C) Largo X Ancho PROBETA (min.) (g) (g) (cm x cm) 1 20 1.32 1.305 200 3.29 x 1.84 Al 2 15 1.58 1.520 400 3.12 x 2.25 1 20 4.50 4.525 200 3.56 x 3.12 2 15 4.00 4.442 400 3.32 x 3.16 Cu 3 15 4.90 3.975 600 3.69 x 3.33 4 15 4.50 3.590 800 3.20 x 3.57 1 20 1.90 1.897 200 5.33 x 2.97 2 15 1.90 1.845 400 5.11 x 3.19 Fe 3 15 1.90 1.825 600 5.09 x 3.22 4 15 1.90 1.795 800 5.07 x 3.15 2. CUESTIONARIO: (1) Graficar Tiempo vs temperatura de horno. (2) Grafica el Tiempo De Oxidación vs peso final de la probeta. (3) Escribir las posibles reacciones de oxidación y determinar la energía libre (ΔG) y la presión parcial del oxigeno en el horno (PO2) utilizando el diagrama de Ellingham. (4) Sustente por que el material metálico a altas temperaturas tiende a oxidarse. (5) Indicar que criterios se deben tomar en cuenta para evitar la corrosión a altas temperaturas en procesos industriales. (6) Clasificar las capas de óxidos formadas por diferentes metales según PillingBetworth. (1) Graficar Tiempo vs temperatura de horno. aluminio TEMPERATURA (°C) TIEMPO (min.) 200 20 400 35 40 tiempo (min) 30 20 10 0 0 100 200 300 400 500 temperatura (⁰C)
  • 4. cobre temperatura tiempo 200 20 400 35 600 50 800 65 80 tiempo (min) 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 temperatura (°C) acero TEMPERATURA (°C) TIEMPO (min.) 200 20 400 35 600 50 800 65 80 tiempo (min) 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 temperatura (°C) (2) Grafica el Tiempo De Oxidación vs peso final de la probeta. aluminio TIEMPO (min.) PESO FINAL. (g) 20 1.305 35 1.305 Aluminio 1.306 peso final (gr) 1.305 1.305 1.304 0 10 20 30 40 tiempo (min.)
  • 5. cobre TIEMPO (min.) PESO FINAL. (g) 20 4.525 35 4.442 50 3.975 65 3.590 Cobre 6.000 Peso Final (gr) 4.000 2.000 0.000 0 20 40 60 80 tiempo (min.) acero TIEMPO (min.) PESO FINAL. (g) 20 1.897 35 1.845 50 1.825 65 1.795 Acero 1.950 Peso Final (gr) 1.900 1.850 1.800 1.750 0 20 40 60 80 Tiempo (min) (3) Escribir las posibles reacciones de oxidación y determinar la energía libre (ΔG) y la presión parcial del oxigeno en el horno (PO2) utilizando el diagrama de Ellingham. Para la formación Al2O3
  • 6. ΔG⁰ T (⁰C) T (⁰K) -265978.242 200 473 -265969.042 400 673 K P(O2) (atm) 8.045E+122 1.243E-123 2.38707E+86 4.18923E-87 Para el Fe2O3 (Hematita) ΔG⁰ T (⁰C) T (⁰K) -130979.19 200 473 -130970.39 400 673 -130961.59 600 873 -130952.79 800 1073 Cálculo de la presión de O2 Teniendo en cuenta que Gº se puede expresar como: (Calorías)
  • 7. K P(O2) (atm) 3.34192E+60 2.99229E-61 3.42618E+42 2.91871E-43 6.13891E+32 1.62895E-33 4.72953E+26 2.11437E-27 Para la formación Cu2O ΔGº = -80999.04298-3.393881*T *lnT+59.0.3344168*T (calorías) ΔG⁰ T (⁰C) T (⁰K) -62962.997 200 473 -56142.243 400 673 -49526.285 600 873 -43067.221 800 1073 (Calorías) K P(O2) (atm) 1.24304E+29 8.04477E-30 1.71051E+18 5.8462E-19 2.50962E+12 3.98467E-13 592523889.1 1.6877E-09 (4) Sustente por que el material metálico a altas temperaturas tiende a oxidarse. Por que hasta cierta temperatura el metal aumenta la velocidad de oxidación, pero es menos propenso a oxidarse. Es decir a mayor temperatura, mayor velocidad de oxidación y menos opciones de oxidarse. A altas temperaturas empieza a entrar en cinética los átomos dejando espacios e intersticios en donde el oxigeno tiene la facilidad de ingresar. Cuanto mas propenso este el metal de entrar en “excitación” tiene mas probabilidades de oxidación al mismo tiempo a altas velocidades. (5) Indicar que criterios se deben tomar en cuenta para evitar la corrosión a altas temperaturas en procesos industriales. Uno de los métodos mas eficientes y adecuados es el control adecuado de la presión parcial del oxigeno y de la cantidad molecular de oxigeno presente dentro del horno.
  • 8. Otros métodos que quizá podría tomarse en cuenta pueden ser el control de tiempo dentro del horno (evitar que el metal este expuesto a altas temperaturas periodos de tiempo largos). (6) Clasificar las capas de óxidos formadas por diferentes metales según PillingBetworth. de acuerdo a los metales que se sometieron en practica a altas temperaturas (cobre, acero y el aluminio) según PillingBetworth, los metales como el cobre y el hierro tienen películas protectoras; debido a que la relación (R) > 1, pero están expuestos a resquebrajamientos. El Aluminio es un metal que forma una película súper protectora, también tiene una relación de oxido-metal (R)>1. 3. ANEXOS: Fotos: