Corrosion labo 1 (imprimir)

UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN ANTONIO ABAD DEL CUSCO
FACULTAD DE INGENIERÍA GEOLÓGICA, MINAS Y METALÚRGICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA METALÚRGICA
CURSO: CORROSION Y PROTECCION DE METALES
DOCENTE: ING.DR. MILNER SEGOVIA SEGOVIA
ALUMNOS:
 ALIAGA NINA, RODRIGO POLAY 114008
 CARDENAS CASTRO, MILENE 141089
 CANSAYA CORRALES, LUIS FERNANDO 141523
 HUILLCA MEDRANO, MAEL 122108
 JIHUALLANCA BUSTAMANTE, JUVENAL 100207
 PALOMA LOAIZA, ANDIA 131491
 MAMANI CONDORI, JESUS UBALDO 122110
 PRIETO VILLENA, URIEL GONZALO 111051
 PUMA AYQUIPA, JOSE ANGEL 114024
 TAIPE MAYHUA, HECTOR RAUL 141514
 TITTO QUISPE, ABRAHAM 120809
 TUIROQUISPE, JORGE LUIS 134442
 USCCA CCAPA, ABEL HUMBERTO 131505
 VEGA DELGADO, YURILUZ 141097
 VISA RIVERA, JUAN CARLOS 114033
CUSCO – PERÚ
PRESENTACIÓN
INFORME 1: CORROSION A ALTAS
TEMPERATURAS

Practica de laboratorio1 [CORROSION A ALTAS TEMPERATURAS]
CORROSION Y PROTECCION DE METALES 2
-
Estimado docente “ING. DR. MILNER SEGOVIA SEGOVIA” me dirijo hacia su
persona, con el más cordial saludo, para poner a su disposición el presente
informe de laboratorio “CORROSION A ALTAS TEMPERATURAS”.
Cuyo informe es presentado ante usted con el objetivo de contribuir en la
enseñanza impartida en cada sesión de práctica de laboratorio, a cargo de su
persona, que ha hecho posible para nosotros, para poder adquirir y ampliar
nuevos conocimientos, así como el desarrollo de nuestras habilidades, las
cuales, serán de mucha importancia en nuestra vida profesional.
Finalmente manifestarle mi agradecimiento por su excelente desempeño
académico como docente, esperando del mismo modo, cumplir las
expectativas con este trabajo monográfico presentado, caso contrario recibir
sus críticas constructivas que es de mucha importancia para nosotros.
ATENTAMENTE
CORROSION A ALTAS TEMPERATURAS

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OBJETIVO DE LA PRÁCTICA:
 Obtener óxidos metálicos a diferentes tiempos y temperaturas en un
horno eléctrico.
INTRODUCCIÓN:
Cuando un metal se somete a temperaturas elevadas normalmente es difícil la
presentación de una película liquida conductora sobre la superficie, por lo que
no tiene un lugar un mecanismo de corrosión electroquímica, sino que se
produce una reacción química entre el metal y el gas agresivo, normalmente el
oxígeno.
La corrosión se define como la destrucción o deterioro de un material debido a
la interacción de la naturaleza química o electroquímica con su medio
ambiente.
Es un problema industrial importante, ya que puede causar accidentes y,
además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada poca
segunda se disuelven 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos
cuantos nanómetros o picómetros, pero que multiplicados por la cantidad de
acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.
En función de la naturaleza de la interacción con el medio, es importante
distinguir dos tipos de corrosión: la corrosión química y la corrosión
electroquímica. En este caso, solo se hará mención especial de la corrosión
química, la cual representa la base fundamental sobre la que se desarrolla la
presente práctica.
La corrosión química de los metales
se define como la interacción
espontanea del metal con el medio
ambiente corrosivo con el que está
en contacto. Este tipo de corrosión
se observa cuando sobre el metal
actúan gases secos y líquidos no
electrolíticos, y es una reacción
química del medio líquido o gaseoso
(o sus componentes oxidantes) con
el metal.
Cuando un metal es expuesto a un
gas oxidante a temperaturas
elevadas, la corrosión puede ocurrir
por la reacción directa con el gas sin la presencia de un líquido. Este tipo de

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corrosión es conocida como Empanamiento, Escamamiento o Corrosión por
Altas Temperaturas.
Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la temperatura
y actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas oxidante, se
forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la combinación entre el
metal y el gas en esas condiciones de temperatura. Esta capa o
“empanamiento” actúa como un electrolito “solido”, que permite que se
produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico en la
superficie.
Uno de los tipos de corrosión química que más ha sido estudiado es el debido
a la acción de gases calientes sobre los diferentes metales y materiales
metálicos. La oxidación química de los metales, según el modelo simplificado
corrosión química, que generalmente se expresan como la dependencia del
aumento de masa de los productos de corrosión en función del tiempo, o el
aumento del espesor de la capa de óxidos o productos de corrosión con el
tiempo . Estas leyes básicas son la ley lineal, la ley parabólica o la ley
logarítmica.
Antes de entrar al análisis y descripción detallada de la experiencia
desarrollada en la presente práctica, es importante mencionar algunos factores
que deben considerarse como medidas de prevención para este tipo de
corrosión:
FUNDAMENTO TEÓRICO:
Corrosión a alta temperatura es un deterioro químico de un material
(normalmente un metal) bajo condiciones de muy altas temperaturas. Esta
forma no galvánica de corrosión puede ocurrir cuando un metal está sujeto a
una temperatura elevada en una atmósfera que contenga oxígeno, sulfuros u
otros compuestos capaces de oxidar (o ayuden en la oxidación de) los
materiales expuestos.
Condiciones para que un óxido sea protector a altas temperaturas
Debe tener los siguientes: Buena adherencia, punto de fusión alto, baja presión
de vapor, coeficiente de expansión térmico casi igual al del metal, plasticidad a
alta temperatura para evitar su ruptura, baja conductividad eléctrica, bajo
coeficiente de difusión para iones metálicos y oxígeno.
La relación de Pilling-Bedworth, mide el volumen del óxido formado por el del
metal consumido:

-
Dónde:
Si P.B. < 1; se forman óxidos no protectores, suelen ser porosos.
Si P.B. > 2; se forman óxidos no protectores, aumenta el volumen, las
tensiones internas y hacen que el óxido tienda a romperse.
Si 1 < P.B. < 2; se forman óxidos protectores.
Mecanismos de crecimiento de los óxidos
Reacciones de oxidación y reducción
La oxidación de los metales por el oxígeno es un proceso electroquímico,
donde el metal se oxida y el oxígeno se reduce:
Oxidación: Me  Me2+ + 2e-
Me2+ + O2-  MeO
Reducción: ½ O2 + 2e-  O2-
Los iones metálicos se forman en la interfase metal-óxido y el oxígeno se
reduce en la interfase óxido-gas.
Debido a que los óxidos metálicos presentan conductividad eléctrica, tanto
iones como de electrones, no se precisa ningún conductor eléctrico externo
entre ánodo y cátodo.
Varios de estos posibles mecanismos son los siguientes:
 Película de óxido porosa
𝑃. 𝐵. =
𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 ó𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜
𝑣𝑜𝑙. 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜

-
Si la película de óxido formada al comienzo es porosa, el oxígeno molecular
puede pasar a través de los poros y reaccionas en la interfase metal-óxido.
Esta situación prevalece cuando la relación de P.B. es menor de la unidad,
como ocurre en los metales alcalinos.
 Película de óxido no porosa
Si la película de óxido no es porosa podrían darse los siguientes mecanismos:
o La oxidación puede ocurrir en la interfase óxido-gas. En este caso
los iones metálicos se difunden desde la interfase metal-óxido
hasta la interfase óxido-gas. Los electrones también se desplazan
en la misma dirección para completar la reacción.
o La oxidación puede ocurrir en la interfase metal-óxido. En este
caso los iones oxígeno se difunden a través de la película para
reaccionar en la interfase metal-óxido, miestras que los electrones
tienen que poder moverse hacia el exterior.
o El posible mecanismo final es una combinación de los casos
anteriores (óxido-gas; metal-óxido) en que los iones oxígeno se
difunden hacia el interior y los iones metálicos, junto con los
electrones, hacia el exterior. En este caso el lugar de la reacción
puede estar en cualquier sitio dentro de la película de óxido.
Razones termodinámicas de la corrosión seca
Estudiaremos la siguiente ecuación:
Si: ΔG < 0; La reacción irá a la derecha
ΔG = 0; Existe equilibrio químico
ΔG > 0; La reacción irá a la izquierda
Existe una ecuación termodinámica, llamada reacción de Von’t Hoff:
ΔG = ΔGO + RT ln K
𝑀 𝑒 +
𝑋
2
𝑂2 → 𝑀𝑒 𝑂 𝑋

-
Dónde: 𝐾 =
[ 𝑀𝑒 𝑂𝑥]
[ 𝑀𝑒][ 𝑂2]
𝑋
2⁄
=
1
𝑃 𝑂2
𝑋
2⁄
= 𝑃𝑂2
−
𝑋
2
ΔG = ΔGO + RT ln 𝑃𝑂2
−
𝑋
2
= ΔGO – RT ln 𝑃𝑂2
𝑋
2
En el equilibrio ΔG = 0
ΔGO = RT ln (𝑃𝑂2
𝑋
2
)
𝑒𝑞
; sustituyendo  ΔG = RT ln (𝑃𝑂2
𝑋
2
)
𝑒𝑞
- RT ln 𝑃𝑂2
𝑋
2
Si: 𝑃 𝑂2
> (𝑃 𝑂2
)
𝑒𝑞
 ΔG < 0  Formación de óxido
𝑃 𝑂2
< (𝑃 𝑂2
)
𝑒𝑞
 ΔG > 0  Descomposición del óxido
Para que la reacción vaya a un lado u otro dependerá de la cantidad de
oxígeno que tengamos y de su presión parcial.
Diagramas de Ellingham
Tienen como
pendiente la entropía y
como ordenada en el
origen la entalpía.
Podemos sacar las
presiones parciales de los
equilibrios del oxígeno,
pudiendo así predecir
(desde un punto de vista
termodinámico) si un óxido
es estable o no en unas
determinadas condiciones
de presión y de
temperatura.

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Cinemática de la corrosión a altas temperaturas
Se estudian utilizando dos variables: W (ganancia de peso) y t (tiempo).
Ley lineal y = C1 t
Se da en óxidos no protectores (porosos) y en óxidos que presentan roturas
por tensiones elevadas (P.B. >> 2)
Ley parabólica y2 = C2 t
Fundamentalmente para óxidos de carácter protector, se da cuando la difusión
de iones es más lenta.
Ley logarítmica y = C3 log (C4 t + C5)
Se da en óxidos que se forman a temperatura ambiente o poco elevada. En
estos óxidos la velocidad inicial de oxidación es elevada y luego disminuye a
valores muy bajos. Son óxidos protectores.
Pueden existir combinaciones de estas tres leyes, se conoce con el nombre de
leyes de crecimiento mixto.
Lo que sucede es que los óxidos que comienzan siendo protectores y que
luego por distintas razones dejan de serlo, por factores como la temperatura,
acabado superficial, composición del metal o aleación, presión del gas…
Cuando un metal se somete a temperaturas elevadas normalmente es difícil la
presentación de una película liquida conductora sobre la superficie, por lo que
no tiene un lugar un mecanismo de corrosión electroquímica, sino que se
produce una reacción química entre el metal y el gas agresivo, normalmente el
oxígeno.
Las características distintivas de este mecanismo respecto del electroquímico
son los siguientes:
a) No hay electrolito en el medio de reacción.
b) Solamente es relevante a temperaturas elevadas, normalmente por
encima de los 100 grados centígrados.
c) Se suele producir un ataque del metal garantizado.

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d) El producto de corrosión primario es un oxido metálico.
e) El óxido se genera directamente en la superficie metálica, teniendo
lugar la circulación de electrones e iones a través de la capa de óxido.
Entre los aspectos de corrosion por alta temperatura tenemos lo
siguiente:
 Termodinámica de la oxidación a alta temperatura.
Normalmente las reacciones de formación de óxidos están
termodinámicamente favorecidas, ya que los correspondientes valores son
negativos a cualquier temperatura.
 Mecanismo de formación del óxido.
Cuando se forma una primera capa de óxido sobre la superficie del metal o
aleación, se establece una barrera entre la superficie del material metálico y el
gas agresivo, la formación de nuevas moléculas de óxido tiene lugar en varias
capas, que se detallan a continuación para el óxido de cobre.
a) Interfase del metal-oxido.
b) Paso de los electrones a través de la película de óxido desde la interfase
metal oxido hasta la interfase oxido-atmosférica.
c) En la interfase oxido atmosférica.
d) Paso por difusión, debido al gradiente de concentración del catión, en
este caso desde la interfase metal-oxido hacia la interfase oxido atmosfera, o
bien, el paso del anión desde la interfase oxido atmosférica hasta la interfase
metal-oxido o paso de ambos para entrar en contacto entres i y que se forme
una nueva molécula de óxido.
2Cu O²  Cu2O
La formación de óxido será tanto más dificultosa cuanto más difícil sea la
conducción de electrones a través de la película (baja conductividad
electrónica) y cuanto más difícil sea la conductividad de los iones a través de la
película (baja conductividad iónica) por consiguiente una selección de
materiales resistentes a la corrosión a alta temperatura deberá tener en cuenta
que la formación de películas protectoras exige una baja conductividad
electrónica e iónica.

-
 Atmósferas formadas por mezclas de gases:
Muchos procesos industriales les tienen lugar cuando un metal está expuesto a
una mezcla de varios gases a temperatura elevada, el fenómeno en este caso
es más complejo que si solamente tiene lugar el proceso de oxidación en
presencia de oxígeno.
Dependiendo de las características de la mezcla de gases, esta se suele tratar
a partir de las presiones de oxígeno y azufre para mezclas sulfurantes-
oxidantes y por la actividad de carbono en medios carburantes.
 Cinética de la corrosión por alta temperatura.
Aunque una reacción de corrosión puede estar favorecida
termodinámicamente, su cinética puede llegar a ser tan lenta que no constituya
un problema desde el punto de vista práctico.
Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas
temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria
presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como
Empañamiento, Escamamiento o Corrosión por Altas Temperaturas.
Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la
temperatura. Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al gas
oxidante, se forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la
combinación entre el metal y el gas en esas condiciones de temperatura. Esta
capa o “empañamiento” actúa como un electrolito “sólido”, el que permite que
se produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico en
la superficie.
Algunas maneras de evitar esta clase de corrosión son las siguientes:
Alta estabilidad termodinámica, para generar en lo posible otros productos para
reacciones distintas.
Baja Presión de Vapor, de forma tal que los productos generados sean sólidos
y no gases que se mezclen con el ambiente.
La corrosión por Altas Temperaturas puede incluir otros tipos de corrosión,
como la Oxidación, la Sulfatación, la Carburización, los Efectos del Hidrógeno,
etc.

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Oxidación catastrófica
Es un proceso de oxidación que se desarrolla a gran velocidad y es un proceso
creciente en el tiempo, esto es debido a que el proceso de formación del óxido
es exotérmica (desprende calor). Al final el metal se convierte rápidamente en
óxido y la pieza tiene una vida útil muy corta. Éste fenómeno se da en
materiales muy porosos, en metales que formen óxidos volátiles o en metales
que formen óxidos con bajo punto de fusión, como ejemplo de este tipo de
corrosión podemos decir que el Molibdeno y el Volframio.

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MATERIALES Y EQUIPOS A UTILIZAR
HORNO ELECTRICO
PROBETAS (HIERRO)
TENAZAS
VERNIER
BALANZA
LADRILLO REFRACTARIO

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PROCEDIMIENTO:
 Preparar la superficie del material que debe estar libre de óxidos y
grasas; usando la máquina de esmeril, lijas, crema des engrasador y/o
querosene.
 Aplicar la pasta de pulir hasta total abrillantamiento.
 Desengrasar la probeta
 las dimensiones de las probetas y pesar las probetas
 Una vez pesadas y limpias no ensuciar las probetas
 Introducir las probetas al horno y calentar a ciertas temperaturas: a 300
ºc, 600ºc, y 900ºc.
 Extraer las probetas cada 30 minutos.
 Enfriar las probetas en esas condiciones (al aire).
 Finalmente pesar en esas condiciones sin sacar los óxidos para volver a
pesar como peso final.
RESULTADOS
Los resultados se pueden observar en la tabla que se adjunta en la siguiente
pagina.

-

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CUESTIONARIO
1. DESCRIBIR LA PRACTICA.
1°. Preparar la superficie del
material que debe estar libre
de óxidos y grasas; usando la
máquina de esmeril, lijas,
crema des engrasador y/o
querosene.
2°. Pulir o preparar la
superficie del material
mediante un decapado y un
desengrasado.
3°. Medir las dimensiones de
las probetas.

-
6°. Observar la probeta
después de extraerla y
describir las características.
5°. Extraer las probetas:
la 1ra a 30 minutos
la 2da a 60 min y
la 3ra a 90 min
4°. Una vez listas las
probetas, introducir al horno a
300°C, 500°C Y 600°C.

-
7°. Pesar las probetas en
condiciones de extracción.
9°. Volver a pesar.
8°. Eliminar el óxido formado,
secar y desengrasar.

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2. GRAFICAR VELOCIDAD DE CORROSION VS. TEMPERATURA.
Cinética de la corrosión por alta temperatura.
Aunque una reacción de corrosión puede estar favorecida
termodinámicamente, su cinética puede llegar a ser tan lenta que no
constituya un problema desde el punto de vista práctico.
Algunos metales expuestos a gases oxidantes en condiciones de muy altas
temperaturas, pueden reaccionar directamente con ellos sin la necesaria
presencia de un electrolito. Este tipo de corrosión es conocida como
Empañamiento, Escamamiento o Corrosión por Altas Temperaturas.
Generalmente esta clase de corrosión depende directamente de la
temperatura. Actúa de la siguiente manera: al estar expuesto el metal al
gas oxidante, se forma una pequeña capa sobre el metal, producto de la
combinación entre el metal y el gas (en este caso vendría ser el O₂ que
estaba dentro del horno) en esas condiciones de temperatura. Esta capa o
“empañamiento” actúa como un electrolito “sólido”, el que permite que se
produzca la corrosión de la pieza metálica mediante el movimiento iónico
en la superficie.
Para realizar la gráfica siempre debemos primero completamos nuestro
cuadro de datos:
El grafico cuando la unidad de la velocidad de corrosion es (mdd)
Para este caso completamos la tabla en Excel con sus respectivas
unidades para el cálculo de la velocidad de corrosión.
Wi(mg) Wf(mg) ΔW(mg) AREA(dm²) TIEMPO(dia) Vc(mdd)
29780.00 28840.00 940.00 0.090 0.0208 502136.75
30780.00 29780.00 1000.00 0.065 0.0417 368935.62
28860.00 30480.00 1620.00 0.087 0.0625 297931.03
PROBETA L cm A cm Wi gr Wf gr Wox
gr
ΔW
gr
AREA
cm²
TIEMPO(min)
Fe 1 3.20 2.80 29.78 28.84 28.92 0.94 8.96 30
Fe 2 2.18 2.98 30.78 29.78 29.80 1.00 6.50 60
Fe 3 3.10 2.80 28.86 30.48 32.52 1.62 8.68 90

-
Ahora que tenemos la velocidad de corrosión graficamos la velocidad de
corrosión vs temperatura
T(°C) Vc(mdd)
300 502136.75
500 368935.62
800 297931.03
FINALMENTE OBTENEMOS NUESTRO CUADRO.
El grafico cuando la unidad de la velocidad de corrosion es
(gr/cm²*día)
Al aplicar la formula en Excel nos facilita el trabajo y obtenemos la
velocidad de corrosión para luego graficar.
T(C°) Vc(gr/cm²*dia)
300 0.0021
500 0.0064
800 0.0116
y = -394.85x + 600257
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Vc(mdd)
T(°C)

-
FINALMENTE OBTENEMOS NUESTRO CUADRO
El grafico cuando la unidad de la velocidad de corrosión es (mm/año)
Para este caso es necesario aplicar el siguiente modelo matemático.
𝑉𝑐 =
𝑊𝐹 − 𝑊𝑖
𝑝𝐴𝑡
Dónde:
𝑊𝐹 = peso final (mg)
𝑊𝑖=peso inicial (mg)
𝑝=densidad del metal (mg/mm³)
A=area (mm²)
t=tiempo (años)
Teniendo esta ecuación completamos la siguiente tabla para poder hallar la
velocidad de corrosión.
y = -0.004x + 6.0269
0
1
2
3
4
5
6
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
Vc(gr/cm²*dia)
T(C°)

-
Wi(mg) Wf(mg) ΔW(mg
)
v(mm³) p(mg/mm
³)
Area(mm
²)
Tiempo(año
s)
29780.0
0
28840.0
0
940.00 3852.8 7.729 896 0.0000571
30780.0
0
29780.0
0
1000.00 2728.5 11.281 650 0.0001142
28860.0
0
30480.0
0
1620.00 3645.6 7.916 868 0.0001712
Para la densidad hallamos de la siguiente manera:
𝑝 = Wi(mg)/ v(mm³)
Wi(mg)=peso inicial de cada probeta
v(mm³)=volumen de cada una de nuestras probetas
Después de completar la tabla tenemos los datos necesario para hallar las
distintas velocidades de corrosión y completamos la tabla final para hallar
velocidad de corrosión vs temperatura.
T(°C) Vc(mm/año)
300 2377.17
500 1194.19
800 1377.16
ENTONCES FINALMENTE NUESTRA GRAFICA ES LA SIGUIENTE:
y = 0.013x2 - 16.355x + 6109.1
0
500
1000
1500
2000
2500
0 200 400 600 800 1000
Vc(mm/año)
T(°C)

-
En conclusión podemos afirmar de la siguiente grafica que como muchos
metales se oxidan de acuerdo con la ley de velocidad parabólica, y éstos
suelen asociarse con óxidos coherentes gruesos. El hierro, el cobre y el
cobalto son ejemplos de metales que muestran comportamiento de
oxidación parabólica.
Y como podemos observar nuestra grafica coincide perfectamente con una
ecuación parabólica para nuestra probeta hierro y esto se hace más notorio
cuando el tiempo es mucho mayor así como se dijo en clases.
3. ESCRIBIR LAS REACCIONES CORRESPONDIENTES E INTERPRETAR
MEDIANTE EL DIAGRAMA DE ELLINGHAM
Como bien sabemos en la corrosión a altas temperaturas los metales
reaccionan formando capas de óxidos sobre la superficie del mismo, en
este caso el Fe (hierro) reaccionará con el oxígeno y esta reacción se
graficará en el diagrama de Ellingham, este diagrama se grafica la energía
libre de Gibbs en función de la temperatura, sin embargo, como
condicionante; la reacción debe reaccionar con una molécula de oxigeno
(𝑂2).
Por lo cual tenemos las siguientes reacciones del Fe, que se dieron dentro
del horno a distintas temperaturas:
4
3
𝐹𝑒 + 𝑂2 →
2
3
𝐹𝑒2 𝑂3 (1)
2𝐹𝑒 + 𝑂2 → 2𝐹𝑒𝑂 (2)
Si nuestra probeta ya tenía óxidos la reacción pudo ser esta:
6𝐹𝑒𝑂 + 𝑂2 → 2𝐹𝑒3 𝑂4 (3)
En la fig.1. Podemos ver las reacciones que posiblemente sucedieron. Por
lo cual la ecuación 3 quedaría reducida por la reacción 2.
Se puede interpretar también que la reacción 2 tiene mayor energía libre
por lo cual es la que tiene mayor posibilidad de suceder en comparación
con las otras reacciones.
Esto dice que, mientras la temperatura aumente, pero menor a la
temperatura de fusión del hierro, el monóxido de hierro espontáneamente
se oxidara con el Oxigeno disponible. Pasado esta temperatura, El Dióxido
de hierro se hace más inestable, por lo que se descompone en hierro y
Oxigeno.

-
EL DIAGRAMA DE ELLINGHAM.

-
4. INDICAR A QUE SE DEBE LA MAYOR O MENOR OXIDACION DEL
METAL
La menor o mayor oxidación de un metal se puede interpretar de la
siguiente manera:
QUIMICAMENTE
 Todos los átomos de los elementos buscan la estabilidad de sus
electrones en el último nivel de energía.
 Cuando existe compuestos o unión de dos elementos que están en
contacto con el oxígeno tiende a buscar la estabilidad químicamente del
compuesto cumpliendo la regla del octeto en su último nivel de energía
más externo que hay perdida y ganancia de electrones que se producirá
la oxidación.
 En caso del oxígeno tiende a ganar dos electrones para su estabilidad
química que se hace en un balance estequiometrico dando como
resultado su equilibrio químico.
TERMODINAMICAMENTE
 Existen en la naturaleza como metales libres como por ejemplo el oro y
platino y son difíciles a sufrir la oxidación, estos metales tienen un
potencial positivo
 Algunos metales como el cobre, sodio, etc., nunca se encontraran como
metales libres siempre se encontraran en la naturaleza como
compuestos.
 En conclusión se puede decir que los metales se clasifican, en metales
nobles y metales activos, se puede decir que los metales nobles tienen
potencial positivo que nos indica que su cinética de oxidación es menor.
 También se puede decir que los metales activos que tienen potencial
negativo, esto nos indica que su cinética de oxidación es más rápida.
 Se tiene la siguiente tabla:

-
 La Serie de Fuerza Electromotriz
El grado de oxidación también puede depender de otros factores como son:
EN SISTEMA ABIERTO
 Nos referimos al metal que está en contacto con el medio ambiente, que
está compuesto por elementos como el oxígeno, hidrogeno, vapor de
H2O, etc. Estos provocan la oxidación del metal.
Reacción en Equilibrio
NOBLE
E°H (volts)
Au+2
1/2
O2
Pt+2
Ag+1
Cu+2
2H+
Ni+2
Fe+2
Cr+3
Zn+2
Al+3
+ 2e
+ 2H+
+ 2e—
+ 1e—
+ 2e—
+ 2e—
+ 2e—
+ 2e—
+ 3e—
+ 2e—
+ 3e—
= Au
+ 2e—
= H2O
= Pt
= Ag
= Cu
= H2
= Ni
= Fe
= Cr
= Zn
= Al
+ 1.7
+ 1.23
+ 1.20
+ 0.80
+ 0.34
0.00 (por
definición)
- 0.13
- 0.44
- 0.70
- 0.76
- 1.66

-
 Se puede decir que la oxidación es mayor, también depende de los
factores ambientales como son : la temperatura, la presión, el clima, la
humedad, estos hacen que la oxidación sea mayor y rápida
 Un claro ejemplo podemos tener en la siguiente imagen 1 que un acero
está en contacto con el ambiente, y tenemos en conocimiento que el
acero está compuesto por una microestructura de ferrita y carburo de
hierro.
 Entonces podemos que va existir una acción electroquímica, el ambiente
va ser el electrolito presencia de oxígeno, hidrogeno, etc. y el acero será
los ánodos que habrá una reducción convirtiéndose en Fe ++ hierro
iónico.
 En el gráfico se muestra el proceso de oxidación mediado por oxígeno.
Puede verse como el hierro sólido (Fe) es transformado en hierro iónico
(Fe+2). Esto es una oxidación (perdida de electrones).
 Hierro: Fe(2+)/Fe –> -0,44
 Fe + 2H+  H2 + Fe2+
 En conclusión
podemos
decir a su
potencial del
hierro y al
contacto con
el medio
ambiente la
oxidación va
ser mayor
grado, que
esto
provocara,
fallas mecánicas, físicas químicas, provocando el deterioro del acero.
EN SISTEMA CERRADO
 El grado de oxidación de un metal va ser menor porque no está en
contacto con algún elemento oxidante u otros elementos que provoquen
la oxidación…

-
 Pero hay casos que a efectos como un claro ejemplo en la práctica
realizada la oxidación del acero dentro de un horno eléctrico, va
depender de otros factores como el aumento de temperatura.
 Con aumento de temperatura en el horno la oxidación va ser mayor
porque existe la rápida disociación del elemento del oxígeno que
contiene y contiene impurezas y va ver variación de su microestructura,
la existencia de vacancias de sus átomos en el acero que esto
provocara la rápida oxidación.
 Con el aumento de temperatura va existir aumento de energía interna,
Aunque las vacancias y los intersticios incrementan la energía en el
cristal, también incrementan la entropía del sistema así que la energía
libre del cristal se ve disminuida por la presencia de los defectos
puntuales.
 Así mismo la existencia de vacancias es el fundamento para la difusión
en estado sólido de metales y aleaciones. Entonces, la rapidez de
difusión en metales y aleaciones incrementa exponencialmente con la
temperatura, no solo porque las
vacancias también aumentan sino
porque hay más energía térmica
disponible para superar la energía
de activación requerida para los
movimientos de vacancias en el
proceso de difusión.
 Entonces podemos para terminar
podemos decir que en un sistema
cerrado un ejemplo en un horno va
depender mucho de la temperatura
5. ¿Qué INFLUENCIA TIENE EL OXIGENO EN LA FORMACION DEL
OXIDO?
OXIGENO
El oxígeno es un elemento químico de número atómico 8 y representado
por el símbolo O. En condiciones normales de presión y temperatura, dos
átomos del elemento se enlazan para formar el dioxígeno, un gas diatómico
incoloro, inodoro e insípido con fórmula O2. Esta sustancia comprende una
importante parte de la atmósfera y resulta necesaria para sostener la vida
terrestre. El oxígeno forma parte del grupo de los anfígenos en la tabla
periódica y es un elemento no metálico altamente reactivo que forma

-
fácilmente compuestos (especialmente óxidos) con la mayoría de
elementos, excepto con los gases nobles helio y neón.
Asimismo, es un fuerte agente oxidante y tiene la segunda
electronegatividad más alta de todos los elementos, solo superado por el
flúor. Medido por su masa, el oxígeno es el tercer elemento más abundante
del universo, tras el hidrógeno y el helio, y el más abundante en la corteza
terrestre, formando prácticamente la mitad de su masa. Debido a su
reactividad química, el oxígeno no puede permanecer en la atmósfera
terrestre como elemento libre sin ser reabastecido constantemente por la
acción fotosintética de los organismos que utilizan la energía solar para
producir oxígeno elemental a partir del agua. El oxígeno elemental O2
solamente empezó a acumularse en la atmósfera después de la aparición
de estos organismos, aproximadamente hace 2500 millones de años. El
oxígeno diatómico constituye el 20,8 % del volumen de la atmósfera
terrestre.
Carl Wilhelm Scheele descubrió el oxígeno de forma independiente en
Upsala en 1773, o incluso antes, y Joseph Priestley, en Wiltshire en 1774,
pero el honor suele adjudicársele a Priestley debido a que publicó su
trabajo antes. Antoine Lavoisier, cuyas investigaciones ayudaron a
desacreditar la entonces popular teoría del flogisto de combustión y
corrosión, acuñó el nombre «oxígeno» en 1777. Este se produce
industrialmente mediante la destilación fraccionada de aire licuado, el uso
de zeolita con ciclos de presión para concentrar el oxígeno del aire, la
electrólisis del agua y otros medios. El oxígeno se utiliza en la producción
de acero.
IMPORTANCIA DEL OXIGENO

-
Debido a su electronegatividad, el oxígeno forma enlaces químicos con
casi todos los demás elementos a temperaturas elevadas para dar los
óxidos correspondientes. Sin embargo, algunos elementos forman óxidos
directamente a condiciones normales de presión y temperatura, como el
orín formado del Hierro. La superficie de metales como el aluminio y el
titanio se oxidan en presencia del aire y se cubren con una fina capa de
óxido que pasiva el metal y ralentiza la corrosión. Algunos de los óxidos
metálicos de transición se encuentran en la naturaleza como compuestos
no estequiométricos, con ligeramente menos metal de lo que la fórmula
química sugiere. Por ejemplo, el FeO (wustita), que se forma de manera
natural, se escribe en realidad como Fex-1O, donde la «x» está
normalmente en torno a 0,05.
El oxígeno como compuesto está presente en la atmósfera en pequeñas
cantidades en forma de dióxido de carbono (CO2). La roca de la corteza
terrestre se compone de grandes partes de óxidos de Silicio (dióxido de
silicio SiO2, que se encuentra en el granito y la arena), aluminio (alúmina
Al2O3, en la bauxita y el corindón), hierro (óxido férricoFe2O3, en la
hematita y el orín) y calcio (carbonato cálcico CaCO3, en la caliza). El resto
de la corteza terrestre se compone también de compuestos de oxígeno, en
particular varios silicatos complejos. En el manto terrestre, de una masa
mucho mayor que la corteza, abundan los silicatos de hierro y Magnesio.
Los silicatos solubles en agua con las formas Na4SiO4, Na2SiO3 y
Na2Si2O5 se utilizan como detergentes y adhesivos. El oxígeno también
actúa como ligazón para metales de transición, formando enlaces de O2
metálico con el átomo de iridio en el complejo de Vaska, con el platino en el
PtF6 y con el centro de hierro en el grupo hemo de la hemoglobina.

-
La mayoría de los metales se encuentran en estado natural formando parte
de minerales, ya sea como oxido o metales. El mineral común de hierro se
asemeja al herrumbre, este es convertido a fierro metálico mediante el
empleo de energía y esta misma energía es la que se libera cuando el
hierro se convierte en herrumbre debido a la corrosión en efecto, es la
energía que guarda el metal durante el proceso de refinación lo que hace
posible el proceso de corrosión.
Como siempre que se presenta la oxidación de un metal existe corrosión,
en algunos casos el óxido formado es resistente y forma una capa gruesa
de óxido que impide que el resto del material continúa oxidándose .Este
fenómeno es común en materiales de aluminio, zinc y magnesio.
Los agentes oxidantes que aceleran la corrosión de algunos materiales
pueden retrasar la corrosión de otras, mediante la formación en sus
superficies de óxidos o capas de oxígeno absorbidos que los hacen más
resistentes a los ataques químicos. Por lo general, las piezas se ven
afectadas por agentes como: el aire y humedad, agua, agua salada, vapor
(H2O a una temperatura entre 200 a 400 ºC), distintos gases como los
CFC, NH3, ácidos orgánicos.
Sí se expone una superficie metálica limpia a la acción del oxígeno, el
metal comenzará a reaccionar con el oxígeno formando óxidos.
Por ejemplo una pieza de Fe (metal que presenta más de una valencia)
calentada al aire seco, por encima de 500ºC se oxida a apreciable
velocidad formando una película con la siguiente estructura.
Estructura de la película formada por la oxidación. A escala
Material + Oxígeno → Óxido de material ±Energía.

-
6. ¿QUE DISPOSITIVOS TIENDEN A OXIDARSE EN UN HORNO DE
TOSTACION, EN UNA CALDERA Y EN UN HORNO DE FUNDICION?
Los dispositivos son aparatos o mecanismos que desarrollan determinadas
acciones, muchos dispositivos de ingeniería operan bajo las mismas
condiciones, durante largos periodos. Hablando de este tema encontramos
dos grandes grupos de componentes, teniendo por otro lado la parte física
del equipo es dispositivos de Hardware, y por otro lado los sectores lógicos
del sistema. En este trabajo solo nos dedicaremos a la parte física del
equipo.
 Dispositivos que tienden a oxidarse en un horno de tostación
En un horno de tostación ocurre
reacciones térmicas de solido –
gas, que pueden incluir
oxidación reducción, cloración y
sulfatación. La oxidación que
ocurre a la presencia de altas
temperaturas se pude explicar
mediante los diagramas de
Ellingan para la formación de
óxidos y reacción del metal con
el oxígeno. El contenido de
humedad óptimo del concentrado para el horno esta entre 8 y 9 % esta
humedad por el efecto de sobrecalentamiento trayendo problemas en la
salida de los gases generando óxidos en las paredes de los tubos de
salida de los gases.
 Dispositivos que tienden a oxidarse en una caldera
Una caldera es un dispositivo
que está diseñado para
generar vapor saturado, para
ello el principal componente
son: Las tuberías para calderas
suelen fabricarse de diversos
materiales, ya que depende en
gran parte del líquido que
transportarán.

-
Los materiales más comunes son el latón, cobre y aluminio. Debido a
que estos materiales trabajan a alta presión y temperatura tienden a
oxidarse ya que están en contacto directo con al agua o con el oxígeno
por lo tanto generan incrustación en las paredes del tubo que transporta
el fluido, ya sea en estado liquida o gaseosa.
Las tuberías para calderas deben responder a los requerimientos de la
aplicación, es decir, tener una excelente resistencia a la corrosión,
temperatura y presión. Caso contrario ya no tenderían a oxidarse, si no
se oxidaría completamente, obstruyendo el paso del fluido por el interior
del tubo por lo tanto generando problemas en el sistema.
 Dispositivos que tienden a oxidarse en un horno de fundición
En un horno de tostación se utilizan dispositivos para poder medir las
temperaturas y uno de ellos más utilizados es.
 La termocupla K, también se le llama termopares, y tenemos de
composición (Níquel - Cromo y Níquel - Aluminio), se usa típicamente
en fundición tiene un rango de temperatura de -200°C a +1372°C y
una sensibilidad 41µV/°C, por ejemplo fundición de cobre y hornos de
tratamientos térmicos.
 Las termocuplas R, S, B se usan casi exclusivamente en la industria
siderúrgica (fundición de acero).
Por más que él posee
buena resistencia a la
oxidación, los termopares
tipo K también tienden a
oxidarse en una atmósfera
oxidante ya que trabaja en
altas temperatura. Con la
necesidad de ser
reemplazados. Si esto
involucra la desactivación
y el enfriamiento del alto
horno, puede ser difícil y
una actividad costosa.

-
7. EN LOS PROCESOS INDUSTRIALES, ¿Cómo SE CONTROLA LA
TEMPERATURA DEL PROCESO Y QUE TIPOS DE DISPOSITIVOS
EXISTEN PARA ESE CONTROL?
A escala comercial, la sinterización es un proceso de aglomeración de
productos férricos mediante el concurso de una fase liquida localizada a lo
largo de una banda (ancho de la parrilla de la máquina de sinterización) de
pequeño espesor.
El control de la temperatura se realiza mediante la observación de cada
una de las fases en las cuales el metal se convierte.
Algunas de las reacciones en el frente de sinterización, donde las
temperaturas superan los 1000°C, son:
C(cok,s) + O2(g) ↔ CO2(g)
C(cok,s) + CO2(g) ↔ CO2(g)
Fe2O3(s) + CO(g) ↔ 2FeO(g) + CO2(g)
3Fe2O3(s) + CO(g) ↔ 2Fe3O4(g) + CO2(g)
2Fe2O3(s) + CaO(g) ↔ 2Fe2O3.CaO(l)
Fe2O3(s) + CaO(g) ↔ Fe2O3.CO2(l)
La primera fase liquida durante el calentamiento del sinter aparecerá a
1214°C como consecuencia de la afinidad eutéctica ternaria de tres
especies como wollastonita, rankinita y hematites, segun el equilibrio:
SiO2.Cao + 2Sio2.3Cao + Fe2O3 ↔ Liquido
Si bien la wollastonita puede ser una fase compatible a temperatura
ambiente en el producto sinterizado a temperatura ambiente en el producto
sinterizado, la rankinita se puede formar como consecuencia de las
reacciones entre las ferritas y los materiales acidos. La cantidad de fase
liquida que desarrolla el sinter a 1214°C es aproximadamente del 18%.
Alcanzados los 1230°C tiene lugar la aparición de una nueva fase solida
por reacción peritéctica ternaria.
Liquido + Rankinita + Hematites ↔ 2CaOSiO2
A 1230°C la cantidad de líquido es el producto sinterizado se elevaría hasta
un 35%. Por encima de los 1230°, las fases solidas de rankinita y silicato
dicalcico se disolvieran en la fase liquida quedando el hematites como la
última fase solida presente en el sistema.

-
A 1300°c la cantidad de fase liquida en equilibrio con el hematites sería del
42%. Antes de alcanzar los 1395°C tiene lugar la descomposición térmica
de los hematites.
Concluyéndose que por encima de esta temperatura la fase termodinámica
estable es la magnetita (campo de cristalización del sinter).
A 1440°C se llegaría a la temperatura de liquidus del sistema lo que se
correspondería con un intervalo de ablandamiento de 226°C.
INSTRUMENTOS DE MEDICION.-
Entre los principales y más comunes instrumento de medición tenemos:
Termómetro Bimetálico.- Se basan en el
distinto coeficiente de dilatación de dos
metales diferentes, tales como latón, monel
o acero. Un termómetro Bimetálico contiene
pocas partes móviles, solo la aguja
indicadora sujeta al extremo libre de la
espiral o de la hélice y el propio elemento
Bimetálico. No hay engranajes que exija un
mantenimiento. La precisión es de ±1% y su
campo de medida es de –200 a 500 °C.
Termómetro de bulbo.- Consiste
esencialmente en un bulbo conectado por
un capilar a una espiral. Cuando la
temperatura del bulbo cambia, el gas o el
líquido en el bulbo se expanden y la espiral
tiende a desenrollarse moviendo la aguja
sobre la escala para indicar la elevación de
la temperatura del bulbo.

-
8. DETERMINAR EL INDICE DE PILLING-BEDWORTH
Dónde:
w = Peso fórmula del Metal.
W = Peso Molecular del Oxido.
D = densidad del Oxido.
d = densidad del metal.
METAL-OXIDO DENSIDAD OXIDO
(g/cc)
DENSIDAD DEL
METAL (g/cc)
RELACION
PILLING-
BEDWORTH
Fe – Fe2O3 5.26 7.87 2.18
2Fe + 3/2O2 ----------------> Fe2O3
-WFe2O3 = 160 g/mol
-wFe = 2x(56) = 112g/mol
P-B =
160×7.87
2×(56)×5.26
= 2.18
 Si P-B < 1 forman óxidos no protectores, suelen ser porosos.
 Si P-B = 1 se forma una película de óxido compacta y sin tensiones internas,
considerada como película protectora.
 Si P-B > 1 se forman una película de óxido compacta sujeta a las fuerzas
internas de compresión, esto ocurre en la mayoría de los metales
 Si P-B >> 1 existe resquebrajamiento del óxido. En algunos casos la
resistencia de la oxidación aumenta con el incremento de la temperatura.
Por tanto el índice P-B es mayor que 1, lo que significa que el óxido no llega a cubrir el
metal, ya que existen fuerzas de compresión en la película, el recubrimiento de óxido
se rompe y la película pierde cohesión con el metal (Fe).
9. CALCULAR LA DIFERENCIA DE PESOS VS. VELOCIDAD DE
CORROSION
𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑃. & 𝐵. =
𝑊. 𝑑
𝑤. 𝐷

-
CONCLUSIONES
 Podemos decir que la corrosión depende del entorno, y este entorno
posee un medio lleno de condiciones que limitan la vida del material.
Entre las condiciones más influyentes se encuentran la temperatura, la
salinidad del fluido en contacto con el metal y las propiedades de los
metales en cuestión.
 A mayor temperatura, menor es la energía necesaria para que el
proceso de corrosión inicie (energía de activación).
 A mayor temperatura, mayor es la velocidad de corrosión y mayor es la
ganancia de peso por productos de corrosión en el metal estudiado.
 El incremento de la temperatura no produce efecto sobre la ley cinética
que rige el proceso de corrosión, pero si favorece dicho proceso
RECOMENDACIONES
 Los métodos más comunes de la superficie de protección para el acero
son los siguientes:
 Tratamiento anticorrosivo de pintura
 Galvanización en caliente
 Galvanoplastia
 Spray de galvanizado
 Cromado-Engomado
 Limpiar bien la superficie de las muestras a ensayar y evitar el contacto
con las manos luego de la etapa de lavado y desengrasado del metal, ya
que la grasa adherida a estas, disminuye el área efectiva expuesta a la
corrosión e introduce errores en los resultados.
 Al introducir las probetas en el horno, llevar un control estricto del tiempo
con el fin de evitar una mayor ganancia de peso a causa de tiempos
prolongados en el interior del horno, pues esto conllevaría a posibles
errores en los cálculos.
 Monitorear constantemente la temperatura del horno, para evitar el
sobrecalentamiento de las muestras que posteriormente pueda
ocasionar errores durante los respectivos cálculos.
 Al momento de sacar las muestras del horno, intente hacerlo lo más
rápido posible para evitar caídas en la temperatura dentro del horno, así
como disminuir riesgos de danos en el recubrimiento refractario de este.
BIBLIOGRAFIA

-
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metales no ferrosos, 1980, Editorial MIR, Moscu.
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Extractiva Vol II, Editorial Ciencias Quimicas, España.
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CorrosionAAltaTemperaturaDeLasAleaciones9Cr1MoModi-4560550.pdf
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

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