INFORME DE LABORATORIO CORROSION GALVANICA- PROTECCION CATODICA
DANIEL ARAMBURO KAREN RIVERA ANDREA PALACIO NICOLAS REYES
PROFESOR: OSCAR JAVIER SUAREZ
FUNDACIÓN UNIVERSIDAD DE AMÉRICA FACULTAD DE INGENIERÍA BOGOTÁ D.C. 2013
OBJETIVOS
Aplicar los conceptos teóricos sobre la de corrosión corrosión en metales. Aplicar los conceptos teóricos sobre la termodinámica termodinámica de los procesos de corrosión de los metales. Que el estudiante conozca conozca los conceptos conceptos básicos básicos y aplicación de de la protección catódica.
PROCEDIMIENTO
Construir el electrodo de referencia (Cu-CuSO4) con una jeringa de 10 mL, gelatina, sal y solución se Sulfato de Cobre concentrado.
Llenar media botella con arena y agregar 100 ml de solución salina
Hacer el montaje de los electrodos y enterrarlos en la arena
Conectar el hierro
Conectar
Quitar el
Tomar un
al polo – y al polo +
mediante el
revestimiento
electrodo de
el grafito
cable de cobre
de 20 cm de
hierro (Fe) y
electrodo de Fe
cable de cobre
enterrarlo en la
y Zn
y conectar a un
arena
electrodo de Fe
Para cada uno de los electrodos medir el potencial con respecto al electrodo de referencia referencia todos enterrados en la arena
Medir el pH de la mezcla deDATOS arena, cubrir con una bolsa e ir tomando los registros fotográficos durante 5 semanas para su posterior análisis
Tabla de datos No. 1. Datos de propiedades del medio corrosivo (arena húmeda).
Salinidad del agua pH Agente corrosivo
20 g NaCl/L 6,5 FeCl3 0,5% en peso
Tabla de datos No. 2. Datos de potencial para electrodos independientes y celdas galvánicas formadas en el montaje experimental. Valores de potencial versus Cu/CuSO 4.
Electrodo
Potencial (mV)
Celda Galvánica
Potencial (mV)
Acero (Fe) Cinc (Zn) Cobre (Cu) Grafito (C)
-400 -1004 -130 -68
Acero - Zinc Acero - Cobre
-992 -440
Tabla de datos No. 3. Datos de potencial para los electrodos de la celda Acero-Grafito (FeC) con la aplicación de un voltaje de 1,5 V para la protección catódica. Valores de potencial versus Cu/CuSO4.
Electrodo
Potencial (mV)
Puntilla de acero Barra de Grafito
-640 980
RESULTADOS Tabla de resultados No. 1. Datos de potencial para electrodos independientes y celdas galvánicas formadas en el montaje experimental. Valores de potencial versus ENH.
Electrodo
Potencial (mV)
Celda Galvánica
Potencial (mV)
Acero (Fe) Cinc (Zn) Cobre (Cu) Grafito (C)
-82 -686 188 250
Acero - Zinc Acero - Cobre
-674 -122
Tabla de resultados No. 2. Datos de potencial para los electrodos de la celda Acero-Grafito (Fe-C) con la aplicación de un voltaje de 1,5 V para la protección catódica. Valores de potencial versus ENH.
Electrodo
Potencial (mV)
Puntilla de Acero Barra de Grafito
-322 1298
Diagramas de Pourbaix antes de realizar las condiciones eléctricas: Acero (Fe)
Figura No. 1. Diagrama de Pourbaix para el Hierro (Puntilla de Acero) antes de realizar conexión eléctrica entre los electrodos, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 102.
Zinc (Zn)
Figura No. 2. Diagrama de Pourbaix para el Zinc antes de realizar conexión eléctrica entre los electrodos, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 281.
Cobre (Cu)
Figura No. 3. Diagrama de Pourbaix para el Cobre antes de realizar conexión eléctrica entre los electrodos, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of EhpH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 86.
Grafito (C)
Figura No. 4. Diagrama de Pourbaix para el Carbono (Barra de Grafito) antes de realizar conexión eléctrica entre los electrodos, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 53.
Diagramas de Pourbaix despues de realizar las condiciones eléctricas: 1. Celda Fe-Zn
Figura No. 5. Diagrama de Pourbaix para el Hierro (Puntilla de Acero) en la celda galvánica Fe-Zn, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 102.
Figura No. 6. Diagrama de Pourbaix para el Zinc (Zn) en la celda galvánica Fe-Zn, T=298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 281.
2. Celda Fe-Cu
Figura No. 7. Diagrama de Pourbaix para el Hierro (Puntilla de Acero) en la celda galvánica Fe-Cu, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 102.
Figura No. 8. Diagrama de Pourbaix para el Cobre (Cu) en la celda galvánica Fe-Cu, T=298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 86.
3. Celda Fe-C con corriente impresa
Figura No. 9. Diagrama de Pourbaix para el Hierro (Puntilla de Acero) en la celda galvánica Fe-C con corriente impresa, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 102.
Figura No. 9. Diagrama de Pourbaix para el Carbono (C) en la celda galvánica Fe-C con corriente impresa, T= 298,15 K , P= 1 Bar. Adaptado de: Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. p. 53.
REGISTRO FOTOGRAFICO Montaje
Puntilla
Alambre de cobre
Alambre de cobre y puntilla
Lamina de zinc
Lamina de Cinc y puntilla
Grafito
Grafito con puntilla.
Primera semana
1. Hierro (Puntilla de acero enterrada sin ninguna conexión).
En esta semana la puntilla no presenta corrosión. 2. Celda Hierro-Cobre
El alambre de cobre que se encuentra unido a la puntilla por el otro extremo empieza a corroerse actuando como ánodo y la puntilla no presenta corrosión, es decir, que está actuando como cátodo. 3. Celda Hierro-Cinc
La puntilla que se encuentra unida por un alambre de cobre a una lámina de zinc sigue igual comportándose como cátodo.
La lamina de Cinc empieza a perder su brillo y se va volviendo débil de manera que un pedazo de esta se desprende. 4. Celda Hierro-Grafito con protección por corriente impresa
El grafito que está unido por medio de un alambre de cobre y una pila a una puntilla permanece igual actuando como cátodo y la puntilla que está al otro extremo se empieza a corroer actuando como ánodo. Segunda semana
1. Hierro (Puntilla de acero enterrada sin ninguna conexión).
En esta semana la puntilla se empieza a corroer.
2. Celda Hierro-Cobre
El alambre de cobre sigue perdiendo su brillo y la corrosión avanza; la puntilla sigue igual. 3. Celda Hierro-Cinc
La puntilla sigue igual y no ha perdido su brillo.
La lámina de Cinc se sigue poniendo opaca y otro pedazo de ella se desprende.
4. Celda Hierro-Grafito con protección por corriente impresa
El grafito permanece igual y en la puntilla es más evidente la corrosión. Tercera semana
1. Hierro (Puntilla de acero enterrada sin ninguna conexión).
La puntilla sufre una corrosión mucho más fuerte y notoria. 2. Celda Hierro-Cobre
El alambre de cobre se sigue corroyendo y la puntilla sigue igual.
3. Celda Hierro-Cinc
La lámina de Cinc sigue poniéndose opaca pero en esta semana no se desprende nada de ella. 4. Celda Hierro-Grafito con protección por corriente impresa
La puntilla se corroe más y el grafito sigue intacto.
ANALISIS El análisis de la corrosión en el Hierro se evaluará a partir de la comparación de las diferentes celdas galvánicas y electrolíticas montadas en el laboratorio y su comparación con el diagrama de Pourbaix que ilustra estas situaciones en condiciones ideales. 1. Hierro (Puntilla de acero enterrada sin ninguna conexión). Como se puede evidenciar en la figura No.1., el hierro en estas condiciones de pH y de potencial se encuentra en la zona de corrosión activa, sin embargo muy cerca de la zona de pasivación. Es por esto que se observa corrosión en la puntilla de Acero de forma gradual, es decir, a pesar de que la puntilla evidentemente se corroe, puede que en algún momento se formen algunos Hidróxidos sobre la superficie de la puntilla y esta se pasive. Lo observado en el montaje fue la corrosión activa de la puntilla y en ningún momento se observaron dichos Hidróxidos.
2. Celda Hierro-Cobre En este caso, los diagramas de Pourbaix muestran al Hierro en una condición muy similar a la situación 1. Mientras el cobre se encuentra en la zona de inmunidad. Sin embargo lo observado en el montaje fue todo lo contrario, el metal que resulto corroído fue el Cobre en lugar del Acero. Lo anterior se puede deber a que la aleación de Acero con la que fue fabricada la puntilla contiene algunos elementos que lo hacen menos susceptible a la corrosión, es decir lo ponen por encima del Cobre en una serie galvánica (con menor actividad). La discordancia con los datos en los diagramas tiene que ver con que el diagrama de Pourbaix utilizado en este caso para representar el Acero fue el del Hierro, que digamos se aproxima en cierta forma, sin embargo este no considera dichos componentes que hacen más noble al Acero. En el diagrama del Hierro (Figura No. 7.) se puede observar el descenso en el potencial del material cuando se conecta al Cobre (Observable también comparando los valores en la tablas de resultado No. 1. Para el Hierro solo y conectado al Cobre), acercándose más a la zona de inmunidad. En este caso, el ánodo de sacrificio fue el Cobre, el cual se oxido debido a su mayor actividad respecto al Acero con el que estaba conectado. A pesar de lo anteriormente expuesto, según los potenciales iniciales medidos para cada uno de los materiales, el que se debió haber corroído fue el Acero y no el cobre, debido a que 3. Celda Hierro-Cinc En este caso se puede observar claramente la acción de la protección catódica por ánodo de sacrificio. Los diagramas de Pourbaix para el Hierro y el Cinc (Figuras No. 5 y 6) en la celda, comparadas con los de los electrodos solos (Figuras No. 1 y 2) evidencian como el potencial del Hierro bajo considerablemente hasta practicamente llegar a la zona de inmunidad mientras el potencial del Cinc subió aún más, lo que si se analiza en un diagrama E v.s. i aumenta considerablemente la tasa de corrosión. En el montaje la puntilla no se corroe debido a lo mencionado en el punto 1. del presente análisis, la aleación de Acero con la que fue fabricada la puntilla contiene algunos elementos que lo hacen menos susceptible a la corrosión, cosa que no tiene en cuenta el diagrama de Pourbaix. 4. Celda Hierro-Grafito con protección por corriente impresa La protección catódica por corriente impresa se realizó mediante la aplicación de 1,5 V a la celda en la que se utiliza un elemento inerte como ánodo. Los diagramas de Pourbaix para este caso
muestran que la corriente impresa disminuye el potencial al que se corroe el Acero (de -82 mV a -322 mV comparando las tablas de resultados No. 1 y 2), acercándose a la zona de inmunidad pero sin alcanzar a llegar a esta, lo que si sucede es que al bajar el potencial la velocidad de corrosión es menor (la puntilla con corriente impresa mostró menor corrosión que la puntilla sola). Por su parte el grafito aumenta su potencial pero al ser un elemento inerte este no se corroe. 5. Serie galvánica de los metales utilizados, en orden de menor a mayor actividad son: Según el experimento realizado
Según datos de algunos libros
Grafito (C) Acero (Fe) Cobre (Cu) Cinc (Zn)
Grafito (C) Acero inoxidable 18-8 Cobre (Cu) Cinc (Zn) CONCLUSIONES
1. De los sistemas de protección catódica utilizados, el más efectivo fue el de Cinc como Ánodo de sacrificio, lo anterior se debe a que el Cinc es un elemento mucho más activo y más alejado en la serie galvanica del Acero, que fue el elemento a proteger. 2. Los métodos de protección catódica tanto como por corriente impresa como por Cobre como ánodo de sacrificio, disminuyeron la velocidad de corrosión de la puntilla pero no evitaron la corrosión, lo anterior podría llegar a ser útil si se estiman tiempos de vida requeridos para las instalaciones que se quieren proteger. 3. La serie galvánica obtenida durante el experimento coincide con series galvánicas teóricas propuestas en algunos libros de corrosión. El material del que se compone la puntilla utilizada es probablemente Acero inoxidable 18-8 pues es el único encontrado con menor actividad que el Cobre. 4. El grafito y el zinc fueron útiles para la protección catódica del hierro. En el caso del grafito fue necesario conectar el grafito y la puntilla a una fuente de corriente para su efectiva protección, a diferencia del zinc ya que no hubo necesidad de aplicar una fuente externa solo fue suficiente conectar el zinc y el hierro, pues el zinc actuó como ánodo de sacrificio. 5. El ánodo de sacrificio es un efectivo método para controlar la corrosión pero su uso está limitado a bajos requerimientos de
corriente y a suelos de baja resistividad, a comparación del método de corriente impresa que puede alcanzar hasta 100 voltios. 6. Para este tipo de protección contra la corrosión, una muy buena táctica y al mismo tiempo barata y efectiva es la del ánodo de sacrificio, con un buen ánodo de sacrificio, los cambios no son tan periódicos, y llega ahorrar mucha más energía que con la protección catódica, que suponiendo el área a abarcar, resulta ser obsoleto, caro y muy poco efectivo en contra de la corrosión del ambiente.
REFERENCIAS Takeno, N. (2005). Atlas of Eh-pH diagrams: Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No.419. VILA CASADO , Gustavo. Corrosion. Electroquimica – Mecanismos y Metodos de control. Sistemas electroquímicos de control de la corrosión. Pag 211, 212.
