REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NÚCLEO ZULIA DIVISIÓN ACADÉMICA FUNDAMENTOS DE CORROSIÓN Y PROTECCIÓN PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS RESUELTOS 1.- Un proceso de electrodeposición electrodeposición de cobre cobre utiliza 15 A de corriente para disolverquímicamente (corroer) un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Si se suponeque no hay reacciones secundarias, ¿Cuánto tiempo tardarán en corroerse 8,50 g de cobre delánodo? Solución al Problema
El tiempo que tarda el cobre del ánodo en corroerse puede ser determinado por la ecuación: En este caso,
El tiempo que tarda el cobre del ánodo en corroerse puede ser determinado por la ecuación: En este caso,
2.- Un tanque cilíndrico de acero suave (bajo en carbono) de 1 m de altura y 50 cmde diámetro, contiene agua aireada hasta un nivel de 60 cm y muestra una pérdida de pesodebido a la corrosión de 304 g al cabo de 6 semanas.
Calcular: a) La corriente de corrosión; b) La densidad de corriente implicada en la corrosión del tanque. Supóngase que la corrosión esuniforme sobre la superficie interior del tanque y que el acero se corroe en la misma forma queel hierro puro. Solución al Problema
a) Usaremos la ecuación siguiente para conocer la corriente de corrosión:
Debemos convertir el tiempo, 6 semanas, en segundos y luego podremos sustituir todos los valores en la ecuación anterior:
b) La densidad de corriente es Area de la superficie corroída del tanque = área lateral + área de fondo
3.- La pared de un tanque de acero conteniendo agua aireada se está corroyendo auna velocidad de 54,7 mdd. ¿Cuánto tardará en disminuir el espesor de la pared en 0,50 mm? Solución al Problema
La velocidad de corrosión es 54,7 mdd, o 54,7 mg de metal se corroe en cada dm2 de superficie por día. La densidad del hierro es 7,87 g/cm 3. Dividiendo la velocidad de corrosión en g/(cm2 · día) por la densidad de la profundidad de corrosión por día como
El número de días necesitados para una disminución de 0,50 mm se puede obtener por la relación
X = 719 días 4.- Una muestra de cinc se corroe uniformemente con una densidad de corriente de4,27×10-7 A/cm2 en una solución acuosa. ¿Cuál es la velocidad de corrosión del cinc en mg por dm2 por día (mdd)?
La reacción para la oxidación del cinc es: Zn
Zn2+ + 2e-
Solución al Problema
Para efectuar la conversión de densidad de corriente a mdd, usaremos la ecuación de Faraday para calcular los mg de Zn corroídos en un área de 1 dm2/día (mdd).
w = 1,25 mg de Zn corroído en un área de 1 dm 2 en un día, o lo que es lo mismo, la velocidad de corrosión es 1,25 mdd. 5.- Se desea diseñar un tanque para contener ácido clorhídrico diluido, y elmaterial seleccionado para ello es un acero al carbono (F 1120), con una densidad de 7.81g/cm3, que tiene una velocidad de corrosión en ese medio de 45 mdd (mg por dm2 por día) .Estimar el sobrespesor con que debería diseñarse el depósito para asegurar al menos 10 añosde vida. Solución al Problema
Considerando la velocidad de corrosión de 45 mg/dm 2 día, y ya que deseamos asegurar al menos 10 años, es decir alrededor de 3650 días, la cantidad de material a corroer en ese tiempo será: Si consideramos la densidad del acero del 7.81 · 10 3 g/dm3 y teniendo en cuenta la corrosión por unidad de superficie, el sobrespesor lo obtendremos por el cociente entre la velocidad de corrosión superficial y la densidad del material, es decir:
6.- Una lámina de 800 cm2 de una aleación metálica, de densidad 4.5 g/cm3, seencuentra sumergida en agua de mar. Debido a la corrosión, ha experimentado una pérdida demasa de 760 g. Suponiendo una velocidad de corrosión generalizada de 0.4 mm/año, calcular eltiempo de servicio en años de la lámina. Solución al Problema
La lámina experimenta una pérdida de peso uniforme de 760 g, por lo que el espesor corroído vendrá expresado por: Si la velocidad de corrosión es de 0,4 mm/año, el tiempo de servicio vendrá expresado como:
7.- Una superficie de cobre se corroe por agua de mar, con una densidad decorriente de 2,45 x 106 A/cm 2. Determinar: a) ¿Cuál es la velocidad de corrosión en mdd? b) ¿Qué espesor de metal se corroe en seis meses? Considerar: El peso de un mol de cobre es de 63.4 g. La densidad del cobre es de 8.03 g/cm3. La constante de Faraday es 96500 A · s/mol.
a) La velocidad de corrosión la obtendremos tras evaluar el peso de material corroído en un dm 2, es decir en 100 cm 2, y en un dia, es decir 24 x 3600 s.
b) Para calcular el espesor perdido en seis meses, iniciaremos el cálculo de la pérdida de peso en ese tiempo, expresado por:
8.- Una pieza de aleación de níquel experimenta una oxidación a elevadatemperatura que responde a una ley parabólica del tipo: W2 = at + b
Con un incremento de masa por la oxidación expresada en la tabla: W (mg/cm2) 0.527 0.857 1.526
Tiempo, t (minutos) 10 30 100
Determinar la oxidación después de transcurridas diez horas. Solución al Problema
Planteando el sistema de ecuaciones, para la función: tendremos:
por tanto, la oxidación será: de donde:
9.- Una chapa de acero de 100 mm x 200 mm x 2 mm presenta en un ensayo decorrosión por inmersión durante 3 meses en agua de mar una pérdida de peso -una vezdecapada- de 6,45g. La corrosión es generalizada y tiene lugar por ambas caras. Determine suresistencia a la corrosión, expresada en mm penetración/año.Considerar la densidad del acero7,81 g/cm3. Solución al Problema
La chapa experimenta una pérdida de peso uniforme de 6,45 g en los tres meses, por lo que considerando la superficie total expuesta, despreciando el espesor de la misma, como: Y por tanto, el espesor corroído vendrá expresado por: durante los tres meses de ensayo, por lo que la velocidad expresada en mm/año será:
10.- Una estructura de 560 Tm de peso, considerando las hipótesis de carga ysobrecargas de cálculo, está soportada por cuatro pilares de acero, de 380 MPa de límiteelástico y 520 MPa de carga de rotura, de forma tubular de 25 cm de diámetro exterior y 5 mmde espesor, en los que
se reparte de manera uniforme el peso total de la estructura. Estos pilaresse encuentran sumergidos en parte en agua de mar, soportando la mencionada estructura fuerade ella, en la que el acero se corroe a una velocidad de 1,80 mdd.Determinar el tiempo a partir del cual pueden encontrarse deformaciones en la estructura.Considerar la densidad del acero de 7,81 g/cm3. Solución al Problema
Cada uno de los pilares soporta una carga de 560 · 10 3 · 9,8 / 4 = 1372000 N = 1372 kN. La sección de cada uno de los pilares es: Considerando el límite elástico del material, la sección mínima del mismo para que no se presenten deformaciones vendrá dada por: con lo que el diámetro exterior mínimo será: lo que supone un espesor perdido de 125 - 124,697 mm = 0,303 mm. Si consideramos una longitud de los pilares, expuesta a la corrosión, de 1 metro, podrá corroerse, correspondiente a una superficie de , un volumen de aproximadamente 237,98 cm 3. Lo que supondrá una pérdida de peso de 1856,24 g. Si la velocidad de corrosión, expresada en mg/dm 2 · día es de 1,80, el tiempo estimado antes de presentar deformación será:
11.- Se diseña una balsa para almacenar el agua de riego de una explotaciónagrícola, en chapa ondulada de acero con un 0,08% de carbono (AP02), con una densidad de7,81 g/cm3, que presenta una velocidad de corrosión, para el agua con la concentración denitratos y cloruros analizada, de 23 mg/dm2·dia. Estimar el sobrespesor con que deberíadiseñarse el material para asegurar al menos 12 años de servicio. Solución al Problema
La pérdida de peso por dm 2 del material durante los 12 años será: por lo que el sobreespesor necesario será:
12.- La pared de un tanque de acero, conteniendo agua desmineralizada, se corroea una velocidad de 30 mg/dm2-dia. ¿Cuánto tiempo tardará en disminuir el espesor de la pared0,8 mm?Estimar la densidad del acero = 7,81 g/cm3 Solución al Problema
La velocidad de corrosión expresada como disminución del espesor en función del tiempo será: por lo que para disminuir 0,8 mm necesitará:
