Escuela de Ingenierí a Metalúrgica y Ciencia de los Materiales-Abril de 2016 CURVAS CURVAS DE POLARIZACI
ÓN
EN ACEROS AL CARBONO
Dí az, az, Yhojan Eduardo; Pab ón, Nathalia; Uribe, Maria Carolina;
INFORME DE PR Á CTICA DE LABORATORIO DE CORROSI Ó N Universidad Industrial de Santander UIS INTODUCCIÓN
PROCEDIMIENTO [2]
La corrosión interna o externa en tuber ías de acero al
Para el desarrollo de la pr áctica se realizarán 3 etapas.
carbono, utilizadas principalmente en la industria
La primera etapa corresponde a la preparación de los
petrolera, podría representar pérdidas millonarias o
electrodos y la celda electroquímica, en donde se debe
una disminución en la producción de la planta. Por tal
pulir y limpiar el acero seleccionado como electrodo de
motivo, se han desarrollado investigaciones sobre
trabajo siguiendo las indicaciones de la norma ASTM
distintos métodos para prevenir los da ños ocasionados
E3 y evitando el contacto con la secci ón transversal de
durante el servicio por la presencia de este fen ómeno,
esta probeta. A su vez, se s e prepararán 500 mL la soluci ón
entre
estudios
electrolítica (5% NaCl) y se introducirán los electrodos
electroquímicos, cuyos principales objetivos son el
de referencia y auxiliar, después de ser limpiados con
conocimiento de la velocidad de corrosión mediante el
agua destilada, en las posiciones indicadas en la Figura 1.
análisis de las Curvas de Resistencia a la Polarizaci ón y
Figura 1. Posici ón de los electrodos en
el estudio de diversos factores como los mecanismos de
la celda electroquí mica. mica. Posici ón 1:
corrosión presentes en el sistema o la densidad de
Electrodo de referencia (Ag/AgCl),
corriente mediante las Pendientes de Tafel.
posición 2: Electrodo auxiliar (Grafito),
Las
los
cuales
curvas
de
se
destacan
polarización
los
muestran
la
posición 3: Electrodo de trabajo (Acero
interdependencia entre el potencial de electrodo y la
1020) a 3 mm del e. de referencia.
intensidad
determinarse
En la segunda etapa se realizar á la
aplicando una corriente constante y midiendo el
conexión de los electrodos al equipo de trabajo
potencial, repitiendo este procedimiento para diversos
(Potenciostato Potenciostato Gamry Instruments). Instruments). En este equipo se
valores de corriente y midiendo en cada caso el nuevo
conectarán los cables de contacto eléctrico a la celda
potencial alcanzado o aplicando un potencial constante
electroquímica, los cables USB al computador, el cable
y determinando la forma en que var ía la corriente. Las
de energía eléctrica y el polo a tierra como se indica en
pendientes de Tafel se obtienen al extrapolar las curvas
la Figura 2.
de
corriente;
pueden
de polarización y son útiles para determinar la densidad de corriente de intercambio. [1] En esta práctica de laboratorio se estudiar á el fenómeno de la corrosión en un Acero 1020 en un medio salino, mediante la medición y análisis, con la ayuda de un potenciostato, de las caracter ísticas nombradas.
Figura 2. Conexiones el éctricas del potenciostato. potenciostato. Finalmente, se ejecutará el software en una tercera etapa. Se seleccionarán las siguientes opciones: Ícono Gamry Framework > Experiment >Secuence Wizard.
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Para seleccionar los procedimientos a trabajar
Potencial a circuito abierto
(Potencial a Circuito Abierto, Resistencia a la
polarizaci ón y Curva Curva de Polarizaci ón) se irá la sección Available Steps > Carpeta General > Open Circuit Potencial > DC105 > Polarization Resistance.
-5,7600E-01 -5,7700E-01 -5,7800E-01
) V ( l a i c n e t o P
-5,7900E-01
Se pulsará nuevamente la opci ón Open Circuit Potencial
-5,8000E-01 -5,8100E-01
y finalmente, dar click en Potentiodynamic. Potentiodynamic.
NOTA: Al finalizar el proceso de secuencia, secuencia, en la sección
-5,8200E-01
-5,8300E-01
User Defined Sequence se deben observar los procedimientos procedimientos en el siguiente orden: 1. Open Circuit potential, 2. Polarization Resistance, 3. Open Circuit potential, 4. Potentiodynamic. Potentiodynamic. El último paso de la práctica corresponderá a la
Gr á fica 3. Curva de potencial a circuito abierto, t barrido barrido=
definición de los parámetros parámetros experimentales, haciendo
900 segundos.
clic en cada técnica en la sección User Defined Sequence, guardar la secuencia diseñada y conectar los caimanes a los electrodos en la celda.
-5,8400E-01 0
500
1000
Tiempo (Segundos)
La realización de los PCA es necesaria antes de hacer el ensayo de resistencia a la polarizaci ón y las curvas de polarización donde es necesario conocer el potencial de
RESULTADOS
estabilización.
Potencial a circuito abierto
Polarización
-5,1000E-01 -0,3
-5,2000E-01 ) V ( l a i c n e t o P
-5,3000E-01
-0,4
y = 0,0466ln(x) 0,0466ln(x) - 0,166
-5,4000E-01 -5,6000E-01
-0,6
-5,7000E-01
-0,7
-5,8000E-01 0
1000 2000 Tiempo (Segundos)
3000
Gráfica 1. Curva de potencial a circuito abierto, t barrido barrido=2700 segundos.
-0,575
) V ( l a i c n e t o P
-0,585
-0,59
-0,595
-0,8 -0,9 -1 1,5E-08
Resistencia a la polarización (Ω-cm²)
-0,58
) V ( l a i c n e t o p e r b o S
-0,5
-5,5000E-01
y = -0,262ln(x) -0,262ln(x) - 2,9229
0,0000015
0,00015
0,015
Log i (A/cm²)
Gráfica 4. Curva de polarización con un rango de -300 y = 201,82x 201,82x - 0,5774
a 300mV. Vbarrido=15mV/min.
PENDIENTES DE TAFEL TEÓRICAS: Reacción Anódica: → + 2 − Reacción Cat ódica: 2 4 − → 4 − De acuerdo a los electrones presentes en las reacciones del sistema y teniendo en cuenta la
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A N Á LISIS Y DISCUSI Ó N A medida que el tiempo avanzaba, durante la rama
inadecuada
de
barrido,
mala
condición
del
catódica se observaron burbujas sobre el electrodo
potenciostato, generación de productos de corrosión.
auxiliar y en la superficie del recipiente que contenía la
La determinación de la resistencia a la polarización es
solución hubo un cambio de color café. Así mismo,
importante ya que es inversamente proporcional a la
finalizando el experimento ara obtener la curva de
velocidad de corrosión, con ayuda de este valor y
polarización, se observó la presencia de burbujas
posteriormente la determinación de la constante de
alrededor del electrodo de grafito y un color entre café
proporcionalidad proporcionalidad obtenida a partir de las constantes de
y amarillo en la superficie del recipiente.
Tafel, se calcula la corriente de corrosión mediante la
Ecuación 1. Curvas de potencial a circuito abierto: El Potencial a =
circuito abierto (PCA) es el potencial de un electrodo cuando no hay circulación de corriente desde o hacia él. Esta medida se realiza con respecto a un electrodo de referencia. Cuando en un metal ocurre un proceso corrosivo, las áreas anódicas y catódicas tienden a
Determinación de la corriente de corrosión Ecuación 1. Determinación donde B es la constante de proporcionalidad y Rp la resistencia a la polarización.
asumir un único potencial de electrodo gracias a la polarización.
Curvas de polarización: En la Gráfica 4. Se observan
En la Gráfica 1, se observa que a medida que avanza el
las diferentes zonas en las curvas obtenidas, primero la
tiempo, el potencial toma valores más negativos hasta
zona de activación que se encuentra en el rango de de -
llegar a un PCA de -575mV. Mientras que en la Gráfica
575mV y -600mV, después una zona de difusión en el
3, en los primeros 29 segundos este potencial tuvo un
rango de -600mV y -650mV y una zona de pasivación
aumento notable pero después de ese tiempo volvió a
en el rango de -650mV a -850mV, para el caso de la
disminuir
-583Mv
curva catódica. En la curva anódica hay una falta de
aproximadamente. Además, en la segunda gráfica
señal aproximadamente a los -420mV, debido al daño
mencionada se observan dos alteraciones relevantes
de
entre los 400-500 segundos causadas posiblemente
comportamiento es de menor pendiente en la gráfica
por señales externas especialmente ruidos eléctricos.
anódica, lo que me indica un control catódico en el
Estos dos valores alcanzados en ambas gráficas son los
proceso. Este control se observa claramente debido a la
potenciales en los cuales la densidad de corriente pasa
disminución de la difusión en la zona catódica, zona catódica, lo que
de ser anódica a catódica.
disminuye la velocidad con la que ocurren las
hasta
llegar
a
un
PCA
de
la
resistencia
en
el
potenciostato,
el
reacciones.
Curva de la resistencia a la polarización: El ensayo
Respecto a los valores teóricos, observamos una
de resistencia a la polarización para la obtención de la
pendiente experimental similar a la teórica en la zona
Gráfica 2 se realiza después de establecer el potencial de estabilización a circuito abierto visto en la Gráfica 1, la curva típica de potencial vs densidad de corriente
anódica ( (ó = 60 60 = 46).
se obtiene con los datos arrojados por el potenciostato,
respectivamente) respecti vamente) indican que
la resistencia a la polarización está determinada como
cinético en la reacción, por lo cual la aplicación del
Los valores experimentales de la curva catódica muy superiores a los valores teóricos (262mV vs 60mV ya no hay control
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Despu é s de analizar las gr á ficas obtenidas con los resultados de la pr á ctica y en base a ciertos fundamentos te ó ricos, fue posible llegar a las siguientes conclusiones.
CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES: El potencial a circuito abierto me permite determinar el potencial de corrosi ón en el que los metales de trabajo sometidos a este ensayo pasan de ser cat ódicos a anódicos. Una disminución del potencial PCA en función del tiempo, indica un control cat ódico en el proceso que est á regido por las bajas velocidades de reacción cat ódica y por la posible formaci ón de productos de corrosi ón sobre la superficie del electrodo. Los PCA de los metales (electrodos (electrodos de trabajo) son medidos medidos en base a un electrodo de referencia referencia el cual tiene un potencial conocido conocido y estable en el tiempo en la solución de las prácticas. Este valor es clave para poder estimar la resistencia a la polarización, permitiendo determinar el rango de potencial donde se har á el barrido, además de utilizar este potencial de estabilidad en la realizaci ón de las curvas de polarizaci ón anódica y cat ódica. La resistencia a la polarización es un método no destructivo debido a que emplea bajas perturbaciones durante la aplicación de potencial an ódico. La determinación de las velocidades de corrosi ón por este ensayo es muy rápido y de costo relativamente bajo ya que requiere únicamente de un potenciostato. Debido al control mixto en la regi ón cat ódica el cálculo de las pendientes de Tafel carece de aplicaci ón. Se debe evitar cualquier señal externa especialmente ruidos el éctricos para no ocasionar alteraciones en el sistema evidenciadas por picos presentes en las curvas ilustradas.
REFERENCIAS
[1] “Técnica de Extrapolación de Tafel o de Intersección” J. Genescá. Dpto. Ingeniería Metalúrgica. UNAM. Ciudad Universitaria. 04510 México DF. [2] “Curvas de Polarización en Aceros al Carbono” Práctica No. 3. Laboratorio de corrosión. Universidad Industrial de Santander.
