corrosion galvanica protección catódica
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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 en metales.
Aplicar los conceptos teóricos sobre la termodinámica de los procesos
de corrosión de los metales.
Que el estudiante conozca los conceptos básicos y aplicación de la
protección catódica.
PROCEDIMIENTO
DATOS
Llenar media botella con arena y
agregar 100 ml de solución salina
Para cada uno de los electrodos medir el potencial con respecto al
electrodo de referencia todos enterrados en la arena
Conectar el hierro
al polo – y al polo +
el grafito
Conectar
mediante el
cable de cobre
electrodo de Fe
y Zn
Quitar el
revestimiento
de 20 cm de
cable de cobre
y conectar a un
electrodo de Fe
Tomar un
electrodo de
hierro (Fe) y
enterrarlo en la
arena
Hacer el montaje de los
electrodos y enterrarlos en la
arena
Medir el pH de la mezcla de arena, cubrir con una bolsa e ir tomando los
registros fotográficos durante 5 semanas para su posterior análisis
Construir el electrodo de
referencia (Cu-CuSO4) con una
jeringa de 10 mL, gelatina, sal y
solución se Sulfato de Cobre
concentrado.
Tabla de datos No. 1. Datos de propiedades del medio corrosivo (arena húmeda).
Salinidad del agua 20 g NaCl/L
pH 6,5
Agente corrosivo 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/CuSO4.
Electrodo Potencial (mV)
Celda Galvánica Potencial (mV)
Acero (Fe) -400 Acero - Zinc -992
Cinc (Zn) -1004 Acero - Cobre -440
Cobre (Cu) -130
Grafito (C) -68
Tabla de datos No. 3. 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 Cu/CuSO4.
Electrodo Potencial (mV)
Puntilla de acero -640
Barra de Grafito 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) -82 Acero - Zinc -674
Cinc (Zn) -686 Acero - Cobre -122
Cobre (Cu) 188
Grafito (C) 250
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 -322
Barra de Grafito 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 Eh-pH 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) Grafito (C)
Acero (Fe) Acero inoxidable 18-8
Cobre (Cu) Cobre (Cu)
Cinc (Zn) 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.