UNIDAD 12

UNIDAD 12
Fundamentos de corrosión y
protección
12.1 CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN
1. ¿Que ventajas presenta desde el punto de vista de la corrosión en la protección del acero un
recubrimiento de Zn (galvanizado) frente a un recubrimiento de Cr (cromado):
a) El mayor espesor conseguido.
b) El proceso electrolítico.
c) Proporciona protección catódica.
d) El acabado conseguido.
2. En la corrosión húmeda se corroen las zonas:
a) Más cercanas al medio corrosivo.
b) Más electropositivas.
c) Más electronegativas.
d) De transmisión.
3. La protección anódica en la corrosión se fundamenta en:
a) La anulación del proceso corrosivo por aportación de fuente eléctrica.
b) Limitación del proceso corrosivo por trabajar en zonas de pasivación.
c) Constituir el material de sacrificio como ánodo del circuito.
d) La pasivación de las zonas catódicas del material.
4. La protección catódica en la corrosión se fundamenta en:
a) La polarización catódica por medio de una fuente que suministra corriente eléctrica.
b) La polarización del material que hace de cátodo por eliminación del electrolito.
c) La pasivación de las zonas catódicas del material.
d) La aplicación de películas orgánicas.
5. La protección catódica en la corrosión se fundamenta en:
a) La anulación del proceso corrosivo por aportación de fuente eléctrica.
b) Limitación del proceso corrosivo por trabajar en zonas de pasivación.
c) Constituir el material de sacrificio como ánodo del circuito.
d) La pasivación de las zonas catódicas del material.
6. La protección con películas metálicas está fundamentado en:
a) Efecto barrera por metales más nobles.
b) Efecto anódico por metales más nobles.
c) Efecto catódico por los metales menos nobles.
d) Efecto barrera por metales menos nobles.
213
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
7. Un acero se alea para:
a) Mejorar su templabilidad.
b) Mejorar su resistencia a la corrosión.
c) Endurecer el acero por aleación.
d) Todas son correctas.
8. Los metales con un E0 mayor que el del H2 se denominan:
a) Anódicos.
b) Activos.
c) Catódicos.
d) Ninguna es correcta.
9. En el cátodo se pueden generar:
a) Deposiciones metálicas.
b) Generación de H2.
c) Reacción de reducción.
d) Todas son correctas.
10. Los ánodos de sacrificio se utilizan para:
a) Protección anódica.
b) Protección catódica.
c) Protección mediante pinturas.
d) Protección por corriente impresa.
11. El efecto de área es típico de la :
a) Corrosión por desgaste.
b) Corrosión por picadura.
c) Corrosión galvánica.
d) Corrosión bajo tensión.
12. En el ánodo se puede generar:
a) Reacción de oxidación.
b) Electrones libres.
c) Iones metálicos.
d) Todas son correctas.
13. En el cátodo se pueden generar:
a) Electrones libres.
b) Deposiciones metálicas.
c) La corrosión.
d) Iones metálicos.
14. En el ánodo se puede generar:
a) Reacción de oxidación.
b) Reacción de reducción.
c) Generación de H2.
d) Deposiciones metálicas.
15. En el cátodo se pueden generar:
a) Electrones libres.
b) Iones metálicos.
c) Reacción de reducción.
d) Reacción de oxidación.
214
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
16. En el ánodo se puede generar:
a) Generación de H2.
b) Electrones libres.
c) Reacción de reducción.
d) Deposiciones metálicas.
17. El recubrimiento de zinc se fundamenta en:
a) La protección por efecto barrera.
b) La protección por ánodos de sacrificio.
c) La transpasivación
d) La protección por inhibidores.
18. El recubrimiento con estaño se fundamenta en:
a) La protección por efecto barrera.
b) La protección por ánodos de sacrificio.
c) La transpasivación
d) La protección por inhibidores.
19. Cuando la velocidad de ataque corrosivo al metal es debida al movimiento relativo de un
fluido corrosivo, se denomina:
a) Corrosión erosiva.
b) Corrosión galvánica.
c) Corrosión intergranular.
d) Corrosión por cavitación.
20. Cuando la corrosión es causada por la formación e impulsión de burbujas de aire o vapor
cerca de la superficie metálica, se denomina:
a) Corrosión erosiva.
b) Corrosión galvánica.
c) Corrosión intergranular.
d) Corrosión por cavitación.
21. El deterioro por corrosión localizada y/o adyacente a los límites de grano de una aleación se
denomina:
a) Corrosión erosiva.
b) Corrosión galvánica.
c) Corrosión intergranular.
d) Corrosión por cavitación.
22. La corrosión caracterizada por una reacción química o electroquímica que actúa
uniformemente sobre toda la superficie del metal expuesto se denomina:
a) Corrosión intergranular.
b) Corrosión por picaduras.
c) Corrosión generalizada.
d) Corrosión galvánica.
23. El ataque corrosivo localizado que produce pequeños hoyos en el metal se denomina:
a) Corrosión intergranular.
b) Corrosión por picaduras.
c) Corrosión generalizada.
d) Corrosión galvánica.
215
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
24. La descincificación de los latones se caracteriza como:
a) Corrosión por hendiduras
b) Corrosión intergranular.
c) Corrosión por picaduras.
d) Corrosión selectiva.
12.2 CUESTIONES DE HETEROEVALUACIÓN
1. Diferencia entre la serie electroquímica y la galvánica.
2. En muchos metales y aleaciones las fronteras intergranulares son anódicas respecto a la
matriz granular. ¿ Cuál es la razón y sus consecuencias?.
3. Pasivación de un metal. ¿ Qué es y porqué se produce?.
4. Tipos de recubrimientos para prevenir o reducir la corrosión metálica.
5. ¿Qué es la protección catódica?. Indicar los métodos más extendidos.
6. Dibuja la morfología de una corrosión:
a) generalizada.
b) Por picaduras.
c) Intergranular.
7. Razonar, basándose en la microestructura observada, cual es el mecanismo de corrosión
selectiva del zinc en los latones, conocido como descincificado.
8. Justifica por qué en la corrosión por picaduras el avance del deterioro es siempre hacia abajo
y en las partes inferiores de las piezas (depósitos).
9. En una corrosión uniforme: ¿Se puede expresar la velocidad de corrosión en térmicos de una
densidad de corriente?. En caso afirmativo ¿cuál sería la relación entre ambos valores?.
10. ¿Cuales son los mecanismos de protección frente a la corrosión en el acero galvanizado?.
11. Justifica la menor importancia del indicador de corrosión peso pérdido / superficie y año
para determinar la función de daño sobre la pieza en corrosión.
12. Determina la influencia que la humedad ambiente puede tener en las pérdidas y deterioro
por corrosión.
13. Clasifique los diferentes tipos de atmósferas y los medios agresivos característicos de cada
una de ellas.
14. ¿Que ventaja fundamental presentan los recubrimientos de cinc para la protección de aceros,
frente a otros recubrimientos: pinturas, niquelado, cromado, etc.
15. Señale distintos procedimientos para conseguir recubrimientos protectores de sacrificio con
cinc.
16. Señala diferentes causas, propias del material o del entorno, por las que pueden aparecer
zonas anódicas y catódicas.
17. Defina los constituyentes básicos de una pila de corrosión electroquímica.
18. Establezca las reacciones básicas en los electrodos de una pila de corrosión en medio acuoso
y neutro.
216
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
19. Señale técnicas que permitan reducir o eliminar la corrosión mediante modificaciones en el
medio.
20. Clasifique por su mecanismo de actuación: barrera, sacrificio, mixto, los diferentes sistemas
de protección por recubrimiento, como pinturas acrílicas, pinturas ricas en cinc,
recubrimientos de Ni y Cr, pinturas d epoliuretano, recubrimeintos de cinc, recubrimeintos
de estaño y recubrimeintos de aleación Zn-Ni..
21. Establezca sobre un diagrama potencial-log i las condiciones de pasivación de un metal.
22. Diseñe un esquema de protección catódica de una tubería enterrada a) mediante corriente
impresa b) mediante ánodos de sacrificio
23. Analiza las condiciones básicas para que se produzca corrosión bajo tensiones
24. Diferencia entre corrosión seca y corrosión electroquímica.
25. Criterios básicos del comportamiento frente a corrosión seca: carácterísticas de los óxidos.
12.3 PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS PROPUESTOS
Problema 12.1 Una pila galvánica consta de un electrodo de cinc en una disolución 1 M de
ZnS04 y otro electrodo de níquel en una disolución 1 M de NiSO4. Ambas disoluciones están
separadas por una pared porosa para impedir la mezcla entre ellas. Un cable externo con un
interruptor conecta los dos electrodos. En el momento en que cerramos el interruptor:
a) ¿En qué electrodo se produce la oxidación?
b) ¿Qué electrodo es el ánodo de la pila?
c) ¿Qué electrodo se corroe?
d) ¿Cuál es la fem de la pila en el momento de la conexión?
Problema 12.2 Un proceso de electrodeposición de cobre utiliza 15 A de corriente para disolver
químicamente (corroer) un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Si se supone
que no hay reacciones secundarias, cuanto tiempo tardarán en corroerse 8,50 g de cobre del
ánodo?
Problema 12.3 Un tanque cilíndrico de acero suave (bajo en carbono) de 1 m de altura y 50 cm
de diámetro, contiene agua aireada hasta un nivel de 60 cm y muestra una pérdida de peso
debido 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 es
uniforme sobre la superficie interior del tanque y que el acero se corroe en la misma forma que
el hierro puro.
Problema 12.4 La pared de un tanque de acero conteniendo agua aireada se está corroyendo a
una velocidad de 54,7 mdd. ¿Cuánto tardará en disminuir el espesor de la pared en 0,50 mm?
Problema 12.5 Una muestra de cinc se corroe uniformemente con una densidad de corriente de
4,27×10-7 A/cm2 en una solución acuosa. ¿Cuál es la velocidad de corrosión del cinc en mg por
dm por día (mdd)? La reacción para la oxidación del cinc es:
Zn → Zn2+ + 2e217
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
Problema 12.6 Se desea diseñar un tanque para contener ácido clorhídrico diluido, y el
material seleccionado para ello es un acero al carbono (F 1120), con una densidad de 7.81
g/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 años
de vida.
Problema 12.7 Un depósito de acero de construcción, con 0.1%C, de 120 cm de altura y 60 cm
de diámetro, contiene SO4H2 al 2% hasta un nivel de 75 cm. El depósito muestra una pérdida de
peso por corrosión según la tabla siguiente,
Pérdida de peso (g)
tiempo (dias)
56
7
360
45
784
98
suponiendo una corrosión generalizada y uniforme. Calcular:
a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, sabiendo que se cumple la expresión:
I⋅t⋅ M
W =
n⋅F
siendo W la pérdida de peso, M para el Fe de 55.85 g/mol, y, F la constante de Faraday,
96500 A·s/mol.
b) La densidad de corriente implicada en la corrosión del tanque.
c) Velocidad de corrosión del tanque expresada en mdd (miligramos por decímetro cuadrado y
por día).
d) Tomando la densidad del hierro de 7.87 g/cm3, calcular la profundidad de corrosión, o
disminución del espesor del depósito a las 8 semanas.
Problema 12.8 Una lámina de 800 cm2 de una aleación metálica, de densidad 4.5 g/cm3, se
encuentra sumergida en agua de mar. Debido a la corrosión, ha experimentado una pérdida de
masa de 760 g. Suponiendo una velocidad de corrosión generalizada de 0.4 mm/año, calcular el
tiempo de servicio en años de la lámina.
Problema 12.9 Una superficie de cobre se corroe por agua de mar, con una densidad de
corriente de 2,45 x 106 A/cm2. Determinar:
a) ¿Cual 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.
Problema 12.10 Una pieza de aleación de níquel experimenta una oxidación a elevada
temperatura que responde a una ley parabólica del tipo:
W2 = at + b
218
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
con un incremento de masa por la oxidación expresada en la tabla.
W (mg/cm2)
Tiempo, t (minutos)
0.527
10
0.857
30
1.526
100
Determinar la oxidación después de transcurridas diez horas.
Problema 12.11 Un redondo de bronce al aluminio, de 652 MPa de resistencia a la rotura, de
12 cm de diámetro, soporta una carga a tracción de 118000 kg, estando todo sumergido en las
aguas de un embalse, en cuyo medio la aleación presenta, para una superficie de 1 m2, una
velocidad de corrosión de 0,5 mm/año. Estimar el tiempo mínimo de servicio de este material.
A efectos de cálculo, despreciar la variación de la superficie de corrosión durante el proceso
Problema 12.12 Una estructura metálica de acero, de 460 MPa de resistencia a la rotura, de
sección cuadrada de 15 cm de lado y 4 mm de espesor soporta una carga a tracción de 50
toneladas y está sumergida en agua de mar.
¿Calcular la velocidad de corrosión máxima, en mm/año, para que el tiempo de servicio mínimo
sea de 60 meses?
Problema 12.13 Una chapa de acero de 100 mm x 200 mm x 2 mm presenta en un ensayo de
corrosión por inmersión durante 3 meses en agua de mar una pérdida de peso -una vez
decapada- de 6,45g. La corrosión es generalizada y tiene lugar por ambas caras. Determine su
resistencia a la corrosión, expresada en mm penetración/año.Considerar la densidad del acero
7,81 g/cm3.
Problema 12.14 Un alambre de 5 mm de diámetro, de monel 400 (aleación de níquel),
recubierto de una pequeña capa de óxido de 100 nm, sostiene un peso de 4000 N, en el interior
de un horno a 600°C, donde sufre una corrosión cuya velocidad cumple la ley parabólica y2 =
c1·t+c0,sabiendo que con una hora de exposición su capa de óxido aumenta a 200 nm, calcular:
a) El tiempo en el cual iniciaría la deformación plástica.
b) El tiempo en el cual se produce la rotura.
Las propiedades mecánicas del monel 400 son:
Módulo de elasticidad, E = 179 GPa.
Límite elástico, Le = 283 MPa.
Carga de rotura, R = 579 MPa.
Alargamiento hasta rotura = 39.5 %.
Problema 12.15 Una estructura de 560 Tm de peso, considerando las hipótesis de carga y
sobrecargas de cálculo, está soportada por cuatro pilares de acero, de 380 MPa de límite
elástico y 520 MPa de carga de rotura, de forma tubular de 25 cm de diámetro exterior y 5 mm
de espesor, en los que se reparte de manera uniforme el peso total de la estructura. Estos pilares
se encuentran sumergidos en parte en agua de mar, soportando la mencionada estructura fuera
219
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
de 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.
Problema 12.16 La estructura de la bóveda de un horno que pesa 12000 kg, es soportada por
cuatro redondos de una superaleación de cobalto de 15 cm de longitud y con un diámetro inicial
de 12 mm. La velocidad de corrosión de esta aleación, en las condiciones internas del horno, de
atmósfera y temperatura, viene expresado por la ecuación de pérdida de peso:
W2 = 38 t
donde:W se expresa en mg/cm2 y t en segundos.
Calcular el tiempo en el que fallará la estructura.
Nota: La densidad de la aleación es 7,90 g/cm3 y la carga de rotura de la misma es 895 MPa.
Considerar la superficie de exposición la intermedia entre la inicial y la final.
Problema 12.17 Se diseña una balsa para almacenar el agua de riego de una explotación
agrícola, en chapa ondulada de acero con un 0,08% de carbono (AP02), con una densidad de
7,81 g/cm3, que presenta una velocidad de corrosión, para el agua con la concentración de
nitratos y cloruros analizada, de 23 mg/dm2·dia. Estimar el sobrespesor con que debería
diseñarse el material para asegurar al menos 12 años de servicio.
Problema 12.18 La pared de un tanque de acero, conteniendo agua desmineralizada, se corroe
a una velocidad de 30 mg/dm2-dia. ¿Cuánto tiempo tardará en disminuir el espesor de la pared
0,8 mm?
Estimar la densidad del acero = 7,81 g/cm3
SOLUCION A LAS CUESTIONES DE AUTOEVALUACION:
1 - a, 2 - c, 3 - b, 4 - a, 5 – c, 6 - a, 7 - d, 8 - c, 9 - d, 10 - b, 11 - c, 12 – d, 13 – b, 14 – a, 15 – c,
16 – b, 17 – b, 18 – a, 19 – a, 20 – d, 21 – c, 22 – c, 23 – b, 24 – d.
220
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
12.4 PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS RESUELTOS
Solución al problema 12.1
Las semirreacciones de la pila son:
Zn → Zn2+ + 2eNi → Ni + 2e
2+
-
E0 =
-0,763 V
0
+0.250 V
E=
a) La oxidación tiene lugar en el electrodo de cinc ya que la semirreacción del cinc tiene un
potencial (E0 = -0,763 V) más negativo comparado con el potencial de la semirreacción del
níquel (E0 = -0,250 V).
b) El electrodo de cinc es el ánodo ya que la oxidación ocurre en el ánodo.
c) El electrodo de cinc es el que oxida puesto que es en el ánodo donde tiene lugar este
fenómeno.
d) La f.e.m. se obtiene sumando las dos reacciones:
Reacción anódica:
Zn → Zn2+ + 2e-
E0 =
-0,763 V
Reacción catódica:
Ni2+ + 2e- → Ni
E0 =
+0.250 V
Reacción total:
Zn + Ni2+ → Zn2+ + Ni
E0pila= -0,513 V
Solución al problema 12.2
El tiempo que tarda el cobre del ánodo en corroerse puede ser determinado por la
ecuación:
w =
En este caso,
w = 8,5 g
M = 63,5 g/mol (Cu)
t =
ItM
nF
o
t =
n = 2(Cu → Cu2+ + 2e-)
I = 15 A
wnF
IM
F = 96500 A×s/mol
t=?s
(8,5 g) (2) (96500 A_ s/ mol)
= 1722 s o 28,7 min
(15 A) (63,5 g/ mol)
Solución al problema 12.3
a) Usaremos la ecuación siguiente para conocer la corriente de corrosión:
I =
w = 304 g
M = 55,85 g/mol(Fe)
wnF
tM
n = 2(Fe → Fe+2 + 2e-)
t = 6 semanas
F = 96500 A×s/mol
I=?A
Debemos convertir el tiempo, 6 semanas, en segundos y luego podremos sustituir todos
los valores en la ecuación anterior:
221
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
t
 7 dias  24 horas  3600 s 
6 sem. 
 ⋅
 ⋅

 sem.   dia   h 
=
I
( 304 g ) ( 2) ( 96500 A ⋅ s / mol)
( 3,63 ⋅ 106 s) (55,85 g / mol)
=
=
=
3,63 ⋅ 10 6 s
0,289 A
b) La densidad de corriente es
i (A/ cm2) =
Area de la superficie corroída del tanque
I (A)
area ( cm2)
= área lateral + área de fondo
= πDh + πr2
= π(50 cm) · (60 cm) + π(25 cm)2
= 9420 cm2 + 1962 cm2 = 11380 cm2
i =
0,289 A
= 2,53 x 10-5 A/ cm 2
2
11380 cm
Solución al problema 12.4
La velocidad de corrosión es 54,7 mdd, o 54,7 mg de metal se corroe en cada dm2 de
superficie por día.
velocidad de corrosión en g/ ( cm2 ⋅ dia ) =
54,7 x 10-3 g
= 5,47 x 10-4 g/ ( cm2 ⋅ dia )
100( cm2 ⋅ dia )
La densidad del hierro es 7,87 g/cm3. Dividiendo la velocidad de corrosión en g/(cm2 ·
día) por la densidad de la profundidad de corrosión por día como
5,47 x 10-4 g/ ( cm2 ⋅ dia)
= 0,695 x 10-4 cm/ dia
7,87 g/ cm3
El número de días necesitados para una disminución de 0,50 mm se puede obtener por la
relación
x dias
0,50 mm
=
1 dia
0,695 ⋅ 10 − 3 mm
X = 719 días
Solución al problema 12.5
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).
222
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
(
i ⋅ A⋅ t ⋅ M
n⋅ F
=
w
)(
)
 4,27 ⋅ 10 − 7 A / cm 2 100 cm 2 ( 24 h ⋅ 3600 s / h) ( 65,38 g / mol ) 
  1000 mg 
w (mg ) = 


g 
( 2) ⋅ ( 96500 A ⋅ s / mol )


w = 1,25 mg de Zn corroído en un área de 1 dm2 en un día,
o lo que es lo mismo, la velocidad de corrosión es 1,25 mdd.
Solución al problema 12.6
Considerando la velocidad de corrosión de 45 mg/dm2 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:
3650 días x 45 mg/dm2 día = 164250 mg/dm2 = 164.25 g/dm2
Si consideramos la densidad del acero del 7.81 · 103 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:
164.25
ρ
e =
=
164.25
7.81 ⋅ 103
= 0.021 dm = 21
. mm
Solución al problema 12.7
a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, 56 días = 4838400 vendrá de la expresión:
I
=
W ⋅n⋅F
t⋅M
448 g ⋅ 2 ⋅ 96500
4838400 ⋅ 55.85
=
=
0.32 A
donde W se obtiene por la interpolación en los datos suministrados a los 56 días, que nos da
una pérdida de peso de 448 g.
b) La densidad de corriente implicada vendrá expresada por:
=
J
I
S
donde S = 2 π r h + π r2 = 2 π 0.30 0.75 + π (0.3)2 = 1.7 m2, con lo que la densidad de corriente
será:
J = 0.32 / 1.7 = 0.19 A/m2
c) Considerando una pérdida de peso de 448 g en 56 días, la pérdida diaria será de 8 g., por otra
parte y del apartado anterior sabemos que la superficie expuesta a corrosión es de 1.7 m2, por
lo que la velocidad de corrosión será:
Vc
=
8 ⋅ 103
17
. ⋅ 10
mg / dia
2
dm 2
=
47 mdd
d) Tomando la densidad del hierro de 7.87 g/cm3, el volumen de corrosión será:
223
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
448 g
m
=
ρ
=
V
787
. g / cm
3
= 56.9 cm3
por lo que el espesor que se ha corroído será:
=
espesor
V
S
=
56.9 cm 3
4
17
. ⋅ 10 cm
2
= 335
. ⋅ 10 −3 cm = 335
. µm
Solución al problema 12.8
La lámina experimenta una pérdida de peso uniforme de 760 g, por lo que el espesor
corroído vendrá expresado por:
e =
w
S⋅ρ
=
760
( cm) =
800 ⋅ 4 ,5
0.21 cm =
2.1 mm
Si la velocidad de corrosión es de 0,4 mm/año, el tiempo de servicio vendrá expresado
como:
tiempo de servicio =
e
v
=
2 ,1 mm
0,4 mm / año
= 5,25 años
Solución al problema 12.9
a) La velocidad de corrosión la obtendremos tras evaluar el peso de material corroído en un dm2,
es decir en 100 cm2, y en un dia, es decir 24 x 3600 s.
(
)(
)
2,45 ⋅ 10 −6 A / cm 2 100 cm 2 ( 24 h ⋅ 3600 s / h) ( 63,54 g / mol )
i ⋅ A⋅t ⋅ M
w=
=
=
2 ⋅ 96500 A ⋅ s / mol
n⋅F
= 6,969 mg/dm2 día = 6,969 mdd
b) Para calcular el espesor perdido en seis meses, iniciaremos el cálculo de la pérdida de peso en
ese tiempo, expresado por:
W = 6,969 mg/dm2 día x 6 x 30 días = 1254,42 mg/dm2
e=
1254 ,4 ⋅ 10 −3 g / dm 2
3
8,03 ⋅ 10 g / dm
3
= 1,562 ⋅ 10 − 4 dm = 1,562 ⋅ 10 − 2 mm = 15,62 µm
Solución al problema 12.10
Planteando el sistema de ecuaciones, para la función:
W2 = at + b
tendremos:
(0.527)2 = 10 a + b
de donde
a = 0.0228
(0.857)2 = 30 a + b
y
b = 0.049
por tanto, la oxidación será:
224
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
W2 = 0.0228 (600 minutos) + 0,049 = 13.729
de donde:
=
W
13.729
= 3.70 mg / cm 2
Solución al problema 12.11
La dimensión mínima que puede tener la barra de bronce, corresponderá a aquella en la que
supere la resistencia a tracción del material, por lo que:
S
=
F
R
=
118000 kg
652 MPa
=
118000 ⋅ 9.8 N
652 ⋅ 10 6 N / m 2
= 1,774 ⋅ 10 − 3 m 2
por lo que el radio será:
r
=
1774
π
=
23,76 mm
y con ello el espesor que puede corroerse será:
e = 60 – 23,76 = 36,24 mm
y a la velocidad de 0,5 mm/año, el tiempo mínimo de servicio estimado será:
t
=
e
v
=
36, 24 mm
0,5 mm / año
= 72,5 años
Solución al problema 12.12
La carga a tracción solicitada será:
F = 50 103 Kp = 50 103 9,8 N = 490000 N
entonces,
R=
F
490000 N
→S=
= 1065mm 2 de sección mínima
S
460Mpa
con lo que el espesor será:
1065 = 4 x [150 x e ]
→
e = 1,775 mm
y por tanto,
∆e = 4 – e = 4 – 1,775 = 2,225 mm de perdida de espesor
Considerando el tiempo de servicio mínimo, de 60 meses = 60 / 12 = 5 años, tendremos
una velocidad de corrosión de:
∆e 2,25mm
=
= 0,445mm / año perdida de espesor máximo
t
5años
Solución al problema 12.13
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:
225
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
St = 2 caras x 100 mm x 200 mm = 40000 mm2 = 400 cm2
Y por tanto, el espesor corroído vendrá expresado por:
e
=
w
S⋅ρ
6,45
(cm ) =
400 ⋅ 7,81
=
2,06 ⋅ 10 − 3 cm
=
0,0206 mm
durante los tres meses de ensayo, por lo que la velocidad expresada en mm/año será:
0,0206 mm/trimestre x 4 trimestres = 0,0824 mm/año.
Solución al problema 12.14
Los parámetros de la ley parabólica los calculamos mediante el sistema de ecuaciones:
1002 = c1 x 0 + c0
c0 = 104 nm2
2002 = c1 x 1 + c0
c1 = 2002 – 1002 = 3 · 104 nm2/h
a) Para calcular el tiempo en el que se iniciará la deformación plástica, deberemos considerar las
dimensiones mínimas del alambre para que no se produzca ésta, es decir:
S = F / σ = 4000 N / 283 MPa = 14,13 mm2
con lo que el radio será:
S
π
r =
14,13 mm 2
π
=
= 2,121 mm
y la pérdida de espesor posible será de 2500 nm – 2121 nm = 379 nm. Con ello, el tiempo será:
2
4
→
4
379 = 3 · 10 x t + 10
=
t
379 2 − 10 4
3 ⋅ 10 4
=
4,4547 h
=
4 horas y 27 minutos
a) Para calcular el tiempo en el que se produce la rotura, deberemos considerar las dimensiones
mínimas del alambre para que no se produzca ésta, es decir:
S = F / σ = 4000 N / 579 MPa = 6,91 mm2
con lo que el radio será:
S
π
=
r
=
6,91 mm 2
π
= 1,484 mm
y la pérdida de espesor posible será de 2500 nm – 1484 nm = 1016 nm. Con ello, el tiempo será:
2
4
4
1016 = 3 · 10 x t + 10
→
t
1016 2 − 10 4
=
3 ⋅ 10 4
= 34,075 h
= 34 horas y 5 minutos
Solución al problema 12.15
Cada uno de los pilares soporta una carga de 560 · 103 · 9,8 / 4 = 1372000 N = 1372 kN.
La sección de cada uno de los pilares es: S = π (Rext2 – Rint2) = π (12,52 – 122) = 38,48 cm2
Considerando el límite elástico del material, la sección mínima del mismo para que no se
presenten deformaciones vendrá dada por:
226
Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección
S min =
1372 kN
F
=
= 3610,53 mm 2 = 36,1053 cm 2
2
L.E. 380 N / mm
con lo que el diámetro exterior mínimo será:
R min =
S
36,1053
+ R 2in =
+ 12 2 = 12,4697 cm
π
π
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 S = 2 π R · e = 7854 cm2, un volumen de
aproximadamente 237,98 cm3. Lo que supondrá una pérdida de peso de 1856,24 g.
Si la velocidad de corrosión, expresada en mg/dm2 · día es de 1,80, el tiempo estimado
antes de presentar deformación será:
t=
Pérdida de peso
1856,24 ⋅ 10 3
=
= 13130 días ≈ 36 años
Velocidad de corrosión × Superficie
1,8 ⋅ 78,54
Solución al problema 12.16
El fallo de la estructura se producirá cuando se supere la resistencia a la rotura del material,
que se producirá cuando el diámetro de los redondos sea menor que:
d=
4⋅S
π
siendo la superficie:
S=
12000 ⋅ 9,8 / 4 N
= 32,85 mm 2
2
895 N / mm
por lo que el diámetro mínimo será 6,467 mm. Con ello, el volumen corroído será:
V=
π
(12 2 − 6,467 2 ) ⋅ 150 = 12038 mm 3 = 12,038 cm 3
4
que corresponde a una pérdida de peso de 95,10 g.
Considerando que la superficie expuesta para cada uno de los redondos es la intermedia
entre la inicial y final, es decir,
 12 + 6,467 
2
2
S = π
 ⋅ 150 = 4351 mm = 43,51 cm
2


la pérdida de peso por unidad de superficie será de 95,10 · 103 / 43,51 = 2186 mg/cm2, por lo que
considerando la ecuación tendremos un tiempo de exposición:
t=
w 2 21862
=
= 125753 segundos = 34,93 horas
38
38
227
Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales
Solución al problema 12.17
La pérdida de peso por dm2 del material durante los 12 años será:
12 años ⋅ 365
g
dias
⋅ 23 ⋅ 10 −3
2
año
dm ⋅ dia
= 100.74 g / dm 2
= 1.0074 g / cm 2
por lo que el sobreespesor necesario será:
e =
1.0074 g / cm 2
7.81 g / cm 3
= 0.129 cm = 1.29 mm
Solución al problema 12.18
La velocidad de corrosión expresada como disminución del espesor en función del tiempo
será:
v
=
30 ⋅ 10 −3 ⋅ 10 −2 g /(cm 2 ⋅ dia)
7.81 g / cm 3
= 3.84 ⋅ 10 −5 cm / dia
por lo que para disminuir 0,8 mm necesitará:
0.8 mm
3.84 ⋅ 10 − 4 mm / dia
228
=
2083 dias
≈ 5.7 años