para presentar el examen demostra

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS
CAMPUS POZA RICA – TUXPAN
“CORROSIVIDAD ATMOSFÉRICA EN LA CIUDAD DE TUXPÁN VERACRUZ,
MÉXICO APLICANDO LA NORMATIVA ISO Y MÉTODOS
ELECTROQUÍMICOS”
“TESIS”
PARA PRESENTAR EL EXAMEN DEMOSTRATIVO DE
LA EXPERIENCIA EDUCATIVA DE EXPERIENCIA
RECEPCIONAL DEL PROGRAMA EDUCATIVO
INGENIERÍA QUÍMICA
PRESENTAN
ALARCÓN MOLINA LUIS ALEXIS
MERCADO BAHENA IRIS GRACIELA
DIRECTOR
MTRO. ERNESTO GALLARDO CASTAN
ASESORES
DR. JOSÉ LUIS RAMÍREZ REYES
M.C. AURORA GALICIA BADILLO
POZA RICA DE HGO., VER.
OCTUBRE 2013
CONTENIDO
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. iv
LISTA DE TABLAS .................................................................................................... vi
NOMENCLATURA .................................................................................................... vii
RESUMEN .................................................................................................................. x
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN ..................................................................................1
1. JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................1
1.1 LA IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA CORROSIÓN ....................................1
1.2 HIPÓTESIS ...........................................................................................................2
1.3 OBJETIVO GENERAL ..........................................................................................2
1.3.1 Objetivos específicos .........................................................................................3
1.4 DELIMITACIÓN.....................................................................................................3
1.5 ANTECEDENTES .................................................................................................4
1.5.1 Condiciones mínimas para que exista la corrosión .............................................4
1.6 MANIFESTACIONES DE LA CORROSIÓN ..........................................................6
1.7 LOS COSTOS DE LA CORROSIÓN ....................................................................7
1.8 EL ESTADO DE VERACRUZ Y SU CLIMA ..........................................................8
1.9 LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA EN VERACRUZ Y OTRAS LATITUDES .........8
1.9.1 Impacto de la corrosión ......................................................................................9
1.10 LOS PRINCIPALES FACTORES QUE DETERMINAN LA VELOCIDAD DE
CORROSIÓN ............................................................................................................11
1.11 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU MORFOLOGÍA O SEGÚN EL MEDIO. ............12
1.11.1 Clasificación según la forma ...........................................................................13
1.11.2 Clasificación según el medio ..........................................................................14
1.12 COMO LUCHAR CONTRA LA CORROSIÓN ..................................................16
1.12.1 Recubrimiento anticorrosivo ...........................................................................17
1.12.2 Sistemas de recubrimientos ...........................................................................17
1.12.3 Tipos de recubrimientos protectores ..............................................................18
1.12.4 Propiedades físicas de los recubrimientos metálicos......................................20
1.12.5 Protección catódica ........................................................................................21
1.12.6 Proteccion catodica por medio de la fuerza electromotriz (fem) impresa. .......23
1.12.7 Los inhibidores de la corrosión .......................................................................24
1.12.8 Eficiencia de inhibidores .................................................................................27
CAPÍTULO II MARCO TEORICO ............................................................................29
2. CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA ................................................29
2.1 ELECTROQUIMICA ..........................................................................................29
2.2 CELDAS ELECTROQUÍMICAS ..........................................................................32
2.2.1 Componentes característicos de la celda electroquimica .................................33
2.3 CIRCULACIÓN DE LA CORRIENTE: .................................................................35
2.4 ELECTRODOS ...................................................................................................36
i
2.5 POTENCIAL DE LA CELDA. ...............................................................................42
2.6 ECUACION DE NERNST ....................................................................................44
2.7 DIAGRAMAS DE POURBAIX ............................................................................46
2.8 ENERGIA LIBRE DE GIBBS ...............................................................................49
2.9 TERMODINAMICA ..............................................................................................51
2.10 CINÉTICA DE UN PROCESO DE CORROSIÓN .............................................54
2.11 ECUACION DE ARRHENIUS ...........................................................................56
2.12 POLARIZACIÓN ...............................................................................................57
2.12.1 Fenómenos de polarización ...........................................................................58
2.12.2 Polarización por activación .............................................................................59
2.12.3 Polarización de concentración .......................................................................60
2.12.4 Polarización de resistencia ............................................................................61
2.12.5 polarización combinada ..................................................................................62
2.13. TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS ....................................................................63
2.13.1. Resistencia a la polarización lineal ................................................................63
2.13.1.1 Factores que influyen sobre la medicion de la corriente de corrosión ................................. 68
2.13.2.-Espectroscopia de impedancia electroquímica .............................................70
2.13.2.1 Ventajas de utilizar la técnica impedancia electroquímica ................................................. 84
2.13.3 Curvas de polarizacion potenciodinamicas. ....................................................86
2.13.3.1 Método de tafel .................................................................................................88
2.14 CORROSIÓN ATMOSFERICA .......................................................................93
2.14.1 Composicion de la atmosfera .........................................................................94
2.14.2 Factores que afectan los procesos de corrosión atmosférica .........................95
2.14.2.1 Clasificación de la corrosión atmosférica ................................................................................95
2.14.2.2 Influencia de las condiciones meteorológicas en los procesos de corrosión ...........................95
2.14.3 Otras variantes atmosfericas ..........................................................................98
2.14.3.1 Función del SO2 en la corrosión atmosférica: ........................................................................101
2.14.3.2 Influencia de la contaminación de la atmosfera ...................................................................102
2.14.4 Contaminantes atmosfericos ........................................................................ 107
2.14.5 Comportamiento de los metales en la atmósfera .......................................... 109
2.14.6 Proceso general de la corrosión atmosferica .............................................. 115
2.14.6.1 Productos de corrosión.................................................................................... 116
2.15 CLASIFICACION Y DISTRIBUCION DE LOS CLIMAS ................................... 117
2.15.1 Climas cálidos: ............................................................................................. 119
2.15.2 Climas templados: ........................................................................................ 120
2.15.3 Climas secos ................................................................................................ 120
ii
CAPÍTULO III METODOLOGIA ............................................................................. 121
3. METODOLOGÍA ................................................................................................. 121
3.1 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO .................................................... 121
3.1.1 Ubicación del sistema de monitoreo ............................................................... 123
3.1.2 Datos meteorologico ..................................................................................... 125
3.2 METODOLOGIA PARA EVALUAR LA CORROSIVIDAD ATMOSFERICA ....... 127
3.2.1 Índices de corrosividad de las atmósferas(norma iso 9223) ........................... 127
3.2.2 Clasificación del tiempo de humectación. ....................................................... 130
3.2.3 Clasificación de las categorías de contaminación. ......................................... 131
3.2.4 Clasificacion en categorías de las atmósfera............................................... 132
3.2.5 Caracteristicas de la probetas sujetas a exposiciónatmosferica. .................... 133
3.3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (NORMATIVA ISO) ................................ 134
3.4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS) ...... 136
CAPÍTULO IV RESULTADOS Y RECOMENDACIONES ...................................... 142
4. RESULTADOS ................................................................................................. 142
4.1 CATEGORÍAS DE LA CORROSIVIDAD (ISO 9226) ......................................... 143
4.2 INFORMACIÓN DEL MAPA DE CORROSIVIDAD DE TUXPAN VERACRUZ. . 144
4.3 MEDICIONES ELECTROQUÍMICAS ................................................................ 146
4.3.1 Diagramas de impedancia en bode ................................................................ 147
4.3.2 Curvas de polarizacion potenciodinamicas ..................................................... 149
4.4 INTERPRETACION .......................................................................................... 151
4.4.1 Muestra de acero al carbon con remobedor de oxido ..................................... 151
4.4.2 Muestra de aluminio ....................................................................................... 152
4.4.3 Muestra de cobre ........................................................................................... 153
4.4.4 Muestra de acero galvanizado comercial ....................................................... 154
4.5 FOTOGRAFÍAS DE LA MORFOLOGÍA SUPERFICIAL EN LAS CUATRO
ESTACIONES DEL AÑO EXPUESTAS A LA ATMOSFERA DE TUXPAN; LAS
PROBETAS AC-R, Al, Cu, Gal-A. ........................................................................... 155
4.6 RECOMEDACIONES ........................................................................................ 157
CONCLUSIONES ................................................................................................... 159
ANEXO I PRODUCTOS DE CORROSIÓN IDENTIFICADOS MEDIANTE
DIFRACCIÓN DE RAYOS X ................................................................................... 161
ANEXO II POTENCIALES ESTÁNDAR DE REACCIÓN DE MEDIA CELDA A 25 0C
................................................................................................................................ 176
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 181
GLOSARIO ............................................................................................................. 183
iii
LISTA DE FIGURAS
1
1.1
1.2
1.3
1.4
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
2.26
3
3.1
3.2
Ataque producido por una gota de agua
Representación esquemática del mecanismo de corrosión
Tipos de corrosión
Protección catódica del casco (mediante corriente Impresa)
Protección catódica del casco (mediante ánodo de sacrificio)
Leyes de Faraday
Celda electroquímica
Tipos de Celdas
Electrodo de plata/cloruro de plata
Electrodo de cobre/sulfato de cobre
Electrodo de calomel
Potenciales de los electrodos de referencia
Diagrama de pourbaix
Clasificación de las celdas electroquímicas
Proceso de corrosión
Comportamiento lineal y Tafelico del proceso de corrosión
Recta de Tafel ejemplo Aluminio cero exposición
Curva de polarización
Señal de voltaje sinusoidal
Diagrama de Nyquist para un sistema electroquímico simple
Diagrama de Randles, Argand y Nyquist
Circuito equivalente propuesto para explicar el comportamiento de los
metales pasivos
Representación de circuitos equivalentes
Circuito equivalente para la impedancia de Warburg
Representación de plano complejo de un circuito equivalente
Variación de respuesta en plano complejo
Representación de w Z' frente a Z'' para obtener Re y RT por
extrapolación
Diagrama de Bode para un sistema electroquímico simple
Curva de polarización potenciodinamica
Esquema de una reacción anódica en el Diagrama de Tafel
Clasificación de los contaminantes atmosféricos
Clasificación de los contaminantes atmosféricos gaseosos
Mapa de Veracruz
Mapa del municipio de Tuxpan
Ubicación geográfica del panel
7
11
14
22
23
31
32
34
39
39
40
41
47
48
53
65
68
69
73
74
75
76
77
81
81
82
83
83
87
91
105
106
121
122
124
iv
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
Clasificación de la corrosividad atmosférica según la norma ISO
9223
129
Panel para la exposición atmosférica de probetas planas y de
alambre sobre tornillo
133
Caracterización
137
Electrodo de trabajo
137
Calibrador
138
4
Equipo utilizado para la aplicación de los métodos electroquímicos
Celda electroquímica y sus componentes
Diagramas de impedancia en Bode para el Acero al Carbón con
Removedor de Óxido en exposición atmosférica de Tuxpan,
Veracruz.
4.1
Diagramas de impedancia en Bode para el Aluminio en exposición
atmosférica de Tuxpan, Veracruz
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
Diagramas de impedancia en Bode para el Acero Galvanizado en
exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Diagramas de impedancia en Bode para el Cobre en exposición
atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el aluminio en
exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el Acero al carbón
con Removedor de oxido en exposición atmosférica de Tuxpan,
Veracruz.
138
140
147
147
148
148
149
149
Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el Cobre en
exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
150
Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el Acero Galvanizado
comercial en exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
150
Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el Acero al
Carbón con Removedor de óxido en las cuatro estaciones del año.
155
Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el
Aluminio en las cuatro estaciones del año.
155
Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el cobre
en las cuatro estaciones del año.
Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el Acero
Galvanizado Comercial en las cuatro estaciones del año.
156
156
v
LISTA DE TABLAS
1.2
2
2.1
2.2
2.3
3
Velocidades de corrosión atmosférica en diferentes ciudades de la
republica Mexicana
Actividad comercial y productiva en el estado de Veracruz
Clasificación de los procesos de corrosión según diferentes
criterios
Potenciales estándar
Índice metropolitana de la calidad del aire
Productos de corrosión formados por Al, Fe, Cu y Zn
Efecto del clima en la corrosión atmosférica
Datos meteorológicos para la ciudad de Tuxpan
3.1
Clasificación del tiempo de Humectación de superficies Metálicas
que se corroen (ISO 9223:1992)
130
3.2
Clasificación de la concentración por nivel de SO2
131
1
1.1
3.3
3.4
3.5
4
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
-
Clasificación de concentración de la contaminación de Cl
Clasificación de la corrosividad de las atmosferas
Métodos químicos de limpieza para la eliminación de los
productos de corrosión
Categorías de corrosividad a partir del primer año de exposición a
la atmosfera (ISO 9226)
Velocidad de corrosión de acuerdo a la norma (ISO 9223)
Identificación de los Índices de corrosividad
Índices de corrosividad
Parámetros agresivos
Resultados de las mediciones electroquímicas de los metales
expuestos en la atmosfera de Tuxpan
9
10
12
43
104
117
118
125
131
132
134
143
143
145
145
145
146
vi
NOMENCLATURA
A
Área superficial en cm2
a
Coeficiente de transferencia electrónico
A
Coeficiente de la ecuación de Tafel
βα
Coeficiente de Tafel anódico
βc
Coeficiente de Tafel catódico
b
Pendiente de Tafel
B
Constante de Tafel mV/mA
C
Capacidad de los condensadores
C dl
Capacitancia de la doble capa
E
Numero de electrones compartidos
Δ
Diferencial de potencial
E
Potencial de equilibrio
E corr
Potencial de corrosión
E
Potencial al que tiene lugar el proceso electroquímico
EO
Potencial en condiciones estándar
F
Frecuencia en Hertz
F
Constante de Faraday (96500 C)
∆G
Cambio de energía libre de Gibbs K/J
∆GO
Cambio de energía libre en condiciones estándar
∆G (productos)
Cambio de energía libre de Gibbs de los productos
∆G (reactivos)
Cambio de energía libre de Gibbs de los reactivos
∆G*
Energía de activación
I
Corriente en Amperes
ICA
Índice de corrosividad Atmosférico en %
∆I
Diferencia de corriente
i corr
Densidad de corriente
ia
Velocidad de disolución anódica
ic
Velocidad de disolución catódica
J
Efecto de inhibidor
vii
j 0,a
Densidad de corriente de intercambio
j
Unidad imaginaria con un argumento de 90°
K
Constante de la Ley de Acción de Masas
k
Constante de la ecuación de Arrhenius
LPR
final
Resistencia a la polarización lineal final
LPR original
Resistencia a la polarización lineal original
L
Capacitancia
M
Masa reaccionante
M
Metal de valencia n
M +n
Metal en su forma iónica
a
Sobre-potencial para una reacción anódica
c
Sobre-potencial para una reacción catódica
Sobre-potencial
Numero de electrones que se transfieren en la ecuación
Coeficiente de difusión de Warburgh
Angulo de fase en grados
Densidad de material en gramos/cm2
p•eq
Peso equivalente en gramos
pH
Potencial de Hidrogeno
∆P
Pérdida de peso en gramos
Pi
Peso inicial en gramos
Q
Cantidad total de electricidad en coulombs
R
Constante de los gases ideales
R
Resistencia en Ω
RP
Resistencia a la polarización lineal en Ω-cm2
RS
Resistencia de la solución
Re
Resistencia del electrolito
Rt
Resistencia de transferencia de carga
R
Constante de los gases ideales(0.082 atmlt/molk)
R
Velocidad de reacción
viii
T
Tiempo en segundos
T
Temperatura en grados kelvin
V
Voltaje en Volts
Vcorr
Velocidad de corrosión en mm/año
Vcorr1
Velocidad de corrosión en ausencia de inhibidor
Vcorr2
Velocidad de corrosión en presencia de inhibidor
w
Frecuencia angular máxima 2 ƒ
W
Impedancia de Warburgh
Y
Admitancia en Ω-1
ZC
Resistencia por capacitadores
ZL
Resistencia por autoinducciones
Z
Impedancia en circuito en Ω-1
Z´
Componente real de la impedancia, expresada en Ωcm2
Z´´
Componente imaginaria de la impedancia, expresada en
Ω-cm2
|Z|
módulo de impedancia, (impedancia)
ix
RESUMEN
Este trabajo de tesis forma parte del proyecto “Mapa de corrosividad atmosférica del
estado de Veracruz” mediante evaluaciones con técnicas electroquímicas y
normativa ISO para determinar la corrosividad atmosférica en la ciudad de Tuxpán
Veracruz, con la participación de entidades académicas de la universidad
veracruzana; El Instituto de Ingeniería de Veracruz, Facultad de Ciencias Químicas
de Poza Rica, y donde se instalo el panel de exposición, la Facultad de Ciencias
Biológicas y Agropecuarias de Tuxpan.
En este estudio se coloco el panel de exposición con inclinación ajustable en el
techo de la facultad a 45° con respecto a la horizontal y a una altura de un metro del
techo, orientado frente a los vientos dominantes tomando en cuenta que no hubiese
obstáculos que pudiesen interferir la incidencia directa de los vientos.
La evaluación se realiza por medio de las técnicas electroquímicas; Espectroscopia
de impedancia electroquímica (EIS), Resistencia a la polarización Lineal (LPR) y
curvas de polarización potenciodinamicas, estas son técnicas eficientes y confiables
para el monitoreo constante y continuo de los procesos de corrosión, cabe mencionar
que los resultados son obtenidos en corto tiempo.
El complemento de este trabajo son las normativa ISO, ya que proporcionan
información acerca de la velocidad de corrosión por pérdida de peso, también se
realizaron análisis de difracción de rayos x (DRX) y microscopias ópticas, de los
productos
de corrosión formados en la superficie metálica de las probetas. De
acuerdo a los resultados obtenidos en los Índices de corrosividad y parámetros
agresivos
se identifican cloruros provenientes del golfo de México en las 4
estaciones categoría S2 y sulfatos categoría P1 para primavera-verano y P0 para
otoño-Invierno
de una atmosfera urbana-rural. La categoría del tiempo de
Humectaciones arrojo como resultado 2500 – 5000 hrs/año que entra en la categoría
T4 con un porcentaje anual de 33.84%.
x
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
CAPÍTULO I INTRODUCCIÓN
1. JUSTIFICACIÓN
La corrosión es un tema que poco se toca en las Universidades mexicanas, sin
embargo, juega un papel tan importante en la industria. Para comenzar, podemos ver
este dato: se ha estimado que una quinta parte del hierro que se utiliza en la industria
en general se pierde cada año por corrosión. De hecho, esto es muy conveniente
para la industria del acero, pero supone una pérdida económica para los
consumidores además de un gasto excesivo de los depósitos de mineral que
conduce a su agotamiento. Por definición, la corrosión es la destrucción de un metal
por reacciones químicas o electroquímicas con su medio ambiente.
1.1 la importancia del estudio de la corrosión
 La primera área significativa es la economía, que incluye el objetivo de reducir
pérdidas de material resultante de la corrosión de tuberías, tanques,
componentes metálicos de maquinarias, etc.
 La seguridad humana, en la operación del equipo, la cual por la corrosión,
puede fallar con consecuencias catastróficas, por ejemplo; explosiones, fuego,
desprendimiento de productos tóxicos y colapsos.
 La conservación de recursos, aplicada primeramente al nuevo suministro de
materiales principalmente metales; el suministro mundial de estos materiales
es limitado y su desperdicio incluye las correspondientes pérdidas de las
reservas de agua y energía asociadas con la producción y fabricación de
estructuras metálicas.
 La salud, esta se afecta por los contaminantes atmosféricos debido a los
productos que escapan del equipo corroído o a los productos de la corrosión
misma.
 Apariencia; el equipo dañado produce una mala impresión a la vista de
cualquier persona.
1
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Considerando los fundamentos mencionados anteriormente, el estudio de la
corrosión atmosférica en la zona norte del estado de Veracruz, ayudara a conocer el
comportamiento de los materiales metálicos desnudos como el acero al carbón con
removedor de oxido, cobre, acero galvanizado y aluminio ante los contaminantes
atmosféricos de Tuxpan, esto servirá como beneficio para reducir los costos por;
reemplazo de equipos, mantenimiento preventivo innecesario, daño de productos
adyacentes donde ha ocurrido la falla, perdida de eficiencia, para así incrementar la
vida útil de los metales.
1.2 HIPÓTESIS
Los métodos electroquímicos son de gran utilidad para monitorear el proceso de
corrosión atmosférica en forma continua, lo que permite identificar los mecanismos
de corrosión que ocurren en la exposición atmosférica de metales desnudos, en
complemento a la información proporcionada por las metodologías ISO.
1.3 OBJETIVO GENERAL
Evaluar
la
Corrosión
electroquímicos
como
atmosférica
herramienta
de
para
Tuxpan
Ver.,
caracterizar
utilizando
el
métodos
comportamiento
electroquímico de una interface electrodo-electrolito de materiales metálicos.
Estas técnicas serán completadas con la metodología ISO para conocer la velocidad
de corrosión por la pérdida de peso de los materiales expuestos en la atmosfera a
través del análisis de los resultados experimentales obtenidos por la exposición
directa de las muestras metálicas desnudas en las condiciones atmosféricas de
Tuxpan.
2
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1.- Instalar el panel de exposición de las probetas planas, de acuerdo a la normativa
ISO.
2.- Aplicar las instrucciones descritas en la normativa ISO 9223 para la evaluación
de corrosividad atmosférica en placas de cobre, aluminio y tipos de acero, expuestas
durante un año.
3.-Realizar la evaluación electroquímica a las probetas planas antes y después de la
exposición a la atmosfera y en cada estación del año.
1.4 DELIMITACIÓN
El presente trabajo de tesis, se realizo en el periodo comprendido del 20 de marzo
2012 al 20 de marzo de 2013 (365 días) abordando las 4 estaciones del año
(primavera, verano, otoño e invierno). La evaluación se realizo solo a los metales
Acero al carbón con removedor de oxido, Aluminio, Cobre y Acero Galvanizado
comercial por que la corrosión que sufren expuestos a la atmosfera es de
consideración.
Para realizar el proyecto fue necesario hacer una investigación documental de
diferentes fuentes de información, posteriormente se realizo el método experimental
utilizando las técnicas electroquímicas (LPR, EIS y CPP) para medir la corrosividad
atmosférica en cada estación del año, para determinar la corrosividad atmosférica de
un año se empleo la normativa ISO 9223 para conocer la velocidad de corrosión e
ISO 9226 para determinar la categoría de los diferentes metales expuestos a la
atmosfera
3
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.5 ANTECEDENTES
La corrosión no es más que el camino de retorno de un metal a su estado natural, el
oxido. Este es un proceso hacia el cual ,inexorablemente, todos los metales se
dirigen, salvo los llamados << nobles>> como el oro y el platino a una velocidad que
depende, entre otros factores, de su propia naturaleza y del medio ambiente en que
se encuentra (Feliu S. y M.C. Andrade, 1991).
Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea,
produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como
químicas. La característica fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en
presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas
estas anódicas y catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la
cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la
región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente
en la región catódica la inmunidad del metal.
1.5.1 CONDICIONES MÍNIMAS PARA QUE EXISTA LA CORROSIÓN
1. Un ánodo y un cátodo.
2. Potencial eléctrico entre los dos electrodos (ánodo y cátodo).
3. Conductor metálico que conecte eléctricamente el ánodo y el cátodo.
4. Tanto el ánodo como el cátodo deben estar sumergidos en un electrolito conductor
de la electricidad, el cual está ionizado ( Avila J. y Genesca J., 1996) .
Ahora bien, uno puede preguntarse ¿por qué existe la corrosión? Podemos
empezar diciendo que la corrosión de los metales es en cierto sentido inevitable, una
pequeña venganza que se toma la naturaleza por la continua expoliación a que la
tiene sometida el hombre. Recordemos que los metales, salvo alguna que otra rara
4
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
excepción, como los metales nobles (oro, platino, etc., se encuentran en estado
nativo en la Tierra), no existen como tales en naturaleza, sino combinados con otros
elementos químicos formando los minerales, como los óxidos, sulfuros, carbonatos,
entre otros ( Avila J. y Genesca J., 1996).
Los contaminantes gaseosos y sólidos potencian el efecto corrosivo de los factores
meteorológicos. Así, el proceso de corrosión depende fundamentalmente de la
humedad relativa del aire y de los contaminantes presentes en el mismo.
El cloruro de sodio (NaCl) y el dióxido de azufre (SO2) son los principales
contaminantes corrosivos en la atmósfera. El primero es un contaminante "natural" y
llega a la atmósfera proveniente del mar (atmósfera marina). El S02 se encuentra en
el aire, y es originado principalmente por la combustión de combustibles fósiles. Los
niveles más altos de contaminación sulfurosa se registran en las áreas industriales
(atmósfera industrial) y en las grandes ciudades (atmósfera urbana). El grado de
contaminación salina depende de la distancia al mar. Más allá de unos pocos cientos
de metros del borde del mar, la salinidad y la velocidad de corrosión suelen decaer
ostensiblemente.
La humedad relativa es importante en el grado de corrosión atmosférica. El hierro
desnudo no se corroe en zonas urbanas ni industriales con una humedad relativa
(HR) ambiente menor de 70%. La humedad crítica está asociada con la naturaleza
higroscópica del sólido contaminante presente, como la de los productos de
corrosión. Sus valores oscilan entre el 50 y el 70% en el acero, cobre, níquel y zinc
(Genesca J., 1995).
La corrosión atmosférica en Tuxpan se debe principalmente a su cercanía con el mar
así como a diversas industrias, donde los gases emitidos en la atmosfera reaccionan
con la humedad formando lluvia acida, así uno de los factores que determina
primariamente la intensidad del fenómeno corrosivo en la atmósfera es la
composición química de la misma. El S02 y el NaCl son los agentes corrosivos más
5
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
comunes de la atmósfera. El NaCl se incorpora a la atmósfera desde el mar como es
en el caso de Tuxpan. Lejos de éste, la contaminación atmosférica depende de la
presencia de industrias y núcleos de población, siendo el contaminante principal por
su frecuencia de incidencia sobre el proceso corrosivo el dióxido de azufre (S02),
proveniente del empleo de combustibles sólidos y líquidos que contienen azufre.
1.6 MANIFESTACIONES DE LA CORROSIÓN
La corrosión, especialmente la de naturaleza electroquímica, se puede manifestar de
muy diversas maneras. Por lo que hace referencia al metal más comúnmente
empleado, el hierro, la presencia de la herrumbre constituye la manifestación de que
se está desarrollando un proceso de corrosión.
Pero entonces, la pregunta que nos podríamos hacer es ésta: ¿Qué hay más allá de
la herrumbre? El producto primario de la oxidación del hierro es el hidróxido ferroso
blanco, Fe (OH)2 que a su vez se oxida a hidróxido férrico de color rojizo, Fe (OH)3.
Ayudémonos de una experiencia muy sencilla para comprender lo anterior.
Veamos el ataque producido por una gota de agua salada. Esta experiencia es
debida a Evans, uno de los investigadores que más han contribuido al conocimiento
de la corrosión. Evans demostró que en el caso de una gota de agua salada, las
diferencias en la cantidad de oxígeno disuelto en el líquido en contacto con la
superficie metálica, lo que se conoce como aireación diferencial, crean pilas de
corrosión en las que el ataque del metal ocurre en las áreas menos oxigenadas,
provocando una corrosión rápida e intensa. Si se deposita una gota de agua salada
(agua y cloruro de sodio) sobre la superficie horizontal de una lámina de acero
perfectamente limpia y desgrasada, como en la Figura 1, se puede observar, por
ejemplo después de unos 30 minutos, un precipitado en el medio de la gota ( Avila J.
y Genesca J., 1996).
6
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Figura 1. Ataque producido por una gota de agua
( Avila J. y Genesca J., 1996).
1.7 LOS COSTOS DE LA CORROSIÓN
Los costos por corrosión son difíciles de calcular, pero abundan pruebas que
muestran que son tan altos que usualmente impactan a todos los sectores de la
sociedad, desde el patrimonio familiar hasta la infraestructura productiva que
mantiene la economía de cualquier país (Ramirez J. L., 2011).
El Buró Nacional de Estándares (NBS, por sus siglas en inglés) estimó en 1996 que
los costos por corrosión en Estados Unidos llegaron a 290 mil millones de dólares
por año. Desafortunadamente, en México no se han hecho estudios completos que
nos indiquen con claridad el impacto real que el fenómeno de la corrosión tiene en la
economía del país (Ramirez J. L., 2011).
Los costos de reparación, mantenimiento y reemplazo se consideran costos directos.
El costo de vidas y perdidas por no operación, se consideran indirectos y
extremadamente importantes, pero no se les puede dar un valor monetario.
7
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.8 EL ESTADO DE VERACRUZ Y SU CLIMA
El clima de Veracruz siempre ha sido muy notorio por su diversidad, dice la crónica
de Alexander Von Humboldt, quien también registró la característica temporada de
calor en la costa veracruzana: “El agua disuelta en el aire se precipita sobre las
paredes de ladrillo, sobre el empedrado y sobre los balaustradas de hierro o de
madera”.
La narración del barón germánico identificó con extrema precisión las características
atmosféricas de Veracruz como muy corrosivas por la excesiva cantidad de
partículas salitrosas provenientes del Golfo de México, y que actualmente se deben
al crecimiento industrial y urbano de algunas regiones, como los puertos de
Veracruz, Coatzacoalcos, Tuxpan, Minatitlán y Poza Rica, que mantienen la
infraestructura metálica eléctrica, petrolera, portuaria y hotelera, bajo una de las más
agresivas condiciones atmosféricas del mundo.
1.9 LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA EN VERACRUZ Y OTRAS
LATITUDES
Los efectos de la corrosión en la vida diaria se vuelven tan normales y cotidianos que
ya no les damos importancia, a pesar del costo que implica el mantenimiento y
reposición de la infraestructura dañada. Es cierto que una buena parte de la
responsabilidad le corresponde a las autoridades para buscar la aplicación de
métodos y procedimientos que minimicen dichos costos y que alarguen la vida útil de
los materiales metálicos, pero también el ciudadano común debe preocuparse por
cuidar el patrimonio familiar adoptando una filosofía de la protección anticorrosiva de
los equipos y herramientas que utiliza en casa o que emplea en su trabajo. En la
Tabla 1. Se muestran los resultados de un estudio realizado a mediados de los años
noventa en diversas ciudades de México, donde resaltan los niveles de corrosividad
registrados en la ciudad de Veracruz.
8
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Tabla 1. Velocidades de corrosión atmosférica en diferentes ciudades de la
república mexicana.
Corrosividad(micras/año)
Acero galvanizado
Acero al carbón
Aluminio
Años
1
2
3
1
2
3
1
2
3
México, D.F.
15.4
8.6
5.1
0.81
0.83
0.81
—
0.08
0.16
Cuernavaca
15.2
11.4
13.7
1.16
1.99
0.95
0.14
0.11
0.46
San Luis Potosí
37.5
26.4
29.4
1.39
2.95
0.98
0.62
0.46
Acapulco
22.6
24.8
18.8
1.71
2.44
1.23
2.46
1.7
0.73
Veracruz
673.4
418.8
313.7
4.4
19.34
—
0.337
8.76
—
Fuente: (Proyecto micat, 1993).
1.9.1 IMPACTO DE LA CORROSIÓN
El puerto de Veracruz es muy importante por su actividad comercial y turística; sin
embargo, todavía no se ha generado una conciencia social sobre los altos niveles de
corrosividad atmosférica que sufre la infraestructura metálica, por lo que los costos
son de los más elevados en ese rubro, como se puede apreciar en la Tabla 1.1, con
un ejemplo preliminar realizado en el año 2006 por el Instituto de Ingeniería de la
Universidad Veracruzana.
El principal impacto de la corrosión es económico por la continua degradación de las
infraestructuras metálicas, lo que obliga a elevar los costos por mantenimiento
correctivo y de protección a corto plazo, o por la reposición completa de los
materiales
metálicos
expuestos
a
las
agresivas
condiciones
atmosféricas,
principalmente en el litoral del Golfo de México y algunas de sus zonas industriales.
9
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Tabla 1.1. Actividad comercial y productiva en el estado de Veracruz.
Producción
%nacional*
Estimado de la Estimado en
corrosión**
pesos x10⁶
Generación
Nuclear (3.8%) 0.10%
3,218,160
de electricidad
Termoeléctrica 2.10%
48,272,400
(8.0%)
Petróleo y gas
4.30%
14.00%
327,179,600
Forestal
1.80%
‾‾‾
‾‾‾
Ganadería
10.50%
‾‾‾
‾‾‾
Pesquera
11.20%
21.00%
498,720,000
Manufacturera
6.40%
6.00%
139,920,000
Comercio y turismo
6.60%
0.42%
9,677,800
Servicios
7.50%
25.00%
583,000,000
Superficie agrícola
1.00%
0.70%
17,723,200
Población
7.00%
30.00%
(carro+casa)
699,600,000
PIB
4.40%
Total
39.30%
99.50%
2,332,000,000
*considerando un PIB de 8.6 billones de pesos
**con base
en el presupuesto del Estado de Veracruz
en
2006,la corrosión costó 5.83%
Fuente: (Gobierno del Estado de Veracruz, 2006).
Para los factores que determinan la velocidad de corrosión a continuación se
muestra en la
Figura 1.1 la representación esquemática del mecanismo de
corrosión.
10
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.10 LOS PRINCIPALES FACTORES QUE DETERMINAN LA
VELOCIDAD DE CORROSIÓN
Figura 1.1 Representación esquemática del mecanismo de corrosión.
Tiempo de humedecimiento. Corresponde al tiempo transcurrido durante el cual la
humedad relativa del ambiente es superior a un valor dado (por ej., el 70%) y la
temperatura es superior a 0 °C.
Contaminación atmosférica. El tipo y la cantidad de contaminantes atmosféricos,
tales como el dióxido de azufre, los cloruros, los polvos depositados, etc., ejercen un
importante efecto en el desarrollo de la corrosión.
Corrosión localizada. Puede ser de varios tipos: Corrosión bimetálica (o galvánica).
Cuando dos metales disimilares están unidos eléctricamente (por ej., por pernos o
soldadura) y están sometidos a un mismo electrolito, fluye una corriente eléctrica
entre los metales y el proceso de corrosión se acentúa en el metal anódico (es decir,
en el menos noble). Corrosión por picaduras. En algunas circunstancias específicas,
el ataque original a las regiones anódicas no es controlado y continúa
profundizándose en el metal, formando una picadura de corrosión. Corrosión por
11
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
grietas. Las grietas se forman generalmente por una mala ingeniería de detalle del
proyecto y en la deficiente operación de soldadura. El oxígeno disponible dentro de la
grieta se consume rápidamente por el proceso de corrosión.
1.11 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU MORFOLOGÍA O SEGÚN EL
MEDIO.
Tabla 1.2 Clasificación de los procesos de corrosión, según diferentes criterios.
Mecanismo
Oxidación directa (corrosión química o seca), Corrosión
electroquímica o húmeda.
Medio agresivo
Atmosférica, De estructuras sumergidas, De estructuras
enterradas, Por gases calientes, Por sales fundidas, Por
ácidos, etc.
Morfología
Uniforme,
Galvánica,
Selectiva,
Por
picaduras,
Intergranular, Fisurante bajo tensión, En lamina de cuchillo,
Exfoliante, En resquicios, etc.
Acciones físicas
Erosión- Corrosión, Corrosión bajo tensión, Corrosión por
simultaneas
cavitación, Corrosión por frotamiento, Corrosión- fatiga
Sectores
-Transporte,
industriales
Petroquímica, Generación de energía, Industria alimentaria
Aplicaciones
marinas,
Construcción,
Fuente: ( Gonzalez F.Jose A., 1989)
12
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.11.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN LA FORMA
Cuando se quiere evaluar los daños producidos por la corrosión resulta muy
Conveniente la clasificación según la forma.
a) Corrosión uniforme: El ataque se extiende en forma homogénea sobre toda
la superficie metálica y la penetración media es igual en todos los puntos. Esta
es la forma más benigna de corrosión pues permite calcular fácilmente la vida
útil de los materiales corroídos.
b) Corrosión en placas: Incluye los casos intermedios entre corrosión uniforme
y corrosión localizada. El ataque se extiende más en algunas zonas, pero se
presenta aún como un ataque general.
c)
Corrosión por picado: Durante el picado, el ataque se localiza en
puntos aislados de superficies metálicas pasivas, propagándose hacia el
interior del metal en forma de canales cilíndricos.
Este tipo de ataque, así
como el intergranular y el Fisurante, son las formas más peligrosas bajo las
cuales se puede presentar la corrosión.
d) Corrosión Intergranular: Se presenta como una franja estrecha de ataque
que se propaga a lo largo de los límites de grano.
e) Corrosión Fisurante: Se conoce como corrosión bajo tensiones.
Se
presenta cuando un metal está sometido simultáneamente a la acción de un
medio corrosivo y de tensiones mecánicas de tracción.
Se forman fisuras
q pueden ser intergranulares o transgranulares y que se propagan hacia el
interior del metal, se puede llegar hasta la fractura del metal. La velocidad de
propagación oscila en general entre 1 y 10 mm/hora.
13
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Figura 1.2 Tipos de corrosión
1.11.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN EL MEDIO
a) Corrosión química: Bajo esta denominación se estudian aquellos casos en que
el metal reacciona con un medio no-iónico (por ejemplo oxidación en aire a
altas temperaturas).
Supongamos que exponemos una superficie metálica
limpia a la acción del oxígeno, el metal comenzará a reaccionar con el
oxígeno formando óxidos. Por ejemplo una pieza de Fe (metal que presenta
más de una valencia) calentada al aire seco, por encima de 500ºC se oxida
a apreciable velocidad formando una película con la siguiente estructura:
Se han producido reacciones redox sin la intervención de iones en solución y
no
ha habido corrientes eléctricas recorriendo el metal.
14
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
b) Corrosión electroquímica: A temperatura ambiente la forma de corrosión más
frecuente y más seria es de índole electroquímica, este tipo de corrosión implica
un transporte de electricidad a través de un electrolito.
En los procesos de
corrosión electroquímica circulan, sobre el material expuesto a corrosión,
corrientes eléctricas. Se demostró que durante la corrosión se cumplen las leyes
de Faraday.
Las causas más frecuentes de estas corrientes eléctricas son:
I) El contacto de dos materiales diferentes, tal como ocurre con el hierro en
contacto con el cobre, el aluminio en contacto con el cobre, el cobre en
contacto con el zinc, etc.
La unión de dos partes de un mismo metal
mediante un material de soldadura (Ej.: Fe con Sn-Fe).
II) Presencia
de
fases
diferentes
de
una
misma
aleación.
Ej.:
aceros inoxidables.
III) Presencia de óxidos conductores de electrones.
Por ejemplo óxido de
laminación en chapas de Fe.
IV) Diferentes grados de aireación de una pieza metálica.
V) Corrientes inducidas por circuitos eléctricos mal aislados. Tal es el caso de
corrientes vagabundas en estructuras metálicas enterradas.
VI) Impurezas, tensiones en el metal, entre otras (Corrosion , 2004).
Los factores anteriormente mencionados hacen que en el metal existan zonas de
diferente potencial, es
decir aparecen zonas anódicas y
zonas
catódicas
(microelectrodos) que convierten al cuerpo metálico junto con el medio agresivo en un
gran conjunto de micropilas electroquímicas.
El
medio agresivo puede ser la
15
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
delgada capa de humedad que casi inevitablemente recubre a todo cuerpo
expuesto al aire atmosférico.
1.12 COMO LUCHAR CONTRA LA CORROSIÓN
EXISTEN 3 FORMAS:
1) Aislamiento eléctrico del material.
Esto puede lograrse mediante el empleo de pinturas o resinas, depósitos metálicos
de espesor suficiente o por aplicación de recubrimientos diversos. De esta forma, se
puede lograr aislar el metal del contacto directo con el medio agresivo (agua, suelo y
atmósfera por lo general).
2) Cambiando el sentido de la corriente en la pila de corrosión.
Conectando eléctricamente, por ejemplo, el acero con un metal más activo (cinc o
magnesio) podemos llegar a suprimir la corrosión del acero, ya que dejará de actuar
como ánodo y pasará a comportarse como cátodo, dejando el papel de ánodo al
metal más activo (cinc o magnesio). Este es el principio de la protección Catódica.
3) Polarización del mecanismo electroquímico.
Esto se puede lograr bien eliminando el oxígeno disuelto, bien mediante la adición en
el medio agresivo de ciertas sustancias llamadas inhibidores, las cuales pueden
llegar a polarizar uno de los electrodos de la pila de corrosión y por lo tanto, llegar a
detener o cuanto menos disminuir sus efectos. En la práctica, lo anterior conlleva una
modificación del entorno o medio ambiente, al cual está expuesto el metal. Veamos
con un poco más de detalle, en qué consisten cada una de las tres maneras
propuestas de luchar contra la corrosión.
16
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.12.1 RECUBRIMIENTO ANTICORROSIVO
Es un material que aplica sobre una superficie con la finalidad de protegerla de la
acción de la corrosión, aislándola del medio en que se encuentra y cuyo espesor
varia de 50 a 1000
(2- 40 mils).
1.12.2 SISTEMAS DE RECUBRIMIENTOS
A los tres tipos de recubrimientos denominados respectivamente primario, enlace o
intermedio y acabado se les conoce con el nombre de sistema de recubrimiento.
Un sistema de recubrimiento propiamente dicho está constituido por las siguientes
partes:
 Método de preparación de superficie
 Pretratamiento de superficie
 Primario
 Intermedio o enlace
 Acabado final
Primarios: Se aplican como primera mano sobre la superficie a ser recubierta. Los
recubrimientos primarios deben reunir las siguientes características.
 Buena adherencia al sustrato
 Proporcionar adherencia a la siguiente capa
 Inhibir y retardar la Vcorr.
 Resistencia química a la intemperie
 Poseer características de resistencia similares al acabado
Existen cuatro tipos de primarios usados sobre aceros los cuales son; alquidalicos,
multiresinosos, resinas idénticas a los acabados o inorgánicos de zinc.
17
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Capas intermedias o enlaces: son aquellos materiales que son aplicados entre el
primario y el recubrimiento de acabado y son necesarios en el sistema para las
siguientes propiedades;
 Espesor adecuado
 Adherencia entre el primario y el acabado
 Proporcionar mayor resistencia química
Acabados o capas finales: Estos productos representan la capa exterior en
contacto con el medio ambiente y se aplican para proveer protección a las capas
internas
del
sistema
las
capas
de
acabado
proporcionan
las
siguientes
características.
 Apariencia agradable
 Antiderrapantes
 Antivegetativas
 Resistencia química
 Resistencia a las altas temperaturas
 Resistencia la intemperie
1.12.3 TIPOS DE RECUBRIMIENTOS PROTECTORES
Recubrimientos no-metálicos: Podemos incluir dentro de éstos las pinturas,
barnices, lacas, resinas naturales o sintéticas. Grasas, ceras, aceites, empleados
durante el almacenamiento o transporte de materiales metálicos ya manufacturados
y que proporcionan una protección temporal.
Recubrimientos
orgánicos
de materiales
plásticos:
Esmaltes
vitrificados
resistentes a la intemperie, al calor y a los ácidos.
18
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Recubrimientos metálicos: Pueden lograrse recubrimientos metálicos mediante la
electrodeposición de metales como el níquel, cinc, cobre, cadmio, estaño, cromo,
etcétera.
Inmersión en metales fundidos: Cinc (galvanización en caliente), aluminio
(aluminizado), entre otros.
Proyección del metal fundido mediante una pistola atomizadora. Metalizaciones
al cinc, aluminio, estaño, plomo, entre otros.
Reducción química (sin paso de corriente): electroles. Por ese procedimiento se
pueden lograr depósitos de níquel, cobre, paladio, etc. Recubrimientos formados por
modificación química de la superficie del metal.
Los llamados recubrimientos de conversión consisten en el tratamiento de la
superficie del metal con la consiguiente modificación de la misma. Entre las
modificaciones químicas de la superficie del metal podemos distinguir tres tipos
principales:
Recubrimientos de fosfato: El fosfatado se aplica principalmente al acero, pero
también puede realizarse sobre cinc y cadmio. Consiste en tratar al acero en una
solución diluida de fosfato de hierro, cinc o manganeso en ácido fosfórico diluido. Los
recubrimientos de fosfato proporcionan una protección limitada, pero en cambio
resultan ser una base excelente para la pintura posterior.
Recubrimiento de cromato. Se pueden efectuar sobre el aluminio y sus aleaciones,
magnesio y sus aleaciones, cadmio y cinc. Por lo general, confieren un alto grado de
resistencia a la corrosión y son una buena preparación para la aplicación posterior de
pintura.
19
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Recubrimientos producidos por anodizado. El anodizado es un proceso
electrolítico en el cual el metal a tratar se hace anódico en un electrolito conveniente,
con el objeto de producir una capa de óxido en su superficie. Este proceso se aplica
a varios metales no-ferrosos, pero principalmente al aluminio y a sus aleaciones.
Proporciona una buena protección y también resulta un buen tratamiento previo para
la pintura posterior.
Podemos incluir también entre los recubrimientos con modificación de la superficie
del metal los procesos de cementación. En este proceso, se convierte la superficie
externa de la porción metálica que se quiere proteger, en una aleación de alta
resistencia a la corrosión. El proceso consiste en calentar la superficie metálica en
contacto con polvo de cinc
(sherardizado), polvo de aluminio (calorizado) o un
compuesto gaseoso de cromo (cromizado). Se obtienen capas de un considerable
espesor.
1.12.4 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS RECUBRIMIENTOS METÁLICOS
Refiriéndonos al caso del acero como el material de más amplia utilización, la
selección de un determinado recubrimiento metálico se puede efectuar y justificar
sobre la base de una de las siguientes propiedades físicas, cuando se trata de
proteger de una manera eficaz y económica la superficie del acero en condiciones
determinadas:
 Impermeabilidad, esto es, que el recubrimiento sea continuo y de espesor
suficiente, lo cual permitirá aislar la superficie del acero de los agentes
agresivos.
 Resistencia mecánica de los metales utilizados en los recubrimientos, para
garantizar una buena resistencia a los choques, rozamientos ligeros o
accidentales, etc.
 Buena adherencia al acero.
20
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
 Posibilidad de proporcionar superficies pulidas o mates, capaces de conferir a
los objetos un acabado con fines decorativos.
Para obtener buenos resultados con los recubrimientos metálicos, hay que tener en
cuenta una serie de operaciones que deben llevarse a cabo con anterioridad a la
aplicación del recubrimiento.
La limpieza y puesta a punto de la superficie del acero antes de la aplicación de un
recubrimiento
metálico,
son
operaciones
indispensables,
sea
cual
sea
el
procedimiento de aplicación escogido. De la calidad de la preparación de la
superficie dependerá la adherencia y, en consecuencia, la eficacia de la capa
protectora.
Tanto la naturaleza como el espesor del metal protector son función de muchos
parámetros, entre los cuales uno de los más importantes es el precio. Asimismo, es
muy importante conocer con la mayor precisión posible el medio ambiente al cual va
a estar sometida la pieza. En lo que cierne a los medios naturales, debe conocerse si
es posible si se trata de una atmósfera exterior (y en este caso es de mucha ayuda
conocer el tipo de atmósfera: rural, urbana, industrial, marina entre otras) o interior
(climatizada, con calefacción, entre otros).
1.12.5 PROTECCIÓN CATÓDICA
La corrosión suele ser un fenómeno electroquímico por lo que se puede intentar
combatirlo conectando el metal que se quiere proteger a otro metal menos noble,
según la serie galvánica, que actuará entonces como ánodo de sacrificio (también
llamado galvánico) o bien conectándolo al polo negativo de una fuente exterior de
corriente continua.
Una estructura también puede protegerse contra la corrosión mediante un ánodo
galvánico o de sacrificio. Si el electrodo auxiliar es de un metal más activo que el
21
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
metal que se quiere proteger, actuará de ánodo en la celda de corrosión. En este
caso, la estructura actuará como cátodo y quedará protegida por el "sacrificio" del
ánodo que se corroerá.
Este otro método de proteger catódicamente una estructura se utiliza cuando resulta
inconveniente una fuente externa de corriente. Esencialmente, el ánodo de sacrificio
(de magnesio, aleaciones base de magnesio, cinc y aluminio) suministra la energía
eléctrica necesaria para la protección de la estructura.
En un montaje de protección catódica conviene comprobar periódicamente la buena
marcha del sistema de protección, lo cual se realiza con ayuda de un electrodo de
referencia y un milivoltimetro. Los electrodos de referencia más empleados son el de
plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) y el de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) Los
esquemas de la Figura 1.3 y 1.4 muestran cómo hacerlo en el caso de control del
casco de un barco o de una cisterna de un petrolero.
Figura 1.3 Protección catódica del casco de un barco
(Mediante corriente impresa)
22
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Figuras 1.4 Protección catódica del casco de un barco
(Mediante ánodos de sacrificio) ( Avila J. y Genesca J., 1996).
Protección catódica de tuberías enterradas. Quizá uno de los casos donde es más
empleada la protección catódica es en las tuberías enterradas. Los miles y miles de
kilómetros de tuberías enterradas que se utilizan para transportar agua o petróleo
están protegidos por lo general mediante tratamiento catódico, además de
determinados revestimientos, cuando el caso lo requiere. Básicamente, se determina
la resistencia del suelo para identificar aquellos lugares en los cuales, cuando tal
resistencia es baja es indicio de posibilidad de corrosión.
1.12.6 PROTECCION CATODICA POR MEDIO DE LA FUERZA ELECTROMOTRIZ
(FEM) IMPRESA.
Se logra aplicando una corriente externa a partir de un rectificador que suministra la
corriente continua de bajo voltaje. La terminal positiva de la fuente de corriente se
conecta a un ánodo auxiliar localizado a una determinada distancia de la estructura a
proteger y la terminal negativa se conecta a una estructura metálica (Perry Robert H.,
volumen 4).
23
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
1.12.7 LOS INHIBIDORES DE LA CORROSIÓN
Los inhibidores son sustancias químicas que cuando están presentes en una
concentración apropiada
protegen al metal contra el ataque electroquímico de
soluciones agresivas, previniendo o reduciendo la corrosión sin reaccionar
significativamente con los componentes del medio.
El principio del funcionamiento de los inhibidores es formar en la superficie misma de
los electrodos de la pila causante de la corrosión, sea un compuesto insoluble, sea la
fijación de una determinada materia orgánica, con el objeto de polarizar la pila de
corrosión.
El comportamiento de los inhibidores puede ser muchas veces peligroso, ya que en
función de la concentración o de las circunstancias, pueden jugar tanto el papel de
inhibidores como de estimuladores de la corrosión.
Los hay de dos tipos, aunque a veces se utiliza una combinación de ambos:
 inhibidores anódicos—hidróxido sódico, carbonato, silicato y barato de sodio,
ciertos fosfatos, cromato sódico, nitrito y benzoato de sodio, entre otros;
 Inhibidores catódicos— sulfato de cinc, sulfato de magnesio, bicarbonato de
calcio, etc.
La disolución del acero en aguas de pH neutro tiene lugar en ánodos asociados con
defectos en la capa superficial del óxido formado sobre el acero. En cambio, la
reacción catódica puede ocurrir en cualquier lugar de la superficie. La combinación
de ánodos muy pequeños y una gran superficie catódica, conduce a la llamada
corrosión localizada (picaduras).
Los inhibidores anódicos actúan formando un compuesto insoluble (óxido férrico),
el cual precipita en los lugares anódicos, evitando la reacción anódica y por tanto,
inhibiendo todavía más la corrosión.
24
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
Los inhibidores catódicos, en cambio, actúan sobre toda la superficie y son menos
eficaces. Reducen la corrosión mediante la formación de una capa o película de alta
resistencia eléctrica sobre la superficie, la cual funciona como una barrera para la
corriente de corrosión.
Uno de los principales problemas de los inhibidores anódicos es que tienen que
estar presentes en una concentración suficiente, con el objeto de asegurar que
cualquier posible defecto en la película de óxido será cubierto, ya que, de lo contrario
puede ocurrir una corrosión por picaduras (localizada) muy intensa.
Este riesgo se puede minimizar utilizando los llamados sistemas de inhibidores de
efecto sinergético, los cuales, básicamente, son mezclas de inhibidores anódicos y
catódicos. El constituyente catódico disminuye la velocidad de corrosión y así permite
al constituyente anódico "sellar" la capa de óxido con una concentración mucho
menor que si estuviera actuando solo. Actualmente, los sistemas de inhibidores que
se están empleando para el control de la corrosión de aguas son de este tipo, por
ejemplo, el sistema cromato/polifosfato de cinc.
En los medios ácidos, los cuales disuelven la película superficial protectora de óxido
formada sobre el acero, los inhibidores anteriores, obviamente, no tienen efecto. En
este caso se emplean los llamados inhibidores de adsorción específica —moléculas
orgánicas— que aíslan el metal del medio ácido, protegiendo la superficie por
adsorción. Algunos inhibidores de adsorción actúan predominantemente sobre la
reacción anódica, mientras otros lo hacen sobre la catódica.
Hay que tener muy presente cuando se emplean estos inhibidores que los procesos
de adsorción, muy a menudo son muy específicos y están afectados por muchos
factores, como la temperatura, la velocidad de flujo del medio y las impurezas
presentes en la superficie metálica. Todos estos factores deben ser evaluados
cuidadosamente, antes de recomendar el uso de un inhibidor de adsorción. El
empleo de los inhibidores de la corrosión, entra dentro del control de ésta por
25
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
modificación del medio ambiente. Los ambientes más comunes asociados con la
corrosión son de tres tipos: aguas, la atmósfera y los suelos.
En el caso del agua hay que tener en cuenta todos los aspectos de la composición
de ésta. Todas las aguas que están en contacto con metales, tanto en los procesos
industriales como de otra naturaleza, provienen sea del agua de mar, sea del agua
de lluvia. Por tanto, puede haber una gran variación en su composición química.
El principal método de tratamiento de aguas para control de la corrosión es la
eliminación del oxígeno disuelto, junto con la adición de inhibidores. La presencia de
oxígeno disuelto en el agua acelera la reacción catódica y, consecuentemente, la
velocidad de corrosión aumenta en proporción a la cantidad de oxígeno disponible en
el cátodo.
La eliminación tanto del oxígeno disuelto como del anhídrido carbónico (CO2) de las
aguas, antes de su uso, constituye un camino importante para el control de la
corrosión no sólo del hierro y acero, sino también del cobre, bronce, cinc y plomo. El
oxigeno puede ser eliminado por medios físicos de-aireación o químicos-de
activación. La de-aireación se puede llevar a cabo subiendo la temperatura, bajando
la presión o purgando el agua por paso de un gas inerte.
La de-activación química se realiza por tratamiento del agua con hidrazina o sulfito
sódico. Por lo que se refiere a la atmósfera hay que tener en cuenta que la corrosión
depende fundamentalmente de dos factores: la presencia de contaminantes
(partículas sólidas en suspensión, impurezas gaseosas como el anhídrido sulfuroso,
SO2) y el contenido de humedad del aire.
La humedad relativa es muy importante al considerar los problemas relacionados con
la corrosión atmosférica. El hierro libre de óxido no desarrolla la herrumbre en
aquellas atmósferas cuya humedad relativa es del 70% o menor. En general, para
cualquier metal que se pueda corroer en la atmósfera, hay un valor crítico de la
26
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
humedad relativa, por debajo del cual no se corroe. Este valor crítico de la humedad
está determinado grandemente por la naturaleza higroscópica de algún contaminante
sólido que pueda estar presente y por la del producto o productos de corrosión
formados. De aquí la gran influencia ejercida por los contaminantes atmosféricos.
Los métodos de control más efectivos para minimizar la corrosión atmosférica
tendrían que ver con la modificación de la atmósfera, eliminando los contaminantes,
particularmente el SO2. Esto no puede realizarse en el exterior y debe recurrirse a la
protección de las estructuras y equipos sometidos a la intemperie, por alguno de los
métodos citados anteriormente (pinturas, recubrimientos metálicos, entre otros)
( Avila J. y Genesca J., 1996).
1.12.8 EFICIENCIA DE INHIBIDORES
Para evaluar la eficiencia de un inhibidor de la corrosión y así determinar cuál y en
qué condiciones la velocidad de corrosión se reduce al mínimo es necesario definir
un parámetro comparativo. Existen dos maneras de evaluar la calidad de un
inhibidor:
1.- Efecto inhibidor
Se define como la propiedad de abatir la velocidad de corrosión y puede calcularse
de la siguiente manera.
En la cual Vcorr1 es la velocidad de corrosión en ausencia de inhibidor, Vcorr2 es la
velocidad de corrosión en presencia del inhibidor y J es el efecto del inhibidor.
27
INTRODUCCION
CAPÍTULO I
2.- Porcentaje de eficiencia.
La ecuación matemática 1.1 sirve para conocer el porcentaje de eficiencia es la
siguiente
Por lo que la consideración para utilizar inhibidores debe incluir la revisión de la
experiencia en sistemas similares o la investigación de necesidades y limitaciones en
nuevos sistemas (Uhlig Herbert H.).
28
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
CAPÍTULO II MARCO TEORICO
2. CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
2.1
ELECTROQUIMICA
La electroquímica estudia las propiedades de las soluciones de electrolitos y de los
procesos que se verifican en los electrodos. Un buen punto de partida son las leyes
de Faraday de la electrolisis, que relacionan la masa de sustancia depositada en un
electrodo con la cantidad de electricidad(corriente x tiempo) que atraviesa la
solución, y con la masa atómica relativa o masa molecular de la sustancia ( Laidler
keith J. y Meiser John H., 2009).
Las propiedades importantes de las soluciones de electrolitos son la resistencia, la
conductancia y la conductividad electrolítica. Para comparar soluciones de diferentes
concentraciones, es conveniente introducir la conductividad molar
es la
conductividad cuando un mol de electrolitos se encuentra entre dos electrodos que
están separados una distancia estándar ( Laidler keith J. y Meiser John H., 2009).
La electroquímica estudia en particular las propiedades de las soluciones de
electrolitos, así como los procesos que ocurren al sumergir electrodos en dichas
soluciones. La investigación de los efectos eléctricos permite aprender mucho acerca
del comportamiento de los iones en agua y otros disolventes ( Laidler keith J. y
Meiser John H., 2009).
Es conveniente iniciar en el estudio de la electroquímica con una breve revisión del
desarrollo de conceptos relacionados con la electricidad. Desde la antigüedad se
sabe que el ámbar al ser frotado, adquiere la propiedad de atraer objetos ligeros,
como pequeños trozos de papel o resina. En 1600, Sir William Gilbert (1544-1603)
propuso la palabra eléctrico, que proviene de la palabra griega ámbar (elektron), para
29
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
describir sustancias que adquieren este poder de atracción ( Laidler keith J. y Meiser
John H., 2009).
En 1747, el gran científico y estadista estadounidense benjamín franklin (1706-1790)
propuso la teoría del “fluido eléctrico”. De manera arbitraria estableció la convención
que aun se emplea en la actualidad, de que el tipo de electricidad producida en el
vidrio al frotarlo con seda es positivo; por otra parte, el tipo resinoso de electricidad
es negativo.se supuso que la electricidad positiva en un exceso de fluido eléctrico y
la electricidad negativa en una deficiencia. Ahora se sabe que la electricidad negativa
corresponde al exceso de electrones, mientras que en la electricidad positiva hay una
deficiencia ( Laidler keith J. y Meiser John H., 2009).
Hasta 1791, el estudio de la electricidad se limito casi de manera exclusiva a
electricidad estática. En este año Luigi Galvani (1737-1798) puso en contacto el
nervio de una anca de rana con una maquina electrostática, y observo una
convulsión pronunciada de los músculos de la anca. Posteriormente, Galvani pensó
que este efecto solo se producía en los tejidos vivos. Posteriormente, en 1794, el
físico italiano Alessandro Volta (1745-1827), descubrió que se podía producir el
mismo tipo de electricidad a partir de objetos inanimados.”En 1800 construyo la
famosa pila voltaica”, que consistía en diversas placas consecutivas de plata y zinc,
separadas por un trapo remojado en solución salina ( Laidler keith J. y Meiser John
H., 2009).
El científico Ingles Michael Faraday (1791-1867) empleo la palabra electrolisis (del
griego lysis, poner en libertad) para describir esta división ocasionada por una
corriente eléctrica. Faraday dio el nombre de cátodo (del griego cathodos, camino
descendente) al electrodo en el cual se recolecta el hidrogeno, y ánodo (del griego
ana, hacia arriba; hodos, caminos) al otro electrodo. Faraday fue el creador de las
leyes de la electrolisis que se muestran en la Figura 2 ( Laidler keith J. y Meiser John
H., 2009).
30
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Figura 2. Leyes de Faraday
El factor de proporcionalidad que relaciona la cantidad de sustancia que se deposita
en la cantidad de electricidad que pasa por la solución, se conoce como constante de
Faraday y se le asigna el símbolo F. en términos modernos, la carga que lleva un
mol de iones con z cargas unitarias es zF, según las mediciones más recientes, la
constante de Faraday F es igual a 96 485 coulombs por mol (C mol -1); en el presente
análisis la cifra se redondeara a 96 500 C mol -1. En otras palabras, 96 500 C liberan
1 mol de Ag, 1 mol de
H2 (o sea, 0.5 moles de H2 ) si se hace pasar una corriente
constante I durante el periodo de tiempo t , la cantidad de sustancia que se deposita
es I t/ (96500 C mol -1). ( Laidler keith J. y Meiser John H., 2009).De aquí se deduce
que la carga (negativa) de un mol
de electrones es 96 500 C. La carga de un
electrón es esta cantidad dividida por la cantidad de avogadro L y es por tanto;
31
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.2 CELDAS ELECTROQUÍMICAS
Las celdas electroquímicas fueron desarrolladas a finales del siglo XVIII por los
científicos Luigi Galvani y Allesandro Volta por lo que también se las denomina celda
galvánica o voltaica en su honor.
Una celda electroquímica es un dispositivo experimental por el cual se puede generar
electricidad mediante una reacción química (celda Galvánica). O por el contrario, se
produce una reacción química al suministrar una energía eléctrica al sistema (celda
Electrolítica). Estos procesos electroquímicos son conocidos como “reacciones
electroquímicas” o “reacción redox” donde se produce una transferencia de
electrones de una sustancia a otra, son reacciones de oxidación-reducción.
La celda electroquímica consta de dos electrodos, sumergidos en sendas
disoluciones apropiadas, unidos por un puente salino y conectado por un voltímetro
que permite el paso de los electrones tal como lo muestra la Figura 2.1 (López
Oscar, 2010).
Figura 2.1. Celda electroquímica
32
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.2.1 COMPONENTES CARACTERÍSTICOS DE LA CELDA ELECTROQUIMICA:
1.Ánodo: Es el electrodo sobre el que se produce la oxidación. El agente reductor
pierde electrones y por tanto se oxida.
Por convenio se define como el polo negativo.
2. Cátodo: Es el electrodo sobre el que se produce la reducción. El agente oxidante
gana electrones y por tanto se reduce.
Por convenio se define como el polo positivo.
3. Puente salino. Es un Tubo de vidrio relleno de un electrolito que impide la
migración rápida de las sustancias de una celda a otra, permitiendo no obstante el
contacto eléctrico entre ambas. El electrolito suele ser una disolución saturada de
KCl retenida mediante un gel.
4. Voltímetro. Permite el paso de los electrones cerrando el circuito. Mide la
diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo siendo la lectura el valor
del voltaje de la celda (López Oscar, 2010).
A continuación la Figura 2.2 presenta un ejemplo de una celda galvánica y una
electrolítica.
33
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
2. Celda electrolítica.
1. Celda Galvánica.
•
Permite
CAPÍTULO II
obtener
energía
• La reacción no se da de forma
eléctrica a partir de un proceso
espontánea.
químico
• No se obtiene energía eléctrica.
•La reacción química se produce
La aplicación de una fuente de
de modo espontáneo.
energía
•Son las llamadas pilas voltaicas
reacción química.
externa
produce
una
o baterías.
Figura 2.2 Tipos de celdas
La relación entre el voltaje de una celda electroquímica y la espontaneidad de la
reacción química es:
Donde
es el número de moles de electrones (equivalente) en la reacción
balanceada. Para un valor negativo de
(un valor de positivo de
), la reacción es
espontanea y la celda serviría como un “banco de fem” o celda galvánica. Si
son cero existe un estado de equilibrio. Si
es positivo (
y
negativo), se ha escrito
34
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
una reacción no espontanea, la cual ocurrirá tal como esta escrita si se le suministra
energía de los alrededores, dando una celda electrolítica. La reacción inversa será
espontanea. Si hay un grupo de reacciones que pueden ocurrir, lo hará aquella que
tenga el mayor valor positivo de
(López Oscar, 2010).
2.3 CIRCULACIÓN DE LA CORRIENTE:
La corriente eléctrica representa transferencia de carga, y esta se puede conducir
atreves de metales y de electrolitos líquidos puros (esto es, sales fundidas) o
disoluciones que contengan electrolitos (Tejeda CS y Salas S. JM.,, 1995).
El concepto convencional de corriente supone un flujo desde un potencial positivo (+)
a un potencial negativo (—). Esto puede llevar a una cierta confusión, ya que la
representación convencional del flujo de la corriente eléctrica es precisamente en la
dirección opuesta al flujo de electrones ( Avila J. y Genesca J., 1996).
Conviene recordar los siguientes puntos, en los términos del flujo de corrientes
convencionales:
1) La corriente eléctrica, de acuerdo con la convención, circula desde el polo positivo
(+) al negativo (-) en un circuito eléctrico. Esto indica que en nuestro caso la corriente
circulará del cátodo hacia el ánodo, a través del conductor metálico.
2) En el electrolito, el transporte de la corriente eléctrica tendrá lugar entonces del
ánodo al cátodo.
3) Habrá un consumo y por tanto la consiguiente pérdida de metal, en aquellos
lugares del ánodo en que la corriente abandone el electrodo para pasar al electrolito
( Avila J. y Genesca J., 1996).
35
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
La electricidad se transporta en una celda a través de 3 mecanismos:
 Conducción metálica: por los electrones en el electrodo.
 Conducción iónica o electrolítica: Los cationes (cargas positivas) y aniones
(cargas negativas) transportan electricidad por el interior de la celda.
 Acoplamiento de la conducción iónica en la disolución con la conducción de
los electrones en los electrodos. Son las reacciones de oxidación-reducción
que se producen.
El potencial eléctrico es el trabajo necesario para trasladar la unidad de carga desde
el infinito hasta un punto determinado. La diferencia de potencial entre dos puntos de
un campo eléctrico es el trabajo necesario para trasladar la unidad de carga positiva
desde un punto a otro.
2.4 ELECTRODOS
Los electrodos son superficies en las cuales tienen lugar las semireacciones de
oxidación y de reducción, y pueden o no participar en las reacciones. Los electrodos
que no reaccionan reciben el nombre de electrodos inertes, y sin que importe el tipo
de celda ya sea electrolítica o galvánica. Los electrodos se identifican de la manera
siguiente. El cátodo se define como el electrodo en cuya interface ocurre la reacción
de reducción y es la especie gana electrodos. El ánodo es aquel electrodo en cuya
interface ocurre la reacción de oxidación y es la especie que pierde electrones. Cada
uno de estos puede ser electrodo positivo o negativo. El potencial de electrodo (E) es
la diferencia de potencial eléctrico entre un metal y el electrolito con el cual está en
contacto. No es posible determinar de manera absoluta su valor, siempre es
necesario medirlo con respecto a otro electrodo u otra interface metal electrolito
(Tejeda CS y Salas S. JM.,, 1995).
Usualmente los potenciales de electrodo se reportan con respecto al electrodo
estándar de hidrogeno, E.S.H. en estos casos los potenciales corresponden a la fem
36
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
de una celda formada por el electrodo estándar de hidrogeno y por otra la interface
metal - electrolito correspondiente (Tejeda CS y Salas S. JM.,, 1995).
Electrodo auxiliar: El electrodo que en una celda electroquímica es usado para
transferir corriente hacia o desde un electrodo de trabajo. Se le conoce también
como contraelectrodo. Generalmente esta hecho de material no corrosivo, puede ser
de alambre de platino o una barra de grafito.
Electrodo de referencia: en potenciometría, es el electrodo de una celda galvánica
cuyo potencial es constante; de esta forma la fem de la celda refleja sólo la respuesta
al analito del electrodo indicador. El electrodo de referencia ideal tiene un potencial
que se conoce con exactitud y es constante y totalmente insensible a la composición
de la disolución del analito. Además, este electrodo debe ser resistente, fácil de
montar y mantener un potencial constante al paso de pequeñas corrientes (SKoog, et
al., 2008).
Se puede describir la potenciometría simplemente como la medición de un potencial
en una celda electroquímica. Es el único método electroquímico en el que se mide
directamente un potencial de equilibrio termodinámico y en el cual esencialmente no
fluye corriente neta. El instrumental necesario para las medidas potenciométricas
comprende un electrodo de referencia cuyo potencial es contante debido al proceso
redox que se lleva en su interior (Skoog, 2008).
El electrodo de referencia universal es el electrodo de hidrógeno. Sin embargo,
dadas las dificultades que se presentan en el uso de cualquier electrodo de gas, es
necesario el empleo de electrodos de referencia de otros tipos. Una de las
características principales que debe presentar un electrodo de referencia, es que sea
no polarizable (que no presente polarización), es decir, que su potencial no se vea
alterado como consecuencia de los cambios en la interface, debido al paso de una
corriente apreciable. En la práctica, no cualquier sistema electroquímico puede
funcionar como electrodo de referencia (Uhlig y Otero 2001).
37
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Los tres electrodos de referencia más comunes en el área de la corrosión
electroquímica son el electrodo de Ag/AgCl, Cu/CuSO4, Hg/Hg2Cl2 y su importancia
radica en el monitoreo de potenciales de corrosión, importante propiedad
termodinámica en la corrosión electroquímica. El electrodo saturado de calomel
(SCE) es el más utilizado por la facilidad de preparación. Sin embargo, comparado
con los otros dos, posee un coeficiente de temperatura algo mayor y actualmente se
ha estado eliminando su venta en los diferentes mercados debido a la toxicidad de
sus componentes (Genescá, 1995).
Como electrodos de referencia se utilizan principalmente los siguientes:
Electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl). Está formado por un hilo de Ag
sobre el cual se deposita AgCl, generalmente por vía electroquímica, en una solución
de NaCl o KCl, en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo (Javier Avila / Joan
Genesca, 1995).
Electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl) Figura 2.3, Se prepara fundiendo
unos gramos de la sal en un tubo de vidrio, elevando la temperatura hasta unos
500ºC introduciendo un alambre de plata en el cloruro de plata fundido, centrándolo
con dispositivo adecuado y dejando solidificar la sal en torno a el. Todavía caliente se
puede quebrar el cristal con un chorro de agua fría y aislar el extremo descubierto del
alambre de plata para que no falsee las lecturas de potencial. El AgCl debe estar
exento de AgNO3 y contener 1 % de KCl para mejorar la conductividad. El electrodo
así construido sumamente robusto es ideal para los trabajos en agua de mar
( Gonzalez F.Jose A., 1989).
38
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Figura 2.3 Electrodo de plata/cloruro de plata
(Javier Avila / Joan Genesca, 1995).
Electrodo de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4). Figura 2.4, Está formado por
una barra cilíndrica de Cu sumergida en una solución de CuSO4 saturada. El
contacto electrolítico con la solución o suelo se realiza mediante un puente salino
constituido (formado) por un tapón de madera de balsa .En los trabajos de protección
catódica de estructuras enterradas y en la detección de corrientes vagabundas se
prefieren los electrodos de Cu/CuSO4 en solución saturada de sulfato de cobre que
se puede preparar muy fácilmente siguiendo el esquema (Genescá, y Ávila 1995).
.
Figura 2.4. Electrodo de cobre/sulfato de cobre
(Javier Avila / Joan Genesca, 1995).
39
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Si el tubo es de cobre se realizan directamente a el las conexiones puesto que forma
parte del electrodo, y si para controlar el nivel de la solución se usa un tubo
transparente de plástico.se completa el electrodo con una barra de cobre que se
conecta al milivoltimetro o potenciostato ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
Electrodo de calomelanos. Figura 2.5 Este electrodo está formado por mercurio
cubierto por una capa de cloruro insoluble (calomelanos), Hg2Cl2 en equilibrio con
una disolución de cloruro potásico, KCl, que puede ser 0.1 N, 1 N o saturada. El
contacto eléctrico con el mercurio se realiza por medio de un hilo de platino. Un
esquema de este electrodo se presenta en la figura (Genescá, y Ávila 1995).
Figura 2.5. Electrodo de calomel
(Javier Avila / Joan Genesca, 1995).
Los electrodos de referencia a utilizar para el monitoreo de potenciales en función del
tiempo en una celda electroquímica, deben ser seleccionados en función de la
naturaleza del electrolito. Por ejemplo, un electrodo de Cu/CuSO4 se utilizará en
suelo debido al contenido de sulfatos. Así, el electrodo de calomel es recomendado
para electrolitos con cloruros y su uso principal es en laboratorios (González, 2002).
40
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
Los
potenciales
CAPÍTULO II
de
los
electrodos
de
referencia se han determinado a partir del
electrodo estándar de hidrógeno. Una vez
obtenido el potencial de un material metálico
es posible expresar ese valor de potencial con
respecto a otro electrodo de referencia,
ubicándose en la recta numérica como se
muestra en la Figura 2.6 y obteniendo los
valores por aritmética simple (Uhlig Herbert
H.). Por ejemplo, el potencial del acero al
carbón en agua de mar es de -0.580V medido
con respecto al electrodo de calomel y
convirtiendo respecto al Cu/CuSO4 es de
ECu/CuSO4= -0.580-0.077=-0.657V.
Electrodo de trabajo: es el electrodo de
prueba en una celda electroquímica. Es el
electrodo donde tiene lugar la reacción de
interés (Tejeda CS y Salas S. JM.,, 1995) .
Figura 2.6 potencial de los
Electrodos de referencia
41
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.5 POTENCIAL DE LA CELDA.
La corriente de electrones fluye del ánodo al cátodo porque hay una diferencia de
energía potencial entre los dos electrodos. El potencial de la celda o fuerza
electromotriz (fem) que aparece reflejado en el voltímetro se obtiene de:
Hay que tener en cuenta que no podemos medir los potenciales absolutos, con los
instrumentos de medida de voltaje sólo podemos medir diferencia de potencial. El
potencial relativo de un electrodo vendrá dado por:
Para que los datos puedan ser aplicados de una manera general se refieren a un
electrodo de referencia: Electrodo Estándar de Hidrógeno que se le da por convenio
el valor de 0,00 voltios (Javier Avila / Joan Genesca, 1995).
Se obtiene así la Tabla 2 de potenciales estándar EO referidos al electrodo de
hidrógeno medido a temperatura de 25 ºC (298 Kelvin)
42
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Tabla 2 Tabla de potenciales estándar.
Au 3  3e   Au
Potencial estándar E0 (Volts vs. SHE)
+1.498
Cl 2  2e   2Cl 
+1.358
Pt 2  2e   Pt
+1.118
Reacción
Pasivos

Activos

Ag  e  Ag
+0.799
Hg 22  2e   2Hg
+0.779
Fe 3  e   Fe 2
Cu 2  2e   Cu
Sn 4  2e   Sn 2
+771
2H   2e   H 2
0.000
Pb 2  2e   Pb
Sn 2  2e   Sn
Ni 2  2e   Ni
Co 2  2e   Co
Cd 2  2e   Cd
Fe 2  2e   Fe
Cr 3  3e   Cr
Zn 2  2e   Zn
Al 3  3e   Al
-0.126
Mg 2  2e   Mg
-2.372
Na   3e   Na
K   e  K
-2.710
+0.342
+0.150
-0.138
-0.250
-0.277
-0.403
-0.447
-0.744
-0.762
-1.662
-2.931
Fuente: (Cruz Islas E., 2002).
El oro (Au) tiene un potencial de reducción alto y positivo porque es fuerte su
tendencia a aparecer en su estado reducido; consecuentemente, su tendencia a la
oxidación es pequeña y su potencial de oxidación es alto en valores absolutos, pero
negativo (Brown, 2004).
Por convenio se define una fem estándar de la celda:
43
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
La diferencia de potencial es una medida de la tendencia que tiene la reacción de
transcurrir de un estado de no-equilibrio a un estado de equilibrio.
El potencial de la celda depende de:
 Naturaleza de las Electrodos
 Naturaleza de los iones
 Concentración
 Temperatura
Quedando todos los parámetros reflejados en la ecuación de Nernst.
2.6 ECUACION DE NERNST
El cambio de energía libre de Gibbs
, es una medida de la espontaneidad del
proceso que se lleva a cabo a una temperatura y presión constantes. Puesto que la
fem, E, de una reacción redox indica si la reacción es espontanea, la fem y el cambio
de energía y el cambio de energía están relacionados según la ecuación (2.8) (Cruz
Islas E., 2002).


Cambio de energía libre
Numero de electrones
 F= Faraday (96 500 C)
 E= Potencial al que tiene lugar el proceso
La dependencia de la fem de la celda respecto de la concentración se obtiene a
partir de la dependencia del cambio de energía libre respecto de la concentración.
Como el cambio de energía libre de Gibbs
), guarda relación con el cambio de
energía libre estándar
44
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Donde K es la constante de la ley de Acción de Masas, cuya forma es la de la
expresión de la constante de equilibrio salvo que las concentraciones son las que
existen en una mezcla de reacción en un momento dado, y la constante de Faraday
F es la cantidad de electricidad necesaria para el depósito o disolución (corrosión)
de un equivalente gramo, considerando un sistema redox cualquiera:
En la cual de acuerdo a la ley de acción de masas se tiene:
K=
Sustituyendo las ecuaciones (2.9) y (2.11) se tiene:
Despejando E de la ecuación (2.12) se obtiene:
–
E=
Simplificando la ecuación (2.13) se obtiene la ecuación de Nernst:
E

Despejando E de la ecuación( 2.14)

Reemplazando los valores de las constantes:
 R= 8,314 J/mol-K
 T=298 K
 F=96 500 J/V- mol e-
45
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Y expresándola ecuación en términos de log, logaritmos natural, Obtenemos
finalmente la expresión para la ecuación de Nernst:
E=E0
0
=
Las ecuaciones (2.14) y (2.15) permiten hallar la fem que una celda produce en
condiciones no estándar, o bien determinar la concentración de un reactivo o un
producto midiendo la fem de la celda. La ecuación de Nernst es muy útil, puesto que
permite calcular el potencial E y así es posible compararlo con el potencial estándar
E0, lo cual identifica el sentido en el cual se desplazara la reacción redox cualquiera.
Aplicado a las reacciones de corrosión servirá para conocer en qué condiciones tiene
lugar y en cuales no existe dicho riesgo (Cruz Islas E., 2002).
2.7 DIAGRAMAS DE POURBAIX
La serie de fuerza electromotriz posee limitaciones como:
 No considera el efecto que tiene una película de oxido presente en la
superficie de un metal en el potencial de equilibrio. La serie solo considera los
estados activos es decir no pasivos.
 Otras reacciones que la serie no considera son las reacciones entre el metal y
un medio acuoso.
Hace algunas décadas, el investigador belga Marcel Pourbaix no sólo obtuvo esos
equilibrios sino que los representó gráficamente como función del potencial y del pH
a través de unos diagramas que llevan su nombre. En estos diagramas, los
equilibrios existentes entre un metal y agua a 25ºC son representados por líneas que
dependen
del
potencial,
del
pH
o
de
ambos,
delimitando
así
zonas
termodinámicamente estables en donde el metal existe en alguna de sus formas
(disuelto, como óxido, o
hidróxido, entre otros)
(Genesca L. J., Mariaca R. L.,
Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
46
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
La Figura 2.7 (a) nos muestra el diagrama simplificado para el hierro en contacto con
agua. Un aspecto importante de los Diagramas de Pourbaix es que contienen una
división natural del campo gráfico en tres regiones Figura 2.7 (b), las cuales pueden
ser clasificadas de acuerdo a su conducta de un metal frente a la corrosión en:
pasividad, corrosión e inmunidad (Genesca L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y
Hernandez H. L. S., 1999).
 La zona de pasividad, se aplica para
cuando el metal posee películas oxidadas
o de hidróxidos sobre su superficie que
inhiben la corrosión.
 En la zona de corrosión, el metal se
disuelve activamente, siendo los productos
de corrosión solubles.
 En cambio en la zona de inmunidad,
el
metal se
preservado
encuentra perfectamente
y
estable
bajo
ciertas
condiciones muy especiales de potencial y
de pH (Genesca L. J., Mariaca R. L.,
Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S.,
1999).
Figura 2.7 Diagramas de Pourbaix
( Avila J. y Genesca J., 1996).
Los principales usos de los diagramas son:
 Predecir la dirección espontanea de las reacciones.
 Estimar la composición de los productos de corrosión.
 Predecir los cambios ambientales para reducir el ataque corrosivo (Genesca
L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
47
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
En Figura 2.8 se muestran las celdas químicas en las cuales se produce un cambio
químico neto. También hay celdas en las cuales la fuerza impulsora, en vez de ser
reacción química, es un proceso de dilución. Estas reciben el nombre de celdas de
concentración. Los cambios de concentración pueden ocurrir en el electrolito o en
los electrodos.
Celdas
Electroquimicas
Celdas qimicas
Sin transferenca*1
Celdas en las
cuales ambos
electrodos
participan en la
reaccion
Celdas de
concentracion
Con
transferencia*2
Celdas de
concentracion
de electrolitos
Celdas
redox*3
Sin
tranferencia*
4
Electrodos de
amalgama o
de aleacion*6
Electrodos
de gas*7
Con
transferencia*5
1. Pt, H2|HCl|AgCl|Ag
2. Zn|Zn2+ Cu2+|Cu
3. Pt,H2|H+,Fe2+ Fe3+|Pt
4. Pt,H2|HCl(m1)|AgCl|Ag-AgCl|HCl(m2)Pt,H2
5. Pt,H2|H+(m1) H+(m2)|Pt,H2
6. Na en Hg a c1|Na+|Na en Hg a c2
7. Pt, H2(P1) |H+| Pt,H2 (P2)
Figura 2.8 Clasificación de celdas electroquímicas ( Laidler keith J. y Meiser
John H., 2009).
48
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.8 ENERGIA LIBRE DE GIBBS
Las energías de un átomo surgen de energías de correlación debidas principalmente
a interacciones entre electrodos efectuados su campo electrostático. Esto es muy
importante en la química de los elementos ya que las energías que se involucran
están directamente relacionadas con las diferentes tendencias para cambiar de un
estado libre, como en el caso de un metal a un estado de ion metálico, en donde el
átomo cede uno o más electrones ( Avila J. y Genesca J., 1996).
Tomando de la naturaleza el ejemplo el ejemplo de lo metales nobles tales como el
oro y el platino, que usualmente se encuentran como metales libres en la tierra y no
como compuestos ( Avila J. y Genesca J., 1996).
Por otro lado, existen los llamados metales activos o base tales como el sodio,
magnesio y aluminio, los cuales jamás se podrán encontrar como metales libres en
nuestra atmosfera terrestre, si no como compuestos. Existen ocasiones en que
ciertos metales con actividades intermedias a los anteriormente citados, pueden
encontrarse en la tierra como elementos libres. Ejemplo de tales metales son el
cobre, la plata y el hierro Avila J. y Genesca J., 1996).
Los metales más “nobles”, tales como el oro y el platino, son los menos “activos” y
por lo tanto presentan mayor resistencia a la corrosión. A estos metales se le refiere
como metales relativamente catódicos. En cambio los metales menos “nobles” como
el caso del aluminio y el magnesio, son m s “activos” y poseen una resistencia
menor a la corrosión y se les conoce como metales relativamente anódicos Avila J. y
Genesca J., 1996).
En una reacción de corrosión, se habla de la energía que el metal y otros reactivos
tienen al inicio de la reacción y la energía que poseen los productos finales de tal
reacción. Habrá también un cambio en energía del estado inicial y del estado final.
49
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
La magnitud y signo de tal diferencia indicaran la mayor o menor tendencia a que el
proceso de corrosión ocurra.
Para cualquier proceso, el cambio de energía de Gibbs se calcula de acuerdo a:
Mayor tendencia a que el proceso de corrosión ocurra.
Menor es la tendencia a que el proceso de corrosión ocurra.
Esto es lo que estudia la termodinámica, cambios de energía, tendencias a que el
proceso ocurra o no, sin decir nada acerca de la rapidez con que el proceso o la
reacción se lleva a cabo.
50
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.9 TERMODINAMICA
La termodinámica permite realizar los balances de energía que, para el caso de los
metales puros colocados en una situación bien determinada, permitirán predecir su
comportamiento; en este caso, si aparecerá o no en ellos tendencia a la corrosión
(Cruz Islas E., 2002).
La energía de un determinado sistema puede medirse en los términos de lo que se
llama la energía libre. Se pueden presentar tres casos:
a) la energía libre (∆G) es positiva. El metal es activo y puede haber corrosión. Es el
caso más frecuente entre los metales de uso común (hierro, aluminio, cinc).
b) la energía libre es (∆G) > 0, pero el metal en vez de presentar corrosión,
permanece inatacado aparentemente. Se dice que el metal está pasivo ó pasivado.
c) la energía libre es cero o negativa. El metal es indiferente a los agentes agresivos
habituales, no siendo posible ninguna reacción de corrosión. Es el caso de los
metales nobles (Genesca L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S.,
1999).
El estudio de los cambios energéticos asociados con las reacciones químicas cae
dentro de del dominio de la termodinámica y así es posible hacer determinaciones de
las cantidades de energía encerradas. Esto puede ser utilizado para indicar si un
proceso de corrosión natural puede ocurrir bajo ciertas condiciones.
Si se desea conocer la posibilidad de que una reacción de corrosión ocurra
espontáneamente bajo ciertas condiciones reales, se deben conocer los cambios
energéticos asociados con la reacción. La energía que poseía el metal antes y
después de corroerse. El cambio de energía libre esta dado por:
51
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
Donde ∑niµi es la sumatoria de los potenciales químicos del iésimo compuesto en
sus estados final e inicial. Si el cambio de energía libre en una reacción es igual al
trabajo reversible total que se puede realizar, entonces:
Donde -∆G es el cambio de energía libre de una reacción espontanea, ∆W es
cualquier tipo de trabajo (eléctrico, expansión, gravitacional, etc.) (Genesca L. J.,
Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999)
Una reacción electroquímica está compuesta de reacciones de oxidación y
reducción simultáneas involucrando especies eléctricas en un medio electrolito en
equilibrio termodinámico. La corrosión es un proceso espontaneo irreversible (alejado
del equilibrio) de reacciones electroquímicas (que involucran corrientes eléctricas con
la aparición de diferencias de potencial). Se lleva a cabo en un electrolito (medio
acuoso), con la existencia de una zona anódica (de oxidación o corrosión) y una
zona catódica(o de reducción), siendo imprescindible la presencia de estos tres
elementos para que exista la corrosión. Se requiere también que haya contacto
eléctrico entre el ánodo y el cátodo
 ÁNODO: porción de una superficie metálica en la que tiene lugar la disolución
(corrosión) del metal y en la cual se liberan electrones, como consecuencia del
paso del metal en forma de iones al electrolito.
La corriente eléctrica sale del metal para entrar a la solución
 CÁTODO: porción de la superficie metálica en la cual los electrones
producidos en el ánodo se combinan con determinados iones o moléculas de
sustancias presentes en el electrolito.
52
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
La corriente eléctrica sale del electrolito para entrar al metal, cerrándose el circuito
eléctrico a través de un conductor metálico externo.
Podemos resumir todo lo anterior diciendo que es posible prever el comportamiento
de un determinado metal en un medio ambiente dado, ayudándonos de las
predicciones que nos aporta la termodinámica. Así si el sistema formado por el metal
y el medio ambiente posee una energía libre positiva, es posible que tenga lugar la
corrosión Figura 2.9, Si bien los entornos o ambientes para un metal pueden ser muy
específicos (pensemos por ejemplo en los metales con los que se construye un
reactor nuclear), uno de los más generales, es el más común a la vida humana: la
atmósfera.
Figura 2.9 Proceso de corrosión
( Avila J. y Genesca J., 1996).
53
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.10 CINÉTICA DE UN PROCESO DE CORROSIÓN
Establecimos en la sección anterior que la termodinámica aplicada a procesos de
corrosión puede ser usada a través de reacciones en equilibrio para determinar si el
proceso puede o no ocurrir. Sin embargo, si se demuestra que la reacción es posible
la termodinámica no nos proporciona ninguna idea acerca de la velocidad de la
reacción.
“Para predecir la velocidad a la cual el metal se va a corroer necesitamos incluir
factores cinéticos”. A final de cuentas, lo que buscaremos de la cinética es que nos
diga qué cantidad de metal por unidad de tiempo se disuelve en un medio dado,
cuando este sistema esté desplazado de una situación de equilibrio.
La velocidad de corrosión puede tomar diversos valores dependiendo de varios
factores que modifican su magnitud como lo son:
a) Densidad de corriente de intercambio i0
b) La fuerza motriz para llevar a cabo la corrosión (diferencia de potencial
termodinámico del par galvánico)
c) Valor de la pendiente de Tafel.
La velocidad de reacción de una reacción de electrodo se expresa no como “V” en
moles/cm2, como es usual en cinética de reacciones químicas heterogéneas, si no
como densidad de corriente eléctrica “i” en A/cm2 (Genesca L. J., Mariaca R. L.,
Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
Para introducirnos al mundo de la cinética de corrosión debemos olvidarnos por un
momento de la corrosión y pensar en un metal que no se corroe cuando se le
sumerge en cierto electrolito .Imaginemos que el cobre está sumergido en una
solución conteniendo iones cobre. La solución no contiene oxigeno disuelto. Bajo
estas condiciones nuestra pieza de cobre no se corroerá. Esto se debe
fundamentalmente a que el cobre es mucho más noble que la reacción de
desprendimiento de hidrógeno según lo indica la Tabla de la Fuerza Electromotriz,
54
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
ECu > EH. Aparte del hidrógeno iónico no existe otro reactivo más catódico en ese
medio, por lo tanto decimos que el cobre establece un equilibrio del tipo;
2
Que ocurre precisamente al potencial relativo estándar Eº Cu/Cu2+ establecido
anteriormente. Al decir que la pieza de cobre no se corroe cuando está en contacto
con una disolución de sus propios iones, queremos expresar que no hay una
transformación química neta. Sin embargo, debemos dejar muy claramente
establecido que aun cuando el sistema se encuentre en equilibrio, éste no es estático
sino dinámico. Al potencial Eº, existen reacciones de oxidación por las cuales se
disuelve cobre, y también reacciones de reducción en donde el cobre en solución se
deposita como metal ( Avila J. y Genesca J., 1996).
Estas reacciones ocurren de continuo y simultáneamente, siendo iguales en la
magnitud de la carga transferida, aunque en sentido contrario. La velocidad con que
se disuelve el cobre de la pieza es igual a la velocidad con que el cobre en solución
se deposita. En resumen, en el equilibrio dinámico Eº, no existe flujo de electrones ni,
por lo tanto, transformación química neta. En electroquímica a este flujo de
electrones generados en la reacción de disolución (oxidación) los cuales son iguales
al flujo de electrones consumidos en la reacción de reducción, se le llama densidad
de corriente de intercambio que es i0, siendo característica de un metal en equilibrio.
“A mayor i0 mayor facilidad de transferencia de carga y viceversa”. La velocidad de
oxidación y reducción está dada igual en magnitud pero de signo opuesto no habrá
flujo de electrones neto por lo tanto i 0 no se puede medir con un instrumento. Si la
corriente anódica (oxidación) se representa por
como
y la corriente catódica (reducción)
, en equilibrio.
En donde i0 es, como ya lo dijimos la densidad de corriente de intercambio.
55
MARCO TEORICO
CONCEPTOS BASICOS DE ELECTROQUIMICA
CAPÍTULO II
2.11 ECUACION DE ARRHENIUS
En la cinética de la corrosión la ecuación de Arrhenius puede describir la velocidad
de corrosión de la siguiente manera, la velocidad de una transformación es
controlada por la magnitud de una o más barreras de energía que son particulares
las cuales un átomo o un ion deben superar para su transformación. Estos puntos
son la máxima energía de estado de transición atraves de la cual los átomos o iones
deben pasar para transformarse en un nuevo componente, esta energía requerida se
llama energía de activación es decir la energía de activación es la energía mínima
que se necesita para iniciar una reacción química y es representada por
.La
fracción de partículas a transformar en un tiempo determinado se denomina
velocidad de reacción r, y depende del valor de energía de activación. Una expresión
para a velocidad de reacción está dada por la ecuación de Arrhenius (Uhlig Herbert
H.).
r=A exp
La aplicación de la ecuación de Arrhenius en un proceso de electrodo, debe ser
aplicada bajo términos eléctricos. Los iones transportados al otro lado de un
electrodo toman carga para que la velocidad de reacción r, en la ecuación anterior
pueda ser sustituida por una corriente eléctrica i. La energía del proceso es producto
de la carga y el potencial E, atraves del cual esta es transportada (Uhlig Herbert H.).
El cambio de energía libre
Donde
, de un proceso de electrodo es:
es el número de carga del ion o partícula transferida en el proceso,
es la
constante 96500 coulombs /equivalentes.Reemplazando r en la ecuación de
Arrhenius por i se obtiene:
i=
56
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
2.12 POLARIZACIÓN
Es el desplazamiento de un potencial en equilibrio hacia otro valor por medio del flujo
de corriente eléctrica así la
polarización cambia las magnitudes eléctricas que
intervienen en el proceso electroquímico, rompiendo el equilibrio que se da en E corr
entre las corrientes de oxidación y de reducción obligando al material a adoptar otro
potencial. El desplazamiento de un potencial es función del grado de desequilibrio y
sirve para cuantificar la polarización
Si en lugar de referirse a fenómenos de corrosión se analizan reacciones en
equilibrio, interesa entonces el desplazamiento impuesto a los potenciales de
equilibrio por el paso de una corriente, desplazamiento que, en este caso, recibe el
nombre de sobretensión (
Polarización y sobretensión son conceptos físicos muy parecidos; en ambos casos
se trata de una variación de potencial forzado por un paso de corriente, es decir por
un desequilibrio entre corrientes de distinto signo, únicamente cambia la referencia
con que se mide
Como los potenciales de disolución libre que adoptan los metales en los electrolitos
son los correspondientes
,
en corrosión resulta más cómodo medir los
con
respecto a ellos, en cuyo caso se debe hablar de polarización y no de sobretensión
( Gonzalez F.Jose A., 1989).
57
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
2.12.1 FENÓMENOS DE POLARIZACIÓN
CAPÍTULO II
En físico-química la cinética de las reacciones químicas o electroquímicas, se
encuentran que las velocidades de reacción están limitadas por una barrera de
potencial que separa al estado inicial del final. En las reacciones electroquímicas, las
de corrosión entre ellas se pueden modificar tales barreras, la velocidad del proceso
por lo tanto, mediante variaciones del potencial de electrodo es decir polarizando. En
los valores de las barreras de potencial intervienen varios componentes individuales,
en corrosión los más significantes son:
A) Polarización de activación,
B) Polarización de concentración,
C) Polarización de resistencia,
Estos distintos tipos de polarización condicionan las etapas parciales del proceso de
corrosión. En toda reacción de corrosión interviene un cierto número de etapas en
serie, la más lenta controla la velocidad del proceso global ( Gonzalez F.Jose A.,
1989).
1.-Generacion de cationes y electrones en la interface metal-electrolito, en las
áreas anódicas de las pilas.
2.- Adsorción y disociación de las moléculas de oxigeno seguida de una
disociación por medio de los electrones liberados en 1, en las áreas catódicas
supuesto un electrolito neutro y alcalino.
3.- Transporte de los productos de reacción, Me++ y HO- , hacia el seno de la
solución y de los reactantes, moléculas de oxigeno, en el sentido contrario
atraves de la capa de transito o difusión que rodea el electrodo.
58
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
La mayor o menor resistencia entre las áreas anódicas y catódicas actuarían
sobre la etapa 3 de transporte, según fuera la dificultad que ofreciera al
movimiento de las partículas cargadas.
2.12.2 POLARIZACIÓN POR ACTIVACIÓN
Aunque siempre intervengan en el proceso de corrosión la serie de etapas señaladas
y distintos tipos de polarización, es ,sin embargo, muy frecuente que el
desplazamiento del potencial del electrodo con respecto a su valor de reposo,
,
predomine netamente el efecto de un tipo de polarización sobre el de las otras.
La polarización de activación está asociada a la energía de activación de las
reaccione de interface (etapas1 y 2), siendo la etapa más lenta, por lo general la
transferencia de cargas eléctricas (electrones), aunque en ocasiones lo son las
etapas de adsorción y disociación. Puede demostrarse, a partir de consideraciones
teóricas y confirmarse experimentalmente que la velocidad de la reacción, medida
por la densidad de corriente es una función logarítmica descrita por Tafel en 1905 en
la siguiente ecuación ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
Donde
es la polarización (o la sobretensión según sea el caso), i la densidad de
corriente y a y b constantes. Frecuentemente la ecuación de Tafel adopta la forma:
Donde i se refiere a la velocidad de oxidación o reducción en términos de densidad
de corriente;
es la corriente de intercambio y
la denominada pendiente de Tafel.
La pendiente o constante de Tafel suele variar para las reacciones electroquímicas
entre 0.05 y 0.15 V. en general el valor de
es próximo a 0.10 V.
59
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
2.12.3 POLARIZACIÓN DE CONCENTRACIÓN
CAPÍTULO II
Cuando es el transporte de alguna partícula atraves de la capa de transito la etapa
controlante del fenómeno de corrosión el límite se suele establecer en la reacción
catódica de reducción, las razones son varias:
1.- En las semirreacciones catódicas difunden oxigeno hasta el metal, o
hidrogeno hacia la solución, en forma de moléculas biatómicas, sin carga
eléctrica.
2.- En la semirreacciones anódica se producen y difunden cationes, menos
voluminosos y con una oferta prácticamente ilimitada, mientras no se consuma el
metal.
3.- El movimiento de las partículas con cargas
se acelera por el efecto del
campo eléctrico.
Como consecuencia, pueden ignorarse los procesos de difusión durante la mayoría
de las semireacciones anódicas de disolución metálica. Imaginemos que controla la
difusión de oxigeno. La concentración de oxigeno se anulara en la superficie
metálica, al culminarse todas las moléculas que legan allí. Atraves de la capa de
transito se establecerá una diferencia máxima de concentración
la concentración de oxigeno en l seno de la solución y
, si C es
en la interface metal-
solución. Tal gradiente máximo impone una densidad limite de corriente de difusión,
qe representa la velocidad de reducción máxima posible para un sistema dado, la
ecuación que expresa dicho límite es:
Donde D es el coeficiente de difusión de la partícula,
el espesor de la capa de
transito ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
60
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
Teniendo en cuenta que en soluciones poco agitadas
CAPÍTULO II
= 100
y la solubilidad y
coeficiente de difusión corresponde al oxigeno a temperatura ambiente, se llega a
una
en torno a 80
, que para el hierro equivale a penetraciones anuales de la
corrosión de 0.9 mm aprox., ciertamente considerables ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
En un proceso de corrosión en soluciones acidas, el control por difusión conducirá a
ataques mucho mayores aun, debido a que, al ser el volumen del hidrogeno mucho
menor que el del oxigeno, difundirá que a una velocidad más rápida. E un hipotético
caso en que solo existiera polarización de concentración su valor vendría dado por la
siguiente expresión:
La
no se hace aparente hasta que la densidad neta de corriente de reducción se
aproxima a
, entonces se dispara
hasta que el potencial alcanza un valor
suficientemente negativo para que se produzca una nueva reacción en el electrodo o
tiende a infinito.
2.12.4 POLARIZACIÓN DE RESISTENCIA
Cuando el metal se recubre de capas de productos de corrosión poco conductoras o
si la resistividad del electrolito es elevada tiene lugar un desplazamiento apreciable
del potencial, tanto más importante cuanto mayor sea la corriente, por efecto de la
caída óhmica entre la superficie metálica y el electrodo de referencia. El termino IR
falsea las lecturas de potencial, aunque las caídas de tensión en el seno del
electrolito pueden minimizarse conectando el puente salino, utilizado para evitar la
contaminación del electrolito durante la medida de potenciales, con una sonda
Luggin y presionando el extremo capilar de la misma contra la superficie del
electrodo ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
61
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
En casos extremos de formación de películas de oxido aislante la polarización de
resistencia puede elevarse a varias decenas o centenas de Voltios, como durante la
anodización del aluminio, niobio, tantalio.
2.12.5 POLARIZACIÓN COMBINADA
Sobre un electrodo se dan simultáneamente varios tipos de polarización, si bien una
de ellas suele predominar claramente sobre las otras. La polarización total seria:
En soluciones acuosas, la polarización de resistencia puede normalmente
despreciarse en las proximidades de
y
no suelen ser importante, a
velocidades de reacción pequeñas, si bien crese su significación en las ecuaciones
de reducción, hasta controlar a veces el proceso parcial catódico, según se haya
hecho ya constar. Combinando entonces las polarizaciones de activación y
concentración, resulta entonces para el proceso de reducción la expresión general:
Cuya representación grafica se encuentra en el sig. Esquema.
Las ecuaciones de activación y combinada son importantísimas en la electroquímica,
pues a la primera se ajustan casi todas las semireacciones anódicas y a la ultima
casi todas las semireacciones catódicas y con solo tres parámetros funcionales
e
,
,
se puede describir la cinética de las reacciones de corrosión ( Gonzalez F.Jose
A., 1989).
62
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
2.13. TÉCNICAS ELECTROQUÍMICAS
Los métodos
para evaluar la corrosión se basan principalmente en las técnicas
electroquímicas, de las cuales fueron utilizadas en esta investigación las siguientes:
2.13.1. RESISTENCIA A LA POLARIZACIÓN LINEAL
Stern y Geary desarrollaron este método en 1957 y es una de las técnicas
electroquímicas que más se ha utilizado en los últimos 50 años, que consiste en
desplazar ligeramente el sistema (proceso de corrosión) de su potencial de equilibrio
Ecorr , a otro valor de potencial en un intervalo que incluye ambas direcciones
catódica y anódica, registrándose las variaciones de potencial (E) y de corriente
(I) en el sistema, esta técnica es el resultado de la aproximación de bajo campo a
la ecuación de Butler-Volmer y por este motivo se debe aplicar solamente cuando
exista control activacional o por transferencia de carga ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
Los materiales que son susceptibles de ser evaluados mediante la aplicación de la
(RP) deben estar inmersos en electrolitos conductores, es decir, que la resistividad
de las soluciones no sea alta, y deben encontrarse libres de películas resistivas
( Genesca Ll. J., 2002).
La resistencia a la polarización (Rp) de un sistema metal/electrolito puede ser
determinada usando al menos un sistema de dos electrodos. Subsecuentemente, la
velocidad de corrosión del metal es calculada usando una función.
63
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Donde, ba y bc son las pendientes de Tafel de la zona anódica y catódica
respectivamente y β es la constante de Tafel.
B
I Corr
B
I Corr
Si se divide la Icorr por unida de área se obtiene la densidad de corriente de corrosión
Figura 2.10, que es directamente proporcional a la velocidad de corrosión.
Icorr
Area
64
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.10 Comportamiento Lineal
y Tafeliano del proceso de corrosión
La velocidad de corrosión puede calcularse entonces mediante la siguiente ecuación:
Donde:
65
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
 Como ejemplos, a continuación se evalúa
tomando
CAPÍTULO II
el Aluminio a cero Exposición,
de los resultados arrogados por el potenciostato una forma
sencilla de calcular
.
ALUMINIO CERO EXPOCISION
mA/cm2
PM=26.98 g/mol
Convirtiendo mA en A solo para el análisis dimensional;
0.0005093
Resultado que se puede comprobar en la Tabla 4.5
Aunque existen diferentes formas de obtener
las más comunes son la anterior
y la que a continuación se presenta:
Si se parte de i
corr
cuya unidad esta en amperes y aplicando la segunda ley de
Faraday se tiene la siguiente conversión de amperes a
66
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
ALUMINIO CERO EXPOCISION Figura 2.11.
CAPÍTULO II
mA/cm2
PM=26.98 g/mol
Convirtiendo mA en A solo para el análisis dimensional
=
Cabe destacar el uso necesario de la densidad del material y el área de exposición,
así se obtiene como resultado la velocidad de corrosión en
según el sistema
utilizado puede tener diferentes unidades, sin embargo la más común es
Ley de Tafel: relación que existente entre la corriente y el potencial del electrodo, se
expresa por las relaciones siguientes:

Para una reacción anódica (i>0)

Para una reducción catódica(i<0)
–
67
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.11 Recta de Tafel: ejemplo de Aluminio cero exposiciones.
Estas formulas son validas solamente para una corriente i suficientemente grande,
es decir para un sistema bastante alejado del equilibrio.
Ley de Tafel tiene un papel muy importante en electroquímica y es en la búsqueda
de su justificación teórica que se han podido encontrar las hipótesis correctas para el
mecanismo de una reacción electroquímica.
2.13.1.1 FACTORES QUE INFLUYEN SOBRE LA MEDICION DE LA CORRIENTE
DE CORROSIÓN
 Efecto de la caída óhmica Figura 2.12.
La resistencia del electrolito que puede existir entre el electrodo de referencia y el de
trabajo sobre el cual se lleva a cabo la corrosión estudiada.
Actualmente, casi todos los potenciostato están equipados con un sistema de
compensación de “caída óhmica”.
Los errores resultantes de no realizar la compensación de caída óhmica
corresponden a una distorsión de las curvas de polarización.
68
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.12 Curva de polarización con (1) y sin (2) compensación de caída óhmica.
(Caso de un acero en acido sulfúrico).
Si no realizamos la compensación de caída óhmica, es muy probable que
obtengamos valores erróneos de las pendientes de Tafel y de la corriente de
corrosión.
Lo que muchas veces se ignora en referencia al artículo original de Stern y Geary,
es que en ellos aclaran que esta aproximación es válida solo en ciertas
circunstancias claramente descritas. El desconocimiento de estas limitaciones ha
llevado a algunas personas a declarar que se trata de una metodología que no
aporta resultados coherentes y concordantes con las otras técnicas experimentales.
Ventajas de la Rp:

Se trata de una técnica no destructiva pues emplea bajas perturbaciones,
señal de -15 a 15 Mv.

Permite determinar la velocidad de corrosión instantánea.
69
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
 No hace falta instrumentación muy sofisticada pues solamente se necesita de
un potenciostato y en consecuencia es una técnica económica.

Para aplicar la metodología no hace falta de personal altamente especializado.
Limitaciones de la Rp:

Es necesario que el potencial sea estable.

Caída óhmica en sistemas altamente resistivos, lo que la hace poco
recomendable.

Es necesario seleccionar una velocidad de barrido adecuado.

Inexactitud del método ( Genesca Ll. J., 2002).
2.13.2.-ESPECTROSCOPIA DE IMPEDANCIA ELECTROQUÍMICA
La técnica de Espectroscopia de Impedancia Electroquímica (EIS, por sus siglas en
inglés), permite estudiar el comportamiento de la interfaz metal-solución, ofreciendo
una visión más completa de los fenómenos corrosivos. Es un método electroquímico
utilizado en estudios de corrosión, el cual se basa en el uso de una señal de
corriente alterna (CA) que es aplicada a un electrodo (metal en corrosión)
Obteniendo una respuesta electroquímica que permite el estudio de la cinética de los
procesos de electrodo y fenómenos de transferencia de masa (difusión) y también se
puede usar para calcular la velocidad de corrosión ( Genesca Ll. J., 2002).
En el procedimiento experimental más comúnmente usado, se aplica una pequeña
señal de potencial (E) a un electrodo y se mide su respuesta en corriente (I) a
Diferentes frecuencias. No obstante, en ciertas circunstancias, es posible aplicar
una señal pequeña de corriente y medir la respuesta en potencial del sistema. Así,
el equipo electrónico usado procesa las mediciones de potencial - tiempo y
corriente - tiempo, dando como resultado una serie de valores de impedancia
70
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
correspondientes a cada frecuencia estudiada. Esta relación de valores de
impedancia y frecuencia se denomina “espectro de impedancias”.
En el caso de los estudios de corrosión que utilizan la técnica de EIS, los
espectros de impedancia obtenidos suelen ser analizados mediante circuitos
eléctricos, compuestos por componentes
capacitancias
(C),
inductancias
(L),
tales
como
resistencias
(R),
etc. Combinados de tal manera que
reproduzcan los espectros de impedancia medidos. Estos circuitos eléctricos son
denominados “circuitos eléctricos equivalentes”.
Una importante ventaja de esta técnica de impedancia es la posibilidad de usar
señales de pequeña amplitud, que no presentan una perturbación significativa del
material en el que se harán las mediciones. Para llevar a cabo una medición puede
emplearse un voltaje de ±10 mV y un intervalo de frecuencia de 0.01 Hz a 10 KHz.
La impedancia es un término que describe la resistencia eléctrica (R), utilizado en
circuitos de corriente alterna (CA). En un circuito de corriente directa (CD) la
relación entre la corriente (I) y el potencial (E) está dada por la ley de ohm (IMP,
Facultad de Quimica UNAM).
En donde E es en volts, I en amperes y R en ohms. En el caso de un señal alterna la
expresión equivalente es la siguiente.
En la ecuación Z representa la impedancia del circuito, con unidades de ohm. Es
necesario hacer notar que a diferencia de la resistencia, la impedancia de un circuito
de CA depende de la frecuencia de la señal que sea aplicada. La Frecuencia (f) de
un sistema de CA se expresa en unidades de hertz (Hz) o numero de ciclos por
segundo (s-1), cuando se usa
CA sobre un sistema sencillo de corrosión, la
71
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
respuesta es más compleja que la de un simple resistor. Así este método es capaz
de discernir cada una de las contribuciones resistivas y capacitivas del sistema.
Hay dos métodos para describir los datos de impedancia que son:

Modulo de impedancia (│Z │) y ngulo de fase ().

Componente real de la impedancia total (Z’) y componentes imaginaria de la
impedancia total ( Z”).
De esta manera, es posible definir la
admitancia (Y) de un circuito de CA. La
admitancia es el reciproco de la impedancia y es un parámetro de importancia en los
cálculos matemáticos que involucra y por otra parte, los equipos usados en estudios
de EIS miden en realidad la admitancia.
Y=
La impedancia de un sistema a cada frecuencia está definida por, la razón entre la
amplitud de la señal de corriente alterna y la amplitud de la señal de potencial
alterno y el ángulo de fase. Un listado de estos parámetros a diferentes frecuencias
constituye el “espectro de impedancia”. El desarrollo matemático de la teoría que
fundamenta la técnica de EIS permite describir la impedancia de un sistema en
términos de un componente real y un componente imaginario (asociado a la raíz
cuadrada de -1) ( Genesca Ll. J., 2002).
Diagrama de impedancia (respuesta de frecuencia)
Se entiende por respuesta de frecuencia de un circuito eléctrico al espectro formado
por la variación de la impedancia en un barrido de frecuencia. Las representaciones
más usuales de frecuencia de un sistema lineal son:
72
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
 Diagrama de Nyquist.

CAPÍTULO II
Diagrama de Bode.
Diagrama de Nyquist: son curvas semicirculares o funciones de varios semicírculos.
El diagrama de Nyquist para un proceso de corrosión simple, también es conocido
como diagrama de impedancia en plano complejo. En este caso se grafica el
componente imaginario de la impedancia ( Z”) contra el componente real de la
impedancia ( Z’) para cada frecuencia a la que se aplico la señal senoidal de voltaje y
generalmente se aplica una señal de voltaje a una frecuencia y un tiempo
determinado como se muestra en la Figura 2.13 (Cruz Islas E., 2002).
Figura 2.13 Señal de voltaje sinusoidal.
Los sistemas electroquímicos se pueden simular por una combinación de
resistencias, condensadores y bobinas que, ante una señal eléctrica, reproducen su
respuesta con una aproximación aceptable.
Donde el eje horizontal representa la parte real de la impedancia del electrodo, es
decir, su componente resistivo y el eje de ordenadas el componente imaginario o
reactancia capacitiva como se muestra en la Figura 2.14.
73
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.14 Diagrama Nyquist para un
Sistema electroquímico simple.
Donde Rt: resistencia a la transferencia de carga, R: resistencia del electrolito, Cdl:
capacitancia de la doble capa electroquímica y : frecuencia angular máxima.
En el diagrama anterior se observa a que a altas frecuencias, la impedancia del
sistema es casi enteramente causado por una resistencia óhmica, R, la cual se
asocia comúnmente a la resistencia del electrolito y productos de corrosión presentes
en la superficie del metal que se estudia. La frecuencia angular alcanza su límite
superior en el extremo izquierdo del semicírculo en donde este toca al eje real. En el
límite de bajas frecuencias, extremo derecho del semicírculo, la impedancia se
aproxima nuevamente a una resistencia óhmica pero ahora el valor es Rp + R .
Un modelo de circuito equivalente que reproduce muy bien la respuesta de muchos
sistemas electroquímicos es el propuesto por Randles, Figura 2.15 a):
74
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.15 Diagramas de Randles, Argand y Nyquist. a) El circuito equivalente de
Randles,. b) Presentación del esquema de valores individuales del vector de
impedancia el cual se conoce como diagrama de Argand. c) Diagrama conocido
como diagrama de Nyquist o de Cole y Cole ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
La resistencia de transferencia de carga RT, determina la velocidad de reacción de la
corrosión y es una medida de la transferencia de electrones a través de la interface.
En un sistema de activación, RT es la magnitud medida como resistencia de
polarización, Rp, con las técnicas de corriente continua puede utilizarse la fórmula de
Stern y Geary para estimar icorr.
El cálculo de la icorr es también el principal objetivo de las técnicas de corriente
alterna, hasta el punto de que, como en el método de resistencia de polarización, la
amplitud de señal impuesta es muy pequeña, de unos 30mV pico a pico (10mV
eficaces), para que la respuesta en corriente del sistema sea lineal, o
aproximadamente lineal.
El circuito de Randles, como todas las generalizaciones, es una aproximación y una
simplificación al mismo tiempo. Cada sistema real tiene su circuito equivalente, que
no difiere solo en magnitud de sus componentes, sino también en el número y forma
de combinarlos. En las Figuras 2.16 2.17 a) y 2.17 b) se muestran unos ejemplos de
circuitos equivalentes para sistemas pasivos y para algunos metales con
recubrimientos como sistema protector en buen estado y ya deteriorado ( Gonzalez
F.Jose A., 1989).
75
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.16 Circuito equivalente propuesto para
Explicar el comportamiento de los metales pasivos.
De acuerdo a la Figura 2.16 R1 representa la resistencia del electrolito, R2 es la
resistencia faradaica, C1 la capacitancia de la doble capa, C2 es la capacitancia de
las capas de pasivación, finalmente, R3 representa la resistencia de las capas de
pasivación ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
La impedancia ofrecida por condensadores e inductores:
Zc 
1
y ZL=jwL
jwC
En donde
j   1 Es la unidad imaginaria con un argumento de 900
C= Capacitor
L= Inductor
w= Frecuencia angular 2f
Es función de la velocidad de variación de la señal eléctrica, es decir, de su
frecuencia, resulta lógico, para obtener una información adecuada de los circuitos
76
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
equivalentes, aplicar señales de corriente alterna con una amplia gama de
frecuencias, en lugar de señales de corriente continua (Cruz Islas E., 2002)
Figura 2.17 Representaciones de circuitos equivalentes. a) Circuito equivalente
propuesto para un sistema con recubrimiento sin defectos. b) Circuito equivalente
propuesto para un sistema de recubrimiento deteriorado, en el cual la solución
penetra hasta el metal ( Genesca Ll. J., 2002).
En donde:
Re = Es la resistencia del electrolito
R = Es la resistencia de la solución de la red de poros
C = Es la conductancia de los sistemas de recubrimientos
RT = Es la resistencia de transferencia de carga
Cd = Es la conductancia de la doble capa
W = Es la impedancia de Warburg
La asimilación de las transferencias electroquímicas, como la superficie del metal
que se corroe, a circuitos equivalentes como los de las figuras, 2.17 a) y 2.17 b) ,
77
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
2.18,hace que (aunque la corriente de las pilas de corrosión es continua), pueda
estudiarse su efecto con movimientos sinusoidales como las de corriente alterna.
Al aplicar un potencial sinusoidal a un sistema metal-electrolito, o a un circuito
equivalente, se obtiene como respuesta una intensidad sinusoidal con un cierto
ángulo de desfase  . La relación E / I es otra función sinusoidal, la impedancia Z,
equivalente a una resistencia en corriente continua y que, para un circuito RC en
paralelo, como la figura 2.17 a), resulta tomando en cuenta las igualdades de la
ecuación (2.47):
1
1
1
1



 jwC
Z RT 1 / jwC RT
Operando e incluyendo la resistencia del electrolito Re se obtiene, para el circuito de
Randles:
Z  Re 
RT
jwCRT2

1  w 2 C 2 RT2 1  w 2 C 2 RT2
La impedancia queda totalmente definida sin más que especificar su magnitud y el
ángulo de fase, como en los diagramas de Argand de la figura 2.17 b) o bien sus
componentes real e imaginaria, Z´y Z´´. Si se incluye la frecuencia como variable, en
circuitos como el de la figura 2.7 a) y sistemas metal-medio sencillos, el extremo del
vector de impedancia describe un semicírculo en el plano complejo, figura 2.7 c),
cuyas dimensiones permiten estimar los valores Re y RT y C del circuito equivalente,
o atribuibles al sistema de estudio.
En análisis de la ecuación 2.48 sustituyendo los valores del circuito equivalente
conduce a:
2
 
1 
 RT 
Z´ Re  2 RT   Z´´  2 

 
 
2
78
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
La ecuación 2.49 es la ecuación de un círculo de radio RT/2, conocido como
diagrama de Nyquist o de Cole y Cole ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
En el diagrama de Nyquist el eje horizontal representa a la parte real de la
impedancia del electrodo, es decir, su componente de resistivo y el eje de ordenadas
el componente imaginario o reactancia capacitiva. A frecuencias elevadas, del orden
de 10kHz o mayores, el condensador conduce tan fácilmente que cortocircuita RT y
permanece sólo el efecto de la resistencia del electrolito y de las capas superficiales
Re, valor que corresponde a la intersección izquierda del semicírculo con el eje de
abscisas. Cuando decrece la frecuencia, el condensador conduce cada vez menos,
pues la reactancia capacitiva es inversamente proporcional a w= 2f , hasta que a
bajas frecuencias o en corriente continua (frecuencia cero) el condensador deja de
conducir y la impedancia se iguala a la suma Re+RT, marcada por la intersección
derecha del semicírculo con el eje real. A partir del diámetro RT del diagrama de
impedancias se puede estimar icorr con la fórmula de Stern y Geary (icorr=B/RP) (Cruz
Islas E., 2002).
Al trabajar con señales de baja frecuencia se realizan todas las etapas parciales
implicadas en los fenómenos de corrosión: adsorción, difusión, transferencia, etc., tal
como sucede en corriente continúa. Sin embargo, al aumentar la frecuencia,
desaparece la contribución de los procesos más lentos, como los de difusión, que no
tienen tiempo para desarrollarse antes de la inmersión de la polaridad de la señal de
corriente alterna.
La obtención de los diagramas de impedancia, en el más amplio dominio de
frecuencias constituye un examen analítico de los diversos procesos que de otra
manera intervienen y se manifiestan global y simultáneamente en una solicitación por
corriente continua del sistema estudiado. Con materiales de elevada resistencia a la
corrosión es preciso descender a frecuencias muy bajas, del orden de mHz o
inferiores, para delimitar RT (el semicírculo), pues el fenómeno de corrosión es muy
lento.
79
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
Para velocidades de corrosión grandes, la rapidez o facilidad de la transferencia de
cargas hace que el semicírculo quede ya delimitado para frecuencias intermedias,
muchas veces del orden de Hz. En aquellos casos puede darse tiempo a
desarrollarse fenómenos de difusión que modifiquen la inmediata vecindad del
electrodo y, como ocurría con corriente continua, transformen en otro el sistema
metal-electrolito estudiado, mientras que con cinéticas de corrosión rápidas es
mucho menos probable que otros procesos parciales interfieran con las etapas de
transferencia de cargas. El tipo e intensidad de las interferencias se revelan en forma
del diagrama de impedancia del sistema (Cruz Islas E., 2002).
La exactitud de las predicciones cinéticas basadas en técnicas electroquímicas, tanto
de corriente continua como corriente alterna, requiere que la velocidad de corrosión,
este bajo control de activación, que exista relación causa-efecto entre la señal o
polarización aplicada y la respuesta medida y que la correlación entre aquella y esta
sea lineal. En estas condiciones ideales, la velocidad de corrosión está relacionada
con la resistencia de polarización Rp, que permite una estimación fiable y exacta de
la icorr en corriente continua, mientras que en la corriente alterna se obtienen
semicírculos bien definidos, con la ventaja de determinar simultáneamente Re y RT
siendo R p  Re  RT (equivalente a Rp)
El efecto de transporte de masa por difusión se reproduce, en los circuitos
equivalentes, incluyendo un elemento adicional W, conocido como impedancia de
Warburg, en serie con RT, como se muestra en la Figura 2.18.
La impedancia de Warburg es un número complejo con las partes real e imaginaria
iguales e inversamente proporcionales a la raíz cuadrada de la frecuencia, el cual es
conocido como coeficiente de Warburg.
W


j


80
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.18 Circuito equivalente para la impedancia de Warburg. Este circuito incluye
el efecto de los procesos de difusión, representados para la impedancia de Warburg
( Gonzalez F.Jose A., 1989).
En un diagrama de Nyquist, W se traduce en una recta con una pendiente unidad,
que aparece en el rango de las bajas frecuencias, pues a frecuencias altas el término
1 /  se hace despreciable. La Figura 2.19 reproduce el diagrama de impedancias
típico de control por difusión el cual, es una combinación del semicírculo y una recta
de 450, es decir, de procesos puros de transferencia de carga y difusión ( Gonzalez
F.Jose A., 1989).
Figura 2.19 Respuesta en el plano complejo de un circuito equivalente. En el
diagrama se muestra el efecto de los procesos de difusión, representados por la
impedancia de Warburg ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
81
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
Las magnitudes relativas de RT , C y  determinan el grado de distorsión del
semicírculo por la impedancia de Warburg. Tal como se muestra en la Figura 2.20.
Figura 2.20 Variación de la respuesta en el plano complejo, con importancia
creciente del control por difusión de la curva “a” a la “d” ( Gonzalez F.Jose A., 1989).
En casos favorables, tales como el a y b, es posible extrapolar el semicírculo para
determinar RT y estimar la velocidad de corrosión, desafortunadamente en las
situaciones c y d, no es posible, sin embargo se puede acceder a un valor de RT
representado Z´ frente a Z´´ w, tal como indica el esquema de la Figura 2.21
La extrapolación de la región lineal da una ordenada en el origen igual a Re  RT y las
impedancias a frecuencias elevadas determinan la resistencias del electrolito y capas
superficiales Re.
82
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.21 Representación de  Z´´ frente a Z´ , para obtener Re y RT por
extrapolación.
Diagrama de Bode: se representa la variación de la impedancia real contra la
frecuencia graficada en coordenadas log-log ver Figura 2.22. La presencia de
resistencias en el circuito provoca mesetas horizontales; mientras que los
capacitores presentan pendientes negativas y los inductores de pendientes positivas.
2.22 Diagrama de Bode para un sistema electroquímico simple.
Estos diagramas incluyen toda la información obtenida desde las frecuencias que
son identificadas. La ventaja de utilizar un diagrama de Bode es que la frecuencia
83
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
aparece explícitamente permitiendo observar la variación de la impedancia en
función de la frecuencia ( Ramirez J.L. , 2007).
Este es un método alternativo y representa la graficación del modulo de impedancia
y el ángulo de fase ( ) contra el logaritmo de l frecuencia. Lo valores de
se
utilizan par determinar los valores de resistencias RI en alta frecuencia, la Rt en la
media y baja frecuencia, en tanto que la Rd se observa e la muy baja frecuencia. Las
líneas horizontales de la resistencia se interceptan con una línea dependiente igual a
-1, para el caso ideal de un capacitor puro C, este puede ser determinado con la
ecuación:
2f
Donde el diagrama del ángulo de fase es muy útil para exhibir el valor de pico
máximo.
FRECUENCIA:
 BAJA: se presentan los tipos de difusión y control difusional.
 MEDIA: se observa mecanismo de corrosión por activación.
 ALTA: se puede observar la resistencia de la película de productos de
corrosión de películas activas y pasivas.
La impedancia electroquímica
se utiliza para interpretar el comportamiento de las
interfaces electrodo/electrolito.
2.13.2.1 VENTAJAS DE UTILIZAR LA TÉCNICA IMPEDANCIA ELECTROQUÍMICA
Es una técnica no destructiva
que permite caracterizar el comportamiento
electroquímico de una interface electrodo/electrolito.
84
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
Tiene por tanto aplicaciones importantes en la evaluación del desempeño de metales
desnudos o recubiertos en diferentes ambientes;
El seguimiento de procesos electroquímicos y la evaluación de su cinética, o en el
estudio procesos de interés tecnológico y científico como los de electrocatalisis, la
obtención de productos electrodepositados, la corrosión entre otros ( Piratoba
M.Ulises, Vera L.Enrique y Ortiz O. Cesar, 2010).
La tecnología actual permite realizar estudios de EIS en sistemas electroquímicos
con relativa sencillez ( Genesca Ll. J., 2002).
Esta técnica proporciona la información confiable en un tiempo considerado corto.
El dispositivo que permite aplicar un potencial programado al circuito y detectar su
corriente se denomina potenciostato. Para estudiar solo una de las interfaces
electrolito-electrodo (denominado éste electrodo de trabajo), el otro electrodo
conviene que sea un dispositivo estándar, conocido como electrodo de referencia,
Generalmente se introduce un tercer electrodo, de platino o grafito y denominado
contra-electrodo, para que por él circule la mayor parte de la corriente aplicada a la
interface de interés y no por el electrodo de referencia; esto permite que las
variaciones o lecturas de voltaje, correspondan solo a la interface del electrodo de
trabajo.
La corriente en el circuito, se debe a la circulación de electrones en los electrodos
metálicos y de iones en electrolito. Para interpretar la corriente de iones conviene
distinguir dos procesos en la superficie del electrodo de trabajo: uno que incluye
reacciones químicas y transferencia de electrones a través de la interface electrodosolución y que puede llamarse proceso faradaico, por cuanto se cumple la ley de
Faraday de que la cantidad de carga transferida es proporcional a la cantidad de la
85
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
reacción química involucrada. El otro proceso no faradaico y sin reacciones de
transferencia de carga a través de la interface, se debe a adsorciones y desorciones
iónicas que generan en el circuito señales de corriente alterna.
La migración de iones en el electrolito y lejos de la interface, igual que la circulación
de electrones en los metales, exhiben un comportamiento óhmico razón por la cual
se incluye siempre un elemento resistivo RE en el circuito que simula o representa la
interface ( Piratoba M.Ulises, Vera L.Enrique y Ortiz O. Cesar, 2010).
2.13.3 CURVAS DE POLARIZACION POTENCIODINAMICAS.
Las curvas de polarización muestran la interdependencia entre el potencial de
electrodo y la intensidad de corriente (relaciones i vs. E) ver Figura 2.23. Las curvas
de polarización pueden determinarse aplicando una corriente constante y midiendo el
potencial, repitiendo este procedimiento para diversos valores de corriente y
midiendo en cada caso el nuevo potencial alcanzado.
Estas curvas son diagramas que presentan las reacciones anódica (oxidación o
disolución metálica) y catódica (reducción de oxigeno). de un sistema en proceso de
corrosión en un determinado intervalo de señal de amplitud, mediante las curvas de
polarización potenciodinamicas se puede determinar cuando un metal es susceptible
a la corrosión uniforme y a la corrosión por ataque localizado.
86
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.23 Curva de Polarización Potenciodinamica.
Las curvas de polarización potenciodinamicas son
herramientas muy útiles para
estudiar la cinética y los mecanismos de reacción del proceso de corrosión, su
aplicación consiste en el control del potencial o la corriente, aplicando un barrido a la
velocidad constante, registrando el barrido de potencial en el rango seleccionado y
graficando la corriente generada entre el electrodo de trabajo y el electrodo auxiliar,
este método electroquímico es llamado curva de polarización potenciodinamica, se
representa gráficamente mediante el potencial con respecto al electrodo de
referencia( generalmente electrodo de calomel saturado) contra la densidad de
corriente.
De manera práctica, el potencial de electrodo es reportado con respecto a los
electrodos de referencia. Así, cuando el potencial es positivo significa que el sistema
metal-electrolito actúa como cátodo en la celda electroquímica, mientras que si el
87
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
potencial es negativo el electrodo actúa como ánodo. Esta técnica es de alto alcance
puesto que emplea sobrepotenciales mayores de 120 mV y hasta 300 mV contra
Ecorr. Con velocidades de barrido de 0.1 a 0.5 mV/s. En la figura se manifiestan las
curvas de polarización anódica (oxidación o disolución metálica) y la curva de
polarización catódica (reducción de oxigeno).
No todos los metales y aleaciones reaccionan de una manera uniforme en contacto
con una atmosfera corrosiva. Una de las reacciones intermedias comunes de un
metal (superficie) es con el oxigeno , y esas reacciones son variables y complejas. El
oxigeno puede funcionar algunas veces como aceptor de electrones, es decir actúa
como agente oxidante, y retira la película protectora de hidrogeno del área catódica,
despolarización catódica.
2.13.3.1 MÉTODO DE TAFEL
La extrapolación de Tafel está basada en la teoría del potencial mixto
propuesta por Wagner y Traud en 1938, la cual asume que las reacciones anódicas y
catódicas (reacciones controladas por transferencia de carga) ocurren en cualquier
sitio de la superficie que se encuentra en constante cambio, con una distribución
estadística de posición y tiempo de las reacciones individuales usando la relación
entre densidad de corriente icorr, y potencial de corrosión (E = Ecorr,), se puede
describir la interacción entre las reacciones de oxidación y reducción en el metal.
Esta técnica es de alto campo pues se emplean sobrepotenciales mayores de 120
mV y hasta 300 mV contra Ecorr con velocidades de barrido de 0.1 a 0.5 mV/seg.
Es un método para calcular la velocidad de corrosión es el método de extrapolación
de Tafel el cual se lleva a cabo de la siguiente manera:
88
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
1. Polarizar el material metálico en diferentes potenciales, tanto en dirección
anódica como en dirección catódica (máximo + 300mV ).
2. Identificar las zonas lineales en ambas curvas que abarquen al menos 1
década de longitud.
3. Extrapolar las zonas lineales al Ecorr hasta la intersección de las dos rectas.
4. Utilizar las leyes de Faraday para convertir la densidad de corriente icorr a
velocidad de corrosión.
Para
determinar
experimentalmente
los
parámetros
cinéticos
i o ,  a y c se
recomienda una representación gráfica en la que la densidad de corriente este en
una escala logarítmica, por la relación lineal existente entre el logaritmo y el sobre
potencial, especialmente cuando el sobre potencial, tiene un valor grande en un valor
absoluto ( Genesca Ll. J., 2002).
La región ó dominio de Tafel anódico (zona Tafeliana), es aquella región en la cual el
potencial correspondiente   /  a  1. La ecuación se convierte en:

i  ia  i0 exp  a
 b



Tomando logaritmos se obtiene la ecuación:
   a ln jo   a ln j
Pasando a logaritmos en base diez y definiendo las constantes de Tafel anódicas, aa
y ba se obtiene la ecuación de Tafel de una reacción anódica, también llamada recta
de Tafel anódica:
  aa  ba log i
89
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
Donde:
CAPÍTULO II
aa  2.303 a ln io
ba  2.303 a
De amanera similar para el dominio catódico de Tafel  /  c  1:
j  jc   j0 log j exp(  c /  c )
   c ln jo   c ln j
Lo cual permite expresar las contantes de Tafel catódicas, ac y bc de la ecuación de
Tafel de una reacción catódica:
  aa  ba log i
Donde:
a a  2.303 a ln io
ba  2.303 a
Las ecuaciones de Tafel describen los límites anódico y catódico de la ecuación de
Butler-Volmer. Cuando se obtiene una curva de polarización experimental, la
extrapolación de la recta que aparece en el dominio Tafeliano al valor del potencial
de equilibrio, permite determinar la densidad de corriente de intercambio j0, Figura
2.24. El inverso del valor de la pendiente de estas rectas proporciona el valor de los
coeficientes de Tafel a y c ( Genesca Ll. J., 2002).
90
MARCO TEORICO
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
CAPÍTULO II
Figura 2.24 Esquema de una reacción anódica en el diagrama de Tafel.
  a  b log i(neta )
El sobrepotencial  es el valor de la constante "a" , el cual está relacionado con la
velocidad de las reacciones anódicas y catódicas ( i o ) bajo condiciones de equilibrio
(cuando el sobrepotencial es cero). Lo anterior se conoce como correlación de Tafel
y es de suma importancia en el análisis cinético de un proceso de corrosión
( Genesca Ll. J., 2002).
  E(aplicado )  E(equilibrio )
Es decir, “  ” es la magnitud de desviación del potencial electroquímico del sistema
en observación a partir de su valor de equilibrio original e “ i (neta ) ” es la densidad de
corriente neta anódica o catódica, donde a y b son constantes. Las expresiones del
método de extrapolación de Tafel anódica y catódica se describen de la siguiente
manera:

b * log( i)
ó   b(log i  log icorr )
icorr
91
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS
La ecuación 2.60 es la relación de Tafel correspondiente a la ecuación de la recta,
donde la variable independiente es la densidad de corriente representada en forma
logarítmica y la variable dependiente es el sobre potencial η. El potencial uniforme al
que se llega sobre la superficie metálica se denomina potencial de corrosión E corr . En
forma general cuando se mide el potencial del metal sumergido en un medio
electrolito, contra un electrodo de referencia, lo que se mide en realidad es el
potencial mixto de corrosión E corr es decir el potencial de la reacción catódica junto al
potencial de la reacción anódica ( Genesca Ll. J., 2002).
Tanto la técnica electroquímica de Resistencia a la Polarización como el método de
Tafel son el resultado de la aproximación de bajo campo a la ecuación de ButlerVolmer.
i = i 0 exp (nF/RT) - i0 exp (nF/RT)
Los materiales que son susceptibles de ser evaluados mediante la aplicación de la
Polarización Lineal, estos deben estar inmersos en electrolitos conductores, es decir,
que la resistividad de las soluciones no sea alta, y deben encontrarse libres de
películas resistivas. La aproximación de bajo campo implica que el sobrepotencial y
la corriente se relacionan a través de una ecuación que implica la diferencia entre
dos exponenciales (ecuación Butler-Volmer), en la inmediación del potencial de
corrosión, asumiendo que el comportamiento es ideal (Ramirez Reyes J.L., 2009).
En los sistemas electroquímicos controlados por difusión, se presenta un fenómeno
en el que la corriente catódica se ve limitada por la concentración de los reactivos
catódicos, es decir, por el transporte de masa a través del electrolito (difusión).
Cuando hay control por difusión, se dice que se tiene una corriente limite, con una
pendiente de Tafel catódica que tiende a infinito. Estas ecuaciones de Tafel
describen los límites anódico y catódico de la ecuación de Butler-Volmer. Para la
aplicación de este método se deberá seguir lo especificado en la norma ASTM G 5991.
92
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
CAPÍTULO II
2.14 CORROSIÓN ATMOSFERICA
La principal razón de que la corrosión exista se encuentra en la complejidad de las
variables que determinan la cinética de las reacciones de corrosión y es esta la
causa de por qué varían las velocidades de un lugar a otro, de una hora a otra y de
una estación del año a otra.
Las atmosferas varían considerablemente con respecto a la humedad, a la
temperatura, y a los contaminantes; de aquí que las velocidades de la corrosión
atmosférica varíen marcadamente en cualquier lugar del mundo. A medida de que
uno se aproxima a la costa, el aire se carga con cantidades de impurezas que
aumentan el contenido de las sales marinas, en particular el cloruro de sodio, NaCl.
En las zonas industriales, se encuentran cantidades apreciables de SO 2, el cual se
convierte a acido sulfúrico, y pequeñas cantidades de H 2S, NH3, NO2 Y varias sales
suspendidas.
Uno de los problemas más graves causados por los avances de la tecnología, es la
corrosión de los materiales como consecuencia de la agresividad atmosférica. La
contaminación del aire es uno de los puntos básicos de carácter agresivo que afecta
a los materiales, como son; humo, polvo, cenizas, polen, gases diversos y otras
sustancias.
La mayoría de los metales en contacto con el medio ambiente forma un sistema
termodinámicamente inestable. A excepción de los metales nobles, todos los demás
reaccionan y se transforman en óxidos. Sin embargo todos los metales pueden ser
usados siempre que su velocidad de deterioro sea aceptablemente baja (Genesca L.
J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
93
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
2.14.1 COMPOSICION DE LA ATMOSFERA
CAPÍTULO II
Su composición prácticamente es constante para cualquier parte del mundo, pero el
contenido del vapor de agua varía de acuerdo a la región climatológica, la estación
del año, la hora del día, etc. Sin embargo, únicamente el oxigeno, el dióxido de
carbono y el vapor de agua necesitan ser considerados dentro del contexto de la
corrosión atmosférica.
Anteriormente se pensaba que
el dióxido de carbono era esencial para el
herrumbramiento de los metales ferrosos, pero actualmente se le da una importancia
relativamente menor, algunos investigadores han demostrado que el contenido de
dióxido de carbono en el aire disminuye la corrosión debido, probablemente, a la
formación de una película de herrumbre mas protectora.
El vapor de agua es esencial para la formación de una solución electrolítica que
soporte la reacción electroquímica de la corrosión, su concentración en la atmosfera
generalmente se expresa en términos e Humedad Relativa (H.R), que se define
como el porcentaje de la presión del vapor de agua que tiene la atmosfera en
relación con la que tendría si la atmosfera se saturara a la misma temperatura.
También se emplea como una medida de la humedad a la diferencia en temperatura,
entre la de la atmosfera y aquella a la que tendría que enfriarse antes de que la
humedad empiece a condensar. A esta diferencia de temperatura se le conoce como
depresión del punto de rocío y a la temperatura a donde toma lugar la
condensación se le designa como el punto de rocío.
El oxigeno de la atmosfera, disuelto en la solución electrolítica, proporciona el
reactivo despolarizador del cátodo en el proceso de la corrosión. Como la solución
electrolítica esta en forma de películas delgadas o gotas, la difusión del oxigeno,
atraves de la solución y de la interface entre esta y el metal, es sumamente rápida.
94
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
También el oxigeno puede oxidar a los productos de corrosión solubles y algunos no
solubles, los que llegan a formar barreras mas o menos protectoras para la corrosión
subsecuente.
2.14.2 FACTORES
ATMOSFÉRICA
QUE
AFECTAN
LOS
PROCESOS
DE
CORROSIÓN
La acción conjunta de los factores de contaminación y los meteorológicos determinan
la intensidad y naturaleza de los procesos corrosivos, y cuando actúan
simultáneamente, aumentan sus efectos. También es importante mencionar otros
factores como las condiciones de exposición, la composición del metal y las
propiedades del óxido formado, que combinados entre sí influyen en los procesos de
corrosión.
2.14.2.1Clasificación de la corrosión atmosférica
a) Corrosión seca. Se produce en los metales que tienen una energía libre de
formación de óxidos negativa.
b) Corrosión húmeda. Requiere de la humedad atmosférica, y aumenta cuando la
humedad excede de un valor crítico, frecuentemente por encima del 70%.
c) Corrosión por mojado. Se origina cuando se expone el metal a la lluvia o a otras
fuentes de agua.
2.14.2.2 Influencia de las condiciones meteorológicas en los procesos de
corrosión
La característica atmosférica más importante que se relaciona directamente con el
proceso de corrosión es la humedad, que es el origen del electrolito necesario en el
proceso electroquímico.
95
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
La resistencia óhmica entre las zonas anódica y catódica de las minúsculas pilas de
corrosión que se distribuyen sobre el metal es grande cuando el espesor de la capa
de humedad es pequeño.
La causa más importante es la precipitación atmosférica (en forma de lluvia o niebla
espesa). Existe también la condensación de humedad, que se origina cuando la
humedad relativa de la atmósfera sobrepasa el 100%. Es importante mencionar
también la condensación por adsorción, la condensación capilar y la condensación
química (Genesca J., 1995).
Las características físicas más importantes de una atmosfera natural son la
temperatura, por lo general comprendida en el intervalo de -20°C a 60°C y el grado
de humedad relativa (HR), entre 20 y 100% generalmente (Genesca L. J., Mariaca R.
L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
Dentro de los factores climáticos se encuentran la temperatura y la luz del sol por
que influyen sobre la velocidad de evaporación o condensación de la película
húmeda sobre el sustrato metálico.
La corrosión metálica es un fenómeno electroquímico provocado por el medio
ambiente, esta ocurre en presencia de un electrolito en contacto con la superficie del
material metálico, y que se conoce como corrosión acuosa o electroquímica.
Para el caso del acero:
Fe 2+ +2 e
Fe
½O
2
+H2O +2e
(reacción anódica)
2OH¯
(reacción catódica)
En estas reacciones por un lado, los electrones involucran energía eléctrica, y por el
otro, la presencia de un oxidante como es el oxigeno disuelto en agua.
96
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
La pérdida que sufre el material puede ser de manera uniforme o generalizada lo
largo y ancho de la superficie, o bien de forma localizada.
La corrosión total de un material en la atmosfera generalmente no se presenta en
forma continua sino de manera discreta a lo largo del tiempo, siendo la suma del
producto de las velocidades de corrosión por el tiempo que la superficie permanece
húmeda o mojada (tiempo de humectación) de acuerdo con la siguiente expresión:
Donde
es la corrosión total o pérdida de masa a lo largo del tiempo,
velocidad de corrosión registrada en los intervalos de tiempos considerados y
es la
es el
parámetro mas importante en la corrosión atmosférica, que es el tiempo de
humectación de la superficie metálica. Este parámetro es igual a la suma del número
de horas (ti) cuya humedad relativa es igual o mayor a 80%(HR 80%) que es donde
ocurre la corrosión significativa. Esto de acuerdo con:
Los
factores climatológicos juegan un papel fundamental en la corrosión
atmosférica. El parámetro tiempo de humectación incluye factores como:
 Temperatura ambiente afectadas por la insolación y nubosidad del sitio.
 Precipitación pluvial.
 Viento (dirección y velocidad).
 Humedad relativa, etc.
97
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Que lo establecen y lo modifican afectando el tiempo que la superficie permanece
mojada o húmeda. Por todo esto es que la climatología del lugar donde se
encuentran expuestos los materiales es un factor fundamental en la corrosión
atmosférica de los metales.
2.14.3 OTRAS VARIANTES ATMOSFERICAS
Temperatura: esta desempeña una función importante en la corrosión atmosférica,
ya que existe un aumento normal en la actividad de la reacción de la corrosión que
se duplica por cada 10º de aumento en la temperatura. Además, la velocidad de
secado de la solución electrolítica sobre la superficie metálica de los productos de la
corrosión depende, en gran parte de la temperatura. Dentro de los contextos
probablemente es más importante la temperatura de la superficie metálica que la
temperatura ambiente aunque obviamente la ultima influye sobre la primera. Sin
embargo muchos otros factores afectan a la temperatura del metal como son;
 Capacidad térmica de la estructura metálica.
 Orientación con respecto al sol.
 Intensidad de la luz del mismo.
 Reflectividad de la superficie metálica o de sus productos de corrosión.
 Velocidad y dirección de los vientos.
 Propiedades de aislamiento térmico de los productos de corrosión.
La dirección de los vientos dominantes también es un factor importante sobre todo,
en relación a los aumentos de las velocidades de corrosión que se proporcionan por
la proximidad de grandes plantas industriales productoras de cantidades apreciables
de contaminantes potencialmente corrosivos.
98
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Humectación de la superficie metálica. Es una variable sumamente compleja y
determina la duración del proceso electroquímico de la corrosión.
1. Requiere considerar todos los medios con los que se puede formar una
solución electrolítica en contacto con la superficie.
2. Deben tomarse en cuenta las condiciones bajo las cuales esta solución es
estable con respecto a la atmosfera ambiente.
3. Y finalmente debe considerar la velocidad de evaporación de la solución
cuando cambian las condiciones atmosféricas par hacer su existencia
inestable.
Humedad relativa critica. En una atmosfera sin contaminantes y a temperatura
constante no se espera un grado importante de corrosión en una superficie metálica
pura expuesta a cualquier valor de la humedad relativa por debajo de 100%. Sin
embargo debido a las fluctuaciones normales de la temperatura y por las impurezas
en la atmosfera o sobre la superficie del metal, la humedad relativa debe reducirse a
valores mucho más bajos que el 100%, a fin de asegurar que ninguna cantidad de
agua se condense sobre la superficie .a la reducción de estos valores se le conoce
como humedad relativa critica y debajo de ella no se desarrolla corrosión alguna del
metal en estudio.
Precipitación de la humedad: Además de la humectación por la briza marina la
humedad puede depositarse sobre una superficie metálica por la lluvia o la formación
de rocío. Para humedad ambiente conocida, puede calcularse el punto de rocío
usando la relación de la H.R. y las tablas que dan la presión de vapor saturado de
agua a varias temperaturas.
99
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Puesto que la contaminación atmosférica particularmente el SO 2
tiende a
concentrarse a nivel del terreno, el rocío puede ser considerablemente más acido
que la lluvia, debido a que este se forma en altitudes superiores. Además, el rocío a
diferencia de la lluvia puede humedecer completamente a todas las superficies
sombreadas. Las hojas metálicas delgadas siguen apegadamente los cambios de la
temperatura ambiente y es por eso que se presenta una probabilidad mayor de que
sobre ellas se forme el rocío, no así en las a secciones masivas con una capacidad
térmica mayor que le permite enfriarse más lentamente.
La lluvia, además de mojar la superficie metálica puede ser benéfica en cuanto a
lixiviación de otras sustancias solubles y nocivas, lo cal puede producir un marcado
descenso en la velocidad de la corrosión.
Condensación por capilaridad: La presión de vapor, arriba de un menisco de agua,
es menor de la que esta en equilibrio con una superficie plana. Po lo tanto es posible
que la humedad condensé en las capilaridades estrechas aun es atmosferas de
menos de 100 % de H.R. este es un factor que cuenta mucho para la formación del
electrolito en las micro grietas de la superficie metálica. De aquí también puede
explicarse la facilidad de la formación electrolítica en lo poros e los productos de
corrosión y el porqué del efecto de humedad relativa critica.
Condensación química: esta ocurre cuando sobre la superficie metálica se
encuentran presentes productos de corrosión solubles o contaminantes atmosféricos.
Cuando la humedad excede aquella que está en equilibrio con una solución saturada
de las especies solubles, inicialmente se forma una solución saturada hasta que se
establece el equilibrio con la humedad ambiente. De los productos e corrosión
obviamente lo sulfatos, cloruros y carbonatos son los más importantes dentro de este
contexto.
100
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Capas de agua adsorbidas: la adsorción de las moléculas de agua sobre la superficie
metálica es una función de las fuerzas de van der waals. Sea estimado que a 55% de
H.R. la película de humedad sobre el fierro pulido es aproximadamente de 15 capas
moleculares de grueso e incrementando a 90 capas justamente debajo de 100% de
H.R. tales películas son capaces de soportar el proceso electroquímico de la
corrosión. A medida que l humedad se reduce por abajo del 100% y las capas se
hacen más delgadas la polarización del proceso catódico y particularmente la
anódico se efectúa más rápidamente y virtualmente cesa la corrosión debajo de 60%
de H.R.
2.14.3.1 Función del SO2 en la corrosión atmosférica:
en las áreas
industrializadas, el dióxido de azufre desempeña una función muy importante en la
corrosión atmosférica de los metales, de tal manera que se justifica una
consideración detallada de su acción. El SO2 de la atmosfera es adsorbido
selectivamente, a excepción del aluminio, por todos los metales, así como el acero
herrumbrado, aun cuando sea aire seco y a 0 ºC bajo condiciones húmedas se forma
acido sulfúrico ya que la oxidación del dióxido de azufre(SO 2)
a trióxido de
azufre(SO3) es catalizada por los óxidos metálicos y los metales.
Para los metales no ferrosos como el cobre, el plomo y el níquel el ataque por acido
sulfúrico es directo y produce sulfatos en lo que se refiere a sulfato de plomo, su
solubilidad es muy pequeña y ofrece muy buena protección. Los sulfatos de níquel y
cobre son delicuescentes, pero si no son lixiviados gradualmente se convierten en
sulfatos básicos insolubles; por ejemplo la patida.
Se ha visto que para los metales no ferrosos el dióxido de azufre se consume en las
reacciones de la corrosión mientras que en el herrumbramiento del hierro y el acero,
se piensa que el sulfato ferroso se hidroliza formando óxidos y regenerando al acido
sulfúrico. De esta manera el dióxido de azufre actúa como un catalizador, y un ion
SO4 puede ser de la disolución de más de 100 átomos de fierro, antes de que se
101
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
elimine por lixiviación, debido al desprendimiento de la herrumbre o bien, a la
formación del sulfato básico.
Las reacciones son las siguientes:
Fe + SO2 + O2
4FeSO4 + O2 + 6H2O
4H2SO4 + 4Fe + 2O2
FeSO4
4FeOOH + 4H2SO4
4FeSO4 +4H2O
2.14.3.2 Influencia de la contaminación de la atmosfera
Se puede definir la contaminación atmosférica como "la presencia en el aire de
sustancias extrañas, sean éstas gaseosas, sólidas o la combinación de ambas, en
cantidad y durante un tiempo de permanencia que puede provocar efectos nocivos
para la salud humana y un deterioro de los bienes de uso y del paisaje"
En relación a su toxicidad, los contaminantes producen efectos nocivos en el ser
humano y su medio ambiente, como irritación en los ojos, nariz y garganta. Además,
atacan a muchos metales y materiales de construcción, deterioran equipo eléctrico,
superficies pintadas, etcétera.
Los contaminantes atmosféricos de mayor importancia son: partículas suspendidas
totales, ozono, monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno y dióxido de azufre. Los
agentes contaminantes inorgánicos son generados por los vehículos y las industrias;
los orgánicos, por los basureros. Las centrales termoeléctricas, las refinerías y las
fábricas de papel contribuyen con el 85% del SO2 en la atmósfera; los automóviles
con un 95% de CO, en el caso de la ciudad de México (Margarita Ocampo, "Inversión
térmica y contaminación", Información Científica y Tecnológica 8 (115) 19-21, 1986).
Esto implica, por consiguiente, la necesidad de medir la cantidad de los distintos
contaminantes dispersados dentro de la capa de aire. Lo anterior puede lograrse
usando equipo adecuado o mediante el uso de los modelos de difusión de gases
contaminantes.
102
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
La concentración de los contaminantes se mide en partes por millón (ppm o mg/m³) o
en microgramos por metro cúbico (μg/m³). Cada contaminante tiene un tiempo
específico de exposición. En la zona metropolitana existe un conjunto de estaciones
automáticas llamado Red Automática de Monitoreo Atmosférico del Valle de México,
en el que se incluyen varios aparatos, tanto meteorológicos como para medir
diferentes contaminantes.
Las estaciones están ubicadas donde se espera que se produzcan los índices más
altos de contaminación. Cabe mencionar que la concentración de los contaminantes
varía de acuerdo con la zona de exposición y con el avance del día. Se analizan
cinco de los contaminantes para los que existen normas de calidad bien establecidas
en Estados Unidos y Canadá. Estos son: dióxido de azufre, monóxido de carbono,
ozono, óxidos de nitrógeno, partículas suspendidas totales y finas e hidrocarburos.
Desafortunadamente, existen limitaciones en cuanto al equipo necesario para la
determinación de todos los contaminantes. Con la información recabada se elabora
el "Índice Metropolitano de la Calidad del Aire" (IMECA). El nivel de contaminación va
de cero a 500, como se muestra en la Tabla 2.1 La unidad de contaminación se
expresa en puntos IMECA
103
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Tabla 2.1 Índice Metropolitano de la Calidad del Aire
CAPÍTULO II
Categorías
(puntos)
I.
0 a 50
Calidad del aire
Riesgos para la salud
Buena
II.
51 a 100
Satisfactoria
III.
IV.
101 a 200
201 a 300
Insatisfactoria
Deficiente
V.
301 a 400
Mala calidad
VI.
401 a 500
Muy mala calidad
Situación muy favorable para la
realización de todo tipo de actividad.
Situación favorable para la realización de
todo tipo de actividad.
Molestias en personas sensibles
Aumento de molestias e intolerancias
relativas al ejercicio en personas con
padecimientos
cardiorespiratorios
y
aparición de molestias en la población en
general.
Aparición de diversos síntomas en la
población, intolerancia al ejercicio físico.
Aparición de síntomas agudos en la
población, primeras muertes.
Aparición de enfermedades e incremento
critico en las tasas de morbilidad y
mortalidad.
VII. 501 a 1000
Pésima calidad
FUENTE: Tecnoconsult: corporation international, El índice Metropolitano de calidad del aire, México
1998.
En Veracruz varios municipios tienen problemas de calidad del aire y Tuxpan ocupa
el primer lugar, pues presenta complicaciones con óxidos de azufre y partículas
suspendidas, alerto el investigador del centro de ciencias de la tierra de la UV, Carlos
Welsh, quien dijo; existen registros de enfermedades respiratorias, el equipo de
monitoreo de Veracruz forma parte de la red de México, Estados Unidos y Canadá,
realizando estudios compuestos orgánicos persistentes y la estación más alta del
mundo está en el cofre de perote, con la participación del inecol.
La atmosfera terrestre está compuesta principalmente; oxigeno y nitrógeno, con
pequeñas cantidades de argón, dióxido de carbono, vapor de agua, neón, helio,
kriptón, hidrogeno y ozono, la temperatura de la atmosfera varia de manera compleja
en función de la altitud. La corrosión atmosférica se lleva a cabo en la troposfera a
consecuencia de ser la capa más susceptible a los parámetros agresivos de la
contaminación atmosférica (Brow l.et., 2004). En
las Figuras 2.25 y 2.26 se
muestran algunos contaminantes.
104
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
CAPÍTULO II
CONTAMINANTES ATMOSFÉRICOS
Naturales
Antropogénico
-Polvo movilizado por el
viento.
-Primario: Emitido directamente de
-Cenizas
y
gases
volcánicos.
-Ozono
 Origen:
-Secundario:
(generado
por
cargas eléctricas).
-Éteres
(emitidos
un proceso a la atmosfera.
y
Formado
en
la
atmosfera como resultado de una
acción química
terpenos
por
masas
vegetales).
-Humos, gases, cenizas
(por incendios forestales.
-Polen y otros
 Estado Físico:
-Gaseoso: gases como el SO2, NO,
O3CO, etc.; vapores tales como
gasolina, disolventes de pintura,
aeroalergenicos.
-Radiactividad natural.
-Gases y olores (de
actividades biológicas).
agentes de limpieza en seco, etc.
-Particulado: sólidos (polvo, Humos)
o líquidos (gotas, neblinas, nieblas
y aerosoles) finamente divididos.
Figura 2.25 Clasificación de los contaminantes atmosféricos
(Perry Robert H., volumen 4).
105
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
CAPÍTULO II
CONTAMINANTES GASEOSOS
Orgánicos
Inorgánicos
-Gases de azufre
-Óxidos de carbono
-Gases de nitrógeno
-Halógenos y haluros
-Productos de reacción
fotoquímica
-Cianuros
-Compuestos
amoniacales
-Clofluorocarbonos
HIDROCARBUROS
-Parafinas. Metano, etano, octano.
-Acetileno
-Olefinas. Etileno y butadieno
-Aromáticos. Benceno, tolueno,
benzopireno, xileno, estireno
COMPUESTOS OXIGICENADOS ALIFATICOS
-Aldehídos. Formaldehido
-Cetonas. Acetona, metiletilcetona.
-Ácidos orgánicos
-Alcoholes. Metanol, etanol, isopropanol.
-Haluros orgánicos. Cloruro de cianógeno, cianuro
de bromobencilo.
-Sulfuros orgánicos. Sulfuro de dimetilo.
-Hidroperóxidos orgánicos. Nitrito o nitrato de
peroxiacetilo (PAN)
Figura 2.26 Clasificación de los contaminantes atmosféricos gaseosos
(Perry Robert H., volumen 4)
106
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
2.14.4 CONTAMINANTES ATMOSFERICOS
CAPÍTULO II
Estos se obtienen parcialmente o completamente de las fuentes naturales y sus
concentraciones varían apreciablemente dentro de ciertos límites geográficos.
Óxidos de azufre: son estimuladores potenciales de la corrosión atmosférica para el
acero, pero particularmente para el zinc. La correlación entre el nivel de
contaminación de SO2 y las velocidades de corrosión determinadas, tiene un alto
grado
de
importancia.
No
obstante
en
los
ambientes
marinos
severos,
particularmente con el zinc, la contaminación de los cloruros puede tener un
coeficiente de correlación superior al del SO2.
El SO2 de la atmosfera se obtiene de dos fuentes:
1. A
partir de la oxidación aérea del acido sulfhídrico, H2S, producido
naturalmente,
2. A partir del consumo de combustibles que contienen azufre.
Acido Sulfhídrico: Este se produce por la putrefacción de los compuestos orgánicos
sulfurosos, o por la acción de las bacterias sulfato reductora en condiciones
anaeróbicas. No obstante que las concentraciones de acido sulfhídrico son
considerablemente más bajas que las del SO2 (oxido de azufre), dicho acido es
responsable del opacamiento del cobre y la plata a las concentraciones atmosféricas
normales.
Compuestos del Nitrógeno: Estos también provienen de fuentes tanto naturales
como sintéticas. El amoniaco se forma en la atmosfera durante las tormentas
eléctricas, pero en los últimos años el aumento del ion amonio en la lluvia, se
107
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
atribuye al exceso en el uso de los fertilizantes artificiales. Los compuestos de
amonio pueden incrementar la humectabilidad de un metal.
Partículas Salinas: Comprenden dos tipos principales:
1. El sulfato de amonio que se forma en áreas fuertemente industrializadas,
donde coexisten cantidades
apreciables de amoniaco NH3 y trióxido de
azufre, S03, o acido sulfúrico, H2SO4, en aerosol, y es un fuerte estimulador
de la corrosión, ya que es higroscópico y acidico.
2. La sal marina, principalmente el cloruro de sodio NaCl, cuya presencia se
encuentra también en el agua de lluvia que registra cantidades muy
apreciables de iones potasio, magnesio y calcio. Por otra parte, los cloruros
se producen, además, en áreas industriales, son higroscópicos y altamente
agresivos para algunos metales como el acero inoxidable.
Otras partículas aéreas. También estas son divisibles en dos grupos:
1. Incluye a las partículas inertes no absorbentes, generalmente de carácter
silicoso, que pueden afectar a la corrosión mediante el favorecimiento de un
proceso de aereacion diferencial en los puntos de contacto.
2. Las partícula adsorbentes como el carbón y el hollín que son intrínsecamente
inertes, pero tienen superficies o infraestructuras que adsorben SO2, y
mediante la coadsorcion de vapor de agua que se condensa dentro de la
estructura, catalizan la formación de una solución electrolítica acida y
corrosiva.
108
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Cabe mencionar que la suciedad en conjunto con el hollín ayudan a la formación de
la patina – sulfato básico de cobre, CuSO4 ·3CU(OH)2 – sobre el cobre y sus
aleaciones, mediante la retención de los productos de corrosión solubles para
convertirlos en sales básicas insolubles y protectoras.
2.14.5 COMPORTAMIENTO DE LOS METALES EN LA ATMÓSFERA
Las condiciones atmosféricas juegan un papel muy importante en los materiales
metálicos debido a que una gran cantidad de equipos y construcciones metálicas
operan bajo la acción de la atmósfera. Algunos materiales presentan diferente
comportamiento ante la corrosión debido a que los productos de corrosión pueden
ayudar a proteger al material en un momento dado y otros son más susceptibles de
corroerse tal es el caso del acero al carbono y el aluminio, el primero, tiende a
corroerse rápidamente y el segundo logra resistir en algunas ocasiones mejor la
corrosión.
2.14.5.1 Acero al carbono
M. Morcillo afirma que los óxidos formados sobre el acero en la atmósfera varían de
acuerdo a las condiciones atmosféricas en donde se encontraron expuestos. El acero
se corroe en la atmósfera formando óxidos e hidróxidos, presentando la camada de
productos de corrosión que se forma, muchos poros y fisuras que exponen el
material base. Los principales productos de corrosión que se forman son algunos
minerales como; la lepidocrocita, la goethita y la magnetita que es su forma más
estable (Morcillo M., 1982).
Los productos de corrosión muestran una estructura superficial más abierta, mayor
rugosidad y pobre empaquetamiento de los óxidos que forman las películas de
herrumbre en condiciones bajo contenido de SO2. Por lo tanto, su estructura
morfológica está en función del enriquecimiento de azufre, la morfología de los
óxidos se observan más compactas y con menos rugosidad superficial.
109
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Entre los productos de corrosión del hierro generalmente se encuentra los
oxihidróxidos, el óxido ferroso-férrico y el hidróxido ferroso. Las reacciones
electroquímicas desempeñan un papel muy importante en la corrosión atmosférica
del hierro y sus aleaciones, se piensa que las reacciones anódicas y catódicas
primarias en los primeros estudios de la corrosión son los siguientes:
Reacción anódica
2
Reacción catódica
2
2
En atmósferas contaminadas los productos primarios de la contaminación del hierro,
principalmente hidróxido ferroso, se trasforman en óxidos férricos hidratados
insolubles, de naturaleza amorfa y coloidal que dificultan la difusión a través de ellos
de los reactantes y productos de reacción y frenan bastante bien el proceso de
corrosión.
En ausencia de acidez el Fe(OH)2 precipita, inhibiéndose la formación de esa
película de herrumbre. Pero como el Fe(OH)2 no es estable y en presencia de
oxígeno se oxida como oxihidróxido de fierro (FeOOH), en zonas donde el oxígeno
está limitado, los hidróxidos se reducen electroquímicamente a magnetita (Fe3O4) de
acuerdo a la siguiente reacción:
2
3
4
2
Pero la magnetita se oxida por el oxígeno del aire en presencia de humedad,
entonces:
3
4
2
2
110
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
En ambientes contaminados, ha sido estudiado la acción del dióxido de azufre (SO 2)
sobre el acero, según M. Morcillo, primeramente tiene lugar una adsorción de SO2
por la superficie metálica, parece existir una cierta relación entre grado de corrosión
de los diferentes metales en una atmósfera contaminada por SO2 y la capacidad de
adsorción de SO2, después de la primera etapa de adsorción de SO2 sobre el
herrumbre (FeO), ocurre la formación de sulfato ferroso por la acción directa del SO 2
y el aire sobre el hierro.
2
2
4
Posteriormente se forma más herrumbre a partir del sulfato ferroso en presencia de
humedad con liberación de acido sulfúrico:
4
2
2
4
Que después reacciona con el Fe para dar más sulfato ferroso:
2
4
2
4
2
Como el acido sulfúrico se regenera en consumo de agua, la corrosión del metal
depende del periodo de humectación superficial que es el proceso cíclico de
formación de herrumbre.
2.14.5.2 Zinc
El zinc es un metal que en presencia de O2 y humedad da lugar a la formación de
hidróxido de zinc de acuerdo a las siguientes reacciones:
O2 + 2H2O + 4e2
2
→
4OH2
111
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
En presencia de dióxido de carbono atmosférico el zinc puede también dar lugar a la
formación de carbonato de zinc (ZnCO ), un compuesto ligeramente soluble en
disoluciones acuosas neutras. Entre los productos de la corrosión atmosférica del
zinc frecuentemente se encuentran especies como: hidróxidos de zinc, óxido de zinc
y otras hidróxisales de zinc (sulfatos básicos de zinc, cloruros básicos de zinc), etc.
El hidróxido de zinc formado reacciona con las especies presentes en la atmósfera
dando lugar a las sales correspondientes, siempre y cuando el pH de la película sea
lo suficientemente alto.
Zn (OH)2 + CO2 + H+
→
Zn (OH)2 + SO2 + O2 + H+
Zn(OH)2 + Cl- + H+
Zn( OH )(CO3)2 + H2O
→
→
Zn4(OH)6SO4 + H2O
Zn5(OH)7Cl3 + H2O
En el caso de atmósferas ácidas el pH de la película de humedad adquiere valores
bajos, en este caso no tiene lugar la formación de hidróxidos y sales básicas y en su
lugar se forma sulfato y cloruro de zinc como se escribe a continuación:
Zn + SO2 + O2
→
ZnSO4
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
El carácter soluble de estas especies hace que se lixivien de la superficie de zinc por
la acción de agua de lluvia. En soluciones acidas el ion Zn2+ es la especie estable,
por lo que los productos de corrosión (ZnSO4, ZnCl2) son muy solubles en tales
soluciones ( Gonzalez T. Marcos , 2011).
2.14.5.3 Cobre
El cobre metálico es una especie muy estable en un amplio dominio del área de
estabilidad del agua entre los productos generalmente encontrados en la corrosión
atmosférica; del cobre figuran los óxidos de cobre y los sulfatos, carbonatos y
cloruros básicos de cobre, todos estos son compuestos muy insolubles en agua.
112
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
El primer producto de corrosión que se forma instantáneamente sobre la superficie
es la cuprita (Cu2O), de igual forma la cuprita reacciona lentamente con los
constituyentes de la atmósfera (SO2, Cl-, CO2) formándose sales básicas, siempre y
cuando el pH de la película de humedad sea suficientemente alto:
Cu2O + 0.5SO2 + 1.5H2O + 0.75O2
→
Cu2O + Cl- + 1.5H2O + 0.25O2
2Cu(OH)1.5 (SO4 )0.25
→ 2Cu(OH)1.5 Cl0.5
En atmósferas moderadamente ácidas, estas sales básicas otorgan cierta protección
a la superficie del cobre base, ya que son estables a partir de pH mayor a 4,
contracorriente a lo que ocurría con las sales básicas del zinc que eran inestables.
Las capas de productos de la corrosión del cobre en atmósferas contaminadas por
SO2 y Cl- suelen presentar muchas imperfecciones por lo que su poder protector es
bastante pequeño, en las atmósferas marinas se produce un picado de la superficie
del cobre a causa del ion cloruro.
Las capas de productos de corrosión atmosféricas del cobre son química y
Microestructuralmente complejas ( Gonzalez T. Marcos , 2011).
2.14.5.4 Aluminio
En ausencia de humedad, sobre el aluminio expuesto a la atmósfera se forma una
capa de alúmina amorfa. La excelente resistencia del aluminio puro y de sus
aleaciones en distintos climas es debida a la formación de esta capa continua, tenaz,
muy adherente, insoluble en agua y fuertemente pasivante de óxido de aluminio
hidratado (AlO3.3H2O), que constituye una excelente barrera contra la corrosión
atmosférica.
Entre los productos de corrosión de atmosférica del aluminio se han identificado
algunos compuestos son alúmina amorfa (Al2O3.3H2O) y bayerita. La formación de
estas capas pasivas, bastante inertes, hace al aluminio y sus aleaciones
especialmente resistentes a la corrosión atmosférica.
113
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Debido al extenso uso del aluminio y sus aleaciones en estructuras expuestas a la
intemperie, se han realizado numerosas investigaciones para conocer la composición
química y la estructura de la capa de óxido, así como de los factores que influyen en
su crecimiento y en sus propiedades ( Gonzalez T. Marcos , 2011).
La corrosión atmosférica del aluminio es un proceso más complejo que la corrosión
del zinc o cobre. Por un lado, el aluminio puede atacarse de un modo uniforme por
disolución de la capa de óxido por ácido u otros iones reactivos, que conducen a la
formación de sales solubles, tales como el sulfato de aluminio Al2(SO4)3 o sales
básicas que se incorporan a la capa de productos de corrosión. Sin embargo, el daño
principal del aluminio está relacionado con su ataque por picaduras. La difusión de
las especies solubles lejos de la zona de reacción produce el adelgazamiento de la
capa de óxido y el nacimiento de una picadura.
De acuerdo a M. Morcillo la tendencia de los aniones a dar lugar a la formación de
picaduras sobre el aluminio sigue el siguiente orden:
114
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
2.14.6 PROCESO GENERAL DE LA CORROSIÓN ATMOSFERICA
Un requisito fundamental para los procesos de corrosión electroquímica es la
presencia de un electrolito. Las películas delgadas “invisibles” de los electrolitos
tienden a formarse sobre superficies metálicas bajo condiciones de exposición
atmosférica después de que se alcanza un cierto nivel de Humedad crítica. El nivel
crítico de Humedad no es constante y depende de la corrosión, materiales, la
tendencia de los productos de corrosión y depósitos sobre la superficie para absorber
la Humedad, y la presencia de contaminantes atmosféricos. En presencia de
películas delgadas del electrolito de resistencia óhmica determinada, se produce la
corrosión atmosférica por equilibrio de las reacciones anódica y catódica.
La
reacción de oxidación anódica implica la disolución del metal, mientras que la
reacción catódica asume la reacción de reducción de oxigeno (Uhlig Herbert H.).
Electroquímica de la corrosión atmosférica: El proceso Catódico en la corrosión
atmosférica es la reducción del oxigeno:
2
2
Esta reducción también desempeña una función muy importante en las atmosferas
contaminadas donde el pH del electrolito es más bajo. La reacción anódica en el
herrumbramiento del fierro y el acero es :
La cual queda balanceada por la reducción catódica del oxido férrico a magnetita,
bajo condiciones húmedas y cuando el acceso del oxigeno está limitado:
2
3
3
4
A medida que la herrumbre se seca y permea por el oxigeno, la magnetita es
reoxidada con una ganancia neta de 0.5 Fe2O3:
3
4
2
2
3
115
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
2.14.6.1 PRODUCTOS DE CORROSIÓN
CAPÍTULO II
Son las sustancias obtenidas durante las reacciones de corrosión y estas pueden ser
solubles como en el caso del cloruro de zinc (ZnCl2) y del sulfato de zinc (ZnSO4),
estas pueden acelerar la velocidad de corrosión en dos formas la primera, pueden
aumentar la conductividad de la solución electrolítica y por lo tanto, reducir o
disminuir la resistencia interna de las celdas de corrosión; la segunda puede actuar
higroscópicamente para formar soluciones a humedades en y por encima del
equilibrio de una solución saturada o insolubles como el caso del oxido de Fierro
(Fe2O3) e Hidróxido de fierro Fe(OH)2 , estos últimos generalmente reducen la
velocidad de corrosión mediante el aislamiento del sustrato con la atmosfera. Pero
también ellos estimulan la corrosión ofreciendo poca protección física mientras
retengan la humedad en contacto con la superficie metálica durante tiempos
prolongados.
En la zona de deposición o capa de depósitos, se acumulan productos de corrosión,
después de su nucleacion sobre el sustrato. Los productos de corrosión formados en
la película delgada y que morfológicamente corresponden a las condiciones
atmosféricas y están estrechamente relacionadas con la composición química,
derivan en la formación de minerales (Uhlig Herbert H.).
La naturaleza de los productos de corrosión se encuentra en los diferentes metales
expuestos a la atmosfera como se muestra en la Tabla 2.2
116
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
Tabla 2.2. Productos de corrosión formados por Al, Fe,Cu y Zn.
Productos de corrosión comunes
Productos
de
CAPÍTULO II
corrosión
menos
comunes
Al
Fe
Al(OH)3
AlOOH, Alx(OH) y (SO4)z
Al2O3, Al2O3·3H2O
AlCl(OH)2.4H2O
Fe2O3,FeO(OH),
Fex (OH)y Clz, FeCO3
FeSO4·4H2O
Cu
Cu2O, Cu4SO4(OH)6,
Cu2Cl(OH)3, Cu2CO3(OH)2 ,
Cu4SO4(OH)6·2H2O,
Cu2NO3(OH)3
Cu3SO4(OH)4
Zn
ZnO, Zn5(OH)6(CO3)2,
Zn(OH)2, ZnSO4,
ZnCO3
Zn5Cl2 (OH)8·H2O
Fuente: (Uhlig Herbert H.)
2.15 CLASIFICACION Y DISTRIBUCION DE LOS CLIMAS
Una de las clasificaciones más utilizadas es la Köopen, debido a su relativa facilidad
y que a demostrado ser aceptado extensamente por más de cuatro décadas, se
considera en su calcificación climática a la vegetación existente, la distribución
estacional de los periodos de lluvia y de sequias: así como grado de aridez y frio del
lugar.
El termino clima se refiere a un régimen de ciertas condiciones meteorológicas que
prevalecen en la atmosfera. Siempre se aplica a condiciones atmosféricas para un
periodo dado de tiempo, a lugares y regiones. Una característica única del sistema
Köopen es su ingeniosa nomenclatura simbólica para los tipos de clima. Cada tipo
principal de clima es descrito por una fórmula que consiste de un par de letras con
significados precisos (Genesca L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H.
L. S., 1999).
117
MARCO TEORICO
CAPÍTULO II
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
La Tabla 2.3 presenta el clima en la corrosión atmosférica de los cuatro materiales
tecnológicamente más útiles acero, cinc, cobre y aluminio. Se puede observar el
efecto de la humedad relativa en la corrosión especialmente en el acero y del cinc.
Tabla 2.3. Efecto del clima en la corrosión atmosférica. Valor despreciable=desp.
Promedio anual
INDICE
Corrosión, mm/año
T, °C
%HR
CLIMA
KÖOPEN
Fe
Zn
Cu
Al
16
37
Semiárido
Bs
15.0
0.19
0.19
desp.
16
55
Verano seco
Cs
12.6
0.27
0.97
0.06
16
59
Invierno seco
Cw
12.3
0.14
0.28
0.02
14
69
Sin
14.1
0.28
0.89
0.07
estación Cf
seca
21
56
Sabana tropical
Aw
15.2
1.16
0.23
desp.
25
84
Selva tropical
Af
15.7
0.89
0.56
1.01
Fuente: (Genesca L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999)
Los cinco grupos principales de clima mundial corresponden a cinco grupos de
vegetación y son designados con una letra mayúscula:
A: Clima tropical lluvioso con temperatura media mensual superior a 18°C, lluvias
anuales superiores a 750 mm.
B: Clima seco
C: Clima templado húmedo donde la temperatura media del mes más cálido es
superior a
18°C y la temperatura del mes más frio es superior a 0°C.
D: Clima frio o Boreal donde la temperatura media del mes más cálido es superior a
10°C y la temperatura media del mes más frio es inferior a 0°C.
E: Clima polar donde la temperatura media del mes mas cálido es inferior a 10°C y la
temperatura media del mes más frio es inferior a 0°C.
Cada uno de ellos se subdivide en tipos climáticos basados en la distribución de
lluvia, frio, grado de sequedad durante las diferentes estaciones del año. Las letras
minúsculas indican el grado de precipitación:
118
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
f: Estación húmeda (lluvias en todo el año).
CAPÍTULO II
m: Estación con lluvias monzónicas ( con ciclones tropicales en verano).
s: Estación seca en verano y con lluvias en invierno.
w: Estación seca en invierno y con lluvias en verano.
x: lluvia escasa todo el año.
Las letras mayúsculas son empleadas para designar los tipos de vegetación:
B: Alta montaña.
F: Hielos perpetuos.
S: Estepa.
T: Tundra.
W: Desierto.
2.15.1 CLIMAS CÁLIDOS:
Af. Clima tropical lluvioso con precipitaciones todo el año. Tiene un régimen
térmico caluroso regular, con lluvias de convección muy abundantes; su vegetación
es característica de selva tropical. Se presenta en el sur de Campeche y en la
pendiente de la Sierra Madre Oriental, en Puebla.
Am. Clima tropical lluvioso, con lluvias intensas de mozón en verano. Con
régimen térmico caluroso regular, se le ubica sobre las vértices orientales de la
Sierra Madre Oriental y la Sierra Madre de Oaxaca, así como en la parte sur de
Yucatán, Campeche y Quintana Roo. Su vegetación es de bosque tropical.
Aw. Clima tropical lluvioso, con lluvias en verano. Se trata de un régimen térmico
caluroso regular. Se le encuentra a lo largo de los litorales del Golfo de México y del
Océano Pacifico, en la depresión de Balsas, en la parte central y norte de la
península de Yucatán y en el extremo sur de la península de california. Su flora es
herbácea de sabana (Genesca L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H.
L. S., 1999).
119
MARCO TEORICO
ELIMINACIÓN ATMOSFERICA
2.15.2 CLIMAS TEMPLADOS:
CAPÍTULO II
Cw. Clima templado lluvioso con precipitaciones en verano. Es de régimen
térmico templado regular. Se le localiza en el centro sur y oeste de la meseta de
Anáhuac, en la vertiente sureste de la Sierra Madre Oriental, sureste de Tamaulipas
y suroeste de Puebla y en la Sierra Madre de Chiapas. Su flora es de pradera, con
plantas herbáceas.
Cf. Clima templado lluvioso, con lluvias todo el año. Régimen térmico medio. Se
localiza en las cumbres de las sierras madres Oriental, Occidental y del sur. Su
vegetación es de bosque de coníferas.
Cx. Clima templado lluvioso con lluvias escasas todo el año. Régimen térmico
templado medio; se localiza en la parte media y noroeste del estado de Tamaulipas.
Cs. Clima templado lluvioso, con lluvias en invierno. Régimen térmico templado
medio, se localiza en el noroeste de la Península de Baja California, en las sierras
Juárez y San Pedro Mártir. Su vegetación es herbácea de pradera (Genesca L. J.,
Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
2.15.3 CLIMAS SECOS
Bw. Clima seco desértico. Régimen extremoso localizado en las llanuras boreales.
Comprende además, el centro, noroeste, y oeste de sonora; centro, sur y este de la
península de Baja California, y los estados de San Luis Potosí y de Puebla. Su flora
es herbácea.
Bs. Clima seco estepario. Presenta una oscilación
térmica muy sensible,
alcanzando un régimen templado medio. Se ubica en el centro del país, desde los
límites de la meseta de Anáhuac con las llanuras boreales, hasta el noreste de
Chihuahua, parte de Zacatecas, San Luis Potosí, Nuevo León y Coahuila. Su
vegetación es herbácea con plantas xenófilas.
120
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
CAPÍTULO III METODOLOGIA
3. METODOLOGÍA
Se aborda en primer lugar, la descripción del lugar de interés, así como los métodos
y procedimientos utilizados (normatividad) para recabar información, determinar la
categoría de la corrosividad y análisis de las muestras.
3.1 DESCRIPCIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO
VERACRUZ. El estado de Veracruz se localiza en la parte oriental del país. Limita al
norte con el estado de Tamaulipas, al sur con los de Oaxaca y Chiapas, al sureste
con el de Tabasco, al este con el Golfo de México y al oeste con los estados de
Puebla, Hidalgo y San Luis Potosí como lo muestra la Figura 3.
Veracruz es un estado con clima muy variado, que oscila desde cálido-húmedo
hasta muy frio, con nieves perpetuas. El clima dominante a lo largo de la llanura
costera es el cálido subhúmedo con lluvias en verano, la precipitación y temperatura
media anual es de 1500 mm y 25 °C, respectivamente.
Figura 3 Mapa de Veracruz. ( Prontuario de informacion geografica municipal, 2009)
121
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
El municipio de Tuxpan se encuentra ubicado en la zona norte de la entidad
veracruzana, sobre las estribaciones de la Huasteca baja; se localiza entre los
paralelos 20° 44’ y 21° 09’ de latitud norte; los meridianos 97° 13’ y 97° 36’ de
longitud oeste, a una altitud de 10 – 200 msnm. Colinda al norte con los municipios
de Álamo Temapache, Tamiahua y el Golfo de México; al este con el Golfo de
México y el municipio de Cazones de Herrera; al sur con los municipios de Cazones
de Herrera y Tihuatlán; al oeste con los municipios de Tihuatlán y Álamo Temapache
como lo muestra la Figura 3.1 ( Prontuario de informacion geografica municipal,
2009).
Figura 3.1 Mapa del municipio de Tuxpan ( Prontuario de informacion geografica
municipal, 2009)
Tuxpan se extiende sobre un área de 1061.90 km2, lo que representa el 1.46 % del
territorio estatal. De acuerdo con el INEGI, en 2005 había 383 localidades, de las
cuales sólo la cabecera municipal, Alto Lucero y Santiago de la Peña pueden
considerarse localidades urbanas, pero como municipio es una zona semiurbana. La
122
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
cabecera municipal es homóloga al municipio; esta se encuentra a una altitud de 10
msnm, en las coordenadas 97°24’ de longitud O y 20º 57´ de latitud N.
El municipio cuenta con 143,362 habitantes (de acuerdo con el INEGI, Censos y
Conteo de Población y Vivienda, 2010) (INEGI, Plan Municipal de desarrollo, 20112013).
El municipio de Tuxpan pertenece a la provincia fisiográfica de la llanura costera del
Golfo Norte que se conforma por una costa de emersión, que se extiende por la
costa del Golfo desde el río Bravo. En el ramo que va de Reynosa, Tamaulipas, a su
desembocadura, hasta la zona de Nautla, Veracruz. De forma más detallada, este
territorio municipal pertenece a la Subprovincia de las llanuras y lomeríos, queda
dentro del estado y abarca terrenos desde Tampico, Tamaulipas hasta Misantla. Se
caracteriza de llanuras aluviales, salinas, inundables y con lagunas permanentes
asociadas a lomeríos. En el estado cubren el 30.06 % de la superficie. En el sur del
valle de Tuxpan siguen extensos sistemas de lomeríos suaves asociados con llanos
y algunos con cañadas (INEGI, Plan Municipal de desarrollo, 2011-2013).
El 30 % del suelo es utilizado para la agricultura, mientras que el 3 % es zona
urbana. En cuanto a vegetación 47 % son pastizales, 6 % es selva, 5 % es tular, 4 %
son zonas de mangle, 1 % es bosque, y el restante es de otro tipo de vegetación
(INEGI, Plan Municipal de desarrollo, 2011-2013).
3.1.1 UBICACIÓN DEL SISTEMA DE MONITOREO
El panel se instalo en la Facultad de Biología localizada en el municipio de Alto
Lucero, a 15.68 Km de la costa aproximadamente, perteneciente al municipio de
Tuxpan, en los límites de la zona urbana –por facilidad y accesibilidad de los
directores- se escogió este lugar, debido a que los tres tipos de corrosión están
presentes (corrosión industrial, corrosión urbano-rural y corrosión marina). Cabe
mencionar que los fenómenos que se presentan en la zona contribuyen en el arrastre
123
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
de los parámetros agresivos (cloruros, dióxido de azufre y partículas suspendidas)
tierra adentro hacia el oeste.
En la Figura 3.2 se muestra la ubicación geográfica en donde se instaló el panel de
exposición, con respecto a su cercanía a la línea costera y al termoeléctrico Adolfo
López Mateos ya que son los dos puntos de mayor influencia en aportación de
agentes corrosivos a la atmosfera de Tuxpan de Rodríguez Cano, ver.
Figura 3.2 Ubicación geográfica del panel.
124
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
3.1.2 DATOS METEOROLOGICO
TABLA 3 DATOS METEOROLÓGICOS PARA LA CIUDAD DE TUXPAN DURANTE EL PERIODO COMPRENDIDO
DEL 21 DE MARZO DE 2012 AL 21 DE MARZO DEL 2013, SON DATOS REPORTADOS POR LA ESTACIÓN
METEOROLÓGICA: 766400 LATITUD: 20º95’ | LONGITUD: 97º40’ ALTITUD: 28
T
PRIMAVERA
TM
Tm
PNM
Pr
H
PP
VV
V
VM
VR
27.19 32.46 22.14 1013.93 24.68 86.76 321,56 5.14 5.21 9.62 45
MARZO 21 -JUNIO 21 2012
VERANO
27.50 32.28 23.87 1015.47 25.59 89.84 840,21 4.59 3.65 8.22 ***
JUNIO 21-SEPTIEMBRE 21 2012
OTOÑO
23.55 28.02 20.26 1018.33 22.09 92.01 167,12 4.53 3.97 8.54 ***
SEPTIEMBRE 21-DICIEMBRE 21 2012
INVIERNO
20.23 25.62 16.75 1019.56 18.55 88.90 47,51
4.29 4.71 9.47 39.6
24.61 29.59 20.75 1016.82 22.72 89.37 342.6
4.63 4.38 8.96 42.3
DICIEMBRE 21 2012- MARZO 21 2013
PROMEDIO ANUAL
MARZO 21 2012-MARZO 21 2013
125
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
De acuerdo con García (1971), el clima de la región es del tipo Aw”, que corresponde
al cálido-subhúmedo con régimen de lluvias en el verano, Los vientos dominantes
provienen del este; los vientos secundarios proceden del norte y del noroeste,
ocasionalmente alcanzan velocidades hasta de 150 km/h (Reguero Op. Cit.).
Los datos obtenidos en la Tabla 3 Reportan temperatura mayor en verano y menor
en invierno, con una media anual 24.61°C y precipitación pluvial medias anuales de
3.71 mm donde la de mayor alcance se encuentra registrada en la temporada de
verano y la menor en invierno . La velocidad máxima sostenida del viento registrada
en este año fue de
8.96 Km/h, con ráfagas de viento de 42.3 Km/h, con una
visibilidad media no mayor a 4.63 Km.
Por otro lado el punto de roció promedio anual fue de 22.72ºC, en donde el otoño se
encuentra más cerca de la saturación
con 22.09ºC de Pr con respecto a la
temperatura media de esta temperada registrada con 23.55.ºC.,Invierno también
reporta cierto acercamiento a la saturación con 18 .55 ºC de punto de rocío respecto
a su temperatura media que es de 20.23 ºC. Siendo primavera la estación que se
encuentra más alejada de la saturación con 24.68 ºC de Pr con respecto a 27.19ºC
de temperatura media, seguida de verano con un punto de rocío de 25.59ºC y una
temperatura media de 27.50ºC.
Los porcentajes de Humedad relativa son muy parecidos en las 4 estaciones del año,
en donde el porcentaje promedio anual fue de 89.37% con un porcentaje menor en
primavera de 86.76% y mayor en otoño con 92.01%.
Para la presión atmosférica a nivel del mar se obtienen rangos de 1013.93 hPa1019.56 hPa. En primavera e invierno respectivamente, siendo 1016.82 hPa la
presión promedio atmosférica anual.
126
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
3.2 METODOLOGIA PARA EVALUAR LA CORROSIVIDAD
ATMOSFERICA
Existen tres tipos de metodologías para evaluar la corrosividad atmosférica:
1. Índices de corrosividad (alambre sobre tornillo), este método es utilizado para
evaluar, principalmente la agresividad atmosférica industrial.
2. Mediante la normativa ISO 9223, la cual establece medir la corrosividad
atmosférica cada año, a través del lavado de probetas metálicas en el
laboratorio con soluciones químicas acidas, determinando así la velocidad de
corrosión por pedida de peso.
3. Mediante los métodos electroquímicos, este método permite evaluar la
corrosividad atmosférica en forma más constante y continua.
Para evaluar la corrosividad atmosférica en este programa de tesis se utiliza la
metodología
ISO y los métodos electroquímicos, a continuación se describe el
procedimiento en ambas metodologías.
3.2.1 ÍNDICES DE CORROSIVIDAD DE LAS ATMÓSFERAS
(NORMA ISO 9223)
Para conocer y especificar la resistencia a la corrosión de los metales, es esencial
disponer de datos sobre la corrosividad de la atmósfera en la que van a estar
expuestos. El índice, o categoría, de la corrosividad es una característica técnica que
proporciona criterios a la hora de seleccionar tanto los materiales (que expuestos a
un ambiente atmosférico, han de cumplir las demandas de una aplicación
específica), como las medidas preventivas a adoptar. La norma ISO 9223 permite
obtener una clasificación de la corrosividad de las atmósferas de acuerdo a dos
criterios Figura 3.3.
a) Atendiendo a los factores atmosféricos que influyen más significativamente en la
corrosión de metales y aleaciones como son el tiempo de humectación y los niveles
de contaminantes.
127
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
b) Atendiendo a los datos de velocidad de corrosión por pérdida de peso de placas
estándar de diversos metales expuestas a la acción de las atmósferas.
Esta “Norma Internacional” especifica los factores fundamentales en corrosión
atmosférica de metales y aleaciones: el tiempo de humectación (t), la contaminación
por dióxido de azufre (P), y la salinidad transportada por el aire(S).
Las categorías de corrosión (C), que se utilizan para la clasificación de las
atmósferas, se definen basados en estos tres parámetros, sin tener en consideración
otros factores que pueden influir en su resistencia a la corrosión, como el diseño o el
modo de operación del producto, ya que son efectos altamente específicos, que no
pueden generalizarse.
La clasificación dada por la norma internacional puede usarse para evaluar
directamente la corrosividad, de metales y aleaciones, en atmósferas, bajo
condiciones conocidas de tiempo de humectación, contaminación por dióxido de
azufre y salinidad transportada por el aire.
128
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
Métodos para la clasificación de la
corrosividad atmosférica (ISO 9223)
(Dos métodos)
Clasificación
términos
del
del
medio
tiempo
en
Clasificación basada en las
de
medidas de la velocidad de
humectación y la contaminación.
corrosión
utilizando
placas
estándares.
Categorías de corrosividad
(ISO 9223)
Criterios para evaluar la velocidad de
corrosión de los distintos metales.
(ISO 9224)
Medición
de
la
contaminación (ISO 9225)
Determinación de la corrosión
del tipo de especímenes de la
norma (ISO 9226)
Figura 3.3 Clasificación de la corrosividad atmosférica según la norma ISO 9223
129
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
Esta norma no caracteriza la corrosividad de atmósferas que rodea industrias
Químicas y metalúrgicas, ya que la contaminación y el tiempo de humectación de
estos ambientes no pueden generalizarse.
Las categorías de contaminación
e índices de corrosividad pueden utilizarse
directamente para el análisis técnico y económico de los daños causados por la
corrosión y para una elección racional de las medidas de protección.
3.2.2 CLASIFICACIÓN DEL TIEMPO DE HUMECTACIÓN.
Un primer paso lógico para conocer los riesgos de corrosión en una determinada
atmósfera debe ser examinar las posibilidades de humectación de los materiales
expuestos en ella, es decir, conocer el tiempo de humectación, que dependerá tanto
del macroclima de la zona como de la categoría de la localización.
Atendiendo a los tiempos de humectación, se ha establecido la clasificación de la
corrosividad de las atmósferas que aparece en la Tabla 3.1 Para tiempos de
humectación t1 no se espera condensación. Para t2 la probabilidad de formación de
líquido sobre la superficie metálica es baja. Los tiempos comprendidos entre t3 y t5
incluyen periodos de condensación y precipitación. El tiempo de humectación puede
clasificarse de acuerdo con ISO (International Standard Organization)
Tabla 3.1 Clasificación del tiempo de humectación de superficies metálicas que se
corroen
CATEGORIA
TIEMPO DE HUMECTACION
HORAS/AÑO
1
3
5
%AÑO
10
0.1
10
250
0.1
250
2500
3
30
2500
5000
30
60
5000
3
60
Fuente:(ISO 9223:1992).
130
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
3.2.3 CLASIFICACIÓN DE LAS CATEGORÍAS DE CONTAMINACIÓN.
Categorías de SO2.
La clasificación de la contaminación por dióxido de azufre para las atmósferas
estándares externas se dan en la Tabla 3.2, donde según la concentración del
contaminante se asigna una categoría P.
Tabla 3.2 Clasificación de la concentración por nivel de SO2
VELOCIDAD DE DEPOSITO SO2 CONCENTRACION SO2
CATEGORIA mg/m2 día
mg/m3
P0
P
P 10
P1
P 35
P2
P
P
P3
P
P
P
Fuente: (ISO/DP 9223. Corrosion of metals and alloys. Classification of Corrosivity. Catagories of
atmospheres)
Categorías de cloruros.
La clasificación de la contaminación de cloruros está referida a atmósferas externas
contaminadas por la acción de la salinidad del aire, en ambientes marinos. En
función de la concentración de cloruro se le asigna un índice, o categoría, S, tal como
se indica en la Tabla 3.3
Tabla 3.3 Clasificación de la contaminación de
VELOCIDAD DE DEPOSITO
CATEGORIA
mg/m2 día
S0
S 3
S1
S 60
S2
S3
Fuente: (ISO/DP 9223. Corrosion of metals and alloys. Classification of Corrosivity. Catagories of
atmospheres).
131
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
En la aplicación de la norma, hay que tener en cuenta que:
 La determinación de cloruros ha de hacerse de acuerdo a la norma ISO 9225,
ya que los resultados obtenidos utilizando otros métodos no siempre son
comparables y convertibles. ISO 9225:1992 (E),
corrosion of Metals and
Alloys-Corrosivity of Atmospheres- Measurements of Pollution.
 A tiempos muy cortos, para una determinada atmósfera, los resultados de las
medidas, están muy afectados por el tiempo meteorológico y son muy
variables.
 Cualquier velocidad de deposición dentro de la categoría S0 se toma como la
concentración base y es insignificante desde el punto de vista de la corrosión.
3.2.4 CLASIFICACION EN CATEGORÍAS DE LAS ATMÓSFERA.
La norma ISO 9223 permite clasificar la corrosividad de las diversas atmósferas,
utilizando datos
medioambientales (tiempos de humectación
y niveles de
concentración de contaminantes), o datos de pérdida de peso en probetas de
diversos metales o aleaciones (acero al carbono, cobre, aluminio y cinc) expuestas a
la atmósfera. La clasificación de la corrosividad de las atmósferas, tal como se
muestra en la Tabla 3.4, está dividida en cinco categorías que van desde la C1, que
corresponde a un nivel de corrosividad muy bajo, a la C5, que corresponde al nivel
máximo de corrosividad.
Tabla 3.4 Clasificación de la corrosividad de las atmósferas
INDICE DE CORROSIVIDAD
C1
Muy baja
C2
Baja
C3
Media
C4
Alta
C5
Muy alta
Fuente: (ISO/DP 9223. Corrosion of metals and alloys. Classification of Corrosivity. Catagories of
atmospheres).
132
METODOLOGIA
3.2.5
CARACTERISTICAS
EXPOSICIÓNATMOSFERICA.
CAPÍTULO III
DE
LA
PROBETAS
SUJETAS
A
Las probetas sometidas a exposición para evaluar la corrosividad atmosférica son de
dimensiones de 6x4 pulgadas y corresponden a cuatro muestras de metal; Acero al
carbón con removedor de oxido (AC-R), Acero Galvanizado Comercial (Gal-A),
Aluminio y Cobre.
La exposición de las probetas metálicas se realiza de acuerdo a las descripciones de
las normas ISO 8565 y ASTM G116-93, En una estructura fabricada de hierro Figura
3.4, y recubierta con pintura epóxica, esto para evitar la corrosión del metal. El
bastidor o panel, también llamado Rack debe mantener una inclinación ajustable, a
1m de altura del piso, y a una posición de 45º con respecto a la horizontal, el panel
debe estar orientado directamente de frente a los vientos dominantes, en un lugar
alto y sin obstáculos que compliquen la incidencia de los vientos.
Figura 3.4 Panel para la exposición atmosférica de probetas planas y alambre sobre
tornillo.
133
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
3.3 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (NORMATIVA ISO)
La normativa ISO 9223, establece evaluar la corrosividad atmosférica cada año,
mediante los métodos químicos, los cuales consisten en el lavado de probetas con
soluciones químicas acidas, determinando así la velocidad corrosión por pérdida de
peso. Para la metodología ISO al término del año se bajan las probetas metálicas, se
lavan en el laboratorio con lo establecido en la norma ISO, posteriormente se vuelven
a pesar obteniendo así la diferencia de peso con respecto a las probetas planas
originales.
Tabla 3.5 Métodos químicos de limpieza para la eliminación de los productos de
corrosión del aluminio, cinc, cobre y acero al carbón ácido
MATERIAL
SOLUCION
QUIMICA
TIEMP
O
(min.)
ácido 5 a 10
TEMPERATURA
(ºC)
OBSEVACIONES
Aluminio y 50 ml
sus
fosfórico
aleaciones
(H3PO4=1.69
g/cm3)
20g trióxido de
cromo
(Cr2O3),Agua
destilada hasta
1000 ml
ácido
Nítrico 1 a 5
(HNO3=1.42g/c
m3)
90
ebullición
Si quedan productos
de corrosión entonces
seguir
con
el
procedimiento
siguiente de acido
nítrico.
20 a 25
Limpieza de depósitos
extraños de productos
de
corrosión
para
evitar reacciones que
provocan un excesivo
ataque del metal base.
Cinc y sus 150
ml 5
aleaciones
hidróxido
de
amonio(NH4OH
=0.90g/cm3)
Agua destilada
hasta 1000 ml
seguido de
20 a 25
134
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
50 g Trióxido de 15 a 20 Ebullición
cromo (Cr2O3), segund
10 g nitrato de os
plata (AgNO3)
Agua destilada
hasta 1000 ml
El nitrato de plata se
debe disolver en agua
y añadir el
ácido
crómico hirviendo para
evitar una excesiva
cristalización
del
cromato de plata. El
ácido crómico no debe
contener sulfatos para
evitar ataque del cinc.
Cobre y sus 1000 ml ácido 1 a 3
aleaciones
clorhídrico
(HCL=1.19g/cm
3
),
agua
destilada hasta
1000 ml
100 ml ácido 1 a 3
sulfúrico
(H2SO4=
1.84g/cm3)
Agua destilada
hasta 1000 ml.
20 a 25
Para
minimizar
el
ataque del metal base,
se elimina el oxigeno
de la solución con
nitrógeno.
20 a 25
Hierro
acero
carbón
20 a 25
Eliminar previamente
los productos gruesos
de corrosión de la
muestra para evitar el
posterior redeposito de
cobre
sobre
su
superficie.
La solución se debe
agitar fuertemente o la
muestra
debe
ser
cepillada. En ciertos
casos, se requieren
tiempos más largos.
y 1000 ml ácido 1 a 25
al clorhídrico
(HCL=1.19g/cm
3
)
20 g trióxido de
antimonio
(Sb2O3)
50 g cloruro de
estaño
Fuente: (Genesca L. J., Mariaca R. L., Uruchurtu Ch. J y Hernandez H. L. S., 1999).
135
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
3.4 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL (MÉTODOS
ELECTROQUÍMICOS)
Material:
 Balanza analítica (Checar calibración)
 Espátula
 Vidrio de reloj
 Matraz de aforación
Reactivos:
 Agua destilada
 Na2SO4
1.-Para la celda electroquímica se utiliza Na 2SO4 (sulfato de sodio) como electrolito
con una concentración de 0.1 M, el cual se prepara de la siguiente manera:
Cálculos:
Na2=23g x 2=46 g/gmol
SO4=32.065g+ (16gx4) = 96.06 g/gmol
NA2SO4 =142.065 g/gmol
(1L)
Se pesa 14.2 g de
en la balanza analítica, el cual se debe aforar a 1 litro
utilizando agua destilada. Se necesita un electrolito débil que muestre baja
conductividad eléctrica para no dañar las probetas metálicas sujetas a exposición a
exposición atmosférica, razón por la cual se maneja Na 2SO4 con una concentración
de 0.1 M.
136
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
2.-Es importante hacer una caracterización de las probetas posteriormente se realiza
una evaluación electroquímica antes de la exposición a la atmosfera.
3.- Con el vernier, se miden dos secciones de 1x1pulgada cada una de las cuales
una sección se utiliza como electrodo de trabajo y la otra sección se guarda como
testigo con sus datos correspondientes; nombre, lugar y fecha.
4.-
Para
realizar
las
mediciones
electroquímicas
se
necesita
una
celda
electroquímica que contenga 3 electrodos:
 Electrodo de referencia (RE), en este caso se utiliza el electrodo saturado de
calomel (CSE).
 Electrodo auxiliar (AE), se utiliza un electrodo de platino.
 Electrodo de trabajo (WE), el electrodo de trabajo es la muestra de cada
probeta metálica según estación del año, con un área de 1 cm2.
137
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
Cada electrodo tiene una función específica, el electrodo de calomel es el electrodo
de referencia, puesto que no se pueden medir potenciales de un sistema en forma
directa; el electrodo auxiliar evita las caídas óhmicas en el sistema y en el electrodo
de trabajo se estudia el comportamiento electroquímico que presenta cada probeta
metálica utilizada.
Antes de la instalación de la celda y de correr la muestra es importante hacer una
prueba de calibración, para tener plena confianza en los resultados obtenidos.
Figura 3.7 Calibrador
Figura 3.8 Equipo utilizado para la aplicación de los métodos electroquímicos
A)Potenciostato B) computadora C) Celda electroquímica.
138
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
5.-Se realiza la instalación del equipo de la siguiente manera.
El potenciostato ACM instruments (Figura 3.8 A) consta de 4 canales los colores de
los mismos pueden variar según sea el modelo y el diseño del potenciostato,
nosotros utilizamos negro, rojo y amarillo, para el electrodo de trabajo (WE),
referencia (RE) y auxiliar (AE) respectivamente, el cuarto cable no es requerido en
esta metodología debido a que en esta investigación no se necesita un sistema de
cuatro electrodos.
6.- A continuación se instala la celda, cuidando que los electrodos (RE) y (AE) toquen
la solución Na2SO4
0.1M. y se encuentren cerca de (WE) para enviar la lectura
eficientemente a la computadora.
7.-El (WE) se instala en la parte lateral de la celda, ajustándose mediante un tornillo,
se usa un plástico como aislante, entre el tornillo y el (WE), que además de ejercer
cierta presión evita fugas de la solución.
8.-Se coloca (WE) de modo que este cubra el orificio que comunica con la solución
raspando una esquina del (WE) este proceso nos permite leer adecuadamente el
comportamiento que tubo la probeta metálica durante determinado tiempo.
9.- Después de que se hace una prueba para ver si no fuga la solución en la celda
electroquímica, se agrega 100 ml de la solución Na2SO4 0.1M, cuidando que el nivel
del electrolito cubra el área de 1cm2 del (WE).
139
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
Figura 3.9C) Celda electroquímicas y sus componentes.
10.- Como sugerencia revisar que todo esté conectado correctamente y que ninguna
conexión toque superficies metálicas antes de correr la muestra.
11.-El potenciostato ACM recibe la señal del comportamiento electroquímico que se
lleva a cabo en el sistema, este potenciostato se conecta a una computadora
personal a través de un software compatible con el ambiente Windows, el software
instalado se llama squencer existen diferentes versiones, por lo que es necesario
verificar que sea la versión correcta respecto al potenciostato, para poder recibir la
información adecuadamente.
Las técnicas de Espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), resistencia a la
polarización lineal (Rp) y curvas de polarización potenciodinamicas se ejecutaron
bajo las siguientes condiciones.
Las condiciones de trabajo en las que se realizaron las pruebas de espectroscopia
de impedancia electroquímica fueron las siguientes:
 Señal de amplitud: para determinar la señal de perturbación o de amplitud a
utilizar en el sistema se han realizado barios estudios anteriores por diversos
140
METODOLOGIA
CAPÍTULO III
científicos e investigadores y se determino que la amplitud ideal para este tipo
de sistemas es de ± 10 mV (
) debido a que cuando se trabaja con
amplitudes mayores el sistema perturba de una manera drástica la interface
electrodo – electrolito, lo cual causa una serie de resultados incorrectos.
 Intervalo de frecuencia: la frecuencia requerida es de 0.01 - 10000Hz, debido
a que en este rango de frecuencias se tienen los diagramas mas acordes al
sistema bajo estudio. Es importante destacar que el barrido de la frecuencia
se lleva de altas a bajas frecuencias puesto que de esta manera se aprecian
todos los fenómenos implicados en el proceso electroquímico, dando tiempo a
que se lleven a cabo los procesos de corrosión más lentos.
Las condiciones de trabajo en las que se efectúa la técnica resistencia a la
polarización lineal son las siguientes:
Señal de amplitud: la amplitud ideal para este tipo de sistema es de ± 15mV (
) para realizar la corrosión a nivel industrial se utilizan mayores a 50mV, la
velocidad de barrido fue de 1 mV/s.
Las condiciones de trabajo a las que se efectúa la técnica electroquímica de curvas
de polarización potenciodinamicas son las siguientes:
Señal de amplitud: la amplitud ideal para este tipo de sistemas es de ± 500 mV
(
), la velocidad de barrido requerida es de 1.67mV/segundos.
12.-Despues de establecer los parámetros de la secuencia electroquímicas dentro
del software se indica en orden los tipos de prueba a los que estará sometida la
muestra, dejando al final las curvas de polarización potenciodinamicas debido a que
la ejecución de esta técnica perturba un poco más el sistema. Finalmente se designa
el nombre del metal y el archivo para guardarlo en la Pc.
Esta es la forma de evaluar cada sección de muestra metálica obtenida, para cada
probeta en cero días de exposición y cada estación del año.
141
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
CAPÍTULO IV RESULTADOS Y RECOMENDACIONES
4. RESULTADOS
En este capítulo se presentan los resultados obtenidos de las técnicas
electroquímicas; y la normativa ISO presentándolos en tablas y figuras, realizando la
interpretación correspondiente.
Para poder clasificar la velocidad de corrosión, se debe tomar la categoría según lo
indica la norma ISO 9226 que muestra Tabla 4 Para la metodología ISO al termino
de un año, las probetas metálicas expuestas en la atmosfera de Tuxpán se lavan con
soluciones químicas acidas como lo indica Tabla 4.4 obteniendo así la velocidad de
corrosión por diferencia de peso, como lo establece la norma ISO 9223, resultados
que se muestran en la Tabla 4.1
En la Tabla 4.5
se aprecian los resultados obtenidos a partir de los métodos
electroquímicos, mostrando así parámetros como potencial de corrosión, velocidad
de corrosión y resistencia a la polarización lineal, con la cual se obtiene la
autoprotectividad, numero adimencional, capaz de mostrar la protección
que los
metales ejercen sobre ellos mismos, con respecto a las condiciones atmosféricas a
las que los mismos están expuestos.
Posteriormente se muestran las graficas realizadas a cada probeta metálica; para
hacer comparaciones de los estudios comenzando desde cero exposición y las
cuatro estaciones del año consecutivamente. La mayoría de los trabajos referentes a
(EIS) para la evaluación de corrosividad en metales desnudos y con recubrimientos
orgánicos e inorgánicos se analizan por medio de los diagramas de Nyquist
e
impedancia en Bode (ángulo de fase), debido a la sensibilidad que estos poseen
para seguir el comportamiento de los parámetros y fenómenos corrosivos. Se
presenta también las curvas de polarización potenciodinamicas para cada material
expuesto a la atmosfera.
142
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.1 CATEGORÍAS DE LA CORROSIVIDAD (ISO 9226)
Tabla 4 Categorías de corrosividad a partir del primer año de exposición a la
atmosfera
Categorías
Niveles de
de la
corrosividad
Velocidad de corrosión (Vcorr),
corrosividad
AC-R
ZINC
COBRE
ALUMINIO
C1
Muy baja
0-1.3
0-0.1
0-0.1
Despreciable
C2
Baja
1.3-25
0.1-0.7
0.1-0.6
0-0.6
C3
Media
25-50
0.7-2.1
0.6-1.3
0.6-2
C4
Alta
50-80
2.1-4.2
1.3-2.8
2-5
C5
Muy alta
80-200
4.2-8.4
2.8-5.6
5-10
Fuente: (ISO 9226).
Tabla 4.1 Velocidad de corrosión de acuerdo a la norma (ISO 9223) inicio:
21/mazo/2012- Final: 20/marzo/2013.
Material
Pi
(Vcorr)
Pf
Categoría
Nivel de
corrosividad
AC-R
112.2264 103.2211 9.0053
38.8608
C3
Media
ZINC-A
107.7913 107.3439 0.4474
2.1256
C4
Alta
COBRE
78.3818
78.1090
0.2728
1.0336
C3
Media
ALUMINIO 22.6560
22.6560
****
****
C1
Muy baja
Fuente: (ISO 9223)
143
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
Para realizar el cálculo de la Vcorr es necesario emplear la ecuación 4.
Vcorr =
Donde:
A=área total de exposición (295.2cm2)
t=tiempo de exposición (1año)
4.2 INFORMACIÓN DEL MAPA DE CORROSIVIDAD DE TUXPAN
VERACRUZ.
La corrosividad atmosférica en el estado de Veracruz está siendo estudiada por
investigadores del Instituto de Ingeniería perteneciente a la Universidad Veracruzana,
mediante la determinación de los índices de corrosividad, utilizando el método de las
probetas de alambre sobre tornillo. También se está dando seguimiento a los
contaminantes atmosféricos como; cloruros, dióxido de azufre y partículas
suspendidas, a causa de considerarse agravantes de la agresividad atmosférica con
respecto al fenómeno de la corrosión.
A continuación se muestra los resultados obtenidos En la ciudad de Tuxpan, en la
cual se muestran los Índices de Corrosividad Atmosféricos y los principales
parámetros inductores de la corrosividad en la ciudad.
Para una mejor identificación de los índices de corrosividad se proporciona la
siguiente simbología:
144
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
Tabla 4.2 Identificación de los índices de corrosividad
Identificación
Clasificación de la corrosión
Baja
Permitida
Alta
Fuente: (Rosas P. Miguel A., 2013)
Tabla 4.3
Índices de corrosividad: expresados en porcentaje de pérdida de peso
de los alambres de aluminio.
Tipo
de Nivel
IC
IC
IC
IC
atmósfera
estándar
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
Industrial
0.15 – 1.8
0.30
0.26
0.44
0.67
Urbano-
1.0 – 2.0
1.17
0.12
2.15
0.04
0.4 – 9.0
0.56
0.29
0.30
2.96
Rural
Marina
Fuente: (Rosas P. Miguel A., 2013)
Tabla 4.4 Parámetros agresivos: Velocidad de deposición (mg/m2-d)
Parámetros agresivos
Verano
Otoño
Invierno
Partículas suspendidas(mg/m2-día) 62.9
39.2
16.6
115.9
Cloruros (mg/m2-día)
222.8
296.2
193.9
190.3
(S2)
(S2)
(S2)
(S2)
26.8
18.9
6.1
7.1
(P1)
(P1)
(P0)
(P0)
Sulfatos (mg/m2-día)
Primavera
Fuente: (Rosas P. Miguel A., 2013)
145
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.3 MEDICIONES ELECTROQUÍMICAS
Tabla 4.5 Resultados de las mediciones electroquímicas de los metales expuestos en la atmósfera de Tuxpan,
Veracruz. * Autoprotectividad = LPR final / LPR original
MATERIAL
AC-R
ALUMINIO
COBRE
GAL-A
ESTACION
DEL AÑO
0 EXP.
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
(mV)
-660.56
-525.51
976.08
269.85
289.88
Rp
0 EXP.
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
783.16
87.151
57.004
639.88
688.38
(mA/
)
0.0333095
0.2993271
0.4576315
0.0407683
0.0378957
(mm/año)
0.3860573
3.4692
5.3039
0.4725042
0.4392109
-436.05
-635.42
670.37
558.75
870.8
51216
328330
78433
48424
135230
0.0005093
7.945 x 10 -5
0.0003326
0.0005387
0.0001929
0 EXP
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
-22.124
-59.746
57.08
104.9
113.13
112150
9116
14200
8623.7
15030
0 EXP.
Primavera
Verano
Otoño
Invierno
-1048.2
-1097.5
1071.2
1107.8
1091.1
1838.8
647.05
2154.8
1627.4
3777.4
AUTOPROTECTIVIDAD
0.1112
0.0727
0.8170
0.8789
Fe
(g/cm3)
7.85
Fe PM(g/mol)
55.84
0.0055467
0.0008652
0.003622
0.0058666
0.0021006
6.4106
1.5314
0.9454
2.6403
Al
(g/cm3)
2.70
Al PM(g/mol)
26.98
0.0002326
0.0028616
0.001837
0.003025
0.0017356
0.0027051
0.0332809
0.0213645
0.0351807
0.0201848
0.0812
0.1266
0.0768
0.1340
Cu
(g/cm3)
8.94
Cu PM(g/mol)
63.54
0.0141869
0.0403165
0.0121064
0.0160289
0.0069059
0.21252
0.6039406
0.1813533
0.2401132
0.1034501
0.3518
1.1718
0.8850
2.0542
Zn
(g/cm3)
7.13
Zn PM(g/mol)
65.39
146
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.3.1 DIAGRAMAS DE IMPEDANCIA EN BODE
Figura 4 Diagramas de impedancia en Bode para el Acero al Carbón con Removedor
de Óxido en exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Figura 4.1 Diagramas de impedancia en Bode para el Aluminio en exposición
atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
147
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
Figura 4.2 Diagramas de impedancia en Bode para el Acero Galvanizado en
exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Figura 4.3 Diagramas de impedancia en Bode para el Cobre en exposición
atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
148
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.3.2 CURVAS DE POLARIZACION POTENCIODINAMICAS
Figura 4.4 Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el aluminio en exposición
atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Figura 4.5 Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el Acero al carbón con
Removedor de oxido en exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
149
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
Figura 4.6 Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el Cobre en exposición
atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
Figura 4.7 Curvas de Polarización Potenciodinámicas para el Acero Galvanizado
comercial en exposición atmosférica de Tuxpan, Veracruz.
150
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.4 INTERPRETACION
4.4.1 MUESTRA DE ACERO AL CARBON CON REMOBEDOR DE OXIDO
En la Figura 4 se presenta el diagrama de Impedancia en Bode para la probeta de
acero al carbón con removedor de oxido, expuesta a la atmosfera natural de Tuxpan
Veracruz, Este diagrama en Alta frecuencia (102 Hz- 103 Hz) en la estación de
primavera muestra claramente la película menos activa del año, lo mismo registra la
probeta de cero exposición, sin embargo el resto de las estaciones presentan
películas activas por lo que se genera una evidente transferencia de carga.
En media frecuencia (1Hz -10-2 Hz) en cero exposición se observa menor corrosión
por activación, a diferencia de las probetas verano, otoño e Invierno que registran
baja resistencia a la transferencia de carga lo que genera mayor corrosión por
activación, esto hace que los productos de corrosión sean solubles y por lo tanto
permeables, brindando al material poca autoprotectividad, Estos datos se pueden
observar en la Tabla 4.5. En la baja frecuencia (10-1 Hz – 1 Hz) para las probetas
cero exposición, primavera, verano, otoño e invierno se observar control por difusión
limitada.
La velocidad de corrosión se encuentra en un intervalo de 0.3860 mm/año a 5.3039
mm/año
como
mínimo
y
máximo
respectivamente,
siendo
la
de
verano
considerablemente la más alta. Para la velocidad de corrosión por pérdida de peso
es de 38.8608
clasificándose como corrosividad atmosférica media,
categoría C3, se registran los datos en la Tabla 4.1.
En la Figura 4.5 se observa control mixto en las estaciones de verano, otoño e
inviernos, sin embargo para cero exposición registra dominio de la rama catódica y
en primavera se presenta el dominio de la rama anódica .La velocidad de corrosión
se encuentra en un intervalo de 0.3860573 a 5.3039 mm/año Como se puede
observar en la Tabla 4.5.
151
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.4.2 MUESTRA DE ALUMINIO
En la Figura 4.1 se presenta el diagrama de Impedancia en Bode para la probeta de
Aluminio expuesta a la atmosfera natural de Tuxpan Veracruz, Este diagrama en Alta
frecuencia (102 Hz- 103 Hz) se observa la presencia de una compacta película de
productos de corrosión que tiende a impermeabilizar la superficie del sustrato
mediante el sellado de poros que proporciona una buena autoprotectividad
especialmente para la probeta de primavera registrada en la Tabla 4.5 con 6.4106
. En media frecuencia (1Hz -10-2 Hz)
se registra la presencia de corrosión
por los procesos de activación. En baja frecuencia (10-1 Hz – 1 Hz) se registra
diversos tipos de difusión, para las probetas de cero exposición, verano, otoño e
invierno el control difusional es limitado, sin embargo la probeta de primavera
presenta difusión libre. En la Figura 4.4 las curvas de polarización potenciodinamicas
muestran para la probeta otoño y verano el dominio de la rama catódica a diferencia
de primavera que presenta dominio anódico, finalmente encontramos a cero
exposición e invierno con un control mixto.
La velocidad de corrosión se encuentra en un intervalo de 0.0008652 mm/año a
0.0058666 mm/año como mínimo y máximo respectivamente, siendo otoño la más
alta. Para la velocidad de corrosión por pérdida de peso se obtiene un valor
despreciable clasificándose como corrosividad atmosférica muy baja, categoría C1,
se registran los datos en la Tabla 4.1.
152
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.4.3 MUESTRA DE COBRE
En la Figura 4.3 se presenta el diagrama de Impedancia en Bode para la probeta de
cobre, expuesta a la atmosfera natural de Tuxpan Veracruz, Este diagrama en Alta
frecuencia (102 Hz- 103 Hz) muestra la formación de
capas de productos de
corrosión en las probetas de cero exposición, primavera, otoño e invierno que
presentan poca resistencia a la transferencia de carga, así se puede deducir que los
productos
de
corrosión
son
permeables
y
solubles
brindando
una
baja
autoprotectividad al material como se muestra en la Tabla 4.5 registrando 0.0768
. a 0.1340
. menor y mayor respectivamente. Un dato sobresaliente es el
caso de la probeta de verano, que presento una respuesta débil para el análisis que
se le realizo, lo que sugiere la intervención de factores como temperatura del
electrolito así como del ambiente y posible contaminación del electrolito entre otros
factores.
En media frecuencia (1Hz -10-2 Hz)
se registra la presencia de corrosión por los
procesos de activación, por lo tanto el control de corrosión está dominado por la
transferencia de electrones. En la baja frecuencia (10-1 Hz – 1 Hz) para las probetas
cero exposición, primavera, otoño e invierno se observar control por
difusión
limitada.
En la Figura 4.6 las curvas de polarización potenciodinamicas muestran para las
probetas de verano, otoño e invierno se aprecia el dominio de la rama anódica
siendo cero exposición la menor velocidad de corrosión con control mixto al igual que
la probeta de primavera. La velocidad de corrosión se encuentra en un intervalo de
0.0027051 mm/año. a 0.0351807mm/año, como mínimo y máximo respectivamente,
siendo otoño la más alta. Para la velocidad de corrosión por pérdida de peso es de
1.0336
clasificándose como corrosividad atmosférica media, categoría C3,
se registran los datos en la Tabla 4.1.
153
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.4.4 MUESTRA DE ACERO GALVANIZADO COMERCIAL
En la Figura 4.2 se presenta el diagrama de Impedancia en Bode para la probeta de
acero galvanizado comercial, expuesta a la atmosfera natural de Tuxpan Veracruz,
Este diagrama en Alta frecuencia (10 2 Hz- 103 Hz) muestra formación de productos
de corrosión para cero exposición, primavera y verano en donde la autoprotectividad
del material se muestra en la Tabla 4.5 registrando 0.3518
a 2.0542
,
Otoño e invierno presentan una baja resistencia a la transferencia de carga. En
media frecuencia (1Hz -10-2 Hz) se registra la presencia de mayor corrosión por los
procesos de activación, en las probetas de cero exposición primavera y verano. En
la baja frecuencia (10-1 Hz – 1 Hz) las probetas registran una difusión limitada.
En la Figura 4.7 las curvas de polarización potenciodinamicas muestran para las
probetas de primavera, otoño e invierno control de la rama anódica, en verano se
registra un control mixto. La velocidad de corrosión se encuentra en un intervalo de
0.1034501
mm/año.
a
0.6039406
mm/año,
como
mínimo
y
máximo
respectivamente. Para la velocidad de corrosión por pérdida de peso es de 2.1256
clasificándose como corrosividad atmosférica alta, categoría C4, se
registran los datos en la Tabla 4.1.
154
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.5 FOTOGRAFÍAS DE LA MORFOLOGÍA SUPERFICIAL EN LAS
CUATRO ESTACIONES DEL AÑO EXPUESTAS A LA ATMOSFERA
DE TUXPAN; LAS PROBETAS AC-R, Al, Cu, Gal-A.
PRIMAVERA
VERANO
OTOÑO
INVIERNO
4.8 Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el Acero al Carbón
con Removedor de óxido en las cuatro estaciones del año.
PRIMAVERA
VERANO
OTOÑO
INVIERNO
4.9 Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el Aluminio en las
cuatro estaciones del año.
155
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
PRIMAVERA
OTOÑO
VERANO
INVIERNO
4.10 Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el cobre en las
cuatro estaciones del año.
VERANO
PRIMAVERA
OTOÑO
INVIERNO
4.11 Microscopía óptica que muestra la evolución del ataque en el Acero
Galvanizado Comercial en las cuatro estaciones del año.
156
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
4.6 RECOMEDACIONES
Los productos de corrosión pueden ser solubles o insolubles. Lo ideal es que sean
insolubles porque así se reduce la velocidad de corrosión mediante el aislamiento del
sustrato con la atmosfera. Sin embargo estimulan la corrosión ofreciendo poca
protección física mientras retengan la humedad en contacto con la superficie
metálica durante periodos de tiempo más largos.
El material más adecuado a utilizar es el Aluminio, debido a que forma productos de
corrosión que logran impermeabilizar la superficie del sustrato ofreciendo mayor
resistencia a la transferencia de carga y por lo tanto una disminución considerable
de la velocidad de corrosión. Sin embargo hay que mencionar las ventajas que tienen
los nuevos recubrimientos de zinc-aluminio, los cuales están siendo recomendados
para atmósferas de tipo marino e industrial por su excelente resistencia a la
corrosión.
En la actualidad el uso de productos capaces de alterar el proceso corrosivo son más
frecuentes sobre todo por las industrias primermundistas, entre los diversos métodos
se recurre en ciertos casos a metales mas inertes como son los metales puros y las
aleaciones, con el propósito de retardar el proceso corrosivo. La agresividad
atmosférica en la zona norte del estado de Veracruz demuestra la necesidad de
utilizar recubrimientos anticorrosivos o algún tipo de protección catódica para
contrarrestar los daños causados por la corrosión atmosférica, la prevención de la
corrosión es todo un reto, se necesitan estudiar todos los factores involucrados en
proceso de corrosión.
Un dato que es importante considerar al momento de realizar la limpieza y
evaluación electroquímica es la temperatura a la que se trabaja, las condiciones
climatológicas influyen en gran medida, por lo que es recomendable hacer ambos
procesos bajo una temperatura aproximada a 25 ºC esto le da confiabilidad a los
resultados obtenidos. Durante la evaluación electroquímica checar la temperatura del
157
RESULTADOS Y
RECOMENDACIONES
CAPÍTULO IV
electrolito ayudara a recibir de una forma eficiente la señal electroquímica que se
lleva a cabo en el sistema.
El ambiente en muchos laboratorios puede tener contaminantes que pueden afectar
la evaluación que se realiza (es decir, HCI y humos S02, el contacto con los dedos,
agentes orgánicos etc.) los efectos de contaminación existen y se necesita trabajar
con cuidado.
Los procedimientos especificados están diseñados para remover todos los productos
de corrosión sin afectar el metal base. Esto permite una determinación exacta de la
pérdida de masa del metal que se produjo durante la exposición a la corrosión del
medio ambiente (ISO 8407, 1991).
La forma más segura de conservar el metal base es la utilización de los métodos de
MEB Y DRX, ya que los métodos de normativas ISO muchas veces atacan el
sustrato, alteran los resultados y las propiedades del metal. Estos métodos aparte
de asegurar el sustrato no generan gases contaminantes a la atmosfera y residuos.
158
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos mediante técnicas electroquímicas y normativa ISO de
corrosividad atmosférica, durante el monitoreo de las condiciones climatológicas,
indican que en la ciudad de Tuxpan, Ver. predomina una atmósfera urbano-rural,
producto de actividades urbanas (quema de combustibles fósiles principalmente) , y
actividades rurales (uso de aerosoles y fertilizantes orgánicos/inorgánicos en la
agricultura y ganadería), sin embargo por su cercanía con el mar se pensaría que es
una atmosfera marina, la atmósfera marina es considerada la más agresiva de todas
las atmósferas.
Los resultados obtenidos de acuerdo a la metodología ISO evaluación por pérdida de
peso indican que se tiene una corrosividad atmosférica muy alta para los metales
acero galvanizado comercial principalmente clasificándose en categoría C4,
atribuible al ataque selectivo que producen los agentes agresivos identificados como
SO2 y cloruros en determinadas estaciones del año donde hay nortes con influencia
de tipo marino proveniente de las costas Golfo de México, se registro la presencia de
sulfuro de zinc en verano y otoño mediante la difracción de rayos x.
Para el acero al carbón con removedor de oxido se obtuvo por pérdida de peso una
categoría C3,los productos de corrosión identificados mediante el análisis de
difracción de rayos x para primavera, verano y otoño detectan la presencia de Fe2O3,
para invierno el metal no contiene el elementó Fe2O3 debido a las precipitaciones
pluviales de la temporada.
El cobre presenta categoría C3 media, respecto
al resto de las probetas,
los
productos de corrosión identificados mediante el análisis de difracción de rayos x
para
primavera presenta una estructura FCC, verano Tenorite-CuO, otoño
Cuprite,syn-Cu2 e invierno registra la presencia de Cu(SO4).
Aluminio es el metal más estable para la atmosfera de Tuxpán registrando una
categoría C1 identificada como muy baja, los productos de corrosión identificados
159
CONCLUSIONES
mediante el análisis de difracción de rayos x para verano Aluminum Oxide-Al2O3
estructura Orthorhombic, Bayerite-Al(OH)3 Monoclinic, otoño presenta Aluminum
Oxide-Al2O3 Orthorhombic, para invierno Diaspore-Al2O3.
Dentro de este proyecto de tesis se demuestra la gran utilidad de los métodos
electroquímicos para monitorear la corrosión atmosférica de forma más constante,
puesto que proporcionan resultados de gran utilidad en un corto periodo de tiempo
conociendo así; los mecanismos de reacción, fenómenos de difusión, la cinética de la
reacciones (anódica y catódica), el potencial de corrosión, la dimensión de las
películas, capas y productos de corrosión formados a nivel interface sustratoelectrolito, lo cual es de suma importancia debido a la posibilidad de conocer cuando
el metal se protege en la atmósfera, o cuando los productos de corrosión son
permeables ofreciendo menor resistencia, tal es el caso del cobre y aluminio en
ciertas estaciones del año. Los métodos electroquímicos representan una
herramienta de gran utilidad para el estudio de la corrosión atmosférica, por ejemplo
a través del comportamiento de la Autoprotectividad y cálculos de porcentaje de
degradación de los materiales metálicos desnudos y con recubrimientos.
160
ANEXOS
ANEXO I PRODUCTOS DE CORROSIÓN IDENTIFICADOS MEDIANTE
DIFRACCIÓN DE RAYOS X
File:AC-R-Primavera de TUXPAN /Type: 2Th-start: 20.000*-End: 100.000*- step
time 1s-Temp.:25°C (Room)- Time started:11s Operations :Import
00-016-0895(D)- Iron Oxide- Fe2O3-Y:217.78%-d x by :1 WL: 1.5406l/lc.
161
ANEXOS
File:AC-R-1.2 Verano de TUXPAN /Type: 2Th-start: 20.000*-End: 100.000*step time 1s-Temp.:25°C (Room)- Time started:11s Operations :Import.
00-016-0895(D)- Iron Oxide- Fe2O3-Y:201.69%-d x by :1 WL: 1.5406l/lc.
162
ANEXOS
File:AC-R-1.3 Otoño de TUXPAN /Type: 2Th-start: 20.000*-End: 100.000*- step
time 1s-Temp.:25°C (Room)- Time started:11s Operations :Import.
00-016-0895(D)- Iron Oxide- Fe2O3-Y:215.02%-d x by :1 WL: 1.5406l/lc.1- S.Q.
100%
163
ANEXOS
File:AC-R-Invierno de TUXPAN /Type: 2Th-start: 20.000*-End: 100.000*- step
time 1s-Temp.:25°C (Room)- Time started:11s Operations :Import
164
ANEXOS
File:Cu 1.1 Primavera de TUXPAN /Type: 2Th locked-start: 10.000*-End:
100.002*- step 0.021*-step Time 177s-Temp.:25°C (Room)- Time started:11s
Operations :Import.
01-071-3761 (A)- Cupper-Cu-Y:43.02%-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a-3.61500b-3.61500-c-3.61500-alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Face-center
165
ANEXOS
File:Cu 1.2 Verano de TUXPAN 10-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 10.000°-End: 100.002*- step 0.021*-step Time 177s-Temp.:25°C
(Room)Operations :Import.
01-071-3761 (A)- Cupper-Cu-Y:50.11%-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a-3.61500b-3.61500-c-3.61500-alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Face-center.
00-003-0884(D)-Tenorite-CuO-Y:0.49%-dx by: 1-WL 1.5406 S.Q. 8.0%
166
ANEXOS
File:Cu 1.3 Otoño de TUXPAN 10-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th lockedstart: 10.000°-End: 100.002°- step 0.021°-step Time 177s-Temp.:25°C
(Room)Operations :Import.
01-071-3761 (A)- Cupper-Cu-Y:50.52%-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a-3.61500b-3.61500-c-3.61500-alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Face-center.
00-005-0667(*)-Cuprite,syn-Cu2+1O-Y:1.85%-dx by: 1-WL 1.5406 Cubic-a
4.26960-b 4.26960-c-4.26960- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000.
01-071-3645 (*) Copper Oxide Cu2 O syn-Cu2O-Y:1.86%-dx by: 1-WL 1.5406
Cubic-a 4.26850-b 4.26850-c-4.26850- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000.
167
ANEXOS
File:Cu -Invierno de TUXPAN 10-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th lockedstart: 10.000°-End: 100.002°- step 0.021°-step Time 177s-Temp.:25°C
(Room)Operations :Import.
01-071-3761 (A)- Cupper-Cu-Y:11.18%-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a-3.61500b-3.61500-c-3.61500-alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Face-center.
01-077-0199(A)-Cuprite,syn-Cu2+1O-Y:2.28%-dx by: 1-WL 1.5406 Cubic-a
4.25800-b 4.25800-c-4.25800- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000
.
01-080-2209 (*) Chalcocyanite, syn Cu(SO4) -Y:2.65%-dx by: 1-WL 1.5406
Orthorhombic -a8.40900 -b 6.70900-c-4.83300- alpha 90.000-beta 90.000- gamma
90.000.
168
ANEXOS
File:Al-1.2-Verano de TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th lockedstart: 10.000°-End: 100.002°- step 0.021°-step Time 177s-Temp.:25°C (Room)
Operations :Import.
00-004-0787 (*)- Aluminum syn-Al-Y:149.65%-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a4.04940-b-4.04940-c-4.04940 alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Facecenter.
01-0880107(*)-Aluminum Oxide-Al2O3-Y:5.94%-d x by:1 –WL: 1.5406Orthorhombic -a 4.84370 -b 8.33000 –c 8.95470 - alpha 90.000-beta 90.000- gamma
90.000.
01-0741119 (l)-Bayerita-Al(OH)3 -Y:4.23%-d x by: 1-WL 1.5406 Monoclinic -a
5.06200 -b 8.67100 -c-4.71300- alpha 90.000-beta 90.270- gamma 90.000.
169
ANEXOS
File:Al-1.3-Otoño de TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th lockedstart: 10.000°-End: 100.002°- step 0.021°-step Time 177s-Temp.:25°C (Room)
Operations :Import.
00-004-0787 (*)- Aluminum syn-Al-Y:126.25%-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a4.04940-b-4.04940-c-4.04940 alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Facecenter.
01-0880107(A)-Aluminum Oxide-Al2O3-Y:10.77%-d x by:1 –WL: 1.5406Orthorhombic -a 4.83400-b 8.30960 –c 8.93530 - alpha 90.000-beta 90.000- gamma
90.000.
170
ANEXOS
File:Al-1.4-Invierno de TUXPAN 10-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 10.000°-End: 100.002°- step 0.021°-step Time 177s-Temp.:25°C (Room)
Operations : Import.
00-004-0783 (*)- Aluminum syn-Al-Y:85.90 %-d x by :1 WL: 1.5406 –Cubic-a4.04940-b-4.04940-c-4.04940 alpha 90.000-beta 90.000- gamma 90.000-Facecenter.
00-052-0803(*)-Aluminum Oxide-Al2O3-Y:6.10%-d x by:1 –WL: 1.5406Orthorhombic -a 4.83897-b 8.31750 –c 8.94353 - alpha 90.000-beta 90.000- gamma
90.000.
00-002-0291 (D)-Diaspore-Al2O3 –H2OY:15.68%-d x by: 1-WL 1.5406 Orthorhombic -a 4.40000-b 9.39000 -c-2.84000- alpha 90.000-beta 90.000- gamma
90.000.
171
ANEXOS
File: Gal-A-Primavera- TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 20.000°-End: 100.000°- step 0.020°-step Time 1 s-Temp.:25°C (Room)
Operations: Import.
01-073-6858 (A)- Zinc-Zn -Y:80.94 %-d x by :1 WL: 1.5406 –Hexagonal –a
2.66470 –b2.66470- c 4.94690- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 120.000- Primitive
172
ANEXOS
File: Gal-A-1.2-Verano- TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 20.000°-End: 100.000°- step 0.020°-step Time 1 s-Temp.:25°C (Room)
Operations: Import.
01-073-6858 (A)- Zinc-Zn -Y:86.95 %-d x by :1 WL: 1.5406 –Hexagonal –a
2.66470 –b2.66470- c 4.94690- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 120.000Primitive.
01-083-2377(A)- Zinc Sulfide-ZnS- Y:4.72% -d x by :1 WL:1.5406- Hexagonal- a
3.82300- b 3.82300- c 5620000- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 120.000Primitive.(sulfuro de zinc)
173
ANEXOS
File: Gal-A-1.3-Otoño -TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 20.000°-End: 100.000°- step 0.020°-step Time 1 s-Temp.:25°C (Room)
Operations: Import.
03-065-3358 (I)- Zinc-Zn -Y:102.21 %-d x by :1 WL: 1.5406 –Hexagonal –a
2.66490 –b2.66490- c 4.94680- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 120.000Primitive.
01-083-2377(A)- Zinc Sulfide-ZnS- Y:9.32% -d x by :1 WL:1.5406- Hexagonal- a
3.82300- b 3.82300- c 5620000- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 120.000Primitive.(sulfuro de zinc)
174
ANEXOS
File: Gal-A-1.4-Invierno- TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 20.000°-End: 99.998°- step 0.019°-step Time 177s-Temp.:25°C (Room)
Operations: strip KAlpha2 0.375| import.
File: Gal-A-1.4-Invierno- TUXPAN 20-100-LC- lynxeye-1mm.raw/Type: 2Th
locked-start: 20.000°-End: 99.998°- step 0.020°-step Time 1s-Temp.:25°C (Room)
Operations: Import
03-065-3358 (I)- Zinc-Zn -Y:74.55%-d x by :1 WL: 1.5406 –Hexagonal –a 2.66490
–b2.66490- c 4.94690- alpha 90.000-beta 90.000- gamma 120.000- Primitive.
175
ANEXOS
ANEXO II POTENCIALES ESTÁNDAR DE REACCIÓN DE MEDIA
CELDA A 25 0C
REACCIÓN DE MEDIA CELDA
E0 , Volts
F2(g)+2H +2e  2HF
+
3.053
-
O3+H 2 O +2e  O2  2OH
-

1.246
O3+2H +2e -  O2  H 2 O
2.075
Ag 2  e   Ag 
1.980
S 2 O82+2e -  2SO42

1.960

4
HN3+3H +2e  NH  N 2
1.960
H 2 O2+2H +2e -  2H 2 O2
1.763
Ce 4+e -  Ce 3
1.720
-
MnO4+4H   3e -  MnO2 (c)  2H 2 O

-

-
2HClO+2H  2e  Cl 2  H 2 O
1.700
1.630
2HBrO+2H  2e  Br2  H 2 O
1.604
H 5 IO6+2H   2e -  IO3  3H 2 O
1.603
NiO2+4H   2e -  Ni 2  2H 2 O
1.593
Bi 2 O4 (bismutado)+4H   2e -  2BiO   2H 2 O
1.590

4

MnO +8H  5e  Mn

3
-

2
 4H 2 O
1.510
2BrO +12H  10e  Br2  6H 2 O
1.478
PbO2+4H   2e -  Pb 2  2H 2 O
1.468
Cr2 O72+14H   6e -  2Cr 3  7 H 2 O
1.360
Cl 2  2e -  2Cl 
1.3583
-

2HNO2+4H  4e  N 2 O  3H 2 O
1.297
N 2 H 5+3H   2e -  N 2 H 4
1.275
MnO2 +4H   2e -  Mn 2  4H 2 O
1.230
O2+4H   4e -  2H 2 O
1.229

4

-

3
ClO +2H  2e  ClO  H 2 O

3
-

1.201
2IO +12H  10e  I 2  3H 2 O
1.195
N 2 O4+2H   2e -  2HNO2
1.070
2ICl 2  2e -  4Cl   I 2
1.070
Br2 (lq )  2e -  2Br 
1.065

N 2 O4+4H  4e  2 NO  2H 2 0
1.039
HNO2+H   e-  NO  H 2O
0.996
NO3+4H   3e-  NO  2H 2O
0.957
NO3+3H   2e-  HNO2  H 2O
0.940
Hg 2  2e  Hg22
0.911
Cu 2  I   2e  CuI
0.861
-
-
176
ANEXOS
OsO4+8H   8e-  Os  4H 2 0


0.84
Ag  e  Ag
Hg22  2e  2Hg
0.7991
Fe 3  e   Fe 2
0.771
H 2 SeO3  4H   4e   Se  3H 2O
0.739
HN3  11H   8e  NH 4
0.695

0.7960

O2  2H  2e  H 2O2

0.695
2
4
Ag 2 SO4  2e  2 Ag  SO
0.654
Cu 2  Br   e  CuBr (c)
0.654
Au (SCN ) 4  3e  Au  4SCN 4
0.636
2HgCl5  2e  Hg2Cl2 (c)  2Cl 
0.63


Sb2O5  6H  4e  2SbO  3H 2O
0.605
H 3 AsO4  2H   2e  HAsO2  H 2O
0.560
TeOOH   3H   4e  Te  2H 2O
0.559
Cu 2  Cl   e  CuCl (c)
0.559

2

I  2e  3I

0.536
I 22e   2I 
0.536
Cu   e  Cu
0.530
4H 2 SO3  4H   6e  S4O62  6H 2O
0.507
Ag 2CrO4  2e  2 Ag  CrO42
0.449


2
3
2H 2 SO3  2H  4e  S2O
 3H 2O
0.400
UO2  4H   e  U 4  2H 2O
0.380
Fe(CN )36  e  Fe(CN )64
0.361
2

Cu  2e  Cu
VO 2  2H   e  V 3  H 2O
0.340
BiO   2H   3e  Bi  H 2O
0.320
UO22  4H   2e  U 4  2H 2O
0.270

Hg2Cl2 (c)  2e  2Hg  2Cl

0.337
0.2676
AgCl  e  Ag  Cl 
0.2223
SbO  2H   3e  Sb  H 2O
0.212
CuCl32  e  Cu  3Cl 
0.178
SO42  4H   2e  H 2 SO4  H 2O
0.158
Sn4  2e  Sn2
0.15
S  2H   2e   H 2 S
0.144
Hg2 Br2 (c)  2e  2Hg  2Br 
0.1392
CuCl  e  Cu  Cl 
0.121
177
ANEXOS
TiO 2  2H   e  Ti3  H 2O
S4O62  2e  2S2O32

AgBr  e  Ag  Br
0.100
0.08

0.0711
HCOOH  2H   2e  HCHO  H 2O
0.056
CuBr  e  Cu  Br 
0.033
2H   2e  H 2
0.0000

Hg2 I 2  2e  2Hg  2I

-0.0405
Pb 2  2e  Pb
Sn2  2e  Sn
-0.125
AgI  e  Ag  I 
-0.1522
N 2  5H   4e   N 2 H 5
-0.225
V 3  e  V 2
Ni 2  2e  Ni
Co 2  2e  Co
-0.255
Ag (CN ) 2  e  Ag  2CN 
-0.310
PbSO4  2e  Pb  SO42
-0.3505
Cd 2  2e  Cd
Cr 3  3e  Cr
Fe 2  2e  Fe
-0.4025
H 3 PO3  2H   2e   HPH 2O2  H 2O
-0.499

-0.136
-0.257
-0.277
-0.424
-0.44

2CO2  2H  2e  H 2C2O4
-0.49
U 4  e  U 3
Zn2  2e  Zn
Mn2  2e  Mn
Al 3  3e  Al
-0.52
Mg
2
-0.7626
-1.18
-1.67

 2e  Mg
-2.356
Na   3e  Na
K   e  K
Li   e  Li
-2.714
-2.925
-3.045
ANEXO III CARACTERÍSTICAS DE ALGUNOS PRODUCTOS DE CORROSIÓN
MINERAL
CRISTALOGRAFÍA
COLOR
CARACTERÍSTICAS
178
ANEXOS
GEOMÉTRICA
Magnetita
Cristaliza el sistema
Color negro.
Densidad 5.2g/cm3. Dureza5.5 (raya negra).
(FeFe2O4).
cúbico, dando
Brillo metálico,
Exfoliación
Del
octaedros, dodecaedros
graso o mate.
fractura concoidea. No es soluble en HCl y
griego
imperfecta
según
(111)
y
mágnes:
o bien agregados
no se funde a la llama. Se parece a la
imán.
masivos y granulares.
hematites, pero se diferencia por el color de
la raya y el magnetismo.
Hematites
Cristaliza en el sistema
Color rojo pardo
Densidad 5.2 a 5.3 g/cm3. Dureza 6.5 (raya
(FeFeO3) Del
romboédrico,
o gris plomo,
rojo cereza). No presenta exfoliación y su
griego
tablillas,
escamas
tendiendo a
fractura
hematites:
(variedad especularita)
negro. Brillo
magnetismo débil. Es soluble en ácido
Color de
y
metálico o mate.
clorhídrico concentrado. Es parecida a la
sangre.
menudo maclados.
dando
romboedros,
a
es
concoidea.
Presenta
un
goethita y a la magnetita, pero se diferencia
de ellas por su dureza, densidad y color de
raya.
Goethita
Cristaliza en el sistema
Pardo o negro.
Dureza de 5 a 5.5 (raya amarilla). Densidad
FeO(OH) Del
ortorrómbico, dando
Brillo
4.3 g/cm3. Exfoliación perfecta y fractura
poeta Alemán
prismas, fibras o
adamantino,
desigual. Se disuelve lentamente en HCl y
J. W. Goethe.
arreglos masivos y
semimetálico o
no se funde a la llama. Es un mineral muy
terrosos de estructura
sedoso.
frecuente a nivel superficial. La estructura
radial.
está determinada por capas dobles de
octaedros que se disponen paralelas al eje
cristalográfico.
Siderita
Cristaliza en el sistema
Color amarillento,
Densidad, 3.7 a 3.9. Exfoliación perfecta
FeCO3. Del
trigonal dando
pardo o gris.
según (1011) y fractura desigual o
griego,
romboedros y prismas,
Brillo vítreo o
concoidea. Es soluble en HCl caliente.
sideros: hierro
o bien agregados
nacarado.
granulares, masivos,
terrosos, seudomorfos
o agregados con
estructura radial
llamados
esferosideritas.
179
ANEXOS
Cuprita
Cristaliza en el sistema
Color rojizo, gris
Dureza
cúbico, dando
plomo o negro.
Exfoliación imperfecta y fractura desigual.
latín, cuprum:
octaedros, hexaedros,
Brillo
Reactivo con el cobre.
cobre.
dodecaedros y formas
adamantino.
La estructura de la cuprita no suele mostrar
Cu2O.
Del
en agujas.
3.5
a
4
(raya
parda
rojiza).
sustituciones y está basada en grupos
tetraédricos en los que los átomos de Cu
ocupan los vértices y los centros. Común
en costras superiores de oxidación del
cobre.
Malaquita
Cristaliza en el sistema
Color verde.
Dureza, 4 (raya verde clara). Exfoliación
Cu2
monociclíco, dando
Brillo Vítreo,
buena y fractura concoidea. Densidad, 4.
(OH)2(CO3).
cristales prismáticos,
sedoso o graso.
Hace efervescencia en contacto con HCl.
Del griego,
agregados masivos,
La malaquita pertenece a otro grupo de
malachites, de
granulares, terrosos,
carbonatos que tienen en común el sistema
malache:
fibrosos, masas
de cristalización (monoclínico) y el hecho
malva.
botrioidales, estalactitas
de poseer grupos OH. La estructura de este
y costras.
mineral está formada según cadenas que
se articulan entre sí mediante los grupos
CO3. Común en la zona de oxidación
superior de superficies de Cu.
Coridón
Caracteriza en el
Color diferente
Dureza
9
Exfoliación
Al2O3. De su
sistema trigonal, dando
según la
(0001) y fractura concoidea y astillosa. Las
antiguo
tablillas, bipirámides y
variedad, el oxido
inclusiones en cantidades mínimas de
nombre indio:
romboedros. Los
de aluminio por lo
elementos
Kaurunthaka.
cristales pueden
general es
transformarlo en una piedra preciosa (rubí,
presentar maclas.
obscuro o gris
zafiro y topacio).
ajenos
a
frecuente
la
red
según
pueden
opaco. Brillo
adamantino.
Diásporo
Cristaliza en el sistema
Color blanco,
Dureza 6.5 a 7 (raya blanca).
AlO(OH). Del
otorrombico, dando
amarillo rojizo,
Densidad 3.3. Exfoliación muy buena según
griego,
agregados de escamas
violeta o gris.
(010) y fractura concoidea.
diásporo:
o cristales de aspecto
Brillo vítreo o
Dispersión
tabular.
nacarado
Zincita
Cristaliza en el sistema
Color pardo o
Dureza, 4.5 (raya amarilla anaranjada).
ZnO. Por su
hexagonal,
según
rojo amarillento.
Densidad de 5.4 a 5.7. La estructura está
contenido en
agregados
granulares
Brillo adamantino
basada en un empaquetamiento hexagonal
zinc
y hojosos.
compacto de los átomos de zinc.
180
BIBLIOGRAFÍA
BIBLIOGRAFÍA
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182
GLOSARIO
GLOSARIO
Acero: Aleaciones hierro-carbono, con un contenido máximo de carbono del 2%,
aproximadamente. El carbono dota al hierro de destacadas propiedades mecánicas,
necesarias para sus aplicaciones industriales.
Aceros inoxidables: Aleaciones hierro-cromo-carbono con un contenido de Cr > 1213%, capaces de desarrollar capas pasivantes de Cr 2O3 en muchos medios
industriales y en los medios naturales, que protegen la acción corrosiva de los
mismos.
Actividad ( a ): Función termodinámica que expresa la capacidad de reaccionar de
una sustancia ai  e G / RT , donde G es el aumento de energía libre de un mol de i en
la reacción.
Activo: Termino que puede referirse a un estado de los materiales metálicos en los
que estos tienen a corroerse, o a metales y aleaciones que se sitúan en el extremo
de potenciales más negativos de las series electroquímicas o galvánicas y son muy
corroíbles.
Acuoso: Se refiere a medios que contienen agua, en los que este actúa como
electrolito o conductor iónico de la corriente eléctrica.
Adherencia: Fuerza de unión entre un recubrimiento o el sustrato metálico o no.
Admitancia: Es el recíproco de la impedancia Y  I / V donde V e I son señales de
corriente alterna.
Agente agresivo: Componente del medio ambiente al que es atribuible la acción
corrosiva sobre el material metálico.
Aleación: Material metálico resultante de la fusión de dos o más metales
conjuntamente, con propiedades específicas que pueden diferenciar sustancialmente
de las de sus componentes, aunque si dependan de ellas.
183
GLOSARIO
Amperio: Corriente eléctrica que fluye a una velocidad de 1 C/s. La corriente
eléctrica representa el flujo dirigido de electrones.
Anión: Ión con carga (s) negativas, que migran al ánodo de las celdas
electroquímicas o electrolíticas.
Ánodo: Electrodo de pilas electroquímicas y electrolíticas en el que se produce la
oxidación o reacción de alguna sustancia. En los ánodos fluye corriente eléctrica
positiva hacia el medio electrolítico (transferencia de cationes a la solución, o de
aniones a la solución del electrodo).
Ánodos de sacrificio: Una masa de metal muy electronegativo, como el aluminio,
magnesio o zinc, que se conecta al a estructura a proteger por el método de
protección catódica, con la que forma un par galvánico desplazando su potencial, en
la dirección negativa, hasta la zona de inmunidad.
Capa: En corrosión, película o film superficial, a veces de espesor tan pequeño que
resulta invisible.
Capacitancia: Impedancia que representa un condensador a una frecuencia
determinada. / Es la capacidad de un conductor para almacenar carga eléctrica;
C=Q/V [couloms/volts o farad (F)]
Capacitancia de la doble capa: La capacidad asociada con el metal y la solución en
la interfase, es debida a la separación de carga a través de la interfase.
Capacitor: Dispositivo diseñado con el propósito de almacenar energía o carga
eléctrica.
Capa de difusión: Región definida que se establece entre el electrodo y el
electrolito, hasta una distancia determinada, en la cual se manifiestan cambios en la
concentración de las especies que participan en una reacción electroquímica, como
resultado de la misma.
184
GLOSARIO
Capa pasivante: Películas invisibles, de unas decenas de Ángstroms, de óxidos,
oxígeno absorbido, o muchas veces de naturaleza desconocida, que al formase
reducen la velocidad de corrosión en varios ordenes de magnitud, al impedir el
contacto directo del material metálico con el medio agresivo.
Catión: Ión cargado positivamente, que migra al cátodo en una celda electrolítica, o
se produce en el ánodo de una celda electroquímica o pila de corrosión.
Cátodo: El electrodo de una celda electrolítica o de una pila de corrosión en el que
tiene lugar el proceso de reducción. En los procesos de corrosión, que suelen
desarrollarse sobre electrodos mixtos, las áreas que no se ataca. Procesos catódicos
típicos en corrosión son la reducción de oxígeno en medios neutros y alcalinos y la
evolución de hidrogeno en medios ácidos.
Circuito de Randles: Circuito equivalente en el que se simula la interfase
metal/medio por un circuito R-C en paralelo, en el que la R representa la resistencia
a la transferencia de carga (resistencia a la corrosión) y C la capacidad de la doble
capa. Normalmente se incluye otra resistencia en serie que representa la resistencia
óhmica del medio.
Circuito equivalente: Combinación de resistencias, condensadores y bobinas que,
ante una señal eléctrica, reproduce con una aproximación aceptable la interfase de la
respuesta de la interfase metal/electrolito.
Conductividad: Es la habilidad de un material o fluido para conducir la electricidad.
Definida como la conductancia de una unidad al cubo del material o fluido.
Corresponde al valor recíproco de la resistencia eléctrica.
Contraelectrodo: Es un electrodo utilizado con el propósito de cerrar el circuito y
transferir corriente hacia o desde el electrodo de trabajo. También se conoce como
electrodo auxiliar.
185
GLOSARIO
Corrosibilidad: Grado de susceptibilidad de un metal o aleación a corroerse en un
medio determinado. Es como el inverso de la resistencia a la corrosión d3el metal en
dicho medio.
Corrosión bacterial: cuando cierta bacteria produce sustancias como ácido
sulfúrico, amonio, etc., el resultado es conocido como corrosión bacterial o corrosión
biológica.
Coulombio: Cantidad de electricidad que es transmitida a través de un circuito
eléctrico durante un segundo, cuando la corriente de un circuito es de un Amperio.
Se simboliza por una C.
Densidad de Corriente: Cantidad de corriente por unidad de tiempo y superficie
(intensidad de corriente por unidad de superficie). Suele expresarse en A/m 2, mA/m2,
mA/cm2, etc.
Doble capa: Región que se establece entre dos fases de características diferentes
(Ej. Entre un electrodo y un electrolito), como resultado de la existencia de una
interfase cargada, en la que se tiene una distribución especial de cargas, que puede
asimilarse de manera simple como análoga a la de un condensador de placas
paralelas.
Electrodo: Conductor electrónico normalmente metálico, por medio del cual se
proporcionan los electrones necesarios a una reacción, o se consumen los
electrones resultantes de la misma. / Conductor electrónico (Ej. Un metal) en
contacto con un electrolito (conductor iónico). En su superficie se lleva a cabo el
intercambio e electrones produciendo reacciones de oxidación o reducción
dependiendo de la polarización del electrodo.
Electrodo auxiliar: Electrodo en una celda electroquímica, este es usado para
transferir la corriente desde el ánodo hasta el electrodo de trabajo.
186
GLOSARIO
Electrodo de Calomel (Calomelanos): Este electrodo está formado por mercurio
cubierto por una capa de cloruro insoluble (calomelanos), Hg2Cl2 en equilibrio con
una disolución de cloruro potásico, KCl, que puede ser 0.1 N, 1 N o saturada. El
contacto eléctrico con el mercurio se realiza por medio de un hilo de platino. La
reacción del electrodo de calomelanos es:
Hg2Cl2 + 2e-
2 Hg +2Cl-
Cuando el electrodo actúa como ánodo (-) la reacción es hacia la izquierda,
(oxidación); si el electrodo actúa como cátodo (+), la reacción es hacia la derecha,
(reducción).
Electrodo de Referencia: Electrodo cuyo valor de potencial es estable y
reproducible y que se utiliza como referencia para medir potenciales de electrodo. El
electrodo de referencia es una semipila prácticamente impolarizable y de potencial
constante, que sirve para medir y controlar el potencial del electrodo sometido a
estudio de la celda de ensayo, refiriéndolo a una escala arbitraria.
Electrodo de trabajo: Es la probeta de ensayo y electrodo sometido a estudio en
una celda electroquímica.
Electrólisis: Las transformaciones provocadas en un electrolito por el paso de la
corriente eléctrica.
Electrolito: Medio conductor en el cual la corriente eléctrica se transforma por iones.
Generalmente, se consideran como electrolito las soluciones de compuestos que
disocian en un solvente determinado. El término incluye las soluciones acuosas, las
sales fundidas, los gases inionizados, algunos sólidos, etc. En términos específicos
de galvanoplastia, como electrolito se puede considerar cualquier solución
conductora que se utiliza para la obtención del recubrimiento.
Energía libre: Función termodinámica de estado que pertenece y variable en los
equilibrios que tienen lugar a presión y temperaturas constantes el cambio de
energía libre de una reacción es igual al trabajo reversible total que se puede realizar
y, como en las reacciones electroquímicas tienen lugar un transporte de cargas
187
GLOSARIO
eléctricas se realiza un trabajo eléctrico equivalente a la variación de energía libre:
G  nFE .
Equivalente químico: Cantidad de metal disuelta (oxidada) o depositada a partir de
una solución de sus iones (reducida) por el paso de una carga eléctrica de 96.500
Coulombios, conocida por Faraday. Expresado en gramos es el peso molecular
dividido por la valencia o número de electrones implicados en la producción o
depósito del catión.
Espectroscopia de impedancia electroquímica: Técnica electroquímica basada en
el análisis de los espectros de respuesta de un electrodo al que se perturba con una
señal alterna de corriente o de potencial de pequeña amplitud, a distintas
frecuencias.
Faraday: Cantidad de electricidad requerida para oxidar o reducir un equivalente
químico (peso atómico/valencia) de un metal. Un Faraday equivale a 96.500
coulombios, aproximadamente.
Fasores: Vectores giratorios representados en el plano complejo que describen a la
corriente y al voltaje.
Impedancia (admitancia): Magnitud vectorial (con módulo y argumento), que en
corriente alterna equivale a la resistencia de corriente continua y cuya medida al
imponer a los electrodos señales alternas permite obtener información valiosa sobre
el mecanismo y la cinética de los procesos de corrosión. Es el equivalente de la
resistencia en la corriente directa para la corriente alterna. Z=V/I donde V e I son
señales de corriente alterna.
Ley de Faraday: Expresión que relaciona la cantidad de sustancia oxidada o
reducida (disuelta o depositada) con la cantidad de corriente que ha circulado por el
electrodo.
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GLOSARIO
Lluvia ácida: Cuando la lluvia tiene un pH menor a 5.6 esta se clasifica como lluvia
ácida. Este es el resultado de la contaminación atmosférica causada por emisiones
de gases provenientes de diversa industrias.
Pasivo: Estado que se aplica a una reactividad muy pequeña, es decir, velocidades
insignificantes de corrosión, en condiciones con fuerte tendencia termodinámica a la
corrosión del electrodo.
Porcentaje de degradación: Cálculo propuesto a partir de la técnica LPR que
permite mostrar la descomposición o degradación de un recubrimiento o un material
metálico sujeto a cualquier tipo de corrosión.
Oxidación: Pérdida de electrones en una reacción química o electroquímica por
ejemplo, en los procesos anódicos, cuando un metal pasa por el estado metálico al
de catión (estado oxidado combinado o corroído).
Par galvánico: Pila formada por dos metales distintos en contacto eléctrico y el seno
del mismo electrolito.
Pasivación: Transición del estado activo al pasivo de muchos metales aleaciones en
ciertos medios, puede ser natural o forzada por una polarización anódica. Constituye
una excepción de gran importancia práctica a la ley general en electroquímica, que
establece velocidades de corrosión crecientes para polarizaciones anódicas también
crecientes.
Pasivo: Estado que implica una reactividad muy pequeña, es decir, velocidades
insignificantes de corrosión en condiciones con fuerte tendencia termodinámica a la
corrosión del electrodo.
Pilas de corrosión: cualquier tipo de heterogeneidades bien sea del metal, del
medio agresivo o de las condiciones de exposición que generen diferencias de
potencial entre áreas metálicas próximas, creando micropilas o macropilas.
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GLOSARIO
Polarización: Es la diferencia matemática entre el potencial del electrodo para unas
condiciones dadas de corriente y el potencial de corrosión o potencial en circuito
abierto:   E  Ecorr .
Potencial: Diferencia de potencial de un electrodo (semipila o semielemento)
definida con relación a otro electrodo específico, conocido como electrodo de
referencia.
Potencial de corrosión: Es el potencial de un electrodo que se corroe en un medio
dado sin flujo de corriente externa. Para el mismo concepto se emplean también los
siguientes términos: potencial en circuito abierto; potencial de corrosión libre;
potencial de reposo y potencial estacionario. El potencial de corrosión no es un
potencial de equilibrio, pues aunque se da en el equilibrio eléctrico, hay
transformación neta de sustancia, con la única condición de que exista equivalencia
entre las velocidades globales de oxidación y reducción.
Potencial de equilibrio: También denominado potencial reversible, es el potencial
de un electrodo cuando las velocidades de la reacción que se realiza en su superficie
son iguales en el sentido directo que en el sentido inverso y no hay la transformación
neta de sustancia. Esto exige que las sustancias que se oxidan y se reducen sean la
misma.
Potencial estándar o potencial normal de un electrodo: Potencial reversible de un
proceso cuando todos los reactantes y productos se encuentran a la actividad
unidad, en una escala en la que el potencial estándar para el electrodo de hidrógeno
es cero.
Potencial mixto: Es el potencial observado de un electrodo cuando dos o más
reacciones electroquímicas están ocurriendo simultáneamente en su superficie; por
ejemplo en una probeta que se corroe, con multitud de microánodos y microcátodos
donde se verifican las reacciones parciales de corrosión.
190
GLOSARIO
Potenciostato: Dispositivo electrónico que mantiene a un electrodo a potencial
constante y es capaz de variarlo también, según una secuencia de tiempo como
dentro de un margen amplísimo de velocidades de barrido. Actualmente, los
potenciostatos comerciales incluyen también la posibilidad de funcionar como
galvanostáticos el potenciostato quizá sea el instrumento más usado actualmente en
los estudios de corrosión. Es un instrumento para mantener automáticamente un
electrodo en un electrolito a un potencial constante o potenciales controlados con
respecto a un electrodo de referencia.
Reducción: Proceso electroquímico en el cual una sustancia gana electrones, como
la formación de OH- a partir del oxígeno disuelto o de gas hidrógeno a partir de los
protones (H3O+ o H+) en los medios ácidos.
Removedor de oxido: Líquido viscoso que remueve óxidos, herrumbre y escamas
por medio de acción bioquímica natural; remueve óxido y escamas, afloja piezas
oxidadas, detiene oxidación instantánea y es biodegradable.
Resistencia: Es la oposición que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica.
Resistencia de polarización: Parte de la polarización que se establece entre los
electrodos de referencia y de trabajo, a consecuencia de la resistencia que ofrece el
medio al paso de corriente, podría decirse que es “la parte perdida”, a efectos de la
reacción, de las señales de potencial.
Resistencia a la polarización: La pendiente, dE/di, de las curvas de polarización en
el potencial de corrosión. LA resistencia de polarización Rp, es inversamente
proporcional a la densidad de corriente de corrosión, icorr= B/Rp, cuando la técnica
de polarización lineal es aplicable (B es la constante de Stern).
Serie electroquímica: Relación ordenada de elementos de acuerdo con un potencial
estándar, con respecto al electrodo normal de hidrógeno, al que, por convenio, se
asigna es el valor cero.
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GLOSARIO
Serie de fuerza electromotríz (fem): Lista de metales en equilibrio con sus propios
iones junto con sus potenciales estándares obtenidos en tales mediciones y
condiciones.
Sobrepotenpotencial: Es la diferencia matemática entre el potencial de electrodo
para unas determinadas condiciones y el que le corresponde en condiciones de
reversibilidad. Es decir, si un electrodo con potencial E le corresponde el potencial de
equilibrio Eo, tiene un sobrepotencial de:   E  Eo
. Es frecuente confundir
polarización y sobrepotencial, puesto que ambas son diferencias de potencial, solo
varia el valor con respecto al cual se miden.
Sustrato: El metal base sobre el que están aplicando las capas o depósitos.
Voltaje: Fuerza electromotriz entre dos cargas, igual a la diferencia de potencial
entre ambas cargas.
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