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ESTUDIO Y ANÁLISIS DE LOS METALES DE SACRIFICIO SOBRE EL MOBILIARIO
URBANO
MIGUEL RODRÍGUEZ FERNÁNDEZ MARTÍN ANSIA CANTÓN
2017
AULAS TÉCNOPOLE, Parque Tecnolóxico de Galicia
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ABSTRACT
La corrosión es una reacción química producto de la unión del
metal con el oxígeno, es decir, la corrosión es un deterioro observado
en un objeto metálico a causa de un alto impacto electroquímico de
carácter oxidativo.
Para evitar o atrasar la corrosión de una estructura se pone en
marcha un método llamado protección galvánica, que consiste en
reducir o eliminar la corrosión de un metal mediante los metales de
sacrificio, también llamados ánodos de sacrificio. Están hechos de
una aleación metálica con mayor tendencia a la oxidación que el
metal de la estructura a proteger, es decir, con un potencial de
reducción más negativo. Esta diferencia de potencial hace que el
ánodo de sacrificio se corroa, protegiendo así la estructura.
¿Qué metal de sacrificio es mejor? ¿Cuál es su tiempo medio de
vida? ¿Podemos crear un ánodo de sacrificio barato y casero?
Ilustración 1 : Prueba de corrosión en una pieza de metal.
Así, mediante un detallado estudio sobre los principales
metales de sacrificio y posteriormente ponerlos a prueba, deducimos
cuál tiene mayor eficacia contra la corrosión. Tras el estudio pusimos
en marcha la creación de un fluido que combata la corrosión en el
mobiliario urbano, de forma eficaz y más barata que los productos
anticorrosión a venta en el mercado.
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INTRODUCCIÓN
En la actualidad y desde hace años, existen varios métodos para
proteger las estructuras metálicas contra la corrosión. Uno de los más
usados es la protección galvánica, que consiste en reducir o eliminar
la corrosión de un metal mediante los metales de sacrificio, también
llamados ánodos de sacrificio.
Dichos metales están hechos de una aleación metálica con
mayor tendencia a la oxidación que el metal de la estructura a
proteger, es decir, con un potencial de reducción más negativo. Es esa
diferencia de potencial entre el ánodo y el metal de la estructura la
que hace que sea el metal de sacrificio el que sufra el proceso de
oxidación y se corroa en vez de la estructura, protegiendo así la
estructura y evitando que se corroa.
Pero no solo existe un solo tipo de metales de sacrificio, si no
que existe una amplia gama de metales para proteger estructuras.
Cada uno cuenta con unas características, pero su eficacia y su
periodo de vida no dependen únicamente de dichas características, si
no que dependen del uso que se les dé y de las reacciones a las que
estén expuestos.
Si la estructura a proteger está sumergida e agua, la oxidación
es más rápida.
Lo mismo ocurre si está expuesto a una elevada humedad.
Incluso si la estructura estuviera expuesta a elevadas o bajas
temperaturas el metal sufriría cambios químicos.
La salinidad influye muchísimo en la corrosión, por eso en los
puertos la corrosión es tan importante.
Por otro lado, existen compuestos, que si los añadimos a
nuestro metal, pueden favorecer o reducir la corrosión (un
ejemplo claro es el acero inoxidable, presente en los cubiertos,
fregaderos, cazuelas...)
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La eficacia y vida útil de cada metal de sacrificio también
depende del potencial eléctrico de cada metal. Consiste en la
diferencia de potencial eléctrico existente entre los dos metales
en contacto. Cuanto más bajo sea el potencial de un metal, más
fácil resultará corroído. Del mismo modo cuando mayor sea la
diferencia de potencial entre los dos metales en contacto,
mayor será la corrosión galvánica producida entre ambos,
siempre en perjuicio del de menor potencial.
Tabla 1 : Potenciales Eléctricos de los Metales
Una vez conocidos los procesos por los cuales los metales de
sacrificio se alteran y se corroen, investigamos que tipos de corrosión
oxidación existen, analizándolas y conociendo así mejor los procesos
químicos que sufren.
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TIPOS DE CORROSIÓN A parte de las características de los metales de sacrificio, tiene mucho que ver el tipo de corrosión que sufren, es decir, dependiendo del tipo de corrosión que sufran dichos metales pueden corroerse más lento o más rápido.
Tabla 2 : Tipos de corrosión
Según la forma
1: Corrosión uniforme: en este tipo de corrosión se presenta el ataque en forma homogénea sobre toda la superficie metálica y la penetración media es igual en todos los puntos. Esta es la forma más tratable de corrosión, ya que permite calcular fácilmente la vida útil de los materiales corroídos.
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2: Corrosión localizada: este tipo incluye los casos intermedios entre corrosión localizada y corrosión uniforme. Se caracteriza porque el ataque se extiende más en algunas zonas, pero se presenta aún como un ataque general.
3: Corrosión por picadura: se genera debido a pequeños
poros en la capa superficial de la pieza, por eso, el ataque se localiza en puntos aislados de superficies metálicas, propagándose hacia el interior del metal en forma de canales cilíndricos. Este tipo de ataque son las formas más peligrosas bajo las cuales se puede presentar la corrosión
Según el medio:
1: Corrosión química: En la corrosión química un material se
disuelve en un medio corrosivo líquido y este se seguirá disolviendo hasta que se consuma totalmente o se sature el líquido
2. Corrosión electroquímica: En los procesos de corrosión
electroquímica de los metales se tiene simultáneamente un paso de electrones libres entre los espacios anódicos y catódicos vecinos, separados entre sí.
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ANTECEDENTES
Tras investigar a fondo cuales son los procesos por los cuales
los metales de sacrificio sufren alteraciones y como puede variar su vida útil dependiendo de las adversidades a las que están expuestos, nos informamos sobre que metales son mejores y por lo tanto más eficaces, centrándonos en el campo del mobiliario urbano. Partimos de que los ánodos galvánicos se eligen para tener una tensión más activa (refiriéndonos así a un potencial electroquímico más negativo) que el metal de la estructura a proteger. Esto hace que el ánodo galvánico se corroa hasta consumirse, defendiendo así la estructura, pero teniendo que ser reemplazado con el paso del tiempo.
Decidimos escoger 3 metales de sacrificio para investigar y desarrollar nuestra teoría, por lo tanto, nos centramos en la tabla de potenciales eléctricos de los metales y en sus valores.
Tabla 3 : Potenciales Eléctricos de los Metales
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Como bien decíamos, los ánodos se eligen para tener una
tensión más activa, es decir un potencial electroquímico más negativo
que el del metal de la estructura a proteger. Lo que hace más
probable una corrosión galvánica significativa es la distancia entre los
elementos y sus potenciales eléctricos. Es decir, mientras más arriba
esté el ánodo posicionado en la tabla, su potencial eléctrico será más
bajo, mientras que cuanto más bajo sea el potencial de un metal, más
fácil resultará corroído.
Por lo tanto, nos dispusimos a investigar de que materiales
estaban formados las principales piezas mobiliarias, en este caso, de
la ciudad de Ourense.
Como resultados de esa búsqueda nos encontramos con que
estructuras como los semáforos, las señales, las farolas, los guarda-
railes, barandillas e incluso estatuas estaban formadas en su mayoría
por metales como el hierro (Fe) , aluminio (Al) y zinc (Zn). Con eses
resultados decidimos empezar el análisis de 3 metales de sacrificio; el
magnesio (Mg), el aluminio (Al) y el cobre (Cu).
Gráfico 1: Vida Media de los Metales (años)
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
Magnesio Cobre Aluminio
Vida media de los metales
Vida media de los metales
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HIPÓTESIS Existen varios métodos para combatir la corrosión en las
estructuras metálicas, como reducciones químicas, que se trata de
procedimientos en los que se altera y modifica la composición
química de la superficie del metal, pero su precio es elevado. También
existe un método que trata de una cuidadosa preparación superficial
que incluye un decapado ácido, seguido de una neutralización y
lavado y finalmente se le suministra corriente eléctrica por parte de
un generador. Es la llamada técnica de electrólisis.
Así, con un estudio detallado y la posterior creación de un
compuesto líquido a base de magnesio, nos hemos propuesto
combatir la corrosión de forma más barata que los métodos de
mercado y de una forma casera y sencilla, alargando así la vida útil
del mobiliario urbano.
MATERIALES
Guantes de protección de látex
20 placas de hierro 12x12
Carbonato de Magnesio
Virutas de Magnesio (Mg)
Virutas de Cobre (Cu)
Virutas de Aluminio (Al)
Ácido de PH alto
Colofonia
Alcohol 96º
Ilustración 2 : Carbonato de Magnesio (Mg)
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METODOLOGÍA
Primero, tras investigar a fondo sobre los metales de sacrificio
decidimos poner a prueba 3 ellos; Magnesio, cobre y aluminio, todos
ellos en forma de pequeñas virutas.
Ilustración 3 : Ácido de PH alto
Nos hicimos con 20 placas de hierro de 12x12 y esparcimos
distintas cantidades de los dichos metales; nada, 1g, 1,2g, 1,4g, 1,6g y
1,8g. Posteriormente vertimos sobre ellas un ácido de PH alto, para
observar su reacción y la eficacia de los ánodos.
Ilustración 4 : Virutas de Aluminio
Tras 2 semanas de reposo analizamos las placas de hierro,
obteniendo unos resultados que indicaban que el magnesio era el más
eficaz, y por lo tanto el más efectivo.
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Ilustración 5 : Muestra de Magnesio (1,6g) después de oxidarse.
Dados esos resultados pusimos en marcha la creación de un
líquido que protegiera de la corrosión a las estructuras metálicas,
echo principalmente por dicho ánodo, el magnesio.
Para ello mezclamos 30g de carbonato de magnesio con 100ml
de alcohol 96º, añadiendo también colofonia, (sabia de árbol), para
ayudar a la mezcla a convertirse en líquido.
Ilustración 6 : Colofonia
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Una vez creado el líquido a base de carbonato de magnesio,
procedimos a ponerlo a prueba. Cogimos 2 placas de hierro y tan solo
rociamos 1 con dicho líquido. Las colocamos a la intemperie durante 1
semana, para posteriormente analizarlas.
Con todos los resultados nos dispusimos a analizarlos.
Analizamos cada placa con una aplicación que nos permite hallar el
porcentaje de cada color de una foto, obteniendo así el porcentaje de
oxidación de cada placa, y posteriormente desarrollando unas
gráficas y unos resultados.
Ilustración 7 : Trabajando en el laboratorio de las Aulas Tecnópole
RESULTADOS
Una vez pasadas 2 semanas cogimos las placas y analizamos los
restos de oxidación que en ellas había. Para obtener un resultado más
certero y concreto decidimos analizar cada placa con un analizador de
color, que nos permite hacer un análisis de los colores que hay en
cada placa en porcentajes, es decir, el porcentaje de corrosión que
tiene cada placa, obteniendo así unos resultados que nos muestran la
reacción y la eficacia de cada ánodo frente a la corrosión.
Así, dados los siguientes resultados, creamos un líquido a base
del ánodo más eficaz para proteger a las estructuras de la corrosión y
corroborar nuestra hipótesis.
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COBRE
Cu 0g Cu 1g Cu 1,2g
Cu 1,4g Cu 1,6g Cu 1,8g
En el caso del cobre, la oxidación es alterna durante todo el
proceso y todas las cantidades, podemos observar como existen
irregularidades, ya que sufre altibajos de oxidación. En casi todas las
placas observamos una corrosión muy elevada.
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MAGNESIO
Mg 0g Mg 1g Mg 1,2g
Mg 1,4g Mg 1,6g Mg 1,8g
En el caso del magnesio es totalmente al contrario, observamos
una progresión y un menor porcentaje de oxidación a medida que
avanzamos. Empieza teniendo una fuerte corrosión en las primeras
placas, pero acaba con un bajo porcentaje de corrosión muy bajo en
las últimas placas.
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ALUMINIO
Al 0g Al 1g Al 1,2g
Al 1,4g Al 1,6g Al 1,8g
En el aluminio, observamos un proceso similar al del cobre,
una alternancia de la oxidación entre las placas y una elevada
corrosión en casi todas las placas.
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Con estos porcentajes de oxidación elaboramos una gráfica que
nos muestra como es el porcentaje de oxidación de cada ánodo.
Tabla 4 : Porcentajes de Oxidación
Tabla 5 : Oxidación Final
0
20
40
60
80
100
120
0g 1g 1,2g 1,4g 1,6g 1,8g
Evoluvión de la Oxidación
Cobre Magnesio Serie 3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Magnesio Cobre Aluminio
Oxidación Final
Oxidación Final (1,8g)
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Con esta gráfica observamos que la eficacia del magnesio ha
sido más elevada que la del cobre o el aluminio, ya que su oxidación
desciende poco a poco hasta reducirse en un 50%.
En el cobre observamos que su trayectoria es irregular, ya que
posee altibajos en su composición. Al final acaba reduciéndose su
oxidación, pero en un pequeño porcentaje.
Y finalmente en el aluminio podemos observar un descenso de
la corrosión, al igual que en el magnesio, pero esta vez menor,
reduciéndose su corrosión en un 38%.
Tras el análisis de los metales, procedimos a la creación del
líquido anti-corrosión a base de ánodos de sacrificio. Dado que el
magnesio fue el ánodo más eficaz de la prueba decidimos crear el
líquido a base de magnesio en polvo.
Mezclamos alcohol, carbonato de magnesio y colofonia y tras la
mezcla, obtuvimos un líquido a base de magnesio, y decidimos
ponerlo a prueba en dos placas de metal, tan solo echándoselo a una y
posteriormente dejándolas en el exterior a la intemperie.
Ilustración 8 : Placas antes del proceso
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A la semana volvimos a recogerla y las observamos y analizamos.
Ilustración 9 : Placas después del proceso
Observamos que la placa donde habíamos vertido el líquido
anti-corrosión estaba prácticamente ilesa, salvo algún que otro punto
de óxido, mientras que la placa donde no habíamos echado nada
estaba totalmente corroída y oxidada.
Analizamos sus porcentajes de oxidación y estos fueron los
resultados.
Placa sin líquido Placa con líquido
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Como podemos observar son resultados muy diferentes, en la
placa que carecía de líquido hay una corrosión total, mientras que en
la placa en la que vertimos nuestro líquido, hay una corrosión
minúscula, tan solo del 26%.
CONCLUSIONES
Con estos resultados queda demostrado que cualquier metal
sufre alteraciones químicas tras sufrir una oxidación, variando así su
composición química. También confirmamos que no todos los ánodos
de sacrificio actúan igual y que cada uno posee unas características
distintas que los hacen más o menos eficaces. Por otra parte hemos
sido capaces de crear un líquido protector anti-corrosión, de forma
casera y con un valor mucho más reducido que los métodos
actualmente en mercado.
En cuanto a la investigación demostramos que el magnesio es
el mejor y por lo tanto más eficaz ánodo de sacrificio, y el que se
debería utilizar para proteger a las estructuras del mobiliario urbano
frente a la corrosión. Cuando usamos cobre como ánodo el metal
sigue oxidándose, a menor ritmo, pero con un porcentaje de
oxidación muy elevado. En cuanto al aluminio, su oxidación es igual a
la del cobre, su ritmo se reduce, pero a la larga su oxidación es muy
elevada. Pero al contrario, y como hemos probado, el magnesio
protege la corrosión, no solo reduce su ritmo sino que también la
evita parcialmente.
También confirmamos y probamos nuestra hipótesis, la de
crear un líquido a base de metales de sacrificio que sea capaz de
combatir la corrosión en las estructuras metálicas, ya que los
resultados de dichos análisis han sido favorables, dado que el
magnesio ha protegido eficazmente al metal, dejando tan solo puntos
aislado de corrosión.
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Con todo, deberíamos seguir unas pautas para que los metales
no se oxiden de forma tan rápida como lo harían en unas condiciones
normales.
Diseño: Este es un factor muy importante a la hora de prevenir
la corrosión en estructuras, ya que si hacemos un buen diseño y
una buena planeación podemos retrasar dicho fenómeno.
Materiales. Como bien hemos visto en esta investigación,
dependiendo de los materiales que usemos, bien para construir,
bien para proteger, podemos evitar o atrasar la oxidación y
corrosión de los metales.
Métodos de protección: Como bien hemos comentado
anteriormente, existen varios métodos para proteger las
estructuras contra la corrosión, añadiendo aquí nuestro líquido
anti-corrosión.
Ilustración 10 : Trabajando y divirtiéndonos en las Aulas Tecnópole
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BIBLIOGRAFÍA
https://es.wikipedia.org/wiki/Wikipedia
http://mkweb.bcgsc.ca/color-summarizer/?
http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0717
-71782006000100005
http://www.monografias.com/trabajos3/corrosion/corrosion.s
html
http://www.waterheaterrescue.com/espanol/anodos-de-
calentadores.html
http://www.corrocogroup.es/galvanic-anode.html
AGRADECIMIENTOS
San Cibrao das Viñas, 32900 Ourense
