Velocidad de corrosión en aceros bajo condiciones de … · CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO "Velocidad de corrosión en aceros

CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO

"Velocidad de corrosión en aceros bajo condiciones de flujo turbulento en salmuera

sintética saturada con CO2"

TESIS

QUE COMO REQUISITO PARA OBTENER EL GRADO DE:

MAESTRO EN CIENCIAS DE MATERIALES

PRESENTA

Luz María Rodríguez Valdez

DIRECTOR DE TESIS DR. ALBERTO MARTÍNEZ VILLAFAÑE

"Velocidad de corrosión en aceros bajo

condiciones de flujo turbulento en salmuera sintética saturada con CO2"

Chihuahua, Chih. Enero 2002

i

AGRADECIMIENTOS

Agradezco al Centro de Investigación en Materiales Avanzados S. C., por haberme

otorgado la gran oportunidad para realizar mis estudios de Maestría en Ciencia de

Materiales, así como al proyecto CONACYT 35378 – U, por el apoyo económico para la

elaboración y conclusión de esta tesis de maestría.

Agradezco infinitamente a un gran ser humano, a mi Asesor el Dr. Alberto Martínez

Villafañe, por sus enseñanzas compartidas, su paciencia y su apoyo. Agradezco también

al Dr. Facundo Almeraya C., por las sugerencias y aportaciones para el desarrollo de mi

tesis.

A los miembros del comité de sinodales:

Dr. Facundo Almeraya C. Presidente

Dr. Miguel Ángel Neri Flores Secretario

Dr. Enrique Ortega Rivas Vocal

Un agradecimiento muy especial al M. C. Víctor Orozco y al M. C. Adán Borunda, por el

apoyo proporcionado en la parte experimental. A una gran profesionista y mujer, M. C.

Hilda Esparza, por su ayuda incalculable en los trabajos de microscopía electrónica de

barrido. Al Ing. Pedro Castillo Castillo por las facilidades otorgadas en la preparación de

muestras metalográficas, al Ing. Ivanovich Estrada Guel por su apoyo técnico y al Ing.

Daniel Lardizabal, por su ayuda gracias. Al Lic. Federico Stockton Rejón, por creer en mí

y por su enorme ayuda, a la Lic. Soraya Hernández, a la Sra. Elvira Tavares, gracias por

su apoyo moral y gran ayuda. A mi compañera, Ing. Norma Flores H., por el gran apoyo

moral que me brindó.

ii

A Salvador, mi punto de apoyo, mi brújula...

iii

ÍNDICE

RESUMEN INTRODUCCIÓN 1 HIPÓTESIS 5 OBJETIVO GENERAL 5 OBJETIVOS PARTICULARES 5 1. FUNDAMENTO TEÓRICOS 7

1.1 Fundamentos de la Corrosión 7 1.2 Principios de la Corrosión Metálica en Soluciones

Acuosas 7

1.2.1 El circuito eléctrico 7 1.3 Termodinámica de la Corrosión Acuosa 9

1.3.1 Potencial del electrodo 10 1.3.2 Diagrama de Pourbaix 11

1.4 Métodos Electroquímicos en Corrosión 13 1.4.1 Ruido Electroquímico 13 1.4.2 Resistencia a la Polarización Lineal 17

1.5 Dinámica de Fluidos 20 1.5.1 Flujo laminar y turbulento 20 1.5.2. Transporte de Cantidad de Movimiento 22 1.5.3 Transferencia de calor 23 1.5.4 Transferencia de masa o materia 23

1.6 Electrodo de cilindro rotatorio (ECR) 25 1.7 Aspectos generales de la corrosión por CO2 28 1.7.1 Mecanismos de corrosión por CO2 28 1.7.2 Principales factores que afectan la corrosión por CO2

31

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL 34 2.1 Soluciones y Materiales 34 2.1.1 Solución de Prueba 34 2.1.2 Electrodos de trabajo 36 2.2 Equipo utilizado 39 2.2.1 Celda electroquímica 39 2.2.2 Electrodo de cilindro rotatorio (ECR) 40 2.2.3 Parrilla y flujómetro 40 2.2.4 Equipo para mediciones electroquímicas 40 2.3 Monitoreo electroquímico de corrosión 42

2.4 Procedimiento Experimental 43 3. RESULTADOS 46 3.1 Acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C.

46

3.1.1 Monitoreo de Ruido Electroquímico 46 3.1.1.1 Análisis por microscopía electrónica de barrido

51

3.1.2 Resistencia a la polarización 53 3.1.2.1 Análisis por Microscopía Electrónica de Barrido

55

iv

3.2 Acero al carbono en salmuera sintética con CO2 a 60° C

57

3.2.1 Monitoreo de Ruido Electroquímico 58 3.2.1.1 Análisis por microscopia electrónica de barrido

62

3.2.2. Resistencia a la polarización 63 3.2.2.1 Análisis por Microscopía Electrónica de Barrido

64

3.3 Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 27° C

66


69

3.3.2. Resistencia a la polarización 72 3.3.2.1 Análisis por Microscopía Electrónica de Barrido

73

3.4 Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 60° C

75


79

3.4.2 Resistencia a la polarización 81 3.4.2.1 Análisis por microscopía electrónica de barrido

81

3.5.1 Monitoreo de Ruido Electroquímico 83 3.5 Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 27° C en condiciones estáticas

83

3.5.1 Monitoreo de Ruido Electroquímico 83 3.6 Análisis en conjunto de los sistemas 85 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 89 4.1. Conclusiones 89 4.2. Recomendaciones 90 REFERENCIAS 91

v

RESÚMEN

En este trabajo de tesis se llevó a cabo un análisis experimental del comportamiento del

acero inoxidable austenítico 316 y el acero al carbono 1018, contenidos en un sistema sin

inhibidores, conformado por una salmuera sintética saturada con CO2, oxigenada

mediante exposición atmosférica por periodos cortos de exposición (32 horas) y bajo

condiciones de flujo turbulento simulado mediante el empleo de un Electrodo de Cilindro

Rotatorio. El pH registrado fue de 3.8 a 4.0, que es el rango obtenido al burbujear CO2

en agua, con una presión de 1 bar a una temperatura de 27°C y 60°C.

Para el análisis de la corrosión por CO2, se emplearon dos técnicas electroquímicas:

Resistencia a la polarización lineal (RPL) y ruido electroquímico en corriente y en

potencial. Mientras que para el análisis de la superficie metálica se empleó microscopia

electrónica de barrido (MEB) y espectroscopia por dispersión de energía de rayos X

(EDS).

Mediante la aplicación de las técnicas mencionadas se encontró que durante las primeras

horas de inmersión, las muestras de acero al carbono 1018 desarrollaron películas de

apariencia porosa que facilitaron el desarrollo de corrosión localizada. Además, se

demostró que el aumento en la velocidad de rotación provocó el desprendimiento de la

película formada por productos de corrosión, dejando zonas de la superficie metálica

desprotegidas, facilitando así el proceso de corrosión generalizada. Por otro lado, las

muestras de acero inoxidable 316, presentaron resistencia a la corrosión tanto

generalizada como localizada en temperaturas de 27 y 60ºC, bajo condiciones estáticas y

dinámicas.

1

INTRODUCCIÓN

El hombre, en su afán de lograr mejores condiciones de vida, ha usado constantemente el

ingenio durante su larga historia. Para lograr tal objetivo, mucho lo ha debido al uso de

metales que ahora forman parte de la vida cotidiana y, casi sin quererlo, se ha creado una

dependencia tal que sería imposible hablar de desarrollo y avance de la civilización

moderna sin el uso de metales y aleaciones [1].

Los metales se degradan inexorablemente con el paso del tiempo en muy diversas

formas, dejando así de ser funcionales. Además de perder sus propiedades decorativas o

mecánicas, algunos simplemente se disuelven en su totalidad en el medio que los

envuelve. El hombre desarrolla un esfuerzo grandioso para evitar que los metales se

deterioren y vuelvan a su estado original; la misma atmósfera, el agua de mar, salmueras,

las soluciones ácidas, neutras o alcalinas y cientos de otros ambientes causan el retorno

del metal hacia una forma más estable, similar a la de los minerales [2].

Las soluciones ácidas pueden estar formadas por gases ácidos disueltos, tales como CO2

y H2S entre otros, este tipo de soluciones se presentan en los ambientes de producción

petrolera y de gas, donde los problemas relacionados con la corrosión son encontrados

durante todas las fases de operación. La corrosividad de los ambientes de producción

varía dependiendo de los tipos de fluidos producidos, composición química del agua, pH,

gases ácidos disueltos, temperatura, presión y velocidades de flujo [3].

La importancia de la corrosividad del CO2 y del H2S determinada en la fase de

hidrocarburos, es bien comprendida. En contraste, la influencia de la composición de la

fase acuosa y su corrosividad es muy poco apreciada, pero no menos importante en el

comportamiento de los materiales, entre ellos aceros al carbono o aleaciones resistentes

a la corrosión. Por esta razón, en el proceso de selección de materiales empleados en la

producción petrolera, se debe considerar el origen de la formación de agua a la cual el

equipo puede estar expuesto durante el servicio. Un esquema simplificado del origen de la

formación de agua dentro de los yacimientos de petróleo es proporcionado en la Figura A.

2

En las reservas de petróleo, los hidrocarburos están en fase líquida y la mayoría de estos

permanecen como líquidos en el proceso de producción primaria. En pozos petroleros, el

agua ingresa a la tubería de producción en fase líquida, la cual puede originarse a partir

de formaciones geológicas en las cuales exista comunicación, su composición puede

diferir dependiendo de las capas cercanas al yacimiento. En muchos yacimientos, el agua

es inyectada a distancia, para mantener la presión en las reservas y arrastrar el petróleo

hacia los pozos de producción. La composición del agua inyectada (desde la superficie)

depende de la localización del yacimiento. El agua de inyección puede ser tomada de:

Agua superficial.

Agua sub – superficial tomada de pozos de agua.

Agua de mar tratada o cruda.

Comparado con los pozos de gas, el agua producida a partir de los pozos petroleros

contiene altas cantidades de sólidos disueltos y son comunes los altos niveles de cloro.

Adicionalmente, el agua contiene bicarbonatos los cuales elevan el pH del agua. El agua

puede exceder 90% del volumen líquido producido por un pozo petrolero [4]. El agua

producida, a pesar de que en ciertas condiciones está libre de oxígeno disuelto, puede ser

corrosiva para los aceros al carbono por sus componentes ácidos asociados con los

hidrocarburos. Estos son principalmente los gases ácidos CO2, H2S, y en algunos casos

ácidos orgánicos. La corrosión ácida de los aceros al carbono causada por estos

componentes puede tomar la forma de corrosión localizada o general (incluyendo

significativa pérdida de peso) o bien ataque por sulfuros.

Por otro lado, para resistir la corrosión, son requeridas aleaciones resistentes a diferentes

fluidos donde serán expuestas durante las operaciones de producción. Estos fluidos

pueden ser naturales (tales como agua de mar), químicos elaborados (tales como

salmueras y minerales ácidos) o combinaciones de ambos tipos. La mayoría de estos

fluidos tiene una historia de uso con equipo convencional. En muchos casos su

3

compatibilidad con las aleaciones resistentes a la corrosión no es bien conocida y por lo

tanto es necesaria una adecuada revisión.

Con fines experimentales, los fluidos comúnmente usados para probar la resistencia a la

corrosión de los aceros y aleaciones son [4]:

Lodos de perforación/diesel.

Fluidos sintéticos (normalmente salmueras basadas en NaCl, KCl, CaCl2, NaBr, ZnBr2,

etc.; inicialmente oxigenadas mediante exposición atmosférica).

Disolventes de incrustaciones (ácidos, EDTA).

Gas + Vapor de Agua

Aceite Condensado

(+ Agua)

Separador (S)

Corriente Recirculada

Otros Campos

Otros Pozos

HC y Agua

Pozo de

Produccion

Inyeccion de agua

Al pozo

HC

Agua

HC

Agua

Inyección

Agua

NOTAS

HC = Hidrocarburos + Agua como Liquido o Vapor

Separadores - Salida de Gases a Punto de Rocio

- Salida de Liquidos a punto de Ebullición

Figura A: Esquema simplificado del origen de la formación de agua en los yacimientos de petróleo [4].

4

Disolventes de asfáltenos (solventes base orgánica).

Disolventes de sulfuro elemental.

Inhibidores de la corrosión y de incrustaciones.

Metanol y glicoles para el control de hidratos.

En la corrosión del acero en soluciones que contienen CO2, es muy probable que las

condiciones de flujo turbulento usualmente produzcan daños más severos en las

estructuras metálicas, que las condiciones estáticas. Sin embargo, pocos estudios de

laboratorio han considerado la influencia del flujo turbulento en esos medios. El

entendimiento de los mecanismos de corrosión por CO2 bajo la influencia de: pH,

temperatura, presión, flujo, composición del acero, inhibidores, composición química de la

salmuera, etc., ha sido de gran interés para ingenieros y científicos debido a su impacto

operacional y económico en el control de la corrosión.

En este trabajo se ha analizado el comportamiento de un acero inoxidable austenítico

(316) y un acero al carbono (1018), los cuales estuvieron contenidos en un sistema sin

inhibidores, conformado por una salmuera sintética saturada con CO2, oxigenada

mediante exposición atmosférica, por periodos cortos de exposición (32 horas) y bajo

condiciones de flujo turbulento. El pH considerado en este trabajo tuvo un intervalo de 3.8

a 4.0, que es el rango de pH que se obtiene al burbujear CO2 en agua con una

presión de 1 bar a una temperatura de 27°C y 60°C.

Para llevar a cabo los estudios de la corrosión por CO2, se usaron dos técnicas

electroquímicas: Resistencia a la polarización lineal (RPL) y ruido electroquímico en

corriente y en potencial.

5

HIPÓTESIS

Las condiciones de flujo moderado facilitan la formación de películas protectoras en las

superficies metálicas de acero al carbono, mientras que las condiciones de flujo turbulento

y temperatura elevada provocan el desprendimiento de dicha película dando lugar a la

presencia de corrosión localizada en la superficie.

OBJETIVO GENERAL

Analizar el comportamiento de acero al carbono 1018 y acero inoxidable austenítico 316

bajo condiciones de flujo turbulento a temperaturas de 27 y 60ºC, inmersas en soluciones

de salmuera sintética sin la presencia de inhibidores.

OBJETIVOS PARTÍCULARES

Estudiar el proceso de corrosión presente en muestras de acero al carbono 1018 y

acero inoxidable 316 bajo condiciones de flujo turbulento empleando un Electrodo

de Cilindro Rotatorio.

Analizar el efecto que ejerce la variación en las velocidades de rotación (1000,

2000, 3000, 4000 y 5000 revoluciones por minuto) sobre el fenómeno de corrosión

presente.

Analizar el efecto de la temperatura en el proceso de corrosión en los aceros

seleccionados (27ºC y 60ºC).

Aplicar las técnicas electroquímicas de resistencia a la polarización lineal (RPL) y

ruido electroquímico en corriente y en potencial, en el estudio del fenómeno de

corrosión.

6

Analizar los efectos de la corrosión en la superficie metálica mediante el empleo de

las técnicas de microscopia electrónica de barrido (MEB) y espectroscopia por

dispersión de energía de rayos X (EDS).

Calcular las velocidades de corrosión de los aceros seleccionados una vez

expuestos a las condiciones de composición del electrolito, temperatura y flujo

turbulento seleccionadas.

Comparación de las velocidades de corrosión de ambos aceros en condiciones

estáticas y dinámicas mantenidas bajo las mismas temperaturas y composición del

electrolito.

7

1. FUNDAMENTOS TEÓRICOS

1.1 Fundamentos de la Corrosión.

Un metal bien puede disolverse lentamente y llegar a transformarse totalmente en otra

especie (corrosión uniforme). Asimismo, los metales, bajo ciertas condiciones, pueden

formar grietas y romperse catastrófica y súbitamente al estar sujetos simultáneamente a

un medio agresivo y a un esfuerzo mecánico moderado (corrosión bajo tensión).

También pueden ser atacados muy localizadamente en forma de pequeños agujeros

profundos que avanzan rápidamente, llegando a perforar gruesas secciones de

estructuras metálicas, haciendo a éstas, deficientes en sus propiedades mecánicas e

inutilizándolas por completo (corrosión por picaduras). Los metales también pueden sufrir

fatiga con la consecuente pérdida de resistencia cuando son sometidos a esfuerzos

periódicos (corrosión fatiga) o fragilizarse súbitamente y ser inoperantes (fragilidad por

hidrógeno) [2].

1.2 Principios de la Corrosión Metálica en Soluciones Acuosas.

En presencia de un medio acuoso, la corrosión es de naturaleza electroquímica. Este

proceso electroquímico incluye los siguientes factores básicos:

1.2.1 El circuito eléctrico.

El circuito eléctrico del proceso de corrosión consta de tres partes:

Ánodo.

El ánodo es aquella porción de la superficie metálica en la que tiene lugar la corrosión

(oxidación). Cuando el metal se disuelve, los átomos metálicos pierden electrones y se

desprenden hacia la solución en forma de cationes. La reacción que sucede en el ánodo,

puede ser escrita en forma general como [5]:

Ec. 1 M M n+ + ne –

8

Cátodo.

Es aquella porción de una superficie metálica que no se disuelve (reacciones de

reducción), pero en la cual ocurren otras reacciones químicas necesarias para el proceso

de corrosión. Aquí, los electrones producidos en el ánodo se combinan con determinados

iones presentes en el electrolito.

Existen varias reacciones catódicas que son frecuentemente encontradas en la corrosión

metálica. Las más comunes son:

Evolución de hidrógeno:

Ec. 2 2H + + 2e – H2 Medioambiente ácido.

Ec. 3 2H2O + 2e – H2 + 2OH – Alcalino – neutro.

Reducción de oxígeno:

Ec. 4 O2 + 4H + + 4e – 2H2O Medioambiente ácido.

Ec. 5 O2 + 2H2O + 4e – 4OH – Alcalino – neutro.

Reducción de iones metálicos:

Ec. 6 M 3+ + e – M 2+

En el cátodo, la corriente eléctrica sale del electrolito para entrar al metal, cerrándose el

circuito eléctrico a través de un conductor metálico externo.

Electrolito.

Para completar el circuito eléctrico y soportar las reacciones anteriores, las superficies

metálicas (tanto del ánodo como del cátodo) deben estar cubiertas con una solución

electrolíticamente conductora. Tal solución es llamada “electrolito”. El agua pura es un

electrolito débil, pero su conductividad eléctrica se incrementa rápidamente con la adición

de sales disueltas. El electrolito conduce corriente desde el ánodo hasta el cátodo y ésta

se regresa al ánodo a través del conductor metálico externo, completándose así el

circuito.

9

Esta combinación de ánodo, cátodo y electrolito es llamada celda de corrosión (Ver Figura

1). Las reacciones anódicas y catódicas, deben ocurrir simultáneamente y a la misma

velocidad en términos de producción y consumación de electrones (velocidad de

oxidación igual a la velocidad de reducción). Bajo la influencia de una diferencia de

potencial, la carga será transportada a través de la solución por cationes y aniones que

emigran al cátodo y ánodo respectivamente. Esta migración de cargas a través del

electrolito es responsable de la conducción electrolítica.

1.3 Termodinámica de la Corrosión Acuosa.

Es bien conocido que la espontaneidad de una reacción de corrosión específica y la

magnitud a la cual alcanzará el equilibrio, es predecida por los cambios de la energía de

Gibbs (G). Cuando el G es negativa, la tendencia del metal a reaccionar con las

especies en solución será alta. Cuando G es positiva el metal no reacciona, es decir es

estable. Cuando el G es 0 el sistema se encuentra en equilibrio y no se moverá en

ninguna dirección [6].

La corrosión de metales en soluciones acuosas puede ser representada como una

reacción global, por ejemplo, fierro en ácido clorhídrico:

ANODO

CATODO

Migración de electrones

Flujo de

Corriente

Figura 1. Diagrama de una celda electroquímica

10

Ec. 7 Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 Reacción global.

Es más usual representar esta ecuación separadamente, en reacciones anódicas y

catódicas, como sigue:

Ec. 8 Fe = Fe2+ + 2e – Media reacción anódica.

Ec. 9 2HCl + 2e – = H2 + 2Cl – Media reacción catódica.

La suma algebraica de los cambios de energía libre individual (Ganódica y Gcatódica) de

estas medias reacciones es igual a los cambios de energía libre total (Gtotal) de la

reacción global.

Por otro lado, la energía libre (G) acompañando a una reacción electroquímica puede

ser asociada con la siguiente relación fundamental a condiciones estándar:

Ec. 10 G0 = - nFE0

Donde n es el numero de electrones involucrados en la reacción, F es la constante de

Faraday (96,500 Coulombs por mol), y E es la diferencia de potencial para la reacción

electroquímica que toma lugar (V). El signo negativo es usado para reacciones catódicas

y un signo positivo para reacciones anódicas. Ambas medias reacciones tendrán cada

una un valor específico de potencial de equilibrio, E0Fe/Fe+ y E0

H+/ H, mejor conocida

como “potencial redox de media celda”. La suma algebraica debe ser igual al potencial de

equilibrio de la reacción global Etotal.

1.3.1 Potencial del electrodo.

Estas mediciones están basadas en el principio de la acción galvánica que existe entre

dos metales cuando se sumergen en un electrolito común. Los metales se irían

ordenando de acuerdo a su mayor o menor tendencia a corroerse. A tal arreglo se le

11

conoce como Serie Galvánica, en donde ésta dependerá del electrolito seleccionado en

cuestión [2].

El electrodo estándar de hidrógeno se eligió como el electrodo patrón (de referencia) que

asume un valor de potencial igual a 0.000 Volts. Básicamente consiste en una lámina de

platino inmersa en una solución ácida de actividad hidrógeno 1 molar (pH=0), y sobre la

cual se burbujea hidrógeno gaseoso a una atmósfera de presión [7].

Ec: 11 2H+ + 2e – H2

A partir de esta convención, es posible medir potenciales estándar de electrodo de

cualquier metal relativo a la reacción de hidrógeno e inducir de esta manera E0H; por lo

que ahora se podrá tener una lista de metales en equilibrio en sus propios iones junto con

sus potenciales estándar, obtenidos de tales mediciones. A esta lista se le conoce como

Serie Electromotriz [8]. Cuando los potenciales estándar de equilibrio son arreglados de

acuerdo a su signo y magnitud, ellos constituyen la llamada Fuerza Electromotriz o

F.E.M. [9]. Con la serie de fuerza electromotriz, es posible indicar en cualquier reacción

electroquímica, que la media celda más negativa o activa, tiende a ser oxidada y que la

más positiva o noble tiende a ser reducida.

1.3.2 Diagramas de Pourbaix.

Marcel Pourbaix [10] desarrolló los diagramas de “Potencial contra pH”, para representar

gráficamente las fases termodinámicas estables de diferentes sistemas metal – agua. El

diagrama de equilibrio Potencial – pH del sistema Fe – H2O es presentado en las Figuras

2a y 2b.

La importancia de estos diagramas es que desde el punto de vista termodinámico es

posible:

a) Predecir la dirección espontanea de la reacción.

b) Identificar que especies son estables a condiciones específicas de potencial y

pH.

12

c) Identificar si el equilibrio depende solamente del pH o del potencial, o de ambos.

d) Identificar los límites de potencial y pH que definen la región de inmunidad (donde

solamente la forma reducida del metal es estable), región de corrosión (donde los

iones solubles del metal son estables) y la región pasiva (donde los compuestos

insolubles son formados y pueden proteger al metal contra la corrosión).

e) Identificar a condiciones específicas de potencial y pH sí cualquiera de las

reacciones: Evolución de hidrógeno (REH) o reducción de oxígeno (RRO) o

ambas, es (son) la posible reacción catódica que toma lugar durante el proceso de

corrosión. Además, es posible identificar si un metal no presentará corrosión,

porque REH o RRO son termodinámicamente imposibles en un amplio rango de

potencial y pH.

Figura 2a. Diagrama de Pourbaix para un sistema Fe – H2O [10].

13

1.4 Métodos Electroquímicos en Corrosión.

Las técnicas electroquímicas son ampliamente usadas en estudios fundamentales de:

mecanismos, pruebas, monitoreo y control de la corrosión. Estas técnicas pueden ser

usadas en laboratorio para investigar muchas de las formas de corrosión tales como:

uniforme, localizada, galvánica, corrosión asistida por esfuerzo y evolución de hidrógeno,

incluyendo tópicos tales como pasivación, anodización, protección catódica y anódica,

inhibidores de la corrosión, etc. Aquí solamente se introducirán las técnicas

electroquímicas empleadas en esta investigación.

1.4.1 Ruido Electroquímico.

Muchos fenómenos semimacroscópicos relacionados con la corrosión localizada o

uniforme presentan un comportamiento aleatorio: fluctuaciones del potencial libre y

fluctuaciones de la corriente, cuando un potencial constante es mantenido. Esta señal

aleatoria es similar a un ruido eléctrico y puede ser analizado en el dominio del tiempo en

una base estadística o en el dominio de la frecuencia por mediciones de la densidad

Figura 2b. Condiciones experimentales de corrosión, inmunidad y pasivación del fierro en presencia de soluciones acuosas agitadas. a) Velocidades de corrosión. b) Intensidades de corrosión [10] .

14

espectral del ruido electroquímico [11]. Esta técnica, en potencial y en corriente resuelta

en el tiempo y/o la frecuencia, permite que sean investigados en espacio y tiempo los

parámetros aleatorios controlantes del proceso de corrosión. En el caso de corrosión

donde una señal puede llevar a veces a una alteración de los procesos estudiados; un

simple análisis de la interfase metal – electrolito, obtenida al analizar las fluctuaciones

naturales del potencial de corrosión o de la corriente de corrosión, permite que el proceso

sea investigado o la velocidad de corrosión estimada

De lo anterior se puede decir que el potencial de corrosión libre no es en la práctica un

parámetro invariable sino una señal fluctuante, y el análisis de esas fluctuaciones da un

parámetro que es función de la velocidad de corrosión y del comportamiento de las

mismas permitiendo hacer una diferencia entre corrosión general y las reacciones

localizadas como el picado, el ataque por hendiduras, etc. La señal de ruido

electroquímico es de baja frecuencia y se requiere de instrumentación digital muy sensible

para registrar correctamente la información obtenida. Una de las ventajas que presenta

este método es que no se altera el estado del sistema en estudio ya que no se aplica

ninguna perturbación externa para realizar las mediciones.

La frecuencia de Nyquist es el límite de alta frecuencia que se obtiene en el espectro,

cuya ecuación esta dada por:

Ec: 12 t2

1fmáx

Donde:

t = Intervalo de muestreo

La resolución en baja frecuencia está dada por:

Ec: 13 tN

1fmín

15

Donde:

N = Número de muestras

De las series de tiempo obtenidas (potencial y corriente contra tiempo), se remueve la

tendencia de los datos mediante un filtrado digital. Posteriormente se analizan los datos

realizando una transformación del dominio del tiempo al de la frecuencia, produciendo

gráficas de densidad espectral: logaritmo de la frecuencia (mH o mA) contra logaritmo de

la amplitud (dB / Hz ½). La unidad tradicional para la densidad espectral, los decibeles o

dB, es usada para presentar la densidad espectral en el dominio de la frecuencia. Una

amplitud de 1 volt es definida como 0 dB, y en general:

Ec: 14 dB = 20 log (razón de voltaje).

Para continuar el análisis se utiliza un algoritmo basado en la Transformada Rápida de

Fourier (FFT) y por último se obtiene un gráfico de logaritmo de la densidad espectral

contra logaritmo de la frecuencia [12].

Las fluctuaciones del potencial se explican en términos de un proceso de corrosión. En un

material pasivo el potencial se mantiene más o menos constante con fluctuaciones de 3

mV aproximadamente (Ver Figura 3a), cualquier inicio de corrosión localizada ocasionará

variaciones intermitentes del potencial, caída lineal seguida de una recuperación

exponencial (Ver Figura 3b). Conforme el medio sea más agresivo y el sistema entre en

un proceso de corrosión localizada, los transitorios serán más frecuentes (Ver Figura 3c).

La técnica de ruido electroquímico es sensible a las fluctuaciones de potencial causadas

por fenómenos de repasivación – despasivación y es ideal para una evaluación rápida de

la susceptibilidad de un material a la corrosión por picaduras antes de que aparezca el

primer indicio de que se esté formando alguna picadura [13].

16

Figura 3. a) Curva de ruido en potencial típica de un material pasivado. b) Fluctuaciones del potencial de un sistema con ataque localizado. c) Fluctuaciones del potencial de un sistema con

ataque localizado.

a)

b)

c)

17

La clasificación del ruido electroquímico se basa en las distintas respuestas durante el

análisis de datos [12] (Ver Tabla 1).

Tabla 1. Clasificación del Ruido Electroquímico según Hladky [12].

Ruido Blanco:

Originado por cambios de baja frecuencia en el medio ambiente, se observan como fluctuaciones lentas del potencial de corrosión. Es mayor de 1Hz, no depende de la frecuencia y su precisión mejora con la raíz cuadrada del tiempo de muestreo.

Ruido Shot:

Origina cambios de consecuencias, su densidad de espectro y cantidad de ruido presente, en una banda dada de baja amplitud, es constante sobre un intervalo de frecuencias.

Ruido de baja frecuencia:

1/f ó rosa, relacionado con procesos superficiales del electrodo. Caracterizado por su gran heterogeneidad. Grandes fluctuaciones de frecuencia menores o iguales a 1 Hz. La densidad de espectro varía con la frecuencia y su amplitud es mayor que la originada por los efectos de carga que la ocasionan.

Haciendo una clasificación en cuanto a la morfología del fenómeno de corrosión [14], se

tiene que existen los siguientes tipos de corrosión (Ver Tabla 2).

1.4.2 Resistencia a la Polarización Lineal.

La técnica de Resistencia a la Polarización (Rp), es un método bien desarrollado para

determinar rápidamente las velocidades de corrosión instantáneas. Es ampliamente

usada como herramienta de laboratorio para pruebas, investigación y monitoreo de la

velocidad de corrosión en planta. La norma ASTM G59–9 [15], describe el método

experimental para determinar Rp a partir de un barrido potenciodinámico en la vecindad

del Ecorr.

18

Tabla 2. Clasificación del Ruido Electroquímico en función de la morfología [7].

Corrosión ligera o pasivación:

Caracterizado por bajas frecuencias y altas amplitudes. Procesos controlados por difusión, caracterizado por desviación estándar media (1X10-3, 1X10-4 Volts).

Corrosión localizada o picado:

Caracterizado por altas frecuencias y altas amplitudes. Procesos transitorios de rompimiento – repasivación, caracterizado por un aumento en la desviación estándar o valores altos (1X10-3, 1X10-2 Volts).

Corrosión generalizada:

Altas frecuencias y bajas amplitudes. Procesos de transferencia de carga, caracterizada por una desviación estándar pequeña (1X10-5 Volts o menores).

Desde la década de los cincuenta, varios autores reportan haber encontrado cierta

relación entre la pendiente E/I de una curva de polarización en el potencial de corrosión

y la velocidad de corrosión.

En 1951, Bonhoeffer y Jena definieron esta pendiente como resistencia a la polarización,

pero no fue sino hasta 1957 cuando Stern y Geary demostraron que existe una relación

lineal entre el potencial y la corriente aplicada a potenciales poco alejados del potencial de

corrosión, y se definió la resistencia de polarización [16]:

Ec: 15 EcorrdI

dERp

La técnica electroquímica de resistencia a la polarización, es usada para medir

velocidades de corrosión absolutas, usualmente expresadas en mili-pulgadas por año

(mpy). Las mediciones de resistencia a la polarización pueden ser realizadas en poco

tiempo, usualmente en menos de 10 minutos. Una excelente correlación puede, a

menudo, ser efectuada entre velocidades de corrosión obtenidas por resistencia a la

19

polarización y determinaciones convencionales de pérdida de peso. La resistencia a la

polarización es además referida como “Polarización lineal”.

Una medición de resistencia a la polarización es realizada por un barrido a través de un

rango de potencial, el cual es muy estrecho con referencia al potencial de corrosión, Ecorr.

El rango de potencial es generalmente 25 mV en la vecindad de Ecorr. La corriente

resultante es graficada contra el potencial [17]. La corriente de corrosión, icorr, es

relacionada a la pendiente de la gráfica a través de la siguiente ecuación:

Ec: 16 )ca()i(3.2

ca

i

E

corr

Donde:

E / i = Pendiente de la recta de resistencia a la polarización, donde E es expresada

en volts y i es expresada en A. Esta pendiente tiene unidades de resistencia, por lo

tanto es resistencia a la polarización. a, c = Constantes de Tafel anódica y catódica.

Estas constantes tienen unidades de volts/decada de corriente. icorr = Corriente de

corrosión, A.

Reordenando la ecuación:

Ec: 17 E

i

)ca(3.2

caicorr

La corriente de corrosión puede ser relacionada directamente a la velocidad de corrosión

a través de la siguiente ecuación:

Ec: 18 d

.)E.P(131.0)mpy(corrosióndeVelocidad corr

Donde:

P. E. = Peso equivalente de las especies corroídas (gr), d = Densidad de las especies

corroídas (gr/cm3), Icorr = Densidad de corriente de corrosión (A/cm2).

20

1.5 Dinámica de fluidos.

Un fluido se define como una sustancia que continúa deformándose mientras exista un

esfuerzo cortante, por pequeño que sea. Cuando un fluido está en contacto con un sólido,

en la interface o frontera se tiene que el fluido busca condiciones de equilibrio con la

superficie del sólido, debido a interacciones intermoleculares. La gran mayoría de los

fluidos en contacto con una superficie sólida adquieren la velocidad y la temperatura del

sólido. Una de las propiedades más importantes de los flujos, es su campo de

velocidades, debido a que las demás propiedades se ven directamente afectadas por

dicho campo. El campo de velocidades es una función vectorial de posición y tiempo, y se

puede describir por medio de sus componentes ortogonales:

Ec: 19 V(x, y, z, t) = u(x, y, z, t) i + v (x, y, z, t) j + w (x, y, z, t) k

1.5.1 Flujo laminar y turbulento.

La diferencia entre flujos laminares y turbulentos fue clarificada por Osborne Reynolds

mediante su famoso experimento en que utilizó un colorante para mostrar la diferencia

entre ambos tipos de flujo. El experimento de Reynolds mostró que la naturaleza del flujo

depende del grupo adimensional:

Ec: 20

DVRe

Donde:

Re=Número de Reynolds, =Densidad del fluido, V=Velocidad del fluido, D=Diámetro del

ducto, =Viscosidad del fluido.

Se encontró que para Re < 2,000 el flujo siempre es laminar. Aún cuando es posible

obtener flujos laminares a Re > 2,000, en condiciones de laboratorio, en la práctica se

toma como límite superior a Re = 2,300 como el valor máximo para flujo laminar. Para Re

entre 2,300 y 4,000, el flujo es impredecible y se conoce como zona de transición. A

Reynolds > 4,000, el flujo es usualmente turbulento, por lo cual se toma ese valor como el

mínimo para tener flujo turbulento estable en tuberías [18].

21

En presencia de remolinos, el gradiente de velocidad es distorsionado, pero cerca de las

paredes sólidas donde la velocidad desciende, el flujo laminar y el transporte molecular

prevalecen [18,19]. Para el régimen de flujo turbulento, se han definido tres regiones, ver

Figura 4:

a) Una región de flujo turbulento completamente desarrollado. Esto consiste en un

centro turbulento, donde la principal velocidad es esencialmente constante y los

efectos puramente viscosos son de importancia despreciable.

b) Una zona intermedia o región de transición laminar – turbulento, en la cual los flujos

laminares y turbulentos son importantes.

c) Una sub–capa viscosa en la interface sólido–fluido, en la cual los efectos viscosos

son importantes y la ley de Newton es usada para describir los flujos.

Una completa descripción de los efectos del flujo de un fluido sobre la corrosión para

cualquier sistema, requiere de una exacta definición de las características de

transferencia de Cantidad de movimiento (física), transferencia de calor (térmica) y

transferencia de masa o materia (química), debido a que los principales efectos en la

corrosión a partir de la transferencia de cantidad de movimiento, calor y masa no son

independientes.

Figura 4. Perfil de Velocidad para flujo turbulento en un tubo

22

1.5.2 Transporte de Cantidad de Movimiento.

La propiedad física que caracteriza la resistencia al flujo de los fluidos sencillos es la

viscosidad , y es definida por la Ley de Newton [18,19]. Esta ecuación es obtenida

considerando un fluido isotérmico (líquido o gas) contenido entre dos grandes láminas

planas y paralelas, de área A, separadas entre sí por una distancia muy pequeña y. Una

de estas placas es estacionaria y la otra se mueve instantáneamente a lo largo del eje x,

a una velocidad constante V, ver Figura 5. A medida que transcurre el tiempo, el fluido

gana cantidad de movimiento y finalmente se establece el perfil de velocidad en régimen

estacionario.

Ec: 21 dy

dV x)y(x

Y t < 0

t = 0

t pequeño

t grande

x

y

V

Ux (y, t)

Ux (y)

Fluido inicialmente enreposo.

Lámina inferior puesta enmovimiento.

Formación de lavelocidad en flujo noestacionario.

Distribución final develocidad para flujoestacionario.

V

V

Figura 5. Transporte de Cantidad de Movimiento.

23

Sin embargo, la viscosidad , es definida como la constante de proporcionalidad entre la

fuerza aplicada por unidad de área de la placa o esfuerzo de corte , necesario para

mantener a la placa superior moviéndose a una velocidad constante a lo largo de la

dirección y.

1.5.3 Transferencia de calor.

Es definida por la Ley de Fourier [18,20,21]. La conductividad calorífica k es una

propiedad que interviene en la mayor parte de los problemas de transmisión de calor. Su

importancia en el transporte de energía es análoga a la de la viscosidad en el transporte

de cantidad de movimiento. Esta ecuación es obtenida considerando un fluido contenido

entre dos grandes láminas planas y paralelas, de área A, separados por una pequeña

distancia y, sin movimiento del fluido y con un incremento repentino de temperatura, ver

Figura 6. El flujo de calor por conducción es proporcional al gradiente de temperatura

(eliminando convección y radiación) y su velocidad en estado estable es expresada como:

Ec: 22

y

TTkq 0y

0 Ley de Fourier

Donde:

T0 es la temperatura inicial y Ty es la temperatura alcanzada a una distancia y.

1.5.4 Transferencia de masa o materia.

Es definida por la Ley de Fick [18,20,21]. Misma que describe el movimiento de una

sustancia. Esta ecuación es obtenida considerando un fluido con moléculas de a y b

contenido entre dos grandes láminas planas y paralelas, de área A, separadas por una

pequeña distancia y, a la misma temperatura y sin movimiento del fluido, ver Figura 7.

En estado estable, la velocidad de flujo de masa de uno de los constituyentes desde una

región de alta concentración hacia una de baja concentración, está dada por:

Ec: 23

dy

dCDj A

)y(A Ley de Fick

24

Y t < 0

t = 0

t pequeño

t grande

x

y

T (y, t)

T (y)

T0

T1

T0 T1

Estadoestacionario

Figura 6. Transferencia de Calor.

Y t < 0

t = 0

t pequeño

t grande

x

y

CA (y, t)

CA (y)

CA = 0

CA = CA

CA = CA

CA = 0

Figura 7. Transferencia de Masa.

25

La cual puede ser representada en una expresión más general como:

Ec: 24 AA CDj

1.6 Electrodo de cilindro rotatorio (ECR).

Se han desarrollado varios aparatos de diferentes geometrías para describir los procesos

de corrosión bajo condiciones de flujo, mediante el uso de aproximaciones empíricas,

estos métodos hidrodinámicos incluyen al electrodo de disco rotatorio (EDR),

ampliamente usado en estudios de flujo laminar, mientras que el electrodo de cilindro

rotatorio (ECR), es usado para estudios bajo condiciones de flujo turbulento [22,23,24].

El electrodo de cilindro rotatorio, consiste en un electrodo cilíndrico metálico montado en

una flecha de aleación resistente a la corrosión que es encapsulada con un aislamiento

eléctrico, este aislamiento es un material no-metálico que está en contacto con el

electrodo ver imagen 1.

El patrón de flujo obtenido en el electrodo es esencialmente turbulento. A muy bajas

velocidades de rotación, el flujo se comporta en una forma verdaderamente laminar con

círculos concéntricos alrededor del cilindro. Con un incremento en la velocidad de

rotación, este simple patrón de flujo llega a ser inestable y un movimiento celular es

impuesto sobre el flujo produciendo los llamados vórtices de Taylor que contienen un

componente radial de velocidad, pero a pesar de eso, el flujo del total de la solución es

esencialmente laminar. A altas velocidades de rotación el flujo llega a ser completamente

turbulento, incrementando los remolinos y rompiendo con esto el patrón regular. El

número crítico de Reynolds al cual la transición de flujo laminar a flujo turbulento ocurre,

es típicamente 10-200 [25]. Dependiendo del diámetro del electrodo de cilindro rotatorio,

el flujo turbulento es alcanzado relativamente a bajas velocidades de rotación, por

ejemplo, con un diámetro de ECR, dECR = 1 cm, una viscosidad cinemática de agua pura,

=0.01 cm2 s-1 y Re=100-200, el flujo turbulento será alcanzado a una velocidad periférica

de 0.01-0.02 cm. s –1 o a una velocidad de rotación =19-38 r.p.m.

26

Eisenberg y col. lograron la primera correlación adimensional de transferencia de masa a

condiciones hidrodinámicas del ECR [26]. Una relación empírica entre el número de

Reynolds Re, número de Sherwood Sh, y número de Schmidt Sc, fue derivada a partir de

los datos y representado como:

Ec. 25 Sh = 0.0791 Re0.7 Sc0.356 Ecuación de Eisenberg.

La ecuación de Eisenberg puede ser expresada más directamente en términos de

densidad de corriente límite, ilim, i, como:

Ec. 26 ilim, i = 0.0791 n F Cb,i V 0.7 dRCE-0.3 Di

0.644 -0.344

Donde n es el número de electrones involucrados en la reacción electroquímica, F es la

constante de Faraday, dRCE es el diámetro del electrodo cilíndrico, Cb,i es la concentración

en la solución bulk de especies iónicas i, es la viscosidad cinemática del fluido, Di es el

coeficiente de difusión de las especies i y V es la velocidad periférica del cilindro que es

definida como:

Felcha de acero inoxidable

Cuerpo

Sellos

Tapa

final

Muestra

Imagen 1. Electrodo de Cilindro Rotatorio,

27

Ec. 27 V = r

Donde es la velocidad angular y r es el diámetro del electrodo de cilindro rotatorio.

Cuando se considera temperatura, presión y solución química constante, la ecuación de

Eisenberg se convierte en:

Ec. 28 ilim, i = A 0.7

Donde A es una constante que involucra a n, F, Cb, i, Di, y dRCE.

Por otro lado, cuando la ilim es substituida en la ecuación de Eisenberg, la variación del

espesor de la capa de difusión , como una función de la velocidad periférica puede ser

expresada como:

Ec. 29 7.0

344.0356.0i

3.0RCE

V

Dd46.12

En corrosión este es el proceso de transferencia de masa que controla esencialmente las

velocidades bajo condiciones de flujo turbulento, sin embargo, la información de la

transferencia de masa no está disponible para todas las geometrías, mientras el esfuerzo

de corte es más ampliamente reportado como parámetro comparativo en pruebas y

predicciones [27].

Diferentes correlaciones entre coeficientes de transferencia de masa y esfuerzo de corte

están disponibles en la literatura [19], tales como:

Ec. 30 2

f32

u2

CSc

u

k

Expresión Chilton – Colburn.

Donde Cf es el factor de fricción.

Basado en las ecuaciones de Chilton – Colburn y Eisenberg, el esfuerzo de corte para un

cilindro rotatorio puede ser expresado como [22,23,24]:

28

Ec. 31 = 0.0791 Re-0.3 r2 2 Expresión de Chilton – Colburn.

A pesar de que en estudios de laboratorio, el ECR es una herramienta muy usada para el

entendimiento de los procesos de transferencia de masa, efectos de las películas

superficiales, fenómenos de inhibición, etc., que se presentan bajo condiciones

turbulentas, su validez ha sido cuestionada especialmente en estudios de CO2, donde el

método parece sobrestimar la velocidad de corrosión. Sin embargo, ha sido demostrado

que el ECR de hecho proporciona una base de datos de corrosión comparables con los

de tuberías infinitamente largas.

1.7 Aspectos generales de la corrosión por CO2.

1.7.1 Mecanismos de corrosión por CO2.

Mecanismos de reducción o catódicos:

La velocidad de corrosión del acero en medios acuosos conteniendo CO2 a temperaturas

ambientes, es altamente controlada por la cinética de la reacción catódica de la evolución

del gas H2. Sin embargo, en la literatura existen discrepancias sobre cual paso es el que

controla la velocidad de corrosión. De Waard y col. [28,29], basándose en estudios

electroquímicos de acero X52 en soluciones acuosas con CO2, propusieron que después

de una adsorción inicial en la superficie metálica, una molécula de ácido carbónico sin

disociar, H2CO3(ad), es directamente reducida hasta hidrógeno adsorbido, H(ad) y

bicarbonato, HCO–13(ad), de acuerdo con la siguiente reacción:

Ec: 32 )ad(3)ad(reducción

)ad(32 HCOHeCOH

Esta reacción se considera que es el paso determinante de la velocidad del proceso

catódico. La subsecuente combinación de átomos de H+ hasta H2 es considerada mucho

más rápida y por lo tanto no será la velocidad determinante.

29

Fue propuesto que el bicarbonato resultante, HCO– 3(ad), reacciona con iones hidrógeno,

H+(bulk), difundidos desde el bulk del electrolito hacia el metal, reformando el ácido

carbónico inicial, H2CO3(ad), llegando a ser entonces un proceso catalítico con la

regeneración de este ácido carbónico:

Ec: 33 )ad(32)bulk()ad(3 COHHHCO

La reacción catódica global cuando se combinan las dos últimas reacciones proporciona

la reacción catódica:

Ec: 34 2H+ + 2e – H2

Mecanismos anódicos:

La oxidación del hierro en medios acuosos conteniendo CO2 disuelto, es la principal

reacción anódica y se observa como consecuencia natural de la presencia de oxidantes

en la solución, mismos que se encuentran en contacto con la superficie de hierro, y ésta

puede ser explicada como:

Ec: 35 eFeFe 220

Se ha sugerido que el mecanismo de esta disolución anódica ocurre con varios multi-

pasos en ácidos fuertes, de acuerdo con el llamado Mecanismo de Bockris, Drazic,

Despic [30], éste sugiere que el Fe0 es inicialmente oxidado a Fe+ por la reacción con el

agua, produciendo [FeOH] adsorbido, protones y un electrón:

Ec: 36 eHFeOHOHFe ad ︶︵20

30

Entonces el Fe+ presente en el [FeOH](ad) es oxidado de nuevo a Fe2+ produciendo

Fe(OH)+(ad) más otro electrón, reacción que es considerada la velocidad determinante en

la reacción anódica total:

Ec: 37 eFeOHFeOH adoxidación

ad ︶︵︶︵

Finalmente, después de un proceso de desorción (Ec: 38), el FeOH+ combinado con el

protón, conduce hasta el ion Fe2+ más agua:

Ec: 38 FeOHFeOHdesorción

ad ︶︵

Ec: 39 OHFeHFeOH 22

Este mecanismo predice una pendiente de Tafel de mV40F3

RT2 a 25°C.

DeWaard y Milliams [28,29] basados en la medición de curvas de polarización anódicas,

encontraron pendientes de Tafel similares (promedio 40 mV) en soluciones de CO2 y HCl

y propusieron entonces que el mecanismo anódico en ese ambiente debería comportarse

en la misma forma que el llamado mecanismo Bockris no-catalizado [30]. Schmitt y

Rothmann [31] basándose en la polarización anódica de un electrodo de acero en forma

de disco en soluciones acuosas con CO2, concuerdan con los resultados obtenidos por

DeWaard y Milliams, determinando que en el rango de temperaturas de 25 – 75°C, la

velocidad de corrosión es independiente del flujo y mostrando siempre una pendiente de

Tafel de ba = 40 1 mV, lo cual de nuevo conduce a asumir el mecanismo de Bockris no-

catalizado. Nesic y col. [32,33], basándose en estudios electroquímicos y empleando el

ECR con un acero al carbono (St52 y X65) en soluciones acuosas con CO2, concluyeron

que, la disolución anódica del hierro no es sensitiva al flujo y que la dependencia del pH

es de acuerdo al mecanismo de Bockris para un pH arriba de 4. Sin embargo, dichos

resultados no apoyaron el mencionado mecanismo para un pH > 4, por lo que es

31

concluido que la disolución anódica del hierro procede con muy poca influencia por parte

del pH. En un reciente estudio, Nesic y col. [34], basados en pruebas electroquímicas con

acero al carbono X65 (ECR), en soluciones acuosas con CO2, en un rango de pH de 2 – 7

y a temperatura ambiente, reportaron diferentes pendientes anódicas de Tafel como una

función del pH: A un pH<4 varió desde 20 a 35 mV/dec, a 4<pH<5 desde 30 – 60 mV/dec,

a un pH>5 desde 80 a 120 mV/dec. Estos resultados, en conjunto con diferentes valores

de orden de reacción determinada para los tres rangos de pH, fueron usados para indicar

que diferentes mecanismos anódicos fueron considerados, uno ocurriendo a pH<4, otro

ocurriendo a un pH>5 y una transición entre los mecanismos en los pH intermedios.

1.7.2 Principales factores que afectan la corrosión por CO2

Presión parcial de CO2.

De Waard y col. [35] demostraron que el aumento en la presión parcial ︶︵ 2COp , incrementa

la velocidad de corrosión en forma lineal para el rango de temperatura de 25 – 80 °C. La

relación general que correlaciona la velocidad de corrosión (Vnomo), la presión parcial

(pCO2), y la temperatura (T), es expresada como:

Ec: 40 2COnomo plog67.0

T

17108.5Vlog

Donde:

T= Temperatura en K, 2COp = Presión en bares.

Está claro que un incremento en la presión total del gas, conducirá a un incremento en la

velocidad de corrosión, debido a que la 2COp , se incrementará en proporción. Schmitt y

Rothmann [31] también reportaron en sus resultados, que al usar el EDR en soluciones

acuosas e incrementando la concentración del CO2, la corriente límite también se

incrementó.

32

Efecto de la temperatura.

El efecto del incremento de la temperatura en soluciones acuosas de CO2, ha sido

reportado en varias publicaciones. De Waard y Milliams [29] indicaron que la velocidad de

corrosión para diferentes temperaturas a 2COp constante, no puede ser comparada

directamente, puesto que la concentración del ácido carbónico y pH también varían con la

temperatura. Una relación lineal empírica entre el pH y la temperatura, t, fue determinada

para el rango de 0 – 80 °C, a una 2COp = 1 bar:

Ec: 41 71.3t00417.0pH1p

2CO

Esta expresión junto con aquella determinada por el efecto de la 2COp sobre el pH y la

velocidad de corrosión observada, permiten la inclusión del efecto del ácido carbónico y

cambios de pH en una expresión general que define la velocidad de corrosión como una

función de la temperatura y 2COp (Ec: 40).

Formación de películas superficiales.

Como fue indicado anteriormente, cuando se estudia la corrosión del acero en soluciones

acuosas de CO2, un factor importante que debe ser tomado en cuenta, es la formación de

películas en la superficie y su influencia en la velocidad de corrosión. Aunque el carbonato

de calcio (CaCO3), es responsable de reducir la velocidad de corrosión, las evidencias

sugieren que el carbonato de hierro (FeCO3), puede ser una forma mucho más importante

de capa protectora. Ikeda y col. [36], demostraron que la presencia de películas

superficiales en el metal son una función de la temperatura: A temperaturas <60°C, el

FeCO3 es transportado hacia fuera de la superficie por el fluido en movimiento

produciendo una corrosión general en la superficie, entre 60 – 150°C, se precipita un

FeCO3 muy poco adherente, lo cual provoca picaduras profundas y velocidades de

corrosión extremadamente altas, así a temperaturas >150°C, incrustaciones adherentes

de FeCO3 actúan como una barrera de prevención contra la corrosión. La dependencia de

la temperatura para la formación de incrustaciones puede ser relacionada con la

33

precipitación cinética, puesto que a altas temperaturas el FeCO3 puede nuclear

rápidamente y crecer hasta formar una película superficial compacta y delgada, mientras

que a bajas temperaturas la precipitación procede tan lentamente que los cristales crecen

en islas irregulares en la superficie. Dugstad [37], indicó que la morfología de las

películas superficiales esta una función de la temperatura. Por debajo de 40°C, las

películas presentan una estructura de poros abiertos y son formadas principalmente de

carburo de hierro (Fe3C) con un poco de FeCO3 y elementos aleantes del acero, donde

la velocidad de corrosión disminuye con el tiempo. A 60°C las películas presentan una

parte porosa interior, formada principalmente por Fe3C con una mayor cantidad de FeCO3

acumulado en la parte externa de la película, sin embargo, la formación de FeCO3 no

redujo la velocidad de corrosión significativamente. A 80°C, es formada una densa y

compacta película protectora de FeCO3 sobre la superficie metálica y ésta disminuye la

velocidad de corrosión rápidamente.

34

2. DESARROLLO EXPERIMENTAL

2.1 Soluciones y Materiales.

2.1.1 Solución de Prueba.

Se usó como solución de prueba, una salmuera sintética [4] elaborada a partir de los

compuestos químicos contenidos en los fluidos sintéticos usados comúnmente para

probar la resistencia a la corrosión de los aceros y aleaciones, tales compuestos son:

cloruro de sodio (NaCl), cloruro de calcio (CaCl2), y cloruro de magnesio (MgCl2), entre

otros, oxigenando la solución mediante exposición atmosférica. La composición química

de la salmuera se muestra en la Tabla 3a.

.

Todos los reactivos químicos empleados en este trabajo fueron grado reactivo analítico y

todas las soluciones acuosas fueron preparadas con agua destilada de pH 7, dichas

soluciones fueron analizadas químicamente por absorción atómica antes de ser utilizadas,

obteniendo los siguientes rangos, ver Tabla 3b. En cada experimento se emplearon

soluciones recién preparadas y éstas fueron saturadas con gas CO2 administrado en

cilindros de gas comprimido, el CO2 fue burbujeado por espacio de 1 hora antes de iniciar

cada experimento con el objeto de saturar la salmuera hasta alcanzar un pH 3.8 – 4.0

aproximadamente. Durante toda la prueba se mantuvo un flujo constante de CO2 a 1 bar

de presión y 5 mL/min.

Tabla 3a. Composición química de la salmuera sintética.

Composición de la Salmuera

NaCl 73 g/L

CaCl2 7.5 g/L

MgCl2 1.0 g/L

35

Tabla 3b. Resultados del análisis químico de las salmueras analizadas mediante absorción atómica.

Muestra Ca ppm* Na ppm* Mg ppm*

Salmuera sintética 2361.6 – 2531.33 28735.7 – 29419.99 110.35 – 131.84

*ppm. Partes por millón.

En la determinación del pH se empleó la ecuación y nomograma para pH del agua con

CO2 como función de la presión del gas y la temperatura [35]. Ver Figura 8.

Figura 8. Nomograma para pH del agua con CO2 como función de P y T [36].

Ec: 42 71.3t00417.0pH1p

2CO

36

2.1.2 Electrodos de trabajo.

Se usaron dos tipos de acero para maquinar las muestras o electrodos de trabajo: acero

inoxidable austenítico 316 y acero al carbono 1018. En las siguientes Tablas 4 y 5 se

presentan las composiciones químicas de ambos aceros.

Tabla 4. Composición química del acero al carbono 1018.

% en peso %C %Mn %P %S %Si %Fe

Acero al carbono 0.2860 0.7224 0.0511 0.0064 0.0221 98.91

Tabla 5. Composición química del acero inoxidable 316.

% en peso %C %Mn %Si %Cr %Ni %P %S Otros

Acero inoxidable 0.1389 1.3818 0.1362 18.466 11.260 0.1349 0.0246 1.955 Mo

Las varillas de acero fueron maquinadas para obtener pequeños cilindros con las

siguientes dimensiones, ver Imagen 2:

1.2 cm de diámetro externo.

0.8 cm de largo.

0.65 cm de diámetro interno.

El área de la muestra expuesta a la prueba electroquímica es de 3 cm2 (cara lateral).

Imagen 2. Electrodo de trabajo.

37

Antes de cada experimento, todas las muestras fueron metalografiadas con papel lija

400, 600, 1000 y con alúmina de 1 micrón y 0.3 micrones, para proporcionarle un acabado

espejo y observar cualquier tipo de cambio que pudiera presentarse en la superficie,

entonces fueron enjuagadas con agua destilada y desengrasadas con etanol, después

fueron secadas con aire caliente y conservadas en un desecador.

Se empleó microscopía electrónica de barrido (MEB), para examinar el área superficial de

las muestras de acero inoxidable 316, después del proceso de pulido y antes de cada

experimento, ver Imagen 3.

a)

b)

Imagen 3. Fotografías de las muestras de acero inoxidable 316 obtenidas con MEB antes del efectuar el experimento. a) X1000. b) X10,000.

X1,000 20m

X10,000 2m

38

De la misma forma, las muestras de acero al carbono1018, también fueron examinadas

empleando microscopía electrónica de barrido, ver Imagen 4.

Después de cada experimento, las muestras fueron conservadas en un desecador para

un posterior análisis mediante Microscopia Electrónica de Barrido (MEB) y ser sometidas

a espectroscopía por dispersión de energía de rayos X (EDS, por las siglas en inglés de

Energy Dispersive Spectroscopy). El análisis de EDS produce un espectro de energía,

con una serie de picos que corresponden a diferentes niveles de energía de rayos X y

estos a su vez son característicos para cada elemento.

a)

b)

X1,000 20m

X10,000 2m

Imagen 4. Fotografías de las muestras de acero al carbono 1018 obtenidas con MEB antes del efectuar el experimento. a) X1000. b) X10,000.

39

2.2 Equipo utilizado.

2.2.1 Celda electroquímica.

Para todos los experimentos electroquímicos, se utilizó una celda de vidrio con tapa

oradada de polipropileno, ver Figura 9. La tapa contiene 6 perforaciones usadas para:

Entrada de gas CO2.

Inmersión del electrodo de trabajo (Electrodo de cilindro rotatorio).

Electrodo de referencia (Electrodo de calomel saturado).

Electrodo auxiliar (Barra de grafito).

Termómetro.

Las perforaciones restantes fueron selladas completamente.

Para los experimentos se utilizó un arreglo de tres electrodos, empleando como electrodo

de referencia (RE) un electrodo de calomel saturado (ESC) y como electrodo auxiliar (AE)

una barra de grafito. Además se utilizaron como electrodos de trabajo (WE), las muestras

de acero inoxidable 316 y acero al carbono 1018 en forma de cilindro rotatorio. Ver Figura

9.

Figura 9. Arreglo de celda electroquímica.

40

2.2.2 Electrodo de cilindro rotatorio, ECR.

Para el desarrollo de la parte experimental, se empleó el electrodo de cilindro rotatorio

EG&G PARC Modelo 636. Ver Figura 10. Éste equipo permite la rotación de los cilindros

de trabajo a revoluciones por minuto controladas.

2.2.3 Parrilla y flujómetro.

Para los experimentos efectuados a 60°C, fue necesario emplear una parrilla/agitador

marca CORNING, para alcanzar la temperatura deseada en la solución, ver Figura 11a.

Así como un termómetro para el registro de temperatura y sus fluctuaciones. Para

controlar el flujo de CO2 se empleó un flujómetro marca AALBORG INSTRUMENTS.

Regulando una salida de 5 mL/min. Ver Figura 11b.

2.2.4 Equipo para mediciones electroquímicas.

Para llevar a cabo la aplicación de las técnicas electroquímicas, se utilizó el equipo de

corrosión electroquímica Gill 8 de ACM Instruments. Ver Figura 12.

Figura 10. Electrodo de cilindro rotatorio EG&G PARC Modelo 636

41

.

Figura 11. a) Parrilla/Agitador CORNING. b) Flujómetro marca AALBORG INSTRUMENTS.

Figura 12. Equipo de Corrosión Electroquímica Potenciostato/Galvanostato/ZRA Gill 8 de ACM Instruments.

42

2.3 Monitoreo electroquímico de corrosión.

Para obtener la velocidad de corrosión se procedió a utilizar la técnica de Resistencia a

la Polarización Lineal con los siguientes parámetros: 20 mV contra Ecorr, con una

velocidad de barrido de 10 mV/min. En la Figura 13 se muestra la pantalla del

monitoreo de RPL con los parámetros establecidos para dicha técnica.

Figura 13. Pantalla que muestra los parámetros establecidos durante la adquisición de

datos, para la técnica de resistencia a la polarización lineal.

Se aplicó además la técnica de Ruido Electroquímico, tanto en potencial como en

corriente, con una adquisición de datos de 1 punto por cada 5 segundos las primeras 24

horas del experimento, durante las restantes 8 horas se utilizó un parámetro de 1

punto por cada segundo. Ver Figura 14.

Figura 14. Parámetros de Ruido Electroquímico

43

2.4 Procedimiento Experimental.

En el presente trabajo, se analizó el comportamiento de un acero inoxidable austenítico

316 y un acero al carbono 1018 en presencia de un electrolito conformado por una

salmuera sintética saturada con gas CO2 bajo condiciones de flujo turbulento, obtenidas

por el uso del electrodo de cilindro rotatorio (ECR) a diferentes velocidades de rotación.

Las condiciones evaluadas fueron:

Dos diferentes temperaturas: 27°C y 60°C.

5 diferentes velocidades de rotación: 1000, 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m.

pH de 3.8 – 4.0.

Dos diferentes técnicas electroquímicas: Resistencia a la polarización lineal y Ruido

electroquímico.

Las condiciones fueron mantenidas durante todos los experimentos.

Para la experimentación se empleó la siguiente secuencia:

Una vez que la solución fue preparada, se burbujeó el gas CO2 con un flujo controlado

de 5 mL/min a una presión de 1 bar por espacio de una hora antes de comenzar cada

experimento. Durante este tiempo, el pH fue medido constantemente hasta alcanzar 3.8

para las soluciones a 27°C y un pH de 4.0 para una temperatura de 60°C. Esto se

repitió para cada experimento.

Acero al carbono y acero inoxidable austenítico en salmuera sintética

saturada con CO2 a 27°C, para RPL.

Cuando se alcanzó el pH deseado en la solución, inmediatamente se montó el cilindro de

acero en la flecha giratoria del equipo, éste fue sumergido en la celda electroquímica y

rotado a una velocidad de 1000 r.p.m. durante las primeras 24 horas manteniendo un

flujo constante de gas durante toda la prueba. Después de transcurrido este tiempo, la

velocidad de rotación fue modificada a 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m. cada 2 horas.

44

Las mediciones de Rp y Ecorr fueron hechas cada hora durante la primera etapa del

experimento (24 horas), durante la segunda etapa (8 horas restantes), fueron efectuadas

cada 30 minutos. La resistencia a la polarización fue medida polarizando la muestra a

20 mV contra Ecorr, con una velocidad de barrido de 10 mV/min. Cada experimento fue

repetido dos veces y al finalizar, las muestras fueron separadas de la flecha giratoria y

almacenadas en un desecador para un posterior examen de la superficie, observando así

el nivel de daño y la composición de los productos de corrosión.


saturada con CO2 a 60°C, para RPL.

Se repitió la misma secuencia usada en el experimento a 27°C, pero esta vez, la celda

fue colocada sobre una parrilla para alcanzar la temperatura deseada que fue de 60°C,

además fue colocado un termómetro para observar los cambios presentados en la

temperatura del electrolito. Se establecieron los mismos parámetros empleados en el

experimento anterior.


saturada con CO2 a 27°C, para Ruido Electroquímico.

Se mantuvieron las mismas condiciones pero empleando la técnica de ruido

electroquímico en potencial y en corriente para una nueva muestra. Durante las primeras

24 horas se establecieron parámetros de 1 lectura cada 5 segundos, es decir, 17280

puntos. Las siguientes 8 horas, se adquirieron datos a una razón de 1 punto por cada

segundo.


saturada con CO2 a 60°C, para ruido electroquímico.

Se repitió el procedimiento y se utilizaron los mismos parámetros establecidos en el

anterior experimento, pero con temperaturas de 60°C.

Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C

y bajo condiciones estáticas.

45

En esta prueba fue utilizada una muestra de acero inoxidable sumergido en una salmuera

sintética saturada con CO2 a temperatura ambiente durante 24 horas, aquí se aplicó la

técnica de ruido electroquímico obteniendo 1 punto cada 5 segundos durante todo el

experimento; es decir 17280 puntos.

El objetivo de esta prueba fue investigar si el comportamiento electroquímico bajo

condiciones estáticas fue similar al obtenido en condiciones dinámicas a temperatura

ambiente.

Acero al carbono sumergido en agua destilada a 27°C bajo condiciones de flujo

turbulento.

Se empleó un cilindro de acero al carbono sumergido en agua destilada de pH 7 libre de

CO2 a temperatura ambiente, el procedimiento fue el mismo: Una velocidad de rotación de

1000 r.p.m durante 24 horas, luego modificando las velocidades a 2000, 3000, 4000 y

5000 r.p.m. en intervalos de 2 horas. En esta prueba se aplicó la técnica de ruido

electroquímico con los parámetros establecidos anteriormente.

El objetivo de esta prueba fue comparar el comportamiento del acero el carbono

sumergido en diferentes electrolitos: agua destilada con un pH 7 y una salmuera sintética

saturada con CO2 de pH 3.8.

46

3. RESULTADOS

3.1 Acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C.

En la Figura 15 se puede apreciar el arreglo experimental empleado en las pruebas

electroquímicas haciendo uso del electrodo de disco rotatorio.

Figura 15. Celda electroquímica al momento de las mediciones a 27°C.

3.1.1 Monitoreo de Ruido Electroquímico.

Durante las primeras 24 horas del experimento, se aplicó una velocidad de rotación de

1000 r.p.m. equivalente a 0.628 m/seg y un número de Reynolds de 7539.6, indicando

con ésto que ya se presenta un flujo básicamente turbulento, durante este tiempo se

efectuaron mediciones de ruido electroquímico en potencial y en corriente, mostrando las

siguientes fluctuaciones, ver Figura 16. Aquí se tomó una lectura por cada 5 segundos,

dando un total de 17280 lecturas durante las 24 horas.

Al inicio se observó un potencial de –274 mV y en esta parte de la prueba, el material

experimentó la rápida formación de una película de óxido sobre su superficie,

posteriormente, durante las primeras 4 horas, el potencial presentó fluctuaciones entre un

valor máximo de –256 mV y un valor mínimo de –361 mV, observándose una suave

tendencia hacia potenciales más negativos. A partir de las 14 horas y hasta las 18.5

horas el potencial se mantuvo casi constante, esto se atribuye a la pasivación del material

47

debido a la formación de una película de óxido superficial. Sin embargo, después de un

tiempo se registraron variaciones considerables en el potencial, entre –465 mV y –566

mV, fluctuaciones similares a las observadas durante las primeras 4 horas de prueba, lo

cual puede ser atribuido a rompimientos de la película pasiva recién formada, dando así

origen a la posible corrosión por picaduras.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-600

-550

-500

-450

-400

-350

-300

-250

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

1.0x10-7

2.0x10-7

3.0x10-7

4.0x10-7

5.0x10-7

6.0x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)

Figura 16. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para el acero al carbono en salmuera sintética

saturada con CO2 a 27°C para 1000 r.p.m. durante 24 horas.

Una vez transcurrido el periodo de 24 horas, la velocidad de rotación se incrementó 1000

r.p.m. en lapsos de 2 horas hasta alcanzar las 5000 r.p.m. Se efectuaron mediciones de

ruido electroquímico en potencial y corriente para observar su comportamiento conforme

era incrementada la velocidad de rotación. Ver Figura 17.

Se puede observar claramente como se modifica el potencial hacia valores menos

negativos conforme se incrementa la velocidad de rotación.

48

Una vez que la velocidad de rotación fue incrementada a 2000 r.p.m., el potencial

presenta variaciones desde –497 mV hasta –479 mV, esto sucede durante los

primeros 30 o 50 minutos, después el potencial permanece constante a –480 mV.

Cuando la velocidad de rotación se incrementó a 3000 r.p.m., el potencial presenta

cambios entre –480 mV y –454 mV durante los primeros 45 minutos, luego tiende a

permanecer casi constante alcanzando valores de –462 mV.

A 4000 r.p.m., el potencial presenta fluctuaciones entre –463 mV y –415 mV durante

los primeros 50 minutos de la prueba, luego el potencial tiende a permanecer

constante alcanzando un valor de –418 mV.

Cuando se alcanzaron las 5000 r.p.m. se observó un potencial de –346 mV,

posiblemente éste podría mantenerse constante igual que en los casos anteriores.

Con respecto a las series de ruido en corriente, los transitorios que se presentan cambian

en 6 veces el orden de magnitud y dichos transitorios se presentan únicamente al inicio

de la prueba y al final de la etapa de 4000 r.p.m. tal y como lo muestran las gráficas

correspondientes (Figuras 16 y 17). Debido a la gran demanda de corriente observada

durante la experimentación, se puede atribuir que se están generando picaduras en los

materiales sometidos a la corrosión.

En la Tabla 6 se muestran los parámetros electroquímicos obtenidos de las series de

tiempo de ruido en corriente y en potencial. Aquí se obtuvo la resistencia a la polarización

por medio de la división de la desviación estándar del potencial entre la desviación

estándar del ruido. El parámetro resultante es conocido como la resistencia al ruido

electroquímico y este presenta una tendencia a permanecer constante después de las

primeras 4 horas, luego comienza a presentar variaciones importantes después de la

hora 21 hasta el término del la prueba. Trazando una pendiente con los datos obtenidos,

ésta indica que la resistencia a la polarización tiende a disminuir con el tiempo. Ver

Figura 18.

49

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32-600

-550

-500

-450

-400

-350

-300

-250

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

5.0x10-7

4.5x10-7

4.0x10-7

3.5x10-7

3.0x10-7

2.5x10-7

2.0x10-7

1.5x10-7

1.0x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)

Figura 17. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para acero al carbono en salmuera

sintética saturada con CO2 a 27°C durante 32 horas a diferentes velocidades de rotación.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0.0

2.0x105

4.0x105

6.0x105

Pendiente de Rp

Rp

(O

hm

/cm

2 )

Tiempo (horas)

Figura 18. Resistencia a la polarización de ruido, para acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación

50

Tabla 6. Parámetros electroquímicos obtenidos de la técnica de Ruido Electroquímico para acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación (1000, 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m.).

Hora

V (mV)

i (mA/cm2)

Rp (Ohm/cm2)

0 4.70717 2.212E-08 2.13E+05 1 0.42466 7.505E-09 5.66E+04 2 16.31956 1.406E-08 1.16E+06 3 0.92213 5.476E-09 1.68E+05 4 0.75378 7.068E-09 1.07E+05 5 0.74632 2.323E-08 3.21E+04 6 0.87637 2.031E-08 4.32E+04 7 0.86174 4.188E-08 2.06E+04 8 0.74007 3.578E-08 2.07E+04 9 0.60309 7.081E-09 8.52E+04 10 0.45145 8.256E-09 5.47E+04 11 0.45563 9.016E-09 5.05E+04 12 0.41596 5.382E-09 7.73E+04 13 0.41273 6.690E-09 6.17E+04 14 0.29114 8.509E-09 3.42E+04 15 0.33851 6.603E-09 5.13E+04 16 0.30860 9.627E-09 3.21E+04 17 0.28750 9.817E-09 2.93E+04 18 0.32087 6.866E-09 4.67E+04 19 4.22397 9.814E-09 4.30E+05 20 3.80034 7.748E-09 4.90E+05 21 5.54198 5.708E-09 9.71E+05 22 0.81578 2.601E-08 3.14E+04 23 1.01339 1.035E-08 9.79E+04 24 6.47062 3.029E-08 2.14E+05 25 0.28202 9.285E-09 3.04E+04 26 2.50990 5.526E-09 4.54E+05 27 0.22965 4.416E-09 5.20E+04 28 9.73790 1.237E-08 7.87E+05 29 0.14212 3.802E-09 3.74E+04 30 4.76201 3.035E-08 1.57E+05 32 0.04749 7.210E-09 6.59E+03

.

51

3.1.1.1 Análisis por microscopía electrónica de barrido.

Dugstad demostró que a temperaturas por debajo de 40°C, las películas presentan una

estructura de poros abiertos y están formadas principalmente de Fe3C con un poco de

FeCO3 y elementos aleantes del acero [37]. Además Ikeda y colaboradores

demostraron que a temperaturas <60°C, la película de FeCO3 es retirado de la superficie

del acero por el fluido en movimiento, generando una corrosión acelerada en la superficie

[36]. En la Figura 19, se puede observar la superficie del acero al carbono después de

ser sometido al proceso de corrosión a 27°C, de igual manera, esta película presenta

una apariencia porosa y una vez formada, el material tiende a pasivarse, pero al ser

aumentada la velocidad de rotación esta película se desprende y el material queda

desprotegido, acelerando así el proceso de corrosión del metal.

X800 20m

Figura 19. Superficie de acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C durante 32 horas a diferentes velocidades de rotación (800X).

En la Figura 20 se puede observar como la película presenta grietas por donde los iones

agresivos como Cl – provenientes de la salmuera, pueden penetrar y causar corrosión por

picaduras en la superficie metálica.

52

X200 100m

Figura 20. Película de óxido formada en acero al carbono después del proceso de corrosión a 27°C.

En la Figura 21 se presenta el análisis de EDS correspondiente a la superficie del acero al

carbono después del proceso de corrosión en salmuera sintética, en el cual se observa

que dicho material presenta básicamente Fe y O, además se presenta C (que pudiera

estar asociado con el Fe y O formando Fe3C y FeCO3) y elementos acumulados tales

como: Ca, Cl, Na, (provenientes de la composición química de la salmuera) Al, Si y Cu.

200 400 600 800 1000 1200 1400

Al Cu

Fe

CaCl

Si

Na

Cu

Fe

O

C

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 21. Análisis de EDS tomado de la muestra de acero al carbono después del proceso de corrosión.

53

3.1.2 Resistencia a la polarización.

Se realizó una prueba bajo las mismas condiciones que para ruido electroquímico, es

decir, un periodo de 24 horas a 1000 r.p.m., una vez transcurrido este tiempo, se

aumentó la velocidad de rotación 1000 r.p.m. hasta alcanzar un valor de 5000 en lapsos

de 2 horas cada uno, aplicando en esta ocasión la técnica electroquímica: Resistencia a

la polarización (Rp). El arreglo de electrodos empleado en la celda electroquímica fue el

mismo utilizado en la prueba anterior. Ver Figura 15. Es importante mencionar que para

esta prueba fue empleado un electrolito recién preparado y una muestra de acero al

carbono nueva. Durante las primeras 24 horas las mediciones de Rp fueron realizadas

cada hora, pero en las 8 horas restantes, las mediciones fueron realizadas cada 30

minutos, esto con la finalidad de observar de que manera afecta el aumento en la

velocidad de rotación a los valores de Rp presentados.

En la Figura 22 se puede observar que la pendiente de los datos de resistencia a la

polarización también presenta una tendencia a disminuir conforme transcurre el tiempo,

sin embargo, su pendiente se presenta más pronunciada debido a que la técnica de Rp es

perturbativa y en cierta forma se acelera el proceso de corrosión en comparación con la

técnica de ruido electroquímico. Los valores de Rp muestran un valor máximo al inicio del

experimento de 244 Ohm/cm2, así como una repentina caída hasta un valor de 104

Ohm/cm2, luego una recuperación hasta 142 Ohm/cm2 y después presenta una suave

tendencia descendente hasta alcanzar un valor mínimo de 28 Ohm/cm2 al finalizar el

experimento.

La velocidad de corrosión obtenida con la técnica de resistencia a la polarización, es

presentada en la Figura 23. Aquí se puede observar como al inicio del experimento, ésta

presenta un valor mínimo de 1.23 mm/año y al finalizar las 24 horas registra un valor de

5.648 mm/año. Los valores máximos de velocidad de corrosión se presentan durante las

4000 y 5000 r.p.m. arrojando valores de 10.9 mm /año.

54

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

0

50

100

150

200

250 Pendiente Rp

Tiempo (horas)

Re

sist

en

cia

a la

po

lari

zaci

ón

(O

hm

s -

cm2 )

50004000300020001000 rpm

Figura 22. Resistencia a la polarización para un acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a

27°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-2

0

2

4

6

8

10

12

Tiempo (horas)

Ve

loci

da

d d

e c

orr

osi

ón

(m

m/a

ño

)

50004000300020001000 rpm

Figura 23. Velocidad de corrosión para un acero al carbono en salmuera sintética saturada

con CO2 a 27°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.

55

3.1.2.1 Análisis por Microscopía Electrónica de Barrido.

Una vez finalizado el experimento, fue analizada la superficie de la muestra de acero con

EDS y microscopía electrónica de barrido, en la Figura 24a se presenta la condición

superficial de la muestra, aquí se puede observar cómo se encuentran presentes dos

capas de óxido, una que probablemente fue desprendida conforme la velocidad del flujo

fue aumentando y otra que seguramente se había formado durante la última etapa de la

prueba. Además, se pueden observar picaduras de tamaño considerable en el material.

Ver Figuras 24b y c.

X100 120m

Figura 24a. Superficie de acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2, 27°C y 32 horas de inmersión, a diferentes velocidades de rotación.

X1,500 1m

X2,000 16m

Figuras 24b y 24c. Picaduras presentes en acero al carbono inmerso en salmuera sintética saturada con CO2, 27°C y 32 horas de inmersión, a diferentes velocidades de rotación.

b

A

c

B

56

En la Figura 25a se presenta el análisis tomado en el aro de la picadura mostrada en la

Figura 24b (punto A), aquí se puede observar principalmente Cl y Na (provenientes de la

composición química de la salmuera), Fe y O (que podrían asociarse a la formación de

películas de óxidos) y elementos acumulados tales como: Si, Cu y Ca. Las grandes

cantidades de cloro presentes en la vecindad de la picadura podrían indicarnos que estos

iones emigran hacia el interior de la misma, elevan su concentración y provocan una

picadura más profunda. En la Figura 25b se presenta el análisis tomado en el punto B

indicado en la Figura 24c, aquí se observa principalmente fierro y cantidades pequeñas

de cloro, indicando de nuevo que el elemento que emigra hacia el interior de la picadura

es el cloro, responsable de la corrosión por picaduras.

200 400 600 800 1000 1200 1400

Cu

Fe

CaSi

Fe

NaO

C

Cl

Cuenta

s (u

.a.)

Energía (KeV) Figura 25a. Análisis tomado en el punto A de la muestra de acero al carbono

mostrado previamente en la Figura 24b.

57

200 400 600 800 1000 1200 1400

CuCl

NaFeO

C

Fe

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 25b. Análisis tomado en el punto B de la muestra de acero al carbono mostrado previamente en la Figura 24c.

3.2 Acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C. En la Figura 26 se puede observar el arreglo de electrodos experimental utilizado para la

prueba de acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C, haciendo uso

del electrodo de cilindro rotatorio.

Figura 26. Arreglo de celda electroquímica empleado para las pruebas a 60°C.

58

3.2.1 Monitoreo de Ruido Electroquímico

Para esta prueba se utilizó el mismo procedimiento que el anterior, en esta ocasión

modificando el parámetro de temperatura de 27°C a 60°C. En la Figura 27 se presenta la

gráfica de serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para 24 horas a 1000 r.p.m.,

mostrando el siguiente comportamiento.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-730

-728

-726

-724

-722

-720

-718

-716

-714

-712

-710

-708

-706

-704

-702

-700

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

-1.0x10-7

0.0

1.0x10-7

2.0x10-7

Co

rriente

(mA

/cm2)

Figura 27. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para acero al carbono en salmuera sintética

saturada con CO2 a 60°C y 1000 r.p.m. durante 24 horas.

Se puede observar al inicio del experimento un potencial de –702 mV seguido de una

repentina caída hasta –728 mV durante las primeras 4 horas, después de este tiempo, el

potencial tiende a permanecer constante, esto puede ser atribuido a que el material sufrió

una fuerte corrosión y una película de óxido se formó rápidamente durante los primeros

minutos del experimento, es decir, el material parece haberse pasivado, sin embargo,

dicha película de óxido no protegió por completo al material, pero sí parece haber frenado

el proceso de corrosión.

59

Después de transcurridas la 24 horas, la velocidad de rotación fue modificada a 2000,

3000, 4000 y 5000 r.p.m. en lapsos de 2 horas cada uno. En la Figura 28 se puede

observar como el material pierde su pasivación al ser desprendida la película de óxido

formada inicialmente.

A 2000 r.p.m. el potencial presenta un salto de –225 mV hacia –717 mV, después,

este se mantiene constante hasta que la velocidad de rotación se incrementa.

Cuando la velocidad de rotación alcanza 3000 r.p.m., el potencial presenta de nuevo

un salto desde –717 mV hasta –703 mV que es el potencial menos negativo que se

presenta durante las 3000 r.p.m., posteriormente el potencial tiende a disminuir hasta

-711 mV.

Cuando la velocidad de rotación se incrementó a 4000 r.p.m., el potencial tiene el

mismo comportamiento que a 2000 r.p.m., es decir, presenta un salto desde –711 mV

hasta -688 mV.

A 5000 r.p.m., el potencial presenta un comportamiento similar a las 3000 r.p.m., de –

688 mV se modifica hacia valores menos negativos de –673 mV, luego éste tiende a

disminuir hasta –685 mV.

Con respecto a las series de ruido en corriente, las fluctuaciones simultáneas muestran el

inicio de las picaduras, además se puede observar que cuando se aumenta la velocidad

de rotación hasta 5000 r.p.m. dichas fluctuaciones se vuelven más frecuentes, por lo que

se puede decir que se está generando una mayor cantidad de picaduras, donde los

transitorios que se presentan cambian en 8 veces el orden de magnitud establecida.

Se obtuvo además el parámetro electroquímico de resistencia a la polarización a partir de

los datos de ruido electroquímico en potencial y corriente, ver Tabla 7. Dicho parámetro es

conocido como resistencia al ruido electroquímico y se puede observar que la pendiente

de los datos obtenidos de Rp tiende a descender conforme transcurre el tiempo. A partir

de la hora 6 y hasta la hora 24 (momento en que se inician los cambios en la velocidad de

rotación) los datos presentan valores más bajos que al inicio y al final de la prueba. Ver

Figura 29.

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-750

-740

-730

-720

-710

-700

-690

-680

-670

-660

-650

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Po

tenc

ial (

mV

)

-1.5x10-7

-1.0x10-7

-5.0x10-8

0.0

5.0x10-8

1.0x10-7

1.5x10-7

2.0x10-7

2.5x10-7

Co

rriente (m

A/cm

2)

Figura 28. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para acero al carbono en salmuera sintética

saturada con CO2 a 60°C durante 32 horas a diferentes velocidades de rotación.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0.0

2.0x104

4.0x104

6.0x104

8.0x104

1.0x105

1.2x105

Rp

(O

hm

/cm

2 )

Tiempo (horas)

Pendiente de Rp

Figura 29. Resistencia a la polarización de ruido, para acero al carbono en salmuera sintética saturada con

CO2 a 60°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.

61

Tabla 7. Parámetros electroquímicos obtenidos de la técnica de ruido electroquímico para acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación (1000, 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m.).

Hora

V (mV)

i (mA/cm2)

Rp (Ohm/cm2)

0 1.25850 2.922E-08 4.308E+04 1 0.38480 7.339E-09 5.243E+04 2 0.21592 3.990E-09 5.411E+04 3 0.16773 4.940E-09 3.396E+04 4 0.23915 2.132E-09 1.122E+05 5 0.22239 3.969E-09 5.603E+04 6 0.21749 1.180E-08 1.843E+04 7 0.18730 5.885E-09 3.182E+04 8 0.15930 5.607E-09 2.841E+04 9 0.15779 3.303E-09 4.777E+04 10 0.14402 4.238E-09 3.398E+04 11 0.11724 6.637E-09 1.767E+04 12 0.12995 1.148E-08 1.131E+04 13 0.11458 5.425E-09 2.112E+04 14 0.10401 5.927E-09 1.755E+04 15 0.10177 5.240E-09 1.942E+04 16 0.10492 1.070E-08 9.805E+03 17 0.11940 1.484E-08 8.048E+03 18 0.09411 2.783E-09 3.382E+04 19 0.09998 5.068E-09 1.973E+04 20 0.11083 5.975E-09 1.855E+04 21 0.10174 2.745E-09 3.706E+04 22 0.08227 5.726E-09 1.437E+04 23 0.08801 6.066E-09 1.451E+04 24 1.82113 2.387E-08 7.630E+04 25 0.10457 4.934E-09 2.119E+04 26 0.47392 1.434E-08 3.305E+04 27 0.17280 6.871E-09 2.515E+04 28 6.80852 5.568E-09 1.223E+06 29 0.13727 5.064E-09 2.711E+04 30 0.14059 4.354E-09 3.229E+04 31 0.18065 3.591E-09 5.031E+04 32 0.10253 7.406E-09 1.385E+04

62

3.2.1.1 Análisis por microscopia electrónica de barrido.

Dugstad [37] confirmó que la precipitación de FeCO3 es de hecho demasiado dependiente

de la temperatura, de tal forma que a 60°C, las películas presentan una parte porosa

interior formada principalmente de Fe3C con un poco de FeCO3 acumulado en la parte

externa. Sin embargo, la formación de FeCO3 no reduce la velocidad de corrosión

significativamente. Por otro lado, Ikeda y colaboradores [36], reportaron que a

temperaturas entre 60 y 150°C, precipitados de FeCO3 pobremente adherentes no

proporcionan una buena protección. En la Figura 30 se presenta la superficie del acero al

carbono después de ser sometido al proceso de corrosión a una temperatura de 60°C. En

dicha Figura se puede observar cómo se presentan dos capas de óxido, una que

posiblemente fue formada durante las primeras 24 horas a una velocidad de rotación de

1000 r.p.m. y que fue desprendida de la superficie metálica, por el aumento en la

velocidad de rotación.

X300 50m

Figura 30. Superficie de acero al carbono después de haber sido inmerso en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C durante 32 horas a diferentes velocidades de rotación (800X).

En la Figura 31 se presenta el análisis de EDS correspondiente a la superficie del acero al

carbono, se puede observar como éste presenta básicamente Fe y Cl, además de O (que

pudiera estar asociado con el Fe para forma la película de óxido) y elementos acumulados

tales como: Ca, Mg y Na, (provenientes de la composición química de la salmuera).

63

200 400 600 800 1000 1200 1400

C

O

Fe

Na

Mg

Cl

Ca

Fe

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 31. Análisis de EDS tomado de la muestra de acero al carbono.


Se realizó una prueba bajo las mismas condiciones que para ruido electroquímico,

utilizando una temperatura de 60°C pero aplicando en esta ocasión la técnica

electroquímica de resistencia a la polarización. El arreglo empleado en la celda

electroquímica fue el mismo utilizado en la prueba anterior. Durante las primeras 24 horas

las mediciones de Rp fueron realizadas cada hora, pero en las 8 horas restantes, las

mediciones fueron cada 30 minutos, esto con la finalidad de observar cómo afecta el

aumento en la velocidad de rotación a los valores de Rp presentados.

En la Figura 32 se puede observar que la pendiente de la resistencia a la polarización

presenta una tendencia a disminuir conforme transcurre el tiempo, mostrando un valor

máximo al inicio del experimento de 33 Ohm/cm2, este valor se mantiene constante las

primeras 5 horas, luego comienza a descender por etapas hasta una valor de 26

Ohm/cm2 seguido por una recuperación mínima a 27 Ohm/cm2, pero al presentarse el

aumento en la velocidad de rotación hasta 5000 r.p.m., el valor de Rp comienza a

64

presentar una fuerte tendencia a disminuir, alcanzando un valor mínimo al final del

experimento de 11 Ohm/cm2.


presentada en la Figura 33. Aquí se puede observar como al inicio del experimento ésta

presenta un valor mínimo de 9 mm/año y al finalizar las 24 horas un valor de 11.14

mm/año. Los valores máximos de velocidad de corrosión se presentan durante las 3000 y

5000 r.p.m., arrojando valores de 22.82 mm /año y 27.72 mm/año respectivamente.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

Pendiente Rp

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Re

sist

en

cia

a la

po

lari

zaci

ón

(O

hm

s -

cm2 )

Figura 32. Resistencia a la polarización para un acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a

60°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.


Una vez finalizado el experimento, fue analizada la superficie de la muestra de acero con

EDS y microscopía electrónica de barrido y en la Figura 34 se presenta la condición

superficial de la muestra, aquí se puede observar cómo se presentan pequeña picaduras

en la película recién formada.

65

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-2

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Ve

loci

da

d d

e c

orr

osi

ón

(m

m/a

ño

)

Figura 33. Velocidad de corrosión para un acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C

y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.

X800 20m

Figura 34. Superficie de acero al carbono en salmuera sintética saturada con CO2, 60°C y 32 horas de inmersión a diferentes velocidades de rotación.

En la Figura 35 se muestra el análisis de EDS tomado en la zona más próxima a la

picadura (indicada en Figura 34). En éste se puede observar que se encuentran presentes

principalmente Fe y O (capa de óxido) pero se presenta también Cl, que es el ion que

provoca las picaduras generadas en la superficie metálica. Los demás elementos

incluyendo al cloro, provienen de la composición química de la salmuera.

66

200 400 600 800 1000 1200 1400

Ca

Cl

Na

Fe

O

C

Fe

Cue

nta

s (u

.a.)

Energía (KeV)

Figura 35. Análisis de EDS tomado de la zona indicada en la superficie de acero al carbono.

3.3 Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C.

El arreglo empleado en la celda electroquímica para las pruebas con acero inoxidable,

fue el mismo que se utilizó en las pruebas realizadas en acero al carbono 1018. Ver

Figuras 15 y 26.


Durante 18 horas se efectuaron mediciones de ruido electroquímico en potencial y en

corriente, tomando una lectura por cada 5 segundos, aquí se puede observar que tanto el

potencial como la corriente presentaron las siguientes fluctuaciones, ver Figura 36.

67

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-280

-260

-240

-220

-200

-180

-160

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

-5.0x10-8

0.0

5.0x10-8

1.0x10-7

1.5x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)

Figura 36. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para acero inoxidable en salmuera sintética

saturada con CO2 a 27°C para 1000 r.p.m.

Al inicio se observó un potencial de –265 mV seguido de una recuperación casi

espontanea hasta -178 mV, esto se presentó durante las primeras dos horas, luego en

las siguientes 13 horas, el potencial presentó una ligera tendencia a disminuir,

alcanzando -243 mV como potencial más negativo, al finalizar las 18 horas a 1000

r.p.m. el potencial alcanzó valores de –199 mV. Una vez finalizado el periodo de 18 horas

a 1000 r.p.m., la velocidad de rotación fue incrementada hasta 5000 r.p.m. en lapsos de 2

horas cada uno, en la Figura 37 se presenta la serie de tiempo de ruido en potencial y

corriente para la prueba completa con duración de 26 horas.

Una vez que la velocidad de rotación fue incrementada a 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m.,

el potencial no presentó comportamientos similares a las pruebas anteriores.

A 2000 r.p.m. el potencial presenta una caída hasta -226 mV.

Al incrementar la velocidad de rotación a 3000 r.p.m el potencial presenta una

recuperación hasta alcanzar valores de -202 mV.

68

Durante el lapso a 4000 r.p.m. el potencial de nueva cuenta presenta una caída hasta

-239 mV.

A 5000 r.p.m. el potencial alcanza un valor máximo de -204 mV y un valor mínimo de

-256 mV.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32-300

-290

-280

-270

-260

-250

-240

-230

-220

-210

-200

-190

-180

-170

-160

-150

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

-5.0x10-8

0.0

5.0x10-8

1.0x10-7

1.5x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)

Figura 37. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para acero inoxidable en

salmuera sintética saturada con CO2 y 27ºC a diferentes velocidades de rotación.

Se puede observar que para la serie de ruido en corriente, éste no presentó transitorios

significativos, debido a la casi nula demanda de corriente y a los valores de potencial poco

negativos, con lo cual se puede decir que el material no presentó corrosión alguna, es

decir se mantuvo inmune al sistema.

En la Tabla 8 se muestran los parámetros electroquímicos obtenidos de las series de

tiempo de ruido en corriente y en potencial. Aquí se obtuvo la resistencia a la polarización

por medio de la división de la desviación estándar del potencial entre la desviación

estándar del ruido. El parámetro resultante es conocido como la resistencia al ruido

electroquímico y éste presenta una tendencia a cambiar continuamente durante cada

69

hora, este comportamiento podría deberse a las fluctuaciones que presentó el potencial

en las series de ruido en potencial y a los transitorios que se presentaron en la demanda

de corriente al incrementar las velocidades de rotación hasta 5000 r.p.m., pero una vez

trazada la pendiente de los datos de Rp, ésta también presenta un tendencia a disminuir

conforme transcurren las 32 horas de prueba. Ver Figura 38.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0.0

2.0x105

4.0x105

6.0x105

8.0x105

1.0x106

1.2x106

Rp

(O

hm

/cm

2 )

Tiempo (horas)

Pendiente de Rp

Figura 38. Resistencia a la polarización de ruido, para acero inoxidable en salmuera sintética

saturada con CO2 a 27°C y 26 horas a diferentes velocidades de rotación.


En la Figura 39 se presenta el análisis de la superficie del acero inoxidable inmerso en

salmuera sintética saturada con CO2 durante 26 horas a diferentes velocidades de

rotación. Aquí se puede observar como la superficie del acero no presenta formación

alguna de capas de óxidos, ni corrosión localizada en forma de picaduras, de tal forma

que en la superficie metálica solo se observó la presencia de cristales de sal

provenientes de la composición química de la salmuera.

70

Tabla 8. Parámetros electroquímicos obtenidos de la técnica de Ruido Electroquímico para acero inoxidable en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C y 25 horas a diferentes velocidades de rotación (1000, 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m. ).

Hora V (mV)

i (mA/cm2)

Rp (Ohm/cm2)

0 0.86143 3.72E-09 2.32E+05 1 7.13056 8.741E-09 8.16E+05 2 0.69268 2.314E-09 2.99E+05 3 0.38369 2.318E-09 1.66E+05 4 0.21427 2.810E-09 7.62E+04 5 0.15664 2.277E-09 6.88E+04 6 0.86173 1.748E-09 4.93E+05 7 1.08243 2.217E-09 4.88E+05 8 0.51676 1.947E-09 2.65E+05 9 0.31085 2.229E-09 1.39E+05 10 0.33728 2.604E-09 1.30E+05 11 0.15869 2.628E-09 6.04E+04 12 2.13715 2.328E-09 9.18E+05 13 0.16143 1.633E-09 9.88E+04 14 0.31674 2.195E-09 1.44E+05 15 0.38954 1.913E-09 2.04E+05 16 0.52732 2.055E-09 2.57E+05 17 0.14310 2.327E-09 6.15E+04 18 0.32348 1.885E-09 1.72E+05 19 0.06406 4.372E-09 1.47E+04 20 0.05134 1.447E-09 3.55E+04 21 0.05212 1.556E-09 3.35E+04 22 0.09870 1.431E-09 6.89E+04 23 1.67254 1.450E-09 1.15E+06 24 0.06013 5.478E-09 1.10E+04 25 0.12351 2.4553E-09 5.03E+04 26 0.12359 2.4560E-09 5.08E+04

71

X1,100 15m

Figura 39. Superficie de acero inoxidable inmerso en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C a

diferentes velocidades de rotación (1,100X).

En la Figura 40 se presenta el análisis de EDS efectuado en la zona indicada en la

Figura 39, encontrándose principalmente elementos aleantes del acero inoxidable (Fe,

Cr, Ni, Mo), así como los elementos provenientes de la salmuera y una cantidad

considerable de C.

200 400 600 800 1000 1200 1400

Cr

CaC

O

FeNi

Na

MgMo

Cl

Fe

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 40. Análisis de EDS tomado en la zona indicada de la muestra de acero inoxidable mostrada previamente en la Figura 39.

72



presenta una tendencia a disminuir conforme transcurren las 32 horas de prueba,

mostrando un valor de Rp al inicio del experimento de 14,780 Ohm/cm2, valores

demasiado altos en comparación a los obtenidos para acero al carbono, después de este

tiempo la Resistencia a la polarización disminuye hasta alcanzar valores de 11,360

Ohm/cm2, valores que se mantienen casi constantes durante las siguientes 17 horas. El

valor más alto presentado fue 60,284 Ohm/cm2 a las 7 horas de iniciada la prueba.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000 Pendiente Rp

500040003000

Tiempo (horas)

Re

sist

en

cia

a la

po

lari

zaci

ón (

Om

hs

- cm

2 )

20001000 rpm

Figura 41. Resistencia a la polarización para un acero al carbono en salmuera

sintética saturada con CO2 a 27°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.


presentada en la Figura 42. Aquí se puede observar como al inicio del experimento

presenta un valor de 0.0189 mm/año y al finalizar las 24 horas registra un valor de 0.0248

mm/año. Los valores máximos de velocidad de corrosión se presentan durante las 3000

r.p.m., con valores de 0.027 mm/año. Estos valores demasiado pequeños en la velocidad

73

de corrosión, indican que el material prácticamente no presentó corrosión alguna durante

las 32 horas de prueba.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

V

elo

cid

ad

de

co

rro

sión

(m

m/a

ño

)

500040003000

Tiempo (horas)

20001000 rpm

Figura 42. Velocidad de corrosión para un acero al carbono en salmuera sintética saturada

con CO2 a 27°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación.


Una vez finalizado el experimento, fue analizada la superficie de la muestra con las

técnicas de EDS y microscopía electrónica de barrido (Ver Figura 43). Aquí se presenta la

condición superficial de la misma, donde se observa que la pieza de acero inoxidable se

presenta libre de capas de óxido, encontrando únicamente cristales de sal distribuidos en

toda la superficie, así como imperfecciones del mismo material.

En la Figura 44 se muestra el análisis tomado en la zona A (Ver Figura 43), aquí se puede

observar principalmente la presencia de C y O (provenientes del CO2 disuelto en la

salmuera), así como: Fe, Cr, Ni y Mo (elementos aleantes del acero inoxidable), además

de elementos acumulados tales como: Cl, Ca y Na (provenientes de la composición

química de la salmuera).

74

X6,000 2m

AB

Figura 43. Superficie de acero inoxidable en salmuera sintética saturada

con CO2 y 27°C a diferentes velocidades de rotación.

En la Figura 45 se presenta el análisis EDS tomado en la zona B (Ver Figura 43),

encontrando la presencia principalmente de fierro, cromo, níquel y molibdeno,

considerados como elementos aleantes del acero inoxidable, lo cual confirma que las

pequeñas picaduras son imperfecciones superficiales en la pieza de acero, descartando

con esto corrosión localizada ya que no se encontró la presencia de cloro en dicho

análisis.

200 400 600 800 1000 1200 1400

Ni

Cr

Ca

Fe

Na

Mo

O

Cl

Si

Fe

C

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 44. Análisis tomado en zona A de la muestra de acero inoxidable 316. Ver Figura 43.

75

200 400 600 800 1000 1200 1400

Ni

Cr

Mo

Fe

C

Fe

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 45. Análisis tomado en zona B de la muestra de acero inoxidable 316. Ver Figura 43.

3.4 Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C.

El arreglo empleado en la celda electroquímica fue el mismo que en las pruebas

anteriores. Ver Figuras 15 y 26.


Durante 24 horas se efectuaron mediciones de ruido electroquímico en potencial y en

corriente, tomando una lectura por cada 5 segundos. En la Figura 46 se muestran las

fluctuaciones tanto en potencial como en corriente, presentadas por el material durante el

tiempo de análisis.

Al inicio del experimento se observó un potencial de –129.98 mV presentando una

tendencia a disminuir durante las primeras 16 horas, alcanzando valores de –259.92 mV.

Para la hora 17, el potencial presentó un incremento lineal hasta alcanzar un valor de

aproximadamente -122 mV como potencial menos negativo, presentando de nuevo un

76

descenso hasta –254 mV al finalizar el periodo de 24 horas a 1000 r.p.m. El aumento

repentino en el potencial puede ser atribuido a cambios espontáneo en la temperatura del

electrolito.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24-280

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

-5.0x10-7

0.0

5.0x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)


salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C para 1000 r.p.m.

Una vez finalizado el periodo de 24 horas a 1000 r.p.m., la velocidad de rotación fue

incrementada 1000 r.p.m. hasta alcanzar 5000, en lapsos de 2 horas cada uno. En la

Figura 47 se presenta la serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para la prueba

completa con duración de 32 horas. Una vez que la velocidad de rotación fue

incrementada a 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m., el potencial presentó los siguientes

comportamientos.

A 2000 r.p.m., el potencial presenta un ligero ascenso hasta -244 mV.

Al incrementar la velocidad de rotación a 3000 r.p.m. el potencial presenta un leve

descenso hasta alcanzar valores de -251 mV.

77

Durante el lapso a 4000 r.p.m. el potencial de nueva cuenta presenta un ascenso

hasta -245 mV.

En cuanto a la serie de ruido en corriente, se puede decir que no presentó transitorios

significativos, sin embargo, cuando se aumentaron las velocidades de rotación, se

presentaron ligeros aumentos en la demanda de corriente, debido a esto y a los valores

de potencial poco negativos, se puede decir que el material no presentó corrosión alguna,

es decir se mantuvo inmune durante el tiempo de duración de la prueba..

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-300

-280

-260

-240

-220

-200

-180

-160

-140

-120

-100

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

-3.0x10-7

0.0

3.0x10-7

6.0x10-7

9.0x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)

Figura 47. Serie de tiempo de ruido en potencial y corriente para acero inoxidable en salmuera sintética saturada con CO2 y 60ºC a diferentes velocidades de rotación.

En la Tabla 9 se muestran los parámetros electroquímicos de resistencia a la polarización,

obtenidos de las series de tiempo de ruido en corriente y en potencial, éstos presentan

una tendencia a cambiar continuamente cada hora, comportamiento que podría deberse a

las fluctuaciones que presentó el potencial en las series de ruido en potencial y a los

transitorios que se presentaron en la demanda de corriente al incrementar las velocidades

de rotación hasta 5000 r.p.m., pero una vez trazada la pendiente de los datos de Rp,

78

ésta presenta un tendencia a disminuir conforme transcurre el tiempo. Tendencia similar a

la presentada en pruebas anteriores. Ver Figura 48.

Tabla 9. Parámetros electroquímicos obtenidos de la técnica de Ruido Electroquímico para acero inoxidable en salmuera sintética saturada con CO2 a 60°C y 32 horas a diferentes velocidades de rotación (1000, 2000, 3000, 4000 y 5000 r.p.m.).

Hora V (mV)

i (mA/cm2)

Rp (Ohm/cm2)

1 7.80818 1.4083E-07 5.5445E+04 2 3.58395 4.4974E-08 7.9689E+04 3 2.56271 6.437E-08 3.9812E+04 4 1.64372 5.9286E-08 2.7725E+04 5 1.43325 9.2982E-08 1.5414E+04 6 0.80620 5.3154E-08 1.5167E+04 7 2.04194 4.1431E-07 4.9286E+03 8 4.63267 6.474E-08 7.1558E+04 9 3.71934 4.815E-08 7.7245E+04 10 1.03520 9.8586E-08 1.0500E+04 11 2.34157 5.116E-08 4.5770E+04 12 4.04309 4.9719E-08 8.1319E+04 13 1.54394 7.242E-08 2.1319E+04 14 0.41985 8.682E-08 4.8359E+03 15 0.43599 4.609E-08 9.4595E+03 16 0.27193 8.0429E-08 3.3810E+03 17 0.42987 4.4208E-08 9.7240E+03 18 8.75718 7.7201E-08 1.1343E+05 19 0.57296 5.2504E-08 1.0913E+04 20 1.08687 7.7278E-08 1.4064E+04 21 0.72798 4.669E-08 1.5592E+04 22 0.19688 2.1836E-07 9.0165E+02 23 0.07622 1.941E-07 3.9268E+02 24 2.16981 2.4848E-07 8.7323E+03 25 0.06253 6.6477E-07 9.4055E+01 26 0.49064 9.1645E-08 5.3536E+03 27 0.06559 5.0346E-08 1.3028E+03 28 0.73658 5.9818E-08 1.2314E+04 29 0.14720 4.9929E-08 2.9482E+03 30 0.14692 7.6444E-08 1.9219E+03 31 0.06102 6.8814E-08 8.8668E+02 32 0.07473 8.6867E-08 8.6031E+02

79

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

0.0

2.0x104

4.0x104

6.0x104

8.0x104

1.0x105

1.2x105

Rp

(O

hm

/cm

2 )

Tiempo (horas)

Pendiente de Rp

Figura 48. Resistencia a la polarización de ruido, para acero inoxidable en salmuera

sintética saturada con CO2 y 60°C a diferentes velocidades de rotación.


En la Figura 49 se presenta la superficie del acero inoxidable inmerso en salmuera

sintética saturada con CO2 durante 32 horas a diferentes velocidades de rotación. Aquí

se puede observar que la superficie no presenta indicios de picaduras o algún otro tipo

de corrosión generalizada. La superficie de la muestra, presenta un condición final muy

similar a la muestra sometida al mismo proceso pero con temperatura de 27°C, con lo

cual se puede conlcuir que para estas condiciones de prueba, el acero inoxidable 316,

también se mostró inmune.

En la Figura 50 se presenta el análisis de EDS efectuado a la muestra de acero inoxidable

después del proceso de corrosión, encontrándose principalmente elementos aleantes del

acero inoxidable (Fe, Cr, Ni y Mo), así como los elementos provenientes de la salmuera

sintética.

80

X800 20m

Figura 49. Superficie de acero inoxidable 316 después de inmersión en salmuera sintética saturada con CO2 y 60°C a diferentes velocidades de rotación (1,100X).

200 400 600 800 1000 1200 1400

C

Fe

Ni

Cr

ClMo

Na

Fe

Cu

en

tas

(u.a

.)

Energía (KeV)

Figura 50. Análisis de EDS tomado a la muestra de acero inoxidable después de inmersión en salmuera sintética saturada con CO2 y 60°C

81



presenta una tendencia a disminuir conforme pasa el tiempo, mostrando un valor al inicio

del experimento de 7.9X105 Ohm/cm2 aproximadamente. Durante las siguientes 30 horas

los valores de Rp descendieron hasta estabilizarse, sin embargo, al incrementar las

velocidades de rotación a 3000 r.p.m., los valores de Rp de aumentaron hasta alcanzar

valores de 1X105 Ohm/cm2, mismos que se mantienen casi constantes durante las

siguientes 17 horas.


presentada en la Figura 52. Aquí se puede observar como al inicio del experimento, dicha

velocidad presenta un valor de 0.00189 mm/año aproximadamente, mientras que al

finalizar las 24 horas se registra valor de 0.0058 mm/año. Los valores máximos de

velocidad de corrosión se presentan durante las 3000 r.p.m., con valores de 0.037

mm/año, después la velocidad de corrosión descendió hasta alcanzar valores de 0.0027

mm/año. Estos valores demasiado pequeños en la velocidad de corrosión, indican que el

material prácticamente no presentó corrosión alguna durante las 32 horas de prueba.


Una vez finalizado el experimento, fue analizada la superficie de la muestra con

microscopía electrónica de barrido y en la Figura 53 se presenta la condición superficial

de la misma. Se puede observar que la pieza de acero inoxidable se presenta libre de

capas de óxido o corrosión generalizada, así como libre de corrosión por picaduras.

82

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-1x105

0

1x105

2x105

3x105

4x105

5x105

6x105

7x105

8x105

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

Re

sist

en

cia

a la

po

lari

zaci

ón

(O

hm

s -

cm2 )

Pendiente de Rp

Figura 51. Resistencia a la polarización para acero inoxidable 316 inmerso en salmuera

sintética saturada con CO2 y 60°C a diferentes velocidades de rotación.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32

50004000300020001000 rpm

Tiempo (horas)

-0.005

0.000

0.005

0.010

0.015

0.020

0.025

0.030

0.035

0.040

Ve

locid

ad

de

corro

sión

(mm

/añ

o)

Figura 52. Velocidad de corrosión para acero inoxidable 316 inmerso en salmuera

sintética saturada con CO2 y 60°C a diferentes velocidades de rotación. .

83

X750 20m

Figura 53. Superficie de acero inoxidable en salmuera sintética saturada con CO2 y 60°C a diferentes velocidades de rotación.

3.5 Acero inoxidable austenítico en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C

en condiciones estáticas.

El arreglo empleado en la celda electroquímica para la prueba en condiciones estáticas,

fue el mismo que se utilizó en las pruebas anteriores. Ver Figuras 15 y 26. Esta prueba se

realizó con la finalidad de observar el comportamiento del acero inoxidable en condiciones

estáticas, a temperatura ambiente y con la misma composición química del electrolito.

Para esta prueba se empleó la técnica de Ruido Electroquímico para el monitoreo, ya que

se pretendió evitar al máximo la perturbación externa y/o el proceso de corrosión

acelerado.


La muestra de acero inoxidable fue inmersa en una salmuera recién preparada con la

misma composición que los experimentos anteriores, en la cual se burbujeó CO2 hasta

alcanza el pH 3.8. Durante 24 horas se efectuaron mediciones de ruido electroquímico en

potencial y en corriente, tomando una lectura por cada 5 segundos. El potencial y la

corriente presentaron las siguientes fluctuaciones. Ver Figura 54.

En la serie de ruido en potencial, se presentó un comportamiento similar al observado en

condiciones de flujo dinámico con una velocidad de rotación de 1000 r.p.m., al inicio del

84

experimento se presentó un potencial poco negativo de –50 mV y durante las siguientes

24 horas el potencial presentó una tendencia a disminuir, alcanzando valores de -247

mV. En la serie de ruido en corriente, se presentaron transitorios importantes solo al inicio

de la prueba, pero a partir de la hora 4, se mantuvieron ligeramente constantes.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

-300

-250

-200

-150

-100

-50

Tiempo (horas)

Po

ten

cia

l (m

V)

0.0

5.0x10-8

1.0x10-7

1.5x10-7

Co

rrien

te (m

A/cm

2)


salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C y 24 horas en condiciones estáticas.

En la Figura 55 se presenta la gráfica de resistencia a la polarización obtenida de los

datos de ruido en potencial y corriente, en ésta se puede observar como la pendiente de

Rp, presenta una marcada tendencia a disminuir conforme transcurren las 24 horas. Al

inicio del experimento, se obtuvo una Rp de 3.36X106 Ohm/cm2 y de las 12 a las 24

horas, el potencial permaneció casi constante, alcanzando un valor de 1.25X105 Ohm/cm2

al finalizar el experimento. En la Tabla 10 se muestran los parámetros electroquímicos

de resistencia a la polarización, obtenidos de las series de tiempo de ruido en corriente y

en potencial.

85

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

0.0

5.0x105

1.0x106

1.5x106

2.0x106

2.5x106

3.0x106

3.5x106

Pendiente de Rp

Res

iste

nci

a a

la p

ola

riza

ció

n (

Oh

m/c

m2 )

Tiempo (horas)

Figura 55. Resistencia a la polarización de ruido, para acero inoxidable en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C y 24 horas en condiciones estáticas.

3.6 Análisis en conjunto de los sistemas.

Comparando las resistencias a la polarización obtenidas a partir de los datos de ruido

electroquímico de los sistemas bajo estudio (acero al carbono 1018 y acero inoxidable

316), a 27°C y 60°C, se observa para ambas muestras, que los valores más bajos de Rp

se presentaron en las pruebas a temperatura de 60°C.

Observando la comparación de las pruebas con acero al carbono, se puede decir que las

variaciones en las velocidades de rotación afectaron de forma significativa en ambos

experimentos, sin embargo, a 27°C se presentaron valores superiores de Rp, mientras

que a 60°C se presentaron los valores más bajos. Ver Figura 56.

86

Tabla 10. Parámetros electroquímicos obtenidos de la técnica de Ruido Electroquímico para acero inoxidable 316 en salmuera sintética saturada con CO2 a 27°C y 24 horas en condiciones estáticas.

Hora V (mV)

i (mA/cm2)

Rp (Ohm/cm2)

0 53.4104 1.587E-08 3.365E+06 1 0.9930 2.225E-09 4.462E+05 2 1.5871 1.317E-09 1.205E+06 3 0.2032 1.720E-09 1.182E+05 4 0.3280 1.815E-09 1.808E+05 5 0.1391 2.044E-09 6.808E+04 6 0.1771 1.677E-09 1.056E+05 7 0.1476 1.685E-09 8.760E+04 8 0.1434 1.636E-09 8.762E+04 9 0.2058 1.837E-09 1.120E+05 10 0.3903 1.801E-09 2.167E+05 11 2.4358 1.795E-09 1.357E+06 12 0.2748 1.417E-09 1.940E+05 13 0.1056 1.758E-09 6.008E+04 14 0.0911 1.362E-09 6.691E+04 15 0.0803 1.503E-09 5.340E+04 16 0.1609 1.689E-09 9.527E+04 17 0.1358 1.663E-09 8.166E+04 18 0.1930 1.654E-09 1.167E+05 19 0.2406 1.627E-09 1.479E+05 20 0.2141 1.483E-09 1.444E+05 21 0.0860 1.407E-09 6.110E+04 22 0.1160 4.086E-09 2.839E+04 23 0.2257 1.839E-09 1.227E+05 24 0.2256 1.854E-09 1.26E+05

En la comparación de las pruebas realizadas con muestras de acero inoxidable

austenítico, a 27 y 60°C, así como en condiciones estáticas y de flujo turbulento, se puede

concluir que los valores de Rp más bajos obtenidos fueron para la prueba a 60°C y flujo

turbulento, mientras que las variaciones en las velocidades de rotación no afectaron de

forma significativa los valores de Rp obtenidos en ninguna de las dos pruebas bajo

condiciones de flujo turbulento. Ver Figura 57.

87

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34-1x105

0

1x105

2x105

3x105

4x105

5x105

Re

sist

en

cia

a la

pol

ari

zaci

ón

(O

hm

/cm

2 )

Tiempo (horas)

27°C flujo turbulento 60°C flujo turbulento

Figura 56. Comparación de la Rp obtenida de ruido electroquímico

para las muestras de acero al carbono.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34

0.0

2.0x105

4.0x105

6.0x105

8.0x105

1.0x106

1.2x106

1.4x106

Re

sist

enc

ia a

la p

ola

riza

ció

n (

Oh

m/c

m2 )

Tiempo (horas)

27°C flujo turbulento 27°C condiciones estáticas 60°C flujo turbulento

Figura 57. Comparación de la Rp obtenida de ruido electroquímico para las muestras de acero inoxidable.

88

En la Figura 58 se presenta una comparación de las velocidades de corrosión estimadas

para las diferentes temperaturas de experimentación, empleando la técnica de resistencia

a la polarización lineal. Aquí se puede observar claramente un aumento en la velocidad de

corrosión para la prueba a 60°C, mientras que la velocidad de corrosión se mantuvo

prácticamente constante durante las primeras 24 horas a 1000 r.p.m. Sin embargo, una

vez que fue aumentada la velocidad de rotación hasta 5000 r.p.m., los valores de

velocidad de corrosión se dispararon hasta 27 mm/año aproximadamente, donde el

mismo comportamiento fue observado para la prueba a 27°C.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 320

5

10

15

20

25

30

27°C 60°C

Tiempo (horas)

Ve

loci

da

d d

e C

orr

osi

ón

(m

m/a

ño

)

Figura 58. Comparación de la velocidad de corrosión obtenida por la técnica de resistencia a la polarización lineal para las muestras de acero inoxidable austenítico 316.

89

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Conclusiones

1. Tanto el acero al carbono 1018, como el acero inoxidable austenítico 316,

registraron bajos valores de Rp en las pruebas efectuadas a 60°C, mientras que dichos

valores presentaron una tendencia a disminuir con el tiempo tanto para 27°C como para

60°C, comportamiento atribuido a la formación de películas protectoras, principalmente en

el acero 1018.

2. En el acero 1018, se observó que durante las primeras 24 horas a 1000 r.p.m. y

27°C, se formó una película de apariencia porosa que presentó grietas, facilitando con

esto la penetración de cloro y la formación de corrosión localizada, sin embargo, mediante

técnicas electroquímicas se demostró que dicha película frenó temporalmente el proceso

de corrosión generalizada.

3. Se demostró que el aumento en la velocidad de rotación provocó el

desprendimiento de la película formada por productos de corrosión, dejando zonas de la

superficie metálica desprotegidas, lo cual facilitó el proceso de corrosión generalizada.

4. Se encontró que la velocidad de corrosión para acero al carbono 1018 fue

notablemente más alta a temperaturas de 60°C, ya que se observó que las películas

formadas a dichas temperaturas resultaron ser pobremente adherentes y con tendencia a

desprenderse fácilmente de la superficie metálica una vez que la velocidad de rotación fue

incrementada.

5. Los análisis de morfología mediante microscopía electrónica de barrido en

muestras de acero 1018, demostraron la formación de varias capas de óxido durante el

tiempo de experimentación, donde la primera se formó a 1000 r.p.m., y las capas

posteriores fueron formadas a velocidades de 2000 y 5000 r.p.m. Se observó además la

90

presencia de corrosión localizada en forma de picaduras ocasionadas por el cloro

proveniente de la composición química de la salmuera.

6. El acero inoxidable 316 no presentó fenómenos de corrosión en el lapso de 32

horas de duración del experimento, sin embargo, podría presentarla en pruebas con

largos tiempos de inmersión y temperaturas elevadas. Los valores de Rp obtenidos para

el acero inoxidable bajo condiciones estáticas, arrojaron resultados similares para ambas

temperaturas.

4.2 Recomendaciones

1. Se recomienda modificar la composición química de la salmuera, variando las

concentraciones de NaCl, KCl, CaCl2, NaBr, etc., ya que estas sustancias son

frecuentemente encontradas en ambientes reales y juegan un papel importante en la

formación de películas protectoras y en la velocidad de corrosión.

2. Se recomienda modificar el pH hacia valores más alcalinos, para estudiar la

formación y crecimiento de las películas protectoras en condiciones de flujo turbulento sin

inhibición.

3. Se recomienda experimentar con temperaturas superiores a los 60°C, para

analizar si se beneficia la formación de películas más protectoras o acelera la velocidad

de corrosión.

4. Es recomendable experimentar con H2S disuelto en soluciones acuosas por

separado o en combinación con el CO2, ya que ambos gases generan la corrosividad en

los ambientes de producción petrolera.

91

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Velocidad de corrosión en aceros bajo condiciones de … · CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN MATERIALES AVANZADOS DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO "Velocidad de corrosión en aceros