Estudio de los efectos de un par galvánico en un laboratorio de corrosión

La corrosión galvánica desde tiempos remotos se conoce como la interacción de dos materiales disímiles, se presenta en materiales que se usan en forma de aleaciones, estas aleaciones generalmente traen consigo cambio de las propiedades metalúrgicas y debido a esto se generan unos cambios en las propiedades electroquímicas.

Objetivos

Hallar la velocidad de deterioro en mpy (milipulgadas por año).

Diagnosticar el impacto del área del cátodo y del ánodo sobre la erosión.

Procedimiento experimental

Para elaborar este experimento, se requiere preparar 1 L de solución de NaCl 1 N. Se debe realizar el montaje de una celda electroquímica. Es necesario utilizar electrodos de hierro y cobre de diferentes áreas. Luego se conecta la celda electroquímica a un multímetro y se revisa el circuito. Es fundamental disminuir el valor de la resistencia eléctrica. Se registran los datos de las corrientes y los potenciales individuales de cada electrodo con las diferencias de potencial respectivas.

Registro fotográfico

Fig. 1. Circuito de la celda

Fig. 2. Forma de los electrodos

Saturado con oxígeno

SISTEMA 1. Fe (Pequeño-Ánodo)-Cu (Grande-Cátodo)
E-Fe	E-Cu	Corriente	i-Fe	i-Cu	Fe	Cu
(mV)	(mV)	(uA)	(μA/cm2)	(μA/cm2)	Log i	Log i
-411	-633	0	0	0	0	0
-427	-767	1	2	1	0.30103	0
-431	-695	5	10	5	1	0.69897
-430	-728	10	20	10	1.30103	1
-442	-522	32	64	32	1.80617997	1.50514998
-451	-447	59	118	59	2.07188201	1.77085201
-482	-344	105	210	105	2.32221929	2.0211893
-540	-164	174	348	174	2.54157924	2.24054925
-636	-84	520	1040	520	3.01703334	2.71600334

I corrosión=58.99

SISTEMA 2.  Áreas Iguales de Fe y Cu
E-Fe	E-Cu	Corriente	i-Fe=i-Cu	Fe=Cu
(mV)	(mV)	(μA)	(μA/cm2)	Log i
-419	-70.9	0	0	0
-413	-73.3	1	1	0
-412	-75.9	10	10	1
-407	-90.4	27	27	1.43136376
-399	122.2	43	43	1.63346846
-392	170.9	55	55	1.74036269
-381	-297	102.5	102.5	2.01072387
-371	-417	150	150	2.17609126

I corrosión=102.50

SISTEMA 3. Fe (Ánodo-Grande)-Cu (Cátodo-Pequeño)
E-Fe	E-Cu	Corriente	i-Fe	i-Cu	Fe	Cu
(mV)	(mV)	(μA)	(μA/cm2)	(μA/cm2)	Log i	Log i
-450	-95.3	0	0	0	0	0
-470	-93.8	1	1	2	0	0.30103
-479	-99.8	5	5	10	0.69897	1
-483	-105.1	10	10	20	1	1.30103
-490	-125.3	20	20	40	1.30103	1.60205999
-490	-175.9	41	41	82	1.61278386	1.91381385
-490	-298.3	91	91	182	1.95904139	2.26007139
-490	-377	122	122	244	2.08635983	2.38738983
-484	-499	245	245	490	2.38916608	2.69019608
-542	-450	250	250	500	2.39794001	2.69897
-476	-611	450	450	900	2.65321251	2.95424251

I corrosión=490

Saturado con nitrógeno

Sistema 4. Áreas iguales Fe y Cu
i	Log i	Fe (mV)	Cu (mV)
0		-0.542	-0.2275
5	0.69897	-0.536	-0.2623
10	1	-0.537	-0.2893
20	1.30103	-0.536	-0.334
27	1.43136376	-0.539	-0.414
40	1.60205999	-0.54	-0.525
46,8	1.67024585	-0.54	-0.575
67	1.8260748	-0.537	-0.655

I corrosión=1.62

SISTEMA 5. Fe (Grande -Ánodo)-Cu (Pequeño-Cátodo)
E-Fe	E-Cu	Corriente	i-Fe	i-Cu	Fe	Cu
(mV)	(mV)	(uA)	(μA/cm2)	(μA/cm2)	Log i	Log i
-600	-1448	0	0	0	0	0
-623	-2279	7.19	7.19	14.38	0.85672889	1.15775889
-625	-2186	9.96	9.96	19.92	0.99825934	1.29928933
-627	-2082	17.07	17.07	34.14	1.23223352	1.53326352
-630	-1902	29.05	29.05	58.1	1.46314614	1.76417613

Cálculo de la velocidad de corrosión en mpy del ánodo en cada celda electroquímica

Cobre, densidad: 8.96 g/cm³                       Peso atómico: 63.54 g/mol

Hierro, densidad: 7.86 g/cm³                         Peso atómico: 55.847 g/mol

                

a = Peso atómico

i = Densidad constante en µA/cm²

D = Densidad en g/cm³

n = Número de equivalentes de intercambio “carga”

SISTEMA 1: Fe grande (ánodo) - Cu pequeño (cátodo)

Para determinar la velocidad de corrosión en mpy en cada sistema, se realizaron los cálculos usando la ecuación (1)

I corrosión=490

SISTEMA 2: Fe – Cu (áreas iguales)

I corrosión=102.50 

SISTEMA 3: Fe pequeño- Cu grande

I corrosión=58.99

SISTEMA 4: Fe- Cu (áreas iguales saturadas con nitrógeno)

I corrosión=1.62

Al cambiar la concentración, la velocidad de reacción va a variar produciendo un aumento o disminución de la misma, porque si aumenta la conductividad hay mayor transporte de iones lo cual genera el aumento de la velocidad de corrosión y cuando la conductividad disminuye, la velocidad de corrosión también lo hace, debido a que hay menor paso de iones; esta definición está basada en que la conductividad de una solución tiene la capacidad de pasar cargas a través de él.

Cuando el sistema está desaireado, se puede generar una disminución de la velocidad de corrosión debido a que gracias a la presencia de oxígeno puede generar la capa pasiva generando esa disminución de la velocidad de corrosión. En un sistema desaireado genera un aumento de la velocidad de corrosión. Cuando un material entra en contacto con una solución rica en oxígeno, se protege actuando como cátodo, mientras que las superficies en soluciones pobres en oxígeno se comportan como ánodos o tienden a una mayor corrosión.

Conclusiones

Se observó directamente los diferentes efectos de la corrosión por par galvánico.

Cuando se tienen áreas iguales, se observa una mayor I de corrosión, esto se debe a que por la igualdad en el área, no influye el efecto del área y por lo tanto se va a corroer sin limitaciones.

Cuando el área del hierro es menor se observa un aumento del I de corrosión, pero no es el mayor debido a que en el sistema el cátodo es pequeño y el ánodo es grande por lo cual hay un exceso de consumo de electrones y casi no hay corrosión.

Se observó que en el proceso de par galvánico o corrosión galvánica, es efectivo en presencia de dos metales con una diferencia de potencial o de materiales diferentes unidos y en un medio corrosivo electrolítico; en dicho caso, el hierro se comporta como ánodo y el cobre como cátodo.

Bibliografía

Jones, Denys A. Principles and Prevention of Corrosion, Second Edition. Prentice Hall. 

 Fonteira M. Greene N. Corrosion Engineering. Mc Graw Hill Book Company. 

 José Salomón Boha. Ingeniería de Corrosión. Instituto Nacional del Acero.