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Proyecto final de FISICOQUÍMICA II. Informe de corrosión de varillas...

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Instituto Tecnológico de la Laguna Ingeniería química Fisicoquímica II Ing. Alejandro Cheang Martínez

Proyecto “Experimento de corrosión de varillas” Miriam Marentes Hernández Frida Josefina Jiménez Rivera Paulina García Amador Eder Alejandro Bañuelos Silva Federico Guevara Medrano

17131130 17131118 17131099 17131060 17131107 Torreón, Coah. 18/05/20

“Experimento de corrosión de varillas” Objetivo: Evaluar la velocidad de corrosión del acero en diferentes soluciones.

Introducción Con frecuencia la corrosión se confunde con un proceso de oxidación, pero es un proceso más complejo. Ésta es la gradual destrucción y desintegración de los materiales debido a un proceso electro-químico, químico o de erosión debido a la interacción del material con el medio que lo rodea.

Marco Teórico Corrosión La corrosión es el deterioro que sufren los metales al ser atacados por los más diversos agentes químicos. También se puede definir como la destrucción o deterioro continuo a través del tiempo de un material debido a una reacción química o electroquímica con el medio ambiente o el micro ambiente donde se encuentra trabajando u operando el material en cuestión. Igualmente podríamos definir la corrosión como el proceso mediante el cual los materiales tienden a abandonar el estado de transformación a que el hombre los sometió, para regresar a su estado natural primitivo. Este proceso es acelerado por el oxígeno, el agua, los productos químicos o biológicos, la temperatura y el cambio en la composición físico-química del material. La corrosión se puede manifestar como una película delgada, fina y adherida a la superficie base del metal a la que simplemente mancha y le hace perder brillo, lo cual puede considerarse favorable ya que puede proteger o dificultar la continuación de la acción destructiva del proceso de corrosión. Las formas más conocidas de corrosión son: 1. Corrosión uniforme En este caso el metal es afectado uniformemente, quedando la superficie cubierta con los residuos resultantes del proceso de corrosión. Este fenómeno es muy común en los equipos o superficies expuestas a altas temperaturas y realmente se trata de un mecanismo de oxidación por altas temperaturas. También se da en materiales metálicos expuestos a soluciones ácidas. 2. Corrosión localizada

“Experimento de corrosión de varillas” El ataque se da como pequeños agujeros tipo pitting, los cuales son de forma irregular que a menudo se conectan entre sí. Entre las causas de la corrosión por puntos, se pueden citar las siguientes: Imperfecciones estructurales del metal, impurezas y heterogeneidad de las aleaciones. 3. Corrosión por ataque selectivo Esta forma es semejante a la anterior pero se distribuye en áreas extensas. Ocurre generalmente en metales o aleaciones no homogéneos, debido a inclusiones, segregación, presencia de fases o defectos de los cristales del metal. 4. Corrosión por erosión Hay casos en que los metales son expuestos en ambientes agresivos o propicios para un proceso de corrosión y los productos de este se desprenden del metal generándose erosión y con ella la desintegración. Algunos óxidos de aluminio, por ejemplo, forman una capa protectora y cuando ésta es removida por la erosión, el metal queda vulnerable a un nuevo ataque 5. Corrosión galvánica Como se ha dicho anteriormente, la corrosión es esencialmente un proceso electrolítico que da lugar a que el metal se transforme total o parcialmente pasando del estado metálico al iónico. Este fenómeno se puede dar entre zonas distintas del mismo material o entre materiales distintos que están en contacto y en presencia de un electrolito determinado generando ataque sobre uno de los dos a cambio de la protección del otro, lo cual es conocido como corrosión galvánica. 6. Corrosión por altas temperaturas El acero es una aleación hierro carbono que es susceptible a transformaciones en sus fases constitutivas al ser expuesto a altas temperaturas, las cuales tienen comportamientos diferentes a un ataque por corrosión. Igualmente sucede con otras aleaciones no ferrosas que pueden ser atacadas de diferente manera o altas temperaturas. Principales métodos de control de corrosión utilizados en la industria  Protección catódica.  Protección anódica.  Recubrimientos orgánicos.

“Experimento de corrosión de varillas”  Recubrimientos inorgánicos.  Selección de materiales.  Modificaciones de diseño.  Modificaciones del medio actuante.

Oxidación La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal ceden electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor. El nombre de "oxidación" proviene de que en la mayoría de estas reacciones, la transferencia de electrones se da mediante la adquisición de átomos de oxígeno, Sin embargo, la oxidación y la reducción puede darse sin que haya intercambio de oxígeno de por medio, por ejemplo, la oxidación de yoduro de sodio a yodo mediante la reducción de cloro a cloruro de sodio. Existen 2 tipos de oxidación 1. Oxidación lenta La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena). 2. Oxidación rápida La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno, (Hidrocarburos) Cuando el oxígeno se combina con un metal, puede formar o bien óxidos básicos o peróxidos, estos óxidos se caracterizan por ser de tipo básicos. Si se combina el oxígeno con un no metal forma óxidos ácidos también llamados anhídridos y caracterizados por ser de tipo ácido.

“Experimento de corrosión de varillas”

Experimento Este experimento se llevó acabo con el propósito de observar la corrosión de las varillas al sumergirlas en diferentes soluciones y de esta manera, estimar el tiempo en el que las varillas. El experimento se llevó a cabo de la siguiente manera:

o o o o o o

1. 2.

3.

4.

5. 6.

 Materiales y sustancias: Ácido muriático. 12 varillas de 10 cm aproximadamente. Agua destilada. Tres frascos de vidrio. Probeta de 100 ml. Balanza electrónica.  Procedimiento: Se colocaron 4 varillas en cada uno de los tres frascos. Un frasco se llenó solamente con agua y se tapó. Al segundo frasco, se le agregaron 50 ml de agua y 150 ml de ácido muriático. El tercer frasco, se llenó con las mismas condiciones que el segundo. Este frasco, a diferencia del primero, se le iba a cambiar la solución cada 10 días. Todas las varillas fueron pesadas cada diez días, se medía el peso de cada una de las varillas y se sacaba el promedio de peso obtenido por frasco. Al cambiar la solución en el tercer frasco se aseguró de darle una buena disposición a los residuos generados, ya que dichos residuos fueron entregadas a la encargada del manejo y gestión de residuos del Instituto Tecnológico de la Laguna. Se tomaron diariamente fotografías de cada uno de los frascos y varillas. También se hicieron anotaciones y observaciones periódicamente del progreso del experimento. Este mismo procedimiento se realizó 9 veces más hasta completar 100 días. Por último, se hizo una estimación del tiempo en que tardarían en desaparecer las varillas en cada uno de los tres frascos de acuerdo a los datos obtenidos durante todo el tiempo en el que se llevó a cabo el experimento.

“Experimento de corrosión de varillas”

Resultados y observaciones  Frasco con Agua Peso promedio (gr) 0 43.4 07-feb 17-feb 10 43.2 27-feb 20 42.85 08-mar 30 42.83 18-mar 40 42.78 28-mar 50 42.58 07-abr 60 42.58 17-abr 70 42.53 27-abr 80 42.38 07-may 90 42.30 17-may 100 42.28 Pérdida de peso total Fecha

Día

Obj ect3

W (pérdida de peso en gr) 0 0.20 0.35 0.02 0.05 0.20 0.00 0.05 0.15 0.08 0.02 1.13

“Experimento de corrosión de varillas”

Observaciones

Primer dí no hubo re las vari tempera p

imento, ntroducir gua a nte por

Día 50 La coloracion ha variado poco, se observan burbujas de aire atrapadas entre las ranuras de las varillas.

Día 10 Los cambios son muy pequeños, apenas se nota un ligero cambio en el color de las varillas en las puntas.

La color visible un ton ellas y flota

Día 20 Los cambios siguen sin ser notorios, la coloración es ligeramente diferente, los extremos comienzan a mostrar signos de óxido, pero son mínimos.

aco nas as a, el y el

mbiado serva co en culas ua.

Cálculos Utilizando la ecuación generada por la grafica

Datos

Peso inicial promedio=43.40 W =1.13 gr 6 t=100 días =8.64 x 10 seg

y=−0.0098 x +43.199 Las varillas se consumirán por completo en:

0=−0.0098 x+ 43.199 x=4408.0612 días

 Frasco con ácido de cambio cada 10 días Fecha

Día

07-feb 17-feb 27-feb 08-mar 18-mar 28-mar 07-abr 17-abr

0 10 20 30 40 50 60 70

Peso promedio (gr) 43.36 42.18 41.27 40.33 38.23 37.33 37.33 36.38

W (pérdida de peso en gr) 1.18 0.91 0.94 2.10 0.90 0.00 0.95

“Experimento de corrosión de varillas” 27-abr 80 07-may 90 17-may 100 Pérdida de peso

35.33 34.23 33.2 total

1.05 1.10 1.03 10.16

Frasco con ácido en constante cambio 46.00

f(x) = − 2.24 x + 49.69 R² = 0.5

peso promedio de las varillas

44.00 42.00 40.00 38.00 36.00 34.00 32.00 30.00 0

2

4

6

8

Dias trascurridos

Obse

es

10

12

14

“Experimento de corrosión de varillas” Día 1 Al agregar el ácido muriático a las varillas, se generó una reacción en la que se generó un tipo de efervescencia que duró aproximadamente un par de días.

Día 10 Se observó que las varillas perdieron su color brillante y plateado. Se tornaron de un color oscuro. También, se observó que se desprendieron partículas.

Día 50 La solución se tornó mucho más turbia con el pasar de los días.

Día 70 Se observó que algunas varillas comenzaron a presentar signos de oxidación

Día 20 Esta vez, al agregar el ácido la efervescencia producida fue menos fuerte, pero duró mucho más tiempo que la vez primera.

Día 100 La oxidación se generalizó y ya se presenta en todas las varillas. La solución se empieza a tornar de un color anaranjado.

Cálculos Datos Peso inicial promedio=43.36 W =10.16 gr 6 t=100 días =8.64 x 10 seg

Utilizando la ecuación generada por la grafica y=−0.1003 x +43.305 Las varillas se consumirán por completo en: 0=−0.1003 x+ 43.305 x=431.7547 días

 Frasco con ácido sin cambios Fecha

Día

07-feb 17-feb 27-feb 08-mar 18-mar 28-mar 07-abr 17-abr

0 10 20 30 40 50 60 70

Peso promedio (gr) 43.50 43.10 42.80 42.50 41.30 40.90 40.10 39.70

W (pérdida de peso en gr) 0.00 0.40 0.30 0.30 1.20 0.40 0.80 0.40

“Experimento de corrosión de varillas” 27-abr 80 07-may 90 17-may 100 Pérdida de peso

39.20 38.60 37.90 total

0.50 0.60 0.70 5.60

Frasco con ácido sin cambio 44.00 f(x) = − 0.06 x + 43.76 R² = 0.99

peso promedio de las varillas

43.00 42.00 41.00 40.00 39.00 38.00 37.00 36.00 0

20

40

60

80

100

120

Dias trascurridos

Observaciones

Día 1 Primer día del experimento, hubo una reacción un poco

Día 10 Aquí ya hubo cambios en el color de las varillas y

Día 20 La coloración liquida del envase cambio, tal vez

“Experimento de corrosión de varillas” lenta pero se podía apreciar el burbujeo y desprendimiento de calor.

dejo de apreciarse la reacción.

porque no estaba muy limpio.

Día 50 La coloración de las varillas no ha cambiado mucho, solo se puede apreciaren las puntas

Día 70 A partir de aquí podemos ver un gran cambio en la coloración de las varillas, así como la poca perdida de pesos de estas

Día 100 Prácticamente ya no hubo reacción y se mantuvieron constantes todas sus características

Cálculos Datos Peso inicial promedio=43.50 W =5.60 gr 6 t=100 días =8.64 x 10 seg

Utilizando la ecuación generada por la grafica y=−0.0578 x +43.764 Las varillas se consumirán por completo en: 0=−0.0578 x+ 43.764 x=757.1626 días

Resumen de datos obtenidos del experimento Frasco Con agua Con ácido con cambio cada 10 días Con ácido sin cambio

Peso consumido en 100 días 1.13 gr 10.16 gr

Tiempo de consumo total (días) 4408.0612 431.7547

5.60 gr

757.1626

“Experimento de corrosión de varillas”

Comparación de los 3 frascos 46 44 f(x) = − 0.06 x + 43.76 f(x) −− 0.1 f(x) 0.01x x++43.31 43.22 R² ===0.99 R² R² == 1 0.92

Peso de las varillas (gr)

42

Frasco con agua Linear (Frasco con agua) Frasco con ácido de constante cambio

40 38 36 34 32 30 0

20

40

60

Días trascurridos

80

100

120

“Experimento de corrosión de varillas”

Conclusiones En este experimento abordamos la velocidad de corrosion del acero en distintas soluciones, tomando en cuenta que no es un proceso de oxidación, sino de la desintegración de los materiales, en este caso fue de las varillas de acero; pudimos observar que esta corrosión afecta de manera distinta dependiendo de las características a las que se someten. La característica con la que jugamos fue lel tipo de solucion a las que estas varillas fueron introducidas, esto lo hicimos para conocer y evaluar el tipo de corrosión que hay, de las cuales podemos deducir que conocimos tres tipos de corrosión: esto debido a la diferente solucion a la que las varillas fueron introducidas. Respecto a los resultados obtenidos se puede apreciar con facilidad que las varillas cambiaron fisicamente, sobre todo en el color y perdieron un poco de peso. También podemos decir que, como era de esperarse, la mayor pérdida de peso se dio en las varillas que estaban en una solución con ácido (50 ml de ácido y 150 ml de agua) que era cambiada cada 10 días, de ésta sigue la solución de ácido y agua que no se cambió en ningún momento del experimento y finalmente, las varillas que perdieron menos peso fueron las que se encontraban en agua simple. Al final del experimento podemos concluir que la velocidad de corrosión no solo depende del material que se oxida, sino de las condiciones en las que se encuentra. En materiales de construcción tan utilizados como lo es el acero, es de suma importancia considerar factores del medio, como la salinidad, el pH, la temperatura, el tiempo de exposición, entre muchos otros, pues conocerlas puede hacer la diferencia entre que una estructura dure siglos, décadas o se debilite en meses.

Bibliografía Casallas Salinas, Q. (2005). Ingeniería Industrial. Conceptos básicos de corrosión. Bogotá, Colombia: Universidad Libre

“Experimento de corrosión de varillas”

Mayorga Cázares, S. (2017). Corrosión en la industria. 17/05/20, de Tecnología de Procesos Industriales S.A. Sitio web: http://www.tpi.cl/pdf/biblioteca/industrial/corros2.pdf...