i
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN DE TRES ACEROS
COMERCIALES USADOS EN LA CONSTRUCCIÓN, EN UN DISPOSITIVO
EXPERIMENTAL
TRABAJO DE TITULACIÓN, MODALIDAD PROYECTO DE INVESTIGACIÓN
PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO
AUTOR: DIANA CAROLINA PACHECO CHICAIZA
TUTOR: ING. MARCO VINICIO ROSERO ESPÍN MSc.
QUITO
2017
ii
DERECHO DE AUTOR
Yo Pacheco Chicaiza Diana Carolina en calidad de autor del trabajo de investigación,
ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN DE TRES ACEROS
COMERCIALES USADOS EN LA CONSTRUCCIÓN, EN UN DISPOSITIVO
EXPERIMENTAL, autorizo a la Universidad Central del Ecuador hacer uso de todos los
contenidos que me pertenecen o parte de los que contiene esta obra, con fines
estrictamente académicos o de investigación.
Los derechos que como autor me corresponden, con excepción de la presente
autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los
artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su
Reglamento.
Asimismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización
y publicación de este trabajo de investigación en el repositorio virtual, de conformidad a
lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior.
-----------------------------------------
Diana Carolina Pacheco Chicaiza
CC: 1722703699
Dirección electrónica: [email protected]
iii
APROBACIÓN DEL TUTOR
Yo, MARCO VINICIO ROSERO ESPÍN en calidad de Tutor del Trabajo de Titulación,
Modalidad proyecto de investigación: ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE
CORROSIÓN DE TRES ACEROS COMERCIALES USADOS EN LA
CONSTRUCCIÓN, EN UN DISPOSITIVO EXPERIMENTAL, elaborado por la
estudiante PACHECO CHICAIZA DIANA CAROLINA de la Carrera de Ingeniería
Química, Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador,
considero que el mismo reúne los requisitos y méritos necesarios en el campo
metodológico y en el campo epistemológico, para ser sometido a la evaluación por parte
del jurado examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo
sea habilitado para continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad
Central del Ecuador.
En la ciudad de Quito, a los ocho días del mes junio de 2017.
------------------------------------
Ing. Marco Vinicio Rosero Espín MSc.
C.C: 0801997545
iv
DEDICATORIA
A mis Padres Jorge Pacheco
y Piedad Chicaiza por su
amor, apoyo incondicional y
esfuerzo durante mi etapa de
formación profesional.
A mis Hijos Elkin y Aarón por
ser mi alegría, mi
motivación, mi orgullo y
aunque no estuve presente en
tantos momentos lindos de su
niñez siempre le pedí a Dios
que me los cuide.
v
AGRADECIMIENTO
Mi agradecimiento:
A Dios por darme la luz para cumplir uno de mis objetivos propuestos y brindarme la
oportunidad de ser madre, para agradecer el amor, cariño y esfuerzo que realizaron mis
padres para darme una educación de calidad.
A los docentes de la Facultad Ingeniería Química que impartieron sus conocimientos para
mi desarrollo estudiantil y profesional.
Al Ing. Marco Rosero por su tiempo empleado como tutor, durante el desarrollo de mi
trabajo de titulación.
A mi Padre Jorge Pacheco por permitirme formar parte de su vida profesional, compartir
sus conocimientos profesionales, éticos, sus anécdotas y la confianza depositada en mí.
A mi Madre por brindarles su cariño y tiempo a mis hijos durante mi etapa estudiantil
universitaria.
A mis Hermanos Ruth y Wladimir por su constante motivación, cariño y sobre todo por
su apoyo incondicional.
Al amor de mi vida, mi esposo Pablo por su amor, ayuda, comprensión y dedicación a
nuestros hijos.
A mis amigas y compañeros tesistas que me apoyaron durante esta etapa.
A las personas que de una u otra forma colaboraron durante el desarrollo del presente
trabajo de titulación.
vi
CONTENIDO
pág.
LISTA DE TABLAS ........................................................................................................ x
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................... xii
LISTA DE ANEXOS .................................................................................................... xiv
RESUMEN ..................................................................................................................... xv
ABSTRACT .................................................................................................................. xvi
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 1
1. MARCO TEÓRICO .................................................................................................... 3
1.1 Corrosión ................................................................................................................... 3
1.1.1 Corrosión de metales. .............................................................................................. 3
1.2 Importancia de la corrosión. ...................................................................................... 3
1.2.1 Pérdidas directas. ..................................................................................................... 3
1.2.2 Perdidas indirectas ................................................................................................... 4
1.3 Procesos corrosivos ................................................................................................... 4
1.3.1 Corrosión seca. ........................................................................................................ 4
1.3.2 Corrosión húmeda. .................................................................................................. 5
1.4 Formas de corrosión .................................................................................................. 5
1.5 Protección contra la corrosión ................................................................................... 5
1.5.1 Modificación del diseño. ......................................................................................... 6
1.5.2 Selección de materiales. .......................................................................................... 6
1.5.3 Recubrimientos. ....................................................................................................... 7
vii
1.5.4 Inhibidores de corrosión. ......................................................................................... 7
1.5.5 Protección catódica. ................................................................................................. 7
1.5.6 Protección anódica o pasivasión. ............................................................................. 8
1.6 Factores agresivos en los ambientes líquidos corrosivos. ......................................... 8
1.6.1 Composición físico-química. ................................................................................... 8
1.6.2 Oxígeno disuelto. ................................................................................................... 10
1.6.3 Acidez. ................................................................................................................... 11
1.6.4 Alcalinidad. ........................................................................................................... 11
1.6.5 Bacterias. ............................................................................................................... 11
1.6.6 Conductividad. ....................................................................................................... 11
1.6.7 Salinidad. ............................................................................................................... 11
1.6.8. Velocidad de Flujo. .............................................................................................. 12
1.7 Aceros al carbono ..................................................................................................... 12
1.7.1 Aceros al carbono ASTM A36. ............................................................................. 13
1.7.2 Acero al carbono ASTM A106. ............................................................................. 14
1.7.3 Acero al carbono ASTM A572. ............................................................................. 15
2. PARTE EXPERIMENTAL ....................................................................................... 16
2.1 Metodología .............................................................................................................. 16
2.1.1 Descripción del método. ........................................................................................ 16
2.2 Sustancias y reactivos. .............................................................................................. 17
2.3 Materiales y equipos. ................................................................................................ 17
2.4 Procedimiento ........................................................................................................... 18
2.4.1 Construcción del dispositivo experimental............................................................ 18
2.4.2 Selección de muestras corrosivas .......................................................................... 22
2.4.3 Selección de cupones de prueba. ........................................................................... 23
viii
2.4.4 Tratamiento químico inicial de los cupones de prueba. ........................................ 24
2.4.5 Evaluación inicial de los cupones de prueba. ........................................................ 25
2.4.6 Ensayos en el dispositivo experimental. ................................................................ 25
2.4.7 Tratamiento químico final de cupones de prueba. ................................................. 27
2.4.8 Evaluación final de los cupones de prueba ............................................................ 27
2.5 Datos Experimentales ............................................................................................... 28
2.5.1 Número de cupones de prueba............................................................................... 28
2.5.2 Dilución del ácido clorhídrico. .............................................................................. 28
2.5.3 Cantidad de muestra corrosiva. ............................................................................. 28
2.5.4 Parámetros fisicoquímicos medidos in situ de las muestras corrosivas. ............... 29
2.5.5 Parámetros fisicoquímicos de las muestras corrosivas. ......................................... 29
2.5.6 Datos de constantes utilizadas en corrosión. ......................................................... 29
2.5.7 Dimensiones de los cupones de prueba A36. ........................................................ 30
2.5.8 Dimensiones de los cupones de prueba A106 Gr. B. ............................................ 31
2.5.9 Dimensiones de los cupones de prueba A572 Gr. 50. ........................................... 32
2.5.10 Estudio gravimétrico de los cupones de prueba A36. ......................................... 33
2.5.11 Estudio gravimétrico de los cupones de prueba A106 Gr.B................................ 34
2.5.12 Estudio gravimétrico de los cupones de prueba A572 Gr. 50. ............................ 35
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS ............................................................................... 36
3.1 Cálculos modelos para los ensayos realizados. ........................................................ 36
3.1.1 Cálculo del número de cupones de prueba. ........................................................... 36
3.1.2 Cálculo de volumen de dilución del ácido clorhídrico. ......................................... 36
3.1.3 Cálculo del volumen de muestra corrosiva requerida para cada ensayo. .............. 37
3.1.4 Cálculo del área de exposición de los cupones de prueba. .................................... 37
3.1.5 Cálculo de la pérdida de peso de los cupones de prueba. ...................................... 37
3.1.6 Cálculo de la velocidad de corrosión ..................................................................... 38
ix
3.1.7 Cálculo de la velocidad de corrosión promedio. ................................................... 38
3.1.8 Cálculo para conversión de unidades de la velocidad de corrosión. ..................... 39
3.2 Resultados. .............................................................................................................. 39
3.2.1 Resultados de la evaluación inicial. ....................................................................... 39
3.2.2 Resultados de la evaluación final .......................................................................... 41
3.2.3 Resultados de velocidad de corrosión de los cupones de prueba. ......................... 44
3.2.4 Resultados de la velocidad de corrosión promedio de los cupones de prueba. ..... 49
3.2.5 Análisis estadístico. ............................................................................................... 53
3.2.6 Análisis de velocidad de corrosión promedio ....................................................... 57
4. DISCUSIÓN .............................................................................................................. 61
5. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 63
6. RECOMENDACIONES ............................................................................................ 65
CITAS BIBLIOGRAFICAS .......................................................................................... 67
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 70
ANEXOS ........................................................................................................................ 73
x
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Formas y mecanismos de corrosión (Mangonon, 2001) .................................... 5
Tabla 2. Materiales y agentes corrosivos (Gómez, 2004). ............................................... 6
Tabla 3. Parámetros hidroquímicos de costas ecuatorianas, (Maldonado, 2017) ............ 9
Tabla 4. Requisitos del agua destilada, (ASTM, 2001). .................................................. 9
Tabla 5. Elementos presentes en el agua de formación, (Bolaños, 2015). .................... 10
Tabla 6. Valores medidos en muestras puntuales tomadas del Río Cachaco
(Calderón, 2017)…..……………………………………………………………………10
Tabla 7. Clasificación de los diferentes tipos de agua. (Piña, 2010) ............................ 12
Tabla 8. Requerimientos químicos ASTM A36. (ASTM, 1986) ................................. 13
Tabla 9. Requerimientos mecánicos para el acero ASTM A36. (Mangonon, 2001) ... 14
Tabla 10. Requerimientos químicos ASTM A106. (ASTM, 1986) .............................. 14
Tabla 11. Requerimientos mecánicos para el acero ASTM A106 Gr. B.
(ASTM, 1986) ................................................................................................................ 14
Tabla 12. Requerimientos químicos ASTM A572. (ASTM, 1986) .............................. 15
Tabla 13. Requerimientos mecánicos para el acero ASTM A 572. (ASTM, 1986) ..... 15
Tabla 14. Datos para el número de cupones de prueba a ensayar. ................................ 28
Tabla 15. Datos para la dilución del ácido clorhídrico .................................................. 28
Tabla 16. Datos para la cantidad de muestra corrosiva a utilizar durante el ensayo. .... 28
Tabla 17. Datos experimentales in situ de las muestras corrosivas .............................. 29
Tabla 18. Datos experimentales de las muestras corrosivas medidas en el
laboratorio........................................................................................................................29
Tabla 19. Constantes de corrosión (ASTM G1-90, 1999) ............................................. 29
xi
Tabla 20. Dimensiones de los cupones de prueba A36 ................................................. 30
Tabla 21. Dimensiones de los cupones de prueba A106 Gr. B ..................................... 31
Tabla 22. Dimensiones de los cupones de prueba A572 Gr. 50 .................................... 32
Tabla 23. Datos del estudio gravimétrico de los cupones de prueba A36 ..................... 33
Tabla 24. Datos del estudio gravimétrico de los cupones de prueba A106 Gr. B ......... 34
Tabla 25. Datos del estudio gravimétrico de los cupones de prueba A572 Gr.50......... 35
Tabla 26. Evaluación final de muestras corrosivas ....................................................... 42
Tabla 27. Evaluación final de los cupones de prueba.................................................... 43
Tabla 28. Velocidad de corrosión de los cupones de prueba A36 ................................. 44
Tabla 29. Velocidad de corrosión de los cupones de prueba A106 Gr. B .................... 46
Tabla 30. Velocidad de corrosión de los cupones de prueba A572 Gr. 50 ................... 47
Tabla 31. Velocidad de corrosión promedio para los cupones A36 .............................. 49
Tabla 32. Velocidad de corrosión promedio para los cupones A106 Gr. B .................. 50
Tabla 33. Velocidad de corrosión promedio para los cupones A572 Gr. 50 ................. 52
Tabla 34. Codificación de factores para el análisis estadístico ..................................... 53
xii
LISTA DE FIGURAS
pág.
.
Pérdidas directas por reemplazo de estructuras ............................................... 4
Tipos de recubrimientos ................................................................................... 7
Pasividad (NACE International, 2004) ............................................................ 8
Aplicación de acero A36 en tanques de almacenamiento de agua. ................ 13
Diagrama de flujo experimental ..................................................................... 16
Requerimientos generales para la construcción del dispositivo
experimental. (Laverde, 2011) ....................................................................................... 19
Requerimientos específicos para la construcción del dispositivo
experimental …………………………………………………………….......................19
Muestras corrosivas (agua de formación, agua de mar, agua destilada) ........ 40
Muestra corrosiva (agua de río). .................................................................... 40
Cupones de prueba. ...................................................................................... 40
Cupón de prueba A36 después del tratamiento químico inicial ................... 41
Cupón de prueba A106 Gr. B después del tratamiento químico inicial ....... 41
Cupón de prueba A572 Gr. 50 después del tratamiento químico inicial ..... 41
Diagrama P = f(texp) de los cupones de prueba A36 .................................... 45
Diagrama P=f(texp) de los cupones de prueba A106 Gr. B........................... 47
Diagrama P=f(texp) de los cupones de prueba A572 Gr. 50 ......................... 48
Diagrama CR= f(texp) para los cupones de prueba A36. .............................. 50
Diagrama CR= f(texp) para los cupones de prueba A106 Gr. B ................... 51
Diagrama CR= f(texp) para los cupones de prueba A572 Gr. 50 .................. 52
Cálculo de valor-P para los cupones de prueba A36.................................... 54
xiii
Cálculo de valor-P de los cupones de prueba A106 Gr. B ........................... 54
Verificación de varianza para los cupones de prueba A106 Gr. B. ............. 55
Análisis de medianas de los cupones de prueba A106 Gr. B. ...................... 56
Cálculo de valor-P para los cupones de prueba A572 Gr. 50 ...................... 56
Análisis de varianza de la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A36……………………………………………………………………….....49
Análisis de varianza para la velocidad de corrosión de los cupones
A106 Gr.B . ………………………………………………………………………...58
para velocidad de corrosión de los cupones
A572 Gr. 50. ................................................................................................................... 58
Análisis de medias para la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A36. ................................................................................................... 59
Análisis de medias para la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A106 Gr. B ................................................................................................... 59
Análisis de medias para la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A572 Gr. 50. .................................................................................................. 60
xiv
LISTA DE ANEXOS
pág.
ANEXO A. Dispositivo experimental ............................................................................ 74
ANEXO B. Vistas del dispositivo experimental ............................................................ 75
ANEXO C. Componentes del dispositivo experimental ................................................ 76
ANEXO D. Toma de muestras corrosivas ..................................................................... 78
ANEXO E. Equipos de laboratorio utilizados para el ensayo ........................................ 80
ANEXO F. Obtención de los cupones de prueba .......................................................... 81
ANEXO G. Evaluación final de las muestras corrosivas ............................................... 82
ANEXO H. Evaluación inicial y final de los cupones de prueba. .................................. 84
ANEXO J. Extracto de la Norma NACE 1D196............................................................ 87
ANEXO K. Equipo de Wheel Test. ................................................................................ 88
ANEXO L. Extracto de la Norma NACE 1D182 ........................................................... 89
ANEXO M. Extracto de la Norma ASTM G1-90 .......................................................... 90
ANEXO N. Extracto de “Study of the Corrosion Rate in the Couple of
Steels ASTM A-36 and AISI/SAE 304 in a Water-coke of Petroleum System.” .......... 91
xv
ESTUDIO DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN DE TRES ACEROS
COMERCIALES USADOS EN LA CONSTRUCCIÓN, EN UN DISPOSITIVO
EXPERIMENTAL.
RESUMEN
Se determina la velocidad de corrosión de tres aceros al carbono ASTM A36, ASTM A
106 Gr. B, ASTM A572 Gr. 50 inmersos en muestras de agua de mar, agua de rio, agua
de formación y agua destilada (tomada como patrón), dentro de un dispositivo
experimental similar a un equipo de Wheel Test.
Para lo cual se construyó el dispositivo experimental, que contiene un portamuestras para
16 botellas, donde se colocaron los cupones de prueba de acero al carbono con
pretratamiento químico según la norma NACE 1D196, inmersos en 240 mL de las
muestras corrosivas, a temperatura de 49 °C y velocidad de 31 rpm, con el propósito de
conocer la agresividad producida por efecto de la salinidad y de agentes corrosivos en las
muestras, durante tiempos de exposición de 18, 24 y 42 horas.
Los cupones de prueba presentaron mayor velocidad de corrosión en el agua de mar y los
de menor velocidad de corrosión son, el ASTM A36 con un valor de 14,5229 mpy en
agua de rio; ASTM A106 Gr. B con un valor de 8,8015 mpy en agua de formación
(pretratada con anticorrosivo); ASTM A572 Gr.50 con un valor de 11,1115 mpy en agua
de rio.
PALABRAS CLAVES: / VELOCIDAD DE CORROSIÓN / ACEROS AL
CARBONO / WHEEL TEST / SALINIDAD / CUPONES DE PRUEBA /.
xvi
ASSESSMENT OF THE RATE OF CORROSION OF THREE COMMERCIAL
STEELS USED IN CONSTRUCTION, USING AN EXPERIMENTAL DEVICE.
ABSTRACT
The rate of corrosion of three carbon steels: ASTM A36, ASTM 106 Gr.B, and ASTM
A572 Gr. 50 was determined, immersed in samples of seawater, river water, formation
water and distilled water (taken as a control), in an experimental device similar to Wheel
test equipment.
For this, an experimental device was constructed, composed by 16-bottles sample holder,
in which the carbon steel test specimen chemically pretreated according to NACE 1D196
standard are placed. The test specimen where immersed in 240 mL of corrosive samples
the temperature of 49 °C and speed of 31 rpm in order, to detect the aggressiveness of
the corrosion produced by salinity and corrosive agents. Exposure times were 18, 24, and
42 hours.
The test specimen presented high corrosion rates in seawater and lowest corrosion rates
were ASTM A36 with a value of 14,5229 mpy in river water, ASTM A106 Gr.B with a
value of 8,8015 mpy in formation water (pretreated with anticorrosive), and ASTM A572
Gr. 50 with a value of 11,1115 mpy in river water.
KEYWORDS: / CORROSION RATE / CARBON STEELS / WHEEL TEST /
SALINITY / TEST SPECIMEN /.
1
INTRODUCCIÓN
La Corrosión metálica es uno de los procesos químicos que afecta frecuentemente a la
industria y la construcción (metalmecánica en general, puentes, edificios, automotriz,
etc.), debilitando y desgastando sus estructuras al estar en contacto con agentes corrosivos
como el oxígeno, temperatura, pH, humedad, salinidad, que a su vez ponen en riesgos los
sistemas de producción e incluso vidas humanas, provocando grandes pérdidas
económicas, por daños en instalaciones, equipos, mantenimientos o contaminación de
productos. “En términos económicos se estima que aproximadamente el 5% del producto
interno bruto (P.I.B) de un país industrializado se gasta directa e indirectamente en
prevenir y corregir problemas relacionados con la corrosión metálica” (Gómez, 2004). En
el Ecuador un caso particular de limpieza, reparaciones y mantenimiento por problemas
de corrosión en tanques de un complejo refinador aborda los $35 millones.” (Diario de
Negocios, 2010).
Uno de los métodos alternativos para realizar, estudios de corrosión de un material
metálico a nivel de laboratorio en forma acelerada y para prevenir problemas de corrosión
se realiza mediante el Método de Wheel Test, conocido también como el Método de
ensayo de la Rueda. Este método se basa en la pérdida de masa (peso) de cupones de
prueba (especímenes de ensayo de forma rectangular), durante un periodo de exposición
a líquidos corrosivos o muestras sintéticas. Los cupones de prueba son introducidos en
recipientes de ensayo (botellas) sellados, que contienen los líquidos corrosivos y
colocados en un portamuestras giratorio a una velocidad constante de 30 rpm y
temperatura constante de 49 °C por tiempos de exposición aproximados de 1 a 3 días.
“Una inspección visual de las muestras de ensayo proporciona información importante
sobre el tipo de ataque de la corrosión.” (NACE, 1996).
Entre las investigaciones realizadas años anteriores con la aplicación del equipo de Wheel
Test, se mencionan: “EVALUACIÓN DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN TIPO
FÍLMICO PARA AGUA DE FORMACIÓN” realizado por Bolaños Luis, UCE, 2015;
2
“FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN EN LABORATORIO DE UN NUEVO
INHIBIDOR DE CORROSIÓN PARA DUCTOS EN CAMPOS PETROLEROS”
realizado por Pullas Diego, UCE, 2015, en los cuales, se validan el uso de ciertos
inhibidores de corrosión mediante la aplicación del método de ensayo Wheel Test. La
investigación realizada por Méndez José, ESPOCH, 2010 para el “DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN DEL REACTOR DE MEZCLA COMPLETA PARA LA
EVALUACIÓN DE INHIBIDORES DE CORROSIÓN EN CRUDO, AGUA DE
FORMACIÓN Y PETRÓLEO DE PETROPRODUCCIÓN-LAGO AGRIO, menciona
que el método de Wheel Test no se puede relacionar con otros equipos como reactores y
es usado para calcular la velocidad de corrosión de cupones mediante pérdida de peso.
Estas investigaciones fueron realizadas en el laboratorio de Petroproducción en Lago
Agrio, es por ello que se ve la necesidad de construir un dispositivo experimental de
Wheel Test, para realizar ensayos acelerados de corrosión, valorar los resultados
obtenidos a nivel de laboratorio, proveer de información necesaria para el uso de ciertos
aceros y facilitar investigaciones posteriores para prevenir la corrosión.
El presente trabajo de investigación tiene como objetivo general: Estudiar la velocidad de
corrosión de tres aceros comerciales (ASTM A 36, ASTM A106 Gr. B, ASTM A572 Gr.
50), usados en la construcción, utilizando un dispositivo experimental. Como objetivos
específicos se propone: Construir el dispositivo experimental (similar al Wheel Test);
Determinar la velocidad de corrosión de los aceros al carbono seleccionados en tres
medios diferentes; Valorar los resultados obtenidos de la velocidad de corrosión. Esta
construcción se da en el Laboratorio de Corrosión de la Facultad de Ingeniería Química
de la Universidad Central del Ecuador.
Los resultados obtenidos durante la investigación, indican que existe un aumento de
pérdida de peso de los cupones de prueba seleccionados, durante los tiempos de
exposición de 18 a 24 h, a medida que aumenta el tiempo de exposición a 42 horas estos
valores disminuyen, debido a la capa protectora de óxido de hierro depositada sobre las
superficies. Mediante un análisis estadísticos ANOVA, se realiza una valoración de la
velocidad de corrosión de los cupones de prueba y se evidencia que existe una diferencia
significativa entre la media de la velocidad de corrosión de las muestras de agua de mar
y las otras muestras corrosivas utilizadas en el presente estudio. (Figura 20)
3
1. MARCO TEÓRICO
1.1 Corrosión
La corrosión es definida como “el deterioro de una sustancia (usualmente un metal) o sus
propiedades debido a la reacción con su medio ambiente.” (NACE International, 2004).
1.1.1 Corrosión de metales. La corrosión de metales es provocada por una reacción
química o electroquímica en ambientes donde son químicamente inestables. El cobre y
algunos metales preciosos (oro, plata, platino, etc.) se encuentran en la naturaleza en su
estado metálico, los demás metales son inestables y tienden a volver a sus formas
minerales más estables, formando películas protectoras sobre sus superficies y éstas a su
vez previenen o ralentizan su proceso de corrosión.
1.2 Importancia de la corrosión.
La importancia de los estudios de la corrosión es doble. En primer lugar figura el aspecto
económico, en segundo término hay que considerar la conservación de los recursos
naturales. El motivo principal de la investigación de la corrosión se deriva en la actualidad
del factor económico. Las pérdidas económicas se dividen en pérdidas directas y perdidas
indirectas.
1.2.1 Pérdidas directas. “Son aquellas que afectan de forma inmediata cuando el daño
por corrosión ocurre, dentro de este grupo se encuentran:” (NACE International, 2004).
Mantenimiento Excesivo / Reparación / Reemplazo
Perdida de Producción / Tiempo por paros
Perdidas de Producto
Perdida de Eficiencia
Limpieza por Contaminación Ambiental
Incremento de Costos de Capital / Sobrediseños.
4
Pérdidas directas por reemplazo de estructuras
1.2.2 Perdidas indirectas. “El alcance de las pérdidas directas por causa de la corrosión
es más difícil de evaluar, algunas de las circunstancias más frecuentes que puede acarrear
este tipo de pérdidas son:” (Gómez, 2004).
Interrupciones en la producción
Perdidas de producto
Perdidas por rendimiento
Contaminación de productos
Sobredimensiones
Accidentes
1.3 Procesos Corrosivos
Los procesos de corrosión son “importantes en muchos sectores, como el transporte
(puentes, oleoductos, automóviles, aviones, trenes y barcos), servicios públicos (energía
eléctrica, agua, telecomunicaciones y plantas de energía nuclear), así como en la
producción y manufactura (industria alimenticia, microelectrónica y refinación de
petróleo)”. (Askeland, Fulay, & Wright, 2011).
Los procesos básicos de ataques corrosivos dependen del medio en el que se producen y
se clasifican en:
1.3.1 Corrosión seca. “Tiene lugar cuando el material se encuentra sometido a la acción
de gases, principalmente a temperaturas elevadas.” (Gómez, 2004).
5
Consiste en una reacción química directa entre el metal y un gas agresivo que
normalmente es oxígeno. El resultado de esta reacción es la formación de óxidos.”
(Pancorbo, 2011).
1.3.2 Corrosión Húmeda. “Se produce cuando un material está en contacto con medios
acuosos a temperatura ambiente o no muy elevada. En el caso del hierro, el proceso
fundamental de la corrosión húmeda es la siguiente:” (Gómez, 2004).
4𝐹𝑒 → 4 𝐹𝑒2+ + 8𝑒− (á𝑛𝑜𝑑𝑜) 𝟏
2𝑂2 + 4𝐻2𝑂 + 8𝑒− → 8 𝑂𝐻− (𝑐á𝑡𝑜𝑑𝑜) 𝟐
4𝐹𝑒 + 2𝑂2 + 4𝐻2𝑂 → 4 𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 8𝑒− 𝟑
4𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 𝑂2 → 2 𝐹𝑒2𝑂3 . 𝐻2𝑂 + 𝐻2𝑂 𝟒
O también:
4𝐹𝑒(𝑂𝐻)2 + 𝑂2 + 2𝐻2𝑂 → 4 𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 𝟓
1.4 Formas de corrosión
“La corrosión se manifiesta en formas que tienen ciertas similitudes y que por tanto se
pueden clasificar por ciertos grupos específicos. La Tabla 1 muestra una clasificación de
la corrosión de acuerdo con los mecanismos del ataque y los tipos de corrosión se
enumeran bajo cada mecanismo.” (Mangonon, 2001).
Tabla 1. Formas y mecanismos de corrosión (Mangonon, 2001)
Corrosión
General
Corrosión
Localizada
Corrosión con
influencia
metalúrgica
Degradación
mecánicamente
asistida
Daño asistido
por el
ambiente
Atmosférica
Galvánica
Por
corrientes
parásitas
Filiforme
De grietas
Picadura
Intergranular
Desaleación
Erosión
Estregado
Cavitación
Corrosión
bajo esfuerzo
Daño por
hidrógeno
Fatiga por
corrosión
1.5 Protección contra la Corrosión
En la actualidad se utilizan diversas técnicas para prevenir la corrosión, es así que entre
las que se emplean con mayor frecuencia están las modificaciones del diseño, selección
6
de materiales, recubrimientos, inhibidores, protección catódica y protección anódica.
1.5.1 Modificación del diseño. Son aquellas consideraciones que se realizan dentro de
un proyecto o sistema mecánico para prevenir futuros problemas relacionados con la
corrosión, a continuación se mencionan algunas:
Impedir la formación de celdas galvánicas.- Utilizando metales o aleaciones
similares o materiales aislantes entre ellos, Mangonon (2001) menciona que “dos
metales disímiles pueden ser compatibles si la diferencia de potencial en solución
(anódico) es de 0,25V o menos”.
Diferencia de áreas entre el ánodo y el cátodo.- El área de la superficie del ánodo
debe ser mayor que el área de superficie del cátodo así la densidad de corriente del
ánodo es menor y disminuye la velocidad de corrosión.
Diseño de sistemas de fluidos.- En lo que se refiere a tuberías debe evitarse recodos,
cambios bruscos de dirección, diseñe los componentes de modo que los sistemas de
fluidos (desagüe, limpieza, etc.) estén cerrados para que no se acumulen charcos de
agua. (Askeland, Fulay, & Wright, 2011)
Materiales ensamblados o unidos.- Deben emplearse técnicas de soldaduras
adecuadas para evitar la formación de celdas galvánica o hendiduras producto de
sujetadores mecánicos, los ensambles deben estar diseñados para que se pueda dar un
fácil y económico mantenimiento de las partes corroídas.
1.5.2 Selección de Materiales. Es de gran importancia una correcta selección de los
materiales mediante la aplicación y el medio al que es expuesto, en la Tabla 2 se presenta
los materiales más usados en medios agresivos y el agente que provoca la corrosión.
Tabla 2. Materiales y Agentes Corrosivos (Gómez, 2004).
MATERIAL AGENTE
Aceros aleados (Cr, Ni) NO3 -, OH-, Cl-
Aceros inoxidables (Cr, Ni) Cl-
Bronce y latón (Cu, Al, Zn, Ni) NH3
Aluminio Cl-
Titanio y aleaciones H+, O2 a altas temperaturas
Níquel y Aleaciones Álcalis, ácidos oxidantes
7
1.5.3 Recubrimientos. “Los recubrimientos se utilizan para aislar las regiones anódicas
y catódicas; también impiden la difusión de oxígeno o de vapor de agua que inicia la
corrosión u oxidación.” (Askeland, Fulay, & Wright, 2011).
“Una de las formas de protección contra la corrosión de los aceros es la barrera del
revestimiento, sin embargo hay otras formas de protección entre las cuales están las
aleaciones las mismas que se unen químicamente a superficies de acero en vez de solo
cubrirlas (…), ofrecen protección durante más años, no contienen compuestos orgánicos
volátiles nocivos (VOCs) o contaminantes peligrosos del aire (HAPs) y tienen cero
propagación de la llama”. (Collins, 2017).
En la Figura 2 se indican los tipos de recubrimientos comúnmente utilizados para prevenir
la corrosión.
Tipos de Recubrimientos
1.5.4 Inhibidores de corrosión. Son utilizados como método de modificación de medios
agresivos, forman precipitados protectores sobre las superficies metálicas, eliminan o
disminuyen la actividad del agente agresivo, existe en la actualidad una gran variedad de
inhibidores deacuerdo a los diferentes criterios de mecanismos de actuación, composición
química y campo de aplicación.
Se aplica en mayor porcentaje a metales y aleaciones que están expuestas a soluciones
acuosas.
1.5.5 Protección Catódica. Los métodos de protección catódica empleados en la
actualidad se dan por:
Ánodos de sacrificio. El objetivo de este método es crear una celda electroquímica
galvánica, el metal a proteger actúa como cátodo y un metal más anódico de la serie
Tipo de Recubrimientos
Temporales: Grasas o aceites.
Orgánicos: Pinturas
Metálicos: Estañado, Galvanizado
Céramicos: Esmaltes o vidríos
Químicos: Aleaciones
8
galvánica como ánodo de sacrificio, los metales y aleaciones de sacrificio
comúnmente usados para las protecciones de tuberías enterradas son a base de
magnesio, aluminio, zinc.
Corriente directa aplicada. En este método, se rectifica la corriente alterna (CA)
para convertirla en corriente directa (CD), la cual se aplica al ánodo, de donde sale
para entrar en el electrolito (suelo) y de ahí pasa al cátodo o a la estructura que se
busca proteger. El ánodo actúa positivamente y comúnmente se utiliza el grafito.
(Mangonon, 2001)
1.5.6 Protección anódica o pasivasión. “La pasividad es la reducción de reactividad
química de un metal o aleación bajo ciertas circunstancias.” (NACE International, 2004).
La pasivasión se puede efectuarse mediante los siguientes criterios:
Exposición de un metal a soluciones oxidantes altamente concentradas para crear una
capa uniforme protectora.
Aumento del potencial en el ánodo por encima de un nivel crítico, depende de factores
como la naturaleza del metal, del medio, agitación y pH.
Pasividad (NACE International, 2004)
1.6 Factores agresivos en los ambientes líquidos corrosivos.
“La inmersión en líquidos presentan una gran variedad de ambientes corrosivos, los
líquidos van desde agua natural, agua tratada o fluidos agresivos de procesos químicos.
Las superficies externas de un sistema pueden estar expuestas a inmersión en medios
líquidos naturales.” (NACE International, 2004).
1.6.1 Composición físico-química. La caracterización de los diferentes tipos de agua, ha
sido objeto de estudio de varias investigaciones, a continuación se presentan las
9
composiciones fisicoquímicas del agua de mar, agua destilada, agua de formación y agua
de río.
Agua de mar. “El agua de mar, con su alto contenido de sales y baja resistividad
puede ser particularmente corrosiva. Otro aspecto que afecta la corrosión es la
actividad biológica, la cual se manifiesta en forma de organismos que se acumulan en
las superficies por periodos de tiempo prolongados y organismos microscópicos que
forman rápidamente una delgada capa de fango marino en las superficies
sumergidas.” (NACE International, 2004).
Tabla 3. Parámetros hidroquímicos de costas
ecuatorianas, (Maldonado, 2017) .
Parámetros La Libertad Manta
Salinidad, (psu) 33,63 33,33
Oxígeno disuelto, (mg/L) 5,12 4,95
Silicatos, (ug-at/L) 4,04 3,16
Fosfatos, (ug-at/L) 0,30 0,24
Nitritos, (ug-at/L) 0,13 0,11
Nitratos, (ug-at/L) 1,78 1,32
Agua Destilada. El agua destilada que se obtiene por osmosis inversa tiene una
eficiencia del 90 al 95 %, mediante este proceso se elimina las impurezas orgánicas,
materiales insolubles y microorganismos pero no elimina los gases disueltos, este
método produce un agua tipo III, este tipo de agua se utiliza en los laboratorios para
análisis, investigación y química.
Tabla 4. Requisitos del agua destilada, (ASTM, 2001).
Parámetros Valor
Conductividad electrica, max, (uS/cm) a 25°C 0,25
Carbono Orgánico Total (TOC), máx, (ug/L) 200
Sodio, máx, ( ug/L) 10
Cloruros, máx, (ug/L) 10
Silice Total, máx, (ug/L) 500
Agua de Formación. El agua de formación es el agua asociada al petróleo, este tipo
de agua puede acelerar el daño de los equipos e incrementar los costos de
manipulación y eliminación de agua debido a su alto contenido de sales, solidos
suspendidos y gases.
10
Tabla 5. Elementos presentes en el agua de formación, (Bolaños, 2015).
Elementos Valor
CO2 (%) 10
H2 S, (mg/L) 12
Alcalinidad total, (mg/L) de CaCO3 700
Dureza Total, (mg/L) de CaCO3 3200
Dureza cálcica, (mg/L) de CaCO 2800
Cloruro, (mg/L) de Cl- 13000
Sulfato, (mg/L) (mg/L) de SO4 2- 250
Hierro, (mg/L) Fe 2+ 4,1
pH 6,8
Bicarbonato HCO3- ppm 854
Agua Dulce. El agua de los ríos tiene composiciones variables debido a que fluye por
distintas superficies. “La calidad de un río considerando como limpio ha de presentar
una DBO, no más de 2 mg/L, gran parte de estas aguas son usadas en la industria o
agricultura.” (Gil Rodríguez, 2005).
En la Tabla 6, se indican los valores de cada uno de los parámetros que se han
analizado en anteriores investigaciones, para muestras del Río Cachaco, el mismo que
atraviesa el Cantón Rumiñahui en la Provincia de Pichincha.
Tabla 6. Valores medidos en muestras puntuales tomadas del Río Cachaco
(Calderón, 2017).
Parámetros Unidades Rango de Resultados
(min- max)
Cloruros mg/L 16 – 90
Coliformes Fecales NMP/ 100 mL 102 - 107
DBO5 mg/L 10 – 74
DQO mg/L 53 – 140
Fósforo Total mg/L 0,6 – 3
Nitrógeno Total mg/L 8 - 24
Oxígeno Disuelto mg/L 3,85 - 6,25
pH unidades de pH 7 - 7,53
Sólidos sedimentables mg/L 0,01 – 18
Sólidos suspendidos mg/L 8 – 5896
Sólidos Totales mg/L 250 – 6000
Sulfatos mg/L 14 - 19
Temperatura °C 17 - 19
Turbiedad NTU 10 - 250
1.6.2 Oxígeno disuelto. González en 1984 en su obra indica que de 30 a 50 ppm de
oxígeno disuelto provoca corrosión por picaduras, mientras que este tipo de corrosión
11
no se produce a concentraciones menores de 0,1 ppm o mayores a 500 ppm.
1.6.3 Acidez. Es ocasionada por la presencia de CO2 o de un ácido fuerte (H2SO4, HNO3,
HCl), esta acidez ocurre dentro de un pH de 8,2 a 4,5 la acidez mineral (debida casi
siempre a desechos industriales) se presenta por debajo de un pH de 4. (Tebbutt, 1990).
Las aguas que contienen acidez sin importar el tipo son corrosivas. (Ramírez, 2011).
1.6.4 Alcalinidad. “La alcalinidad en el agua se entiende como la capacidad para
neutralizar los ácidos, se reconoce por la presencia de iones [OH-], [CO32-], [HCO3
-], en
presencia de iones Ca 2+ y Mg 2+, forman precipitados que ocasionan taponamiento y
obstaculizan el flujo en las tuberías.” (Ramírez, 2011).
“Si la formación de CaCO3 en las áreas del cátodo es suficientemente densa, retardará la
difusión de oxígeno a estas áreas y, con el tiempo, romperá el circuito de corrosión
creado.” (American Water Works Association, 1968).
1.6.5 Bacterias. “La actividad metabólica de algunas bacterias marca la pauta del
comportamiento corrosivo de los metales, es el caso de la bacteria reductora de sulfato
que produce ácido sulfhídrico, el cual puede dar lugar a mayor corrosión en tuberías
enterradas y tanques.” (Weber, 2003).
1.6.6 Conductividad. “La conductividad es un indicativo de sales disueltas en el agua,
mide la cantidad de iones de calcio (Ca 2+), magnesio (Mg 2+), sodio (Na +), bicarbonatos,
cloruros y sulfato. Es una medida indirecta de los sólidos disueltos.
Sólidos Totales disueltos (mg
L) = 0,55 a 0,7 ∗ conductividad (
umhos
cm) (1)
Las aguas que contienen altas concentraciones de conductividad son corrosivas.”
(Ramírez, 2011).
1.6.7 Salinidad. “Es una medida de la cantidad total de sales disueltas en un volumen
determinado de agua. Se puede determinar la salinidad, a base de determinaciones de
conductividad, densidad, índice de refracción o velocidad de sonido del agua.”
(APHA Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 1992).
Las Condiciones Océano Atmosféricas en el Ecuador indican que “la salinidad
superficial varía entre 32,95 y 33,82 ups”.
(INOCAR, Instituto Oceanográfico de la Armada, 2017)
12
Tabla 7. Clasificación de los diferentes tipos de agua. (Piña, 2010)
Tipos de Aguas Concentración,
(ppm)
Salmueras 300.000
Agua de mar 30.000
Agua salobre 3.000
Agua potable 300
Agua industrial 30
Agua des ionizada 3
Agua pura de calderas 0,3
Agua ultra pura 0,03
1.6.8 Velocidad de Flujo. Las altas velocidades de flujo se llevan los productos de
reacción anódicos más solubles, estas velocidades a la vez remueven las capas de los
productos de corrosión insolubles, necesarios para la resistencia a la corrosión de muchos
metales en ambientes líquidos. (NACE International, 2004).
1.7 Aceros al Carbono
Los aceros al carbono son aleaciones que contienen básicamente hierro (Fe), al que se le
añade un pequeño porcentaje de carbono (C) superior al 0,05% e inferior al 2% en peso
y otros elementos como manganeso (Mn), fósforo (P), silicio (Si), que proporcionan
mayor resistencia mecánica. “Entre los metales, el acero es uno de los más utilizados, el
90% de todos los metales producidos en el mundo es acero”. (Ashby & Jones, 2008).
“Los aceros se clasifican según su contenido de carbono:” (Domínguez & Ferrer, 2014)
Aceros bajos en carbono. Se denominan suaves o dulces, el porcentaje de carbono
esta entre 0,03 y 0,25%.
Aceros medios en carbono. Se denominan semidulces o semiduros, el porcentaje de
carbono esta entre 0,25 y 0,50 %.
Aceros altos en carbono. Se denominan duros y extraduros, el porcentaje de carbono
esta entre 0,5 y 1,67%.
En el Ecuador los productos como perfiles, ángulos, cañerías, tuberías estructurales e
industriales, se fabrican bajo las normas ASTM A36, ASTM A572 Gr. 50, ASTM A106
Gr.B y son certificados por las Normas INEN 2415, INEN 2222, etc.
13
1.7.1 Aceros al carbono ASTM A36. Es una especificación que cubre las formas de
acero estructural de perfiles, planchas y varillas de calidad estructural para su uso en
construcción remachada, atornillada o soldada.
Es uno de los aceros de mayor uso en el Ecuador, entre las aplicaciones más comunes
dependiendo del espesor del acero se tiene:
Metalmecánica (puertas, ventanas, muebles, carrocerías)
Fabricación de tanques (lavado de crudo, almacenamiento de agua, plataformas,
escaleras, etc.)
Estructuras de puentes
Aplicación de acero A36 en tanques de almacenamiento de agua.
En la Tabla 8 se presenta los requerimientos químicos del acero ASTM A36.
Tabla 8. Requerimientos químicos ASTM A36. (ASTM, 1986)
Elementos Perfiles Platinas Varillas
carbono, % 0,26 0,25 – 0,29 0,26 – 0,29
manganeso, % - 0,80 – 1,20 0,60 – 0,90
fósforo, % 0,04 0,04 0,04
azufre, % 0,05 0,05 0,05
silicio , % 0,40 0,15 –0,40 0,40
cobre, % * 0,20 0,20 0,20
En la Tabla 9 se presenta los requerimientos mecánicos del acero ASTM A36.
14
Tabla 9. Requerimientos mecánicos para el acero ASTM A36.
(Mangonon, 2001)
Propiedad Valor
Densidad, Kg/m3 7850
Límite de fluencia, Ksi (MPa) 32-36 (250 - 280)
Resistencia a la tensión, Ksi (MPa) 58-80 (400 – 550)
Módulo de elasticidad, Ksi 29000
Porcentaje de elongación mínimo, % 23 (50mm)
Punto de fusión, °C 1538
1.7.2 Acero al carbono ASTM A106. Esta especificación cubre tuberías de acero al
carbono, sin soldadura para servicios de alta temperatura, el mismo que es utilizado para
operaciones de curvado, soldado y bridado.
Entre las aplicaciones investigadas de este tipo de acero se tiene:
Tuberías de descargas de Tanques elevados de almacenamiento de agua.
Tuberías de descargas de Tanques de Lavado de crudo.
Tuberías acopladas a Tanques Receptores de gas y combustible.
Conducción de fluidos de alta presión y altas temperaturas
En la Tabla 10 se presenta los requerimientos químicos del acero ASTM A106.
Tabla 10. Requerimientos químicos ASTM A106. (ASTM, 1986)
Composición, %
Elementos Grado A Grado B Grado C
carbono, max 0,25 0,30 0,35
manganeso 0,27 –0,93 0,29 – 1,06 0,29 – 1,06
fósforo, max 0,048 0,048 0,048
azufre, max 0,058 0,058 0,058
silicio, min 0,10 0,10 0,10
En la Tabla 11 se presenta los requerimientos mecánicos del acero ASTM A106 Gr. B.
Tabla 11. Requerimientos mecánicos para el acero ASTM A106 Gr. B.
(ASTM, 1986)
Propiedad Valor
Densidad, Kg/m3 7850
Límite de fluencia, (MPa) 240
Resistencia a la tensión, (MPa) 415
Módulo de elasticidad, (GPa) 208
Porcentaje de elongación longitudinal/ transversal mínimo, % 30 / 16,5
15
1.7.3 Acero al carbono ASTM A572. Esta especificación cubre cuatro grados de alta
resistencia y baja aleación. Los grados 42 y 50 están destinados a la construcción de
puentes, estructuras y otras construcciones remachadas, atornilladas o soldadas.
Entre las aplicaciones más comunes de este tipo de acero se tiene:
Fabricación de Vigas (UPN, IPN, HEA, HEB)
Puentes
Rieles
Soporte de polipasto de grúas o tecles
En la Tabla 12 se presenta la composición química para los cuatro grados en los que se
encuentran los aceros tipo ASTM A572.
Tabla 12. Requerimientos químicos ASTM A572. (ASTM, 1986)
Grado carbono
max, %
manganeso
max, %
fósforo
max, %
azufre
max, %
silicio,
%
42 0,21 1,35 0,04 0,05 0,15 - 0,40
50 0,23 1,35 0,04 0,05 0,15 - 0,40
60 0,26 1,65 0,04 0,05 0,40
65 0,23 1,35 0,04 0,05 0,40
En la Tabla 13, se presenta los requerimientos mecánicos que debe cumplir un acero
ASTM A572.
Tabla 13. Requerimientos mecánicos para el acero ASTM A 572. (ASTM, 1986)
Grado
Límite de
fluencia,
min (MPa)
Resistencia
a la tensión,
min (MPa)
Porcentaje
de elongación
mínimo, %
(200 mm)
Porcentaje de
elongación
mínimo, %
(50 mm)
42 290 415 20 24
50 345 450 18 21
60 415 520 16 18
65 450 550 15 17
16
2. PARTE EXPERIMENTAL
Para el presente trabajo de investigación con el fin de cumplir con los objetivos
propuestos, se realiza los ensayos de corrosión siguiendo la metodología y los
procedimientos planteados a continuación.
2.1 Metodología
La metodología aplicada, se basa en el desarrollo del procedimiento establecido en las
normas NACE 1D196 (ANEXO J), ASTM G1 (ANEXO M) para el desarrollo del
tratamiento químico de los cupones de prueba y la evaluación de la velocidad de
corrosión, con el fin de obtener datos confiables.
2.1.1 Descripción del método. El método empleado para el presente estudio de
velocidad de corrosión se basa en la prueba de Wheel Test establecida en la Norma NACE
1D196: “Laboratory Test Methods for Evaluating Oilfield Corrosión Inhibitors”.
Los ensayos y métodos empleados se realizan mediante el diagrama de flujo experimental
presentado a continuación.
*
Diagrama de flujo experimental
Construcción
del dispositivo
experimental
Selección a
de muestras
corrosivas
Selección de
cupones de
prueba
Tratamiento
químico
inicial
Evaluación
inicial
Ensayos en el
dispositivo
experimental
Evaluación
final Tratamiento
químico final
1
1
- Agua de mar
- Agua dulce
- Agua de
formación.
- ASTM A 36
- ASTM A 106 Gr. B
- ASTM A 572 Gr. 50
- Norma NACE 1D196
- T = 49°C
- ω = 31 rpm
- t= 18,24,42 h
.
- Norma NACE 1D196
- Norma ASTM G1
- Método gravimétrico
17
2.2 Sustancias y Reactivos.
Acetona CH3(CO)CH3 (l)
Ácido Clorhídrico 37% HCl(l)
Agua destilada H2O(l)
Agua de formación (con pretratamiento anticorrosivo)
Agua de mar
Metanol CH3OH(l)
Orange T90
2.3 Materiales y equipos.
Balones aforados V= (100,1000) mL
Balanza analítica Rango: 2 kg , Ap.= ±0,0001 g
Conductímetro Modelo: ORÍON STAR A212
Cupones de prueba ASTM A36, A572 Gr. 50, A 106 Gr. B.
Desecador
Dispositivo experimental
Gradilla para tubos de ensayo
Guantes de cuero
Matraz Erlenmeyer V= (200,500) mL
Mufla
Paños absorbentes
Lijas #1500, #75
Botellas nuevas de plástico
Cinta adhesiva
Esponja
Embudos
Papel periódico
Papel filtro
Cartón
Teflón
V= 240 mL
18
Pera
Pinza
Pipetas V= (5,10,25) mL Ap.= ±0,02 mL
Piseta
Potenciómetro Modelo: ORÍON STAR A211
Probetas V=(50) mL Ap.=± 1 mL
Tubos de ensayo V= 10 mL
Vasos de precipitación
V= 250 mL, Ap.= ±50 mL
V= 500 mL, Ap.= ± 50 mL
V= 1000 mL, Ap.= ± 200 mL
2.4 Procedimiento
El procedimiento desarrollado para cada etapa de la Figura 5, se realiza considerando los
fundamentos y antecedentes sobre la aplicación del equipo Wheel Test. La construcción
del dispositivo experimental y su funcionamiento para realizar estudios de velocidad de
corrosión de metales se describe a continuación.
2.4.1 Construcción del dispositivo experimental. El dispositivo experimental se
construye bajo las condiciones típicas de operación, establecidos en la Norma NACE
1D196 para el Método de Wheel Test, también se utiliza como referencia los equipos
presentados en los estudios de corrosión realizados por Bolaños & Pullas en el 2015.
(ANEXO K)
Los requerimientos generales y específicos que se tomó en cuenta para la construcción
del dispositivo experimental fueron:
19
Requerimientos Generales para la construcción del dispositivo
experimental. (Laverde, 2011)
Requerimientos específicos para la construcción del
dispositivo experimental.
El dispositivo debe ser de fácil
manejo.
El material de fabricación del
dispositivo debe presentar resistencia a
la corrosión
Los materiales de construcción deben
ser fáciles de conseguir en el
mercado nacional
El dispositivo debe permitir el control sobre las variables
del sistema
Se debe minimizar los
costos de fabricación
El dispositivo debe permitir un
fácil mantenimiento.
La zona de exposición
interna se debe mantener a 49 °C
La velocidad del portamuestras debe mantenerse a 30±1
rpm
El dispositivo debe permitir que las
muestras se encuentren fijas
durante el ensayo.
Las muestras no deben hacer contacto entre si o
con las resistencias.
Las muestras corrosivas dentro de las
botellas no deben gotear sobre otras o
sobre las resistencias.
Se debe hacer el registro del periodo de
exposición de las muestras.
20
a) Zona de exposición interna: Es una caja hecha de tol galvanizado de 0,9 mm de
espesor, con dimensiones internas de 515 mm largo, 500 mm de ancho y 515 mm de
alto. Aislado térmicamente por un material conocido como Styroplan (propiedades
ANEXO C), en esta zona también se encuentra el portamuestras (soporte giratorio
de las botellas) y las resistencias eléctricas. (ANEXO A)
b) Estructura Externa: Es una caja hecha de tol galvanizado de 0,9 mm de espesor,
con dimensiones externas de 600 mm largo, 600 mm de ancho y 600 mm de alto.
Consta de dos porta rodamientos sobre los lados externos de la caja por el cual
atraviesa el eje de 15,88 mm de diámetro y 700 mm de largo, en la parte superior se
encuentra una caja rectangular para el control de temperatura, de dimensiones 600
mm de largo, 150 mm de ancho y 190 mm de alto. Al lado izquierdo de la caja se
encuentra el sistema mecánico para el control de velocidad del portamuestras. Esta
caja está apoyada sobre una estructura metálica de 630 mm de ancho, 620 mm de
largo y 820 mm de alto. (ANEXO B)
c) Portamuestras (Soporte giratorio de botellas): Este sistema se construye en base
a las dimensiones de las botellas plásticas de prueba utilizadas para el presente
ensayo. Haciendo uso de un tubo mecánico cuadrado de 490 mm de largo y 2 mm de
espesor, se procede a realizar cuatro perforaciones circulares mediante oxicorte, de
57 mm de diámetro separados por una distancia de 42 mm cada uno, en donde se
apoyara las bases de las botellas. (ANEXO C)
Para mantener fijas las botellas se acopló una placa rectangular en forma de cubierta,
a partir de un perfil en U (donde se sujeta el cuello de botellas) de 460 mm de largo
y 2mm de espesor, luego en esta placa se realizaron cuatro perforaciones circulares
mediante oxicorte de 35 mm de diámetro separados por una distancia de 62 mm cada
uno, el cual está unido al soporte giratorio mediante sujeción por tornillos tipo
mariposas de 7,8 mm (5/16”) que se encuentran soldadas sobre una placa en U de 95
mm de alto. (ANEXO C)
El portamuestras también cuenta con un dispositivo unido al eje para realizar su
montaje y desmontaje, está recubierto con dos capas de pintura anticorrosiva
(cromado), para brindar una protección frente al calentamiento o derrames de las
muestras.
21
d) Suministro de calor. El suministro de calor dentro del dispositivo experimental está
dado por dos resistencia eléctricas que permiten tener un mayor control de la
temperatura, de 1 m de largo en forma de U cada una, están conectadas en paralelo y
se ubican a una altura de 30 mm sobre la parte inferior de la caja interna y 60 mm
bajo la cubierta del portamuestras. (ANEXO C)
e) Suministro de velocidad para el portamuestras (eje). La velocidad del
portamuestras se obtuvo mediante el sistema mecánico (ANEXO C), compuesto por
un motor eléctrico (1/3 hp, 1725 rpm), una caja reductora (1/2 hp), un guarda motor
(6 A), dos poleas, una banda, un acople entre la caja reductora y el eje del
portamuestras, con la finalidad de reducir la velocidad hasta un número de 31 rpm,
haciendo uso de las ecuaciones 2 y 3.
𝒏𝟐 = 𝒅𝟏 ∗ 𝒏𝟏
𝒅𝟐 (𝟐)
Dónde:
d1: diámetro de la polea ubicada en el motor. 114,3 mm (4,4”)
n1: velocidad del motor. (1725 rpm)
d2: diámetro de la polea ubicada en la caja reductora. 152,4 mm (6”)
n2: velocidad de entrada de la caja reductora. (1293,7 rpm)
𝒏𝟑 =
𝒏𝟐
𝒊 ( 𝟑)
Dónde:
n3: velocidad de salida de la caja reductora. (31 rpm)
n2: velocidad de entrada de la caja reductora. (1293,7 rpm)
i: relación de transmisión de la caja reductora. (1:41)
f) Control de temperatura. El sistema eléctrico del dispositivo experimental, controla
de temperatura de ensayo (49±1°C), está constituido por una termocupla ubicada en
la parte media, de la pared posterior en la zona de exposición interna, un control de
temperatura (0-400 °C), un selector, un contactor, una luz roja que se enciende
cuando se desestabiliza la temperatura interna del dispositivo.(ANEXO C)
22
2.4.2 Selección de muestras corrosivas. Para la selección de las muestras corrosivas a
utilizar en este trabajo, se investiga los tipos de ambientes corrosivos empleados en los
estudios de corrosión, de los cuales se seleccionan los ambientes naturales (agua mar,
agua dulce, agua de formación) e industriales.
El proceso de selección de las muestras corrosivas comprende los siguientes puntos:
a) Toma de muestras.- Se realiza mediante los requisitos establecidos en la Norma NTE
INEN 2169:98 y del Manual para Muestreo de Aguas y Sedimentos, de acuerdo a los
parámetros fisicoquímicos de análisis requeridos. (ANEXO D)
Agua de mar.- La muestra fue tomada de la playa de Atacames ubicada en la
provincia de Esmeraldas, en recipientes plásticos (pet) de 1 galón y en canecas de
plástico, los recipientes de plásticos son sumergidos a una distancia aproximada
del fondo y de la superficie de 600 mm y a una distancia aproximada de 1 km
lejos de las orillas, de inmediato se mide la temperatura y pH de las muestras, se
registran estos datos en la etiqueta del recipiente y de las canecas. Posteriormente
estos recipientes de 1 galón son colocados y transportados dentro de un cooler.
Agua de formación.- La muestra es tomada del “tanque de lavado de crudo” del
Bloque 61 en el campo Auca-Sur, ubicado en la provincia Francisco de Orellana,
el tanque posee un pretratamiento químico particular compuesto por
anticorrosivo, biocida, secuestrante de oxígeno, demulsificantes, antiescala.
Primero se drena el sistema de toma de muestras, luego se procede a recolectar las
muestras en recipientes de plásticos (pet) nuevos de 1 galón, inmediatamente se
mide el pH y la temperatura, se registran los datos en la etiqueta de cada recipiente
y estos son transportados dentro de un cooler.
Agua de río.- La muestra fue tomada de un acuífero abierto en recipientes de
plástico nuevos (pet) de 1 galón, sumergidos a una cierta distancia del fondo y de
la superficie de 400 mm aproximadamente y a una distancia de 1m de las orillas
del Río Cachaco, inmediatamente se mide la temperatura y pH, se registra estos
datos en la etiqueta de cada recipiente y se los transporta dentro de un cooler. Este
río colinda al norte con la urbanización Nuevos Horizontes, al sur con el Parque
Ecológico Cachaco, está ubicado en la parroquia de Amaguaña, provincia de
Pichincha.
23
Agua destilada.- La muestra fue tomada del agua destilada que se obtiene del
tratamiento de agua por osmosis inversa en el Laboratorio de Análisis Químico
de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Central del Ecuador.
b) Parámetros fisicoquímicos de las muestras.- Los parámetros físicos químicos
medidos y observados in situ fue el color, temperatura y pH, estos datos son
presentados en la Tabla 17. En el Laboratorio de Energías Renovables de la Facultad
de Ciencias Químicas de la Universidad Central del Ecuador, se midió dentro de un
lapso de 24 horas, la salinidad, conductividad, SDT y pH (ANEXO E). Los equipos
utilizados fueron un Conductímetro (Modelo: ORÍON STAR A212) y un
Potenciómetro (Modelo: ORÍON STAR A211), los datos obtenidos son presentados
en la Tabla 18.
2.4.3 Selección de cupones de prueba. Los materiales comúnmente usados en la
construcción metalmecánica e industria en el Ecuador, son los aceros al carbono, de estos
se destacan el A36, A572 Gr. 50 y en tuberías el A106 Gr.B.
Los cupones de prueba utilizados se obtienen mediante los siguientes pasos:
a) Cupones de prueba del acero ASTM A36. La obtención de cupones de prueba A36
se realiza a partir de una plancha de (500 mm largo x 500 mm ancho x 2 mm espesor),
se corta en una guillotina placas rectangulares de (500 x 9 x 2) mm, luego con una
sierra son cortadas en placas rectangulares pequeñas de (90 x 9 x 2) mm.
(ANEXO F, Figura F.1.)
b) Cupones de prueba del acero ASTM A106 GR. B. Este tipo de cupones de prueba
se obtiene a partir de un tubo sin costura de (2.77 mm espesor x 6000 mm largo x
12,7 mm de diámetro) CED 40. Usando un cortatubo, se obtiene tubos de 90 mm de
largo y posteriormente con una amoladora se cortan en placas de (90 mm de largo x
9 mm de ancho). (ANEXO F, Figura F.2.)
c) Cupones de prueba del acero ASTM A572 GR. 50. Se obtiene a partir de una
plancha de (400 mm de largo x1230 mm de ancho x 4 mm de espesor), posteriormente
se cortó en una guillotina placas rectangulares de (400 mm de largo x 9mm de ancho
x 4 mm de espesor), luego con una sierra se procede a cortar en placas rectangulares
pequeñas de (90x9x4) mm. (ANEXO F, Figura F.3.)
24
Para eliminar las escorias e imperfecciones producidas por el corte con la amoladora y la
sierra, se utiliza una lija para metal # 75. Luego estos cupones de prueba son introducidos
en tubos de ensayos de acuerdo a la siguiente codificación.
d) Codificaciones de los cupones de prueba.- Una vez obtenidos los cupones de
prueba, estos se colocan en tubos de ensayos codificados de acuerdo a las siguientes
siglas:
𝑨𝑿~𝒀𝒕𝒆𝒙𝒑
Dónde:
A: Cupones de acero A36
X: Número de replica
Y: Muestra corrosiva (AF: agua de formación; AM: agua de mar; AR: agua de río;
AD: agua destilada)
texp: Tiempo de exposición en horas (18, 24, 42).
𝑩𝑿~𝒀𝒕𝒆𝒙𝒑
Dónde:
B: Cupones de acero A106 Gr. B
X: Número de replica
Y: Muestra corrosiva (AF: agua de formación; AM: agua de mar; AR: agua de río;
AD: agua destilada)
texp: Tiempo de exposición en horas (18, 24, 42).
𝑪𝑿~𝒀𝒕𝒆𝒙𝒑
Dónde:
C: Cupones de acero A572 Gr. 50
X: Número de replica
Y: Muestra corrosiva (AF: agua de formación; AM: agua de mar; AR: agua de río;
AD: agua destilada)
texp: Tiempo de exposición en horas (18, 24, 42).
2.4.4 Tratamiento Químico inicial de los cupones de prueba. El tratamiento químico
inicial es un proceso de limpieza, que se realizó antes del ensayo. El método de Wheel
Test establece el xileno o metanol como productos para el desengrase y limpieza de
óxidos adheridos a las superficies de los cupones. Durante los ensayos y puesta en marcha
25
del equipo se utilizó metanol, debido a su alta toxicidad se procedió a utilizar otro tipo de
desengrasante industrial biodegradable.
El proceso de limpieza y tratamiento químico se realizó de la siguiente manera:
a) Desengrase inicial de los cupones.- Para ello se roció el desengrasante biodegradable
(Orange T90) sobre los cupones de prueba, luego se refriega con la ayuda de una
esponja y se enjuaga con abundante agua.
b) Limpieza mecánica de los cupones.-Se realiza mediante el uso de una lija para
metales # 1500, con el propósito de evitar crear raspaduras y retirar cualquier material
u oxido adherido a las superficies de los cupones.
c) Desengrase de los cupones: Se procede a un segundo desengrase similar al literal a,
para eliminar productos del lijado y manipulación, inmediatamente se enjuaga con
agua destilada.
d) Secado de cupones.- El secado de los cupones se realiza en una mufla durante 1 h a
60°C.
e) Almacenamiento de los cupones.- Los cupones se colocan, con la ayuda de una pinza
en tubos de ensayo etiquetados, dentro de un desecador durante un tiempo máximo
de 1 hora.
2.4.5 Evaluación inicial de los cupones de prueba. La evaluación inicial se realizó
deacuerdo a los siguientes puntos:
Inspección visual de las muestras y de los cupones de prueba (color y aspecto inicial).
Registro de las dimensiones de cada cupón de prueba antes del tratamiento químico,
mediante el uso del pie de rey.
Registro de los pesos iniciales luego de ser sometidos al tratamiento químico inicial.
2.4.6 Ensayos en el dispositivo experimental. La puesta en marcha del dispositivo
experimental se lo realiza mediante:
a) Programación del dispositivo experimental.- Una vez terminado el tratamiento
químico y la evaluación inicial se procede a programar el dispositivo experimental,
26
aproximadamente 30 minutos antes de la colocación de las botellas, para lograr que
se estabilice la temperatura a 49°C.
b) Etiquetado de Botellas.- Se realiza de acuerdo a las codificaciones mencionadas
dentro del literal 2.4.3.
c) Introducción de los cupones.- Con la ayuda de una pinza se introduce los cupones
de prueba, dentro de cada botella, deacuerdo con las codificaciones entre los tubos de
ensayos y las botellas.
d) Dosificación de las muestras corrosivas.- El volumen de las muestras necesarias
para el ensayo se midió con la ayuda de vasos de precipitación y probetas, para
obtener un volumen de 240 mL igual para todas las botellas, las cuales fueron llenadas
con mucho cuidado para evitar derrames sobre el lugar de trabajo.
e) Sellado de las botellas.- Inmediatamente se procede al sellado de las botellas con la
ayuda de teflón y cinta adhesiva alrededor de las tapas para evitar derrames o fugas
de las muestras por efecto de la agitación dentro del dispositivo.
f) Montaje de las botellas.- Una vez que el dispositivo se encuentre a la temperatura
programada, se coloca cuidadosamente las cuatro primeras botellas, haciendo que
estas queden perpendicularmente sobre el soporte del portamuestras y el plano
inferior de la caja. Seguidamente se ajustan colocando la placa tipo cubierta sobre
ellas, hasta mantenerlas fijas. Haciendo girar manualmente las poleas, (uso de guantes
de cuero para evitar quemaduras) se van colocando las demás botellas de la misma
forma mencionada anteriormente. Una vez colocada todas las botellas de ensayo se
cierra inmediatamente el dispositivo y se enciende el motor.
g) Desmontaje de las botellas.- Finalizada la prueba durante cada tiempo de exposición,
se apaga el motor, seguidamente el sistema de calentamiento del dispositivo. Se hace
girar manualmente las poleas hasta que las botellas estén de forma perpendicular al
soporte del portamuestras y al plano inferior del dispositivo, se procede a desajustar
y levantar cuidadosamente la placa tipo cubierta para retirar las botellas evitando que
estas caigan sobre las resistencias, se colocan ordenadamente sobre la mesa para
posteriormente destaparlas. De la misma manera se van retirando las demás botellas
de ensayo. Una vez destapadas las botellas se vierte las muestras con sus respectivos
cupones en vasos de precipitación para su evaluación final.
27
2.4.7 Tratamiento Químico final de cupones de prueba. El tratamiento químico final
tiene como propósito eliminar los productos de corrosión adheridos a los cupones después
del ensayo dentro del dispositivo experimental, mediante los siguientes pasos descritos a
continuación:
a) Desengrase de los cupones.- Se rocío sobre las superficies de los cupones el
desengrasante biodegradable Orange T90, luego se refriega con una esponja y
rápidamente se enjuaga con abundante agua.
b) Introducción de cupones de prueba en solución ácida.- Con la ayuda de una pinza
se introduce los cupones de prueba en el vaso de precipitación que contiene la
solución de ácido clorhídrico al 15% por un tiempo de 30 segundos, para eliminar los
óxidos presentes.
c) Limpieza mecánica de los cupones de prueba.- Seguidamente se enjuaga los
cupones de prueba con abundante agua destilada para remover el ácido. Se cortó un
pedazo de lija (#1500), se coloca sobre un cartón, para tener mayor estabilidad y se
procede al lijado de cada cupón, para limpiar los óxidos e impurezas restantes del
proceso anterior, mediante una presión moderada de la mano igual para cada cupón
de prueba.
d) Enjuague final de los cupones de prueba. Terminado el proceso de lijado se enjuaga
los cupones con abundante agua y se sumerge por 5 segundos en acetona.
e) Secado de cupones de prueba.- Con la ayuda de una pinza se toma por los extremos
cada cupón y se procede a secarlos mediante aire a presión.
f) Almacenamiento de los cupones.- Los cupones de prueba secos se colocan dentro
de tubos de ensayo previamente etiquetados, se almacenan dentro de un desecador e
inmediatamente se procede al pesaje de cada uno.
2.4.8 Evaluación final de los cupones de prueba. La evaluación final de los cupones de
prueba se realizó deacuerdo a los siguientes puntos:
Inspección visual de los cupones de prueba y de las muestras corrosivas (color y
aspecto final)
Pesaje y registro final de cada cupón de prueba.
28
Cálculos de pérdida de peso y de la velocidad de corrosión.
2.5 Datos Experimentales
Los datos obtenidos durante la investigación son descritos en las tablas presentadas a
continuación:
2.5.1 Número de cupones de prueba.
Tabla 14. Datos para el número de cupones de prueba a ensayar
Numero de muestras a evaluar, I Número de réplicas, R
3 2
2.5.2 Dilución del ácido clorhídrico.
Tabla 15. Datos para la dilución del ácido clorhídrico
Parámetros Valor
Concentración inicial del HCl (%V/V), Ci 36-38
Concentración final del HCl (%V/V), Cf 15
Volumen final de dilución del HCl (mL), Vf 250
2.5.3 Cantidad de muestra corrosiva.
Tabla 16. Datos para la cantidad de muestra corrosiva
a utilizar durante el ensayo.
Número de botellas
de prueba, B
Volumen de la
botella , VB
(mL)
Fracción de la muestra
en la botella, Xm
24 240 1
29
2.5.4 Parámetros fisicoquímicos medidos in situ de las muestras corrosivas.
Tabla 17. Datos experimentales in situ de las muestras corrosivas
Parámetros Agua de
mar
Agua de
Formación Agua de Río
Agua
destilada
Temperatura, °C 29 34 14 18
pH 8,20 6,70 8,26 7,02
Color incoloro café claro café obscuro incoloro
2.5.5 Parámetros fisicoquímicos de las muestras corrosivas.
Tabla 18. Datos experimentales de las muestras corrosivas
medidas en el laboratorio.
Parámetros Agua de
mar
Agua de
Formación
Agua
de Río
Agua
destilada
Salinidad, (psu) 32,18 30,85 0,265 0,08
Conductividad, (us/cm) 41930 40400 395,3 46,44
STD, (ppm) 20550 19800 193,6 23,26
pH 8,17 6,62 8,23 7,02
2.5.6 Datos de constantes utilizadas en corrosión.
Tabla 19. Constantes de corrosión (ASTM G1-90, 1999)
Parámetros Valor
densidad del acero d, (g/cm3) 7,85
K, mpy 3,45x106
K, mm/año 8,76x104
K, um/año 8,76x107
K, g/m2 . h 1,00x104x d
30
2.5.7 Dimensiones de los cupones de prueba A36.
Tabla 20. Dimensiones de los cupones de prueba A36
Cupones
de prueba
ancho
a, (mm)
largo
b,(mm)
espesor
e, (mm)
A1-AM 18 8,75 89,80 2
A2-AM18 8,75 89,90 2
A3-AM24 8,75 90,00 2
A4-AM24 8,85 88,60 2
A5-AM42 8,75 89,90 2
A6-AM42 8,75 90,30 2
A1-AF18 8,75 89,25 2
A2-AF18 8,75 88,10 2
A3-AF24 8,75 90,00 2
A4-AF24 8,75 88,65 2
A5-AF42 8,8 89,05 2
A6-AF42 8,75 89,90 2
A1-AR18 8,75 89,75 2
A2-AR18 8,75 90,00 2
A3-AR24 9,00 88,30 2
A4-AR24 8,90 88,60 2
A5-AR42 8,75 88,10 2
A6-AR42 8,75 88,05 2
A1-AD18 8,75 89,65 2
A2-AD18 8,75 89,70 2
A3-AD24 8,80 89,35 2
A4-AD24 8,90 89,25 2
A5-AD42 8,85 88,25 2
A6-AD42 8,85 90,10 2
31
2.5.8 Dimensiones de los cupones de prueba A106 Gr. B.
Tabla 21. Dimensiones de los cupones de prueba A106 Gr. B
Cupones
de prueba
ancho
a, (mm)
largo
b, (mm)
espesor
e, (mm)
B1-AM18 8,30 88,30 2,77
B2-AM18 8,80 88,55 2,77
B3-AM24 9,30 89,00 2,77
B4-AM24 9,00 88,40 2,77
B5-AM42 9,15 89,35 2,77
B6-AM42 9,70 89,20 2,77
B1-AF18 8,55 89,35 2,77
B2-AF18 8,40 88,00 2,77
B3-AF24 7,80 87,70 2,77
B4-AF24 8,20 87,80 2,77
B5-AF42 8,80 88,00 2,77
B6-AF42 8,80 88,30 2,77
B1-AR18 8,60 88,55 2,77
B2-AR18 9,00 88,90 2,77
B3-AR24 8,55 88,60 2,77
B4-AR24 8,50 88,10 2,77
B5-AR42 8,70 88,50 2,77
B6-AR42 9,00 89,50 2,77
B1-AD18 8,70 88,60 2,77
B2-AD18 8,75 88,45 2,77
B3-AD24 8,30 88,20 2,77
B4-AD24 8,60 88,15 2,77
B5-AD42 8,45 88,50 2,77
B6-AD42 8,50 89,15 2,77
32
2.5.9 Dimensiones de los cupones de prueba A572 Gr. 50.
Tabla 22. Dimensiones de los cupones de prueba A572 Gr. 50
Cupones de
prueba
ancho
a, (mm)
largo
b, (mm)
espesor
e, (mm)
C1-AM18 9,50 89,60 4
C2-AM18 9,50 89,65 4
C3-AM24 9,70 89,65 4
C4-AM24 9,75 90,00 4
C5-AM42 9,80 89,45 4
C6-AM42 10,00 89,65 4
C1-AF18 9,40 90,05 4
C2-AF18 9,40 89,50 4
C3-AF24 9,90 88,60 4
C4-AF24 9,80 88,25 4
C5-AF42 10,00 89,10 4
C6-AF42 10,00 89,90 4
C1-AR18 9,40 88,40 4
C2-AR18 9,40 88,60 4
C3-AR24 10,00 88,30 4
C4-AR24 10,00 88,60 4
C5-AR42 9,85 89,40 4
C6-AR42 9,50 89,00 4
C1-AD18 10,00 89,00 4
C2-AD18 10,00 89,05 4
C3-AD24 9,45 88,90 4
C4-AD24 9,60 88,60 4
C5-AD42 10,00 88,55 4
C6-AD42 10,00 88,15 4
33
2.5.10 Estudio gravimétrico de los cupones de prueba A36.
Tabla 23. Datos del estudio gravimétrico de los cupones de prueba A36
Cupones
de prueba
Peso inicial
Pi, (g)
Peso final
Pf, (g)
A1-AM18 11,2947 11,2747
A2-AM18 11,3309 11,3108
A3-AM24 11,3539 11,3215
A4-AM24 11,4002 11,3691
A5-AM42 11,3977 11,3645
A6-AM42 11,4384 11,4058
A1-AF18 11,0753 11,0505
A2-AF18 11,0403 11,0163
A3-AF24 11,5103 11,4874
A4-AF24 11,4708 11,4494
A5-AF42 11,2982 11,2811
A6-AF42 11,3195 11,3023
A1-AR18 11,3118 11,2912
A2-AR18 11,3476 11,3280
A3-AR24 11,5036 11,4833
A4-AR24 11,4737 11,4529
A5-AR42 10,9547 10,9285
A6-AR42 10,9041 10,8768
A1-AD18 11,2583 11,2369
A2-AD18 11,2670 11,2467
A3-AD24 11,3484 11,3261
A4-AD24 11,3845 11,3634
A5-AD42 11,3986 11,3711
A6-AD42 11,4588 11,4330
34
2.5.11 Estudio gravimétrico de los cupones de prueba A106 Gr.B.
Tabla 24. Datos del estudio gravimétrico de los cupones
de prueba A106 Gr. B
Cupones de
prueba
Peso inicial
Pi, (g)
Peso final
Pf , (g)
B1-AM18 15,2838 15,2539
B2-AM18 15,5587 15,5267
B3-AM24 15,6503 15,6140
B4-AM24 15,9012 15,8639
B5-AM42 16,6016 16,5598
B6-AM42 18,7346 18,6945
B1-AF18 15,3962 15,3807
B2-AF18 15,1954 15,1793
B3-AF24 14,2032 14,1826
B4-AF24 14,4833 14,4625
B5-AF42 15,7119 15,6941
B6-AF42 16,0502 16,0329
B1-AR18 15,0446 15,0163
B2-AR18 15,8804 15,8535
B3-AR24 16,1874 16,1597
B4-AR24 15,9788 15,9524
B5-AR42 15,4550 15,4243
B6-AR42 15,4026 15,3731
B1-AD18 15,7151 15,6955
B2-AD18 15,8050 15,7877
B3-AD24 14,9919 14,9643
B4-AD24 15,0376 15,0097
B5-AD42 15,4459 15,4192
B6-AD42 15,4671 15,4412
35
2.5.12 Estudio gravimétrico de los cupones de prueba A572 Gr. 50.
Tabla 25. Datos del estudio gravimétrico de los cupones
de prueba A572 Gr. 50
Cupones de
prueba
Peso inicial
Pi, (g)
Peso final
Pf, (g)
C1-AM18 25,1722 25,1339
C2-AM18 25,3663 25,3270
C3-AM24 25,5334 25,4887
C4-AM24 25,5841 25,5395
C5-AM42 26,1824 26,1344
C6-AM42 26,4070 26,3577
C1-AF18 25,6316 25,6017
C2-AF18 25,5833 25,5548
C3-AF24 26,2683 26,2388
C4-AF24 26,2441 26,2158
C5-AF42 26,7426 26,7147
C6-AF42 26,8281 26,8010
C1-AR18 24,6185 24,5876
C2-AR18 24,7335 24,7037
C3-AR24 26,3301 26,2989
C4-AR24 26,6224 26,5916
C5-AR42 25,7474 25,7199
C6-AR42 25,1638 25,1378
C1-AD18 26,8140 26,7893
C2-AD18 26,8337 26,8080
C3-AD24 25,0278 25,0005
C4-AD24 25,1073 25,0734
C5-AD42 26,0008 25,9656
C6-AD42 25,9630 25,9263
36
3. CÁLCULOS Y RESULTADOS
Los siguientes cálculos se basan en la aplicación de fórmulas establecidas en las normas
NACE 1D196, ASTM G1 y bibliografía revisada.
3.1 Cálculos modelos para los ensayos realizados.
Se realiza un cálculo modelo con los datos experimentales presentados en el literal 2.5,
mediante la aplicación de las siguientes formulas.
3.1.1 Cálculo del número de cupones de prueba.
𝐂𝐮𝐩 = (𝐈 ∗ 𝐑) + 𝟐 (4)
Dónde:
Cup = número de cupones de prueba a utilizar
I = número de muestras a evaluar
R = número de replicas
Cup = (3 ∗ 2) + 2
Cup = 8
3.1.2 Cálculo de volumen de dilución del ácido clorhídrico.
𝐕𝐢𝐇𝐂𝐥 =𝐂𝐟𝐇𝐂𝐥 ∗ 𝐕𝐟𝐇𝐂𝐥
𝐂𝐢𝐇𝐂𝐥 (5)
Dónde:
ViHCl = Volumen inicial necesario de ácido clorhídrico, mL
CiHCl = Concentración inicial de ácido clorhídrico, %V/V
CfHCl = Concentración final requerida de ácido clorhídrico, %V/V
VfHCl = Volumen final requerido de ácido clorhídrico, mL
37
ViHCl =15% ∗ 250mL
37%
ViHCl = 101,4 mL
3.1.3 Cálculo del volumen de muestra corrosiva requerida para cada ensayo.
𝐕𝐦𝐮𝐞𝐬𝐭𝐫𝐚 = 𝐁 ∗ 𝐕𝐁 ∗ 𝐗𝐦 (6)
Dónde:
Vmuestra = Volumen total de muestras corrosivas
B = Número de botellas necesarias para cada ensayo
VB = Volumen total de la botella de prueba, mL
Xm = Fracción volumétrica de la muestra corrosiva en cada botella
Vmuestra = 24 ∗ 240mL ∗ 1
Vmuestra = 5760mL ≅ 6 L
3.1.4 Cálculo del área de exposición de los cupones de prueba.
𝑨 =𝟐(𝒂 ∗ 𝒃) + 𝟐(𝒂 ∗ 𝒆) + 𝟐(𝒃 ∗ 𝒆)
𝟏𝟎𝟐 ( 7)
Dónde:
A = Área del cupón de prueba, cm2
a = ancho del cupón de prueba, mm
b = largo del cupón de prueba, mm
e = espesor del cupón de prueba, mm
A =2(8,75 ∗ 89,8)𝑚𝑚2 + 2(8,75 ∗ 2)𝑚𝑚2 + 2(89,8 ∗ 2)𝑚𝑚2
102 𝑚𝑚2
𝑐𝑚2
A = 19,66 𝑐𝑚2
3.1.5 Cálculo de la pérdida de peso de los cupones de prueba.
𝐏 = 𝐏𝐢 − 𝐏𝐟 (8)
38
Dónde:
P = pérdida de peso del cupón de prueba, g
Pi = peso inicial del cupón de prueba, g
Pf = peso final del cupón de prueba, g
P = 11,2948 g − 11,2747 g
P = 0,0201 g
3.1.6 Cálculo de la velocidad de corrosión. La velocidad de corrosión, en milésimas de
pulgada por año (mpy), se calculó empleando la ecuación 1 establecida en la norma
ASTM G1.
CR = 𝑃 ∗ 𝐾
𝐴 ∗ 𝑑 ∗ 𝑡 (9)
Dónde:
CR = velocidad de corrosión, mpy
P = pérdida de peso del cupón de prueba, g
K = constante de ajuste de unidades, mpy
A = área del cupón de prueba, cm2
d = densidad del material (acero), g/cm3
t = tiempo de exposición, h
CR =0,0201𝑔 ∗ 3,45𝑥106
19,66𝑐𝑚2 ∗ 7,85𝑔
𝑐𝑚3 ∗ 18 ℎ
CR = 24,9250 mpy
3.1.7 Cálculo de la velocidad de corrosión promedio.
𝐂𝐑𝐩𝐫𝐨𝐦 =∑ 𝐂𝐑
𝐧 (10)
Dónde:
CRprom = velocidad de corrosión promedio, mpy
∑CR = sumatoria de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba, mpy
n = número de repeticiones.
39
CRprom =∑(24,9250 + 24,8978)
2 mpy
CRprom = 24,9114 mpy
3.1.8. Cálculo para conversión de unidades de la velocidad de corrosión. Se realizó
la conversión de velocidad de corrosión en diferentes unidades, empleando la ecuación 2
establecida en la norma ASTM G1 y los datos de las constantes de corrosión de la Tabla
19.
𝑪𝑹 (𝒚) = 𝑪𝑹(𝒙)𝑲 (𝒚)
𝑲(𝒙) (𝟏𝟏)
Dónde:
CR (y) = velocidad de corrosión en nuevas unidades, (y: mm/año)
CR (x) = velocidad de corrosión, (x: mpy)
K (y) = constante de corrosión, (y: mm/año)
K (x) = constante de corrosión, (x: mpy)
𝑪𝑹 (𝒎𝒎
𝒂ñ𝒐) = 𝟐𝟒, 𝟗𝟐𝟓𝟎 𝒎𝒑𝒚
𝟖,𝟕𝟔 𝒙 𝟏𝟎𝟒 (𝒎𝒎
𝒂ñ𝒐)
𝟑,𝟒𝟓 𝒙 𝟏𝟎𝟔 (𝒎𝒑𝒚)
𝑪𝑹 (𝒎𝒎
𝒂ñ𝒐) = 𝟎, 𝟕𝟓
3.2 Resultados.
Los resultados obtenidos se basan en la evaluación inicial y final de los cupones de prueba
(A36, A106 Gr. B, A572 Gr. 50) en contacto con las muestras corrosivas a las condiciones
de operación del dispositivo experimental. (Temperatura constante de 49°C y velocidad
de 31 rpm).
3.2.1 Resultados de la Evaluación Inicial.
a) Evaluación inicial de las muestras corrosivas. En las Figuras 8 y 9 mostradas a
continuación se indica el color que presentaron las muestras corrosivas antes de
realizar el ensayo de corrosión, en los cuales se observó que el agua de rio y el agua
de formación presentan una leve coloración café obscura.
40
Muestras corrosivas
(agua de formación, agua de mar, agua destilada)
Muestra corrosiva (agua de río).
b) Evaluación inicial de los cupones de prueba. En la Figura 10, se indica la forma y
aspecto que presentaron los cupones prueba después de realizar una limpieza
mecánica (lijado), debido al proceso de corte para su obtención.
Cupones de prueba.
ASTM A36 ASTM A106 Gr. B ASTM A572 Gr. 50
41
Cupón de prueba A36 después
del tratamiento químico inicial
Cupón de prueba A106 Gr B después
del tratamiento químico inicial
Cupón de prueba A572 Gr. 50 después
del tratamiento químico inicial
Las Figuras 11, 12 y 13 indican la forma de los cupones prueba, su aspecto que
presentaron después del tratamiento químico inicial, donde se aprecia un acabado
brillante, sin grasa ni óxidos sobre sus superficies.
3.2.2 Resultados de la Evaluación Final
a) Evaluación final de las muestras corrosivas. En la Tabla 26, se indica los cambios
de color y aspecto que presentaron las muestras después de un tiempo de exposición.
Se observó que existe un cambio de color incoloro a café rojizo con mayor intensidad
en el agua de mar, debido a los productos de corrosión solubles formados durante el
ASTM A106 Gr. B
ASTM A36
ASTM A572 Gr. 50
42
ensayo, también se observa sólidos suspendidos, generados por el movimiento de los
cupones dentro de las botellas que provocó desconchaduras o ruptura de las capas
protectoras. (ANEXO G.)
Tabla 26. Evaluación final de muestras corrosivas
MUESTRAS
CORROSIVAS OBSERVACIÓN
Agua de mar a un tiempo de exposición de
42 horas.
La muestra en la cual estuvo el cupón de
prueba A572 Gr. 50, presentó un color más
obscuro de color café con abundantes
sólidos suspendidos en relación a los otros
cupones de prueba.
Agua de formación a un tiempo de
exposición de 42 horas.
La muestra en la cual estuvo el cupón de
prueba A106 Gr. B, presentó un color
amarillo claro, con pocos solidos
suspendidos con relación a los otros
cupones de prueba.
Agua de río a un tiempo de exposición de 42
horas.
La muestra en la cual estuvo el cupón de
prueba A572 Gr. 50, presentó un color café
menos obscuro, en relación a los otros
cupones de prueba.
Agua destilada a un tiempo de exposición de
18 horas, presentó un color amarillo claro.
La muestra en la cual estuvo el cupón de
prueba A572 Gr. 50 presentó un color más
obscuro en relación a los otros cupones de
prueba.
b) Evaluación final de los cupones de prueba. En la Tabla 27 se observa los cambios
físicos que presentaron los cupones de prueba, después de un tiempo de exposición
dentro de las muestras corrosivas, evidenciándose que se produjo una corrosión
uniforme. Luego del tratamiento químico final, estos cupones presentaron pequeños
43
puntos amarillos distribuidos sobre su superficie, indicando que se produjo también
una corrosión por picaduras. (ANEXO H.)
Tabla 27. Evaluación final de los cupones de prueba
CUPONES DE PRUEBA OBSERVACIÓN
A5 A6 B5 B6 C5 C6
Cupones de prueba en agua de formación
a un tiempo de exposición de 42 horas.
Los cupones C5, C6 presentaron una capa
uniforme de color amarillo y debajo de
esta capa se observó otra de color negro
azulado, en los cupones A5, A6, B5, B6 no
presentaron uniformidad de la capa
protectora de color amarillo.
A5 A6 B5 B6 C5 C6
Cupones de prueba en agua de mar a un
tiempo de exposición de 42 horas.
Se produjo una capa uniforme de color
negro, sobre los cupones al estar húmedos,
mientras se fueron secando al ambiente se
produjo una capa uniforme de color
amarillo. En los cupones A5, A6 se
produjo una capa no uniforme debido a la
acumulación de productos de corrosión en
los extremos.
A5 A6 B5 B6 C5 C6
Cupones de prueba en agua de río a un
tiempo de exposición de 24 horas.
Los cupones de prueba presentaron capa
de color amarillo rojiza y otras de color
amarillo verdoso a medida que se van
secando, con pequeñas agrupaciones de
masas sobre los cupones B3 y B4.
A1 A2 C1 C2 B3 B4
Cupones de prueba en agua destilada a un
tiempo de exposición de 18 y 24 horas.
A medida que aumenta el tiempo de
exposición la capa protectora se va
distribuyendo por toda la superficie, es así
que los cupones de prueba B3, B4 en agua
destilada para un tiempo de exposición de
24 horas, presentaron una capa protectora
uniforme de color café.
44
3.2.3 Resultados de velocidad de corrosión de los cupones de prueba. En las siguientes
tablas se presentan los valores calculados a partir de los datos registrados durante la
aplicación del método de Wheel Test y el funcionamiento del dispositivo experimental.
a) Resultado de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba A36.
Tabla 28. Velocidad de corrosión de los cupones de prueba A36
Cupones
de prueba
Área
A, (cm2)
Pérdida
de peso
P, (g)
Velocidad de
corrosión
CR, (mpy)
Velocidad de
corrosión
CR, (mm/año)
Velocidad de
corrosión
CR, (g/m2 año)
A1-AM 18 19,66 0,0201 24,9250 0,63 4968,09
A2-AM18 19,68 0,0201 24,8978 0,63 4962,66
A3-AM24 19,70 0,0323 30,0554 0,76 5990,69
A4-AM24 19,58 0,0311 29,1170 0,74 5803,65
A5-AM42 19,68 0,0332 17,6719 0,45 3522,38
A6-AM42 19,76 0,0325 17,2244 0,44 3433,19
A1-AF18 19,54 0,0249 31,0740 0,79 6193,73
A2-AF18 19,29 0,0239 30,2910 0,77 6037,66
A3-AF24 19,70 0,0229 21,2557 0,54 4236,72
A4-AF24 19,41 0,0214 20,2212 0,51 4030,53
A5-AF42 19,59 0,0171 9,1177 0,23 1817,36
A6-AF42 19,68 0,0172 9, 1284 0,23 1819,49
A1-AR18 19,65 0,0206 25,6014 0,65 5102,92
A2-AR18 19,70 0,0196 24,2509 0,62 4833,73
A3-AR24 19,79 0,0204 18,8495 0,48 3757,12
A4-AR24 19,67 0,0207 19,3012 0,49 3847,16
A5-AR42 19,29 0,0262 14,2294 0,36 2836,24
A6-AR42 19,28 0,0273 14,8163 0,38 2953,20
A1-AD18 19,62 0,0214 26,5833 0,67 5298,64
A2-AD18 19,64 0,0203 25,2424 0,64 5031,36
A3-AD24 19,65 0,0223 20,7489 0,53 4135,71
A4-AD24 19,81 0,0210 19,4405 0,49 3874,91
A5-AD42 19,50 0,0276 14,7896 0,38 2947,88
A6-AD42 19,91 0,0258 13,5451 0,34 2699,82
En la Tabla 28 se observa que el área de los cupones de prueba tiene un valor promedio
de 19,62 cm2. La pérdida de peso de los cupones de prueba es mayor en el agua de mar
con un valor promedio de 0,0282 g, seguido por el agua destilada con un valor de 0,0231g,
agua de río con un valor de 0,0225g y agua de formación con un valor de 0,0212 g.
45
La velocidad de corrosión de los cupones de prueba inmersos en agua de mar aumenta
durante las 24 horas de exposición, luego tiende a disminuir. Para el caso del agua de
formación, agua de río y agua destilada la velocidad de corrosión tiende a disminuir a
medida que el tiempo de exposición aumenta de 18 a 42 horas.
El análisis de pérdida de peso de los cupones de prueba A36 inmersos en las muestras
corrosivas es presentado en la Figura 14.
Diagrama P = f(texp) de los cupones de prueba A36
En la Figura 14 se observa que los cupones de prueba inmersos en las muestras de agua
de río (AR) con respecto al agua destilada (AD), presentan una línea de tendencia
creciente, que se ajusta a una polinómica de segundo grado, a medida que aumenta el
tiempo de exposición de 18 a 42 horas. Para el agua de formación (AF), presenta una
línea de tendencia decreciente, es decir que a medida que aumenta el tiempo de exposición
de 18 a 42 horas la pérdida de peso de los cupones de prueba A36 va disminuyendo, esto
es debido al tratamiento químico particular de campo que tuvo la muestra. En el agua de
mar (AM) los cupones de prueba presentan una línea de tendencia creciente, durante los
tiempos de exposición de 18 a 42 horas, en esta muestra corrosiva se produce una notable
pérdida de peso con respecto a las otras muestras.
Diagrama P = f ( t exp )
tiempo de exposición, t exp (h)
17
21
25
29
33(X 0,001)
Pérd
ida d
e p
eso
, P
(g
)
18 24 42
Muestra CorrosivaADAFAMAR
46
b) Resultado de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba A106 Gr. B
Tabla 29. Velocidad de corrosión de los cupones de prueba A106 Gr. B
Cupones
de prueba
Área
A, (cm2)
Pérdida
de peso
P, (g)
Velocidad de
corrosión
CR, (mpy)
Velocidad de
corrosión
CR, (mm/año)
Velocidad de
corrosión
CR, (g/m2 año)
B1-AM 18 20,01 0,0299 36,4849 0,9264 7272,23
B2-AM18 20,98 0,0320 37,2058 0,9447 7415,92
B3-AM24 22,00 0,0363 30,2152 0,7672 6022,55
B4-AM24 21,31 0,0374 32,1130 0,8154 6400,82
B5-AM42 21,81 0,0418 20,0728 0,5097 4000,94
B6-AM42 22,78 0,0401 18,4322 0,4680 3673,95
B1-AF18 20,70 0,0155 18,3197 0,4652 3651,52
B2-AF18 20,12 0,0160 19,4525 0,4939 3877,30
B3-AF24 18,97 0,0206 19,8514 0,5041 3956,82
B4-AF24 19,72 0,0207 19,2554 0,4889 3838,03
B5-AF42 20,85 0,0178 8,9498 0,2272 1783,88
B6-AF42 20,92 0,0173 8,6533 0,2197 1724,79
B1-AR18 20,61 0,0283 33,5219 0,8512 6681,64
B2-AR18 21,43 0,0269 30,6546 0,7784 6110,12
B3-AR24 20,53 0,0278 24,7637 0,6288 4935,95
B4-AR24 20,33 0,0264 23,8022 0,6044 4744,30
B5-AR42 20,78 0,0307 15,4733 0,3929 3084,17
B6-AR42 21,57 0,0295 14,3293 0,3638 2856,14
B1-AD18 20,81 0,0196 22,9609 0,5830 4576,60
B2-AD18 20,86 0,0173 20,2067 0,5131 4027,64
B3-AD24 19,99 0,0276 25,2868 0,6421 5040,20
B4-AD24 20,52 0,0279 24,9257 0,6329 4968,22
B5-AD42 20,33 0,0267 13,7273 0,3486 2736,14
B6-AD42 20,57 0,0259 13,1615 0,3342 2623,37
En la Tabla 29 se observa que el área de los cupones de prueba tiene un valor promedio
de 20,77 cm2. La pérdida de peso de los cupones de prueba A106 Gr. B es mayor en el
agua de mar con un valor promedio de 0,0363 g, seguido por el agua de rio con un valor
de 0,0283 g, agua destilada 0,0283g y en el agua de formación con un valor de 0,0180 g.
La velocidad de corrosión para las tres muestras corrosivas disminuye a medida que
aumenta el tiempo de exposición de 18 a 42 horas.
47
El análisis de pérdida de peso de los cupones de prueba A106 Gr. B inmersos en las
muestras corrosivas es presentado en la Figura 15.
Diagrama P=f(texp) de los cupones de prueba A106 Gr. B
En la Figura 15 se observa que la pérdida de peso de los cupones de prueba A106 Gr. B
inmersos en el agua de formación y agua destilada presentan una línea de tendencia
decreciente, estas líneas de tendencia se ajustan a una polinómica de segundo grado, para
el caso de los cupones de prueba inmersos en el agua de mar y agua de río presentan una
línea de tendencia creciente. Se observa que existe una mayor pérdida de peso en los
cupones inmersos en el agua de mar y menor pérdida de peso en el agua de formación.
c) Resultado de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba A572 Gr. 50.
Tabla 30. Velocidad de corrosión de los cupones de prueba A572 Gr. 50
Cupones de
prueba
Área
A, cm2)
Pérdida
de peso
P, (g)
Velocidad de
corrosión
CR, (mpy)
Velocidad de
corrosión
CR, (mm/año)
Velocidad de
corrosión
CR, (g/m2 año)
C1-AM 18 24,95 0,0383 37,5101 0,9524 7476,58
C2-AM18 24,97 0,0393 38,4026 0,9751 7654,47
C3-AM24 25,34 0,0447 32,3026 0,8202 6438,61
C4-AM24 25,53 0,0446 31,9906 0,8123 6376,42
C5-AM42 25,47 0,0481 19,7459 0,5014 3935,79
C6-AM42 25,90 0,0493 19,9031 0,5054 3967,11
C1-AF18 24,89 0,0299 29,3035 0,7441 5840,82
C2-AF18 24,74 0,0285 28,1621 0,7151 5613,32
Diagrama P = f( t exp) , A106 Gr. B
tiempo de exposición, t exp (h)
15
20
25
30
35
40
45(X 0,001)
Pérd
ida d
e p
eso
, P
(g
)
18 24 42
Muestras CorrosivasADAFAMAR
48
Tabla 30. (Continuación)
C3-AF24 25,42 0,0295 21,2249 0,5389 4230,59
C4-AF24 25,14 0,0282 20,5645 0,5222 4098,95
C5-AF42 25,75 0,0280 11,3657 0,2886 2265,44
C6-AF42 25,97 0,0271 10,9320 0,2776 2178,98
C1-AR18 24,44 0,0309 30,8658 0,7837 6152,22
C2-AR18 24,50 0,0298 29,7019 0,7542 5920,23
C3-AR24 25,52 0,0312 22,4082 0,5690 4466,45
C4-AR24 25,61 0,0309 22,0725 0,5605 4399,54
C5-AR42 25,55 0,0275 11,2482 0,2856 2242,02
C6-AR42 24,79 0,0260 10,9748 0,2787 2187,52
C1-AD18 25,72 0,0248 23,5111 0,5970 4686,28
C2-AD18 25,73 0,0257 24,3839 0,6191 4860,24
C3-AD24 24,67 0,0273 20,2395 0,5139 4034,17
C4-AD24 24,87 0,0339 24,9638 0,6339 4975,83
C5-AD42 25,59 0,0351 14,3642 0,3647 2863,10
C6-AD42 25,48 0,0367 15,0707 0,3827 3003,91
En la Tabla 30, el área de los cupones de prueba tiene un valor promedio de 25,27 cm2.
La pérdida de peso de los cupones de prueba es mayor en el agua de mar con un valor
promedio de 0,0440 g, seguido por el agua destilada con un valor de 0,0306 g, agua de
río con un valor de 0,0294 g y agua de formación con valor de 0,0285 g. La velocidad de
corrosión en las tres muestras corrosivas disminuye a medida que aumenta el tiempo de
exposición de 18 a 42 horas.
El análisis de pérdida de peso de los cupones de prueba A572 Gr. 50 inmersos en las
muestras corrosivas es presentado en la Figura 16.
Diagrama P=f(texp) de los cupones de prueba A572 Gr. 50
Diagrama P= f(texp), A572 Gr. 50
tiempo de exposición, t (h)
25
29
33
37
41
45
49(X 0,001)
Pérd
ida d
e p
eso
, P
(g
)
18 24 42
Muestras CorrosivasADAFAMAR
49
En la Figura 16 se observa que los cupones de prueba A572 Gr. 50 inmersos en la muestra
de agua de mar presentan mayor pérdida de peso y menor pérdida de peso en el agua de
formación. La pérdida de peso en el agua de mar y agua destilada presenta una línea de
tendencia creciente, que se ajustan a una polinómica de segundo grado. Para el caso del
agua de formación presenta una línea de tendencia decreciente lineal y en el agua de río
presenta una línea de tendencia decreciente, que se ajusta a una polinómica de segundo
grado, se observa que la pérdida de peso disminuye, durante los tiempos de exposición
de 24 a 42 horas.
3.2.4. Resultados de la velocidad de corrosión promedio de los cupones de prueba.
En las siguientes tablas se muestran los valores obtenidos de velocidad de corrosión
promedio en diferentes unidades, de los cupones de prueba de acero al carbono A36,
A106 Gr. B y A572 Gr. 50 una vez finalizado la aplicación del método de Wheel Test.
a) Velocidad de corrosión promedio para los cupones de prueba A36.
Tabla 31. Velocidad de corrosión promedio para los cupones A36
Cupones
de
prueba
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (mpy)
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (mm/año)
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (g/m2 año)
A-AM18 24,91 0,63 4965,38
A-AM24 29,59 0,75 5897,17
A-AM42 17,45 0,44 3477,79
A-AF18 30,68 0,78 6115,70
A-AF24 20,74 0,53 4133,63
A-AF42 9,12 0,23 1818,42
A-AR18 24,93 0,63 4968,33
A-AR24 19,08 0,48 3802,14
A-AR42 14,52 0,37 2894,72
A-AD18 25,91 0,66 5165,00
A-AD24 20,09 0,51 4005,31
A-AD42 14,17 0,36 2823,85
En la Tabla 31 se observa que la velocidad de corrosión promedio del acero A36
disminuye a medida que aumenta el tiempo de exposición de 18 a 42 horas, en el agua
de río, agua de formación y agua destilada. En el agua de mar presentan un aumento de
la velocidad de corrosión durante los tiempos de exposición de 18 a 24 horas y a medida
que aumenta el tiempo de exposición a 42 horas, esta velocidad disminuye.
50
El análisis de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba A36 es presentado en la
Figura 17.
Diagrama CR= f (texp) para los cupones de prueba A36.
En la Figura 17, se observa que la velocidad de corrosión promedio (CR) de los cupones
de prueba A36, es mayor en el agua de mar (AM) durante los tiempos de exposición de
24 a 42 horas. Estas velocidades presentan una línea de tendencia decreciente, a medida
que aumenta el tiempo de exposición de 18 a 42 horas. Se observa que la velocidad de
corrosión promedio disminuye en el agua de rio (AR), agua de formación (AF) y agua
destilada (AD).
b) Velocidad de corrosión promedio para los cupones de prueba A106 Gr. B.
Tabla 32. Velocidad de corrosión promedio para los cupones A106 Gr. B
Cupones
de
prueba
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (mpy)
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (mm/año)
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (g/m2 año)
B-AM18 36,85 0,94 7344,08
B-AM24 31,16 0,79 6211,68
B-AM42 19,25 0,49 3837,44
B-AF18 18,89 0,48 3764,41
B-AF24 19,55 0,50 3897,42
B-AF42 8,80 0,22 1754,34
Diagrama CR=f(texp). A36
tiempo de exposición, texp (h)
9
13
17
21
25
29
33
Velo
cid
ad
de c
orro
sió
n ,
CR
(mp
y)
18 24 42
Muestras CorrosivasADAFAMAR
51
Tabla 32. (Continuación)
B-AR18 32,09 0,81 6395,88
B-AR24 24,28 0,62 4840,12
B-AR42 14,90 0,38 2970,15
B-AD18 21,58 0,55 4302,12
B-AD24 25,11 0,64 5004,21
B-AD42 13,44 0,34 2679,76
En la Tabla 32 se observa que la velocidad de corrosión promedio del acero A106 Gr. B
disminuye a medida que aumenta el tiempo de exposición de 18 a 42 horas, en el agua de
mar y en el agua de río. Para el caso de los cupones inmersos en el agua de formación y
en el agua destilada presentan un aumento de la velocidad de corrosión durante los
tiempos de exposición de 18 a 24 horas, luego esta velocidad tiende a disminuir.
El análisis de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba A106 Gr. B es
presentado en la Figura 18.
Diagrama CR= f(texp) para los cupones de prueba A106 Gr. B
En la Figura 18, la velocidad de corrosión de los cupones A106 Gr. B inmersos en el agua
de mar, agua de formación y agua destilada presentan una línea de tendencia decreciente,
que se ajustan a una polinómica de segundo grado, para el caso del agua de río presenta
una línea de tendencia decreciente lineal. Se observa que existe una mayor velocidad de
corrosión en el agua de mar y menor velocidad de corrosión en el agua de formación.
Diagrama CR=f(texp). A106 Gr. B
tiempo de exposición, texp (h)
0
10
20
30
40
Velo
cid
ad
de c
orro
sió
n,
CR
(m
py)
18 24 42
Muestras CorrosivasADAFAMAR
52
c) Velocidad de corrosión promedio para los cupones de prueba A572 Gr. 50.
Tabla 33. Velocidad de corrosión promedio para los cupones A572 Gr. 50
Cupones
de
prueba
Velocidad de
corrosión promedio
CR prom, (mpy)
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (mm/año)
Velocidad de
corrosión promedio
CRprom, (g / m2 año)
C-AM18 37,96 0,96 7565,53
C-AM24 32,15 0,82 6407,51
C-AM42 19,82 0,50 3951,45
C-AF18 28,73 0,73 5727,07
C-AF24 20,89 0,53 4164,77
C-AF42 11,15 0,28 2222,21
C-AR18 30,28 0,77 6036,23
C-AR24 22,24 0,56 4432,99
C-AR42 11,11 0,28 2214,77
C-AD18 23,95 0,61 4773,26
C-AD24 22,60 0,57 4505,00
C-AD42 14,72 0,37 2933,50
En la Tabla 33 se observa que la velocidad de corrosión promedio del acero A572 Gr. 50
disminuye a medida que aumenta el tiempo de exposición de 18 a 42 horas, en las
muestras de agua de mar, agua de río, agua de formación y agua destilada.
El análisis de la velocidad de corrosión de los cupones de prueba A572 Gr. 50 es
presentado en la Figura 19.
Diagrama CR= f(texp) para los cupones de prueba A572 Gr. 50
Diagrama CR=f(texp) . A572 Gr 50
tiempo de exposición, texp(h)
11
16
21
26
31
36
41
Velo
cid
ad
de c
orro
sió
n,
CR
(m
py)
18 24 42
Muestras CorrosivasADAFAMAR
53
En la Figura 19, se observa que las velocidades de corrosión de los cupones de prueba
A572 Gr. 50, en las diferentes muestras corrosivas presentan una línea de tendencia
decreciente, que se ajustan a una polinómica de segundo grado. Al analizar el factor
salinidad que presentaban estas muestras, indican que para el agua de mar con mayor
contenido de salinidad la velocidad de corrosión es mayor a un tiempo de 18, 24 y 42
horas. Para el tiempo de 42 horas la velocidad de corrosión es menor en el agua de río y
agua de formación.
3.2.5 Análisis Estadístico. Para realizar el análisis estadístico se utiliza el programa
STATGRAPHICS, donde se realiza un análisis ANOVA Multifactorial para establecer
un nivel de confiabilidad de los datos obtenidos para las áreas y determinar si la velocidad
de corrosión es distinta en las muestras corrosivas con diferente contenido de salinidad,
para ello se realiza la siguiente codificación.
Tabla 34. Codificación de los factores para el análisis estadístico
Factor Notación
Medios Agresivos:
Agua de Mar = AM
Agua de Formación = AF
Agua de Río = AR
Agua Destilada = AD
A
tiempo de exposición:
t, (h) B
En la Tabla 34 se codifica los factores utilizados para el análisis estadístico, en los cuales
los medios agresivos son las muestras corrosivas seleccionadas, ordenadas de mayor a
menor contenido de salinidad, para su análisis durante los tres tiempos de exposición de
18, 24 y 42 horas.
a) Análisis de áreas de los cupones de prueba. Se realiza un Análisis de Varianza para
la variable dependiente ÁREA de los cupones de prueba A36, A106 Gr. B, A572 Gr. 50
con el propósito de que sus valores calculados estén dentro de una distribución normal de
acuerdo a los siguientes puntos.
54
Criterio de distribución normal.
Si el Valor-P≥ α: Acepto H0, los datos provienen de una distribución normal.
Si el Valor-P< α: Acepto H1, los datos NO provienen de una distribución normal.
Hipótesis:
H1= Existe una diferencia significativa entre los valores calculados de las Áreas a
partir de las dimensiones de los cupones de prueba.
H0= No Existe una diferencia significativa entre los valores calculados de las Áreas
a partir de las dimensiones de los cupones de prueba.
Nivel de significancia.
α = 0.05
Las siguientes figuras muestran el Valor –P calculado mediante el análisis ANOVA para
los cupones de prueba seleccionados.
Cálculo de Valor-P para los cupones de prueba A36
La Figura 20, indica que el Valor-P > α, por lo tanto se cumple la hipótesis alternativa
H0, indicando que los valores calculados de las áreas en función de las dimensiones
(largo, ancho y espesor) de los cupones de prueba A36, tienen una distribución normal y
los datos medidos están dentro del 95% de confiabilidad.
Cálculo de Valor-P de los cupones de prueba A106 Gr. B
La Figura 21, indica que el Valor-P < α, por lo tanto se cumple que la hipótesis H1, esto
se dio debido a que este tipo de cupones de prueba, presentaron dificultad al momento
55
del corte para su obtención. Por tal motivo se realiza un análisis de verificación de
varianza para determinar entre cuales muestras corrosivas existe una diferencia
significativa.
Verificación de Varianzas:
Si el Valor-P≥ α: Acepto H0, las varianzas son iguales
Si el Valor-P< α: Acepto H1, las varianzas no son iguales
Hipótesis.
H1= Existe una diferencia significativa entre las varianzas de los cupones de prueba
A106 Gr. B.
H0= No Existe una diferencia significativa entre las varianzas de los cupones de
prueba A106 Gr. B.
Nivel de significancia.
α = 0.05
Las siguientes figuras muestran el Valor –P calculado mediante el análisis de varianza
ANOVA para los cupones de prueba A106 Gr. B.
Verificación de varianza para los cupones de prueba A106 Gr. B.
La Figura 22, indica que se cumple que Valor-P > α, por lo tanto se acepta la hipótesis
alternativa H0 e indican que no existe una diferencia significativa entre las varianzas de
los cupones de prueba A106 Gr. B inmersas en las muestras corrosivas, y los valores
calculados de las áreas están dentro de un 95% de confianza. El Valor-P en rojo de la
tabla de comparación, indica que los cupones de prueba A106 Gr. 50, inmersos en el agua
de mar, presentan una diferencia significativa con respecto a los cupones de prueba
inmersos en el agua destilada, para establecer datos de confiabilidad y continuar con los
cálculos, debido a que los valores de las Áreas forman parte de los resultados de la
56
velocidad de corrosión, se analizó detenidamente las medianas de los cupones de prueba
inmersos en las diferentes muestras corrosivas.
Verificación de Medianas:
Si el Valor-P≥ α: Acepto H0, las medianas son iguales
Si el Valor-P< α: Acepto H1, las medianas no son iguales
Hipótesis.
H1= Existe una diferencia significativa entre las medianas de los cupones de prueba
A106 Gr. B.
H0= No Existe una diferencia significativa entre las medianas de los cupones de
prueba A106 Gr. B.
Nivel de significancia.
α = 0.05
Análisis de Medianas de los cupones de prueba A106 Gr. B.
En la figura 23, indica que el Valor-P > α por lo tanto se cumple la hipótesis alternativa
H0, las medianas son iguales y no existe una diferencia significativa entre las medianas
de los cupones de prueba A106 Gr. B. Los valores se encuentran dentro del nivel de
confianza del 95%.
Cálculo de Valor-P para los cupones de prueba A572 Gr. 50
La Figura 24, indica que se cumple que el Valor-P > α, por lo tanto se acepta la hipótesis
57
alternativa H0, establecida para el criterio de distribución normal, los valores calculados
de las áreas en función de las dimensiones (largo, ancho y espesor) de los cupones de
prueba A572 Gr. 50 tienen una distribución normal con un 95% de confiabilidad.
3.2.6 Análisis de velocidad de corrosión promedio. Se comprobó estadísticamente si
los factores: medios agresivos (salinidad) de las muestras corrosivas y el tiempo de
exposición influyen en la velocidad de corrosión de los cupones de prueba de acero al
carbono de acuerdo a las siguientes hipótesis.
Hipótesis: La velocidad de corrosión promedio de los cupones de prueba de acero al
carbono en muestras corrosiva con alto contenido de salinidad es mayor que las otras
muestras corrosivas.
Hipótesis nula:
H1= Existe una diferencia significativa entre la media de la velocidad de corrosión de
las muestras de agua de mar y las otras muestras corrosivas.
Hipótesis alternativa:
H0= No existe una diferencia significativa entre la media de la velocidad de corrosión
de las muestras de agua de mar y las otras muestras corrosivas.
Nivel de significancia:
α= 0,05
Criterios de velocidad de corrosión
Si el Valor-P≥ α: Acepto Ho, las velocidades de corrosión promedio son iguales.
Si el Valor-P< α: Acepto H1, las velocidades de corrosión promedio NO son iguales.
En las siguientes figuras se describe el análisis de la velocidad de corrosión mediante los
criterios anteriormente mencionados.
Análisis de Varianza de la velocidad de corrosión
de los cupones de prueba A36.
58
La Figura 25, indica que se cumple que la hipótesis alternativa H1 para los cupones de
prueba A 36, dado que el Valor-P es menor a α, las velocidades de corrosión promedio
NO son iguales
Análisis de varianza para la velocidad de corrosión
de los cupones A106 Gr. B
La Figura 26, indica que se cumple que la hipótesis alternativa H1 para los cupones de
prueba A106 Gr. B, dado que el Valor-P es menor a α, las velocidades de corrosión
promedio NO son iguales.
Análisis de varianza para velocidad de corrosión
de los cupones A572 Gr. 50.
La Figura 27, indica que se cumple que la hipótesis alternativa H1 para los cupones de
prueba A572 Gr. 50, dado que el Valor-P es menor a α, las velocidades de corrosión
promedio NO son iguales
Las siguientes figuras mostradas a continuación, indican los valores de las medias de la
velocidad de corrosión, obtenidos mediante el análisis ANOVA Multifactorial para los
diferentes tiempos de exposición de los cupones de prueba seleccionados.
59
Análisis de medias para la velocidad de corrosión de los
cupones de prueba A36.
La Figura 28, indica los valores de las medias de la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A36 inmersos en las diferentes muestras corrosivas, en donde se observa que
la velocidad de corrosión promedio a los tres tiempos de exposición, es mayor en el agua
de mar (23,9819 mpy) debido a su alto contenido de salinidad, seguido por el agua de
formación (20,1813mpy) y es menor en el agua destilada (20, 0583mpy), seguido por el
agua de río (19,5081mpy) debido a su bajo contenido de salinidad que presentaron estas
muestras.
Análisis de medias para la velocidad de corrosión de los
cupones de prueba A106 Gr. B.
60
La Figura 29, indica los valores de las medias de la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A106 Gr. B inmersos en las diferentes muestras corrosivas, en donde se observa
que la velocidad de corrosión promedio a los tres tiempos de exposición es mayor en el
agua de mar (29,0873 mpy) debido a su alto contenido de salinidad, seguido por el agua
de río (23,7575mpy) y es menor en el agua destilada (20,0448mpy), seguido por el agua
de formación (15,747mpy) debido a su bajo contenido de salinidad y composición
química que presentaron estas muestras.
Análisis de medias para la velocidad de corrosión de los
cupones de prueba A572 Gr. 50.
La Figura 30, indica los valores de las medias de la velocidad de corrosión de los cupones
de prueba A572 Gr. 50 inmersos en las diferentes muestras corrosivas, en la que se
observa que la velocidad de corrosión promedio a los tres tiempos de exposición es mayor
en el agua de mar (29,9758 mpy) debido a su alto contenido de salinidad seguido por el
agua de río (21,2119 mpy) y es menor en el agua destilada (20,422mpy), seguido por el
agua de formación (20,25 mpy) debido a su bajo contenido de salinidad y composición
química de estas muestras.
61
4. DISCUSIÓN
En los ensayos realizados en el dispositivo experimental se observó que para el tiempo
de exposición de 24 horas, el sistema mecánico (motor) presento un aumento brusco
de temperatura de 55 °C, mayor al especificado en el motor, por ello se vio la
necesidad de acoplar un sistema de enfriamiento compuesto por ventiladores para un
buen funcionamiento del equipo. La velocidad del portamuestras es un parámetro
importante que al no ser constante durante los tiempos de exposición puede afectar en
los resultados esperados de pérdida de peso y velocidad de corrosión.
De acuerdo a los parámetros medidos de pH, existe una pequeña diferencia entre las
muestras corrosivas que hace que no se pueda comparar la influencia de este factor
en la velocidad de corrosión. Los datos obtenidos de salinidad que contienen las
muestras corrosivas tienen una diferencia significativa entre las muestras, por tal
motivo se evaluó la velocidad de corrosión que presentan los cupones de prueba de
acero al carbono expuestos a altas salinidades.
Los cupones de prueba de los aceros al carbono seleccionados para el estudio, a pesar
de que fueron cortados y dimensionados a una misma medida, estos no pueden
compararse entre ellos debido a que cada uno tiene propiedades químicas y mecánicas
diferentes. Por ello se analiza en función de la resistencia a la corrosión que presentan
cada uno de ellos en las muestras corrosivas.
Las muestras corrosivas después de la aplicación del método de Wheel Test
presentaron solidos disueltos en las muestras, para conocer la cantidad que se
desprendió o que se produjo, de los cupones de prueba al estar dentro de las botellas
en constante movimiento, se procedió a medir cualitativamente mediante indicadores
de Fe 2+ y Fe 3+, pero no se pudo relacionar el color obtenido con el color patrón ya
que este se encontraba bajo con relación al color patrón mínimo (5 ppm), indicando
que la cantidad de sólidos suspendidos, está por debajo de ese rango establecido.
(ANEXO G), para ello se midió la cantidad de sólidos suspendidos en las muestras
62
después del ensayo, haciendo uso de un Conductímetro y se observó que existe un
aumento de solidos totales disueltos, es así que en el agua destilada aumentó de 23,26
ppm a 31,64 ppm.
Los productos de corrosión de los cupones de prueba observados al dejar secar al
ambiente mostraron un color amarillo rojizo, que encubrió a la capa de color negro
verdoso que presentaron al estar húmedos, los cupones de prueba inmersos en el agua
de río y en el agua de mar presentaron una agrupación de masa sobre la capa uniforme
que pudo ser provocada por materia orgánica, bacterias u otras sustancias químicas
presentes en las muestras. (ANEXO H)
Los resultados obtenidos del presente estudio nos indican que la velocidad de
corrosión puede verse afectado por la composición química, toma de muestras,
ubicación geográfica de la toma de muestras, debido a que las condiciones del medio
natural son cambiantes. Por lo tanto se recurre al presente estudio para servir de punto
de referencia y conseguir simulaciones que ayuden a prevenir la corrosión de estos
metales mediante modificaciones de medio agresivo (inhibidores) o recubrimientos.
63
5. CONCLUSIONES
El dispositivo experimental construido permite realizar estudios de corrosión
mediante ensayos similares al de Wheel Test; ya que, los datos calculados arrojan una
pérdida de peso para los cupones de prueba A36 igual a 0,25 %, para el A106 Gr. B
un valor de 0,22 %, para el A572 Gr. 50 un valor de 0,17 % con respecto a su peso
inicial, influenciados por el medio de mayor contenido de salinidad, la temperatura y
el tiempo de exposición que afectan la velocidad de corrosión de estos cupones de
prueba.
Los cupones de prueba ASTM A572 Gr. 50, presentan menor porcentaje de pérdida
de peso debido a su composición química que tiene 0,15 % de manganeso mayor a
los otros cupones de acero que tienen aproximadamente hasta 1,2 %. Seguido por los
cupones de prueba A106 Gr. B que contienen en su composición además de
manganeso, fósforo en un porcentaje de 0,008 % mayor al A36 y A572 Gr. 50.
El análisis estadístico ANOVA para la velocidad de corrosión de los cupones de
prueba ASTM A 36, ASTM A106 Gr. B, ASTM A572 Gr. 50 indica que los valores
calculados en este estudio son significativamente diferentes entre el agua de mar, agua
de formación, agua de rio y agua destilada. Es por tal motivo que al compararlos en
relación al contenido de salinidad, nos arroja valores de velocidad de corrosión altos,
que influyen en la resistencia a la corrosión y que pueden ocasionar un deterioro total
a largo plazo.
Los cupones de prueba utilizados en este estudio presentaron mayor velocidad de
corrosión en medios agresivos con altos contenidos de salinidad (agua de mar). Caso
contrario sucede al comparar el agua de formación con el patrón de bajo contenido de
salinidad, los resultados indican que el agua de formación presentan un valor de
velocidad de corrosión más bajo, esto se debió a que la muestra tomada en campo
contiene un tratamiento químico particular, que a su vez sirvió como sustento para
validar el funcionamiento del dispositivo experimental construido.
64
Los cupones de prueba utilizados en este estudio presentaron una disminución de la
velocidad de corrosión a medida que aumenta el tiempo de exposición hasta 42 horas,
debido a la capa protectora que se formó sobre las superficies de los cupones,
impidiendo así que exista contacto entre el metal y los iones presentes en las muestras.
Al evaluar los resultados obtenidos de la velocidad de corrosión promedio, para los
tres aceros en estudio, los valores se encuentran dentro del “Grupo 2. Velocidad entre
0,13 y 1,3 mm/año para metales con una resistencia a la corrosión tolerable”
establecida por (Gómez, 2004).
De los tres aceros al carbono evaluados en este estudio, la velocidad de corrosión
promedio que presenta el acero al carbono tipo ASTM A36, durante los tres tiempos
de exposición, da un valor de 0,4953 mm/año, encontrándose dentro del rango de
0,1 - 0,5 mm / año, como bueno para la resistencia relativa a la corrosión, mencionado
en el documento “Study of the Corrosion Rate in the Couple of Steels ASTM A-36
and AISI/SAE 304 in a Water-Coke of Petroleum System.” realizado por (Bajares &
Di Mella, 2013). (ANEXO N)
La inspección visual de la capa protectora formada sobre las superficies de los
cupones de prueba permite evidenciar que se produjo una corrosión uniforme.
La evaluación final de los cupones de prueba, después del tratamiento químico
mostraron pequeños puntos de color amarillo formados sobre todas las superficies, lo
cual permite evidenciar que se produjo también una corrosión por picadura.
65
6. RECOMENDACIONES
Se recomienda utilizar las especificaciones y procedimientos establecidos en las
normas NACE 1D96, NACE 1D182:2005 para la realización de ensayos de corrosión
en el dispositivo experimental.
Realizar un uso y mantenimiento adecuado del dispositivo experimental durante los
ensayos de corrosión en base al montaje y desmontaje de las muestras corrosivas
acordes con el procedimiento detallado en el Literal 2.4.6.
Para futuros estudios de corrosión en el dispositivo experimental se debe tomar en
cuenta las siguientes variables: El metal o material a ensayar, el medio corrosivo, el
procedimiento operativo.
Se recomienda realizar ensayos de corrosión a diferentes condiciones de operación,
como un aumento de temperatura mayor o menor a 49°C, con el fin de analizar su
efecto en la velocidad de corrosión de materiales metálicos.
Considerar ensayos de inmersión en medio natural o muestras corrosivas sintéticas
como agua de mar, disoluciones de NaCl al 3%, etc. y compararlos con los ensayos
de laboratorio realizados en este dispositivo experimental.
Trabajar con muestras líquidas corrosivas no inflamables a las temperaturas de
ensayo como por ejemplo el ácido clorhídrico.
Considerar estudios de corrosión de otros tipos de aceros o aleaciones analizando
otros factores causantes de corrosión, como son: cantidad de oxígeno disuelto en las
muestras, bacterias, materia orgánica.
Considerar un seguimiento de posibles cambios en la estructura de los cupones de
prueba, mediante examen macroscópico, microscópico o rayos X para averiguar la
profundidad del ataque (picadura), producida por los iones presentes en las muestras
corrosivas.
66
Considerar valoraciones de los efectos sobre el medio (muestras corrosivas) después
del ensayo, debido a que se observó un aumento de la cantidad de sólidos disueltos
en la muestras después del ensayo, que hizo que varíe la composición química, la
conductividad y se pudo generar también agentes tóxicos. Empleando métodos
analíticos, determinación del pH, métodos indicadores, mediciones electroquímicas,
etc.
La obtención de los cupones de prueba de materiales metálicos se lo debe hacer
cuidadosamente para evitar tener valores fuera de una distribución normal.
El tratamiento químico inicial y final de un cupón de prueba debe ser lo más corto
posible para minimizar el ataque al material.
67
CITAS BIBLIOGRAFICAS
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Economy.
73
ANEXOS
74
ANEXOS A. Dispositivo Experimental
Figura A.1. Dispositivo Experimental
75
ANEXO B. Vistas del Dispositivo Experimental
Figura B.1. Dispositivo Experimental vista lateral izquierda
Figura B.2. Dispositivo Experimental vista lateral derecha
76
ANEXOS C. Componentes del Dispositivo Experimental
Figura C.1. Soporte giratorio (Portamuestras)
Figura C.1.1. Placa tipo cubierta (Portamuestras)
Figura C.1.2. Botellas de prueba (Portamuestras)
Figura C.2. Resistencias
77
Figura C.3. Sistema Mecánico
Figura C.4. Control de Temperatura
Figura C.5. Propiedades del Styroplan. (Plastex S.A, 2016)
78
ANEXO D. Toma de Muestras Corrosivas
Figura D.1. Muestra corrosiva de agua de mar
Figura D.2. Muestra corrosiva de agua de formación
Figura D.3. Muestra corrosiva de agua de río
Figura D.4. Muestra de agua destilada tomada como patrón
79
Figura D.5. Extracto de la Norma INEN 2169:98
(Instituto Ecuatoriano de Normalización, INEN, 2017)
Figura D.6. Análisis Fisicoquímicos
(Dirección del Medio Ambiente del Ecuador, 1998)
80
ANEXO E. Equipos de Laboratorio Utilizados para el Ensayo
Figura E.1. Conductímetro, Potenciómetro
Figura E.2. Conductímetro (agua de formación)
Figura E.3. Balanza Analítica
81
ANEXOS F. Obtención de los Cupones de Prueba
Figura F.1. Corte del acero tipo ASTM A36
Figura F.2. Corte del acero tipo ASTM A106 GR. B
Figura F.3. Corte del acero tipo ASTM A572 GR. 50
82
ANEXOS G. Evaluación Final de las muestras corrosivas
Figura G.1. Agua de mar después de 42 h.
Figura G.2. Agua destilada después de 42 h.
Figura G.3. Agua de formación después de 42 h.
Figura G.4. Agua destilada después de 24 h.
83
Figura G.5. Agua destilada después de 18 h.
.
Figura G.6. Muestra corrosiva de agua de dulce (río) a 42h de exposición.
Figura G.7. Agua destilada después de 42h. (Medición de la conductividad final)
84
ANEXOS H. Evaluación inicial y final de los cupones de prueba.
Figura H.1 Tratamiento Químico inicial de cupones de prueba
Figura H.2. Cupones de prueba antes del ensayo en agua de formación a 42h .
Figura H.3. Cupones de prueba despues del ensayo en agua de formación a 42h .
85
Figura H.4. Cupones de prueba en agua de río despues de 18h.
Figura H.5. Cupones de prueba en agua de río despues de 24h.
Figura H.6. Cupones de prueba en agua de río (húmedos/ secos) despues de 42 h.
86
Figura H.7. Cupon de prueba A36 en agua destilada despues de 24 h.
Figura H.8. Cupon de prueba final en agua destilada a 42 h de exposición.
87
ANEXO J. Extracto de la Norma NACE 1D196
Figura J. 1. Método de Wheel Test.
88
Figura J. 1. (Continuación)
ANEXOS K. Equipo de Wheel Test.
Figura K.1. Equipo de Wheel Test (Bolaños, 2015, p.105).
89
ANEXO L. Extracto de la Norma NACE 1D182
Figura L.1. Extracto de la norma NACE 1D182
90
ANEXO M. Extracto de la Norma ASTM G1-90
Figura M.1. Ecuación para Velocidad de Corrosión
Figura M.2. Densidad del Acero
91
ANEXO N. Extracto de “Study of the Corrosion Rate in the Couple of Steels ASTM A-
36 and AISI/SAE 304 in a Water-coke of Petroleum System.”
Figura N.1. Estudio de la Velocidad de Corrosión. (Bajares & Di Mella, 2013)
92
Figura N.2. Velocidad de corrosión del ASTM A 36. (Bajares & Di Mella, 2013)
