ejercicio de corrosion

213

UNIDAD 12Fundamentos de corrosión yprotección

12.1 CUESTIONES DE AUTOEVALUACIÓN

1. ¿Que ventajas presenta desde el punto de vista de la corrosión en la protección del acero unrecubrimiento de Zn (galvanizado) frente a un recubrimiento de Cr (cromado): a) El mayor espesor conseguido. b) El proceso electrolítico. c) Proporciona protección catódica. d) El acabado conseguido.

2. En la corrosión húmeda se corroen las zonas: a) Más cercanas al medio corrosivo. b) Más electropositivas. c) Más electronegativas. d) De transmisión.

3. La protección anódica en la corrosión se fundamenta en: a) La anulación del proceso corrosivo por aportación de fuente eléctrica. b) Limitación del proceso corrosivo por trabajar en zonas de pasivación. c) Constituir el material de sacrificio como ánodo del circuito. d) La pasivación de las zonas catódicas del material.

4. La protección catódica en la corrosión se fundamenta en: a) La polarización catódica por medio de una fuente que suministra corriente eléctrica. b) La polarización del material que hace de cátodo por eliminación del electrolito. c) La pasivación de las zonas catódicas del material. d) La aplicación de películas orgánicas.

5. La protección catódica en la corrosión se fundamenta en: a) La anulación del proceso corrosivo por aportación de fuente eléctrica. b) Limitación del proceso corrosivo por trabajar en zonas de pasivación. c) Constituir el material de sacrificio como ánodo del circuito. d) La pasivación de las zonas catódicas del material.

6. La protección con películas metálicas está fundamentado en: a) Efecto barrera por metales más nobles. b) Efecto anódico por metales más nobles. c) Efecto catódico por los metales menos nobles. d) Efecto barrera por metales menos nobles.

Cuestiones y ejercicios de Fundamentos de Ciencia de Materiales

214

7. Un acero se alea para: a) Mejorar su templabilidad. b) Mejorar su resistencia a la corrosión. c) Endurecer el acero por aleación. d) Todas son correctas.

8. Los metales con un E0 mayor que el del H2 se denominan: a) Anódicos. b) Activos. c) Catódicos. d) Ninguna es correcta.

9. En el cátodo se pueden generar: a) Deposiciones metálicas. b) Generación de H2. c) Reacción de reducción. d) Todas son correctas.

10. Los ánodos de sacrificio se utilizan para: a) Protección anódica. b) Protección catódica. c) Protección mediante pinturas. d) Protección por corriente impresa.

11. El efecto de área es típico de la : a) Corrosión por desgaste. b) Corrosión por picadura. c) Corrosión galvánica. d) Corrosión bajo tensión.

12. En el ánodo se puede generar: a) Reacción de oxidación. b) Electrones libres. c) Iones metálicos. d) Todas son correctas.

13. En el cátodo se pueden generar: a) Electrones libres. b) Deposiciones metálicas. c) La corrosión. d) Iones metálicos.

14. En el ánodo se puede generar: a) Reacción de oxidación. b) Reacción de reducción. c) Generación de H2. d) Deposiciones metálicas.

15. En el cátodo se pueden generar: a) Electrones libres. b) Iones metálicos. c) Reacción de reducción. d) Reacción de oxidación.

Unidad 12 - Fundamentos de corrosión y protección

215

16. En el ánodo se puede generar: a) Generación de H2. b) Electrones libres. c) Reacción de reducción. d) Deposiciones metálicas.

17. El recubrimiento de zinc se fundamenta en: a) La protección por efecto barrera. b) La protección por ánodos de sacrificio. c) La transpasivación d) La protección por inhibidores.

18. El recubrimiento con estaño se fundamenta en: a) La protección por efecto barrera. b) La protección por ánodos de sacrificio. c) La transpasivación d) La protección por inhibidores.

19. Cuando la velocidad de ataque corrosivo al metal es debida al movimiento relativo de unfluido corrosivo, se denomina: a) Corrosión erosiva. b) Corrosión galvánica. c) Corrosión intergranular. d) Corrosión por cavitación.

20. Cuando la corrosión es causada por la formación e impulsión de burbujas de aire o vaporcerca de la superficie metálica, se denomina: a) Corrosión erosiva. b) Corrosión galvánica. c) Corrosión intergranular. d) Corrosión por cavitación.

21. El deterioro por corrosión localizada y/o adyacente a los límites de grano de una aleación sedenomina: a) Corrosión erosiva. b) Corrosión galvánica. c) Corrosión intergranular. d) Corrosión por cavitación.

22. La corrosión caracterizada por una reacción química o electroquímica que actúauniformemente sobre toda la superficie del metal expuesto se denomina: a) Corrosión intergranular. b) Corrosión por picaduras. c) Corrosión generalizada. d) Corrosión galvánica.

23. El ataque corrosivo localizado que produce pequeños hoyos en el metal se denomina: a) Corrosión intergranular. b) Corrosión por picaduras. c) Corrosión generalizada. d) Corrosión galvánica.


216

24. La descincificación de los latones se caracteriza como: a) Corrosión por hendiduras b) Corrosión intergranular. c) Corrosión por picaduras. d) Corrosión selectiva.

12.2 CUESTIONES DE HETEROEVALUACIÓN

1. Diferencia entre la serie electroquímica y la galvánica.

2. En muchos metales y aleaciones las fronteras intergranulares son anódicas respecto a lamatriz granular. ¿ Cuál es la razón y sus consecuencias?.

3. Pasivación de un metal. ¿ Qué es y porqué se produce?.

4. Tipos de recubrimientos para prevenir o reducir la corrosión metálica.

5. ¿Qué es la protección catódica?. Indicar los métodos más extendidos.

6. Dibuja la morfología de una corrosión:

a) generalizada.

b) Por picaduras. c) Intergranular.

7. Razonar, basándose en la microestructura observada, cual es el mecanismo de corrosiónselectiva del zinc en los latones, conocido como descincificado.

8. Justifica por qué en la corrosión por picaduras el avance del deterioro es siempre hacia abajoy en las partes inferiores de las piezas (depósitos).

9. En una corrosión uniforme: ¿Se puede expresar la velocidad de corrosión en térmicos de unadensidad de corriente?. En caso afirmativo ¿cuál sería la relación entre ambos valores?.

10. ¿Cuales son los mecanismos de protección frente a la corrosión en el acero galvanizado?.

11. Justifica la menor importancia del indicador de corrosión peso pérdido / superficie y añopara determinar la función de daño sobre la pieza en corrosión.

12. Determina la influencia que la humedad ambiente puede tener en las pérdidas y deterioropor corrosión.

13. Clasifique los diferentes tipos de atmósferas y los medios agresivos característicos de cadauna de ellas.

14. ¿Que ventaja fundamental presentan los recubrimientos de cinc para la protección de aceros,frente a otros recubrimientos: pinturas, niquelado, cromado, etc.

15. Señale distintos procedimientos para conseguir recubrimientos protectores de sacrificio concinc.

16. Señala diferentes causas, propias del material o del entorno, por las que pueden aparecerzonas anódicas y catódicas.

17. Defina los constituyentes básicos de una pila de corrosión electroquímica.

18. Establezca las reacciones básicas en los electrodos de una pila de corrosión en medio acuosoy neutro.


217

19. Señale técnicas que permitan reducir o eliminar la corrosión mediante modificaciones en elmedio.

20. Clasifique por su mecanismo de actuación: barrera, sacrificio, mixto, los diferentes sistemasde protección por recubrimiento, como pinturas acrílicas, pinturas ricas en cinc,recubrimientos de Ni y Cr, pinturas d epoliuretano, recubrimeintos de cinc, recubrimeintosde estaño y recubrimeintos de aleación Zn-Ni..

21. Establezca sobre un diagrama potencial-log i las condiciones de pasivación de un metal.

22. Diseñe un esquema de protección catódica de una tubería enterrada a) mediante corrienteimpresa b) mediante ánodos de sacrificio

23. Analiza las condiciones básicas para que se produzca corrosión bajo tensiones

24. Diferencia entre corrosión seca y corrosión electroquímica.

25. Criterios básicos del comportamiento frente a corrosión seca: carácterísticas de los óxidos.

12.3 PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS PROPUESTOS

Problema 12.1 Una pila galvánica consta de un electrodo de cinc en una disolución 1 M deZnS04 y otro electrodo de níquel en una disolución 1 M de NiSO4. Ambas disoluciones estánseparadas por una pared porosa para impedir la mezcla entre ellas. Un cable externo con uninterruptor conecta los dos electrodos. En el momento en que cerramos el interruptor:

a) ¿En qué electrodo se produce la oxidación?

b) ¿Qué electrodo es el ánodo de la pila?

c) ¿Qué electrodo se corroe?

d) ¿Cuál es la fem de la pila en el momento de la conexión?

Problema 12.2 Un proceso de electrodeposición de cobre utiliza 15 A de corriente para disolverquímicamente (corroer) un ánodo de cobre y electrodepositar un cátodo de cobre. Si se suponeque no hay reacciones secundarias, cuanto tiempo tardarán en corroerse 8,50 g de cobre delánodo?

Problema 12.3 Un tanque cilíndrico de acero suave (bajo en carbono) de 1 m de altura y 50 cmde diámetro, contiene agua aireada hasta un nivel de 60 cm y muestra una pérdida de pesodebido a la corrosión de 304 g al cabo de 6 semanas. Calcular: a) la corriente de corrosión; b)la densidad de corriente implicada en la corrosión del tanque. Supóngase que la corrosión esuniforme sobre la superficie interior del tanque y que el acero se corroe en la misma forma queel hierro puro.

Problema 12.4 La pared de un tanque de acero conteniendo agua aireada se está corroyendo auna velocidad de 54,7 mdd. ¿Cuánto tardará en disminuir el espesor de la pared en 0,50 mm?

Problema 12.5 Una muestra de cinc se corroe uniformemente con una densidad de corriente de4,27×10-7 A/cm2 en una solución acuosa. ¿Cuál es la velocidad de corrosión del cinc en mg pordm por día (mdd)? La reacción para la oxidación del cinc es:

Zn → Zn2+ + 2e-


218

Problema 12.6 Se desea diseñar un tanque para contener ácido clorhídrico diluido, y elmaterial seleccionado para ello es un acero al carbono (F 1120), con una densidad de 7.81g/cm3, que tiene una velocidad de corrosión en ese medio de 45 mdd (mg por dm2 por día) .Estimar el sobrespesor con que debería diseñarse el depósito para asegurar al menos 10 añosde vida.

Problema 12.7 Un depósito de acero de construcción, con 0.1%C, de 120 cm de altura y 60 cmde diámetro, contiene SO4H2 al 2% hasta un nivel de 75 cm. El depósito muestra una pérdida depeso por corrosión según la tabla siguiente,

Pérdida de peso (g) tiempo (dias)

56 7

360 45

784 98

suponiendo una corrosión generalizada y uniforme. Calcular:

a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, sabiendo que se cumple la expresión:

WI t M

n F=

⋅ ⋅⋅

siendo W la pérdida de peso, M para el Fe de 55.85 g/mol, y, F la constante de Faraday,96500 A·s/mol.

b) La densidad de corriente implicada en la corrosión del tanque.

c) Velocidad de corrosión del tanque expresada en mdd (miligramos por decímetro cuadrado ypor día).

d) Tomando la densidad del hierro de 7.87 g/cm3, calcular la profundidad de corrosión, odisminución del espesor del depósito a las 8 semanas.

Problema 12.8 Una lámina de 800 cm2 de una aleación metálica, de densidad 4.5 g/cm3, seencuentra sumergida en agua de mar. Debido a la corrosión, ha experimentado una pérdida demasa de 760 g. Suponiendo una velocidad de corrosión generalizada de 0.4 mm/año, calcular eltiempo de servicio en años de la lámina.

Problema 12.9 Una superficie de cobre se corroe por agua de mar, con una densidad decorriente de 2,45 x 106 A/cm2. Determinar:

a) ¿Cual es la velocidad de corrosión en mdd?

b) ¿Qué espesor de metal se corroe en seis meses?

Considerar: El peso de un mol de cobre es de 63.4 g.

La densidad del cobre es de 8.03 g/cm3.

La constante de Faraday es 96500 A · s/mol.

Problema 12.10 Una pieza de aleación de níquel experimenta una oxidación a elevadatemperatura que responde a una ley parabólica del tipo:

W2 = at + b


219

con un incremento de masa por la oxidación expresada en la tabla.

W (mg/cm2) Tiempo, t (minutos)

0.527

0.857

1.526

10

30

100

Determinar la oxidación después de transcurridas diez horas.

Problema 12.11 Un redondo de bronce al aluminio, de 652 MPa de resistencia a la rotura, de12 cm de diámetro, soporta una carga a tracción de 118000 kg, estando todo sumergido en lasaguas de un embalse, en cuyo medio la aleación presenta, para una superficie de 1 m2, unavelocidad de corrosión de 0,5 mm/año. Estimar el tiempo mínimo de servicio de este material.

A efectos de cálculo, despreciar la variación de la superficie de corrosión durante el proceso

Problema 12.12 Una estructura metálica de acero, de 460 MPa de resistencia a la rotura, desección cuadrada de 15 cm de lado y 4 mm de espesor soporta una carga a tracción de 50toneladas y está sumergida en agua de mar.

¿Calcular la velocidad de corrosión máxima, en mm/año, para que el tiempo de servicio mínimosea de 60 meses?

Problema 12.13 Una chapa de acero de 100 mm x 200 mm x 2 mm presenta en un ensayo decorrosión por inmersión durante 3 meses en agua de mar una pérdida de peso -una vezdecapada- de 6,45g. La corrosión es generalizada y tiene lugar por ambas caras. Determine suresistencia a la corrosión, expresada en mm penetración/año.Considerar la densidad del acero7,81 g/cm3.

Problema 12.14 Un alambre de 5 mm de diámetro, de monel 400 (aleación de níquel),recubierto de una pequeña capa de óxido de 100 nm, sostiene un peso de 4000 N, en el interiorde un horno a 600°C, donde sufre una corrosión cuya velocidad cumple la ley parabólica y2 =c1·t+c0,sabiendo que con una hora de exposición su capa de óxido aumenta a 200 nm, calcular:

a) El tiempo en el cual iniciaría la deformación plástica.

b) El tiempo en el cual se produce la rotura.

Las propiedades mecánicas del monel 400 son:

Módulo de elasticidad, E = 179 GPa.

Límite elástico, Le = 283 MPa.

Carga de rotura, R = 579 MPa.

Alargamiento hasta rotura = 39.5 %.

Problema 12.15 Una estructura de 560 Tm de peso, considerando las hipótesis de carga ysobrecargas de cálculo, está soportada por cuatro pilares de acero, de 380 MPa de límiteelástico y 520 MPa de carga de rotura, de forma tubular de 25 cm de diámetro exterior y 5 mmde espesor, en los que se reparte de manera uniforme el peso total de la estructura. Estos pilaresse encuentran sumergidos en parte en agua de mar, soportando la mencionada estructura fuera


220

de ella, en la que el acero se corroe a una velocidad de 1,80 mdd.

Determinar el tiempo a partir del cual pueden encontrarse deformaciones en la estructura.

Considerar la densidad del acero de 7,81 g/cm3.

Problema 12.16 La estructura de la bóveda de un horno que pesa 12000 kg, es soportada porcuatro redondos de una superaleación de cobalto de 15 cm de longitud y con un diámetro inicialde 12 mm. La velocidad de corrosión de esta aleación, en las condiciones internas del horno, deatmósfera y temperatura, viene expresado por la ecuación de pérdida de peso:

W2 = 38 t

donde:W se expresa en mg/cm2 y t en segundos.

Calcular el tiempo en el que fallará la estructura.

Nota: La densidad de la aleación es 7,90 g/cm3 y la carga de rotura de la misma es 895 MPa.Considerar la superficie de exposición la intermedia entre la inicial y la final.

Problema 12.17 Se diseña una balsa para almacenar el agua de riego de una explotaciónagrícola, en chapa ondulada de acero con un 0,08% de carbono (AP02), con una densidad de7,81 g/cm3, que presenta una velocidad de corrosión, para el agua con la concentración denitratos y cloruros analizada, de 23 mg/dm2·dia. Estimar el sobrespesor con que deberíadiseñarse el material para asegurar al menos 12 años de servicio.

Problema 12.18 La pared de un tanque de acero, conteniendo agua desmineralizada, se corroea una velocidad de 30 mg/dm2-dia. ¿Cuánto tiempo tardará en disminuir el espesor de la pared0,8 mm?

Estimar la densidad del acero = 7,81 g/cm3

SOLUCION A LAS CUESTIONES DE AUTOEVALUACION:

1 - a, 2 - c, 3 - b, 4 - a, 5 – c, 6 - a, 7 - d, 8 - c, 9 - d, 10 - b, 11 - c, 12 – d, 13 – b, 14 – a, 15 – c,16 – b, 17 – b, 18 – a, 19 – a, 20 – d, 21 – c, 22 – c, 23 – b, 24 – d.


221

12.4 PROBLEMAS Y EJERCICIOS PRACTICOS RESUELTOS

Solución al problema 12.1

Las semirreacciones de la pila son:

Zn → Zn2+ + 2e- E0= -0,763 V

Ni2+ → Ni + 2e- E0= +0.250 V

a) La oxidación tiene lugar en el electrodo de cinc ya que la semirreacción del cinc tiene unpotencial (E0 = -0,763 V) más negativo comparado con el potencial de la semirreacción delníquel (E0 = -0,250 V).

b) El electrodo de cinc es el ánodo ya que la oxidación ocurre en el ánodo.

c) El electrodo de cinc es el que oxida puesto que es en el ánodo donde tiene lugar estefenómeno.

d) La f.e.m. se obtiene sumando las dos reacciones:

Reacción anódica: Zn → Zn2+ + 2e- E0= -0,763 V

Reacción catódica: Ni2+ + 2e- → Ni E0= +0.250 V

Reacción total: Zn + Ni2+ → Zn2+ + Ni E0pila= -0,513 V


El tiempo que tarda el cobre del ánodo en corroerse puede ser determinado por laecuación:

w = I t M

n F o t =

w n F

I M

En este caso,w = 8,5 g n = 2(Cu → Cu2+ + 2e-) F = 96500 A×s/molM = 63,5 g/mol (Cu) I = 15 A t = ? s

t = (8,5 g) (2) (96500 A_ s/ mol)

(15 A) (63,5 g/ mol) = 1722 s o 28,7 min


a) Usaremos la ecuación siguiente para conocer la corriente de corrosión:

I = w n F

t M

w = 304 g n = 2(Fe → Fe+2 + 2e-) F = 96500 A×s/molM = 55,85 g/mol(Fe) t = 6 semanas I = ? A

Debemos convertir el tiempo, 6 semanas, en segundos y luego podremos sustituir todoslos valores en la ecuación anterior:


222

t semdias

sem

horas

dia

s

hs=

⋅

⋅

= ⋅67 24 3600

3 63 106..

,

( ) ( ) ( )( ) ( )

Ig A s mol

s g molA=

⋅

⋅=

304 2 96500

3 63 10 55 850 289

6

/

, , /,

b) La densidad de corriente es

i (A/ cm ) = I (A)

(cm )2

2area

Area de la superficie corroída del tanque = área lateral + área de fondo

= πDh + πr2

= π(50 cm) · (60 cm) + π(25 cm)2

= 9420 cm2 + 1962 cm2 = 11380 cm2

i = 0,289 A

11380 cm = 2,53x10 A/ cm2

-5 2


La velocidad de corrosión es 54,7 mdd, o 54,7 mg de metal se corroe en cada dm2 desuperficie por día.

velocidad de corrosión en g/ (cm ) = 54,7 x10 g

100(cm ) = 5,47 x10 g/ (cm )2

-3

2-4 2⋅

⋅⋅dia

diadia

La densidad del hierro es 7,87 g/cm3. Dividiendo la velocidad de corrosión en g/(cm2 ·día) por la densidad de la profundidad de corrosión por día como

5,47 x10 g/ (cm )

7,87 g/ cm = 0,695 x10 cm/

-4 2

3-4⋅ dia

dia

El número de días necesitados para una disminución de 0,50 mm se puede obtener por larelación

x dias

mm

dia

mm0 50

1

0 695 10 3, ,=

⋅ −

X = 719 días


Para efectuar la conversión de densidad de corriente a mdd, usaremos la ecuación deFaraday para calcular los mg de Zn corroídos en un área de 1 dm2/día (mdd).


223

wi A t M

n F=

⋅ ⋅ ⋅⋅

( )( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )w mgA cm cm h s h g mol

A s mol

mg

g=

⋅ ⋅

⋅ ⋅

−4 27 10 100 24 3600 65 38

2 96500

10007 2 2, / / , /

/

w = 1,25 mg de Zn corroído en un área de 1 dm2 en un día,

o lo que es lo mismo, la velocidad de corrosión es 1,25 mdd.


Considerando la velocidad de corrosión de 45 mg/dm2 día, y ya que deseamos asegurar almenos 10 años, es decir alrededor de 3650 días, la cantidad de material a corroer en ese tiemposerá:

3650 días x 45 mg/dm2 día = 164250 mg/dm2 = 164.25 g/dm2

Si consideramos la densidad del acero del 7.81 · 103 g/dm3 y teniendo en cuenta lacorrosión por unidad de superficie, el sobrespesor lo obtendremos por el cociente entre lavelocidad de corrosión superficial y la densidad del material, es decir:

e dm mm= =⋅

= =164 25 164 25

781 100 021 21

3

. .

.. .

ρ


a) La intensidad de corrosión al cabo de 8 semanas, 56 días = 4838400 vendrá de la expresión:

IW n F

t M

gA=

⋅ ⋅⋅

=⋅ ⋅

⋅=

448 2 96500

4838400 55850 32

..

donde W se obtiene por la interpolación en los datos suministrados a los 56 días, que nos dauna pérdida de peso de 448 g.

b) La densidad de corriente implicada vendrá expresada por:

JI

S=

donde S = 2 π r h + π r2 = 2 π 0.30 0.75 + π (0.3)2 = 1.7 m2, con lo que la densidad de corrienteserá:

J = 0.32 / 1.7 = 0.19 A/m2

c) Considerando una pérdida de peso de 448 g en 56 días, la pérdida diaria será de 8 g., por otraparte y del apartado anterior sabemos que la superficie expuesta a corrosión es de 1.7 m2, porlo que la velocidad de corrosión será:

Vmg dia

dmmddc =

⋅

⋅=

8 10

17 1047

3

2 2

/

.

d) Tomando la densidad del hierro de 7.87 g/cm3, el volumen de corrosión será:


224

Vm g

g cmcm= = =

ρ448

787569

33

. /.

por lo que el espesor que se ha corroído será:

espesorV

S

cm

cmcm m= =

⋅= ⋅ =−56 9

17 10335 10 335

3

4 23.

.. . µ


La lámina experimenta una pérdida de peso uniforme de 760 g, por lo que el espesorcorroído vendrá expresado por:

( )ew

Scm cm mm=

⋅=

⋅= =

ρ760

800 4 50 21 21

,. .

Si la velocidad de corrosión es de 0,4 mm/año, el tiempo de servicio vendrá expresadocomo:

tiempo de servicioe

v

mm

mm añoaños= = =

2 1

0 45 25

,

, /,


a) La velocidad de corrosión la obtendremos tras evaluar el peso de material corroído en un dm2,es decir en 100 cm2, y en un dia, es decir 24 x 3600 s.

( ) ( ) ( ) ( )w

i A t M

n F

A cm cm h s h g mol

A s mol=

⋅ ⋅ ⋅⋅

=⋅ ⋅

⋅ ⋅=

−2 45 10 100 24 3600 63 54

2 96500

6 2 2, / / , /

/

= 6,969 mg/dm2 día = 6,969 mdd

b) Para calcular el espesor perdido en seis meses, iniciaremos el cálculo de la pérdida de peso enese tiempo, expresado por:

W = 6,969 mg/dm2 día x 6 x 30 días = 1254,42 mg/dm2

eg dm

g dmdm mm m=

⋅

⋅= ⋅ = ⋅ =

−− −1254 4 10

8 03 101 562 10 1 562 10 15 62

3 2

3 34 2, /

, /, , , µ


Planteando el sistema de ecuaciones, para la función:

W2 = at + b

tendremos:

(0.527)2 = 10 a + b de donde a = 0.0228

(0.857)2 = 30 a + b y b = 0.049

por tanto, la oxidación será:


225

W2 = 0.0228 (600 minutos) + 0,049 = 13.729

de donde:

2/70.3729.13 cmmgW ==


La dimensión mínima que puede tener la barra de bronce, corresponderá a aquella en la quesupere la resistencia a tracción del material, por lo que:

23

2610774,1

/10652

8.9118000

652

118000m

mN

N

MPa

kg

R

FS −⋅=

⋅⋅

===

por lo que el radio será:

mmr 76,231774

==π

y con ello el espesor que puede corroerse será:

e = 60 – 23,76 = 36,24 mm

y a la velocidad de 0,5 mm/año, el tiempo mínimo de servicio estimado será:

añosañomm

mm

v

et 5,72

/5,0

24,36===


La carga a tracción solicitada será:

F = 50 103 Kp = 50 103 9,8 N = 490000 N

entonces,

2mm1065Mpa460

N490000S

S

FR ==→= de sección mínima

con lo que el espesor será:

1065 = 4 x [150 x e ] → e = 1,775 mm

y por tanto,

∆e = 4 – e = 4 – 1,775 = 2,225 mm de perdida de espesor

Considerando el tiempo de servicio mínimo, de 60 meses = 60 / 12 = 5 años, tendremosuna velocidad de corrosión de:

año/mm445,0años5

mm25,2

t

e==

∆ perdida de espesor máximo


La chapa experimenta una pérdida de peso uniforme de 6,45 g en los tres meses, por loque considerando la superficie total expuesta, despreciando el espesor de la misma, como:


226

St = 2 caras x 100 mm x 200 mm = 40000 mm2 = 400 cm2

Y por tanto, el espesor corroído vendrá expresado por:

( ) mm0206,0cm1006,2cm81,7400

45,6

S

we 3 =⋅=

⋅=

ρ⋅= −

durante los tres meses de ensayo, por lo que la velocidad expresada en mm/año será:

0,0206 mm/trimestre x 4 trimestres = 0,0824 mm/año.


Los parámetros de la ley parabólica los calculamos mediante el sistema de ecuaciones:

1002 = c1 x 0 + c0 c0 = 104 nm2

2002 = c1 x 1 + c0 c1 = 2002 – 1002 = 3 · 104 nm2/h

a) Para calcular el tiempo en el que se iniciará la deformación plástica, deberemos considerar lasdimensiones mínimas del alambre para que no se produzca ésta, es decir:

S = F / σ = 4000 N / 283 MPa = 14,13 mm2

con lo que el radio será:

mm121,2mm13,14S

r2

=π

=π

=

y la pérdida de espesor posible será de 2500 nm – 2121 nm = 379 nm. Con ello, el tiempo será:

3792 = 3 · 104 x t + 104 → minutos27yhoras4h4547,4103

10379t

4

42

==⋅

−=

a) Para calcular el tiempo en el que se produce la rotura, deberemos considerar las dimensionesmínimas del alambre para que no se produzca ésta, es decir:

S = F / σ = 4000 N / 579 MPa = 6,91 mm2

con lo que el radio será:

mm484,1mm91,6S

r2

=π

=π

=

y la pérdida de espesor posible será de 2500 nm – 1484 nm = 1016 nm. Con ello, el tiempo será:

10162 = 3 · 104 x t + 104 → minutos5yhoras34h075,34103

101016t

4

42

==⋅

−=


Cada uno de los pilares soporta una carga de 560 · 103 · 9,8 / 4 = 1372000 N = 1372 kN.

La sección de cada uno de los pilares es: S = π (Rext2 – Rint

2) = π (12,52 – 122) = 38,48 cm2

Considerando el límite elástico del material, la sección mínima del mismo para que no sepresenten deformaciones vendrá dada por:


227

22

2min cm1053,36mm53,3610mm/N380

kN1372

.E.L

FS ====

con lo que el diámetro exterior mínimo será:

cm4697,12121053,36

RS

R 22inmin =+

π=+

π=

lo que supone un espesor perdido de 125 – 124,697 mm = 0,303 mm.

Si consideramos una longitud de los pilares, expuesta a la corrosión, de 1 metro, podrácorroerse, correspondiente a una superficie de S = 2 π R · e = 7854 cm2, un volumen deaproximadamente 237,98 cm3. Lo que supondrá una pérdida de peso de 1856,24 g.

Si la velocidad de corrosión, expresada en mg/dm2 · día es de 1,80, el tiempo estimadoantes de presentar deformación será:

años36días1313054,788,1

1024,1856

SuperficiecorrosióndeVelocidad

pesodePérdidat

3

≈=⋅

⋅=

×=


El fallo de la estructura se producirá cuando se supere la resistencia a la rotura del material,que se producirá cuando el diámetro de los redondos sea menor que:

π⋅

=S4

d

siendo la superficie:

2

2mm85,32

mm/N895

N4/8,912000S =

⋅=

por lo que el diámetro mínimo será 6,467 mm. Con ello, el volumen corroído será:

( ) 3322 cm038,12mm12038150467,6124

V ==⋅− π

=

que corresponde a una pérdida de peso de 95,10 g.

Considerando que la superficie expuesta para cada uno de los redondos es la intermediaentre la inicial y final, es decir,

22 cm51,43mm43511502

6,46712 S ==⋅

+

π=

la pérdida de peso por unidad de superficie será de 95,10 · 103 / 43,51 = 2186 mg/cm2, por lo queconsiderando la ecuación tendremos un tiempo de exposición:

horas93,34segundos12575338

2186

38

wt

22

====


228


La pérdida de peso por dm2 del material durante los 12 años será:

22

2

3 /0074.1/74.1001023 año

dias 365 años 12 cmgdmg

diadm

g==

⋅⋅⋅⋅ −

por lo que el sobreespesor necesario será:

mmcmcmg

cmge 29.1129.0

/81.7

/0074.13

2

===


La velocidad de corrosión expresada como disminución del espesor en función del tiemposerá:

diacmcmg

diacmgv /1084.3

/81.7

)/(101030 5

3

223−

−−

⋅=⋅⋅⋅

=

por lo que para disminuir 0,8 mm necesitará:

añosdiasdiamm

mm7.52083

/1084.3

8.04

≈=⋅ −

ejercicio de corrosion

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