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    Final cuestionario 1 Final cuestionario 1 Document Transcript

    • CUESTIONARIO 1 DEGRADACION DE LOS MATERIALES 1. Defina la corrosión cuando ésta se refiere a los materiales.La corrosión es la deterioración de los materiales por la acción del medio, sea química o electroquímica; y ala cual puede estar asociada una solicitación mecánica, por ejemplo: corrosión bajo tensiones.Si se pretenden comprender los métodos de control de la corrosión es necesario describir primero en uncierto grado de profundidad las reacciones y los factores que influyen en el fenómeno.Este fenómeno no siempre involucra un cambio de peso o un deterioro visible, ya que muchas formas decorrosión se manifiestan por un cambio de las propiedades de los materiales, disminuyendo su resistencia. 2. ¿Cuáles son algunos factores que afectan la corrosión de metales?Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbredel hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).La mayoría de los metales se encuentran en estado natural formando parte de minerales, ya sea comooxido o metales. El mineral común de hierro se asemeja al herrumbre, este es convertido a fierro metálicomediante el empleo de energía y esta misma energía es la que se libera cuando el hierro se convierte enherrumbre debido a la corrosión en efecto, es la energía que guarda el metal durante el proceso derefinación lo que hace posible el proceso de corrosión.Corrosión es un proceso de destrucción o deterioro electroquímico de un metal por acción y reacción deéste con el medio que lo rodea (reacciones de oxidación y reducción simultánea). 3. ¿Cuál está en el estado de energía más baja: a) hierro elemental o b) Fe 2O3 (oxido de hierro)?El oxido de hierro es el que se encuentra en de energía baja ya que necesita energía para volver a hierroelemental cual es más alto. 4. Proporcione ejemplos de deterioro ambiental de a) materiales cerámicos y b) materiales poliméricos.CERAMICOS: Como los materiales cerámicos son combinaciones de elementos metálicos y no metálicos, sepuede considerar que estos son materiales que ya han sido corroídos. Por tanto, las cerámicas sonexcesivamente resistentes a la corrosión en la mayoría de los ambientes, especialmente a temperaturaambiente. La corrosión de los materiales cerámicos generalmente transcurre como una simple disoluciónquímica, en contraste con los procesos electroquímicos de los metales ya descritos.Frecuentemente se utilizan materiales cerámicos debido a su resistencia a la corrosión. Por ese motivo loslíquidos se almacenan en recipientes de vidrio. Las cerámicas refractarias no solo deben ser estables a altastemperaturas y aislantes térmicos sino que a menudo deben resistir el ataque a elevadas temperaturas de
    • metales, sales escorias y vidrios fundidos. Algunas de las nuevas tecnologías desarrolladas para convertiruna forma de energía en otra requieren temperaturas relativamente elevadas, atmósferas corrosivas ypresión superiores a la ambiental. Los materiales cerámicos suelen resistir mejor que los metales estascondiciones, sobre todo durante períodos de tiempos largos.Las variaciones de estado del agua: el elemento de volumen al pasar al estado sólido y las tensionesdesencadenadas con el posterior deshielo.La migración de sales solubles: formación de depósitos superficiales y disgregación de revestimiento. POLIMEROS: Los polímeros son moléculas orgánicas gigantes ,son ligeras y resistentes a la corrosión buenos aislantes eléctricos ,pero tienen relativamente baja resistencia a la tensión y son adecuados para uso a alta temperatura. Los polímeros se emplean en innumerables aplicaciones como son: Juguetes Pinturas Adhesivos Neumáticos (Ebonita) Empaques Poliéster Dentro de ellos podemos incluir al plástico caucho ,ahora se utiliza en el poliéster y muchos tipos de adhesivos que se producen creando grandes estructuras moleculares ,a partir de moléculas orgánicas obtenidas del petróleo o productos agrícolas o “ POLIMERIZACIÓN “. Estos materiales pueden ser seleccionarse para proporcionar combinaciones poco usuales en rigidez, resistencia, peso, rendimiento a alta temperatura, resistencia a la corrosión, dureza o conductividad. Los materiales compuestos metal cerámica incluyen herramientas de corte de Carburo de Tungsteno y hasta cementados; el Titanio es un proceso reforzador de las fibras de carburo,el Silicio refuerza al acero y al esmaltado. El cloruro polivinilo expuesto a altas temperaturas se colorea y no sufre cambio de propiedades mecánicas. Efecto de las reacciones químicas: El oxigeno, el ozono pueden originar o acelerar la escisión (separación o rotura de los enlaces de las cadenas moleculares). 5. ¿Cómo se llama la reacción de oxidación en la cual los metales forman iones que pasan a una solución acuosa en una reacción de corrosión electroquímica? ¿Qué tipos de iones producen esta reacción? Escriba la reacción de oxidación de media celda para la oxidación de metal de zinc puro en solución acuosa.Se denominan así a los procesos que se desarrollan por acción de electrólitos sobre el metal.Los procesos electrolíticos pueden ser muy complejos en dependencia de la naturaleza del metal y delelectrólito, pero en general corresponden a una reacción de oxidación -reducción, en la que el metal sufreun proceso de oxidación y se destruye (se disuelve). Al mismo tiempo el hidrógeno presente en la soluciónacuosa se reduce y se desprende oxígeno elemental de la disolución que corroe adicionalmente el metal.
    • Las aguas naturales que contienen sales, el aire húmedo, las soluciones ácidas, de álcalis o salinas son loselectrólitos más comunes con los que entran en contacto los metales en la práctica.La tendencia de los metales a ceder a la disolución sus iones, se llama presión de disolución. Cada metaltiene su propia presión de disolución. A consecuencia de esto, si se colocan diferentes metales dentro de unmismo electrólito, cada uno adquiere diferente potencial eléctrico y forman pares galvánicos.En estos pares el metal con potencial más bajo (mayor presión de disolución), pasa a ser el ánodo y sedestruye, es decir se oxida o pasa a la disolución. El segundo metal con potencial mayor actúa como cátodoy no se disuelve.Con esto se explican los procesos que se desarrollan durante la corrosión electroquímica de los metalestécnicos (aleaciones). Al sumergir tal metal en el electrolítico, sus diferentes partes adquieren diferentespotenciales y como en el interior del metal estos componentes están en corto circuito, entonces estesistema se puede considerar como un conjunto de múltiple pares galvánicos conectadosLa destrucción del metal comienza desde la superficie del sistema metal-medio y se propagapaulatinamente dentro del metal.
    • 6. ¿Cuál es el potencial estándar de oxidación-reducción de media celda?
    • 7. ¿Cómo se llama la reacción de reducción en la que un metal o no metal se reduce en carga de valencia en una reacción de corrosión electroquímica? ¿En esta reacción se crean o consumen electrones?El potencial estándar de reducción (E0) es el voltaje asociado con una reacción de reducción en un electrodocuando todos los solutos se encuentran a 1 M y todos los gases están a 1 atm. 8. Describa un método utilizado para determinar el potencial de oxidación-reducción de media celda de un metal utilizando una media celda de hidrógeno.ElectrolisisEn una electrolisis, en el ánodo ocurre la oxidación y es el borne positivo. Por otro lado, en elcátodo, es decir, el borne negativo de la electrolisis, ocurre la reducción.Puede ocurrir cualquiera de las 6 combinaciones iónicas siguientes:Catión AniónMetálico del G1,G2 o Aluminio: No se puede Con el elemento en el máximo numero dereducir el catión, se reduce el hidrogeno del agua: oxidación . No se puede oxidar mas, por lo que se oxida el agua: Haluros y sulfuros:Otro metálico:Ácidos BasesEquivalente redox:
    • El equivalente redox es la masa que se deposita o reacciona cuando pasa 1Faraday (96500 C)Equivalente electroquímico: masa que se deposita, desprende o reacciona por el pasaje de 1 C1 Ley de Faraday:La masa depositada, desprendida o reaccionante en una electrolisis es directamente proporcional a lacantidad de carga que circula2 Ley de Faraday:La reacción entre las masas depositadas en cubas electrolíticas por las que circula la misma corrientees la misma que existe entre los eq-redoxPilaUna pila electroquímica, galvánica o voltaica es un dispositivo que genera corriente eléctricaaprovechando reacciones de oxido-reducciónUna pila esta constituida por 2 semipilas, donde se producen las reacciones parciales de oxidación yreducción. Cada semipila esta constituida por un conductor electrolítico (solución donde circulaniones) y uno electrónica (donde se produce la circulación de electrones.El conductor puede participar en la reacción oxidándose o bien ser inerte, actuando solamente comosoporte de electrones. Las semipilas deben estar unidas electrolíticamente a través de un puentesalino o un tabique poroso lo que permite que los iones se desplacen sin que las soluciones sepongan en contacto en forma directa.El polo negativo es el ánodo y es donde ocurre la oxidación, mientras que el polo positivo es elcátodo y es donde ocurre la reducción.Notación:
    • Se coloca a la izquierda el negativo y a la derecha el positivo, separados por una barra o líneapunteada (con puente salino o no)Ejemplo:Cada electrodo esta formado por un conductor electrónico y otro electrolítico. Entre los contactos segenera una diferencia de potencial eléctrica que se denomina potencial de electrodo. Dichopotencial depende de los componentes del electrodo, de la concentración de iones y de latemperatura. Para que una pila pueda producir corriente los electrodos que la constituyen debentener diferentes potenciales de electrodo.Si se pone en contacto un metal con una solución del mismo metal, pero ionizado, es decir, Men+puede ocurrir: El metal se oxida y pasa a la solución en forma iónica, quedando “n” electrones liberados que a su vez atraen a los iones de la solución y se establece una doble capa eléctrica El Ion metálico se reduce y se deposita sobre el metal.Este equilibrio esta caracterizado por una diferencia de potencial eléctrico entre la fase sólida yliquida que se denomina potencial de electrodo. Su valor absoluto no puede ser medido, solo puededeterminarse experimentalmente diferenciales de potenciales de electrodo. La diferencia depotencial entre los electrodos de una pila se denomina fuerza electromotriz (Fem.)Electrodos Reversibles Un metal o un no metal en contacto con sus respectivos iones Platino u oro en contacto con iones hierro o de magnesio Metales en contacto con soluciones poco solubles del mismo y una solución de un Ion no metal.La Fem. representa la fuerza impulsora de la reacción química. Si la reacción se realiza de maneraespontánea, el. Si la reacción va en sentido contrario,y no es espontánea. Para determina las Eo estándar de una semipila es necesario una media celdapatrón: la del hidrogeno. Al electrodo normal de hidrogeno se le asigna el Eo=0V
    • A las reacciones que se producen con mas facilidad que la del hidrogeno son positivos, y las demenos facilidad negativas. El valor del potencial de la media celda es una medida cuantitativa de tendencia de la mediareacción a producirse de izquierda. Si se invierte en la que escrita una media celda se invierte elsigno del potencial.Ecuación de NerstCorrosiónEn el sentido más amplio, es un fenómeno natural por medio del cual los sistemas químicosexpresan su tendencia hacia un estado de equilibrio estable y puede definirse en dos maneras: Se habla de corrosión química cuando el fenómeno se debe a la reacción química entre el metal y el agente corrosivo (p. Ej. el oxígeno del aire) en contacto directo. En cambio, se habla de corrosión electroquímica o galvánica cuando hay circulación de iones en el medio agresivo y, simultáneamente, de electrones libres en el metal agredido (reacción "a distancia"). Este tipo de corrosión es de mayor complejidad y también de mayor frecuencia y de enorme implicancia técnico-económica. Ocurre cuando el agente agresivo actúa sobre ciertas zonas (comúnmente se emplea la palabra "áreas"), de un mismo cuerpo metálico que, en cierto momento, tengan menor potencial de reducción, o sea que sean más "anódicas" respecto de otras zonas del mismo cuerpo. En tal caso, las acciones fisicoquímicas y mecánicas van acompañadas de una corriente eléctrica dentro del metal (conducción metálica) y de circulación de iones (conducción electrolítica) en el medio líquido en contacto con el metal.Puede desempeñar el papel de medio agresivo líquido, la delgadísima e invisible película dehumedad que casi inevitablemente recubre a todo cuerpo expuesto al aire atmosférico.Este tipo de corrosión es también una reacción de oxidación-reducción, de tipo iónico, tal como lasque ocurren en las descargas de las pilas electroquímicas (pilas galvánicas) o en las electrólisis, adistancia, es decir sin que las sustancias actuantes estén en contacto directo.Tipos de protección:Protección electroquímica:Catódica: puede ser con ánodo de sacrifico, con una fuente de corriente o cubiertos de metal
    • Ánodo de sacrificio: se tiene enterrado un ánodo de magnesio cerca de las tuberías en donde el sueloesta humedecido. Debido a que el magnesio tiene mayor potencial de oxidación que el hierro, secorroe el magnesio y no las tuberías.Fuente de corriente: Se tiene un ánodo de grafito enterrado, al cual se le conecta una fuente decorriente (denominada impresa) que esta conectado a la cañería. De este modo, la cañería no secorroeAnódica: mediante una formación de películas protectorasProtección no electroquímica: recubrimiento con pinturas o por la eliminación de humedad condesecantesAguasLas partículas mas finas que están en suspensión que no han sido eliminados durante lasedimentación se separan mediante la coagulación. Esta se efectúa mediante el agregado decoagulantes (). La cantidad de coagulante a agregar al agua es la necesaria para formar el floculo.El floculo dedurante su formación envuelve a la mayor parte de las partículas en suspensión, a una parte de losmicroorganismos y absorbe el color por combinación química.Coagulación: es el proceso mediante el cual un floculo mediante una determinada carga superficialque neutraliza partículas coloidales en suspensión de carga superficial opuesta formando un coaguloluminoso que sedimenta lentamente 9. Liste cinco metales que sean catódicos respecto al hidrógeno e indique sus potenciales de oxidación estándar.A los metales que son menos reactivos que el hidrógeno se les asignan potenciales positivos y se dice queson catódicos con respecto al hidrógeno. Los iones del metal cuyo potencial está siendo determinado sonreducidos al estado metal (y pueden depositarse sobre el electrodo), y el hidrógeno gas es oxidado a ioneshidrógeno. Las ecuaciones para las reacciones del proceso son: M+n + ne- M (iones de metal reducidos a átomos) H2 2H+ + 2e- (gas hidrógeno oxidado a iones hidrógeno)
    • Potenciales de electrodo estándar a 25ºC 10. Una celda galvánica estándar tiene electrodos de hierro y plomo. ¿Cuál electrodo es el ánodo? ¿Cuál electrodo se corroe? ¿Cuál es la fem de la celda?pdf 11. En metales, ¿cuál región es más reactiva químicamente (anódica), la matriz de grano o las regiones de fronteras de grano? ¿Por qué? 12. ¿Por qué los metales puros son en general más resistentes a la corrosión que los impuros?
    • 13. Un proceso de electrodepositación de cadmio emplea 10A de corriente y corroe químicamente a un ánodo de cadmio. ¿Cuánto le tomará corroer 8,2 g de cadmio del ánodo? 14. ¿Qué es la corrosión por picaduras? ¿Dónde suelen iniciarse las picaduras? Describa un mecanismo electroquímico para el crecimiento de una picadura en un acero inoxidable sumergido en una solución de cloruro de sodio aereada.Ciertos metales y aleaciones (aluminio, acero inoxidable, etc.), que deben su estabilidad a delgadas películaspasivadoras de oxido, son los más propensos a desarrollar picaduras. Estas se originan en las imperfeccionessuperficiales y en los lugares expuestos a daño mecánico, bajo condiciones en que la película es incapaz deregenerarse. Son especialmente susceptibles a este tipo de corrosión las zonas mal aireadas, por ejemplo,bajo depósitos o sedimentos y dentro de resquicios.Se entiende por picadura una cavidad o agujero con el diámetro de la superficie igual o menor que suprofundidad. Las picaduras, que pueden ser superficiales o muy profundas, comienzan a formarse enaquellas zonas del metal en las que se produce un aumento local de las velocidades de corrosión.Las picaduras constituyen una forma muy insidiosa de corrosión, a pesar de que la cantidad de metalatacado es pequeña, el perjuicio puede ser grande,en particular cuando el metal está destinado acontener fluidos (tubos de intercambiadores,tuberías enterradas, recipientes de la industriaquímica, etc.), ya que existe el riesgo de una rápidaperforación.Una de las primeras cuestiones planteadas es dondese originan las picaduras y que elementos odefectos en la superficie proporcionan los lugarespara su iniciación. A veces la predisposición esmayor en los bordes de grano y de macla. Se hasugerido cierta relación entre puntos de emergenciade dislocaciones (defectos lineales en la estructuracristalina) y formación de picaduras. Otras vecesparece estar comprobada la intervención de microheterogeneidades de naturaleza química, tales comoinclusiones de óxidos, sulfuros y compuestos diversos, y partículas metálicas y no metálicas contaminandola superficie, así como de microheterogeneidades de índole geométrica, tales como rayas y señales dejadaspor acciones mecánicas.Son particularmente temibles desde el punto de vista del desarrollo de picaduras las soluciones quecontienen iones cloruro, aunque el fenómeno se manifiesta también en presencia de iones bromuro,hipoclorito y otros. Muchos de los medios que las producen son casi neutros.La picadura compone una pila local en la que la corriente fluye a través del electrolito desde la regiónanódica (fondo de la picadura) a la región catódica colindante.
    • Como el área anódica central es pequeña, la densidad de corriente es elevada, lo que explica las altasvelocidades de penetración observadas.Es muy peligrosa, difícil de prevenir y afecta a la capacidad de deformación del metal. Ejemplo: Fe o Alatacados por agua del mar. 15. ¿Qué es la corrosión intergranular? Describa la condición metalúrgica que puede producir corrosión intergranular en un acero inoxidable austenítico.La corrosión intergranular, también conocida como ataque intergranular, es un fenómeno corrosivo quesucede en los aceros inoxidables, el mismo consiste en una decarburización del acero debido a unfenómeno difusivo del carbono hacia los bordes de grano, en el proceso el carbono arrastra átomos decromo, lo cual hace que el acero pierda sus propiedades anticorrosivas. Este fenómeno es característico delos aceros inoxidables, sin embargo se puede presentar en otras aleaciones resistentes a la corrosión.Contenido[ocultar] 1 Mecanismo 2 Efecto de la sensitización 3 Métodos de prevención o 3.1 Acero estabilizado 4 Referencias[editar] MecanismoEn las aleaciones de níquel, así como en aceros inoxidables austeníticos, en donde se agrega cromopara incrementar la resistencia a la corrosión, el mecanismo que se presenta para la corrosiónintergranular es la formación de carburos de cromo (Cr23C5) , debido a que la afinidad del cromopor el carbono es termodinámicamente muy alta, y como el carbono tiene buena difusividad a travésdel acero hacia el borde del grano este arrastra al cromo hacia el borde, lo cual forma zonas pobresen cromo, normalmente este proceso esta asociado a un aumento y sostenimiento de la temperaturade entre 450 a 850 °C, al cual se le denomina sensitización y normalmente es producto de un maltratamiento térmico o una soldadura.Al crearse los carburos de cromo y las zonas empobrecidas en este último elemento, se creanpequeñas celdas galvánicas debido a la diferencia de potencial entre los bordes y el resto del granodel metal, lo cual provoca una corrosión galvánica localizada en los bordes del grano.Otro efecto relacionado con la corrosión intergranular es el ataque "Knifeline", este fenómeno se vedentro de los aceros estabilizados con niobio como el acero inoxidable 347. El titanio y el niobio, asícomo sus carburos se disuelven el en acero a temperaturas muy altas, en algunos ciclos deenfriamiento, el carburo de niobio no precipita, y el acero se comporta como uno no estabilizado por
    • lo que se forman los carburos de cromo. Sin embargo esto solo suele pasar en los ciclos deenfriamiento en soldaduras y sólo afecta a una zona delgada de algunos milímetros de ancho en lavecindad misma de la soldadura, las estructuras hechas de aceros que puedan ser atacados medianteeste fenómeno deben ser calentados por encima de 1066 °C para disolver el carburo de cromo yformar el carburo de niobio. La velocidad de enfriamiento no es importante en este últimotratamiento, debido a que el carbono que podría unirse con el cromo ya esta ligado con el niobio.Las aleaciones de aluminio pueden ser sensibles la corrosión intergranular si dentro de los granos dela aleación hay partículas de materiales que actúen como ánodos, la corrosión intergranular tambiénafectar a las aleaciones con un alto contenido de cobre.[editar] Efecto de la sensitizaciónLa sensitización de los metales implica la creación de celdas galvánicas dentro de la microestructurade una aleación.Ciertas aleaciones cuando se exponen a temperatura o un rango de temperaturas en particular sesensitizan y se vuelven susceptibles a la corrosión intergranular. En una atmósfera corrosiva, lasinterfaces del grano de esa aleación sensitizada se vuelve muy reactivas y se produce la corrosiónintergranular, la cual se caracteriza por un ataque localizado adyacente a los límites de grano y pocao nula corrosión dentro del mismo.Esta corrosión se considera generalmente que es causada por la segregación de impurezas en losbordes de grano o por el enriquecimiento o el agotamiento de uno de los elementos de aleación enlas zonas de borde de grano. De esta manera, en algunas aleaciones de aluminio, se ha demostradoque pequeñas cantidades de hierro se segregan en los límites de grano y causan corrosiónintergranular, también se ha visto que en el contenido de zinc en los latones es mayor en los límitesde granos que han sufrido corrosión. Las aleaciones de aluminio de alta resistencia tales como elduraluminio (aleación de Al-Cu), en las cuales el fortalecimiento de la aleación depende de las fasesprecipitadas, son susceptibles a la corrosión intergranular después de una sensitización atemperaturas de 120 °C. Las aleaciones ricas en níquel como el Inconel 6000 o el Incoloy 800muestran una susceptibilidad similar a esta corrosión.Aleaciones de zinc fundidas que contienen aluminio exhiben corrosión intergranular en cuando sesometen a vapor en una atmósfera marina. Los aceros al Cr-Mn y Cr-Mn-Ni son susceptibles a lacorrosión intergranular luego de una sensitización en un rango de temperatura de 400 - 850 °C. En elcaso de los aceros inoxidables austeníticos, cuando se sinsetiza a estos aceros en una rango detemperatura de 500 - 800 °C, ocurre el empobrecimiento de cromo en la región adyacente a loslímites de granos, lo cual resulta en usa suceptibilización a la corrosión intergranular, esto es comúnen calderas, generadores de vapor o en estructuras soldadas con estos aceros.[editar] Métodos de prevenciónPara evitar este tipo de corrosión se debe evitar calentar el acero entre el rango de la temperatura desentitización (450 - 850 °C), o en el caso de calentar, ya sea por un calentamiento térmico o unasoldadura hacerlo con el cuidado debido, se debe calentar el acero a una temperatura mayor a1100 °C, la cual permite disolver los carburos dentro del grano del material y luego se enfríarápidamente para evitar de nuevo su formación.
    • Otra forma de prevenir este fenómeno es utilizar aceros con bajo contenido de carbono, alrededor deun 0,02%,ya que al haber menos carbono dentro de los granos del acero la cantidad de carburos quese pueden formar también será menor y la corrosión intergranular no tendrá lugar.En el caso de soldadura, para evitar este fenómeno corrosivo se debe soldar partes delgadas para queasí al terminar la soldadura la pieza libere el calor tan rápidamente que no de tiempo a la formaciónde los carburos.[editar] Acero estabilizadoPara evitar la corrosión intergranular se pueden usar aceros estabilizados, los cuales están aleadoscon elementos como el titanio, niobio o tantalio, los cuales tienen más afinidad por el carbono que elcromo, por lo que serán estos elementos y no el cromo los que formarán los carburos, evitando laszonas pobres de cromo y con ello su perdida en la resistencia contra la corrosión.1 16. Describa tres métodos para evitar la corrosión intergranular en aceros inoxidables austeníticos. 17. ¿Qué es la corrosión por erosión? ¿Qué es el daño por cavitación?La corrosión por erosión se suele presentar en tuberías, especialmente en codos, ángulos ycambios bruscos de diámetro: posiciones donde el fluido cambia de dirección y suele convertirseen turbulento. Hélices, alavés de turbina, válvulas y bombas son susceptibles de experimentar estetipo de corrosión.Un procedimiento para paliar la corrosión por erosión consiste en cambiar el diseño para eliminarlos defectos de turbulencia. También existen materiales con elevada resistencia a la corrosión porerosión. Además, eliminando las partículas y las burbujas de la disolución, disminuye la posibilidaderosiva.AVITACIÓNLa cavitación es un fenómeno que se produce siempre que la presión en algún punto o zona de lacorriente de un líquido desciende por debajo de un cierto valor mínimo admisible. El fenómeno puedeproducirse lo mismo en estructuras hidráulicas estáticas (tuberías, Venturis, etc.), que en máquinashidráulicas (bombas, hélices, turbinas). Por los efectos destructivos que en las estructuras y máquinashidráulicas mal proyectadas o mal instaladas produce la cavitación es preciso estudiar este fenómeno,para conocer sus causas y controlarlo. (Los constructores de bombas hidráulicas, por ejemplo, recibencon frecuencia reclamaciones y encargos de reposiciónDescripción de la cavitación.Cuando un líquido fluye a través de una región donde la presión es menor que su presión de vapor, élliquido hierve y forma burbujas de vapor. Estas burbujas son transportadas por el líquido hasta llegar a
    • una región de mayor presión, donde el vapor regresa al estado líquido de manera súbita, implotandobruscamente las burbujas. Esta fenómeno se llama cavitación. Si las burbujas de vapor se encuentrancerca o en contacto con una pared sólida cuando cambian de estado, las fuerzas ejercidas por ellíquido al aplastar la cavidad dejada por el vapor dan lugar a presiones localizadas muy alto,ocasionando picaduras sobre la superficie sólida. El fenómeno generalmente va acompañado de ruidoy vibraciones, dando la impresión de que se tratara de grava que golpea con diferentes partes de lamáquina.Según se ha dicho, cuando, la corriente de un punto de una estructura o de una máquina alcanza unapresión inferior a la presión de saturación de vapor (Fig. 1), el líquido se evapora y se originan en elinterior del líquido “cavidades” de vapor, de ahí el nombre de cavitación. En el interior del fluido existen,pues, zonas en que reina un gradiente fuerte de presiones que aceleran las burbujas y producen unimpacto en el contorno (Venturis, bombas, turbinas, etc.).El fenómeno de la cavitación se explica con el mecanismo siguiente: si la presión en un líquido como elagua baja suficientemente, empieza a hervir a temperatura ambiente. Consideremos un cilindro llenode agua y tapado con un pistón en contacto con el agua. Si se mueve el pistón en dirección fuera delagua, se reduce la presión y el agua se evapora formando burbujas de vapor, si ahora bajamos elpistón hacia el agua la presión aumenta, el vapor se condensa y la burbuja se destruye (colapso de laburbuja). Cuando se repite este proceso con alta velocidad como por ejemplo -en el interior de unabomba de agua, se forman y se destruyen las burbujas rápidamente. Se demostró con cálculos queuna burbuja en colapso rápido produce ondas de choque con presiones hasta de 410 MPa. Estasfuerzas ya son capaces de deformar varios metales hasta la zona plástica, lo que está comprobado porla presencia de bandas de deslizamiento sobre partes de bombas o de otro equipo sujeto a cavitación.Figura 1. Tabla de vapor de agua que muestra como la temperatura de fusión del agua está en función de la presión del medio.El incremento de la velocidad va acompañado de un descenso en la presión. Por ejemplo, la velocidaddel aire sobre la parte superior del ala de un aeroplano es, en promedio, más rápida que la que pasapor debajo de la misma ala. Entonces, la fuerza de presión neta es mayor en la parte inferior del alaque en la parte superior de esta (el ala genera sustentación).Si la diferencia de velocidad es considerable, las diferencias de presión pueden también serlo. Paraflujos de líquidos, esto podría resultar con problemas de cavitación, una situación potencialmentepeligrosa que resulta cuando la presión del líquido se reduce hasta la presión de saturación del vapor yentonces este hierve. La presión de saturación del vapor es la presión a la cual comienzan a formarseburbujas de vapor en el líquido. Obviamente esta presión depende del tipo de líquido y de latemperatura.Una manera de producir cavitación es denotada en la ecuación de Bernoulli. Si la velocidad del fluidose incrementa (por ejemplo en una reducción de área), la presión descendería. Este descenso depresión al acelerar el líquido podría ser menor que la presión de saturación de vapor de dicho fluido. Unejemplo de cavitación puede ser mostrado en el siguiente diagrama:QEn algunas situaciones la ebullición ocurre (cuando la temperatura no necesariamente es muy alta) ,formando burbujas de vapor, entonces estas se colapsan cuando el fluido las arrastra a una zona demayor presión (con una velocidad menor). Este proceso puede introducir efectos dinámicos (implosión),si la burbuja se colapsa cerca de una pared de un dispositivo hidráulico esta podría, luego de unperiodo de tiempo, causar daños en este por cavitación.Propondremos ahora un ejemplo con una estructura hidráulica estática (tubería), la cual podríapresentar problemas por cavitación.Agua a 60°F es extraída de un tanque de diámetro constante. Se determinará la altura máximanecesaria (con respecto al piso del tanque) para la cual el agua al ser extraída no causara problemasde cavitación. Patm=14.7 psi.
    • (2)(1)H15Agua5(3)Considerando un flujo permanente e incompresible, podemos aplicar la ecuación de Bernoulli, a lo largode los puntos (1), (2) y (3):Como el piso del tanque es la referencia, tenemos que z1=15, z2=H, z3=-5, además v1=0(considerando el tanque lo suficientemente grande), p1=p3=0 (tanque y chorro abierto a la atmósfera) ,y de la ecuación de la continuidad A2v2=A3v3, y debido a que el diámetro de la tubería es constante,v2=v3, entonces la velocidad del fluido a la salida de la tubería es:Usando la ec de Bernoulli entre los puntos (1) y (2), podemos obtener la p2 en la parte más alta medidadesde el pisoDe la tabla de vapor del agua a 60°F es de 0.256 psi, entonces para que se presente una cavitaciónincipiente en el sistema p2=0.256 psi. Entonces tomando p1=0, tenemos que p2=0.256-14.7=-14.4 psi,y sustituyendo en la ecuación anterior tenemos:despejando H H = 28.2 ftPara mayores valores de H, se formaran burbujas de vapor en el punto (2), y la acción de sustracción eagua podría detenerse.Nótese que los resultados obtenidos son independientes del diámetro y de la longitud de la tubería(considerando que los efectos viscosos no son tan importantes).Daño por cavitaciónEl daño por cavitación es una forma especial de corrosión-erosión debido a la formación y al colapso deburbujas de vapor en un líquido cerca de una superficie metálica, que ocurre en turbinas hidráulicas,hélices de barcos, impulsores de, bombas y otras superficies sobre las cuales se encuentran líquidosde alta velocidad con cambios de presión.Un daño por cavitación tiene un aspecto semejante a picaduras por corrosión, pero las zonas dañadasson más compactas y la superficie es más irregular en el caso de la cavitación. El daño por cavitaciónse atribuye parcialmente a efectos de desgaste mecánico. La corrosión interviene cuando el colapso dela burbuja destruye la película protectora, como se muestra esquemáticamente en la siguiente figura,con los pasos siguientes: Se forma una burbuja de cavilación sobre la película protectora. El colapso de la burbuja causa la destrucción local de la película. La superficie no protegida del metal está expuesta al medio corrosivo y se forma una nueva películapor medio de una reacción de corrosión. Se forma una nueva burbuja en el mismo lugar, debido al aumento de poder nucleante de lasuperficie irregular. El colapso de la nueva burbuja destruye otra vez la película. La película se forma de nuevo y el proceso se repite indefinidamente hasta formar huecos bastanteprofundos.
    • El mecanismo anterior también funciona sin la presencia de una película protectora, ya que la implosiónde la burbuja ya es suficiente para deformar el metal plásticamente y arrancarle pedazos de material.Se acepta generalmente que la cavitación es un fenómeno de corrosión-erosión.En forma general, es posible prevenir el daño por cavitación con los métodos descritos en la prevenciónde corrosión-erosión: Modificar el diseño para minimizar las diferencias de presión hidráulica en el flujo de medio corrosivo Seleccionar materiales con mayor resistencia a la cavilación. Dar un acabado de pulido a la superficie sujeta a efectos de cavilación, ya que es más difícil nuclear burbujas sobre una superficie muy plana Recubrimiento con hules o plásticos que absorben las energías de choque.Para caracterizar la susceptibilidad de un sistema que maneja un líquido a la cavitación, se utiliza elparámetro de cavitación, definido porDonde p es la presión absoluta en el punto de interés, pv la presión de vapor del líquido, la densidad del líquido y V una velocidad de referencia. Obsérvese queel parámetro de cavitación es una especie de coeficiente de presión. Dos sistemas geométricossemejantes tienen el mismo grado de cavitación son igualmente susceptibles de cavitar si tienen elmismo valor. Cuando =0, la presión, se reduce hasta la presión de vapory en ese momento ocurre la ebullición. Pruebas conducidas en líquidos químicamente puros indicanque tales sustancias pueden resistir esfuerzos de tensión muy altos, de varios miles de libras sobrepulgada cuadrada, lo cual contradice el hecho de que se formen cavidades. Cuando la presión sereduce a la presión de vapor. Dado que generalmente se tiene ebullición espontánea cuando sealcanza la presión de vapor con líquidos comerciales o técnicos, se suele aceptar que la formación de
    • las burbujas es mediante el proceso llamado nucleación, el cual no se conoce completamente, hasta lafecha. Cabe suponer que en este tipo de líquidos, siempre se encuentran presentes partículasmicroscópicas de polvo o de otros contaminantes ampliamente dispersos en el fluido.La formación y el aplastamiento de un gran número de burbujas en una superficie dan lugar aesfuerzos locales muy intensos, mismos que parecen dañar la superficie por fatiga. Algunos materialesdúctiles pueden resistir el bombardeo por un periodo, llamado periodo de incubación, mientras quemateriales frágiles pueden perder parte de su peso inmediatamente. Algunos efectos electroquímicos,abrasivos y térmicos inherentes al líquido que se maneja, pueden acelerar el deterioro de lassuperficies expuestas.La protección contra la cavitación debe comenzar con un diseño hidráulico adecuado del sistema, de talmanera que se eviten en lo posible las presiones bajas. Cuando sea inevitable la presencia de lacavitación , el efecto sobre las superficies se puede reducir mediante el recubrimiento de materialesespeciales de alta resistencia. El empleo de pequeñas cantidades de aire introducidas en el aguareduce notablemente el daño causado por la cavitación: por último, en estudios recientes se hacomprobado que la protección catódica puede ser de utilidad contra los efectos de la cavitación.. El fenómeno de la cavitación ocasiona tres efectos nocivos en la operación de una turbomáquina:disminuye la eficacia, daña los conductos para el escurrimiento y produce ruido y vibraciones molestas.Los alabes curvos son particularmente susceptibles a la cavitación en su cara convexa, donde sepueden tener áreas sujetas a un picado fuerte e incluso a falla total. Dado que todo tipo deturbomaquinaria, así como las hélices de barco y muchas estructuras hidráulicas, pueden quedarsujetas a la cavitación, es necesario poner atención a este aspecto durante las etapas de diseño.Métodos de PredicciónPara efectos de diseño o revisión de obras ya construidas es necesario contar con métodos depredicción, que permitan saber si la obra es susceptible a daños por cavitación.Para efectos prácticos es más común tratar de predecir en qué zonas hay posibilidad de erosión porcavitación debida a superficies rugosas, el método de Echávez G.,1979, quien propuso valuar el índicelocal de cavitación, k, para una superficie sujeta a ciertas condiciones hidráulicas, y compararlo con elíndice de cavitación local incipiente, ki, obtenido en laboratorio para situaciones similares, si ki>k, existela posibilidad de cavitación.En el caso de superficies rugosas el índice de cavitación local k, segúnel mismo autor puede calcularse con la ecuación:donde:
    • k, rugosidad equivalente de Nikuradse de la superficievk, ,velocidad del flujo a una distancia k de la superficieLas demás variables ya han sido definidas. La velocidad vk a su vez puede calcularse con la fórmula:donde:h, caída vertical, medida desde la superficie libre del vaso a la superficie del escurrimientox, distancia de la cresta del cimacio al punto de análisis.Es importante hacer notar que Echávez sugiere hacer correcciones por curvatura al índice local decavitación en el piso kp, considerando como piso a una sección transversal para un ángulo conrespecto a la vertical de40º y con vértice en el centro de la sección, como se indica a continuación:kp = 0.76kdonde:kp , índice de cavitación local en el piso para curvas verticales cóncavasProtección contra daños debidos a cavitación La resistencia a la erosión por cavitación del concreto se incrementa con la reducción de la relaciónagua-cemento, con el incremento de la resistencia a la compresión y a la tensión, con el vibrado delconcreto o usando polvo de acero en la mezcla. Las recomendaciones sobre el tamaño máximo de los agregados del concreto son muy variables,Grünw W.,1960, recomienda 5 mm, Govinda R., 1961, 20 mm y Gainzburg T., 1959, 60 mm; seconsidera además que el mejor agregado para estos casos es el granito. Se puede proteger la superficie de concreto por medio de láminas de hule, sin embargo no existeforma de lograr buena adherencia entre las dos superficies, los recubrimientos se han hecho con baseen pinturas que incrementan la vida del concreto de 3 a 20 veces, y su resistencia es de 10 a 20 vecesmenor que la de las láminas de acero. La resistencia del concreto plástico hecho a base de resinas epóxicas y sin agregados, o conagregados de acero, es de 1.8 a 2.0 veces menor que la del acero al carbono, mientras que el concretohecho a base de resinas de cloruro de polivilino, PVC, fue 1.5 veces más resistente que el acero dulce.Un inadecuado proyecto del propulsor tiene gran influencia, no sólo sobre el rendimiento propulsivo,sino también sobre la aparición de fenómenos de cavitación que dan origen a vibraciones y ruidos, ypor ello la técnica de proyecto de propulsores se encuentra en un continuo proceso deperfeccionamiento, siendo necesario dedicar gran atención al desarrollo de métodos modernos dediseño y predicción del funcionamiento del propulsor trabajando en un campo de estelas nohomogéneo, mediante técnicas de CFD (simulación matemática).
    • Para el diseño de propulsores se dispone de programas capaces de calcular por teoría de circulación elcomportamiento de una hélice, aportando como resultados las fuerzas estacionarias y no estacionarias,su forma de cavitación, los armónicos generados e incluso las fluctuaciones de presión inducidas en labovedilla por el funcionamiento de la hélice.Los principales resultados que se pueden obtener con los programas de cálculo de propulsores son: Curvas características de la hélice y rendimiento en varios regímenes de funcionamiento en aguas libres. Empuje, potencia y rendimiento de la hélice funcionando detrás de la carena para un régimen de funcionamiento especificado. Las 6 componentes de los esfuerzos y momentos vibratorios sobre cada pala y el eje. La forma de cavitación lámina en distintas posiciones angulares de las palas. Los armónicos de cambio de volumen de las cavidades. La distribución de presión en la superficie de las palas. Las amplitudes de las presiones pulsatorias sobre la bovedilla.El túnel de cavitación del Canal de Experiencias Hidrodinámicas de El Pardo, permite el estudio de lascaracterísticas de las hélices estudiando la generación de cavitación, riesgo de erosión , fluctuacionesde presión y la producción de ruidos inherente a la cavitación, con el fin de optimizar el diseño de lospropulsores. Los ensayos pueden realizarse con el propulsor aislado o bien trabajando en la estela delbuque que se simula bien con mallas o bien introduciendo en el canal una réplica del modelo o "dummymodel".Se diseñan y construyen modelos de hélices de los siguientes tipos: Series sistemáticas (Series B, K, Gawn,etc). Paso controlable. En tobera. Otros tipos.
    • 18. Describa la corrosión por desgaste.El desgaste por corrosión es un tipo de deterioro metalúrgico provocado por la acción desintegradora deatmósferas corrosivas, combinadas con efectos de fricción, abrasión o rozamiento.El índice de la pérdida de material puede ser muy alto debido a que los productos desintegrablesproducidos por la corrosión se desprenden fácilmente por efecto mecánico, generándose un ciclo repetitivocontinuo, en el cual el metal limpio vuelve a corroerse rápidamente de forma sucesiva con la consecuentedesintegración progresiva.Para determinar la resistencia a la corrosión de los materiales metálicos se emplean las cámaras de ensayosde corrosión acelerada de laboratorio desarrolladas por CCI SL, en las cuales se pueden recrear todas lascondiciones ambientales posibles. 19. Liste seis combinaciones de metales y ambiente que tengan buena resistencia a la corrosión.METAL O NOMBRE COMPOSICIÓN PROPIEDADESALEACIÓN COMÚN ANTICORROSIVASAceros al Acero inoxidable Común 12-14% de cromo. Se corroen en loscromo. ácidos sulfúrico y 0.1 -0.4% de carbono. clorhídrico, pero resisten el aire Mejorado 16-18% de cromo. húmedo, el agua dulce 0.1% de carbono. y el ácido nítrico. En el agua salina se A veces 1.2 - 2% de níquel. produce corrosión uniforme. Termorresistente 27-30% de cromo. 0,1% de carbono. 1.2-2% de níquel.Aceros al Acero inoxidable 17- 25% de cromo. Son resistentes a loscromo- 8-20% de níquel. mismos medios queníquel 0.1% de carbono. los anteriores, su Generalmente contienen algo de titanio y a veces tendencia a la de 2-3% de molibdeno. corrosión puntiforme es considerablemente menor y resisten un poco más el ácido sulfúrico y el agua salina.Aleaciones Latones Hasta 45% de cinc Se usa para piezas quecobre-cinc trabajan en aguas naturales y aire húmedo.Aleaciones Bronce al aluminio. Hasta 10% de aluminio. Buena resistencia a loscobre- ácidos diluidosaluminio (excepto el nítrico) y a algunas soluciones salinas.
    • Níquel Níquel Sin aleación Es muy resistente al aire húmedo, a las aguas naturales y a los álcalis. Se corroe lentamente en los ácidos sulfúrico y clorhídrico. Al ácido nítrico no es resistente.Plomo Plomo A veces con 10% de antimonio. Resiste al ácido sulfúrico y en las disoluciones de sus sales, al ácido clorhídrico hasta el 10% a la temperatura ambiente. Es poco resistente a los ácidos nítrico y acético, el álcalis y en aguas que contienen CO2.Aluminio Aluminio Sin aleación Resiste el aire húmedo, las disoluciones de nitratos y cromatos y en el ácido sulfúrico concentrado. Se corroe lentamente en los ácidos sulfúrico y acético a temperatura normal. No resiste el ácido clorhídrico ni los álcalis. Sus aleaciones tiene peores cualidades anticorrosivas. 20. ¿Qué es la protección anódica? ¿En qué metales y aleaciones puede emplearse? ¿Cuáles son algunas de sus ventajas y desventajas?La protección anódica es un método similar que consiste en recubrir el metal con una fina capa de óxidopara que no se corroa. Existen metales como el Aluminio que al contacto con el aire son capaces de generarespontáneamente esta capa de óxido y por lo tanto, se hacen resistentes a la corrosión. Aún así, la capa deóxido que recubre al metal no puede ser cualquiera. Tiene que ser adherente y muy firme, ya que de locontrario no serviría para nada. Por ejemplo, el óxido de hierro no es capaz de proteger al hierro, porque nose adquiere a él en la forma requerida.BIBLIOGRAFIA
    • http://html.rincondelvago.com/corrosion-de-materiales_1.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3nhttp://html.rincondelvago.com/ciencia-de-los-materiales.htmlhttps://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:BSF0pgxRu8QJ:www.fq.uh.cu/dpto/qf/docencia/maestria/degradacion_de_polimeros/degradacion_ambiental.doc+deterioro+ambiental+de+materiales+polimericos&hl=es-419&gl=bo&pid=bl&srcid=ADGEESgfwzOYDSX0YO4s8l3DkGU25PaOsNxZpO3WAFhNvDnG_lHj7-_T7FvfzztLMqnfIHzeRBAt4Izw7-2pSlpjTXGSN5jZbjs6VWmsVvPNd8xTVzvkQUj9z0cZdFN4VVXcowLMkPdR&sig=AHIEtbQTvemsKh_CCmCkwDhbzzwR9YtI3Qhttp://www.sabelotodo.org/metalurgia/corrosion.htmlhttp://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:-uFLRgDGuhYJ:html.rincondelvago.com/quimica_126.html+m%C3%A9todo+utilizado+para+determinar+el+potencial+de+oxidaci%C3%B3n-reducci%C3%B3n+de+media+celda+de+un+metal+utilizando+una+media+celda+de+hidr%C3%B3geno&cd=1&hl=es-419&ct=clnk&gl=bohttp://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm12/ptrb12_2_3.html