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Captulo 6
Efecto del fujo turbulento sobre el proceso decorrosin por CO2 y
la determinacin de la efcienciade inhibidores corrosin
M.E. Olvera-Martnez,1 J. Mendoza-Flores,1 J. Genesca2
1 Instituto Mexicano del Petrleo, Mxico.2 Universidad Nacional
Autnoma de Mxico, Facultad de Qumica, Mxico.
[email protected], [email protected], [email protected]
Doi: http://dx.doi.org/10.3926/oms.149
Referenciar este captulo
Olvera-Martnez ME, Mendoza-Flores J, Genesca J. Efecto del flujo
turbulento sobre el proceso decorrosin por CO2 y la determinacin de
la efciencia de inhibidores corrosin. En Valdez Salas B,&
Schorr Wiener M (Eds.). Corrosin y preservacin de la
infraestructura industrial. Barcelona,Espaa: OmniaScience; 2013.
pp. 103-129.
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
1. Introduccin
Desde el punto de vista geolgico, la presencia de CO2 (bixido de
carbono) en yacimientos depetrleo y/o gas, es resultado de diversos
procesos fsicoqumicos que se llevan a cabo en lasformaciones
rocosas.
La corrosin que sucede en el interior de los ductos de
transporte de hidrocarburos, donde elbixido de carbono est presente
(comnmente denominada corrosin dulce), constituye unserio problema
para la industria del gas y petrleo, debido a que cuando el CO2 se
disuelve enagua, el cido carbnico (H2CO3) que se forma por
hidratacin del CO2, puede ser altamentecorrosivo.
No obstante que los hidrocarburos lquidos o gaseosos que se
transportan en ductos sonsometidos a diversos tratamientos para
eliminar impurezas, stos an conservan algunoscontaminantes que
pueden afectar la integridad fsica de los ductos por diferentes
procesos decorrosin (CO2, H2S, microorganismos, etc.). Estos
problemas han causado la implementacin dediversos mtodos para el
control del fenmeno. Estos mtodos incluyen el sobre diseo, el usode
materiales resistentes a la corrosin, la modifcacin del medio
agresivo y el uso deinhibidores de corrosin. Debido a diferentes
ventajas tcnico econmicas el mtodo mscomnmente usado para el
control de la corrosin interior de ductos de transporte
dehidrocarburos es la adicin de inhibidores de corrosin. La efcacia
de estos compuestosdepende de diferentes parmetros, tales como son
la composicin del medio, la temperatura,los esfuerzos de corte
generados por el movimiento del fluido, etc.
Comprender el proceso de corrosin que sucede en la interfase de
una superfcie metlica encontacto con un medio acuoso que contenga
CO2 disuelto y bajo diverso parmetros tales comotemperatura,
presin, relacin agua hidrocarburo, pH, composicin qumica del
medio,presencia de productos de corrosin (FeCO3) sobre la superfcie
del metal y la presencia deinhibidores de corrosin es de una gran
importancia para asegurar la integridad de los ductos
detransporte.
Por otra parte, los ductos de transporte manejan fluidos en
constante movimiento. Elmovimiento del fluido en el interior del
ducto genera esfuerzos de corte sobre la pared interiordel mismo.
Estos esfuerzos afectan la adherencia de la pelcula del inhibidor
formada sobre elmetal. No obstante lo anterior, existe poca
informacin cientfco tcnica referente a lapersistencia de la pelcula
de un inhibidor sobre una superfcie metlica en contacto con
unfluido en movimiento. Aunado a lo anterior, el rgimen de flujo ms
comnmente presente enductos de transporte de hidrocarburos es de
tipo turbulento.
El flujo turbulento incrementa el trasporte de masa de las
especies corrosivas desde el seno delmedio agresivo hacia la
superfcie del metal; as mismo, puede ocasionar la remocin
deproductos de corrosin o de pelculas de inhibidor. Desde el punto
de vista terico, el anlisis yprediccin del flujo turbulento es
complejo, debido a su naturaleza aleatoria.
En el presente captulo se muestra una introduccin a la qumica
del CO2, corrosin por CO2 enductos de transporte, inhibidores de
corrosin y flujo turbulento. Adems, se presenta unanlisis de
resultados de diversos estudios electroqumicos de la cintica de
corrosin demuestras de acero al carbono inmersas en medios acuosos
que contienen CO 2 disuelto encondiciones de flujo turbulento.
Adicionalmente, se muestran resultados referentes al efecto dela
temperatura sobre la cintica de disolucin del acero en un medio con
CO 2 disuelto y el efecto
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
del flujo sobre el desempeo de un inhibidor de corrosin. Por
otra parte se presentan lasventajas del uso del electrodo de
cilindro rotatorio en el estudio de fenmenos de corrosin
encondiciones de flujo turbulento.
2. Qumica del CO2 en agua
Cuando el gas CO2 entra en contacto con agua, suceden varios
equilibrios qumicos.
a) El gas CO2 (CO2 (g)) se disuelve en agua (CO2 (ac)) de
acuerdo a la siguiente ecuacin:
CO2 ( g )CO2 (ac ) (1)
Esta reaccin obedece la ley de Henry la cual defne la constante
de disolucin (Kd) como:
K d=[CO2( ac )]PCO 2( g )
(2)
En donde [CO2 (ac)] denota la concentracin molar del bixido de
carbono disuelto (mol dm -3) yPCO2 (g) la presin parcial del gas
CO2 (bar).
b) Una pequea fraccin de CO2 disuelto CO2 (ac) se hidrata con el
agua formando el cidocarbnico (H2CO3), de acuerdo a la siguiente
reaccin:
CO2 (ac )+H 2OH 2CO3 (3)
Para esta reaccin es posible determinar una constante de
velocidad, en sentido derecho(hidratacin), k1 en seg-1 y una
constante en sentido izquierdo (deshidratacin) o k-1 en
seg-1.Entonces, se puede defnir una constante de hidratacin (Khyd)
para el equilibrio anterior:
K hyd=k1k1
(4)
Se ha determinado que esta constante vara ligeramente con la
temperatura. Se ha reportadoque Khyd tienen un valor de 2.58 10-3 a
20 oC y un valor de 2.31 10-3 a 300 oC.1 El valor de Khydindica que
la reaccin de hidratacin del CO2 puede ser considerada como un
proceso lento ypor lo consiguiente, puede ser el paso que determine
la velocidad de reaccin parasubsecuentes reacciones.
A pH alcalinos otra reaccin de hidratacin puede suceder:
CO2 (ac )+OHHCO3
(5)
Se ha indicado que esta reaccin de hidratacin es predominante
solo a valores de pHsuperiores a 8 o 9.2
c) Una vez que el H2CO3 se forma, se disocia de acuerdo a:
H 2CO3H++HCO3
(6)
La constante de disociacin para esta reaccin (Ka1) se encuentra
defnida por la concentracin(mol dm-3) de las especies en solucin de
acuerdo a:
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
Ka1=[H + ] [HCO3
][H 2CO3 ]
(7)
Sin embargo, algunas de las tcnicas experimentales usadas para
la medicin del valor de Ka1 sebasan en determinar la cantidad total
de bixido de carbono disuelta en solucin. Esto es,algunas tcnicas,
como la titulacin, miden la cantidad de H2CO3 formada inicialmente
en elequilibrio y adicionalmente el H2CO3 formado por la hidrlisis
del CO2 (ac), que sucede durante elcurso de la titulacin. Por lo
tanto, la cantidad total medida es en realidad la suma de
lassiguientes concentraciones:
[H 2CO3 ]+[CO2 (ac) ] (8)
Debido a esta limitacin experimental es posible encontrar dos
tipos de valores para laconstante Ka1 en la literatura,
dependientes del mtodo usado para su medicin. Existen
valorescorrespondientes a la constante de disociacin real (Ecuacin
7) y valores para una constante dedisociacin aparente (ka1), la
cual considera el H2CO3 disuelto total, de acuerdo a:
k a1 '=[H+ ][HCO3
][H 2CO3 ]+[CO 2( a ) ]
(9)
d) La disociacin del ion bicarbonato (HCO3-), puede continuar
generando iones carbonato(CO32-), de acuerdo a la siguiente
reaccin:
HCO3H ++CO3
2 (10)
Con una constante de disociacin (Ka2) defnida por la
concentracin de las especies (mol dm-3)
K a2=[ H + ] [CO3
2 ][HCO3
](11)
Turgoose, Cots y Lawson2 basados en una revisin histrica sobre
la hidratacin del bixido decarbono, estudiaron este equilibrio en
funcin del pH de la solucin a una presin parcial de CO 2de 1 bar.
La Figura 1, muestra las concentraciones de las diferentes especies
carbnicas enfuncin del pH de la solucin a 25oC y a una presin
parcial de CO2 de 1 bar. Los valores de lasconstantes usadas para
el clculo de la concentracin de las especies carbnicas son:Kd =
0.03386 mol dm-3 bar-1,3 Khyd = 0.00258,1 Ka1 = 1.7410-4 mol
dm-3,3,4 Ka2 = 4.710-11 mol dm-3.3,5
La distribucin de la concentracin de las especies carbnicas en
solucin, expresada comofraccin mol (Xmol), se presenta en la Figura
2 en funcin del pH de la solucin. La interseccinentre las lneas
correspondientes al equilibrio entre H2CO3 and HCO3- sucede en un
valor de pHigual a pKa1. La interseccin entre las lneas
correspondientes al equilibrio entre HCO3- y CO32-
sucede en un valor de pH igual a pKa2.
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
Figura 1. Concentracin de especies carbnicas en agua en funcin
del pH, 25 oC, 1 bar
Figura 2. Concentracin relativa de las especies carbnicas en
funcin del pH, 25 oC, 1 bar
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
3. El CO2 y la corrosin del acero al carbono
Cuando el bixido de carbono (CO2) se disuelve en agua se genera
un cido dbil, el pH de lasolucin disminuye y la corrosividad de la
solucin formada aumenta. Se ha determinado que aun mismo valor de
pH, una solucin acuosa que contiene CO 2 disuelto puede ser ms
corrosivaque una solucin de algn cido fuerte.6-8 Este
comportamiento indica que el pH no puede serconsiderado como el
nico parmetro para determinar la corrosividad de un cido dbil
ensolucin.
Estudios de laboratorio iniciales han determinado correlaciones
entre la velocidad de corrosindel acero al carbono, la temperatura
y la presin parcial del CO2 en medios acuosos.Frecuentemente, la
corrosin del acero al carbono en medios acuosos que contienen CO
2disuelto involucra la formacin de una capa de carbonato de hierro
slido (FeCO 3). Este FeCO3slido precipita sobre la superfcie del
metal formando una pelcula de productos de corrosin.Sin embargo, no
es protectora y el ataque corrosivo del metal prosigue. Esta
situacin puedegenerar una morfologa de ataque corrosivo similar a
la que tiene lugar con la formacin depicaduras sobre la superfcie
del acero, tpicamente asociada a CO2.9
Adicionalmente a la corrosividad natural de los medios acuosos
que contienen CO 2 disuelto, seha observado que su corrosividad
aumenta si el medio se encuentra en movimiento. Medios quecontienen
CO2 pueden generar severos daos por corrosin al acero si se
encuentran enmovimiento.
4. Flujo turbulento
Cuando un fluido se encuentra en movimiento, las molculas que lo
forman sufrendesplazamiento. Durante el movimiento las molculas
interactan entre s y suceden diferentesfenmenos de transferencia
(momento, masa, calor, etc.)
En algunas circunstancias, el movimiento del fluido puede ser
descrito considerando eldesplazamiento de una serie de capas o
lminas de molculas, resbalando una sobre otra. Enestas condiciones
se asume que las molculas que pertenecen a una lmina de fluido no
semueven a otra lmina, esto es, no se mezclan. Este movimiento sin
mezcla se denomina flujolaminar.
Cuando un fluido en movimiento se encuentra en un contenedor
slido, como sucede en lamayora de los casos, las molculas en
movimiento tambin interactan con las paredes delcontenedor. Esta
interaccin ocasiona que el fluido se adhiera a las paredes slidas y
lageneracin de un esfuerzo de corte, tangencial al movimiento del
fluido. Por lo tanto, lavelocidad del fluido disminuye en la
vecindad de la pared del contenedor.
Como se presenta frecuentemente en la literatura especializada
en el flujo de fluidos, elmovimiento de un fluido en condicin
laminar puede ser descrito considerando un fluido deviscosidad ,
contenido entre dos placas paralelas. Esta situacin se ilustra en
la Figura 3. Lasplacas paralelas se encuentran separadas por una
distancia h, una de ellas permanece estticamientras que la segunda
placa se mueve con una velocidad constante U, relativa a la
placaesttica. Se considera que la presin es constante en el
fluido.
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
Figura 3. Condiciones de flujo laminar. Fluido de viscosidad
contenido entre dos platos paralelosseparados por una distancia h.
El plato superior se mueve a una velocidad constante U y el plato
inferior semantiene esttico. y indica la distancia desde el plato
esttico a lo largo de h, y u(y) indica la distribucin de
velocidad en el fluido a lo largo de la direccin y
En estas condiciones el fluido adherido a la placa esttica no se
mover y las molculas de fluidoadheridas a la placa en movimiento se
desplazarn a una velocidad U. Entonces, la velocidad enel fluido es
funcin de la posicin a lo largo de la distancia h y se desarrollar
un perfl dedistribucin de velocidad en el fluido. Si la velocidad
del fluido en una cierta posicin entre lasplacas se denomina u(y),
en condiciones laminares, el perfl de distribucin de velocidad
eslinear, de acuerdo con:
u ( y )= yhU (12)
Para mantener la placa constantemente en movimiento es necesario
aplicar una fuerza en ladireccin del mismo. Esta fuerza est en
equilibrio con las fuerzas de friccin en el fluido. Lafuerza de
friccin por unidad de rea o esfuerzo de corte () est dada por la
ecuacin deNewton de la friccin:
= dudy (13)
La Ecuacin 13 indica que es directamente proporcional a la
viscosidad del fluido (). Por lotanto, todos los parmetros que
afecten la viscosidad afectarn directamente el valor de .
Elesfuerzo de corte en la pared de la placa esttica, cuando y = 0,
se denomina esfuerzo de corteen la pared y se denomina como w.
Cuando el movimiento que sucede en condiciones de flujo laminar
se altera por fluctuacionesirregulares, tal como el mezclado, se
considera que el fluido se mueva en condiciones de flujoturbulento.
En condiciones de flujo turbulento la velocidad y la presin en un
punto fjo delfluido no permanecen constantes con el tiempo. Esta
variacin es muy irregular y de altafrecuencia.
Entre las condiciones de flujo laminar y turbulento existe una
regin denominada de transicin.La existencia de condiciones de flujo
laminar, turbulento o de transicin, depende de lageometra
considerada, las propiedades del fluido y la rugosidad de la
superfcie metlica.
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
Se han obtenido algunas fotografas de experimentos en los cuales
un delgado flujo de lquidocolorante se adiciona a un fluido en
movimiento dentro de un ducto transparente,desplazndose a
diferentes velocidades.10 En estas fotografas del proceso de
mezclado en elseno del fluido en movimiento, en condiciones de
flujo turbulento, se puede detectar laalteracin de la forma del
delgado flujo de lquido colorante. Este proceso de mezcla sucede
porel movimiento aleatorio de paquetes de fluido o corrientes de
Eddy. Estas corrientes deEddy son de tamao variable, formndose y
movindose de manera aleatoria. La presencia decorrientes de Eddy en
un fluido incrementa los procesos de transferencia de calor, masa
ymomento.
Debido a la naturaleza aleatoria del flujo turbulento no existen
mtodos directos para calcularperfles de velocidad en estas
condiciones. Las ecuaciones de continuidad y movimiento,
usadascomnmente en el anlisis de flujo laminar, tambin aplican en
condiciones de flujoturbulento.11 Sin embargo, la solucin de dichas
ecuaciones en condiciones de flujo turbulentoes un proceso
extremadamente complejo. An ms, en condiciones turbulentas, el
resultado dela solucin de las ecuaciones cambia continuamente de
manera aleatoria con el tiempo.
Debido a la complejidad que el estudio y descripcin del flujo
turbulento implica a travs de losaos se han usado aproximaciones
semi-empricas basadas en el uso de nmerosadimensionales.
Los nmeros adimensionales son grupos de variables que pueden ser
considerados comorepresentativos de ciertas caractersticas de un
fluido. Algunos de los nmeros adimensionalesusados en estudios de
corrosin en medios en movimiento son: el nmero de Reynolds
(Re),nmero de Schmidt (Sc) y nmero de Sherwood (Sh).
El nmero de Reynolds defne una velocidad de flujo relativa en
trminos de una longitudcaracterstica l, defnida de acuerdo al
sistema en estudio. Este nmero puede usarse paraidentifcar el tipo
de flujo que sucede en un sistema (laminar o turbulento). El Re se
defne como:
Re = ul (14)
En donde u es la velocidad media del fluido y es la viscosidad
cinemtica del fluido, defnidacomo:
= (15)
En donde y son la viscosidad y densidad del fluido
respectivamente.
El nmero de Schmidt (Sc) es un nmero adimensional asociado a las
propiedades detransferencia de masa del fluido y se defne para una
especie especfca i, de acuerdo a:
Sci = D i
= Di
(16)
En donde Di es el coefciente de difusin de la especie i en el
fluido.
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
El nmero de Sherwood (Sh) es un nmero adimensional asociado al
coefciente de transferenciade masa (ki) de una especie dada en el
fluido, defnido para una especie i como:
Sh i = k i lDi
(17)
En trminos generales, para un proceso electroqumico, ki puede
ser defnido como la velocidada la cual sucede la transferencia de
masa de la especie i en el fluido, dividido entre la diferenciade
concentracin de i, entre el seno de la solucin y la superfcie del
electrodo.
El coefciente de transferencia de masa de una especie i, para un
proceso catdico controladopor la difusin de la especie, desde el
seno de la solucin hasta la superfcie del electrodo,
puedecorrelacionarse con la densidad de corriente lmite (ilim,i) de
acuerdo a:
k i = ilim, i
nFC b , i(18)
Entonces, el nmero de Sherwood puede ser redefnido en trminos de
una densidad decorriente lmite como:
Sh i = ilim, i l
nFDiCb , i(19)
En donde n es el nmero de electrones involucrados en la reaccin
electroqumica, F es laconstante de Faraday y Cb,i es la
concentracin de la especie i en el seno de la solucin.
Debido a que la densidad de corriente lmite es un parmetro que
puede ser fcilmente medidoen un sistema en corrosin mediante mtodos
electroqumicos, la Ecuacin 19 representan launin prctica entre la
teora de flujo de fluidos y la naturaleza electroqumica de los
procesosde corrosin.
Anlisis hidrodinmicos han demostrado que los nmeros
adimensionales Re, Sci y Shi puedenser correlacionados mediante la
siguiente expresin:
Sh i = C Rex Sc i
y (20)
En donde C, x y y son constantes determinadas experimentalmente
y que dependen del sistemahidrodinmico en estudio.12,13
Este tipo de anlisis semi-emprico y el uso de sistemas
hidrodinmicos de laboratorio biencaracterizados, tales como:
electrodos rotatorios, ductos, jets de impacto sumergidos, etc.,
handemostrado ser adecuados para la obtencin de correlaciones
numricas tiles en el estudio delfenmeno de corrosin en condiciones
de flujo turbulento.
5. El electrodo de cilindro rotatorio (ECR)
Algunos de los primeros estudios enfocados a determinar la
influencia de las condiciones deflujo sobre el proceso de corrosin
involucraron el uso de discos metlicos girando a unavelocidad
constante e inmersos en diferentes medios agresivos.14 De esta
manera, ladeterminacin de la influencia del flujo sobre la corrosin
de los discos se realizaba de maneravisual y mediante mediciones
gravimtricas (prdida de peso). En estos estudios iniciales se
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
determinaron importantes ideas referentes a la influencia que
tiene el flujo sobre la corrosin,sin embargo la caracterizacin de
las condiciones hidrodinmicas era pobre y la descripcin delproceso
electroqumico involucrado no era posible.
Aos despus con el desarrollo de la teora electroqumica de la
corrosin y la disponibilidad deequipos electrnicos avanzados
(potenciostatos), fue posible realizar estudios
electroqumicosdetallados, basados en el uso de electrodos de discos
rotatorios (EDR). El EDR, tiene la ventajade ser un sistema
hidrodinmico bien caracterizado que permite realizar estudios
detransferencia de masa ms precisos.15 El uso de los electrodos de
disco rotatorio ha llevado a undesarrollo muy valioso en la
comprensin de la electroqumica y de los fenmenos detransferencia de
masa. Sin embargo, el EDR opera principalmente en condiciones de
flujolaminar y su uso en el estudio de sistemas de flujo turbulento
ha sido cuestionado por algunosinvestigadores.
El electrodo de cilindro rotatorio (ECR) es un sistema
hidrodinmico de laboratorio usado en elestudio de procesos de
corrosin en condiciones de flujo turbulento.16 Este electrodo
presentadiversas ventajas para su uso, tales como: construccin
relativamente sencilla, fcil operacin,permite realizar mediciones
de tipo electroqumico y cuenta con una descripcin
matemticarazonablemente bien defnida.
5.1. Transferencia de masa en el electrodo de cilindro rotatorio
(ECR)
Eisenberg, Tobias y Wilke17 determinaron la relacin existente
entre la densidad de corrientelmite, medida para una especie i en
solucin (ilim,i) y la velocidad de rotacin de un electrodo
decilindro rotatorio (uECR) a temperatura constante:
ilim , i=0.0791nFC b , i d ECR0.30.344Di
0.644 uECR0.7 (21)
En donde, n es el nmero de electrones involucrados en la reaccin
electroqumica, F es laconstante de Faraday, dECR es el dimetro del
electrodo cilndrico, Cb,i es la concentracin de laespecie i en el
seno de la solucin, es la viscosidad cinemtica del medio y Di es el
coefcientede difusin de la especie i.
La Ecuacin 21 indica que existe una relacin lineal entre la
ilim,i medida y la velocidad de rotacindel electrodo, elevada a una
potencia de 0.7 (u0.7):
ilim, i = AuECR0 . 7 (22)
En donde la constate A es igual a:
A = 0 .0791 nFC b , i d ECR0 .3 0. 344 Di
0 . 644 (23)
El anlisis hidrodinmico del ECR indica que su longitud
caracterstica l, usada en las expresionespara el clculo de los
nmeros adimensionales Re y Sh, es el dimetro del cilindro (dECR).18
Por lotanto, la Ecuacin 20 puede ser escrita de la siguiente
manera:
Sh i ,ECR = 0.0791ReECR0.7Sci
0.356 (24)
En donde ReECR y Shi,ECR son los nmeros adimensionales
calculados para el electrodo de cilindrorotatorio.
Por lo que respecta al clculo del esfuerzo de corte en la pared,
para el caso del ECR ( w,ECR) seasume que la siguiente expresin es
vlida:19
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
w ,ECRuECR
2 = 0.079ReECR0.3 (25)
Debido a la imposibilidad para determinar los valores de w,RCE
experimentalmente, esimportante considerar que el clculo de este
parmetro involucra un cierto grado deincertidumbre.
6. Inhibidores de corrosin
En la industria de extraccin y procesamiento del petrleo, los
inhibidores siempre han sidoconsiderados como la principal lnea de
defensa contra los problemas de corrosin.20 Aunque sedebe sealar
que, en algunos casos, un ambiente puede hacerse menos agresivo
mediante eluso de otros mtodos tales como la remocin del oxgeno
presente o la modifcacin del pH. LaOrganizacin Internacional de
Estndares, ISO, por sus siglas en ingls (ISO 8044-1999) defniun
inhibidor como21 una sustancia qumica que cuando est presente en el
sistema de corrosina una concentracin adecuada disminuye la
velocidad de corrosin, sin cambiarsignifcativamente la concentracin
de cualquier agente corrosivo
La literatura cientfca y tcnica, posee una amplia lista de
compuestos que exhiben propiedadesde inhibicin. De todos ellos solo
unos cuantos son utilizados en la prctica. Esto es porque
laspropiedades deseables en un inhibidor usualmente se extienden ms
all de las relacionadas a laproteccin de la superfcie metlica.
Consideraciones econmicas, ambientales y dedisponibilidad son las
ms importantes. Los inhibidores de corrosin comerciales se
encuentrandisponibles bajo ciertos nombres o marcas que usualmente
no proporcionan ningunainformacin acerca de su composicin qumica.
Las formulaciones comerciales generalmenteconsisten de una
sustancia activa (considerada como inhibidor), algn tipo de
solvente y otrosaditivos tales como surfactantes, desemulsifcantes,
formadores de pelcula, secuestrantes deoxgeno, etc.20,22
Describir el efecto de los inhibidores de corrosin no es una
tarea fcil. Existe una infnidad deenfoques en la literatura abierta
que van desde un simple inhibidor y determinacin de suefciencia,
hasta la aplicacin de complicadas tcnicas de modelado molecular
para describir lasinteracciones del inhibidor con la superfcie
metlica y/o productos de corrosin. Por ejemplo,un enfoque se basa
en la suposicin de que la proteccin contra la corrosin se lleva a
cabomediante la adsorcin de molculas de inhibidor en la superfcie
metlica, disminuyendo lavelocidad de una o ambas reacciones
electroqumicas involucradas en el proceso de corrosin. Elgrado de
proteccin se asume que es directamente proporcional a la fraccin de
superfciecubierta por el inhibidor (). En este tipo de modelos es
necesario establecer la relacin entre lafraccin de superfcie
cubierta () y la concentracin del inhibidor (Cinh) en el medio. Lo
anteriorse puede realizar mediante el uso de isotermas de
adsorcin.23
Algunos compuestos orgnicos de bases nitrogenadas, tales como
imidazolinas, amidas,amidoaminas, aminas y sus sales han sido
utilizados exitosamente como inhibidores decorrosin. Las sustancias
que contienen este tipo de compuestos, se utilizan comnmente
paraproteger los ductos de transporte de gas y crudo de la corrosin
asociada a la presencia de CO2.24
Otro tipo de compuestos, como los fosfatos, son muy efectivos
especialmente a temperaturasmoderadas o en presencia de pequeas
trazas de oxgeno.25 Algunos compuestos orgnicos quecontienen
azufre, por ejemplo el cido tiogliclico, cidos
mercaptoalquilcarboxlicos o
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
tiosulfatos, en combinacin con otros inhibidores de corrosin, se
han utilizado exitosamente enaplicaciones donde se presentan altos
esfuerzos de corte en la pared.26 La efectividad de uncompuesto
orgnico utilizado como inhibidor de corrosin depende entre otras
cosas de sucomposicin qumica, estructura molecular, su afnidad por
la superfcie metlica y lascondiciones reales bajo las cuales se
aplica.
Algunos de los parmetros de campo ms importantes que pueden
afectar el desempeo de uninhibidor y que son importantes de
considerar en la evaluacin de un inhibidor son:temperatura, presin,
presencia de diferentes fases en el fluido (relacin gas/lquido
osalmuera/hidrocarburo), rgimen de flujo y propiedades de
emulsin.
No existe un mtodo universal a escala en laboratorio para
pruebas de inhibidores de corrosin.Sin embargo, existen diferentes
pruebas que se han llevado a cabo a fn de estudiar losparmetros que
pueden afectar el desempeo de un inhibidor cuando se aplica en
campo. Lastcnicas electroqumicas se utilizan a menudo para estudiar
la efciencia de un inhibidor enpruebas a nivel laboratorio. La
seleccin de tcnicas electroqumicas para la evaluacin deinhibidores
depende del objetivo que se pretenda estudiar.27
La seleccin de un producto para aplicacin en campo usual, pero
no exclusivamente, se basa enresultados de pruebas de laboratorio y
campo. Idealmente las pruebas deben reproducir todoslos parmetros
relevantes de campo. En realidad, el tiempo, esfuerzo y costos
requeridos paradisear y efectuar una prueba que reproduzca todas
las condiciones reales hace imprctico loanterior. Una forma ms
prctica es determinar los factores crticos que determinen
eldesempeo de un inhibidor.28
Numerosos esfuerzos se han efectuado para combatir los problemas
de corrosin debida a lapresencia de CO2 en campo, a travs de la
seleccin de materiales y/o la aplicacin deinhibidores de corrosin.
Diversos inhibidores se han investigado y utilizado para combatir
losefectos ocasionados por la presencia de CO2 y en particular de
las especies corrosivas presentesen las aguas de produccin (cidos
orgnicos, cloruros, CO2, H2S, etc.) de los campos petroleros.
Algunas de las investigaciones incluyen la evaluacin de la
efciencia del inhibidor bajo ciertascondiciones que sean semejantes
a las condiciones encontradas en campo. La mayora de losinhibidores
utilizados en la industria del transporte de hidrocarburos son del
tipo formadores depelcula. Su desempeo esta intrnsecamente
relacionado a su habilidad para adherirse a lasuperfcie a proteger,
resistiendo en cierta medida las condiciones agresivas del medio.
Estacaracterstica es lo que comnmente se denomina persistencia de
pelcula. Diversos estudios 29
se han conducido para evaluar esta propiedad del inhibidor de
corrosin mediante tcnicaselectroqumicas, utilizando diferentes
sistemas de evaluacin de laboratorio (circuitos derecirculacin,
EDR, ECR, Jaula Rotatoria, etc.).30
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
7. Efecto del fujo turbulento sobre la cintca electroqumica de
corrosin del
acero al carbono
7.1. Efecto sobre la cintca de la reaccin catdica
A continuacin se presentan resultados de diversos estudios
electroqumicos que han tenidocomo objetivo obtener informacin
cintica del proceso de corrosin del acero al carbono(especifcacin
API 5L X52). En todos los estudios presentados se usaron cupones
metlicos conun rea expuesta de 3 cm2, inmersos en soluciones acuosa
de 5% NaCl saturadas con CO2. Con elfn de contar con una superfcie
homognea, las muestras de acero fueron pulidas hasta lijagrado 600
y desengrasadas con acetona. A fn de obtener un control preciso de
las condicionesde flujo turbulento, todos los resultados fueron
obtenidos usando un electrodo de cilindrorotatorio.
La Figura 4 muestra una serie de curvas de polarizacin catdica
obtenidas a una temperaturade 60oC a diferentes velocidades de
rotacin del ECR (uECR). es posible detectar una clara zona
dedensidad de corriente lmite (ilim) dependiente de la velocidad de
rotacin del electrodo. Amedida que la velocidad de rotacin del
electrodo incrementa, la ilim medida tambin aumenta.
Figura 4. Curvas de polarizacin catdica a diferentes velocidades
de rotacin (rpm) de muestras de aceroAPI 5L X52 inmerso en una
solucin acuosa de NaCl al 5% en peso, saturada con CO 2, 60 oC, pH
4
La Figura 5 muestra los valores de ilim determinados a partir de
los datos mostrados en laFigura 4, grafcados como funcin de la
velocidad del ECR (u) elevada a una potencia de 0.7. Enesta fgura
se puede observar una clara relacin lineal entre los dos parmetros
mostrados,adems de un valor de ordenada al origen diferente de
cero. Estas observaciones sugieren queel proceso de reduccin que
sucede en la superfcie del electrodo metlico consta de uncomponente
dependiente del flujo, asociado a la relacin lineal existente entre
ilim y u0.7 y de un
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
componente independiente del flujo, asociado al valor de la
ordenada al origen, diferente decero.
El componente independiente del flujo, asociado a la ordenada al
origen diferente de cero,puede ser analizado considerando las ideas
referentes a la cintica catdica en soluciones quecontienen CO2
disuelto propuestas por Schmitt y Rothman para el electrodo de
disco rotatorio 8,considerando un ECR. Estos autores proponen que,
la densidad de corriente lmite medida enmedios acuosos que contiene
CO2 disuelto (ilim,CO2), es resultado de la superposicin de
procesosdependientes de la difusin y de una reaccin qumica. Dado
que Schmitt y Rothmandesarrollaron sus estudios en electrodos de
disco rotatorio, sus resultados estn estrictamentedefnidos para
condiciones de flujo laminar.
Figura 5. Valores de ilim, en funcin de la velocidad del ECR (u)
elevada a la potencia 0.7. Marcadores slidos = datos
experimentales, marcadores en forma de cruz = variacin asociada al
valor,
lnea = regresin lineal (ordenada al origen = 4.16 A m -2,
coefciente de correlacin = 0.9932)
Mendoza y Turgoose,31 extendieron las ideas propuestas por
Schmitt y Rothman al electrodo decilindro rotatorio. Es posible
sugerir que la densidad de corriente lmite medida en condicionesde
flujo turbulento (ilim), en soluciones acuosas saturadas con CO2,
puede ser tambin descritamediante la adicin de dos componentes. Un
componente dependiente de la difusin de lasespecies electro-activas
presentes en el medio, ilim,dif (dependiente del flujo) y un
segundocomponente asociado a la reaccin de hidratacin lenta del CO2
en agua, ilim,R,H2CO3(independiente del flujo).
ilim=i lim,dif + ilim,R , H 2CO 3 (26)
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
7.1.1. Componente independiente del flujo (ilim,R,H2CO3)
El componente independiente del flujo puede ser calculado, en A
m -2, de acuerdo a la siguienteexpresin:
ilim,R , H 2CO 3=FCb , H 2CO 3 DH 2CO 3k1 (27)En donde F es la
constante de Faraday, Cb,H2CO3 es la concentracin de cido carbnico
disuelto enel medio (mol m-3), DH2CO3 es el coefciente de difusin
(m2 s-1) de las molculas de H2CO3 y k-1 lavelocidad de la reaccin
de deshidratacin (s-1).
7.1.2. Componente dependiente del fujo (ilim,dif)
Si la concentracin de O2 disuelto se considera cercana a cero,
entonces, las especies en solucincapaces de ser reducidas son: H+,
H2CO3 y H2O. Considerando que, la concentracin de H2O
esprcticamente constante y que la velocidad de reduccin de las
especies H+ y H2CO3 esrelativamente lenta y dependiente de la
difusin de las especies, entonces es posible considerarque el
componte ilim,dif es el resultado de la siguiente adicin:
ilim, dif=i lim,H++ilim,H 2CO3 (28)
En donde ilim,H+ y ilim,H2CO3 son las densidades de corriente
lmite (A m-2), en condiciones de flujoturbulento, para iones H+ y
molculas de H2CO3 respectivamente.
Estos componentes pueden ser estimados, en condiciones de flujo
turbulento, de acuerdo a laecuacin propuesta por Eisenberg para el
ECR (Ecuacin 21).
ilim,H +=nFC b ,H +d RCE0.3 0.344 DH+
0 .644uRCE0 .7 (29)
ilim,H 2CO3=nFC b ,H 2CO3 dRCE0 . 30 . 344DH 2CO 3
0.644 uRCE0 . 7 (30)
En donde Cb,H+ es la concentracin de iones H+ en el seno de la
solucin (mol m -3), Cb,H2CO3 es laconcentracin de H2CO3 en el seno
de la solucin (mol m -3), DH+ es el coefciente de difusin de
laespecie H+ (m2 s-1) y DH2CO3 es el coefciente de difusin de las
molculas de H2CO3 (m2 s-1).
La Figura 6 compara los valores medidos de ilim (Figura 5) con
los correspondientes valores de ilim,calculados con las Ecuaciones
26 a 30. Los valores de las constantes requeridas para los
clculospueden ser encontrados en la literatura.
Este anlisis confrma la validez de las ecuaciones propuestas
(Ecuaciones 26 a 30).
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
Figura 6. Valores de densidad de corriente lmite (ilim) medidos
y calculados, en funcin de la velocidad derotacin del ECR elevada a
la potencia de 0.7 (uECR0.7). Acero al carbono API5L X52, solucin
acuosa NaCl al5% en peso saturada con CO2, 60oC. Marcadores slidos
= valores experimentales, marcadores en forma de
cruz = variacin asociada al valor experimental, marcadores
vacios = valores calculados
7.2. Efecto sobre la cintca de la reaccin andica
Las Figuras 7 y 8 muestran curvas de polarizacin andica,
obtenidas en experimentos porseparado, en un electrodo de cilindro
rotatorio sobre muestras de acero al carbono API 5L X52inmersas en
soluciones acuosas de NaCl al 5% en peso saturadas con CO 2, a
velocidades derotacin de 1000 (0.063 m s-1) y 6000 rpm (3.77 m s-1)
y a dos temperaturas 20oC y 60oC. Demanera general, estas fguras
muestran, que la cintica andica del acero es independiente
delflujo.
A una velocidad de rotacin de 1000 rpm, tanto a 20oC como a
60oC, la pendiente de Tafelcalculada para cada curva es del orden
de 0.04 V dcada-1. A una velocidad de rotacin de6000 rpm, tanto a
20oC como a 60oC, la pendiente de Tafel calculada para cada curva
es delorden de 0.05 V dcada-1. Este anlisis indica que el proceso
andico se encuentra controladoprincipalmente por transferencia de
carga y es independiente del flujo.
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
Figura 7. Curvas de polarizacin andica determinadas en el
electrodo de cilindro rotatorio, velocidad derotacin 1000 rpm,
acero al carbono API5L X52, medio de prueba solucin acuosa de NaCl
al 5% en pesosaturada con CO2. Las mediciones se muestran por
duplicado. Curvas en el extremo superior obtenidas a
20oC. Curvas en el extremo inferior obtenidas a 60oC.
Figura 8. Curvas de polarizacin andica determinadas en el
electrodo de cilindro rotatorio, velocidad derotacin 6000 rpm,
acero al carbono API5L X52, medio de prueba solucin acuosa de NaCl
al 5% en pesosaturada con CO2. Las mediciones se muestran por
duplicado. Curvas en el extremo superior obtenidas a
20oC. Curvas en el extremo inferior obtenidas a 60oC.
7.3. Efecto del fujo turbulento y la temperatura sobre la
densidad de corriente de corrosin(velocidad de corrosin) del acero
al carbono en soluciones que contenen CO2
Las Figuras 9 y 10 muestran una comparacin entre los valores
medidos de densidad decorriente de corrosin (icorr) y los
correspondientes valores de densidad de corriente lmitecatdica
(ilim), medidos a diferentes velocidades de rotacin del ECR y a
temperaturas de 20oC y60oC. La comparacin de los valores de
densidad de corriente se presenta como funcin de lavelocidad de
rotacin del ECR elevada a una potencia de 0.7 (uECR0.7). Los
valores de icorr fueronobtenidos mediante la tcnica electroqumica
de resistencia a la polarizacin lineal (Rp) y los
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
valores de ilim mediante curvas de polarizacin catdica, en
electrodos de cilindro rotatorio deacero al carbono y ensayos
independientes.
Figura 9. Valores de densidad de corriente de corrosin (icorr) y
densidad de corriente lmite (ilim) medidos en elelectrodo de
cilindro rotatorio, acero al carbono, medio acuoso de NaCl al 5% en
peso saturado con CO2, pH de
saturacin, 20 oC. Marcadores vacos = datos experimentales,
marcadores rellenos = valores promedio
Figura 10. Valores de densidad de corriente de corrosin (icorr)
y densidad de corriente lmite (ilim) medidos en elelectrodo de
cilindro rotatorio, acero al carbono, medio acuoso de NaCl al 5% en
peso saturado con CO2, pH de
saturacin, 60 oC. Marcadores vacos = datos experimentales,
marcadores rellenos = valores promedio
El anlisis de resultados mostrado en las Figuras 9 y 10 indica
que, a 20oC, icorr prcticamente esindependiente del flujo y a 60oC,
icorr depende del flujo. Adicionalmente, a medida que latemperatura
del medio con CO2 aumenta, la icorr del acero tiende a mostrar la
mismadependencia del flujo que muestra la ilim determinada para la
cintica catdica del proceso decorrosin.
El anlisis indica que la densidad de corriente lmite catdica
(ilim) muestra una clara dependenciade las condiciones de flujo,
tanto a 20oC como a 60oC; no obstante, el proceso global de
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
corrosin del acero es independiente de la velocidad de flujo a
20oC y a 60oC muestra la mismadependencia del flujo que la
observada para la ilim.
7.4. Efecto del fujo turbulento sobre el potencial de corrosin
(Ecorr) del acero en soluciones deCO2
La Figura 11 muestra la dependencia del potencial de corrosin
(Ecorr) con la velocidad derotacin del ECR y la temperatura del
medio. Esta fgura muestra que el Ecorr es dependiente de
latemperatura del medio y la velocidad de rotacin del ECR. Dicha
dependencia de la velocidad derotacin es ms clara a temperaturas de
20oC y 40oC. Por otra parte, la dependencia del Ecorr conel flujo
no es tan evidente a temperaturas de 60oC y 80oC.
Figura 11. Valores de Ecorr obtenidos de curvas de polarizacin
catdicas a diferentes velocidades de rotacindel electrodo de
cilindro rotatorio, acero al carbono en solucin acuosa de NaCl al
5% en peso saturada con
CO2, pH de saturacin. Marcadores en cruz = valores
experimentales, marcadores rellenos = valores promedio
Asimismo es posible observar que, a medida que la temperatura
del medio se incrementa, losvalores medidos de Ecorr
disminuyen.
7.5. Efecto del fujo turbulento sobre el desempeo de un
inhibidor de corrosin
El compuesto 2-Mercaptobenzimidazole (2-MBI) ha probado ser un
buen inhibidor para acero alcarbn en ambientes altamente cidos32-35
sin embargo las condiciones de evaluacin se handesarrollado bajo
condiciones estticas y an no se ha determinado el efecto del flujo
sobre eldesempeo del inhibidor.
Los siguientes resultados corresponden a las pruebas
electroqumicas efectuadas sobre aceroAPI 5L X52 en una solucin de
NaCl al 3% en peso saturada con CO2 a 60oC con la adicin de10 ppm
del compuesto 2-Mercaptobenzimidazol (2-MBI).
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
7.5.1. Efecto del fujo sobre el potencial de corrosin Ecorr,
resistencia a la polarizacin (Rp) yefciencia de inhibicin (EI)
El cambio en el Ecorr asociado con la adicin de un inhibidor de
corrosin al medio de prueba fueutilizado como una indicacin
cualitativa de la influencia del inhibidor sobre la cintica andica
ycatdica del proceso de corrosin.
La Figura 12, muestra los valores de Ecorr medidos en funcin de
la velocidad de rotacin delelectrodo a diferentes concentraciones
de inhibidor.
Figura 12. Potencial de corrosin (Ecorr) en funcin de la
velocidad de rotacin del electrodo a diferentesconcentraciones de
inhibidor. Acero API 5L X52 en una solucin de NaCl al 3% en peso
saturada con CO 2,
pH 4.27, 60oC. Las barras de error representan el valor mximo y
mnimo del Ecorr medido
Los resultados sugieren dos efectos, uno asociado con la
concentracin del inhibidor y unsegundo asociado con la velocidad de
rotacin del electrodo. En condiciones estticas (0 rpm),cuando la
concentracin de inhibidor aumenta, el Ecorr se desplaza hacia
potenciales mspositivos con respecto a un medio sin inhibidor. Este
cambio puede ser asociado a la adsorcinde inhibidor sobre la
superfcie metlica del acero.
Por otra parte, el Ecorr se ve afectado con el incremento en la
velocidad de rotacin del electrodo.Esta observacin es asociada con
el hecho de que el flujo turbulento promueve la difusin de
lasmolculas de inhibidor desde el seno de la solucin hacia la
superfcie metlica.
La Figura 13, muestra los valores de Rp obtenidos en funcin de
la velocidad de rotacin delelectrodo a diferentes concentraciones
del inhibidor 2-MBI.
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
Figura 13. Valores de Rp en funcin de la velocidad de rotacin a
diferentes concentraciones de 2-MBI. Acero API 5L X52 en una
solucin de NaCl al 3% en peso saturada con CO 2, pH 4.27, 60oC
La fgura anterior muestra que para las concentraciones de
inhibidor de 10, 25 y 40 ppm, losvalores de Rp incrementan con la
velocidad de rotacin. Por otra parte a 5 ppm, los valores de Rpno
muestran una clara dependencia con el flujo similar a la encontrada
a concentraciones msaltas.
El efecto de la velocidad de rotacin sobre las propiedades de
inhibicin del compuesto 2-MBIpuede analizarse mejor, si se calcula
la efciencia de inhibicin (EI) expresada en porciento conlos datos
de Rp.
%EI=R p
R pR p x 100 (31)
Donde Rop y Rp son los valores de resistencia a la polarizacin
(Rp) con y sin inhibidor.
La Figura 14 muestra los valores del %EI calculados a diferentes
velocidades de rotacin delelectrodo con diferentes concentraciones
de inhibidor. Es importante mencionar que los valoresde efciencias
calculados representan el momento en el tiempo que se efecta la
prueba y no serelacionan con largos tiempos de exposicin.
De la Figura 14, se observa claramente que tanto las condiciones
hidrodinmicas y el aumentoen la concentracin del inhibidor son
factores que afectan el desempeo del inhibidor. Losresultados de
efciencia sugieren que el esfuerzo de corte () generado en la pared
del electrodono es sufciente para desprender las molculas de
inhibidor adsorbidas sobre la superfciemetlica del electrodo.
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
Figura 14. Valores estimados de efciencia de inhibicin (%EI) en
funcin de la velocidad de rotacin adiferentes concentraciones de
2-MBI. Acero API 5L X52 en una solucin de NaCl al 3% en peso
saturada con
CO2, pH 4.27, 60oC
Por otra parte, a 5000 rpm se alcanzan efciencias mayores a 98%
a concentraciones de 10, 25 y40 ppm. Lo anterior es una
consideracin importante, tanto tcnica como econmica, ya
quedemuestra que aun cuando se incrementa la concentracin de
inhibidor la efciencia no aumentade manera signifcativa.
8. Anlisis global, representacin en diagrama de Evans
Con el fn de realizar un anlisis global de la informacin
electroqumica obtenida durante elestudio de la corrosin del acero
al carbono en soluciones que contienen CO 2 disuelto, laFigura 15
muestra un diagrama de Evans que resume las observaciones
experimentalespreviamente presentadas.
En la grfca de potencial (E) contra el logaritmo de la densidad
de corriente (i), se muestran lasreacciones andica y catdica a
diferentes velocidades de rotacin del ECR (u) y a dos
diferentestemperaturas T1 y T2, siendo T1 mayor a T2. Para cada
caso, el pH del medio se considera como elnatural de saturacin.
Los procesos catdicos y andicos que suceden en la superfcie del
electrodo a la temperatura T1se representan como lneas continuas.
Los procesos catdicos y andicos que suceden en lasuperfcie del
electrodo a la temperatura T2 se representan como lneas
discontinuas. Para cadatemperatura se presentan cuatro lneas
catdicas, correspondientes a las velocidades derotacin del ECR u1 a
u4.
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
Figura 15. Diagrama de Evans propuesto para la descripcin del
proceso electroqumico de corrosin, quesucede sobre la superfcie de
muestras rotatorias cilndricas de acero al carbono (ECR), inmersas
en
soluciones acuosas saturadas con CO2, a diferentes velocidades
de rotacin, pH natural de saturacin y dostemperaturas T1 y T2
(T2>T1). Lneas continuas = procesos electroqumicos a la
temperatura T 1. Lneas
discontinuas = procesos electroqumicos a la temperatura T 2, a =
intersecciones entre lneas andica ycatdica a la temperatura T1, b =
intersecciones entre lneas andica y catdica a la temperatura T 2,
u1 a u4
= velocidades de rotacin a temperaturas T1 y T2, u1 < u2 <
u3
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M.E. Olvera-Martnez, J. Mendoza-Flores, J. Genesca
9. Como consecuencia de las observaciones anteriores, los
valores de densidad decorriente de corrosin (icorr) a la
temperatura menor (T1) son dependientes del flujo sloen el rango de
velocidad de rotacin menor.
10. En contraste, a la mayor temperatura (T2) los valores de
densidad de corriente decorrosin (icorr) son dependientes de la
velocidad de rotacin del electrodo y es posibleconsiderar
aproximado el criterio ilim icorr.
9. Conclusiones
Los resultados y anlisis electroqumicos de los diferentes
estudios presentados en este trabajo,realizados en electrodos de
cilindro rotatorio, referentes a la corrosin que sufre el acero
alcarbono en medios que contienen CO2 disuelto, en condiciones de
flujo turbulento y aldesempeo de un inhibidor de corrosin (2-MBI)
en dichas condiciones, permiten obtener lassiguientes
conclusiones.
En la reaccin de reduccin del proceso de corrosin se determin la
existencia de unadensidad de corriente lmite, dependiente de la
velocidad de flujo. Este resultado indicaque el proceso catdico
global se encuentra controlado por un proceso de difusin.
A medida que la velocidad de flujo se incrementa, la densidad de
corriente lmitecatdica se incrementa y muestra una relacin directa
con la velocidad de rotacin delelectrodo rotatorio elevada a una
potencia de 0.7, tal y como lo describe la ecuacinpropuesta por
Eisenberg, Tobias y Wilke (21).
El proceso catdico que sucede sobre la superfcie del acero,
puede ser descrito por laadicin de:
a) Un proceso dependiente del flujo, asociado a la difusin de
los iones H+, desde elseno de la solucin hasta la superfcie
metlica.
b) Un proceso de reduccin independiente del flujo, asociado a la
hidratacin lentadel H2CO3 en solucin.
La reaccin de oxidacin o andica del proceso de corrosin, es
prcticamenteindependiente del flujo. Lo anterior indica que el
proceso andico se encuentracontrolado principalmente por
activacin.
A mayor temperatura del medio, la velocidad de corrosin aumenta
a medida que lavelocidad de flujo aumenta y el proceso general de
corrosin sucede con mayorrapidez. Los resultados demostraron que, a
20 oC la velocidad de corrosin esindependiente del flujo y a 60 oC
la velocidad de corrosin es directamente dependientede la velocidad
de flujo.
Se demostr que, para una misma concentracin de inhibidor de
corrosin su efcienciaes dependiente de la velocidad de flujo. A
mayor velocidad de flujo, la efciencia delinhibidor de corrosin
tiende a ser mayor.
Asimismo se observ que, para una misma velocidad de flujo, la
efciencia del inhibidorde corrosin es dependiente de la
concentracin del mismo, a las concentracionesevaluadas menores. A
las concentraciones mayores evaluadas y a una misma velocidad
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Corrosin y preservacin de la infraestructura industrial
de flujo, la efciencia del inhibidor de corrosin, en trminos
prcticos, esindependiente de la velocidad de flujo.
Se demostr que, en las condiciones estudiadas, el flujo
turbulento tiene una clarainfluencia sobre el desempeo del
inhibidor de corrosin evaluado.
Los resultados y anlisis presentados demuestran que, el estudio,
la evaluacin y el control de lacorrosin de estructuras de acero en
contacto con medios acuosos que contienen CO 2 disuelto,deben
considerar el efecto que las condiciones de flujo pueden tener
sobre los resultados que sedesean obtener. Este comentario tiene
una relevancia prctica importante debido a que, losefectos de las
condiciones de flujo turbulento, no son comnmente considerados en
los anlisistcnicos destinados al control de la corrosin de
estructuras de acero en contacto con mediosagresivos en movimiento,
por ejemplo, ductos de transporte.
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129
Referenciar este captulo1. Introduccin2. Qumica del CO2 en
agua3. El CO2 y la corrosin del acero al carbono4. Flujo
turbulento5. El electrodo de cilindro rotatorio (ECR)5.1.
Transferencia de masa en el electrodo de cilindro rotatorio
(ECR)
6. Inhibidores de corrosin7. Efecto del flujo turbulento sobre
la cintica electroqumica de corrosin del acero al carbono7.1.
Efecto sobre la cintica de la reaccin catdica7.1.1. Componente
independiente del flujo (ilim,R,H2CO3)7.1.2. Componente dependiente
del flujo (ilim,dif)
7.2. Efecto sobre la cintica de la reaccin andica7.3. Efecto del
flujo turbulento y la temperatura sobre la densidad de corriente de
corrosin (velocidad de corrosin) del acero al carbono en soluciones
que contienen CO27.4. Efecto del flujo turbulento sobre el
potencial de corrosin (Ecorr) del acero en soluciones de CO27.5.
Efecto del flujo turbulento sobre el desempeo de un inhibidor de
corrosin7.5.1. Efecto del flujo sobre el potencial de corrosin
Ecorr, resistencia a la polarizacin (Rp) y eficiencia de inhibicin
(EI)
8. Anlisis global, representacin en diagrama de Evans9.
ConclusionesReferencias