Aluminio y Fierro

4.1.
1 Objetivo General
El objetivo general del presente trabajo de investigación es determinar: el nivel de la corrosividad
atmosférica de las ciudad de Barranca mediante la exposición de probetas de ensayo de materiales
metálicos sin protección: acero al carbono, aluminio y laton.
4.1.2 Objetivos Específicos
 Determinar los tiempos de vida útiles de los diferentes materiales metálicos.
 Identificar las zonas más críticas donde ocurre el mayor deterioro de los materiales metálicos y
determinar, por tanto las medidas más adecuadas para prevenir la corrosión de los mismos.
 Cuantificar el grado de corrosividad en las ciudad de Barranca para conocer el efecto del medio
ambiente sobre metales

2.1 INTRODUCCIÓN 1
La corrosión atmosférica causa grandes pérdidas económicas especialmente en el sector
industrial; según las investigaciones realizadas se ha estimado que más de la mitad de
las cuantiosas pérdidas globales de la corrosión se deben a la acción de la atmósfera
sobre los materiales metálicos, esto se debe a que la mayor parte de los equipos y
construcciones metálicas operan a la intemperie.
La mayoría de los tipos de corrosión ocurren en la atmósfera. Éste tipo de corrosión es
peculiar puesto que, en la corrosión de los metales no existen grandes cantidades de
electrolito como sucede en otro tipo de corrosión electroquímica, así también no es
posible determinar la diferencia de potencial ni la dirección de la polarización. Sin
embargo todos los factores electroquímicos (ánodo, cátodo, electrolito) importantes
aparecen en la corrosión atmosférica.
1.1 FUNDAMENTOS DE LA CORROSIÓN 1
1.1.1 Concepto
La corrosión es el deterioro de una sustancia (usualmente un metal) debido a una
reacción con su medioambiente. Este concepto reconoce que los metales no son los
únicos materiales que se corroen, existe el deterioro de otros materiales tales como la
madera, cerámica, plásticos, etc.; además, pueden no existir cambios visibles en el
material, sin embargo el material puede fallar inesperadamente a causa de ciertos
cambios en su estructura interna.
1.1.2 Factores que influyen en la corrosión
1.1.2.1 Condición de la superficie
La escasa limpieza de la superficie y presencia de materia extraña pueden ocasionar
una fuerte influencia en el inicio y desarrollo de la corrosión.

1.1.2.2 Efecto de la Temperatura
En principio el aumento de la temperatura incrementa la tasa de corrosión, debido a que
la temperatura acelera la cinética de las reacciones. Aún en soluciones acuosas, a
temperatura ambiente puede existir una parte del material con mayor temperatura que
el resto del material, la cual se comporta de forma anódica respecto a la otra, por
ejemplo cuando el hierro se encuentra en inmersión en una solución de NaCl diluida y
aireada; el electrodo caliente es anódico respecto al metal más frío de la misma
composición
1.1.1.1 Diferencia de Potencial (Emf)
Cuando existe diferencia de potencial en los materiales expuestos a las mismas
condiciones, tal como sucede con el zinc y acero en agua salada, el metal con un valor
de potencial estándar de oxidación mayor se corroerá y protegerá al metal con el
potencial estándar de oxidación menor.
Tabla 1.1: Potenciales estándares de oxidación y reducción a 25o C*2
Reacción de Corrosión Potencial normal E0 (V)

K → K+ + e- -2,92 (Activo)
Na → Na + + e- -2,71
Mg → Mg+2 + 2e- -2,38
Al → Al+3 + 3e- -1,66
Zn→ Zn +2 + 2e- -
0,763
Cr → Cr +3 + 3e- -
0,710
Fe → Fe +2 + 2e- -
0,440
Cd → Cd +2 + 2e- -
0,402
Co→ Co +2 + 2e- -
0,270
Ni→ Ni +2 + 2e- -
0,230
Sn→ Sn +2 + 2e- -
0,140
Pb→ Pb +2 + 2e- -
0,126
H2→ 2H + 2e- 0,000
Sn +2 → Sn +4 + 2e- 0,154
Cu→ Cu+2 + 2e- 0,340
4OH- → O2 + 2H2O + 4e- 0,401
Fe +2 → Fe +3 + e- 0,771
2Hg→ Hg2+2 + 2e- 0,798
Ag→ Ag+1 + 1e- 0,799
Pd→ Pd+2 + 2e- 0,830
2H2O → O2 + 4H + 4e- 1,230
Pt → Pt +2 + 2e- 1,200
Au → Au+3 + 3e- 1,420 (Noble)
Las reacciones están escritas como semiceldas anódicas, las flechas se invierten para
las semiceldas catódicas, se adopta la convención que la corrosión está en el electrodo
más negativo de la celda.
1.1.1.1 Efecto del Tiempo

En algunos casos de corrosión existe una relación lineal, es decir conforme se
incrementa el tiempo de exposición se incrementa la tasa de corrosión; en otros casos
la tasa de corrosión puede disminuir o permanecer en un valor constante.
1.2.1 Ecuación de Nernst
En un electrodo aislado, la carga transferida se acumula hasta establecer un equilibrio,
como por ejemplo considerando la disolución de un metal, M, en un medio acuoso que
produce iones, Mz+.
M→ Mz+ + ze- Ecuación 1.5
La acumulación de electrones en el metal estabiliza una carga negativa en el metal
relativo a la solución creando una diferencia de potencial, salida de iones y la
promoción del proceso reversible. Dando lugar a la descarga de iones y su retorno al
metal como átomos depositados; un equilibrio dinámico es establecido cuando el metal
ha adquirido un potencial característico hacia la solución.
Las condiciones para que el equilibrio ocurra a temperatura constante son derivadas de
una forma de la reacción isotérmica Van’t Hoff 3:
∆G =∆Gº- RT lnk
ΔG = Variación de energía libre de Gibbs.
ΔGº = Variación de energía libre de Gibbs para todos los reactivos en sus estados
estándares.
K= Cociente de la actividad correspondiente a la variación de energía:
Generando la Ecuación de Nernst:

E= Eo – [RT / zF ]*ln J Ecuación
En donde:
E = Potencial del electrodo (V)

Eº = Potencial estándar del electrodo (V)
z = Número de equivalentes electroquímicos presentes (eq/gmol)
R = Constante universal de los gases (8,314 J/K*gmol)
F = Constante de Faraday (96500 Coulombios/eq)
T = Temperatura absoluta (K)
1.2.2 Diagramas de Pourbaix
Son representaciones de información termodinámica de reacciones electroquímicas, la
aplicación de estas gráficas incluyen: corrosión, electrodeposición, procesos geológicos
y procesos de extracción hidrometalúrgica.
El objetivo es representar las estabilidades relativas de fases sólidas y los iones solubles
que son producidos por la reacción: entre un metal y un medio acuoso, siendo el
potencial de electrodos, E, y el pH del medio ambiente los dos parámetros en que se
basan estos diagramas.
Para construir un diagrama de Pourbaix se requiere información de los potenciales
estándares de electrodos, Eo, o de las constantes de equilibrio K para todas las posibles
reacciones consideradas.
En el caso de la aplicación en la corrosión los diagramas de Pourbaix permiten
determinar tres zonas importantes tal como se muestra en la Figura 1.2.
Figura 1.2 : Diagrama de Pourbaix para el sistema hierro-agua a 25oC 1
2. CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
2.2 TIPOS DE ATMÓSFERAS CORROSIVAS 1
Las atmósferas corrosivas pueden ser clasificadas en cuatro tipos básicos:
 Atmósfera Industrial
 Atmósfera Marina
 Atmósfera Rural
 Atmósfera Interior
2.2.1 Atmósfera industrial
Una atmósfera industrial esta caracterizada por la presencia de contaminantes tales
como: óxidos de nitrógeno, sulfuros, el dióxido de azufre proveniente de la combustión
de carbono y otros combustibles fósiles.
El ácido sulfuroso es oxidado por algunos procesos catalíticos convirtiéndolo en ácido
sulfúrico, el cual se depositan en gotitas microscópicas sobre las superficies expuestas.
Los contaminantes en una atmósfera industrial conjuntamente con el rocío y la niebla
producen una película altamente corrosiva, húmeda y ácida sobre las superficies
expuestas, adicionalmente a las atmósferas industriales normales en o cerca de plantas

químicas, otros contaminantes corrosivos pueden estar presentes.
Existen usualmente varias formas de cloruros los cuales pueden ser mucho más
corrosivos que los sulfatos ácidos; la reactividad del ácido clorhídrico con la mayoría
de metales es más elevada que con otros contaminantes como fosfatos y nitratos.
Figura 2.1 : Atmósfera Industrial
2.2.2 Atmósferas marinas
En la atmósfera marina una gran cantidad de partículas finas de sal marina son
transportadas por el viento y son depositadas en las superficies metálicas expuestas. La
concentración de sal contaminante decrece rápidamente con la distancia desde el
océano y es afectada enormemente por las corrientes del viento.
Figura 2.2 : Atmósfera marina
2.2.1 Atmósferas rurales
Una atmósfera rural no contiene contaminantes peligrosos químicos; sin embargo, si
contienen polvos orgánicos e inorgánicos. Su principal factor corrosivo constituye la
humedad y los elementos gaseosos como el oxígeno y dióxido de carbono.
Las atmósferas áridas y tropicales son variaciones de la atmósfera rural, en climas
áridos existe escasa o ninguna lluvia, sin embargo existe una humedad relativa alta y
condensación en ocasiones, en los trópicos, además de la alta temperatura promedio, el
ciclo diario incluye humedad relativa alta, radiación solar intensa, y largos períodos de
condensación durante la noche. En áreas protegidas la condensación puede perdurar
hasta después del amanecer; tales condiciones pueden producir un ambiente altamente
corrosivo.
Figura 2.3 : Atmósfera rural
2.2.2 Atmósfera interior
La atmósfera interior es originalmente considerada una corrosión poco severa; no
obstante, algunas veces puede causar un alto nivel de corrosión; sin embargo, no existe
un contaminante típico o condiciones asociadas con las atmósferas interiores.
Si no existe ventilación, es posible la existencia de humos, que en presencia de la
condensación o de alta humedad puede ser altamente corrosivo.
En cualquier tipo de atmósfera se debe considerar que no solamente los contaminantes
ácidos son agresivos, sino también los materiales alcalinos también pueden ser
corrosivos; se debe tener en cuenta que el mayor contribuyente en la corrosión de los
metales es el oxígeno.
Además de las cuatro tipos de atmósferas básicas puede existir una combinación entre
ellas obteniéndose atmósferas mixtas como por ejemplo atmósfera marina-industrial,
atmósfera marina-rural, etc.
El tipo de atmósfera marina o marina-industrial es generalmente considerada como la
atmósfera más agresiva.
2.3 FACTORES QUE AFECTAN LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
Una variedad de factores afecta el comportamiento de la corrosión atmosférica de los
materiales que incluyen:

 Lluvia
 Rocío y Condensación
 Humedad
 Tiempo de humectación
 Temperatura
 Radiación solar
 Viento
 Contaminantes transportados por el aire
 Localización particular
 Organismos biológicos
El efecto de la temperatura sobre la velocidad de corrosión de los metales es diferente.
 La velocidad de corrosión incrementa para el hierro.

 La velocidad de corrosión decrece para el aluminio.
 La corrosión permanece constante para el fierro.
2.3.11 Contenido de aleación 6
La selección de una composición particular de aleación puede causar una significante
diferencia en la velocidad de corrosión del material, el cromo como un elemento de
aleación es de gran importancia, bajos niveles de cromo originan un rápido incremento
en la velocidad de corrosión.
Sin embargo cuando se incrementa la concentración de cromo en la aleación, la
velocidad de corrosión decrece hasta que en concentraciones alrededor del 12 %, la
velocidad de corrosión atmosférica sobre la aleación expuesta llega a ser despreciable.
La relación de la velocidad de corrosión con la composición de aleación se puede azxr

en la Figura 2.7.
Figura 2.7 : Variación del contenido de aleación 6
2.3.12 Tiempo de exposición 6

El proceso de corrosión para la mayoría de metales y aleaciones guarda una relación
lineal con el tiempo de exposición, a excepción del acero al carbono; en donde después
de transcurrido un cierto tiempo de exposición, el proceso de corrosión se aparta de este
comportamiento, ajustándose a otra línea recta con menor pendiente que la primera, tal
como se puede observar en la Figura 2.8.
Este comportamiento en el acero al carbono se debe a la formación de capas de
herrumbre más compactas que dificultan la difusión de las especies reactantes que
intervienen en las reacciones de corrosión.
Figura 2.8 : Comportamiento de la corrosión en relación con el tiempo7

Relacionando los factores anteriormente
mencionados se puede establecer el siguiente
esquema 7:
Figura 2.9: Factores atmosféricos que influyen en la durabilidad de

los materiales 7
MECANISMO DE LA CORROSIÓN ATMOSFÉRICA
Bajo la película de electrolito la mayoría de los metales expuestos en la atmósfera, se corroen
por medio del proceso catódico de reducción de oxígeno
El proceso de corrosión atmosférica puede ser representado con una buena
aproximación con funciones del tipo:
C= a *t n
CORROSIÓN ATMOSFÉRICA DE LOS METALES
2.6.1 Corrosión de hierro y del acero 7
El hierro y aceros son los más versátiles, menos caros y más ampliamente aplicados de los metales de ingeniería; la
principal desventaja del hierro y la mayoría de aleaciones basadas en éste, es que tienen una pobre resistencia a la
corrosión e incluso servicios medioambientales relativamente suaves y usualmente necesitan la protección de
revestimientos o un medioambiente condicionado. Esta generalización excluye los aceros inoxidables y aceros que están
formulados con un alto contenido de cromo para cambiar la superficie químicamente.
El diagrama de Pourbaix como se puede en la Figura 2.10, muestra las regiones de
estabilidad en soluciones acuosas para el hierro, iones ferrosos y férricos, oxihidróxidos
(FeOOH) y magnetita (Fe3O4). La región de estabilidad del agua incluye el Fe+2 y
FeOOH principalmente.
Figura 2.10: Diagrama de Pourbaix, sistema Fe- H2O 7
Entre los productos de corrosión atmosférica del hierro encontrados están los
oxihidróxidos como: FeOOH goethita; FeOOH lepidocrecita, y
FeOOH akaganeita, el óxido ferroso-férrico Fe3O4 magnetita, y el
hidróxido ferroso Fe(OH)2. En la Tabla 2.6 se presentan las características de los
principales productos de corrosión del acero.
Tabla 2.6: Características principales de algunos 7
SISTEMA SOLUBILIDAD
ÓXIDO FÓRMULA CRISTALINO EN AGUA DENSIDA COLOR
D
Lepidocrecita FeOOH Ortorómbico Insoluble 3,96 Rojo
Goethita FeOOH Ortorómbico Insoluble 4,25 Marrón
Magnetita Fe3O4 Cúbico Insoluble 5,18 Negro
Akaganeita FeOOH Tetragonal Insoluble 3,51 Naranja
Productos FeOOH Marrón-
Tetragonal Insoluble *
amorfos rojizo
La morfología de las capas de productos de corrosión atmosférica del acero al
carbono es compleja, las películas de corrosión son porosas por ende no suministran
una adecuada barrera contra la penetración de iones, O2, y H2O de la atmósfera; resulta
difícil estudiar su crecimiento o los procesos de transporte.
En la Tabla 2.7 se presenta las solubilidades de los compuestos de hierro en agua
que suelen formarse debido a la corrosión atmosférica.
Tabla 2.7: Solubilidades de distintos compuestos de hierro debido a la corrosión

atmosférica 7
SOLUBILIDAD EN
ESPECIE FÓRMULA AGUA FRÍA OBSERVACIONE
(G/100CM3) S
FeO Insolubl
ÓXIDOS Fe2 e Inestable
O3 Insolubl
Fe2O3.xH2O e
Fe3O4 Insolubl
e
Insoluble
Fe(OH)2 0,00015 Inestable en
HIDRÓXIDO Fe(OH)3 Insoluble presencia
S de oxigeno
FeCl2 64,4
FeCl2.4H2O 160,1
CLORUROS FeCl3 74,4
FeCl3.5H2O Muy
FeCl3.6H2O soluble
91,4
FeSO4.H2O Ligeramente
Fe2(SO4)3 soluble
SULFATOS FeSO4.5H2O Ligeramente
FeSO4.7H2O soluble Soluble
Fe2(SO4)3.9H 15,65
2O 440
FeS2 0,00049
SULFUROS FeS 0,00062
Fe2 Se descompone
S3 ligeramente
FeCO3 0,0067 Inestable en
CARBONATO FeCO3.H2O Ligeramente presencia
S soluble de oxigeno
2.6.1.1 Cinética de corrosión atmosférica del acero
Las reacciones electroquímicas desempeñan un papel muy importante en la corrosión
atmosférica del hierro y sus aleaciones. En los inicios del proceso de corrosión se tienen
las siguientes reacciones: anódica y catódica
Reacción anódica Fe → Fe2+ +2e Ecuación 2.19
Reacción catódica
O2 + 2H2O + 4e → 4OH- Ecuación 2.20 En atmósferas no contaminadas
los productos de corrosión de hierro primarios, principalmente el hidróxido ferroso se
transforman en óxidos férricos hidratados insolubles (productos secundarios) de
naturaleza amorfa y coloidal, que dificultan la difusión de los reactantes y productos de
reacción, frenando extraordinariamente el proceso de corrosión.
En las regiones donde el acceso de oxígeno es limitado, los oxihidróxidos se reducen
electroquímicamente a magnetita de acuerdo a la siguiente reacción.
8FeOOH + Fe2+ +2e → 3 Fe3O4 + 4 H2O Ecuación 2.21
Posteriormente la magnetita se re-oxida por el oxígeno del aire en presencia de
humedad según la siguiente reacción.
4 Fe3O4 + O2 + 6 H2O → 12 FeOOH Ecuación 2.22
En ambientes contaminados los productos de corrosión como FeCl2.x.H2O,
FeSO4.xH2O, debido a su solubilidad dan lugar a un proceso catalítico de formación
acelerada de herrumbre.
El FeSO4 experimenta una hidrólisis oxidativa como se muestra en las Ecuaciones 2.23
y 2.24.
4 FeSO4 + O2 + 6 H2O → 4 FeOOH + 4H2SO4 Ecuación 2.23
4 H2SO4 + 4 Fe + 2O2 → 4 FeSO4 + 4 H2O Ecuación 2.24
2.6.2 Corrosión atmosférica del aluminio 7
En ambientes secos sobre el aluminio expuesto a la atmósfera se forma una capa de
alúmina amorfa. La excelente resistencia del aluminio puro y de sus aleaciones en
distintos climas se debe a la formación de ésta capa de alúmina que es continua, tenaz,
muy adherente, insoluble en agua y fuertemente pasivante de óxido de aluminio
hidratado (Al2O3.3H2O) que constituye una excelente barrera contra la corrosión
atmosférica. Por exposición a la humedad se produce el crecimiento de ésta capa de
alúmina, tal como se puede ver en la Figura 2.14.
Figura 2.14: Capa de alúmina formada sobre el aluminio expuesto durante 14 años 7
En la corrosión atmosférica del aluminio se presentan distintos compuestos como:
alúmina amorfa (Al2O3.3H2O), bayerita ( Al(OH)3) y Al2O3. La formación de
éstas capas pasivas bastante inertes hace que el aluminio y sus aleaciones sean
altamente resistentes a la corrosión de la atmósfera.
En la Tabla 2.8, se presentan las solubilidades de los diferentes compuestos de
aluminio que suelen estar presentes en los productos de corrosión atmosférica.
Tabla 2.8: Solubilidades de distintos compuestos de Aluminio debido a la corrosión
atmosférica en agua.7
SOLUBILIDA EN AGUA
ESPECIE FÓRMULA
FRÍA (G/100CM3)
 Al2O3 0,000098
ÓXIDOS Al2O3 Insoluble
Al2O3.H2O Insoluble
Al2O3.3H2O Insoluble
AlO(OH) Insoluble
HIDRÓXIDOS
Al(OH)3 10-9-10-12 moles (Al(OH)3/l
Al Cl3 69,9
CLORUROS
Al Cl3.6H2O Soluble
Al2(SO4)3 31,13
SULFATOS
Al2(SO4)3..18H2O 86,9
SULFUROS Al2S3 Se descompone
Las regiones de estabilidad del aluminio elemental Al3+ y Al2O3.3H2O pueden
ser observadas en el diagrama de Pourbaix donde se determina que la especie
más estable en el dominio de estabilidad del agua es la alúmina, como se puede
observar en la Figura 2.15.
Figura 2.15: Diagrama de Pourbaix del Aluminio 7
El aluminio y sus aleaciones son usadas extensamente en estructuras expuestas
directamente a la intemperie, por esta razón se han realizado numerosas
investirgaciones para conocer la composición química, la estructura de la capa
de óxido, así como los factores que influyen en su crecimiento y propiedades .
El aluminio puede ser atacado uniformemente por disolución de la capa de
óxido por ácidos u otros iones reactivos, que conducen a la formación de sales
solubles, tales como Al2(SO4)3 las sales básicas que se incorporan a la capa de
productos de corrosión, no obstante el daño principal del aluminio está
relacionado por su ataque por picaduras como se puede ver en la Figura 2.16.
Figura 2.16: Ataque por picadura de una superficie de aluminio 7
4.1.3 Estrategia Metodológica
El presente proyecto de investigación se llevó a cabo mediante la realización de las siguientes
actividades:
 Construcción de los muebles portaprobetas.
 Acondicionamiento previo de las placas metálicas de acero al carbono sobre las cuales se
aplicará los revestimientos poliméricos facilitados por Pinturas Cóndor.
 Preparación de las placas metálicas sin recubrimiento.
 Instalación de los muebles portaprobetas.
 Exposición de las placas metálicas con y sin recubrimiento a las atmósferas.
 Retiro y Evaluación periódica de la placas.
 Análisis de resultados y recopilación de datos.
 Elaboración de los modelos matemáticos.
 Categorización de las atmósferas según las normas existentes.
4.3.2 Materiales metálicos
4.3.2.1 Acero al carbono
Para llevar a cabo los ensayos es necesario un tratamiento previo a las placas
metálicas el cual consiste en:
 Eliminación de la grasa con solventes orgánicos: thinner, gasolina, etc.
 Lavado con abundante agua corriente para eliminar la solución del baño
químico empleado.
 Lavado con agua destilada para eliminar cualquier ion presente en la
superficie de las placas.
 Secado rápido con aire caliente, para evitar que el oxígeno del aire forme una
capa de óxido sobre la superficie.
 Cubrir con una servilleta y almacenar en una funda plástica para asegurar que
las placas se mantengan libre de humedad.
 Registrar el peso inicial de la placa preparada antes de ser expuesta.
4.3.2.2 Aluminio
La preparación de las placas metálicas de aluminio es semejante a la realizada por las
placas de acero al carbono especificada en el ítem 4. , únicamente difieren en la limpieza
química según la norma ASTM-G1, se utilizó ácido nítrico de = 1,42 g/cm3, por un
período 1 a 5 minutos a temperatura de 20 a 25 oC.
4.4 TIPOS DE PROBETAS
4.4.1 Tamaño y forma
Las probetas empleadas en el presente trabajo de investigación tienen forma rectangular
cuyas dimensiones son 150 mm de largo,100 mm de ancho y 1mm de espesor.
4.4.2 Identificación
La identificación de las placas se realiza etiquetando las fundas plásticas herméticas con
el código establecido, el cual consta de los siguientes componentes:
4.6 EVALUACIÓN DE LA CORROSIÓN EN LAS PLACAS METÁLICAS
SIN REVESTIMIENTO
4.6.1 Placas metálicas sin revestimiento

4.6.1.1 Placas metálicas de acero al carbono
La evaluación de la corrosión en las placas metálicas de acero al carbono, se basa
fundamentalmente en la pérdida de peso, para dicho efecto se requiere una previa
limpieza mecánica utilizando un cepillo de bronce, esta limpieza preliminar permitió
retirar la mayor parte de óxido depositado en las superficies de las placas metálicas, el
mismo que fue guardado para posteriores análisis, a continuación se procedió con la
limpieza descrita anteriormente en el ítem 4.3.2.1, una vez seca la placa, se pesa para
determinar la diferencia de peso entre la placa antes de exponer y luego del tiempo de
exposición.
(a) Limpieza mecánica del óxido (b) Limpieza química
(c) determinación del peso final
Figura 4.11: Tratamientos de las placas de acero al carbono

Escuela Politécnica Nacional 20
Este valor se emplea para el cálculo de la velocidad de corrosión promedio:
En donde :
Vc  Velocidad de corrosión (gr/m2 * h)
K  Constante del material10000 * D
t  tiempo de exposición (h)
A  área (cm2 )
W  pérdida de masa (g)
D  densidad (g/cm3 )  7,86
4.6.1.2 Placas metálicas de aluminio
Para evaluar la corrosión sobre las placas se debe aluminio se llevó a cabo la limpieza
química que se mencionó en la preparación de las mismas en el ítem 4.3.2.4. y a
continuación se determinó la pérdida de peso.
A partir del valor de la pérdida de peso se calculó la velocidad de corrosión usando la
Ecuación 4.1.empleada para el acero al carbono, considerando que la densidad del
aluminio es de 2,70 g/cm3.
2. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
5.1 VARIABLES METEREOLÓGICAS
5.1.1 RESULTADOS DE VARIABLES METEREOLÓGICAS
5.1.1.1 Tiempo de humectación
El tiempo de humectación corresponde a las horas durante las cuales la humedad
relativa es igual o mayor al 80% con una temperatura mayor a 0ºC.
Los valores acumulados de tiempo de humectación pueden ser observados a
continuación.
Tabla 5.2:: Tiempo de Humectación en la ciudad de Barranca
MES TDH
(h)
JULIO
5.2 CONTAMINANTES
Los contaminantes presentes en las atmósferas en donde se realizaron los ensayos son
de suma importancia para establecer su influencia en la corrosión de los materiales y
posteriormente determinar con mayor exactitud la agresividad de las atmósferas.
5.3 CORROSIÓN DEL ACERO AL CARBONO
5.3.1 RESULTADOS DE CORROSIÓN DEL ACERO AL CARBONO
5.3.1.1 Aspecto general
La corrosión inicial del acero al carbono se caracteriza por la presencia de “nidos de
óxido” dispersos sobre la superficie metálica que se extienden gradualmente hasta
cubrir toda la superficie, formando una capa de óxido uniforme en la cara frontal de las
probetas metálicas, en la cara posterior se forma una capa de óxido no uniforme con
puntos de corrosión localizados. El detalle en cuanto a las observaciones de cada
estación se presentan en el Anexo 2.

5.2.1.1 Determinación de la velocidad de corrosión.
Los datos experimentales tales como área, masa inicial, final y perdida de cada una de
las placas de acero al carbono se encuentran registrados en el Anexo 4 sección A y B,
los mismos que permitieron calcular la velocidad de corrosión Vc (m/año) y la
penetración de la corrosión (m) que puede observarse en el Anexo 5 sección A.
A continuación se muestra los resultados de velocidad de corrosión y penetración del
acero al carbono:
Tabla 5.8: Corrosión de los metals

Tiempo Corrosión Vc
No. Retiro
(días) (m) (g/m2* h))
1
5.2.1 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE LA CINÉTICA DE CORROSIÓN DEL
ACERO AL CARBONO
A partir de las Ecuaciones 5.2 y 5.3, se obtiene que la corrosión anual del acero al
carbono, se realizó una comparación del mes de Julio de tres semanas de exposición
obteniéndose que, la corrosión en la ciudad de Barranca corresponde a 13,4574 m.
Esto se debe principalmente a la elevada concentración de iones cloruro presente en la
estación de Esmeraldas por su cercanía al mar; éstos iones forman cloruros ferrosos y
férricos muy solubles en agua que aceleran el proceso de formación de la capa de herrumbre,
mientras que en la ciudad de Barranca los contaminantes son principalmente carbonatos y
silicatos que no reaccionan con el metal, sin embargo ocasionan corrosión por aireación
diferencial.
El mayor deterioro del acero al carbono en comparación con los otros metales expuestos
se debe a la elevada porosidad de la película de corrosión formada que no provee una
barrera de protección ante los iones, el O2 y el H2O.

5.3.2.1 Ajuste de ecuaciones de la cinética de corrosión del acero al carbono
En la ciudad de Barranca, la ecuación de cinética de corrosión obtenida a partir de la
regresión lineal posee un R2 con un valor de 0,986, lo que indica que la ecuación
obtenida se aproxima a la realidad del fenómeno.
5.3.2.2 Valores de las constantes de las ecuaciones de la cinética de corrosión del
acero al carbono
De las ecuaciones de cinética de corrosión obtenidas 5.2 y 5.3, se puede observar que
el valor de “a”, que indica la corrosión en la tercera semana, el valor de “a” (16,9199)
para la estación ubicada en la ciudad de Barranca.
TIEMPO TEMPERATURA OBSERVACIONES

METAL SOLUCIÒN (min) (ºC)
1.Aluminio 1.1. 50 ml de ácido fosfórico 5 a 10 90 a ebullición Si quedan productos de
(H3PO4 d= 1.69 g/ cm3) corrosión entonces
20 g trióxido de enjuagar con el
cromo (CrO3) siguiente procedimiento
agua destilada hasta usando ácido nítrico.
1000 ml.
1.2 Ácido nítrico (HNO3 1a5 20 a 25 Remover depósitos

d=1.42 g/ cm3). extraños de productos
de corrosión para evitar
reacciones que
provoquen un excesivo
ataque del metal base.
3. Hierro y 3.1. 1000 ml de ácido clorhídrico 1 a 25 20 a 25 La solución debe ser

acero al (HCl d= 1.19 g/ cm3) agitada vigorosamente o
carbono 20 g de trióxido de antimonio la muestra debe
(Sb2O3) cepillada. En ciertos
50 g de cloruro de estaño casos se requiere
(SnCl2) tiempos más largos.
3.2. 50 g de hidróxido de sodio 30 a 40 80 a 90 El polvo de zinc se debe

(NaOH) utilizar con precaución,
200g de zinc granulado o debido a que su
limallas de zinc exposición al
agua destilada hasta 1000 ml aire puede producir
explosión espontánea.
MASAS DE LAS PLACAS METÁLICAS
Tabla 4 B -1: LUGAR EN LA CIUDAD DE BARRANCA
MASA
FECHAS MASA FINAL (g) MASA PERDIDA(g)
INICIAL(g)
CORROSIÓN DEL ACERO AL CARBONO

4 . CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE CORROSIÓN PARA ACERO AL
CARBONO 

K *W W *10000
Vc  C
A*t*D A*D
En donde :
C  Corrosión µm
En donde :
Vc  Velocidad de corrosión (g/m2 * h)
K  Constante del material1E4 * D  78600 W  pérdida de masa (g)
t  tiempo de exposición (h) A  área (cm2 )
A  área (cm2 ) D  densidad del hierro(g/cm3 )  7,86

W  pérdida de masa (g)
D  densidad del hierro(g/cm3 )  7,86
Tabla 5 A-1: Primer Retiro

Área W t t Corrosión Vc
LUGAR
(cm2) (g) (días) (h) (µm) (g/m2* h)
CIUDAD DE
BARRANCA
CÁLCULOS PARA OBTENCIÓN DE LA ECUACIÓN DE CINÉTICA DE
Tabla 5 B-1: CIUDAD DE BARRANCA
t Corrosión Corrosión media Log

Estación Log tiempo
(Dias) (µm) (µm) Corrosión media
CIUDAD DE
BARRANCA
GRÁFICOS DE REGRESIÓN PARA OBTENER LA CINÉTICA DE
R2 = 0,986
-0,40 -0,30
Log Tiempo
Figura 5 C-1: Estación Santo Domingo de los Colorados
Ecuaciones de la Cinética de Corrosión del Acero al Carbono 5 D
1 Ciudad de Barranca
Cinética de corrosión : C = a * tn
Log C = Log a + n*Log t
Log C = n*Log t + Log a
Regresión Lineal y = 0,7778 x + 1,2284
R2 = 0,986
Log a = 1,2284
a = 16,9199
C = 16,9199 * t 0,7778
6.1 CONCLUSIONES
 Las dos atmósferas ensayadas al registrar valores de TDH superiores a las 5500
horas por año, según la norma ISO 9223, la presencia de contaminantes de Cl- y
SO2 tiene una leve influencia en la categorización de la agresividad de las
atmósferas.
 La corrosión del acero al carbono fue significativamente (28,7503 m) De acuerdo
con la categorización según el dato de corrosion.
 En la ciudad de Barranca la difusión (n = 0,7780) de los óxidos formados del acero
al carbono, debido a la formación de una capa de herrumbre más gruesa que
dificulta la difusión lenta de los óxidos.
 El deterioro de los materiales además de estar influenciado por los parámetros
meteorológicos tales como humedad relativa (tiempo de humectación), nubosidad,
también depende de la posición de las probetas dentro del mueble, la distancia de
la ubicación de los muebles portaprobetas respecto a la fuente de contaminantes
tales como cloruros, sulfatos y polvos provenientes de la construcciones.

6.2 RECOMENDACIONES
Al término del presente trabajo de investigación nos permitimos sugerir lo siguiente
esperando que dichas recomendaciones sean de utilidad para quienes lo requieran.
 Utilizar pernos de cabeza pequeña y si es posible en forma lateral a las
placas, para reducir el canal del curso de agua con el fin de evitar su
influencia en el lavado de óxidos sobre las superficies metálicas.
 La manipulación de las placas debe realizarse con guantes para prevenir
la contaminación de las mismas.
 Es recomendable que el secado se realice lo más rápido posible, para
dicho efecto se debe disponer de toallas absorbentes de excelente calidad
y de secadoras de cabello, que proporcionen un gran cantidad de aire
caliente de esta manera se logrará impedir formación de nuevos óxidos
que podrían influir en el peso perdido de las placas..
 Las placas metálicas después de ser pesadas deben ser protegidas con
toallas absorbentes y almacenadas en fundas totalmente herméticas para
evitar cualquier tipo de contaminación y/o formación de óxidos.
 El lavado de las placas metálicas debe ser realizado por la misma persona
para lograr condiciones de lavado similares, de esta manera no existirá
una influencia significativa de la técnica de lavado en la determinación
del peso perdido de la placa metálica debido a la corrosión.

BIBLIOGRAFIA
1. National Association Of Corrosion Engineers, 1984, “Corrosion Basics”
Houston Texas, pp 5,11,12,99,221-223.
2. Cazco Patricia, Recalde Patricia 2002, “Determinación de la corrosividad
atmosférica en la ciudad de Quito”
3. Talbot David, Talbot James,1998,”Corrosión Science and Techology”,USA,
pp 1-13, 71-102.
4. INTN, “Corrosión y Protección Anticorrosiva” Capítulo IV Corrosión
Electroquímica 25-49, 125-133.
5. Helmut Thielsch,1982, “Defectos y roturas en recipientes a presión y
tuberías”, , pp 381-420.
6. Corrosión Marina ASM Manual.
CYTED., 1998, “Corrosión y Protección de Metales en las Atmósferas de Iberoamérica”, FMJ
International Publications ltd Redhill, 280 pp

8. NOMENCLATURA
SÍMBOLO SIGNIFICADO UNIDADES

A Área de las placas
a Corrosión en el primer año
ASTM Sociedad Americana para Ensayos y Materiales V
C Corrosión V
D Densidad
G Energía libre de Gibbs
G* Energía de activación J
Go Energía libre de Gibbs estándar J
E Potencial del Electrodo eq/mol
Eo Potencial Estándar del Electrodo 8,314 J/K*gmol
F Constante de Faraday
 Sobrepotencial
HR Humedad Relativa
ISO Organización Internacional de Estandarización
 Indice de Brooks 96500 C
i Corriente de intercambio
K Constante de equilibrio cm2
n Exponente que indica el grado de difusión g
P Presión de saturación del vapor de agua g/cm3
R Constante universal de los gases g/m2*h ó m/año
t Tiempo de exposición m
 Designa la categoría según el TDH %
TDH Tiempo de humectación horas
UV Radiación Ultravioleta um
Vc Velocidad de corrosión horas o años
W Masa perdida
z Equivalentes electroquímicos

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4.1.

El objetivo general del presente trabajo de investigación es determinar: el nivel de la corrosividad

atmosférica de las ciudad de Barranca mediante la exposición de probetas de ensayo de materiales

metálicos sin protección: acero al carbono, aluminio y laton.

4.1.2 Objetivos Específicos

 Determinar los tiempos de vida útiles de los diferentes materiales metálicos.

ambiente sobre metales

La corrosión atmosférica causa grandes pérdidas económicas especialmente en el sector

industrial; según las investigaciones realizadas se ha estimado que más de la mitad de

las cuantiosas pérdidas globales de la corrosión se deben a la acción de la atmósfera

construcciones metálicas operan a la intemperie.

La mayoría de los tipos de corrosión ocurren en la atmósfera. Éste tipo de corrosión es

peculiar puesto que, en la corrosión de los metales no existen grandes cantidades de

electrolito como sucede en otro tipo de corrosión electroquímica, así también no es

posible determinar la diferencia de potencial ni la dirección de la polarización. Sin

embargo todos los factores electroquímicos (ánodo, cátodo, electrolito) importantes

aparecen en la corrosión atmosférica.

1.1 FUNDAMENTOS DE LA CORROSIÓN 1

La corrosión es el deterioro de una sustancia (usualmente un metal) debido a una

madera, cerámica, plásticos, etc.; además, pueden no existir cambios visibles en el

material, sin embargo el material puede fallar inesperadamente a causa de ciertos

cambios en su estructura interna.

1.1.2 Factores que influyen en la corrosión

1.1.2.1 Condición de la superficie

La escasa limpieza de la superficie y presencia de materia extraña pueden ocasionar

una fuerte influencia en el inicio y desarrollo de la corrosión.

En principio el aumento de la temperatura incrementa la tasa de corrosión, debido a que

la temperatura acelera la cinética de las reacciones. Aún en soluciones acuosas, a

ejemplo cuando el hierro se encuentra en inmersión en una solución de NaCl diluida y

aireada; el electrodo caliente es anódico respecto al metal más frío de la misma

1.1.1.1 Diferencia de Potencial (Emf)

Cuando existe diferencia de potencial en los materiales expuestos a las mismas

de potencial estándar de oxidación mayor se corroerá y protegerá al metal con el

potencial estándar de oxidación menor.

Tabla 1.1: Potenciales estándares de oxidación y reducción a 25o C*2

Reacción de Corrosión Potencial normal E0 (V)

las semiceldas catódicas, se adopta la convención que la corrosión está en el electrodo

más negativo de la celda.

1.1.1.1 Efecto del Tiempo

incrementa el tiempo de exposición se incrementa la tasa de corrosión; en otros casos

la tasa de corrosión puede disminuir o permanecer en un valor constante.

1.2.1 Ecuación de Nernst

En un electrodo aislado, la carga transferida se acumula hasta establecer un equilibrio,

como por ejemplo considerando la disolución de un metal, M, en un medio acuoso que

produce iones, Mz+.

M→ Mz+ + ze- Ecuación 1.5

La acumulación de electrones en el metal estabiliza una carga negativa en el metal

relativo a la solución creando una diferencia de potencial, salida de iones y la

promoción del proceso reversible. Dando lugar a la descarga de iones y su retorno al

metal como átomos depositados; un equilibrio dinámico es establecido cuando el metal

ha adquirido un potencial característico hacia la solución.

una forma de la reacción isotérmica Van’t Hoff 3:

ΔG = Variación de energía libre de Gibbs.

K= Cociente de la actividad correspondiente a la variación de energía:

Generando la Ecuación de Nernst:

E = Potencial del electrodo (V)

1.2.2 Diagramas de Pourbaix

Son representaciones de información termodinámica de reacciones electroquímicas, la