Ruido electroquímico

El fenómeno de corrosión ocurre cuando el metal está en contacto con un medio líquido conductor (electrolito) que contiene agentes oxidantes (Vázquez y Damborenza (2001)). Durante este fenómeno, el metal corroído se comporta como un polielectrodo (Vaamonde et al. (2000)), es decir, en diferentes puntos de la superficie del metal se presentan las dos semirreacciones en las que se puede dividir la reacci´on redox global: el proceso anódico, para la oxidación del metal, y el proceso cat´odico, para la reducción del agente oxidante presente en el medio corrosivo.

Como los fenómenos de corrosión implican reacciones redox que se verifican en la interfase metal/electrolito, este tipo de procesos conlleva un movimiento de cargas eléctricas. De esta manera, el estudio de los fenómenos de corrosión puede abordarse mediante distintas técnicas electroquímicas que permitan evaluar los parámetros eléctricos asociados a esos procesos de transporte de cargas.

La mayor parte de los métodos electroquímicos para el estudio de la corrosión están basados en la perturbación controlada de una de las dos variables eléctricas fundamentales, voltaje o corriente, y la medición de la otra variable como consecuencia de la alteración introducida al sistema. Haciendo uso de estos métodos es posible estimar la velocidad de corrosión, el tipo de corrosión e información adicional sobre las características del sistema difíciles de obtener mediante otras técnicas experimentales (Martínez et al. (2012)).

Dentro de estas técnicas las más empleadas son la de polarización lineal, la resistencia a la polarización, voltametría cíclica (Vc) y la espectroscopía de impedancia electroquímica (Botana y Marcos (2002)).

El ruido electroquímico es el estudio de las fluctuaciones espontaneas de corriente y voltaje en un electrodo corrosivo. Funciona en condiciones de potencial de circuito abierto sin necesidad de una polarización externa que pueda influir en las reacciones electroquímicas (sobre todo acelerarlas o ralentizarlas). Por lo tanto, se considera una técnica en línea y no perturbadora utilizada para monitorear la corrosión en diferentes campos (Cappeln et al. (2005); Guadalupe et al. (2001), Iannuzzi et al. (2010), Martínez et al. (2012); Montesperelli y Gusmano (2011)).

Debido a que el EN es una técnica muy sensible, puede usarse en entornos de dos fases (fase orgánica y acuosa) (Gusmano et al. (1998)). La medici´on del potencial de ruido electroquímico (Electrochemical Potential Noise, EPN) y de la corriente de ruido electroquímico (Electrochemical Current Noise, ECN) se puede realizar de manera simultánea mediante tres electrodos. Estos electrodos pueden ser nominalmente idénticos, elaborados del material que se va a estudiar, denominados electrodos de trabajo (Working electrode, WE), ver Figura 2.2 a). Una segunda opción utiliza dos electrodos de trabajo y un electrodo de referencia (Reference electrode, RE) elaborado de un material distinto al material a analizar, ver Figura 2.2 b). El primer par de electrodos medirá el EPN y el segundo par mide el ECN, teniendo ambos pares un electrodo en común (Edgemon (2004); Garita (2014)). La medición o registro de EN es simple (en apariencia), pero analizarlo es el trabajo realmente importante y, en muchos casos, la tarea más problemática (Genescá (2002)).

Figura 2.2: Configuración de electrodos para medir EN

Como citar:

Arellano Pérez, J. H. (2020). Análisis de Ruido Electroquímico en una Aleación de Aluminio Expuesta a la Mezcla Gasolina-Etanol.

Consecuencias de la corrosión

Dentro de las principales consecuencias de la corrosión podemos encontrar las siguientes (Roberge (2000)):

• Paros de planta.
• Desperdicio de recursos valiosos: petróleo, gasolina, químicos, etc. 
• Perdida o contaminación de los productos almacenados o transportados.
• Reducción en la eficiencia.
• Aumento en los costos de mantenimiento.
• Altos costos debido a la elaboración de proyectos sobredimensionados. 
• Riesgos a la seguridad de los equipos y del personal.

El costo causado por la corrosión es uno de los aspectos más alarmantes. De 1999 a 2001, Estados Unidos tuvo un total anual de costos directos por corrosión de aproximadamente 276 mil millones de dólares, aproximadamente un 3.1 % del PIB (Producto Interno Bruto) de ese país. De igual manera en Perú, de acuerdo con la empresa Tecnoquímica, en el año 2000 las perdidas por corrosión representaron 8 % del PIB, es decir, aproximadamente 1 200 millones de dólares (Orozco et al. (2007)). En algunas industrias como la electrónica es necesario utilizar recubrimientos especiales e incluso reemplazar algunos de los materiales por metales como el oro o la plata (los cuales tienen una mayor resistencia a la corrosión) incrementando en gran medida los costos de producción y el precio de venta del artículo terminado (López et al. (2007)). Los costos por proyectos sobredimensionados son realmente grandes, dependiendo de la instalación. Por ejemplo, en el campo geotérmico Miravalles, ubicado en Costa Rica, el costo por sobre espesor de 1 mm para 30.5 km de tuberías ascendió a más de un millón de dólares (Tres et al. (2008)).

En cuanto a la seguridad de las personas se suelen presentar eventos aislados, sin embargo, se han registrado eventos donde personas resultaron heridas e incluso se han llegado a suscitar decesos. Tal y como sucedió en Guadalajara, Jalisco, en abril de 1992 (Figura 1 a), donde fugas en tuberías de gasolina de Pemex originadas a partir del efecto de corrosión ocasionaron 200 víctimas mortales, más de 1 500 heridos y alrededor de 1 600 construcciones dañadas (Roberge (2000)). En la industria aeronáutica la corrosión es uno de los aspectos más importantes a considerar al revisar las aeronaves, pues los materiales empleados son propensos a la corrosión aunado a las condiciones de operación. Además de gastar miles de millones de dólares en reparaciones y recubrimientos se han presentado accidentes como el registrado el 28 de abril de 1988 (Figura 1 b)), cuando un Boeing 737 operado por Aloha Airlines, con 19 años de servicio, perdió una parte importante del fuselaje superior a 24 000 pies de altura, el avión logro aterrizar, sin embargo, una de las azafatas perdió la vida (Valdez Salas y Schorr Wiener (2013)).

Figura 1.

Como citar:

Arellano Pérez, J. H. (2020). Análisis de Ruido Electroquímico en una Aleación de Aluminio Expuesta a la Mezcla Gasolina-Etanol.

Análisis de Ruido Electroquímico en una Aleación de Aluminio Expuesta a la Mezcla Gasolina-Etanol

El uso de etanol en vehículos que suelen funcionar con gasolina genera problemas de corrosión y desgaste tanto en las partes metálicas como en las de plástico y caucho. Estos problemas de corrosión de deben a la facilidad con la que el etanol absorbe agua del medio ambiente y a los componentes del etanol que pueden variar dependiendo de su fabricación como es el caso de algunos cloruros o el ácido acético. Debido a que las aleaciones de aluminio son comúnmente utilizadas en autopartes, ya sea por su resistencia o su ligereza, esta investigación se enfocará en estudiar la corrosión en una aleación de aluminio 6061-T6. La aleación se expondrá a gasolina mezclada con etanol en porcentajes del 0, 10, 20, 30, 40, 60, 80 y 100 % de etanol. Para obtener la información sobre la corrosión (velocidad y tipo) se medirán las señales de ruido electro- químico (generadas por las reacciones de oxidación y reducción) y se analizarán con la transformada Synchrosqueezing y la energía de Shannon. Se desarrollan las sondas de medición de ruido electroquímico a partir de electrodos de la aleación de aluminio y se utilizar ́a equipo especializado para la obtención de las señales de potencial y de corriente. Antes de realizar las pruebas con las mezclas gasolina-etanol se realizarán pruebas con soluciones de ácido sulfúrico, cloruro de sodio y agua para obtener distintos tipos de corrosión en el aluminio y poder relacionarlos con resultados que arroje el análisis con la transformada Synchrosqueezing y la energía de Shannon. La principal contribución de esta investigación es la propuesta de un método para analizar las señales de ruido electroquímico usando la combinación de la transformada Synchrosqueezing y la energía de Shannon para determinar el tipo de corrosión y la velocidad de corrosión de una aleación de aluminio expuesta a diferentes electrolitos. Se trabajar ́a con electrolitos de referencia (reportados en la literatura) y de manera específica con la mezcla gasolina-etanol, la cual representa un reto por su baja conductividad y las pequeñas variaciones que se realizarán en la concentración de etanol en la mezcla.

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Contenido

2.1 Metales

2.4.1 Cálculo del tipo de corrosión usando el método estadístico