__________________________________________________________ Diagrama de Evans Luis Aguagallo1; Jairo Chimborazo2; Jorge Paca3; Paul Pilco4; Kerly Toapanta5; Joffre Yauripoma6 1, 2, 3, 4, 5,6, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo, Facultad de Mecánica, Riobamba, Ecuador Resumen: El diagrama de Evans consiste en unir dos elementos metales a través de una resistencia variable y poder medir la intensidad que recorre por el circuito exterior como el potencial de cada elemento. Al disminuir manualmente la resistencia, la corriente que circula aumenta, pudiéndose trazar las curvas de polarización de ambos metales. La prolongación de los tramos rectos en la representación proporciona las características de funcionamiento del sistema en cortocircuito, es decir cuando los metales se encuentran en contacto. La intensidad y el potencial de corrosión pueden obtenerse gráficamente. Palabras claves: Diagrama, polarización, corrosión, intensidad. 1. INTRODUCCIÓN El sistema formado por un metal que se corroe sumergido en un electrolito es equivalente al funcionamiento de una pila en cortocircuito. La reacción anódica sería la disolución del metal M→ 𝑀𝑛+ + 𝑛𝑒 − , mientras que la catódica depende de las especies que se encuentren en disolución. En medio acuoso y en ausencia de otros oxidantes, la reacción catódica suele ser o bien la reducción de oxígeno o bien la descarga de hidrógeno. En estas condiciones, tanto la reacción anódica como la catódica se producen en la superficie del metal que se corroe y, por tanto, la velocidad de corrosión no puede medirse directamente. Si estas reacciones ocurren sobre dos piezas metálicas diferentes, la velocidad de corrosión puede evaluarse por el método de Evans. Fig1. Ley de ohm En el circuito tenemos un cable que conduce corriente y que tiene una resistencia que se opone el paso de la corriente. La Ley de Ohm la ponemos como ejemplo para explicar lo que ocurre en la polarización, tomamos un acero que en su microestructura posee granos (A, B). 2. MARCO TEÓRICO Corrosión Es un fenómeno quimico y electroquímico que produce una degradación en el material. Se llaman agentes agresivos a aquellos que producen la corrosión, estos pueden ser: la atmósfera, el agua de mar, el aire húmedo, los vapores ácidos, etc Polarización La polarización es el cambio en el potencial de un electrodo a medida que la corriente fluye de o hacia él. Existen diversas causas de la polarización entre ellas consideraremos: a.) Concentración iónica localizada en las zonas anódicas y catódicas aumentadas o disminuidas debido a que la difusión de iones en un medio líquido es lenta. La Ley de Ohm Es la relación entre intensidad de corriente, resistencia eléctrica y potencial. Fig2. Polarización Cada grano posee diferentes potenciales eléctricos, los cuales se dividen por la resistencia que se encuentra en la mitad de ambos. El valor de la resistencia la obtenemos por el límite de granos entre A y B, si el límite de grano da una resistencia infinita no va a existir un paso de corriente por lo que A va a estar aislado de B. Al disminuir la resistencia hay un paso de corriente por lo que A va a tener un potencial y el B otro potencial. Fig3. Diferencia de potencial 𝐼= 𝐸1 − 𝐸2 𝑅 Cuando la corriente circula el potencial del elemento A este aumenta y cuando la corriente circula por el elemento B este va a disminuir cuando un elemento aumenta y otro disminuye existe la Polarización. Curvas de polarización Las curvas de polarización muestran la interdependencia entre el potencial de electrodo y la intensidad de corriente (relaciones i vs. E). Las curvas de polarización pueden determinarse aplicando una corriente constante y midiendo el potencial, repitiendo este procedimiento para diversos valores de corriente y midiendo en cada caso el nuevo potencial alcanzado. Otra forma de determinar la relación I-E es aplicando un potencial constante y determinando la forma en que varía la corriente. Curvas de polarización anódica. pasividad (sobre el metal se forma una película muy delgada de óxido que dificulta su disolución). Si la película pasivante es aisladora, al aumentar el potencial el óxido pasivante irá aumentando su espesor sin que se note un aumento importante de la corriente, es la zona 34. (Por ejemplo: Al, Zr, Te, etc.). Se dan otros casos en que ocurren otros fenómenos como los indicados por las curvas 5, 6, 7. Curva 5: cuando la película pasivante está formada por elementos que pueden oxidarse a una valencia mayor y dar productos solubles, se nota también un aumento de la corriente acompañado por disolución del metal. Este fenómeno se conoce como transpasividad, y lo presentan elementos tales como el cromo, o el manganeso, así como las aleaciones de que forman parte. Curva 6: por encima de cierto potencial cuando hay presentes ciertos iones “agresivos” cloruros, nitratos, bromuros, etc. La película pasivante puede perder estabilidad y se produce un fenómeno de corrosión localizada, el picado y lo presentan metales tales como el hierro, cromo, etc. (El picado crea problemas muy serios). Curva 7: Si el óxido pasivante es buen conductor de electrones una vez alcanzado el potencial de desprendimiento de oxígeno, la solución comenzará a descomponerse y se notará aumento en la corriente de corrosión. Si el potencial se puede mantener entre los valores 3 y 8 la corrosión será despreciable y se dice que hay protección anódica. Por debajo de 1 también la corrosión se torna imposible. Curva de polarización catódica Las características más frecuentes de las curvas de polarización catódica son las indicadas en la figura. Formas posibles que puede tomar una curva de polarización anódica. Fig5. Curva de polarización catódica Fig4. Curvas de polarización anódica Diagrama de Evans Si la sobretensión es pequeña se suele observar una relación lineal entre la sobretensión y el logaritmo de la corriente. En la zona 1-2 se dice que el metal se disuelve en forma activa. En la zona 2-3 aparece una zona de Los diagramas de Evans son de utilidad porque muestran cómo funcionan las celdas electroquímicas. En un diagrama de Evans, el potencial es típicamente graficado en el eje vertical, y el logaritmo de la corriente es graficado en el eje horizontal. Estos diagramas muestran el efecto de la polarización en el comportamiento de corrosión. La polarización es el cambio de potencial en la superficie de un metal debido a un flujo de corriente. En una celda de corrosión, el ánodo y el cátodo están sujetos a polarización de grado variable. Los comportamientos de polarización de ánodos y cátodos en una celda de corrosión afectan mucho el flujo de corriente en la celda, afectando de manera importante la velocidad de corrosión del ánodo. En un diagrama de Evans, el potencial a circuito abierto (no acoplado) del ánodo y el cátodo son representados por puntos en el eje vertical, como se observa en el siguiente diagrama: Fig8. Polarización del cátodo Cuando ambas, la polarización anódica y la catódica se muestran en el mismo diagrama de Evans, la corriente de corrosión que está fluyendo en la celda puede ser determinada como se muestra en la figura: Fig6. Polarización a circuito abierto Así como la corriente fluye desde el ánodo, el potencial del ánodo cambia al incrementar la corriente, como se muestra abajo. Fig9. Celda completa de polarización combinada Ejemplos: Fig7. Polarización del ánodo Note que el potencial del ánodo se hace menos negativo con el flujo de la corriente. Ya que la corriente también fluye por el cátodo este también se polariza al aumentar la corriente como se muestra abajo: Fig10. Diagrama de Evans: potencial vs intensidad de corriente Factores que afectan el comportamiento frente a la corrosión: A) Influencia de la corriente de intercambio catódico o anódico: desplazamiento del potencial de corrosión, con un aumento de la corriente de corrosión. B) Influencia de la pendiente de Tafel: aumentos de la pendiente de Tafel hace más negativo el potencial de corrosión y disminuye la velocidad de corrosión. C) Influencia del potencial de equilibrio Además de los factores señalados con anterioridad hay que tener en cuenta la resistencia del electrolito. Ventajas y Desventajas Fig11. Diagrama de Evans potencial vs. Logaritmo de la intensidad de corriente El punto de intersección de las curvas define el potencial de corrosión y la corriente de corrosión. Modificando adecuadamente la polarización anódica y/o la polarización catódica se puede disminuir la intensidad de la corriente de corrosión según muestran los siguientes gráficos: A. VENTAJAS Amplia aplicabilidad en la práctica Cuando las polarizaciones aplicadas son pequeñas no se altera la muestra como consecuencia de la medida. Puede diseñarse para un amplio intervalo de potencial y corriente. DESVENTAJAS Cuando el comportamiento en el origen no es lineal no se puede determinar R. 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Fig12. Inhibición del proceso catódico: aumentando la pendiente de la curva catódica disminuye la intensidad de corrosión B. Fig13. Inhibición del proceso anódica: aumentando la pendiente de la curva anódica disminuye la intensidad de corrosión. APLICACIONES Los diagramas de Evans serán usados en el curso para mostrar los efectos de cambios en las características de la polarización del ánodo y del cátodo en las corrientes de corrosión. Efectos del área En reacciones de corrosión, la densidad de corriente, medida en unidades de corriente por unidad de área, tal como miliamperios por centímetro cuadrado, es usada porque la densidad de corriente, en lugar de la corriente total determina la intensidad de una reacción electroquímica sobre una superficie. Para la misma cantidad de corriente total, el efecto de una reacción electroquímica tendrá un efecto menos intenso sobre un electrodo grande que en uno más pequeño. La reacción total será la misma en ambos casos, pero en el caso del electrodo más chico, el efecto se concentra en un área menor. El efecto de la densidad de corriente puede ser mostrado usando un diagrama de Evans. En la siguiente figura, se muestra la polarización de una celda con áreas anódicas y catódicas iguales. Fig14. Ánodo y cátodo con áreas iguales Si el área del cátodo es reducida, la corriente será más intensa en la superficie del cátodo y su polarización aumentará como se muestra abajo: Fig15. Cátodo más pequeño En este ejemplo, el aumento de polarización del cátodo reduce de forma significante la corriente de corrosión. Como el área del ánodo no cambia, la corriente de corrosión se extiende sobre la misma área del ánodo. 4. CONCLUSIONES Se representan para un material sobre un mismo diagrama las curvas de polarización anódica y catódica. Donde se cortan las dos curvas queda determinado el potencial de corrosión y la intensidad de corriente de corrosión. Modificando adecuadamente la polarización anódica y/o la polarización catódica se puede disminuir la intensidad de la corriente de corrosión. Bibliografía Juan, J. (04 de 01 de 2019). Corrosion. Obtenido de https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/8231/1/Cor rTema5.pdf Milner Segovia Segovia. (1 de 04 de 2019). Slideshare. Obtenido de Slideshare: Milner Segovia Segovia, Trabajos practicos de laboratorio. (04 de 01 de 2019). Obtenido de http://materias.fi.uba.ar/6303/TPN3.pdf
