El electrodo de cilindro rotatorio (RCE) es una técnica utilizada en la investigación de la corrosión para simular en un ambiente de laboratorio el flujo turbulento, que generalmente ocurre cuando los líquidos son transportados a través de tuberías.
La corrosión de las paredes internas de las tuberías ocurre debido a la interacción electroquímica entre el material de la tubería y los fluidos que fluyen a través de las tuberías. La corrosión de las tuberías aumenta significativamente por la naturaleza turbulenta del flujo que se produce dentro de las tuberías.
El electrodo de cilindro giratorio (RCE) se utiliza para generar un flujo turbulento en la superficie de una muestra, en un entorno de laboratorio, simulando las condiciones de flujo de la tubería. En otras palabras, el flujo turbulento de un líquido con caudal conocido a través de una tubería de diámetro interno dado y su efecto sobre la superficie del material se puede reproducir en un ambiente de laboratorio usando un RCE con un tamaño de cilindro dado (hecho del mismo material como la tubería) que gira a una velocidad de rotación bien definida.
Por lo tanto, una de las principales aplicaciones de RCE es probar la eficiencia de los inhibidores de corrosión y la susceptibilidad a la corrosión de los materiales de las tuberías en experimentos electroquímicos simples y rápidos, simulando las condiciones de flujo de la tubería.
Los experimentos que involucran un RCE están regulados por el estándar ASTM G185 [1].
En esta Application Note, el RCE con una muestra de cilindro de acero al carbono 1018 se utilizó con la técnica de medida de polarización lineal (LP). Se realizaron dos experimentos de LP, uno sin inhibidor de corrosión y el otro con un inhibidor de corrosión agregado al electrolito.
Se empleó un Metrohm Autolab PGSTAT302N, equipado con el controlador de motor Metrohm Autolab, rotador y un electrodo de cilindro giratorio (RCE).
Metrohm Autolab RCE utiliza un cilindro de muestra con un diámetro exterior (DE) de 12 mm que se fija en un soporte de PEEK con juntas tóricas de Viton. En la imagen se muestra un RCE de Metrohm Autolab. Figura 1.
En general, para un RCE, el flujo turbulento se logra con el número de Reynolds Rmi > 200.
Teniendo en cuenta el diámetro exterior de 12 mm del cilindro, el flujo turbulento ya se alcanza a 100 RPM [2].
El material del inserto cilíndrico RCE fue acero al carbono (densidad = 7,87 gramos cm−3 ; peso equivalente EW = 27,93).
La celda electroquímica se completó con un electrodo de referencia Ag/AgCl 3 mol/L KCl y dos varillas de acero inoxidable colocadas simétricamente como contraelectrodos.
El electrolito estaba compuesto por una solución acuosa de 0,5 mol/L de HCl y 0,5 mol/L de NaCl.
Se preparó otra solución electrolítica de HCl 0,5 mol/L y NaCl 0,5 mol/L, adicionando además 4 mL de la solución inhibidora, compuesta por etanol y 1000 ppm (0,78 mol/L) de triptamina.
El electrodo RCE se giró a 500 RMP, correspondiente a una velocidad de fluido RCE = 82,3 cm s−1 (2.7 pie s−1) dentro de una tubería cédula 40, con un diámetro interno de 30.32 cm (12′′).
Antes de los experimentos, con fines de estabilización, las muestras se mantuvieron durante la noche en el electrolito sin el inhibidor.
Después de registrar el potencial de circuito abierto (OCP) durante cinco minutos, se realizaron mediciones de LP desde –20 mV y +20 mV contra OCP, con 1 mV·s−1 rango de escaneo. En el caso de la corrosión, el OCP también se denomina potencial de corrosión, micorr.
Todos los datos fueron registrados y analizados con el software NOVA.
Todos los potenciales se registran frente al potencial del electrodo de referencia, es decir, frente a Ag/AgCl 3 mol/L KCl.
Todos los experimentos fueron realizados a temperatura ambiente.
El potencial de corrosión micorr (V) fue medido, como siendo micorr = −0.479 V en el caso del electrolito sin inhibidor, y micorr = −0.392 V en el caso del electrolito con el inhibidor.
En Figura 2, se muestran los voltamogramas resultantes de los experimentos de polarización lineal (LP). En azul se presentan los datos medidos sin inhibidor y en rojo los datos medidos con el inhibidor agregado al electrolito.
Figura 2 muestra que los datos con el inhibidor aparecen en el lado derecho de la gráfica, con respecto a los datos sin inhibidor. Esto significa que en el caso del electrolito con el inhibidor, los mismos valores de corriente ocurren a un potencial más alto (más noble) que el electrolito sin el inhibidor.
En medidas LP, la inversa de la pendiente de la i vs. Parcela E cerca micorr se puede utilizar para estimar los valores de resistencia de polarización (Rpags , Ω).
Cuando se agrega el inhibidor al sistema, se observa una disminución en la pendiente, lo que indica que Rpags ha aumentado.
Una regresión lineal alrededor micorr (no se muestra aquí) ayudó a calcular Rpags. En el caso de las medidas de LP sin inhibidor, un valor de Rpags = 42,62 es encontrado. En presencia del inhibidor, el valor de Rpags = 135,96 es encontrado.
En figura 3, se muestran los diagramas de Tafel.
He aquí el micorr se puede determinar fácilmente, siendo el valor potencial donde la corriente cae a cero, la posición del pico negativo en el gráfico log(i) vs E.
El análisis de datos se realiza aún más y los parámetros de corrosión adicionales se pueden calcular utilizando el Análisis de tasa de corrosión Comando en el software NOVA.
La resistencia de polarización calculada para la muestra en el electrolito sin inhibidor fue Rpags = 43,32 y para la muestra en el electrolito con el inhibidor Rpags = 136,39 . Los resultados fueron similares a los discutidos anteriormente que se obtuvieron con la regresión lineal de las medidas de LP. tabla 1 compara los resultados obtenidos de la regresión lineal y el análisis de velocidad de corrosión, con y sin el inhibidor. También se enumeran los valores de las tasas de corrosión.
| Parámetro |
Sin inhibidor | Con inhibidor |
| micorr (V) de regresión lineal | -0,479 | -0,392 |
| miccor (V) del análisis de la velocidad de corrosión | -0,482 | -0,396 |
| Rpags () de regresión lineal | 42,62 | 135,96 |
| Rpags () del análisis de la velocidad de corrosión | 43,32 | 136,39 |
| Tasa de corrosión (milímetro año−1) del análisis de la velocidad de corrosión | 0,25 | 0,065 |
El hecho de que el valor de la Rpags calculado con el análisis de velocidad de corrosión está cerca del valor calculado con la regresión lineal del LP es una indicación adicional de que los parámetros de corrosión calculados son válidos. Se puede observar que la velocidad de corrosión del material en la solución con el inhibidor (0.065 mm año −1) es mucho menor que la velocidad de corrosión medida en las mismas condiciones en el electrolito sin el inhibidor (0,25 mm año −1).
De acuerdo con la norma ASTM G185, la eficiencia del inhibidor se puede calcular con la siguiente Ecuación:
Donde RCno inhibir (mm año−1) es la velocidad de corrosión calculada sin inhibidor, y RCinhibir (mm año−1) es la velocidad de corrosión calculada en presencia del inhibidor.
Usando la tasa de corrosión del análisis de la tasa de corrosión (tabla 1), la eficiencia del inhibidor se calcula en 74%.
Esta nota de aplicación ejemplifica un uso común del electrodo de cilindro giratorio en el campo de la investigación de la corrosión industrial y académica. Se emplearon dos electrolitos, uno de los cuales contenía un inhibidor de corrosión a base de triptamina. Los experimentos de polarización lineal se realizaron a una velocidad de rotación de 500 RPM, correspondiente a una velocidad de fluido RCE = 82,3 cm s−1 (2.7 pies−1) dentro de una tubería con cédula 40, con un diámetro interno de 30.32 cm (12′′). los El efecto del inhibidor se evaluó a partir de la observación visual, la regresión lineal y el análisis de la velocidad de corrosión de los datos de polarización lineal.
Finalmente, se calculó la eficiencia del inhibidor, mostrando que la velocidad de corrosión en presencia del inhibidor es un 74% menor que sin el inhibidor.
- ASTM G185-06(2016), Práctica estándar para evaluar e inhibidores de corrosión de refinerías y campos petroleros calificados Usando el electrodo de cilindro rotatorio, ASTM International, West Conshohocken, Pensilvania, 2016, www.astm.org
- Libro blanco de Metrohm Autolab: “Mejores prácticas de corrosión. Creación de condiciones de flujo de tuberías mediante un cilindro de rotación Electrodo”.
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