Ensayos de corrosión en medio real

Ensayos de corrosión en medio real

Pablo Benguria Uribe Materiales para Condiciones Extremas / Área Materiales y Procesos División Energía y Medio AmbienteTECNALIA Research & Innovation

1.- Objeto de los ensayos en medio real

2.- Definición y tipos


6.- Conclusiones

3.- Estado del arte

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5.- Ensayos en medio marino en Tecnalia

1.- Objeto de los ensayos en medio real1.- Objeto de los ensayos en medio real


La corrosión es un fenómeno electroquímico natural lento

Las cámaras climáticas permiten ensayar mecanismos de degradación en laboratorio y

acelerar así los ensayos

Los ensayos en medio real son fundamentales para conocer los mecanismos de

degradación que afectan a un material o recubrimiento

Problemas de los envejecimientos en laboratorio:

Cada ensayo simula un parámetro determinado (UV, niebla salina, choque térmico, …) o varios (niebla-

sequedad, UV-condensación, …), pero ninguno simula la realidad al 100%.

Mecanismos de degradación observados en los envejecimientos artificiales no siempre se

corresponden con los que ocurren en la realidad

No hay equivalencias directas de tiempo en labo con exposición en servicio

1.- Objeto de los ensayos en medio real1.- Objeto de los ensayos en medio real


Ventajas de ensayos en medio real:

Fenómenos no contemplados en los ensayos de labo: fouling, erosión

por oleaje, sinergias de varios fenómenos,…

Ensayos en condiciones similares a las que tendrán en servicio

necesidad de ensayar en distintos entornos

Pruebas a pequeña escala antes de sacar un producto nuevo

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En general, las condiciones pueden variar mucho de una localidad a otra

2.- Definición y tipos2.- Definición y tiposEnsayos de corrosión en medio real

Consiste en la colocación de muestras (probetas o componentes estructurales) en un medio que represente lo mejor posible las condiciones de servicio

Son los envejecimientos que mayor correlación tienen con las condiciones en servicio

Intervienen simultáneamente una gran variedad de factores que afectan a la corrosión y que en muchos casos no se puede simular en ensayos de laboratorio (parámetros físico-químicos, biológicos, meteorológicos, etc.)

Las muestras están sometidas a efectos cíclicos al cambiar las condiciones del medio

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Se realizan estos ensayos para evaluar:

• Resistencia a la corrosión de nuevos materiales• Evaluación de recubrimientos protectores• Caracterización de la corrosividad de emplazamientos específicos

Ensayos de exposición atmosféricaEnsayos de exposición atmosférica


El lugar de exposición debe estar correctamente caracterizado antes de iniciar un ensayo de exposición atmosférica

Es necesario monitorizar los parámetros atmosféricos durante la exposición para determinar la causa-efecto de las variables atmosféricas sobre la corrosión

Pueden ser emplazamientos estáticos o móviles

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Parametros de monitorización

• Temperatura

• Velocidad y dirección de viento

• Radiación UV

• Humedad relativa

• Tiempo de humectación (ASTM G84. “Standard Practice for Measurement of Time-of-Wetness on

Surfaces Exposed to Wetting Conditions as in Atmospheric Corrosion Testing”)

• Temperatura de la superficie de las probetas durante el periodo de humectación

• Contaminación atmosférica:o Óxidos de azufre (ASTM G91. “Standard Practice for Monitoring Atmospheric SO2 Using the Sulfation

Plate Technique”)o Cloruros (ASTM G140. “Standard Test Method for Determining Atmospheric Chloride Deposition Rate

by Wet Candle Method”)

Debido a las condiciones atmosféricas cambiantes, es necesario monitorizar y registrar parámetros atmosféricos que afectan a la corrosión



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Evaluación de Corrosión Galvánica en exposición atmosférica (ASTM G116)

ASTM G116. “Standard Practice for Conducting Wire-on-Bolt Test for

Atmospheric Galvanic Corrosion” : CLIMAT (Classify Industrial and Marine Atmospheres) test

• 90 días de duración



o ICI (Industrial Corrosion Index): Se obtiene mediante el porcentaje de pérdida de peso Cu-Al.

o ACI (Atmospheric Corrosivity Index): Se obtiene mediante el porcentaje de pérdida de peso Plástico (Nylon)-Al.

o MCI (Marine Corrosion Index): Se obtiene mediante el porcentaje de pérdida de peso AC-Al.

• Válido para definir de forma rápida la velocidad de corrosión en un emplazamiento y la corrosividad del mismo:

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Evaluación de metales en medio marino. ASTM G52

• ASTM G52. “Standard Practice for Exposing and Evaluating Metals and Alloys

in Surface Seawater”

• Probetas de 100 x 300 mm

• Probetas por triplicado

• Tiempo de exposición: 0,5 - 20 años

• Ej: ensayo en HarshLab

Evaluación de Corrosión Crevice. ASTM G78

• ASTM G78. “Standard Guide for Crevice Corrosion Testing of Iron-

Base and Nickel-Base Stainless Alloys in Seawater and Other

Chloride-Containing Aqueous Environments”

• Tiempo de exposición: 30- 90 días para evaluar corrosión crevice



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Evaluación de propiedades antifouling

• ASTM D3623. “Standard Test Method for Testing Antifouling Panels in Shallow Submergence”

• ASTM D6990. “Standard Practice for Evaluating Biofouling Resistance and Physical Performance of Marine Coating Systems”

• ASTM D5618. “Standard Test Method for Measurement of Barnacle Adhesion Strength in Shear”


Ensayos de exposición en medio marinoEnsayos de exposición en medio marino

Los tratamientos antifouling tienen una duración variable de 2 a 5 años

El crecimiento de fouling en cascos de barcos afecta a la resistencia a la fricción, aumento de peso y reducción de velocidad mayor consumo de combustible

Métodos de ensayo normalizados:

Publicado en 2021 el Exposure Site Catalogue, por la EuropeanFederation of Corrosion

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Lamentablemente, es un catálogo incompleto en el que no figuran ni HarshLab ni algún otro emplazamiento relevante

3.- Estado del arte3.- Estado del arte


https://efcweb.org/WP25.html

Recogidos 8 emplazamientos marinos de distinta naturaleza

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https://efcweb.org/WP25.html

Recientemente firmado un acuerdo de colaboración entre PLOCAN y Tecnalia

PLOCAN (Puerto de Taliarte, Gran Canaria, España)

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Capacidad para albergar un total de 140 muestras en zonas splash, intermareal e inmersión.

Clima subtropical en la bocana del puerto de Taliarte (Océano Atlántico)

Situado junto a una estación oceanográfica

Samples exposition during high tideSamples exposition during low tide



CTC El Bocal (Cantabria)

Expositores en zonas splash, intermareal e inmersión



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Kistineberg Center for Marine Research and Innovation (RISE)

Unos 80 racks para la exposición de muestras en zona

inmersión, splash o atmosférica



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Profundidad máxima: 6 metros

Laboratorio para caracterización de muestras in

situ

Inaugurado en junio 2021

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Amplia red de expositores en el mar del Norte

http://www.windenergie.iwes.fraunhofer.de/en/test_centers_laboratories/offshore-test-sites.html

Fraunhofer IWES



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Estación costera en el puerto de Génova

Genoa Experimental Marine Station (GEMS)



Varios expositores atmosféricos en el puerto

Zona de inmersión en uno de los pantalanes flotantes

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Otros emplazamientos europeos con exposición atmosférica en la costa:

Otros



Brest (French Corrosion Institute) Tananger (NILU-Norwegian Institute for Air Research)

Alfanzina (Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC))

Guincho (Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC))

Sines (National Laboratory of Energy and Geology (LNEG) - Laboratory of Materials and Coatings (LMR))

Bohus-Malmön Kvarnvik, RISE KIMAB

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HarshLab

4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia4.- Ensayos en medio marino en Tecnalia


Su diseño se ha inspirado las boyas CALM, adaptándolo a las condiciones meteoceánicas de BiMEP: Diámetro 5.4 m Altura 4.7 m Peso 8 ton

HarshLab1.0 es el primer laboratorio offshore flotante de Europa para la evaluación de materiales y componentes en ambiente 100% offshore

Equipado con las medidas de seguridad exigidas por la Normativa Marítima (AIS y linterna)

El diseño de los portaprobetas de las zonas en inmersión y salpicadura permiten operar desde cubierta sin necesidad de buzos

https://harshlab.eu/

Confidential


Zona de

inmersión

Zona splash

Zona

atmosférica

• 125 en zona atmosférica• 320 en zona splash• 320 en zona de inmersión 21 ▌

Tres zonas de ensayo con capacidad para acoger hasta 765 muestras:


HarshLab

Confidential

Se encuentra en el Golfo de Bizkaia, a 1,6 millas del puerto de Armintza (Bizkaia, España)

Ocupa una superficie de mar de 5.3 km2

Equipada con infraestructura submarina para la conexión a la red eléctrica:

• Cables submarinos de evacuación de electricidad de 13,2 kV – 5 MW.

• Centro de datos (sistema de monitorización y control)

• Vigilancia 24/7

Asegura unas condiciones 100% offshore, mientras ofrece un rápido acceso desde el puerto de Armintza

BiMEP es una infraestructura para la demostración de prototipos de captación de energías oceánicas antes de su desarrollo comercial

https://bimep.com/

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HarshLab


23 ▌

HL1.0

•Exposición Septiembre 2018

•Exposición de pequeños componentes y probetas

•Zonas de inmersión, salpicadura y atmosférica

•Sin conexión a la red eléctrica

HL2.0

•Ensayos offshore Otoño 2021

•Ensayos de componentes y equipos de mayor tamaño y

en funcionamiento

•Conectado a la red eléctrica

•Dos zonas de ensayo adicionales: lecho marino y

confinada

El fondeo del HL1.0 fue diseñado en 2018 sobredimensionado para acoger el HL2.0 con pequeñas modificaciones


HarshLab

2018

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HARSH project (2016-18)



HarshLab

2021

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HARSH project (2016-18)

HarshLab

Confidential

Ensayo de componentes y probetas en zona atmosférica

Ensayo de componentes y probetas en zona atmosférica

Ensayo de componentes y probetas en inmersión

Ensayo de componentes y probetas en inmersión

Ensayo de todo tipo de elementos de fondeoEnsayo de todo tipo de elementos de fondeo

Ensayo de componentes y probetas en zona splash

Ensayo de componentes y probetas en zona splash

Ensayo de componentes y probetas en bodega

Ensayo de componentes y probetas en bodega

Ensayo de componentes y probetas en el lecho marino (65m)

Ensayo de componentes y probetas en el lecho marino (65m)

Ensayo de todo tipo de umbilicales, conectoresy risers

Ensayo de todo tipo de umbilicales, conectoresy risers

HarshLab2.0: nuevas posibilidades

26 ▌Diseñado por Tecnalia e



Confidential


27 ▌



¡Inauguración el 22

de septiembre!

Confidential 28 ▌

Dynamic ANtifouling Test (DANTE)

Diseño, construcción y puesta en marcha en el HL2.0 en el marco del proyecto europeo NEWSKIN (H2020)

Capacidad para ensayar muestras según la norma ASTM 4939-89 2013 simulando velocidades de navegación de hasta 15 nudos




Posible acceso gratuito vía Open Calls (Dec’21, June’22, Dec’22, June’23) (https://platform.newskin-oitb.eu/pages/open-calls)

Confidential

Meteorological data

Precipitación anual media: 1500 mm/año Temperatura media interanual: 13ºC Máxima Tª promedio interanual: 16ºC Mínima Tª promedio interanual: 10ºC Radiación media: 1.825 horas/año Tiempo de humectación medio anual: 5.690 horas

Oceanographic data

Tª del agua min/max: 11ºC (Ene) - 22ºC (Ago) Altura ola significativa min / med / max: 1,15m / 1,67m / 9,62m Salinidad media: 35 USP O2 medio: 6 mL/l Transmitancia media: 88%

Estación meterorológica del cabo Matxitxako

Boya oceanográfica Tryaxis



HarshLab

HarshLab1.0 puede albergar tres tipos de ensayos principales:

Ensayos de corrosion

• La velocidad de corrosión para cada zona ha sido medida para acero al carbono, cobre y aluminio

• Las zonas atmosférica y de salpicadura se clasifican CX, mientras que la de inmersión es Im2.

Anomia ephippium Hiatella arctica

Mytilus galloprovincialis Bryozoan Perforatus perforates

Ensayos de envejecimiento

Materiales metálicos o no que tienen que soportar condiciones muy exigentes mientras mantienen sus propiedades mecánicas, estéticas, etc

Ensayos antifouling

BiMEP es un área con un potencial de fouling elevado. Las especies más comúnmente encontradas en BiMEP son:

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HarshLab

Quién puede tener acceso al HarshLab?

Abierto a cualquier empresa, Universidad o centro de I+D interesado en realizar ensayos en condiciones offshore, tanto en proyectos públicos (ej: H2020) como privados.

Portaprobetas diseñados para alojar probetas estandarizadas (150x75x5mm), pero adaptable a componentes y probetas de otras dimensiones

Completo laboratorio de caracterización disponible (SEM, EDS, metalografía, etc)

Cualquier tipo de proyecto de investigación es bienvenido!



HarshLab

El Ente Vasco de la Energia ofrece ayudas para la demostración y validación de tecnologías energéticas renovables marinas emergentes (https://www.eve.eus/Programa-de-ayudas/2020/Programa-de-ayudas-a-inversiones-para-la-demostrac.aspx)

Confidential

Algunos resultados

Comparativa entre un recubrimiento orgánico sometido a:

Ensayo en cámara de niebla salina en el laboratorio vs exposición en zona de inmersión en HarshLab

Mayor tasa de corrosión

Menor adherencia

* adhesive break between substrate and coating

*

32 ▌



HarshLab

Confidential

32% mayor

17% mayor

33 ▌

Comparativa entre un recubrimiento orgánico sometido a:

Ensayo de corrosión cíclica C5 en el laboratorio vs exposición en zona de atmosférica en HarshLab



HarshLab

Algunos resultados

Muestras en zona atmosférica

Corrosión generalizada

Las muestras con entalla inician su degradación por ese punto

Los expositores colocados a 45º reciben una cantidad significativa deexcrementos de gaviota cuya naturaleza corrosiva podría alterar losresultados observados

La orientación de las muestras es otra variable que determina la corrosiónregistrada



Algunos resultados

HarshLab

Muestras en zona splash

Corrosión generalizada y en entallas más intensa que en zona atmosférica

En la parte inferior de la zona salpicadura hay crecimiento de fouling, aunque no es tan intenso como en la zonainmersión

Las muestras más finas orientadas al O-NO sufren daños por el impacto de las olas



HarshLab

Algunos resultados

Muestras en zona inmersión

En tan solo 6 meses de exposición están completamente cubiertas de con diversas especies de fouling

Se observan diferencias en cuanto a cobertura y diversidad de fouling según la orientación de las muestras

Crecimiento de mejillones más acusado en las zonas más sombrías

Además de especies vegetales y moluscos, se obervan larvas de diferentes especies



HarshLab

Algunos resultados

Ensayar en HarshLab lleva más tiempo que en labo, pero aporta

importantes pistas sobre los mecanismos de corrosión iniciales

El tiempo mínimo recomendado de ensayo en HarshLab es un año

natural (12 meses)

Lo ideal es que ensayos de campo y de labo sean

complementarios

Lecciones aprendidas (1/2)

Normalmente, los ensayos en zona atmosférica en HarshLab son

más agresivos que sus equivalentes en laboratorio

37 ▌



HarshLab

El comportamiento de los materiales depende de la zona

climática, por lo que lo idea es testar materiales en diferentes

zonas geográficas

Lecciones aprendidas (2/2)

Ensayar en un medio tan hostil es costoso por todo lo que

implica (barcos, buzos, seguros, ….) ensayar en el mar es

también más caro que hacerlo en el labo 38 ▌

Ensayar probetas como screening inicial es adecuado, pero

testar equipos completos en funcionamiento es lo ideal

HarshLab2.0

HarshLab es un ensayo en si mismo, sus componentes también

pueden fallar (y lo hacen)



HarshLab

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Expositor situado en un pantalán flotante en el Puerto de Pasaia (Gipuzkoa) muestras permanentemente sumergidas, sin influencia de las mareas

• Salinidad: 27,4 usp• Tª del agua: 16,8 ºC• Oxígeno disuelto: 69,0 % sat• pH: 8,0• Turbidez: 1,1m

Main biofouling species in Pasaia’s port

• Balanus sp.

• Ascidia cf. mentula

• Bugula sp.

• Phallusia mammillata

• Serpulidae

Fácil acceso y parámetros físico-químicos monitorizados

Condiciones de estuario, por estar en la desembocadura del río Oiartzun

Condiciones ambientales medias:

La alta concentración de nutrientes y la escasa renovación del agua típicas de puertos, hacen que el crecimiento de biofouling sea muy rápido

Biofouling Exposure testing SiTe (BEST)



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Pesaje y análisis visual de la corrosión

Los resultados de los ensayos de campo son complementados con ensayos acelerados en cámaras climáticas en laboratorio.

Caracterizaciones mecánicas: fatiga, tracción, microestructura, etc.

Propiedades superficiales: rugosidad, adherencia de recubrimientos, mojabilidad, dureza,…

Estimación de la velocidad de corrosión y de la vida útil remanente

Caracterización del desgaste y de la fricción

¿Y después del ensayo?



Caracterización de los productos de corrosión generados

Tan importante como los ensayos de campo son las caracterizaciones bajo Norma a realizar posteriormente, como son:

Análisis de fallo

…

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5.- Conclusiones5.- Conclusiones


Ensayos más lentos, pero mucho más realistas que los de laboratorio

Tiempo de ensayo representativo relativamente largo (1-3 años)

Complementan los datos obtenidos en el labo

Los expositores atmosféricos en la costa son relativamente comunes en Europa

Los expositores en la costa con zona inmersión no son tan habituales

Los expositores marinos en condiciones 100% offshore son muy escasos

Fundamental poder cubrir varios climas y situaciones necesidad de tejer red de expositores

en distintas zonas geográficas (Chile, Australia, Alemania,…)

Pablo Benguria ([email protected]) +34 667 178 853

Ensayos de corrosión en medio real

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