En la noticia anterior, introdujimos la corrosión de materiales y mencionamos que esta área se puede estudiar en COMSOL Multiphysics. En esta ocasión ahondaremos un poco más en el módulo de corrosión [1] y daremos a conocer algunos ejemplos. Corrosion Module es una extensión especializada de COMSOL Multiphysics. Este módulo se centra en la simulación y el análisis de la corrosión, como un proceso químico-electroquímico que resulta en la degradación de materiales metálicos debido a la interacción con su entorno.

Las principales características y capacidades clave de Corrosion Module de COMSOL Multiphysics se muestran a continuación:

• Modelado de corrosión: Permite a los ingenieros y científicos modelar una variedad de procesos de corrosión, incluida la corrosión galvánica, la corrosión por picadura, la corrosión por tensión, la corrosión bajo tensión y otros fenómenos relacionados.
• Interfaz de usuario intuitiva: El módulo proporciona una interfaz de usuario amigable que facilita la configuración de modelos de corrosión, la definición de geometría, condiciones de contorno, propiedades del material y parámetros de simulación.
• Acoplamiento multifísico: Se puede acoplar el modelado de corrosión con otras físicas, como la transferencia de calor, la mecánica de sólidos, la transferencia de masa y la electroquímica, lo que permite la simulación de problemas multidisciplinarios que involucran corrosión.
• Evaluación de propiedades de materiales: Corrosion Module incluye herramientas para la evaluación de propiedades de materiales específicas de corrosión, como las tasas de corrosión, la resistividad del electrolito, la densidad de corriente y otros parámetros que son cruciales para el modelado preciso de la corrosión.
• Visualización y análisis de resultados: COMSOL Multiphysics proporciona potentes herramientas de visualización y análisis de resultados que permiten a los usuarios comprender el comportamiento de la corrosión en sus diseños, identificar áreas críticas y tomar decisiones informadas para la mitigación de la corrosión.
• Aplicaciones diversas: Corrosion Module se utiliza en una variedad de industrias, incluyendo la aeroespacial, la industria petroquímica, la ingeniería naval, la construcción de infraestructuras, la electrónica y más, donde la corrosión puede ser un problema importante.

Seguidamente se muestran algunos ejemplos en donde se utiliza Corrosion Module como módulo de COMSOL:

Localized Corrosion Using the Level Set Method

Este ejemplo modela la corrosión galvánica entre las dos fases constituyentes de una aleación metálica [2]. Dado que las dos fases tienen diferentes potenciales de equilibrio, la corrosión ocurre cuando la aleación se expone a una solución electrolítica. Aunque es similar a un ejemplo de Corrosión Localizada, el modelo actual considera una microestructura transversal diferente que podría llevar a cambios topológicos. Dado que la formulación de geometría deformada utilizada en el ejemplo de Corrosión Localizada no puede manejar cambios topológicos, el método de Level Set se utiliza en el modelo actual para capturar la disolución de una fase constituyente. Los detalles geométricos del modelo considerado en este ejemplo se muestran en la Figura 1, junto con una microestructura representativa de la sección transversal, que consta de las fases alfa y beta. microestructura representativa de la sección transversal, que consiste en las fases alpha y beta expuestas a la solución electrolítica.

Figura 1: Gráfico de superficie de la fracción volumétrica del fluido 1 en el tiempo t = 300 h donde el valor de 1 es el dominio del electrolito y 0 es la fase beta intacta y la fase alfa no disuelta en el dominio del electrodo.

Stress Corrosion

En la industria del petróleo y el gas, los oleoductos de acero a menudo están expuestos a condiciones de esfuerzo y deformación complejas. Además del esfuerzo causado por la presión interna, los oleoductos están sometidos a una deformación longitudinal significativa debido al movimiento del suelo circundante. Como resultado de los cambios en las energías superficiales en la superficie del tubo, los esfuerzos resultantes pueden tener un efecto en la tasa de corrosión del tubo. Este ejemplo de modelo demuestra los efectos interconectados de la deformación elástica y plástica en la corrosión de los oleoductos. Las simulaciones de esfuerzos elastoplásticos se realizan aquí utilizando un modelo de plasticidad de pequeñas deformaciones y el criterio de von Mises. Se considera la disolución del hierro (ánodo) y la evolución del hidrógeno (cátodo) como reacciones electroquímicas, utilizando expresiones cinéticas que tienen en cuenta el efecto de las deformaciones elastoplásticas.

La geometría del modelo consiste en una tubería de acero de aleación de alta resistencia y el dominio del suelo circundante. La longitud de la tubería es de 2 m y el grosor de la pared es de 19,1 mm. El defecto de corrosión en el lado exterior de la tubería tiene forma elíptica con una longitud de 200 mm y una profundidad de 11,46 mm. Ver Figura 2.

Figura 2: Distribución del potencial electrolítico y distribución de la tensión de von Mises en el dominio de la tubería para un desplazamiento prescrito de 4 mm.

Pitting Corrosion

Este ejemplo permite ilustrar la corrosión por picadura. Este proceso es un tipo de corrosión localizada mediante la cual se forman cavidades locales, o picaduras, en una superficie metálica inicialmente lisa. Una picadura puede originarse debido a defectos en la superficie, como inhomogeneidades en la composición o forma, o debido a daños mecánicos que resulten en un pequeño arañazo o abolladura. Cómo crece la picadura depende de varios factores como el tipo de metal, la salinidad, el pH y la temperatura. Una comprensión fundamental del proceso de picado es esencial para una selección adecuada de materiales en entornos propensos a este tipo de corrosión. Este tutorial investiga el mecanismo fundamental de la propagación de las picaduras mediante la simulación de la cinética de electrodos, el transporte de masa, el transporte de carga y la deformación resultante de la geometría. La Figura 2 izquierda muestra el resultado inicial del modelo al día 1, que define una película de electrolito que cubre una superficie de electrodo metálico de hierro. La geometría está definida en 2D con simetría axial. axial.

Figura 3: Estado de la corrosión al día 1 (izquierda) y al día 30 (derecha) en términos del pH.

Conclusión

En resumen, Corrosion Module de COMSOL Multiphysics es una herramienta potente para simular y comprender los procesos de corrosión en una amplia gama de aplicaciones. Permite a los ingenieros y científicos modelar, analizar y mitigar eficazmente los efectos de la corrosión en sus diseños y productos, lo que es esencial para garantizar la durabilidad y la integridad de las estructuras y componentes metálicos.

Referencias

[1] Módulo de corrosión de COMSOL Multiphysics
[2] Application Gallery COMSOL: Localized Corrosion Using the Level Set Method
[3] Application Gallery COMSOL: Stress Corrosion
[4] Application Gallery COMSOL: Pitting Corrosion