Corrosion Module

Model Electrochemical Corrosion Processes and Cathodic Protection Designs with the Corrosion Module

Corrosion Module

Uma estrutura de aço submersa em água marinha é protegida contra a corrosão por 40 ânodos de sacrifício. Esse exemplo reproduz a distribuição de potencial na superfície da estrutura protegida assumindo uma corrente limitante constante para redução do oxigênio na superfície protegida.

A Corrosão Eletroquímica Está Por Toda a Parte

A corrosão custa ao mundo mais de 1 trilhão de dólares por ano. A maioria das corrosões ocorre devido a processos de reação eletroquímica que ocorrem debaixo d'água e em ambientes molhados ou úmidos. O Corrosion Module permite aos engenheiros e cientistas investigarem esses processos, obterem um entendimento da extensão a que a corrosão poderia ocorrer no tempo de vida de uma estrutura e implementarem medidas preventivas para inibir a corrosão eletroquímica a fim de proteger suas estruturas. O módulo pode ser usado para simular a corrosão na microescala a fim de investigar os mecanismos fundamentais e em escalas maiores para determinar como proteger estruturas maciças ou longas contra a corrosão.

Entender a Corrosão é Fundamental

O Corrosion Module inclui recursos, interfaces e exemplo de modelos que permitem uma abordagem direta à simulação de todos os processos eletroquímicos, como corrosão galvânica, alveolar e por frestas. O transporte em materiais corrosivos e corroídos é levado em conta através da modelagem dinâmica de mudanças na superfície corroída e no eletrólito em contato com essa superfície. O Corrosion Module inclui interfaces padrão para modelar o potencial de corrosão e distribuições de corrente em processos de corrosão onde as cinéticas de reação eletroquímica podem ser descritas pelas equações de Tafel, Butler-Volmer ou outras equações definidas pelo usuário. As reações eletroquímicas são totalmente resolvidas junto com potenciais elétricos em eletrólitos e estruturas metálicas, reações químicas homogêneas e fenômenos exclusivos a processos de corrosão como a mudança no formado de uma superfície metálica por causa da corrosão.


Imagens adicionais:

Concentrações de espécies de corrosão ao longo do comprimento de uma fresta Concentrações de espécies de corrosão ao longo do comprimento de uma fresta
Potencial eletrolítico no casco de um navio durante ICCP Potencial eletrolítico no casco de um navio durante ICCP
Concentração de ferro e contornos do potencial eletrolítico no estudo de distribuição da corrente terciária na corrosão galvânica de um prego galvanizado. Concentração de ferro e contornos do potencial eletrolítico no estudo de distribuição da corrente terciária na corrosão galvânica de um prego galvanizado.

Otimizando Sistemas de Proteção Contra a Corrosão

O Corrosion Module também permite projetar sistemas de proteção contra a corrosão eficientes. Isso inclui a simulação da Proteção Catódica por Corrente Impressa (ICCP), ânodos de sacrifício e proteção anódica, onde a corrente anódica é impressa sobre material corrosivo para forçar a passivação.

Usando o Corrosion Module para investigar os mecanismos de proteção específicos na microescala, é possível extrair parâmetros que podem ser usados para simular estruturas maiores, por exemplo, crescimento de filmes de hidróxido em estruturas protegidas. Pode-se importar arquivos CAD contendo projetos no COMSOL Multiphysics e então configurar a descrição do processo de proteção. Ao identificar na estrutura regiões suscetíveis à corrosão acelerada, é possível especificar o posicionamento de ânodos sacrificiais e onde correntes de proteção catódicas ou anódicas devem ser impressas.

Outra aplicação do módulo é estimar o efeito de correntes de fuga sobre a corrosão de estruturas enterradas ou submersas. O módulo também pode ser usado para otimizar o posicionamento de eletrodos protetores para evitar esse mecanismo de corrosão. Quando projetados corretamente, esses eletrodos mediam a absorção de correntes de fuga sem corroer a estrutura posicionada próximo a uma fonte de corrente de fuga, por exemplo, uma via férrea.

Modelando os Efeitos Estendidos da Corrosão Eletroquímica

O impacto que a corrosão pode ter sobre uma estrutura com o tempo pode ser simplesmente catastrófico. Conforme a corrosão vai eliminando o material de uma estrutura, ela compromete sua integridade estrutural.

Em alguns casos, pode-se desejar fazer uma análise estrutural junto com uma análise da corrosão para verificar quais partes da estrutura estão sujeitas a altas tensões e deformações. A corrosão nessas partes pode ser devastadora, portanto, é preciso garantir que elas sejam protegidas. Para entender os efeitos da corrosão e otimizar o projeto de proteção contra a corrosão, é possível combinar o Corrosion Module com o Structural Mechanics Module. Isso graças à ampla capacidade do COMSOL Multiphysics, que permite acoplar diretamente modelos feitos em um módulo a qualquer outro módulo.

Em outros casos, escoamentos turbulentos e multifásicos precisam ser combinados ao transporte de espécies químicas. Pode-se usar então o CFD Module junto com as interfaces de transporte de massa no Corrosion Module para obter descrições precisas do transporte de massa.

Corrosion Module

Recursos do Produto

  • Definições arbitrárias das reações eletroquímicas onde os parâmetros cinéticos, assim como concentração e potencial de corrosão podem ser dependentes da temperatura
  • Permite que a distribuição de densidade de corrente secundária e ternária seja produzida, usando interfaces built-in para descrever as equações de Butler-Volmer and Tafel
  • Transferência de massa através de difusão, convecção e migração iônica em eletrólitos concentrados e diluídos (equação de Nernst-Planck)
  • Transporte de espécies químicas e escoamento fluido em meio poroso
  • Suporte de investigação incluindo limitação da densidade de corrente em cinéticas de eletrodo
  • Recursos que suportam a simulação de voltametria cíclica, potenciometria e impedância AC para investigação em cinéticas de reação de corrosão
  • Suporte para o efeitos da topologia superficial de corrosão nas cinéticas eletroquímicas, distribuição de corrente e potencial de corrosão
  • Escoamento fluido laminar, transferência de calor e efeito Joule

Áreas de Aplicação

  • Proteção anônica
  • Proteção catôdica
  • Capacitância de dupla camada
  • Proteções contra corrosão (CP)
  • Corrosão intersticial
  • Corrosão galvânica
  • Proteção catódica por corrente impressa (ICCP)
  • Migração AC
  • Passivação
  • Corrosão Pitting
  • Signature Management
  • Potencial elétrico submarino (UEP)
  • Campos magnéticos relativos a corrosão (CRM)
  • Análise de interferências AC/DC (HVDC)
  • Resistividade de solo
  • Anode Bed design
  • Proteção de superfície
  • ICCP sleds

Simulation-Led Strategy for Corrosion Prevention

Submarines: Corrosion Protection or Enemy Detection?

Cathodic Protection of Steel in Reinforced Concrete

Corrosion Protection of an Oil Platform Using Sacrificial Anodes

Cyclic Voltammetry at a Macroelectrode in 1D

Corrosion Protection of a Ship Hull

Monopile with Dissolving Sacrificial Anodes

Crevice Corrosion of Nickel with Electrode Deformation

Atmospheric Corrosion

Galvanized Nail

Electrochemical Impedance Spectroscopy

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