Corrosion Module

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

Una struttura in acciaio immersa in acqua di mare è protetta dalla corrosione mediante 40 anodi sacrificali. Questo esempio rappresenta il modello della distribuzione di potenziale sulla superficie della struttura protetta, ipotizzando una corrente limite costante per la riduzione dell'ossigeno sulla superficie protetta.

La corrosione elettrochimica è ovunque

La corrosione costa al mondo oltre un miliardo all'anno. La maggior parte dei fenomeni di corrosione si verifica a causa di processi di reazione elettrochimica in acqua e in ambienti umidi o bagnati. Il Corrosion Module consente a ingegneri e scienziati di studiare questi processi e comprendere l'incidenza della corrosione sulla durata di una struttura, al fine di adottare misure preventive che inibiscano la corrosione elettrochimica e proteggano la struttura stessa. Questo strumento può essere utilizzato per simulare la corrosione a livello microscalare - per indagarne i meccanismi fondamentali - e su scala più ampia, per individuare sistemi di protezione da corrosione per strutture di grandi dimensioni.

Comprendere la corrosione è fondamentale

Il Corrosion Module offre funzionalità, interfacce e modelli pre-impostati che consentono un approccio diretto alla simulazione di tutti i processi di corrosione elettrochimica - corrosione galvanica, interstiziale e per pitting. Il processo di corrosione è rappresentato attraverso la modellazione dinamica dei cambiamenti geometrici dovuti all’asportazione di materiale e l’analisi dei fenomeni di trasporto nell'elettrolita che bagna tale superficie. Il modulo include interfacce standard per modellare il potenziale di corrosione e la distribuzione di corrente nei processi di corrosione laddove la cinetica della reazione elettrochimica possa essere descritta mediante la legge di Tafel, l'equazione di Butler-Volmer o altre equazioni definite dall'utente. Le reazioni elettrochimiche sono risolte completamente, insieme ai potenziali elettrici negli elettroliti e nelle strutture metalliche e alle reazioni chimiche.

Altre immagini:

Concentrazioni di specie corrosive lungo una fessura

Potenziale elettrolita sullo scafo di una nave durante la protezione catodica a correnti impresse (ICCP)

Concentrazione di ferro e contorni del potenziale elettrolita nello studio della distribuzione di corrente terziaria della corrosione galvanica di un chiodo zincato.

Ottimizzare i sistemi di protezione dalla corrosione

Il Corrosion Module consente di progettare efficaci sistemi di protezione dalla corrosione, compresa la simulazione della protezione catodica a correnti impresse (ICCP), di anodi sacrificali e della protezione anodica, dove la corrente anodica viene impressa sul materiale corrodente per attivare il fenomeno della passivazione.

L'utilizzo del Corrosion Module per indagare specifici meccanismi di protezione a livello microscalare consente di estrarre i parametri da utilizzare per simulare strutture più grandi, ad esempio l'accrescimento del film passivante di ossidi insolubili sulle strutture protette. I file CAD dei progetti possono essere importati in COMSOL Multiphysics per impostare la descrizione del processo di protezione. Una volta identificate le regioni della struttura soggette a fenomeni di corrosione accelerata, è possibile specificare la posizione degli anodi sacrificali e i punti di applicazione delle correnti impresse per la protezione catodica o anodica.

Il modulo consente inoltre di stimare l'effetto delle correnti parassite sulla corrosione di strutture interrate o sommerse e di ottimizzare la posizione degli elettrodi di protezione per evitare il fenomeno della corrosione. Se gli elettrodi sono progettati correttamente, medieranno l'assorbimento delle correnti parassite senza corrodere la struttura posta vicino a una sorgente di tali correnti, come una ferrovia.

Modellare gli effetti estesi della corrosione elettrochimica

L'impatto della corrosione su una struttura nel tempo può essere catastrofico: la corrosione consuma il materiale di una struttura e può comprometterne l'integrità strutturale.

In alcuni casi, è opportuno eseguire l'analisi strutturale congiuntamente all'analisi della corrosione per capire quali componenti di una struttura siano sottoposti a forti sollecitazioni e deformazioni. La corrosione di questi componenti può avere effetti devastanti e, pertanto, è importante accertarsi che essi siano protetti. Per capire gli effetti della corrosione e ottimizzare un progetto di protezione, è possibile combinare il Corrosion Module con lo Structural Mechanics Module di COMSOL, strumento specifico per le analisi di meccanica strutturale. Uno dei punti di forza di COMSOL Multiphysics è infatti la capacità di analizzare in uno stesso modello fenomeni fisici diversi, singolarmente o in modo accoppiato.

In altri casi, potrebbe essere necessario combinare il flusso turbolento e multifase con il trasporto delle specie chimiche. In questo caso si utilizza il CFD Module in combinazione con le interfacce di trasporto di massa del Corrosion Module per ottenere descrizioni precise del trasporto di massa.