Corrosion Module
Corrosion Module
Per modellare i processi di corrosione elettrochimica e la protezione catodica
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. Il modulo può essere utilizzato per simulare la corrosione a livello microscalare - per indagarne i meccanismi fondamentali - e su scala più ampia per determinare come proteggere dalla corrosione strutture massicce o enormi.
Comprendere la corrosione è fondamentale
Il Corrosion Module offre funzionalità, interfacce e modelli di esempio per un approccio diretto alla simulazione di tutti i processi di corrosione elettrochimica - corrosione galvanica, interstiziale e vaiolatura. Il trasporto nel materiale corrosivo e corroso è rappresentato attraverso la modellazione dinamica dei cambiamenti nella superficie corrodente e nell'elettrolita a contatto con tale superficie. Il Corrosion Module include interfacce standard per modellare il potenziale di corrosione e le distribuzioni di corrente dei 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, alle reazioni chimiche omogenee e ai fenomeni unici nei processi di corrosione, come il cambiamento di forma di una superficie metallica per corrosione.
Altre immagini:
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Concentrazioni di specie corrosive lungo una fessura -
Potenziale elettrolita sullo scafo di una nave durante la protezione catodica a correnti impresse (ICCP)
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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 suscettibili 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 corrente parassita, 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 meglio accertarsi che siano protetti. Per capire gli effetti della corrosione e ottimizzare un progetto di protezione dalla corrosione, è possibile combinare il Corrosion Module con lo Structural Mechanics Module. La potenza di COMSOL Multiphysics consente infatti di allineare direttamente i modelli realizzati con un modulo a qualsiasi altro modulo.
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.
Submarines: Corrosion Protection or Enemy Detection?
David Schaefer University of Duisburg-Essen, Duisburg, Germany Germany's Technical Center for Ships and Naval Weapons, Bundeswehr, Germany
Submarines create underwater electric potential (UEP) signatures when using corrosion protection systems. These signatures are detectable by enemy vessels, an undesirable effect of the corrosion protection. Germany’s Technical Center for Ships and Naval Weapons (WTD 71) has worked with the Laboratory for General and Theoretical Electrical ...
Oil Platform Corrosion Protection Using Sacrificial Anodes
Steel structures immersed in seawater can be protected from corrosion through cathodic protection. This protection can be achieved by an impressed external current or by using sacrificial anodes. The use of sacrificial anodes is often preferred due to its simplicity. This example models the primary current distribution of a corrosion protection ...
Ship Hull Corrosion Mitigation
Impressed current cathodic protection is a commonly employed strategy to mitigate the ship hull corrosion where an external current is applied to the hull surface, polarizing it to a lower potential. In this model, the effect of propeller coating on the current demand is demonstrated.
Electrochemical Impedance Spectroscopy
Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) is a common technique in which a small oscillating perturbation in cell potential is applied to an electrochemical system so as to interrogate the kinetic and transport properties. The Electroanalysis interface is used with a frequency domain study to simulate EIS for a range of electrode reaction ...
Crevice Corrosion with Electrode Deformation
This model exemplifies the basic principles of crevice corrosion and how a time-dependent study can be used to simulate the electrode deformation. The model is in 2D and the polarization data for the corrosion reaction is taken from a paper by Absulsalam and others. The model and the results are similar to a 1D model by Brackman and others. ...
Cathodic Protection of Steel in Concrete
This example models cathodic protection of a steel reinforcing bar in concrete. Three different electrochemical reactions are considered on the steel surface. Charge and oxygen transport are modeled in the concrete domain, where the electrolyte conductivity and oxygen diffusivity depend on the moisture content. The impact of different ...
Atmospheric Corrosion
This model simulates atmospheric galvanic corrosion of an aluminum alloy in contact with steel. The electrolyte film thickness depends on the relative humidity of the surrounding air and the salt load density of NaCl crystals on the metal surface. Empirical expressions for the oxygen diffusivity and solubility are also included in the model in ...
Galvanized Nail
This tutorial example serves as an introduction to the Corrosion Module and models the metal oxidation and oxygen reduction current densities on the surface of a galvanized nail, surrounded by a piece of wet wood, which acts as electrolyte. The protecting zinc layer on the nail is not fully covering, so that at the tip of the nail the underlaying ...
Model of a Diffuse Double Layer
In the diffuse double layer and within the first few nanometers of an electrode surface, the assumption of electroneutrality is not valid due to charge separation. Typically, the diffuse double layer may be of interest when modeling very thin layers of electrolyte including those in electrochemical capacitors and microelectrodes. This example ...
Cyclic Voltammetry at an Electrode
Cyclic voltammetry is a common analytical electrochemical technique, where the potential at a working electrode is swept over a range and back again while the current is recorded. The current-voltage waveform, referred to as a voltammogram, provides information about the reactivity and mass transport properties of an electrolyte. For large ...
