Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 1

Računalno modeliranje u

korozijskom inženjerstvu

dr. sc. Sanja Martinez Sveučilište u Zagrebu

Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije

Zavod za elektrokemiju

Marulićev trg 19, p.p. 177, Zagreb

Tel. +385(1)4597116

e-mail: sanja.martinez@pierre.fkit.hr

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 2

Inţenjeri koji rade u području korozijskog inženjerstva primjenjuju modele

kao osnovno oruĎe za:

simulaciju korozijskih procesa

projektiranje sustava zaštite

predviĎanje životnoga vijeka konstrukcija

Modeliranje primjenjuju na dvije razine:

korisnika gotovih računalnih programa

tvoraca računalnih programa

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 3

Moderno razumijevanje korozijskih pojava značajno je ubrzano 40-tih

godina prošloga stoljeća kada su termodinamički i kinetički aspekti

korozijskoga procesa iskazani eksplicitno u obliku dva osnovna modela:

potencijal-pH dijagrama

teorije mješovitih potencijala

Termodinamički model

zasnovan na eksplicitnom

matematičkom izrazu s

poznatim parametrima za

idealizirane sustave –

Nernstovoj relaciji.

Kinetički model zasnovan na

eksplicitnom nelinearnom

matematičkom izrazu i

parametrima karakterističnim za

realni sustav. OdreĎivanje

parametara zahtjeva prilagodbu

modela eksperimentalnim

podacima.

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 4

I

U

-

+I

EMS

Korozijski sustavi i sustavi zaštite djeluju kao elektrokemijski reaktori koji djeluju

kao:

galvanski članci

elektrolizeri

Modeliranje se odnosi na:

modeliranje procesa na granici faza

modeliranje stanja u elektrolitu

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 5

U današnje vrijeme, nekoliko je osnovnih tipova korozijskih modela u korozijskoj

znanosti i korozijskom inženjerstvu:

ATOMISTIČKI MODELI

Metode molekularnog modeliranja:

• molekularna mehanika

• semiempirijske metode

• DFT metode

E.E. Oguzie C.K. Enenebeaku, C.O. Akalezi, S.C. Okoro, A.A. Ayuk, E.N. Ejike, Journal of Colloid and Interface Science 349 (2010) 283–292

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 6

MEHANISTIČKI MODELIRješavanje diferencijalnih

jednadţbi i dugih neeksplicitnih

matematičkih izraza numeričkim

metodama.

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 7

Multicorp (University of Ohio)

Hydrocorr (Shell)

Cassandra (BP) i varijante

Honeywell/Intercorr Predict 4.0

NORSOK standard M-506

SEMIEMPIRIJSKI

PRETEŢITO

MEHANISTIČKI

PRETEŢITO

EMPIRIJSKI

MODELI ZA IZRAČUNAVANJE BRZINE KOROZIJE U SUSTAVIMA ZA

PROIZVODNJU NAFTE I PLINA U ŠIROKOJ SU INDUSTRIJSKOJ

UPOTREBI.

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 8

Cilj je smanjenje brzine korozije dodatkom korozijskog inhibitora ili primjenom

korozijski otpornijeg materijala na osnovu procjene brzine korozije dobivene

programom.

Opcija 1.

95% dostupnost inhibitora i

brzina korozije manja od 0,1

mm/god

Opcija 2.

99% dostupnost inhibitora i

brzina korozije od 0,05/0,1

mm/god

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 9

MODELI RAČUNALNOG

ELEKTROMAGNETIZMA

Primjenjuju se metoda konačnih

razlika, metoda konačnih

elemenata i metoda graničnih

elemenata u svrhu modeliranja

sustava katodne zaštite i

galvanske kjorozije.

Beasy (University of Southampton)

Elsyca (Elsyca, Belgija)

SeaCorr (FORCE Technology, USA)

metoda graničnih elemenata

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 10

METAL

ANODA

+

-

aa

LAPLACEOVA

JEDNADŢBA2 0

-

c

i

n

- mE

1 2

1 2

-12.303 - 2.303 - 2.303 -

1- -

a k k

a k k

E E E E E E

b b b

dif

i E e e ei

GRANIČNI UVJET NA

ANODI

GRANIČNI UVJET

NA KATODI

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 11

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 12

MODELI PROCJENE RIZIKA

- primjena analize rizika

NA ZNANJU ZASNOVANI MODELI

– ekspertni sustavi i umjetne neuronske mreţe

Elaine D. Kenny *, Ramón S.C. Paredes, Luiz A. de Lacerda, Yuri C. Sica, Gabriel P. de Souza, José Lázaris, Artificial neural network corrosion modeling for metals

in an equatorial climate

Modeliranje i numeričke metode u kemijskom inženjerstvu, FKIT, 4. i 5. studenoga 2010 13

HVALA