PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO

...

Algunas de las ventajas de los sistemas de protección por ánodos de sacrificio son que estos no requieren de alimentación externa de corriente, necesitan de poco mantenimiento e inspecciones, son fáciles de instalar y tienen poca interferencia catódica. Sin embargo, se deben tomar en cuenta las siguientes desventajas: la corriente de salida es limitada, los costos de reemplazo son altos, se necesita de un buen revestimiento además de un aislamiento eléctrico de la estructura protegida.

Los sistemas de protección por ánodos de sacrificio se utilizan generalmente en estructuras costa afuera, en los cascos de los barcos, en las cajas de agua de los intercambiadores de calor, entre otros.

[pic 3]

Figura 2.Protección Catódica con ánodos de Sacrificio.

Las propiedades que debe reunir un material anódico son las siguientes:

- Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo como para polarizar la estructura de acero (que es el metal que normalmente se protege) a -0.80 V. Sin embargo, el potencial no debe ser excesivamente negativo ya que eso motivaría un gasto innecesario de corriente. El potencial práctico de disolución puede estar comprendido entre - 0.95 V y - 1.7 V.

- Cuando el metal actúe como ánodo debe presentar una tendencia pequeña a la polarización, no debe desarrollar películas pasivantes protectoras y debe tener un elevado sobrepotencial para la formación de hidrógeno.

- El metal debe tener un elevado rendimiento eléctrico, expresado en amperes-hora por kg. De material (Ah/kg.) lo que constituye su capacidad de drenaje de corriente.

- En su proceso de disolución anódica, la corrosión deberá ser uniforme.

- El metal debe ser de fácil adquisición y deberá de poderse fundir en diferentes formas y tamaños.

- El metal deberá tener un costo razonable, de modo que en conjunción con las características electroquímicas correctas, pueda lograrse una protección a un costo bajo por ampere-año.

Estas exigencias ponen de manifiesto que solamente el zinc, el magnesio y el aluminio y sus respectivas aleaciones pueden ser considerados como materiales para ser utilizados prácticamente como ánodos de sacrificio.

ETAPAS Y DIAGRAMA DEL PROCESO:

El metal que actúa como ánodo se "sacrifica" (se disuelve) en favor del metal que actúa como cátodo; por esto el sistema se conoce como protección catódica con ánodos de sacrificio. Lo anterior se ilustra en un esquema de la figura 1.

[pic 4]

Figura 3. Mecanismo de Protección Catódica con ánodos de Sacrificio.

A continuación se muestra el proceso que describe a la protección catódica hacia una tubería.

[pic 5]

Figura 4. Descripción de protección catódica hacia una tubería.

EQUIPOS NECESARIOS Y SU DESCRIPCIÓN PARA DESARROLLAR EL PROCESO PROTECTOR:

Hay tres metales principales utilizados como ánodos galvánicos: magnesio, aluminio y zinc. Todos ellos están disponibles como bloques, barras, placas o en forma de cinta extruida. Cada material tiene sus ventajas y desventajas.

El magnesio tiene el potencial eléctrico más negativo de los tres metales y es más adecuado para las áreas donde la resistividad del electrolito (suelo o el agua) es mayor. Se usa por lo general para tuberías metálicas bajo tierra y otras estructuras enterradas, aunque también se utiliza en los barcos de agua dulce y en los calentadores de agua. En algunos casos, el potencial negativo del magnesio puede ser una desventaja: si el potencial del metal protegido se convierte en demasiado negativo, los iones hidrógeno pueden movilizarse en la superficie del cátodo lo que conduce afragilización por hidrógeno o a la desunión del recubrimiento. Cuando esto sea posible, se podrían utilizar ánodos de zinc.

El zinc y el aluminio se usan generalmente en agua salada, donde la resistividad es generalmente menor. Las aplicaciones típicas son para los cascos de los barcos, tuberías offshore y plataformas de producción, en motores marinos refrigerados con agua salada, en las hélices y los timones de barcos pequeños, y en la superficie interna de los tanques de almacenamiento.

El zinc se considera un material fiable, pero no es adecuado para su uso a temperaturas altas, ya que tiende a la pasivación (se hace menos negativo); si esto sucede, la corriente puede dejar de fluir y el ánodo deja de funcionar. El zinc tiene un voltaje de activación relativamente bajo, lo que significa que en los suelos de mayor resistividad o en el agua puede que no sea capaz de proporcionar suficiente corriente.

Sin embargo, en algunas circunstancias, donde hay un riesgo de fragilización por hidrógeno, por ejemplo, esta tensión más baja es ventajosa, ya que se evita la sobreprotección.

Los ánodos de aluminio tienen varias ventajas, tales como un peso más ligero y una capacidad mucho mayor que el zinc. Sin embargo, su comportamiento electroquímico no se considera tan fiable como el del zinc, y se debe tener mayor cuidado en la forma en que se utilizan. Los ánodos de aluminio se pasivan cuando la concentración de ion cloruro es inferior a 1446 ppm.

Una desventaja del aluminio es que si se golpea una superficie oxidada, se puede generar una gran chispa provocada por la reacción de la termita, por lo tanto, su uso está restringido en tanques donde pueda haber atmósferas explosivas y exista riesgo de que se caiga el ánodo.

Puesto que la operación de un ánodo galvánico se basa en la diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo, prácticamente cualquier metal puede ser utilizado para proteger algún otro, siempre que exista una diferencia suficiente en el potencial de ambos. Por ejemplo, pueden ser utilizados ánodos de hierro para proteger el cobre.

Por otra parte, el ánodo de zinc ha sido siempre el material anódico clásico, y es el pionero en el desarrollo de la protección catódica.

Cuadro 1. Composiciones exigidas a los ánodos de zinc, según especificaciones militares norteamericanas.

[pic 6]

Cuadro 2. Composición comercial típica de ánodos de zinc (aleación