Protección Catódica: Aplicaciones y Normas

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24

La corrosión es una reacción química y electroquímica de un metal con su entorno, causándole daños. Fluye a diferentes velocidades, que pueden reducirse. Desde un punto de vista práctico, es de interés la protección catódica anticorrosiva de estructuras metálicas en contacto con el suelo, el agua y los medios transportados. Las superficies exteriores de las tuberías están especialmente dañadas por la influencia del suelo y las corrientes vagabundas.

La corrosión interior depende de las propiedades del medio. Si es un gas, hay que limpiarlo a fondo de humedad y sustancias agresivas: sulfuro de hidrógeno, oxígeno, etc.

Principio de funcionamiento

Los objetos del proceso de corrosión electroquímica son el medio ambiente, el metal y la interfaz entre ellos. El medio, que suele ser suelo húmedo o agua, tiene buena conductividad eléctrica. En la interfase entre éste y la estructura metálica tiene lugar una reacción electroquímica. Si la corriente es positiva (electrodo de ánodo), los iones de hierro pasan a la solución circundante, lo que provoca una pérdida de masa del metal. La reacción provoca corrosión. Con una corriente negativa (electrodo de cátodo), estas pérdidas están ausentes, ya que ense transfieren electrones a la solución. El método se utiliza en galvanoplastia para recubrir acero con metales no ferrosos.

La protección contra la corrosión catódica se logra cuando se aplica un potencial negativo a un objeto de hierro.

Para hacer esto, se coloca un electrodo de ánodo en el suelo y se le conecta un potencial positivo desde una fuente de energía. El signo menos se aplica al objeto protegido. La protección catódica-anódica conduce a la destrucción por corrosión activa solo del electrodo del ánodo. Por lo tanto, debe cambiarse periódicamente.

Efecto negativo de la corrosión electroquímica

La corrosión de estructuras puede ocurrir por la acción de corrientes vagabundas de otros sistemas. Son útiles para los objetos objetivo, pero causan un daño significativo a las estructuras cercanas. Las corrientes parásitas pueden propagarse desde los rieles de los vehículos eléctricos. Pasan hacia la subestación y entran en las tuberías. Al salir de ellos se forman secciones anódicas, provocando una intensa corrosión. Para protección, se usa drenaje eléctrico, una eliminación especial de corrientes de la tubería a su fuente. Aquí también es posible la protección catódica de tuberías contra la corrosión. Para hacer esto, necesita conocer el valor de las corrientes parásitas, que se mide con dispositivos especiales.

Según los resultados de las mediciones eléctricas, se selecciona un método para proteger la tubería de gas. Un remedio universal es un método pasivo de aislar las tuberías del contacto con el suelo utilizando revestimientos aislantes. La protección catódica del gasoducto se refiere al método activo.

Protección de tuberías

Los diseños en el suelo están protegidos contra la corrosión si les conecta el negativo de una fuente de CC y el positivo a los electrodos de ánodo enterrados cerca en el suelo. La corriente irá a la estructura, protegiéndola de la corrosión. De esta manera se realiza la protección catódica de tuberías, tanques o tuberías ubicadas en el suelo.

El electrodo del ánodo se degradará y debe reemplazarse periódicamente. Para un tanque lleno de agua, los electrodos se colocan en el interior. En este caso, el líquido será el electrolito a través del cual fluirá la corriente desde los ánodos hasta la superficie del recipiente. Los electrodos están bien controlados y son fáciles de cambiar. En el suelo, esto es más difícil de hacer.

Fuente de alimentación

Cerca de oleoductos y gasoductos, en redes de suministro de agua y calefacción que requieren protección catódica, se instalan estaciones desde las cuales se suministra voltaje a los objetos. Si se colocan en el exterior, su grado de protección debe ser como mínimo IP34. Cualquiera es adecuado para habitaciones secas.

Las estaciones de protección catódica de gasoductos y otras grandes estructuras tienen una capacidad de 1 a 10 kW.

Sus parámetros energéticos dependen principalmente de los siguientes factores:

• resistencia entre suelo y ánodo;
• conductividad del suelo;
• longitud de la zona de protección;
• acción aislante del revestimiento.

Tradicionalmente, un convertidor de protección catódica es una instalación de transformador. Ahora se está reemplazando por uno inverter, el cual tiene menores dimensiones, mejor estabilidad de corriente y mayor eficiencia. En áreas importantes, se instalan controladores que tienen las funciones de regular la corriente y el voltaje, igualar los potenciales de protección, etc.

El equipo se presenta en el mercado en varias versiones. Para necesidades específicas, se utiliza un diseño individual para garantizar las mejores condiciones de funcionamiento.

Parámetros de la fuente de alimentación

Para la protección contra la corrosión del hierro, el potencial de protección es de 0,44 V. En la práctica, debería ser mayor debido a la influencia de las inclusiones y el estado de la superficie metálica. El valor máximo es de 1 V. En presencia de recubrimientos sobre el metal, la corriente entre los electrodos es de 0,05 mA/m². Si falla el aislamiento, sube a 10mA/m^2.

La protección catódica es eficaz en combinación con otros métodos, ya que se consume menos electricidad. Si hay una capa de pintura en la superficie de la estructura, solo los lugares donde se rompe están protegidos por el método electroquímico.

Características de la protección catódica

1. Alimentado por estaciones o generadores móviles.
2. La ubicación de la conexión a tierra del ánodo depende de las características específicas de las tuberías. El método de colocación puede ser distribuido o concentrado, así como ubicarse a diferentes profundidades.
3. El material del ánodo se selecciona con baja solubilidad para durar 15 años.
4. Potencial protectorse calculan los campos para cada tubería. No está regulado si no hay revestimientos protectores en las estructuras.

Requisitos estándar de Gazprom para protección catódica

• De acción durante toda la vida del equipo de protección.
• Protección contra sobretensiones.
• Colocación de la estación en cajas de bloques o en un diseño antivandalismo independiente.
• La conexión a tierra del ánodo se selecciona en áreas con resistencia eléctrica mínima del suelo.
• Las características del transductor se seleccionan teniendo en cuenta el envejecimiento del revestimiento protector de la tubería.

Protección de pisada

El método es un tipo de protección catódica con la conexión de electrodos de un metal más electronegativo a través de un medio conductor de electricidad. La diferencia radica en la ausencia de una fuente de energía. La banda de rodadura absorbe la corrosión al disolverse en un entorno conductor de electricidad.

Dentro de unos años, el ánodo debe reemplazarse a medida que se desgasta.

El efecto del ánodo aumenta con la disminución de su resistencia de contacto con el medio. Con el tiempo, puede cubrirse con una capa corrosiva. Esto conduce a una ruptura en el contacto eléctrico. Al colocar el ánodo en una mezcla de sal que disuelve los productos de corrosión, se mejora la eficiencia.

La influencia del protector es limitada. El rango está determinado por la resistencia eléctrica del medio y la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo.

La protección protectora se utiliza en ausencia de fuentes de energía o cuando su usoeconómicamente poco práctico. También es desventajoso en aplicaciones ácidas debido a la alta tasa de disolución de los ánodos. Los protectores se instalan en el agua, en el suelo o en un ambiente neutro. Los ánodos generalmente no están hechos de metales puros. El zinc se disuelve de manera desigual, el magnesio se corroe demasiado rápido y se forma una fuerte película de óxido sobre el aluminio.

Materiales de la banda de rodadura

Para que los protectores tengan las propiedades de desempeño necesarias, están hechos de aleaciones con los siguientes aditivos de aleación.

• Zn + 0.025-0.15% Cd+ 0.1-0.5% Al - protección de equipos en agua de mar.
• Al + 8% Zn +5% Mg + Cd, In, Gl, Hg, Tl, Mn, Si (fracciones de un porcentaje) - operación de estructuras en agua de mar corriente.
• Mg + 5-7% Al +2-5% Zn - protección de pequeñas estructuras en suelo o agua con baja concentración de sal.

El uso incorrecto de algunos tipos de protectores tiene consecuencias negativas. Los ánodos de magnesio pueden causar grietas en los equipos debido al desarrollo de la fragilización por hidrógeno.

La protección catódica de sacrificio combinada con revestimientos anticorrosión aumenta su eficacia.

Se mejora la distribución de corriente protectora y se requieren significativamente menos ánodos. Un solo ánodo de magnesio protege una tubería con revestimiento bituminoso durante 8 km y una tubería sin revestimiento durante solo 30 m.

Protección de carrocerías contra la corrosión

Si se rompe el revestimiento, el espesor de la carrocería puede disminuir hasta 1 mm en 5 años, es decir,se oxida. La restauración de la capa protectora es importante, pero además de eso, existe una manera de detener por completo el proceso de corrosión usando protección catódica. Si conviertes el cuerpo en un cátodo, la corrosión del metal se detiene. Los ánodos pueden ser cualquier superficie conductora ubicada cerca: placas de metal, bucle de tierra, carrocería de garaje, superficie de carretera mojada. En este caso, la eficiencia de protección aumenta con el aumento del área de los ánodos. Si el ánodo es una superficie de carretera, se utiliza una "cola" de caucho metalizado para contactarlo. Se coloca frente a las ruedas para que mejoren las salpicaduras. La "cola" está aislada del cuerpo.

El plus de la batería está conectado al ánodo a través de una resistencia de 1 kΩ y un LED conectado en serie con él. Cuando el circuito se cierra a través del ánodo, cuando el signo negativo está conectado al cuerpo, en modo normal, el LED apenas se ilumina. Si se quema brillantemente, entonces se ha producido un cortocircuito en el circuito. La causa debe ser encontrada y eliminada.

Para protección, se debe instalar un fusible en serie en el circuito.

Cuando el automóvil está en el garaje, se conecta a un ánodo de puesta a tierra. Mientras conduce, la conexión se realiza a través de la "cola".

Conclusión

La protección catódica es una forma de mejorar la confiabilidad operativa de las tuberías subterráneas y otras estructuras. Al mismo tiempo, se debe tener en cuenta su impacto negativo en las tuberías vecinas debido a la influencia de las corrientes vagabundas.