CÁLCULO, DISEÑO E INSTALACIÓN DE LOS ÁNODOS ......Cálculo, diseño e instalación de los...

Escuela Técnica Superior de Náutica Sara Bárez García UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

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1 MEMORIA:

Cálculo, diseño e instalación de los ánodos de sacrificio en una embarcación pesquera

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1.1 Título y objeto de este proyecto:

CÁLCULO, DISEÑO E INSTALACIÓN DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO EN UNA EMBARCACIÓN DE PESCA:

En este proyecto se realizará el diseño, cálculo e instalación de los ánodos de

sacrificio de una embarcación pesquera.

Se determinará la eficacia del sistema de protección mediante ánodos de

sacrificio en función del desgaste a lo largo del tiempo, se tendrá en cuenta el

aspecto económico de pérdida de material del casco, corrosiones, desgastes y

efectos negativos generados por el incorrecto mantenimiento del sistema de

protección.

Se determinarán los parámetros de tiempo entre inspecciones y la evolución del

desgaste de los cines en correspondencia con su efecto negativo sobre los

componentes estructurales y el equipamiento principal y auxiliar.

1.2 Introducción: 1.2.1 Pérdidas económicas originadas por la corrosión:

Las pérdidas económicas originadas por la corrosión pueden ser clasificadas en

directas e indirectas.

Las directas son las más fáciles de cuantificar y se relacionan con los costes

necesarios para reponer las estructuras de equipos, maquinaria o

componentes que pueden ser dañados o incluso quedar inservibles.

Las indirectas son más difíciles de cuantificar pero causan pérdidas mucho

mayores, algunos ejemplos son:

-Interrupción de la producción, por ejemplo en calderas, intercambiadores de

calor, tuberías, etc., indudablemente todo el tiempo que la maquinaria esté

parada ocasionará una pérdida económica.


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-Pérdidas de producto, a parte del posible riesgo de un accidente, ya sea agua

dulce, combustible, vapor, etc., por conductos, recipientes o maquinaria en mal

estado.

-Pérdidas de rendimiento, por ejemplo la formación de corrosión en el interior de

tuberías o en calderas donde se reducen los coeficientes de transmisión de

calor u obstrucciones en tuberías que requieran un aumento en la capacidad de

bombeo en la instalación.

-Pérdidas por sobredimensionado, que se realiza teniendo en cuenta el espesor

de material que se prevé se perderá por efecto de la corrosión.

-Pérdidas por accidentes, como por ejemplo explosiones en tuberías de gas.

En marzo de 1969 se constituyó en Inglaterra una comisión a petición del

ministro de tecnología, con el fin de elaborar un estudio sobre la importancia

económica del problema de la corrosión y de las posibilidades de su

prevención.

Esta comisión fue dirigida por el Dr. Hoar, junto con otros 21 científicos, que

crearon el informe HOAR, el cual es un clásico a la hora de evaluar las pérdidas

por corrosión, por ser el primero elaborado con rigor.

Los resultados aportados por este informe son:

-Los costes directos generados al año por la corrosión alcanzan un 3,5% del

PIB.

-Si se sacara mayor provecho de la tecnología ya existente para el control de la

corrosión se podría ahorrar alrededor del 25% de los costos.

Destacaré que se trata de una estimación sobre costos directos sin tener en

cuenta los indirectos, con lo que sumando los costos directos e indirectos las

cifras se elevarían de forma considerable.

Cuanto mayor es el nivel de industrialización de un país y por lo tanto mayor el

número y sofisticación de las instalaciones y procesos tecnológicos, mayores

son las pérdidas previstas.

Las recomendaciones difundidas por el informe HOAR son las siguientes:


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-Mejorar la difusión de la información sobre corrosión y protección.

-Necesidad de una mayor educación y conocimiento en materia de corrosión.

-Aumento de la preocupación y conciencia sobre los riesgos de la corrosión.

1.2.2 ¿Qué es la corrosión?:

Es un proceso electroquímico por el cual los materiales se deterioran como

consecuencia de la reacción entre los materiales mismos y el ambiente.

La mayoría de los metales no se encuentran en la naturaleza como materiales

puros, sino que están combinados con otros elementos como el oxígeno,

formando compuestos llamados minerales.

Para obtener metales de los minerales, estos se someten a un calor extremo

para así romper la atracción química entre los elementos.

Todos los pasos en el proceso de refinado y producción para la transformación

de un mineral al producto final tienen una cosa en común que es la de añadir

energía al metal.

Un desequilibrio energético existe y la naturaleza lucha contra el, de modo que

tan pronto como la adición de energía cesa, el metal empieza a volver a su

estado de mineral.

Un ejemplo de esto es la fabricación de acero a partir de óxidos de hierro.


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El mineral de hierro se funde y se refina para producir acero, inmediatamente

después de su producción el acero empieza a volverse oxido de hierro,

deteriorando el producto.

El proceso del metal para volver a su estado natural como mineral es lo que

llamamos corrosión.

En el proceso de la corrosión se produce un cambio físico en el metal y se

genera una corriente eléctrica, está energía eléctrica liberada por el metal

corroído tiene que ser equilibrada de forma que otro metal recibe esta energía.

Recibiendo esta energía el segundo metal puede mantener su nivel de energía

y mantenerse estable, para que la corriente eléctrica fluya, una conexión

metálica entre los dos metales debe existir.

Los dos metales implicados en el proceso de corrosión son electrodos y más

específicamente, el electrodo que libera energía eléctrica al ambiente es el

ánodo y el que recibe esta energía es el cátodo.

El ánodo libera energía y pierde parte de su forma física y el cátodo gana una

cantidad proporcional de energía y un cambio físico ocurre.

Es un proceso destructivo y representa una enorme pérdida económica.

1.2.3 Clasificación de los metales:

Todos los metales contienen una cierta cantidad de energía potencial

El grado de corrosión depende fundamentalmente de la diferencia de potencial

eléctrico existente entre dos metales en contacto.

Cuanto más bajo sea el potencial de un metal, más fácilmente será corroído; del

mismo modo cuanto mayor sea la diferencia de potencial entre los dos metales

en contacto, tanto mayor será la corrosión galvánica producida entre ambos,

siempre en perjuicio del de menos potencial.


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Un electrodo de referencia se usa para medir el voltaje y los metales son

enumerados de acuerdo a esta referencia.

Para agua de mar se utiliza el electrodo de plata-cloruro de plata.

La siguiente tabla indica el potencial eléctrico de los metales de mayor interés,

sumergidos en agua salada a una temperatura de 25ºC y con electrodo de

referencia el hidrógeno:

1.2.4 Tipos de Corrosión:

Podemos identificar varios tipos de corrosión en el medio marino caracterizados

por su origen:

Iones en Potencial Iones en Potencial

solución (voltios) solución (voltios)

Li+ - 3022 Co++ - 0,29

Rb+ - 2924 Ni++ - 0,22

K+ - 2925 Sn++ - 0,136

Ca++ - 2,87 Pb++ - 0,129

Na+ - 2715 H+ 0,000

Mg++ - 1866 Bi+++ + 0,226

Al+++ - 1,67 Cu++ + 0,344

Zn++ - 0,762 Te++++ + 0,558

Cr++ - 0,71 Hg++ + 0,798

Fe++ - 0,441 Ag+ + 0,799

Cd++ - 0,397 Pt++ + 1,2

Ti+ - 0,336 Au+++ + 1,12


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1- Corrosión Uniforme:

Se produce entre diferentes áreas de la misma pieza de acero, se produce una

diferencia de potencial eléctrico porque un área de esta pieza empieza a ser

anódico y otra catódica, intercambiando este rol a lo largo del tiempo

produciendo una corrosión uniforme. Este tipo de corrosión de encuentra en

planchas y tuberías en cubierta, en localizaciones que suelen estar húmedas

tales como sentinas y tanques de lastre así como en soportes de tuberías.

En la foto superior, corrosión uniforme en un pique de proa.

2- Corrosión Galvánica o bimetálica:

Cuando dos metales diferentes están en contacto en un electrolito, el metal

menos noble (ánodo) se corroerá mucho más rápido que el metal más noble

que estará protegido o que se corroerá mucho más lentamente. Este tipo de

corrosión puede producirse también en una pieza de material similar, por


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ejemplo el acero nuevo es anódico con respecto al viejo y superficies cortadas

son anódicas frente a superficies sin cortar.

En la foto superior, tornillos y arandelas de acero inoxidable con tubo y tapa de

acero


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En la foto de arriba un casco de Aluminio con tornillo de acero inoxidable.

El tornillo sujeta un cintón de goma en todo el perímetro por encima del

trancanil y debería estar encapsulado o haber dispuesto otra solución

constructiva.

3- Corrosión Localizada (Picaduras):

Causada por la acción de una celda de corrosión localizada en una superficie

de acero debido a la rotura del revestimiento, la presencia de contaminantes o

impurezas presentes en la composición del acero. Las áreas defectuosas del

revestimiento o de cualquier otro daño pueden llegar a ser anódicas a los

alrededores del revestimiento intacto y causar un proceso de corrosión.

Es una forma de corrosión muy peligrosa que puede tener terribles

consecuencias ya que puede producir perforaciones en muy poco tiempo.

4- Aireación diferencial:

Es un tipo de corrosión localizada como las picaduras, el caso más común

ocurre en cigüeñales, manivelas y generalmente en superficies de acero

cubiertas por incrustaciones o depósitos.

Este fenómeno se debe a que una pequeña área del acero carece de oxigeno y

comienza a ser el ánodo mientras el resto de la superficie muy oxigenada

empieza a ser el cátodo.

Debido a que el área anódica es muy pequeña en comparación con la catódica,

la corrosión es extremadamente rápida.


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En el dibujo, corrosión galvánica en el contacto directo latón-aluminio y por

aireación diferencial debajo del reborde dejado por la junta aislante.


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En la foto superior apreciamos un trozo de plancha de sentina corroida, con

varias herramientas encontradas que provocaron esta corrosión por aireación

diferencial.

En la siguiente foto, se trata de un tanque doble fondo de lastre, al quitar la tapa

para inspeccionarlo nos encontramos con esta corrosión con forma circular, el

origen es desconocido, pero probablemente puede deberse a aireación

diferencial, por alguna herramienta o algún tipo de material que quedó en esa

zona propiciando esta corrosión.


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5- Corrosión Bacteriana:

Originada por la presencia de organismos microscópicos como bacterias,

hongos y algas. Las bacterias corrosivas viven en la capa del agua del fondo de

los tanques de carga de aceites o combustibles así como en el sedimento del

agua de los fondos de los tanques de lastre.

6- Corrosión por Abrasión:

Se produce cuando las partículas sólidas como la arena, suspendidas en un

fluido se restriegan sobre una plancha.

Es un proceso mecánico.

7- Corrosión por Erosión (Cavitación):

Causada por un flujo de fluido turbulento que golpea una superficie. La

prevención de turbulencias es la clave de la prevención de este tipo de

corrosión.

En la foto inferior, pala de una hélice con cavitación


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8- Corrosión por Esfuerzos:

El acero sujeto a esfuerzos o fatiga puede ser afectado por fracturas, estas

áreas con baja aireación actúan como una fisura y se corroerán de la forma

anteriormente descrita.

Una fractura además puede causar micro grietas en el revestimiento protector

aumentando la corrosión.

9- Corrosión intergranular:

Este tipo de corrosión puede producirse en aceros inoxidables austeníticos, que

contienen un importante porcentaje de carbono.

Cuando el acero es sometido a tratamientos térmicos mal realizados,

calentamientos y enfriamientos defectuosos, o calentamientos excesivos

sufridos por soldadura, los átomos de carbono tienden a precipitar en la frontera

reticular como carburos de cromo.

Esto desemboca en una disminución de la resistencia a la corrosión dando

lugar a un fenómeno llamado sensibilización.

La sensibilización hace que el acero inoxidable quede expuesto a la corrosión

intergranular cuando se encuentra en ambientes corrosivos.

En algunos casos también reduce la resistencia a los fenómenos de corrosión

por picaduras o grietas y en otros la corrosión bajo tensión.

10- Corrosión electrolítica (Corrientes vagabundas):

A menudo nos encontramos con confusiones entre la corrosión galvánica y la

corrosión electrolítica.


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La diferencia entre ellas es muy simple: mientras que la corrosión galvánica es

causada por una corriente eléctrica generada por dos metales diferentes dentro

de un medio conductor como es el agua salada, la corrosión electrolítica está

causada por una corriente de una fuente externa.

La corriente causante de la acción electrolítica es llamada corriente vagabunda,

derivada, parásita o simplemente fugas de corriente, es una corriente que

abandona el conductor eléctrico por el que tenía prevista su circulación y fluye

total o parcialmente por otro lugar, esta tiende a retornar a la fuente de partida

circulando por donde tenga menor resistencia de paso.

La causa normalmente es debida a un circuito eléctrico mal instalado o mal

aislado, pueden ser por la simple rotura del cable conductor de la electricidad(o

fallo en su aislamiento) o debido a un insuficiente dimensionado del circuito de

retorno de la corriente.

El resultado es una derivación de corriente a través del medio en el que se

encuentra el conductor.

El elemento metálico que se encuentra bajo el agua y con dicha perdida de

aislamiento se corroerá y además la velocidad de este tipo de corrosión es

bastante elevada.

La prevención de la corrosión electrolítica es cuestión de una buena instalación

eléctrica, el sistema de cableado debe de ser doble, es decir, dos cables, con

retorno, en lugar de un cable como es el caso de los coches en los que la

propia carrocería del coche forma el circuito de retorno, un casco metálico

nunca debe ser usado como el retorno a masa.

La puesta a masa, es un tercer cable que no lleva corriente y no debe

confundirse con el sistema de masas, que si lleva corriente.

La instalación del sistema de masas constituye una instalación totalmente

independiente de la instalación de masa o tierra de protección que debe

ejecutarse en cualquier instalación eléctrica ya sea de fuerza o de alumbrado y

cuya misión es la de mantener una conexión a tierra por motivos de seguridad

eléctrica y de las personas que conducen la instalación.


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La instalación de masas tiene por objeto proteger los elementos mecánicos y

eléctricos de condiciones de corrosión y desgaste, derivados del mantenimiento

de un potencial inadecuado entre los diferentes componentes de la instalación y

que favorecen la aparición de los fenómenos electrolíticos que causan deterioro

en la maquinaria y equipos del buque.

1.2.5 Factores que favorecen la corrosión:

1.2.5.1 Oxígeno:

El oxígeno disuelto es el agente oxidante por excelencia, la velocidad de la

corrosión será más elevada en los aceros cuanta más cantidad de oxígeno

tengamos.

1.2.5.2 Temperatura:

En principio a mayor temperatura, mayor velocidad de corrosión, sin embargo

en las aguas tropicales debido a la enorme cantidad de organismos marinos, la

cantidad de oxigeno disuelto en el agua se reduce, amortiguando de esta forma

la velocidad de la corrosión.

1.2.5.3 Velocidad:

El movimiento del agua afecta al transporte de oxígeno disuelto a las zonas

catódicas y elimina los productos de corrosión con lo que el proceso de la

corrosión aumenta mucho, al aumentar la velocidad, aumenta la probabilidad de

que aparezcan fenómenos de la corrosión-erosión por turbulencias que

aceleran los procesos de corrosión.


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1.2.5.4 Cloruros:

Un alto contenido de cloruros puede bajar el potencial del metal y de esta forma

incrementar la reacción de corrosión.

1.2.6 Métodos para combatir la corrosión:

Los métodos más comunes para controlar la corrosión son la selección de los

materiales, revestimientos, aislamiento eléctrico y protección catódica. Cada

una de esta medidas tienen distintas ventajas y desventajas, pero todas ellas

deben ser consideradas al diseñar un control de la corrosión exhaustivo.

1.2.6.1 Métodos de diseño:

La primera precaución es seleccionar adecuadamente el material para el

ambiente en que se va a trabajar, pero el coste no siempre lo hace posible y en

ese caso hay que adoptar otras medidas. En cualquier caso debemos evitar la

formación de células galvánicas.

Debemos estudiar que no trabajen unidos materiales con potenciales

electroquímicos muy alejados sin estar adecuadamente aislados.

Aunque se lleve a cabo una selección cuidadosa de los materiales a utilizar, el

proceso de corrosión puede reducirse pero no evitarse completamente debido a

que diferencias en el electrolito y diferencias a lo largo de la superficie del metal

crearán un desequilibrio energético el cual tendrá como resultado procesos de

corrosión.

Algunas reglas de diseño para mejorar la resistencia a la corrosión son:

-Diseñar los tanques de modo que se puedan drenar y limpiar de forma

completa y fácil, (por ejemplo botellas de aire de arranque que tienden a

acumular agua en el fondo).

-Distribuir uniformemente los esfuerzos mecánicos.


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-Aislar adecuadamente los metales diferentes que estén en contacto.

-Evitar curvaturas muy pronunciadas en tuberías.

-Evitar ángulos, zonas de difícil acceso y soldaduras sin pulir.

1.2.6.2 Recubrimientos:

Este método para evitar la corrosión es el de aislar la estructura metálica del

medio corrosivo mediante un recubrimiento aislante o más estable, ante dicho

medio, que el metal base.

A lo largo de los años se han creado muchos tipos de recubrimientos, hay dos

tipos, metálicos y no metálicos:

Recubrimientos no metálicos:

1- Pintura: es un método económico y el más empleado en el sector

marítimo.

2- Plásticos.- son muy resistentes a la oxidación. Tienen la ventaja de ser muy flexibles, pero tienen poca resistencia al calor.

3- Esmaltes y cerámicos.- tiene la ventaja de resistir elevadas temperaturas

y desgaste por rozamiento.

4-

Recubrimientos metálicos:

1- Inmersión: consiste en recubrir los metales a proteger con otros de menor potencial, es decir, ánodos de sacrificio. Para ello se sumerge el

metal a proteger en un baño de otro metal fundido. Al sacarlo del baño, el

metal se solidifica formando una fina película protectora.


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2- Electrodeposición.- se hace pasar corriente eléctrica entre dos metales diferentes que están inmersos en un líquido conductor que actúa de

electrolito. Uno de los metales será aquel que queremos proteger de la

oxidación y hará de cátodo. El otro metal hará de ánodo. Al pasar

corriente eléctrica, sobre el metal catódico se crea una película

protectora. Con este método se produce el cromado o niquelado de

diversos metales.

3- Protección por capa química.- se provoca la reacción de las piezas con

un agente químico que forme compuestos de un pequeño espesor en su

superficie, dando lugar a una película protectora por ejemplo:

a. Cromatizado: Se aplica una solución de ácido crómico sobre el

metal a proteger, formándose una película de óxido de cromo que

impide su corrosión.

b. Fosfatación: Se aplica una solución de ácido fosfórico y fosfatos sobre el metal. Formándose una capa de fosfatos metálicos sobre

el metal, que la protegen del entorno.

El recubrimiento debe tener una buena resistencia dieléctrica para aislar de

forma efectiva la estructura del electrolito, debe ser relativamente inerte con

respecto al ambiente circundante para tener una larga vida, alta resistencia al

impacto para no desprenderse por golpes contra muelles, defensas, anclas, etc.

Debe tener buenas características de adhesión para asegurar un contacto

permanente con la estructura y debe tener muy bajas propiedades de absorción

del agua para mantener la resistencia dieléctrica.

Después de la selección del recubrimiento, debe de aplicarse de forma correcta,

debido a que normalmente un fallo en el recubrimiento a menudo sucede

debido a una aplicación incorrecta y no por un fallo del material del

recubrimiento en sí.


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La preparación de la superficie es crítica para un buen rendimiento del

recubrimiento.

Desafortunadamente los recubrimientos concentran la actividad de la corrosión

a sus imperfecciones, lo cual intensifica la corrosión como resultado la

penetración es mucho más rápida que en zonas no recubiertas.

Detalle de un tanque lateral de lastre, se aprecia cómo debido a los golpes en la

carga y descarga el recubrimiento rompe y empieza la corrosión.

En la siguiente foto, se trata de un pocete de sentina en una bodega de pesca,

sin recubrimiento.


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1.2.6.3 Aislamiento eléctrico:

Es otro método de control de la corrosión que rompe el conductor que conecta

el ánodo y el cátodo en la célula a la corrosión.

Se trata de accesorios que se usan para separar eléctricamente metales

diferentes, no debe ser usado de forma indiscriminada porque a veces la

continuidad eléctrica es deseada por otras razones incluyendo la conexión a

masa y la protección catódica.

1.2.6.4 Protección Catódica:

Este es un sistema de control de la corrosión por el cual una cantidad suficiente

de corriente pasa por una superficie metálica convirtiendo un área anódica en

catódica.

Solo es efectiva cuando la superficie metálica está sumergida. Se puede llevar

a cabo por corriente impresa o por ánodos de sacrificio.


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1.3 Sistemas de protección catódica: 1.3.1 Principios generales:

La reacción química que ocurre en el proceso de la corrosión puede

subdividirse en otras dos reacciones electroquímicas, una que implica

oxidación, es decir la liberación de electrones y la otra, reducción, o consumo

de electrones.

Estas reacciones en la realidad ocurren en la misma superficie del acero.

Los electrones liberados por la reacción anódica son consumidos por la

reacción catódica.

(a) Micro pila de corrosión. (b) esquema eléctrico

equivalente.

Si los electrones se suministran desde una fuente externa, es decir, una

corriente es impuesta, entonces la reacción anódica se suprimirá y el potencial

del acero bajará.

Si el potencial del acero se baja suficientemente, no habrá corriente entre los

ánodos y cátodos en la superficie con lo que la corrosión cesará.

En la protección catódica toda la superficie del metal está al mimo potencial.


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1.3.2 Diagramas de Pourbaix:

Nos muestran el comportamiento de distintos metales en función de su

potencial respecto a un electrodo de referencia y su pH, su estudio muestra las

opciones posibles para la protección de un material.

Es posible conocer en qué condiciones de pH y potencial se forman productos

sólidos oxidados, que de un modo puedan influir sobre el proceso corrosivo,

debido a que dichos productos se quedan en la superficie metálica creando

superficies protectoras

En este diagrama se representan las circunstancias teóricas de la corrosión, de

pasivación y de inmunidad del material, en este caso hierro, en presencia de

una solución acuosa de 25ºC.

Si hacemos un examen de dicho diagrama podremos contemplar la protección

del hierro de tres formas diferentes:

- Elevar el potencial del material hasta situarse en la zona de pasivación

mediante la protección anódica.


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- Alcalinizar el medio hasta superar el pH frontera entre la zona de

corrosión y la de pasivación.

- Por último rebajar el potencial para situarse en la zona de inmunidad

mediante la protección catódica.

Para poder entender esto tenemos que añadir un nuevo concepto, el de

pasivación.

La pasivación es una propiedad que tienen determinados materiales y

aleaciones de permanecer totalmente inertes en determinados medios en los

cuales y de acuerdo con la termodinámica, deberían comportarse como metales

activos y por tanto disolverse con velocidades altas a través de mecanismos

corrosivos electroquímicos.

La pasivación puede darse por dos mecanismos principalmente, uno es el de la

formación de una capa de productos oxidados de muy pequeño espesor pero

muy compacta, además de ser de muy baja porosidad por lo que al metal lo

deja aislado del medio. La otra sería la presencia de capas monoatómicas,

generalmente de oxígeno, absorbida por la capa metálica, siendo en este caso

el menos común.

La pasivación, es una propiedad que poseen algunos metales y aleaciones que

es de máxima importancia, porque permite el uso de metales activos de precio

más o menos moderado como el aluminio o el cromo en medios de alta

agresividad, comportándose en ellos como materiales nobles.

La protección catódica no elimina la corrosión, sino que remueve la corrosión de

la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la

corriente como por ejemplo con el uso de ánodos de sacrificio.

La cantidad de corriente que fluye se ajusta de manera que vence a la corriente

de corrosión y descargándose desde todas las áreas anódicas, existirá un flujo

neto de corriente sobre la superficie, llegando a ser toda la superficie un cátodo.


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Por ello podemos decir que la protección catódica en síntesis consiste en

convertir en cátodo toda la superficie metálica a proteger, consiguiendo que por

toda ella penetre corriente continua.

Si conectamos un trozo de hierro cuyo potencial electroquímico es de -0.44

Voltios, con un trozo de cinc de potencial -0.76 Voltios, la diferencia de potencial

existente establecerá una corriente eléctrica a través del electrolito del cinc que

actúa como ánodo al hierro que actúa como cátodo.

Hemos protegido al hierro de la corrosión sacrificando en su beneficio una placa

de cinc, este es el fundamento del método de protección por ánodos de

sacrificio, para proteger un metal lo hacemos simplemente con otro que sea

más electronegativo que el.

1.3.3 Potencial de protección:

A continuación se muestra el diagrama de polarización (diagrama de Evans)

que ilustra el principio de la protección catódica.

Para conseguir la protección, se baja hasta que coincida con cuando

toda la superficie del metal esté al mismo potencial y no haya corrientes de

corrosión.

es la corriente requerida para una protección catódica completa para

dar los electrones que se requieren al bajar el potencial


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1.3.4 Corriente de protección o densidad de corriente:

La densidad de corriente es la que debe aplicarse al metal para llevarlo al

potencial de protección. Depende del metal o aleación y de las condiciones del

medio.

A continuación se muestran diferentes tablas que muestran la densidad de

corriente en función de los materiales y de las zonas a proteger:


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Estado superficial Medio agresivo Densidad de corriente

mA / m2 mA / ft2

Acero desnudo

Agua de mar Velocidad

0,5 m / s 86-130 8,0-12,0

Acero desnudo

Agua de mar velocidad

1 - 15 m / s 150- 600 14-56

Acero pintado (epoxi,

vinílica, clorocaucho) Agua de mar 25-35 2,3-2,5

Acero pintado sujeto a

roces de fondo Agua de mar 50-210 5,0-20,0

Acero pintado (aluminio

bituminoso) Agua de mar 35-50 3,25-5,0

Tanque carga lastre

petróleo Agua de mar 100 9,0

Tanque carga lastre

ligero Agua de mar 170 16

Tanque carga lastre

limpio Agua de mar 190 18

Acero desnudo Agua dulce estancada 56 5,2

Acero desnudo Agua dulce en

movimiento 56-66 5,2-6,0

Acero desnudo Agua dulce

turbulenta/caliente 56-170 5,2-16


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1.3.5 Electrodos de referencia:

La corriente requerida para alcanzar la protección catódica no se puede medir

de forma directa debido a que las áreas originalmente anódicas y catódicas del

acero están presentes en la misma superficie del acero y no hay cable o

amperímetro que se pueda usar entre ellas.

El método más satisfactorio para una protección exitosa es medir el potencial

de la estructura protegida dentro del electrolito en el cual está operando (agua

de mar) El potencial se obtiene por los electrodos de referencia de valores

conocidos.


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Cada electrodo tiene su propio potencial que por convenio se expresa con

respecto al electrodo de hidrogeno.

Cada potencial metal/electrolito debe ser expresado respecto al electrodo de

referencia usado. El electrodo de referencia puede ser considerado como un

mero conector con el electrolito.

Tabla de electrodos de referencia comunes:

Las dificultades de operación que presenta el empleo y manipulación del

electrodo de hidrógeno han motivado el desarrollo de otros patrones o

electrodos de referencia más prácticos y robustos para su utilización en

mediciones de campo.


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El electrodo de plata-cloruro de plata es particularmente apropiado en

mediciones en agua de mar y se utiliza ampliamente en estructuras offshore.

1.3.6 Sistema de protección catódica por ánodos de sacrificio:

Se instalan ánodos de sacrificio al metal que se quiere proteger, que al tener un

potencial eléctrico mayor que el del material anódico, se convierte en catódico y

provoca que el ánodo se desgaste en lugar del metal que se quiere proteger.

El tipo de material y la superficie que se quiere proteger determinan el número y

el tamaño de los ánodos.

1.3.6.1 Características de un ánodo galvánico:

Desde el punto de vista técnico y económico, un ánodo tiene que reunir una

serie de propiedades especiales como las siguientes:

- Tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo para

polarizar la estructura, en el caso del acero a -0.8V.

- Debe presentar una tendencia pequeña a la polarización, es decir, no

debe desarrollar películas pasivantes u obstructoras con los productos de

corrosión y tener una fuerte sobretensión de hidrógeno.

- El material debe de tener un elevado rendimiento eléctrico en A/h kg.


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- El ánodo deberá corroerse uniformemente.

- El metal será de fácil adquisición y deberá poder fundirse en diferentes

formas y tamaños.

- El metal deberá tener un costo razonable, de modo que unido con otras

características electroquímicas se pueda conseguir la protección a un

costo razonable por amperio/año.

1.3.6.2 Composición química:

Los metales utilizados como ánodos de sacrificio son: Magnesio, Aluminio y

Cinc.

El Cinc y el Aluminio muestran un relativo pequeño potencial, ya que el voltaje

sobre el acero polarizado viene a ser del orden de 230 a 300 mV.

Una de las ventajas del Aluminio es que en su instalación se usa solo un tercio

de su peso comparado con una instalación de Cinc.

Una desventaja de acuerdo con las sociedades de clasificación es la posibilidad

de chispeo, lo que da lugar a que dichas sociedades tengan ciertas

restricciones al uso de ánodos de Aluminio frente a los de Cinc en cuanto a

protección en tanques de lastre.

Si se navega en agua dulce durante algún tiempo, la superficie de un ánodo de

Aluminio se cubrirá de una costra blanquecina de óxido (se pasiva) que lo que

hará es sellar el ánodo e impedir su funcionamiento incluso al volver al agua

salada.

Los ánodos de Aluminio sufren un problema similar incluso en condiciones

salobres, mientras que los de cinc continuarán funcionando eficazmente en

estuarios de ríos y zonas de agua salobre.

Como consecuencia de esta pasivación del ánodo, el siguiente elemento más

anódico dentro del sistema de unión al ánodo comenzará a sacrificarse, lo que

por supuesto podría representar un serio problema.


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Por lo tanto, es muy importante comprobar los ánodos de aluminio después de

cada navegación por agua dulce y limpiar o reemplazar los ánodos si fuera

necesario.

Los ánodos de magnesio tienen una tensión de funcionamiento mucho más

elevada que la de los de cinc o aluminio, con lo que son ideales para su uso en

agua dulce, pero se vuelven muy activos en agua salada, donde solo durarán

unos pocos meses.

Las superficies protegidas pueden desarrollar una capa de sedimento calcáreo

blanquecino que será difícil de extraer.

Nunca se deben de instalar ánodos de magnesio en embarcaciones con casco

de madera ya que pueden dañarla.

La aleación del material que compone los ánodos es muy importante, ya que

por ejemplo en el caso del cinc, que es el material que vamos a utilizar, debe de

tener siempre una cantidad mínima de Cadmio, ya que es el material que nos

va a activar el cinc, sino tuviera este componente el ánodo no serviría para

nada. La aleación debe hacerse según normas internacionales con una

composición de materiales muy específica.

A continuación una tabla con las propiedades de los ánodos de sacrificio:


32

Ánodo de zinc

Ánodo de

Magnesio

Ánodo de aluminio

Propiedad MIL-A 18001-H MIL-A 24412-A Tipo A Tipo B Tipo C

Composición %

Cd = 0,025 -0,15

Al = 0,10 - 0,50

Cu = 0,1 máx.

Al = 5 – 7

Si = 0,11 - 0,21

Fe = 0,10 máx.

Si = 0,10 máx.

Fe = 0,13 máx.

Si=0,10 máx.

Fe = 0,13 máx.

Fe = 0,005 máx.

Pb= 0,006 máx.

Cu= 0,005 máx.

Si = 0,125 máx.

Si = 0,3 máx.

Fe = 0,003 máx.

Mn = 0,15 mín.

Ni = 0,003 máx. Zn

= 2 – 4

Otros = 0,3 máx.

Zn = 0, 3 - 0,5

Sn = ---

Mg = ---

Hg = 0,02 - 0,05

In = ---

Cu = 0,006 máx.

Otros = 0,02 máx.

Zn = 3,5 - 5,0

Sn = ---

Mg = 0,3 - 0,8

Hg = ---

In = 0,02 - 0,05

Cu = 0,006 máx.

Otros = 0,02 máx.

Zn = 4 - 5

Sn = 0,08 - 0,16

Mg = ---

Hg = ---

In = ---

Cu = 0,01 máx.

Otros = 0,02 máx.

Rendimiento 0.95 0.5 0.95 0.9 0.5

Potencial de

trabajo mV

vs Ag / AgCl -1050 -1550 -1050 -1100 -1100

Potencial vs

acero protegido -250 -700 -250 -350 -350

Capacidad eléctrica teórica

A-h / kg ( A-h / lb ) 820 (368) 2210 (1100) 2830 (1290) 2700 (1231) variable

Capacidad eléctrica real

A-h / kg ( A-h / lb ) 780 (356) 1100 (503) 2689 (1226) 2430 (1110) variable,

Consumo ánodo

kg / A-año 11,00 8,00 3,00 10,00 5,50

lb / A-año 23,8 17,5 6,8 21,9 12

Densidad

kg / dm3 7,3 1,77 2,75 2,81 2,81

lb / pulg.3 0,258 0,063 0,098 0,10 0,10


33

1.3.7 Método de corrientes impresas:

En este sistema de protección catódica se utiliza la corriente suministrada por

una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la protección de

una estructura.

Este procedimiento consiste en unir eléctricamente la estructura que se trata de

proteger con el polo negativo de una fuente de alimentación de corriente

continua (pura o rectificada) y el positivo con un electrodo auxiliar que cierra el

circuito. Los electrodos auxiliares se hacen de chatarra de hierro, aleación de

ferro silicio, grafito, titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la

existencia del electrolito (medio agresivo) que completa el conjunto para que se

realice el proceso electrolítico.

1.3.8 Comparación entre ambos métodos:

Las ventajas de los ánodos de sacrificio son:

-No se necesita una fuente de corriente externa

-Facilidad de instalación

-No necesita control durante el funcionamiento

-No existen problemas de sobreprotección


34

-Distribución homogénea de corriente sobre toda la estructura

Los inconvenientes son:

-No permite vencer fuertes caídas de intensidad.

-Uso restringido a medios conductores y a estructuras recubiertas.

Las ventajas de las corrientes impresas son:

-Permite vencer caídas de intensidad altas.

-Se puede utilizar para proteger estructuras grandes, no recubiertas en medios

no conductores.

-Se necesitan pocos ánodos.

Los inconvenientes son:

-Necesidad de una fuente de corriente externa.

-Peligro de sobreprotección si se producen fallos.

-Dificultad para conseguir niveles de protección homogéneos en estructuras

complejas.

-Costos de instalación más elevados.

-Posibilidad de causar interferencias con estructuras metálicas vecinas.

Un cuidadoso estudio en cada caso, tomando en consideración los factores

económicos, tales como costes de aplicación, mantenimiento y vida útil del

sistema decidirán el sistema a elegir.

1.4 Factores generales a tener en cuenta: 1.4.1 Conexión a masa:

El objeto de esto es evitar la disparidad entre varias partes metálicas tales como

motores, bandejas de baterías, equipos de radio, etc.

Para una embarcación de fibra o madera la masa debe consistir en una placa

de masas sacrificial colocada en la parte baja del casco, un cable de

aislamiento de masas o una pletina metálica de masas no aislada irá a lo largo


35

del barco conectando todos los equipos metálicos con pequeños ramales a la

pletina principal.

Para cascos metálicos un sistema separado de conexión a masa no es

necesario, debido a que la continuidad eléctrica se mantiene entre el casco, el

motor y otros elementos que tengan que ser aislados

1.4.1.1 Equipos de radio y navegación:

Estos equipos necesitan una buena conexión a masa y esto se consigue

mediante la placa de masas, esta placa debe de ser independiente del sistema

de masas de acción galvánica de la embarcación, la unión entre estos equipos

y la placa de masas se hará mediante una pletina de masas que irá desde el

puente al lugar donde esté la placa de masas (habitualmente la sala de

máquinas)la pletina de masas deberá estar en un lugar accesible y a ser posible

exento de humedad, por encima del nivel normal de las sentinas y si esto no es

posible deberá estar en un compartimento estanco.

En cascos no metálicos la placa de masas puede estar en contacto directo con

el casco y la pletina puede ser un conductor desnudo.

En el caso de cascos metálicos la placa de masas deberá estar

convenientemente aislada del casco mediante un material aislante que se


36

colocará entre la placa de masas y la superficie de contacto en el casco, la

pletina de masas estará recubierta de un material aislante.

1.4.1.2 Eje de cola:

El eje de cola tiene un diámetro de 175 mm, con lo que dispondremos de dos

escobillas rozantes de grafito, sobre un anillo de desgaste de tipo abrazadera.

Foto de sistema de masas de eje de cola, con escobillas de grafito y anillo

rozante.

A continuación esquema detallado del sistema de masas de eje de cola:


37

1-Anillo de deslizamiento y cepillo colocado sobre eje de cola

2-pincel plata de grafito, alta densidad y baja resistencia

3-Conjunto cepillo perno y cable a masa, se conectará al casco

4-Pernos de alineación del cepillo con pestaña de bloqueo

5-Distancia entre centro de soporte de la brocha a la barra de apoyo y parte

superior de la superficie de deslizamiento del anillo montado.

6-Anillo de desgaste de cobre


38

1.4.1.3 Motores eléctricos:

Cableado de masas para cada uno de los motores eléctricos

Motor eléctrico con cable de masas de acción galvánica, cable verde/amarillo.

1.4.1.4 Servo timón:

La pala del timón llevará cines soldados, según cálculos llevará dos, uno en

cada cara de pala, de 5,6 Kg cada uno.


39

1.4.1.5 Bocina:

Es una zona muy próxima a la hélice y donde está alojado el eje de cola.

Es importante en el diseño de esta zona que haya circulación de agua con

escasa posibilidad de que se pueda estancar produciendo de esta manera

corrosión biológica en el eje de cola, con forma característica de picaduras, foto

inferior:

Las siguientes fotografías son de una bocina con corrosión severa:


40


41

1.4.1.6 Tanques de combustible, agua y aceite hidráulico:

Todos los tanques de almacenamiento de fluidos (no estructurales) estarán

conectados al sistema general de masas de acción galvánica, se conectará en

zonas determinadas de las patas o elementos de anclaje a la estructura del

buque, a ser posible en un punto alejado de la bandeja de vertidos.

1.4.1.7 Rejillas de tomas de mar externas y filtros:

Las rejillas de tomas de mar externas pueden estar conectadas a masa

mediante una pletina de cobre.

En cada filtro de toma de mar colocaremos un ánodo de sacrificio.

1.4.1.8 Circuito de refrigeración de agua salada:

Cuando el circuito eléctrico de continuidad a través de las tuberías se

interrumpa por un elemento no conductor como manguitos flexibles,

acoplamientos flexibles, válvulas con asientos de goma, juntas, etc. Se deberá

realizar un conexionado que garantice la continuidad de la corriente de

potencial externo y no del fluido en circulación.

Esto se hará para evitar corrientes vagabundas, de lo que ya se ha hablado en

un aparatado anterior (corrosión electrolítica).

Tenemos un ejemplo esquematizado en el dibujo, la corriente eléctrica

circulando por un conductor metálico, se ve obligada a circular como corriente

vagabunda por el electrolito al encontrarse con un tramo no conductor de la

electricidad (manguito de goma). La corrosión se produce en las zonas de

salida de corriente, en las que el metal se polariza a valores más positivos.


42

Estas corrientes vagabundas son capaces de crear sobre una superficie

metálica las zonas catódicas y anódicas necesarias para el funcionamiento de

las pilas de corrosión.

En la fotografía, podemos apreciar la disminución de material debido a

corrientes vagabundas en la zona donde estaba el manguito:


43

Estas conexiones realizadas para evitar corrosión por corrientes vagabundas,

complementarán los cines instalados en las tuberías y en ningún caso los

sustituirán.

En las siguientes fotografías se aprecian reparaciones temporales en tuberías

afectadas por corrosión, la velocidad del fluido, un dimensionado de la tubería

erróneo o codos demasiado pronunciados con la consecuente producción de

turbulencias pueden acelerar la formación de corrosiones:

Entrada a un intercambiador, con corrosión en codo.


44

Tubería de entrada de refrigeración de un motor auxiliar.

Tenemos que tener en cuenta también la combinación de nuevos materiales

integrados en una estructura inicial diferente, si por ejemplo una tubería de

entrada a un intercambiador falla cada tres años, la solución no es instalar una

tubería de acero inoxidable, ya que este material combinado con acero al

carbono y bronce o cobre de la carcasa y haz tubular del intercambiador, muy

posiblemente el nuevo potencial haga que se desgaste el intercambiador o

quizás alguno de los órganos integrantes del motor sufra desgaste de forma

inesperada.

Para proteger los sistemas de agua salada contra la corrosión, se debe de

aplicar un recubrimiento interno.

Una protección del 100% no es siempre posible y pequeñas grietas y otros

defectos pueden dar lugar a una seria corrosión por picaduras, es esencial que

el recubrimiento sea aplicado e inspeccionado por personal experimentado,

preferiblemente por el fabricante del recubrimiento.


45

Además del recubrimiento la protección de las tuberías contra la corrosión, se

puede o bien instalar una serie de ánodos a lo largo de la tubería, o bien instalar

una red de cableado que acabe en un cinc o también por corrientes impresas.

En este caso se instalarán cines de protección en el sistema general de

tuberías de agua salada, los cines se alojarán en tinteros con tapones roscados.

Los tapones roscados dispondrán un resalto de apoyo con su junta

correspondiente para evitar que se empleen sistemas de estanqueidad

auxiliares como cáñamo o teflón que actuarían como aislantes.

La instalación de los tinteros de alojamiento se realizará antes de que las

tuberías sean sometidas al tratamiento de galvanización.

Tintero con tapón roscado, en este caso es el colector de agua de refrigeración

de los viveros

1.4.1.9 Motores de combustión interna:

La refrigeración de los motores suele ser generalmente por agua dulce,

refrigerada por agua salada.


46

Las zonas que van a desgastarse más son las que están en contacto con el

agua salada, como son los intercambiadores de calor, estos llevan sus propios

ánodos de sacrificio,

En la foto vemos dos cines de tipo roscado de enfriador, uno nuevo y otro que

ha estado funcionando durante un año.


47

Tapa de intercambiador con dos cines nuevos en la foto superior

Camisa de un motor con corrosión


48

Una forma de inhibir la corrosión es añadir anticongelante en el circuito de agua

dulce, que aparte de su acción anticongelante debido a algún tipo de glicol en

su composición, también llevan añadidos productos inhibidores de la corrosión.

Podemos encontrarnos con motores refrigerados directamente por agua salada,

por ejemplo embarcaciones pesqueras de pequeñas esloras, aunque no es muy

habitual.

Normalmente si estos motores refrigerados por agua salada son marinos, el

bloque es de fundición y están sobredimensionados teniendo en cuenta la

pérdida de material causada por la corrosión, aparte de ánodos de sacrificio

atornillados directamente en el bloque que se cambiarán regularmente.

Pero nos encontramos en este tipo de embarcaciones con motores que no son

marinos, sino que están “marinizados”, es decir son motores de automoción

puestos a trabajar en condiciones marinas, con lo que no están preparados

para lidiar con un medio tan agresivo como es el agua de mar y corroyéndose

rápidamente.

La inclusión en el campo de la motorización de las embarcaciones de motores

de alta potencia y bajo peso a dado lugar al montaje de equipos motores y

accesorios construidos en base a aleación de aluminio constituyendo este

material uno de los focos principales de corrosión y deterioro progresivo grave

de los motores, todo ello se ve influenciado por las circunstancias que rodean a

cada embarcación.

1.4.2 Material de los ánodos y factor de utilización:

El material seleccionado para los ánodos de sacrificio es el Cinc, debido a su

versatilidad, no tiene ningún inconveniente en navegar en diferentes tipos de

agua, ya sea salada, salobre o dulce, inconveniente sin embargo para otro tipo

de material, por ejemplo el aluminio en aguas salobres, estando por periodos

mayores a 40 horas tiende a pasivarse dejando el ánodo inservible para su

función de protección.


49

El ánodo será de elevada pureza cumpliendo con lo requerido por la sociedad

americana de pruebas y materiales (ASTM) B-418 tipo I para agua salada, tiene

un elevado rendimiento de un 95 %, su tendencia a la auto corrosión por

formación de pilas locales es pequeña.

Tendremos en cuenta para los cálculos el factor de utilización que es la fracción

del material del ánodo con un diseño específico que puede ser utilizado para el

cálculo de la masa de ánodos neta para la protección adecuada para el diseño

del sistema de protección.

Cuando un ánodo es consumido hasta su factor de utilización, la capacidad de

polarización llega a ser impredecible debido a la pérdida del material del ánodo

A continuación la tabla que nos da los valores del factor de utilización en

función del tipo de ánodo:

1.4.3 Combinación de protección catódica y pintura:

La pintura funciona como una barrera protectora de los materiales contra la

corrosión, se combina con el sistema de protección catódica debido a que

siempre se van a producir perdidas de este recubrimiento, una de las razones

es que la elasticidad de las pinturas es menor que la del acero y en las áreas

donde la estructura está sujeta a altos esfuerzos, la pintura tiende a romperse y


50

como consecuencia el proceso de corrosión se activa, además también la

superficie se puede quedar sin pintura por golpes contra muelles, defensas, etc.

El uso de recubrimientos no metálicos reduce mucho la demanda de corriente

necesaria para la protección catódica y de esta forma la masa de ánodos

requerida, la combinación de la pintura y la protección catódica tiene

probablemente la mejor relación coste económico-efectividad de control de la

corrosión.

Todas las pinturas que se utilicen deberán tener una gran resistencia alcalina,

ya que la protección catódica va acompañada de una ligera alcalinidad, lo cual

debe tenerse siempre en cuenta.

Tendremos en cuenta para el cálculo del número de ánodos en el casco el

factor de deterioro del revestimiento, que vendrá condicionado por la categoría

de dicho revestimiento.

1.4.4 Factor de deterioro de recubrimiento para el diseño de protección catódica:

El factor de deterioro del recubrimiento , describe la reducción de la corriente

de protección necesaria debida a la aplicación de un recubrimiento

eléctricamente aislado. Este factor tiene un valor mínimo de 0 y máximo de 1.

Cuando este factor es 0, el recubrimiento es 100% aislado eléctricamente,

cuando este factor es igual a 1 significa que el recubrimiento no tiene

propiedades reductoras de la intensidad.

Este factor de deterioro no debe confundirse con la degradación aparente de

un examen visual, una pintura que muestra una extensa área de ampollas

puede tener todavía unas propiedades de aislamiento eléctrico buenas y

también puede darse el caso contrario, que una superficie aparentemente

perfectamente revestida pueda no estar aislada eléctricamente.

El factor de deterioro es función de las propiedades de la pintura, parámetros

operacionales y tiempo, puede expresarse como:


51

Donde t expresado en años, es la edad de la pintura y a y b son constantes

dependientes de las propiedades de la pintura y del ambiente.

En esta tabla tenemos las constantes a y b que dependen de las categorías del

recubrimiento:

-Categoría I: una capa de pintura epoxi, con un espesor de capa seca

mínimo de 20 μm.

-Categoría II: una o más capas de pintura marina base epoxi, poliuretano

o vinilo con un espesor mínimo de la capa seca de 250 μm.

-Categoría III: dos o más capas de pintura marina base epoxi, poliuretano

o vinilo con un espesor mínimo de la capa seca de 350 μm.

La categoría I incluye una primera capa de imprimación.

Para las categorías II y III se asume que han sido cualificados de forma

documentada por su rendimiento o por pruebas pertinentes.

Para las tres categorías se asume que todo el trabajo se lleva a cabo según las

recomendaciones del fabricante y que la preparación de la superficie incluye

limpieza por granalla a un mínimo de SA 2.5 de acuerdo con ISO 8501.

Para la aplicación de la pintura sin haber efectuado el granallado en la

superficie a pintar, se tomarían los factores = =1 y la demanda de

corriente inicial se calcularía para Categoría I.

Factores de deterioro de revestimiento medio y final, y

respectivamente, para ser usados en el cálculo del sistema de protección


52

catódica introduciendo , en años, que es la vida de diseño del sistema de

protección catódica.

2

1.4.5 Control de desgaste y eficacia de los ánodos de sacrificio e instalación de acción galvánica:

Se realizarán inspecciones visuales de los cines de protección instalados a

bordo de la embarcación.

Se pueden realizar medidas de potencial, esto se realiza con un electrodo de

referencia de plata/cloruro de plata con el que se tomarán los niveles de

potencial del casco y los diferentes equipos mecánicos instalados.

Para cascos de acero este potencial irá como mínimo entre -0.8 V a -0.9 V y

como máximo - 1.10 V como se indica en la tabla del apartado 1.3.3

1.4.6 Soldaduras:

En algunas ocasiones el hilo de soldadura que une estructuras soldadas ofrece

mucha resistencia eléctrica, lo que impide que un ánodo de sacrificio proteja

adecuadamente estas zonas, debido a que las corrientes aplicadas son

bastante reducidas.

Si no tenemos protección adecuada lo primero que se va a corroer va a ser la

soldadura , así que a la hora de hacer el diseño de la instalación de protección

catódica, tendremos que hacer nuestros cálculos y a la vez inspeccionar la

estructura con sumo cuidado teniendo en cuenta que el radio de acción de un

ánodo de cinc es de entre 2-4 metros, que se podría reducir debido a la

resistividad de la soldadura.

Algunos ejemplos de de corrosión en soldaduras:


53

Esta foto corresponde a un tanque de doble fondo de lastre y la corrosión

iniciada en la zona de soldadura en la unión de bloques.

Tanque de doble fondo de lastre, varenga descosida.


54

Forro exterior de una embarcación con soldadura gravemente dañada

1.5 Datos generales de la embarcación:

La embarcación sobre la que voy a realizar este proyecto es un pesquero

dedicado a la pesca para cerco y caña.

1.5.1 Disposición general, tipo y servicio del buque:

La embarcación tiene casco de acero NAVAL-A, y se dedica a la pesca de

cerco y caña.

Dispone de medios adecuados para la preparación a bordo de sus capturas.

Una cubierta, proa lanzada y popa recta, cubierta castillo cubierta puente y

techo del puente.

Tanques de doble-fondo que se destinarán para transporte de gasoil.

Bajo la cubierta principal, de proa a popa, se dispone los espacios siguientes:


55

1-Pique de proa para agua y pañol.

2-Camarotes: uno de 4 tripulantes y otro de 5 tripulantes.

3-Otro camarote de 4 tripulantes.

4-Tanques de combustible en doble-fondo.

5-Bodega de pescado.

6-2 Filas de 3 viveros. Total: 6 viveros.

7-1 Fila de 3 viveros. Total: 3 viveros (popa).

8-Bodega de popa.

9-Tanques de combustible popa.

10-Local del servo.

11-Sala de máquinas.

1.5.2 Características principales del buque:

Las características aproximadas del buque son las siguientes:

Dimensiones principales:

-Eslora total: 32,141 m.

-Eslora entre perpendiculares: 27,00 m.

-Manga de trazado: 7,10 m.

-Puntal a la cubierta superior: 3,80 m

-Calado: 3,23 m.

- Coeficiente de Bloque: 0.572

-Coeficiente en la maestra: 0.852

-Coeficiente de la flotación: 0.869

-Coeficiente prismático: 0.671


56

-Arqueo bruto: 160.63 GT.

-Arqueo neto: 48.18 GT.

Maquinaria propulsora y auxiliar:

Motor principal:

Marca: Guascor

Modelo: F480TA2SP15

Potencia: 367,65KW, 500 CV

Rpm: 1500

Combustible: Diesel-oíl

Grupos electrógenos:

-Grupo auxiliar número 1:

Motor diesel de 4 tiempos Cummins, modelo: 6CT8.3-G (M), 120Kw, 1500rpm

-generador grupo auxiliar 1: Maqnamax tur, 134KVA, 220V, 1500 rpm

-Grupo auxiliar número 2:

Motor diesel de 4 tiempos Cummins, modelo: 6CT8.3-G (M), 90Kw,1500 rpm

-generador grupo auxiliar 2: Letag, 100KVA, 220 V, 1500 rpm

Eje y Hélice:

Eje de cola sobre casquillo de metal antifricción de diámetro 175 mm.

Hélice de paso fijo de cinco palas, 945 kg de peso, 2080mm de diámetro y

1460mm de paso.

Maquinaria auxiliar:

Ficha técnica de algunos equipos:

-Reductora: Guascor R 500, relación 1:5


57

-Multiplicadora acoplada al motor que acopla bomba hidráulica doble (maquinilla

y halador)

-Electrobomba hidráulica de reserva: Azcue 30 m³/h, 50 m.c.a.

-2 electrobombas agua salada, baja presión viveros: Azcue 400-C, 0.3 Kg

-2 electrobombas agua salada, alta presión de riego: Azcue 80/33C, 2.5 Kg

-Electrobomba de trasiego de combustible: Azcue CA 32-05, 4 m³/h, 9 m.c.a.

-Purificadora de combustible: alfa Laval 0.37 Kw, 1500r.p.m

-2 electrobomba agua salada, servicios generales (achique, baldeo y contra

incendios): Bomba Azcue, 5.5 Kw, 25 m³/h.

- 1 electrobomba de agua salada de achique de sentinas: bomba marca Azcue,

22 m³/h.

-2 electrobombas hidróforos, una de agua dulce otra de agua salada: Azcue 2

m³/h, 30 m.c.a.

-2 electrobombas refrigeración de servicio de bodegas: Azcue, 1.2 Kg

-2 electro compresores frigoríficos, servicio bodegas y viveros: Dorin 41 VSM,

25/19 bar, 1300 Rpm

-1 electrobomba para el trasiego de aceite sucio: Azcue, 1.3 m³/h

-1 electrobomba servicio agua fría viveros: CP 50-130, 1.2 Kg

-Generador de agua dulce: Marco

-1 electrobomba reserva de aceite motor principal: azcue, 11 Kw, 380-660V, 30

m³/h.

-1 electrocompresor alternativo de aire: marca: ABC, 0.232 m³/min, 30Kg/cm².

CAPACIDADES

- Bodegas de pesca (2): Aprox. 80 m3

- Viveros 9:Aprox. 80 m3

- Combustible (gasoil): Aprox. 46 m3


58

- Agua dulce: Aprox. 15 m3

- Aceite Motores: Aprox 2 m3

- Diario Gas-oil: Aprox. 2 m3

1.6 Cálculos:

El cálculo de instalación de ánodos de sacrificio para el casco del buque y para

las tuberías de agua salada, debe ser diseñada para el intervalo entre dique

seco, para este tipo de embarcación la varada se realiza normalmente 2 veces

al año por el cambio de la modalidad de pesca, pero el cálculo se realizará

para un periodo de un año.

1.6.1 Protección del casco:

Intensidad generada por el casco del buque:

= Intensidad total= x )+( x )

: Superficie mojada del casco que la determinaremos con la siguiente

fórmula:

= (1.8 x x D) + ( x x B)

- la eslora entre perpendiculares

- D es el calado

- el coeficiente de bloque

- B es la manga

= (1.8 x 27x 3.23) + (0.572 x 27 x 7.1);

= 266.63 m²

: Superficie mojada de la hélice, disponemos de una hélice de diámetro

exterior 2080 mm Y 5 palas, la superficie mojada es de 8 m².

: Densidad de corriente del casco, 35 mA/m²


59

: Densidad de corriente de la hélice, 220 mA/m²

: Factor de deterioro de recubrimiento final

;

Es el tiempo para el cual vamos a diseñar la instalación de ánodos de

sacrificio, que en nuestro caso es 1 año.

Vamos a aplicar un factor de deterioro alto, porque el sistema de pintura no lo

vamos a incluir dentro de ninguna de las categorías de las que se ha hablado

en la sección 1.4.4, ya que se trata de un pesquero y la aplicación del

recubrimiento no es tan estricta como pueda ser en otro tipo de buques.

=0,4, es decir que consideramos que la pintura tiene una eficiencia del 60%

a lo largo de ese año para el que se va a diseñar el sistema de protección

catódica.

La intensidad total requerida será:

= (266,63x35x0, 4)+ (8x220)= 5.492,82= 5,492 A

= 5,492 A

Intensidad de corriente en un año:

Cantidad de corriente gastada en un año= x 365 x 24 =48.117,1 Ah

masa del cinc a instalar:

Para el cinc el suministro de corriente es de 820 Ah/Kg (tabla del apartado

1.3.6.2) con una eficiencia del 95%

Masa de Zn (Kg)= . , =58,679Kg

Según la tabla del apartado 1.3.6.2 el rendimiento del ánodo de cinc es del 95%

Y tendremos un factor de utilización de 0.85 según la tabla del apartado 1.4.2


60

Así que la masa real de cinc sería= ,. .

=72,66 Kg

Número total de ánodos a instalar:

Los cines que vamos a utilizar para el casco del buque serán de forma de placa

para soldar y tendrá un peso de, 5,6 Kg (neto)

El número de ánodos será:

á = á

; á =,,

=12,97 ánodos

Nos saldría entonces según cálculos 13, ánodos pero colocaremos 14 ánodos, instalando 7 a cada banda,

Siempre se trabaja con pares de cinc, ya que hay que tener en cuenta siempre

la simetría y el equilibrio dinámico.

Así que aunque en los cálculos salga un número impar de ánodos, se instalará

siempre un número par.

Los ánodos deben distribuirse convenientemente alrededor de la superficie

mojada del casco con un espacio suficiente para evitar la interacción entre ellos

que reduciría la corriente útil.

Su número se aumentará en la zona de Popa debido a la alta densidad de

corriente originada por la hélice, evitando ciertas zonas:


61

Debe de mantenerse una superficie libre de ánodos, en esta superficie que

vemos libre en la figura, hay muchas turbulencias y además de perjudicar la

entrada de agua hacia la hélice también se produciría un desgaste excesivo de

los ánodos, esta área depende del diámetro de la hélice, los valores de la figura

se dan como referencia ya que dependen de la forma del casco y de la

velocidad.

Después de instalados lo ánodos se realizarán mediciones para verificar que

todo el casco del barco se encuentra dentro del potencial de protección entre -

0,8 V y -0.9 V.


62

1.6.2 Protección de las cajas de mar:

Las cajas de mar suelen ser problemáticas. Especial cuidado debe tenerse

sobre todo en las zonas donde confluyen varias caras ya que suelen presentar

mayores problemas de corrosión por esfuerzo.

Tenemos dos cajas de mar, una a cada banda que tendremos que proteger

contra la corrosión.

Las medidas son de anchura 500 mm, de altura 700 mm y de fondo 500 mm

La superficie mojada es el sumatorio de fondo más cuatro costados.

0,5 0,5 4 0,5 0,7 1,65 ²

El factor de deterioro es el mismo que hemos utilizado para el casco:

=0,6, es un factor alto, debido a que es una zona bastante problemática, ya

que en estas zonas suele encontrarse escaramujos, mejillones, que arrancan la

pintura.

La densidad de corriente en las cajas de mar es de 220 mA/m²

Así que la intensidad de corriente que necesitamos será:

= 1,65x220x0, 6= 217,8 mA= 0,2178 A,

En un año =0,2178X365x24=1.907,9 Ah

Masa del cinc a instalar:

1.907,9820 0,95 0,85

2,88

Vamos a colocar en cada caja de mar un ánodo de 5,6 kilos (peso neto) en una

de las caras.

1.6.3 Protección del timón:

El timón tiene una superficie mojada, de 4,5 m²

Es una zona con mucha turbulencia y por tanto con mucha ganancia de

oxigeno.


63

La densidad de corriente para el timón, =220 mA/m²

El factor de deterioro del recubrimiento será de 0,4

Así que la intensidad que necesitamos será:

= Intensidad total= x ; =4,5x220x0, 4;

396 0,396

Intensidad de corriente en un año:

= x365x24; 3.468,96

Masa de cinc a instalar:

3.468,96820 0,95 0,85

5,23

Colocaremos 2 ánodos de placa para soldar de 5,6 kg cada uno por cada cara del timón, no deben colocarse en la misma cara de la pala, por lo que habíamos

comentado anteriormente sobre simetría y equilibrio dinámico.

1.6.4 Protección de las tuberías: Se hará un cálculo de los cines a instalar en las tuberías que llevan agua

salada, para la refrigeración del motor principal, los motores auxiliares y el

colector de refrigeración de agua de viveros.

Los viveros están recubiertos de fibra, así que no necesitaremos de protección

con ánodos ya que están suficientemente protegidos.

Se utilizará dos tipos de barra de cinc:


64

La primera de diámetro 4 cm, que mecanizaremos con una longitud de 8 cm,

para toda la tubería de diámetro mayor o igual a 6” y la segunda de diámetro

2,5 cm mecanizado a 5 cm para tuberías de diámetros menores (5" y 4").

En estos cálculos los cines se han colocado en función de la longitud de la

tubería a distancias iguales, otra opción es colocarlos cerca de los codos de la

tubería que es una zona donde la corrosión puede afectar más.

El radio eficaz medio es el del ánodo después de haberse consumido un 85%,

que para la barra de diámetro 4 cm será:

= ó á . = ² .

=0,774 cm

La densidad de este ánodo según la tabla del apartado 1.3.6.2 es igual a 7.3

Kg/ dm³, con lo que la masa de este ánodo será:

Densidad = ; 7.3 =. .

: Masa=0,7338Kg,

El radio eficaz y la masa del ánodo de diámetro 2,5 cm, será:

= ó á . = , ² .

=0,484 cm

Densidad = ; 7.3 =. .

: Masa=0,179Kg,

1.6.4.1 Colector principal:

El diámetro de esta tubería es de 10”, 25.4 cm; 0.254 m


65

La longitud es de 2,7 m

Área a proteger= Diámetro x Longitud x π

Área a proteger del colector principal:

=0.254 m x 2,7 m x π= 2,154 m²

Intensidad total para este colector:

= x x

: Densidad de corriente en la tubería, según la tabla del apartado de la

sección 1.3.4 es de 100 mA/m².

: Factor de deterioro del revestimiento, tomaremos un valor de 0,6, todas las

tuberías están galvanizadas.

= 2,154 x 100 x0,6= 129,24mA; =0,129 A

Masa real del cinc= , . ,

= 1,709 Kg

á =,,

=2,3289

Colocaremos 3 ánodos colocados a lo largo de la tubería de la siguiente manera:

Distancia de colocación= = =675 mm

1.6.4.2 Tubería de agua salada del motor principal:

El diámetro de la tubería es de 6”, 15,24 cm, 0.1524 m

La longitud es de 3m

El área a proteger de esta tubería será:

= 0.1524 m x 3m x π= 1,43 m²

= x = 1,43 x100x0,6=85,8 mA=0,0858 A

Masa real del cinc= . . ,

= 1,135 Kg


66

á =,,

=1,546, por lo que colocaremos 2 ánodos situados a

1000

1.6.4.3 Tubería de agua salada grupo electrógeno máquina:

Esta tubería consta de dos tramos:

El primer tramo de un diámetro de 6”, 0,1524m y un longitud 2.7 m

El segundo tramo de un diámetro de 4”, 0,1016 m y una longitud 2.3 m

Tramo 1:

El área a proteger del primer tramo es:

= 0.1524 x 2.7 x π= 1.292 m²

= x = 1.292 x100x0,6=77,52 mA=0.0775 A


= 1,025 Kg

á =,,

=1,396, por lo que colocaremos 2 ánodos situados a una distancia

de 900

Tramo 2

El área a proteger del segundo tramo es:

= 0.1016 x 2.3 x π= 0.734 m²

= x = 0.734 x100x0,6=44,04 mA=0.044 A


= 0,582 Kg

á =,,

=3,25, por lo que colocaremos 4 ánodos, que colocaremos a una

distancia de . =460 mm


67

1.6.4.4 Tubería de agua salada grupo generador cubierta principal:

Como en el caso anterior tenemos dos tramos diferentes:

El primer tramo de un diámetro de 6 “, 0,1524 m y una longitud de 6.2 m

El segundo tramo con un diámetro de 4”, 0,1016 m y una longitud de 1.5 m

Tramo 1:

El área a proteger del primer tramo es:

= 0.1524 x 6,2 x π= 2,968 m²

= x = 2,968 x100x0,6=178,08 mA=0.178 A


= 2,35 Kg

á =,,

=3,2, por lo que colocaremos 4 ánodos situados a la siguiente

distancia:

Distancia de colocación= =1.240 mm

Tramo 2:

El área a proteger del segundo tramo es:

= 0.1016 x 1.5 x π= 0.478 m²

= x = 0.478 x100x0,6=28,68 mA=0.02868 A


= 0,38Kg

á =,,

=2,122, por lo que colocaremos 3 ánodos, que se situarán a una

distancia igual a =375 mm


68

1.6.4.5 Refrigeración viveros y circuito de riego:

Tenemos varios tramos con diferentes diámetros:

Colector refrigeración viveros:

Tramo 1: diámetro 12”, 0,304 m y una longitud de 2,28 m

El área a proteger es 0,304 2,28

2,177 ²

= x =2,177x100x0,6=130,62 mA= 0,13 A

Masa real del cinc a instalar ,, ,

1,728

á =,,

=2,35, colocaremos por tanto 3 ánodos colocados a una distancia

de =570 mm.

Tramo 2: Diámetro 18”, 0,457 y una longitud de 2 m

El área a proteger es 0,457 2

2,87 ²

= x =2,87x100x0,6=172,2 mA= 0,172 A


2,278

á =,,


de =400 mm.

Tramo 3: Diámetro de 12” 0,304 m y longitud 1,404 m


1,34 ²

= x =1,34x100x0,6=80,45 mA= 0,0804 A


69


1,06

á =,,


de =468 mm.



4,027 ²

= x =4,027x100x0,6=241,62 mA= 0,241 A


3,188

á =,,


de =526,33 mm.

Tramos 5 y 6: Salida de las 2 bombas: cada salida tiene un diámetro de 0,355

m y longitud de 0,392:


0,437 ²

= x =0,437x100x0,6=26,22 mA= 0,0262 A


0,346 , por

á =,,

=0,47, colocaremos por tanto 2 ánodos 1 en cada salida en la

mitad del tramo de tubería.

Refrigeración viveros:




70

0,897 ²

= x =0,897x100x0,6=53,82 mA= 0,0538 A


0,712

á =,,

=0,97, colocaremos por tanto 1 ánodo en la mitad del tramo de

esta tubería.

Tramos 8y 9: Tubería de 5”, 0,127 m y longitud 1,88 m


0,75 ²

= x x =0,75x100x0,6=45 mA= 0,045 A


0,595

á =,,

= 3,32, colocaremos por tanto 8 ánodos, 4 para cada tramo, que

se colocarán de la siguiente manera 376

Tramo 10: Diámetro de tubería 6”, 0,152m y una longitud de 1,702m


0,812 ²

= x =0,812x100x0,6=48,72 mA= 0,0487 A

Masa real del cinc a instala

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