Plantilla Control de la Corrosin Tema: Prevencin y proteccin contra la corrosin. Objetivos Formativos: Al finalizar la actividad los alumnos sern capaces de relacionar como el sistema de diseo influye sobre el control de la corrosin. Exponer algunas de las caractersticas importantes de metales y aleaciones resistentes a corrosin. Definir y caracterizar la proteccin catdica. Tamao del grupo: 3 Materiales: Tres documentos que describen la influencia del diseo, los tipos de metales, aleaciones y la proteccin catdica. Tarea del grupo: Aprender el contenido del material asignado. Generar y consensuar las respuestas a las preguntas propuestas de no ms de 10 lneas. El mtodo ser utilizando agrupacin de puzzle. Preguntas:

1. Qu diferencia hay entre la proteccin andica y catdica? 2. Es la proteccin por nodos de sacrificios un sistema de proteccin andico? 3. Qu tipo de nodos de sacrificio utilizaras para proteccin del tanque de agua potable de un barco.

Explica el porqu. 4. Seala en general 5 formas distintas (de diferente categora) de prevenir la corrosin 5. Qu son los inhibidores de la corrosin?Tipos? 6. Tiene influencia en la corrosin el tipo de metal o aleacin?

7. Basndote en las siguientes ecuaciones de oxidacin de metales. Describe qumicamente como evitaras el progreso del proceso oxidativo-corrosivo.

8. Para el traslado de un equipo electrnico voluminoso importante para el desarrollo de una campaa

oceanogrfica hay que hacer en la cubierta del barco oceanogrfico (es el nico sitio disponible) desde el puerto de Las Palmas a Liverpool. El trayecto durar dos meses. Qu medidas de embalaje tomara para este equipo para evitar la corrosin durante el trayecto?.

9. Cmo crees que influye el diseo en la corrosin? En la siguiente figura determina si el diseo influye en la corrosin y seala las posibles zonas de corrosin si fuese necesario.

10. Qu es un proceso de anodizacin?

Criterios de xito: Cualquier miembro del grupo responder a cualquiera de las preguntas generada por su grupo y el resto de los grupos. Las preguntas se entregarn como tarea en el espacio que se habilitar en el campusvirtual.

Extraido de: MS ALL DE LA HERRUMBRE, Autores: JAVIER VILA / JOAN GENESC

El control de la corrosin debe realizarse, siempre que sea posible, desde la etapa misma del

diseo del componente o de la planta. Evitar dentro de las limitaciones del propio diseo la

formacin de huecos o cavidades en los cuales pueda quedar atrapada el agua, eliminar el

contacto directo de metales dismiles (pares galvnicos), as como proporcionar un acceso fcil

para un posterior y planificado mantenimiento por pintura durante el servicio, por ejemplo,

constituyen alguna de las normas de buena prctica que ayudarn a un mejor control de la

corrosin.

Tipos de materiales disponibles

Ya que la corrosin es un proceso electroqumico, un camino evidente para evitarla es el

empleo de materiales qumicamente resistentes. Plsticos, cermicas, vidrios, gomas, asbesto y

cemento entran dentro de esta categora. El problema es que en muchos casos no tienen o no

renen aquellas otras propiedades diferentes a la resistencia a la corrosin como para satisfacer los requerimientos de servicio.

Los metales difieren mucho en cuanto a su resistencia a la corrosin. Por ejemplo, los metales

nobles como el platino y el oro son inherentemente resistentes a muchos medios agresivos; el

cromo y el titanio tienen una buena resistencia a la corrosin; el acero, el cinc y el magnesio se

corroen fcilmente. La resistencia a la corrosin "intrnseca" de un metal depende de muchos

factores, incluyendo su posicin en la serie galvnica, as como la adherencia y compacidad de

la pelcula formada en su superficie en contacto con el aire o el medio de servicio. Con una

pelcula de xido protectora, el material se comporta como un metal noble, en el supuesto de

que exista suficiente oxgeno en el medio como para reparar los defectos en la pelcula, a

medida que se formen.

El objetivo en ltimo trmino, consiste en seleccionar el material ms econmico compatible

con las demandas y especificaciones de la aplicacin en particular.

Aparte de la resistencia a la corrosin, la seleccin obvia para muchas aplicaciones es un acero

al carbono. El acero tiene una resistencia "intrnseca" a la corrosin pequea, pero alendolo se

tiene el medio de combinar lo econmico del acero con la intrnsicamente alta resistencia a la

corrosin de metales relativamente costosos, como el cromo.

Figura 30. Efecto de pequeas adiciones de aleantes en la resistencia del acero a la

corrosin atmosfrica. El acero Cor-ten (acero patinable) contiene 2-3% de aleantes,

particularmente cobre, cromo, fsforo.

Aadiendo cuanto menos un 0.2% de cobre a un acero al carbono se aumenta

considerablemente su resistencia a la corrosin atmosfrica, transformando la herrumbre en un

producto ms compacto y adherente.

El cromo, aluminio, titanio, silicio, tungsteno y molibdeno forman pelculas de xidos

protectores y sus aleaciones estn similarmente protegidas.

El nquel tambin forma aleaciones con una buena resistencia a la corrosin en medios cidos,

incluso cuando el contenido de oxgeno del medio es bajo.

Veamos algunos de los tipos ms comunes de aleaciones resistentes a la corrosin utilizados en

la prctica.

Aceros inoxidables

Existen tres tipos principales. Los aceros inoxidables martenstico y ferrtico contienen entre un

11 y un 18% de cromo. El acero inoxidable austentico contiene aproximadamente entre un 16

a 27% de cromo y de un 8 a 22% de nquel. La resistencia ms elevada a la corrosin se logra

con el acero inoxidable austentico.

Los aceros inoxidables mejoran sus caractersticas de resistencia a la corrosin en medios

oxidantes o de buena aireacin, que aseguran el mantenimiento de su pelcula protectora

superficial, pero estn sujetos a corrosin por picaduras, por hendiduras y corrosin bajo

tensin en ciertos medios especficos, y son resistentes a la corrosin atmosfrica, cido ntrico,

algunas concentraciones de cido sulfrico y muchos cidos orgnicos.

Aleaciones de cobre

El cobre es resistente en agua de mar, agua corriente fra o caliente, cidos deareados y no-

oxidantes y al ataque atmosfrico.

Ciertos elementos aleantes mejoran sus propiedades fsicas y mecnicas y tambin su

resistencia a la corrosin. De aqu la utilizacin de los bronces de aluminio y de las aleaciones

cobre-nquel para los tubos de los condensadores. Los bronces de aluminio tambin se emplean

para la construccin de los cuerpos de las bombas y de las hlices de los barcos.

Aleaciones de aluminio

El aluminio ofrece una buena resistencia a la corrosin atmosfrica y a muchos otros medios

agresivos, como por ejemplo: cido actico, cido ntrico cidos grasos, atmsferas sulfurosas,

etc. Se fabrican aleaciones de aluminio con pequeas adiciones de otros metales,

principalmente con el objeto de mejorar sus propiedades mecnicas y fsicas las aleaciones

aluminio magnesio y aluminio manganeso son las que presentan una mayor resistencia a la corrosin, seguidas por las aleaciones de aluminiomagnesiosilicio y aluminiosilicio. En cambio las aleaciones de aluminio que contienen cobre son las que presentan menor

resistencia a la corrosin.

Aleaciones de nquel

El nquel es resistente a los lcalis en fro y caliente, cidos orgnicos y cidos inorgnicos no

oxidantes diluidos, as como a la atmsfera. La adicin de cobre mejora su resistencia a la

corrosin en los medios reductores y en el agua de mar.

El cromo aumenta su resistencia a la corrosin en los medios oxidantes. La presencia de

molibdeno como aleante tambin aumenta la resistencia en condiciones reductoras. La adicin

de cobre y molibdeno mejora la resistencia a la corrosin tanto en medios reductores como

oxidantes.

Aleaciones de titanio

El titanio y sus aleaciones tienen una gran resistencia a la corrosin en agua de mar y en

atmsferas industriales, de tal manera que no necesitan proteccin. Tambin se pueden utilizar

con buenas garantas en las plantas qumicas.

M S A L L D E L A H E R R U M B R E

Autores: JAVIER VILA / JOAN GENESC

LOS INHIBIDORES DE LA CORROSIN

Los inhibidores son sustancias qumicas que protegen al metal contra el ataque electroqumico

de soluciones agresivas. Son usados ampliamente por la industria para modificar el

comportamiento de las aguas, a efectos de un mejor control de la corrosin.

El principio del funcionamiento de los inhibidores es formar en la superficie misma de los

electrodos de la pila causante de la corrosin, sea un compuesto insoluble, sea la fijacin de

una determinada materia orgnica, con el objeto de polarizar la pila de corrosin.

El comportamiento de los inhibidores puede ser muchas veces peligroso, ya que en funcin de

la concentracin o de las circunstancias, pueden jugar tanto el papel de inhibidores como de

estimuladores de la corrosin.

Los hay de dos tipos, aunque a veces se utiliza una combinacin de ambos: inhibidores andicos hidrxido sdico, carbonato, silicato y barato de sodio, ciertos fosfatos, cromato sdico, nitrito y benzoato de sodio, etc; inhibidores catdicos sulfato de cinc, sulfato de magnesio, bicarbonato de calcio, etc.

La disolucin del acero en aguas de pH neutro tiene lugar en nodos asociados con defectos en

la capa superficial del xido formado sobre el acero. En cambio, la reaccin catdica puede

ocurrir en cualquier lugar de la superficie. La combinacin de nodos muy pequeos y una gran

superficie catdica, conduce a la llamada corrosin localizada (picaduras). Los inhibidores

andicos actan formando un compuesto insoluble (xido frrico), el cual precipita en los

lugares andicos, evitando la reaccin andica y por tanto, inhibiendo todava ms la corrosin.

Los inhibidores catdicos, en cambio, actan sobre toda la superficie y son menos eficaces.

Reducen la corrosin mediante la formacin de una capa o pelcula de alta resistencia elctrica

sobre la superficie, la cual funciona como una barrera para la corriente de corrosin.

Uno de los principales problemas de los inhibidores andicos es que tienen que estar presentes

en una concentracin suficiente, con el objeto de asegurar que cualquier posible defecto en la

pelcula de xido ser cubierto, ya que, de lo contrario puede ocurrir una corrosin por

picaduras (localizada) muy intensa. Este riesgo se puede minimizar utilizando los llamados

sistemas de inhibidores de efecto sinergtico, los cuales, bsicamente, son mezclas de

inhibidores andicos y catdicos. El constituyente catdico disminuye la velocidad de

corrosin y as permite al constituyente andico "sellar" la capa de xido con una

concentracin mucho menor que si estuviera actuando solo. Actualmente, los sistemas de

inhibidores que se estn empleando para el control de la corrosin de aguas son de este tipo,

por ejemplo, el sistema cromato/polifosfato de cinc. En los medios cidos, los cuales disuelven

la pelcula superficial protectora de xido formada sobre el acero, los inhibidores anteriores,

obviamente, no tienen efecto. En este caso se emplean los llamados inhibidores de adsorcin

especfica molculas orgnicas que aislan el metal del medio cido, protegiendo la superficie por adsorcin. Algunos inhibidores de adsorcin actan predominantemente sobre la

reaccin andica, mientras otros lo hacen sobre la catdica.

Hay que tener muy presente cuando se emplean estos inhibidores que los procesos de

adsorcin, muy a menudo son muy especficos y estn afectados por muchos factores, como la

temperatura, la velocidad de flujo del medio y las impurezas presentes en la superficie

metlica. Todos estos factores deben ser evaluados cuidadosamente, antes de recomendar el

uso de un inhibidor de adsorcin.

El empleo de los inhibidores de la corrosin, entra dentro del control de sta por modificacin

del medio ambiente. Los ambientes ms comunes asociados con la corrosin son de tres tipos:

aguas, la atmsfera y los suelos.

En el caso del agua hay que tener en cuenta todos los aspectos de la composicin de sta.

Todas las aguas que estn en contacto con metales, tanto en los procesos industriales como de

otra naturaleza, provienen sea del agua de mar, sea del agua de lluvia. Por tanto, puede haber

una gran variacin en su composicin qumica.

El principal mtodo de tratamiento de aguas para control de la corrosin es la eliminacin del

oxgeno disuelto, junto con la adicin de inhibidores. La presencia de oxgeno disuelto en el

agua acelera la reaccin catdica y, consecuentemente, la velocidad de corrosin aumenta en

proporcin a la cantidad de oxgeno disponible en el ctodo.

La eliminacin tanto del oxgeno disuelto como del anhdrido carbnico (CO2) de las aguas,

antes de su uso, constituye un camino importante para el control de la corrosin no slo del

hierro y acero, sino tambin del cobre, bronce, cinc y plomo. El oxgeno puede ser eliminado

por medios fsicos de-aireacin o qumicos-de activacin.

La desaireacin se puede llevar a cabo subiendo la temperatura, bajando la presin o purgando

el agua por paso de un gas inerte.

La desactivacin qumica se realiza por tratamiento del agua con hidrazina o sulfito sdico.

Por lo que se refiere a la atmsfera hay que tener en cuenta que la corrosin depende

fundamentalmente de dos factores: la presencia de contaminantes (partculas slidas en

suspensin, impurezas gaseosas como el anhdrido sulfuroso, SO2) y el contenido de humedad

del aire.

La humedad relativa es muy importante al considerar los problemas relacionados con la

corrosin atmosfrica. El hierro libre de xido no desarrolla la herrumbre en aquellas

atmsferas cuya humedad relativa es del 70% o menor. En general, para cualquier metal que se

pueda corroer en la atmsfera, hay un valor crtico de la humedad relativa, por debajo del cual

no se corroe. Este valor crtico de la humedad est determinado grandemente por la naturaleza

higroscpica de algn contaminante slido que pueda estar presente y por la del producto o

productos de corrosin formados. De aqu la gran influencia ejercida por los contaminantes

atmosfricos.

Los mtodos de control ms efectivos para minimizar la corrosin atmosfrica tendran que ver

con la modificacin de la atmsfera, eliminando los contaminantes, particularmente el SO2.

Esto no puede realizarse en el exterior y debe recurrirse a la proteccin de las estructuras y

equipos sometidos a la intemperie, por alguno de los mtodos citados anteriormente (pinturas,

recubrimientos metlicos, etc.).

La corrosin en los suelos se parece en muchos aspectos a la corrosin por las aguas. En ambos

casos, el electrolito contiene sustancias disueltas que alteran su comportamiento. La corrosin

de un suelo puede cambiar de un rea a otra por simple cambio de composicin. Los

principales factores que determinan cundo un suelo es susceptible de ser agresivo con respecto

a una estructura metlica enterrada son: la humedad, el acceso de oxgeno (aireacin),

conductividad elctrica (la cual est influenciada por la presencia de sales disueltas) y el pH del

suelo. No hay que olvidar que muchos problemas de corrosin de metales enterrados provienen

de las llamadas corrientes elctricas parsitas o vagabundas, producidas por ejemplo por los

trenes elctricos.

Como ya se ha indicado, el mtodo ms utilizado para prevenir la corrosin de metales o

estructuras enterradas es la proteccin catdica, junto con un adecuado revestimiento (tela

asfltica por ejemplo).

Inhibidores de corrosin fase vapor

Los inhibidores de corrosin fase vapor, tambin llamados inhibidores de corrosin voltiles,

son sustancias qumicas que tienen la capacidad de formar barreras inicas en la superficie de

los materiales con la finalidad de evitar la corrosin y, por ende, eliminar o reducir sus efectos.

Se trata de sustancias qumicas vaporizantes que evitan las reacciones de los agentes corrosivos

y la humedad en las superficies en las que son aplicadas. En trminos generales, los inhibidores

de corrosin fase vapor se encargan de formar una pelcula protectora en la superficie de los

materiales para evitar que los agentes corrosivos entren en contacto y se inicie el proceso de

corrosin.

Cmo funcionan los inhibidores de corrosin fase vapor?

Por lo general, los inhibidores de corrosin fase vapor suelen trabajar de la siguiente manera:

- Formacin de vapores protectores.

- Los vapores protectores consiguen el acondicionamiento del ambiente que rodea al material

que se quiere proteger.

- Dichos vapores se disuelven y condensan dentro de la humedad que se adhiere a las

superficies.

- Los iones protectores que se encuentran dentro del agua son desplazados.

- Los iones desplazados permiten la formacin de la pelcula protectora e inhibidora de

corrosin.

Aplicaciones de los inhibidores de corrosin fase vapor

Las principales aplicaciones de los inhibidores de corrosin fase vapor incluyen:

- Produccin de equipos electrnicos y elctricos

- Produccin de interiores de equipos para almacenaje

- Produccin de estructuras de hormign, entre otras

Control de la corrosin

Luego de haber analizado la corrosin y sus formas, es momento de ver qu conocimientos se tienen hoy

en da para prevenirla.

Antes de ver un anlisis un tanto ms profundo a las formas de proteger sobre la corrosin, hablaremos un

poco sobre la Proteccin Catdica y la Proteccin Andica.

La PROTECCIN CATDICA ocurre cuando un metal es forzado a ser el ctodo de la celda corrosiva

adhirindole (acoplndolo o recubrindolo) de un metal que se corroa ms fcilmente que l, de forma tal

que esa capa recubridora de metal se corroa antes que el metal que est siendo protegido y as se evite la

reaccin corrosiva. Una forma conocida de Proteccin Catdica es la GALVANIZACIN, que consiste en

cubrir un metal con Zinc para que ste se corroa primero. Lo que se hace es convertir al Zinc en un

NODO DE SACRIFICIO, porque l ha de corroerse antes que la pieza metlica protegida.

Por otro lado, la PROTECCIN ANDICA es un mtodo similar que consiste en recubrir el metal con una

fina capa de xido para que no se corroa. Existen metales como el Aluminio que al contacto con el aire son

capaces de generar espontneamente esta capa de xido y por lo tanto, se hacen resistentes a la

corrosin. An as, la capa de xido que recubre al metal no puede ser cualquiera. Tiene que ser adherente

y muy firme, ya que de lo contrario no servira para nada. Por ejemplo, el xido de hierro no es capaz de

proteger al hierro, porque no se adquiere a l en la forma requerida.

Seleccin de materiales

La seleccin de los materiales que vayamos a usar ser factor decisivo en el control de la corrosin a

continuacin se enunciaran algunas reglas generales para la seleccin de materiales:

Para condiciones no oxidantes o reductoras tales como cidos y soluciones acuosas libres de aire,

se utilizan frecuentemente aleaciones de Ni y Cr.

Para condiciones oxidantes se usan aleaciones que contengan Cr.

Para condiciones altamente oxidantes se aconseja la utilizacin de Ti y

Los elementos cermicos poseen buena resistencia a la corrosin y a las altas temperaturas pero

son quebradizos, su utilizacin se restringe a procesos que no incluyan riesgos.

Recubrimientos

Recubrimientos metlicos

Los recubrimientos se aplican mediante capas finas que separen el ambiente corrosivo del metal, es decir

que puedan servir como nodos sacrificables que puedan ser corrodos en lugar del metal subyacente. Los

galvanizados son un buen ejemplo de este caso. Un recubrimiento continuo de zinc y estao asla el acero

respecto al electrolito. A veces se presentan fallas con estos metales, cuando el riesgo de corrosin es muy

elevado se recomienda hacer un recubrimiento con Alclad.

El Alclad es un producto forjado, compuesto formado por un ncleo de una aleacin de aluminio y que tiene

en una o dos superficies un recubrimiento de aluminio o aleacin de aluminio que es andico al ncleo y

por lo tanto protege electroqumicamente al ncleo contra la corrosin.

Recubrimientos inorgnicos

En algunos casos es necesario hacer recubrimientos con material inorgnico, los mas usados son el vidrio y

los cermicos, estos recubrimientos proporcionan acabados tersos y duraderos. Aunque si se expone un

pequeo lugar andico se experimenta una corrosin rpida pero fcil de localizar.

Recubrimientos orgnicos

El uso de pinturas, lacas, barnices y muchos materiales orgnicos polimricos han dado muy buen

resultado como proteccin contra la corrosin. Estos materiales proveen barreras finas tenaces y duraderas

para proteger el sustrato metlico de medios corrosivos. El uso de capas orgnicas protege mas el metal

de la corrosin que muchos otros mtodos. Aunque debe escogerse muy bien, ya que hay procesos que

incluyen tratamientos con alcoholes que en algn momento pueden disolver los materiales orgnicos.

Diseo

Este quiz el mtodo ms efectivo para el control de la corrosin, ya que si hacemos un buen diseo y una

buena planeacin podemos evitar dicho fenmeno, a continuacin se enumeraran algunas reglas generales

que se deben seguir:

Se debe tener en cuenta la accin penetrante de la corrosin junto con los requerimientos de la

fuerza mecnica cuando se considere el espesor del metal utilizado. Esto se utiliza para tuberas y

tanques que contengan lquidos.

Son preferibles los recipientes soldados que los remachados para reducir la corrosin por grieta

Se deben usar preferiblemente metales galvnicamente similares para prevenir para prevenir la

corrosin galvnica. Si se atornillan metales no similares galvnicamente se deben usar arandelas

no metlicas para eliminar contactos elctricos entre los materiales.

Es preciso evitar tensin excesiva y concentraciones de tensin en entornos corrosivos, para

prevenir la ruptura por corrosin por esfuerzos, especialmente en aceros inoxidables, latones y

otros materiales susceptibles a este tipo de corrosin.

Se deben evitar recodos agudos en sistemas de tuberas por donde circulan fluidos. En estas reas

donde cambia la direccin del fluido bruscamente se potencia la corrosin por erosin.

Se deben disear los tanques y recipientes de una manera que sean fciles de limpiar y desaguar,

ya que el estancamiento de sustancias corrosivas provoca la aparicin de celdas por concentracin.

Se debe hacer un diseo eficiente de aquellas piezas que se espera queden inservibles en poco

tiempo, para que sean fciles de reemplazar.

Es importante tambin disear sistemas de calefaccin que no den lugar a zonas puntuales

calientes, los cambios de calor ocasionan corrosin.

Alteracin por el entorno

Las condiciones ambientales son muy importantes para el control de corrosin, algunos mtodos usados

son:

Bajando la temperatura se consigue disminuir la velocidad de reaccin, por ende se disminuye el

riego de corrosin.

Disminuyendo la velocidad de un fluido corrosivo se reduce la corrosin por erosin. Sin embargo,

para metales y aleaciones que se pasivan, es ms importante evitar las disoluciones estancadas.

Eliminar el oxigeno de las soluciones acuosas reduce la corrosin especialmente en las calderas de

agua.

La reduccin de la concentracin de iones corrosivos en una solucin que esta corroyendo un metal

puede hacer que disminuya la velocidad de corrosin, se utiliza principalmente en aceros

inoxidables.

La adicin de inhibidores que son principalmente catalizadores de retardo disminuye las

probabilidades de corrosin. Los inhibidores son de varios tipos: los inhibidores de absorcin que

forman una pelcula protectora, los inhibidores barrenderos que eliminan oxigeno. En general, los

inhibidores son agentes qumicos, aadidos a la solucin de electrolito, emigran preferentemente

hacia la superficie del nodo o del ctodo y producen una polarizacin por concentracin o por

resistencia.

Recubrimientos para mejorar la resistencia a la corrosin

Una de las caractersticas ms positivas de los materiales cermicos es su elevada resistencia a la

oxidacin y a la corrosin, frente a los diferentes agentes qumicos. En efecto, los materiales cermicos

estn compuestos por xidos metlicos fundamentalmente, por lo que resulta prcticamente imposible una

oxidacin ulterior; es decir, las cermicas son productos ya quemados y corrodos y, en consecuencia, no

pueden someterse a otra degradacin de este tipo (oxidaciones, combustiones y corrosiones)

constituyendo unos excelentes materiales inoxidables y refractarios.

A continuacin se describe un nuevo proceso de recubrimiento cermico, de deposicin por chispa andica.

Dicho proceso, de gran versatilidad, es un mtodo de baja energa para la aplicacin de una amplia

variedad de recubrimientos de nuevas cermicas sobre substratos metlicos, a temperaturas

sensiblemente inferiores a las convencionales.

La denominada deposicin por produccin de chispas andicas, se realizan mediante clula electroqumica,

por rotura dielctrica de una capa de barrera andica.

Consiste pues en un proceso de recubrimiento que tiene lugar en el electrodo positivo de una clula

electroltica, y por medio de una reaccin que implica la produccin de chispas (rotura dielctrica).

Las capas de recubrimiento depositadas son generalmente porosas y fuertemente adherentes y,

dependiendo del sistema, aqullas pueden alcanzar espesores de hasta 0,3 mm. Aunque las capas

pudieran resultar porosas, la interfase entre el recubrimiento y el material substrato es generalmente

continua, resultando por lo tanto, qumicamente adherente.

Este proceso se aplica a todo tipo de formas incluso las complejas, posicionando el ctodo

convenientemente pueden recubrirse las superficies internas de los tubos.

Bajo el punto de vista del rendimiento, el proceso en cuestin es competitivo con respecto a otros

mtodos, a causa de la elevada concentracin de la energa en la chispa.

Por el presente mtodo, se pueden emplear soluciones electrolticas a temperaturas ambiente, para

obtener los mismos compuestos cermicos, como recubrimientos, que los productos ordinariamente a

elevadas temperaturas.

Los recubrimientos ms utilizados en este proceso son: alfa alminas, aluminatos, slice, silicatos, fosfatos,

cromatos, xidos de Mo y de W, titanatos, niobiatos y sulfuros. Algunos de estos, constituyendo mezclas o

compuestos, forman el nodo metlico y el bao. Incluso pueden incorporarse al recubrimiento,

ocasionalmente, aniones presentes en el bao.

Las aplicaciones potenciales de tales recubrimientos cermicos son:

Recubrimientos cermicos, resistentes a la corrosin, para metales reactivos.

Ejemplos: metales utilizados en calentadores, intercambiadores de calor, y reactores de procesos

qumicos.

Catalizadores y soportes de estos. Nuevas formulas de catalizadores.

Pelculas finas, activas catalticamente, sobre tubos

Pantallas aislantes del calor para sistemas avanzados de energa, como turbinas y dispositivos

adiabticos

Superficies endurecidas de metales, utilizando electrolitos no acuosos para depositar siliciuros,

nitruros, carburos, etc.

Recubrimientos aislantes elctricamente, con alta resistencia dielctrica.

Superficies con lubricantes slidos, aplicadas por una variante del proceso.

Ejemplos: MoS2 y WS2. La mayora de los investigadores estn concentrando sus esfuerzos en la

comprensin y perfeccionamiento del proceso, buscando nuevas aplicaciones y consolidando las obtenidas.

Ms all de la herrumbre

II. La lucha contra la corrosin

Javier vila / Joan Genesc

P R O T E C C I N C A T D I C A P O R C O R R I E N T E I M P R E S A

EL SISTEMA de proteccin catdica con corriente impresa se llev a cabo aproximadamente cien aos despus que el de nodos galvnicos. En este sistema de proteccin catdica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la proteccin de una estructura, como se indic en la figura 12.

Este procedimiento consiste en unir elctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo negativo de una fuente de alimentacin 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, aleacin de ferrosilicio, grafito, titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la existencia del electrolito (medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice el proceso electroltico.

Este sistema de proteccin catdica tiene la caracterstica de que utiliza como nodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metlicos que en mayor o menor grado se consumen con el paso de la corriente. Sin embargo, el intercambio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a travs de reacciones electroqumicas, las cuales dependen tanto del material andico, como del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que ste suministra.

Por ejemplo, en el caso de un nodo de chatarra de hierro o de acero al carbono, la reaccin electrdica es la de disolucin del hierro:

y por tanto, el nodo se consume con el tiempo. Para aquellos nodos que se pueden considerar insolubles o inertes, por ejemplo el de titanio platinado, la reaccin electroqumica puede ser:

segn el ambiente y la densidad de corriente suministrada por el nodo.

En el suelo y en las aguas naturales tiene lugar la reaccin (2), mientras que en el agua de mar tiene lugar principalmente la reaccin (3). Los componentes de un sistema de proteccin catdica con corriente impresa son:

a) un nodo dispersor, b) una fuente de corriente continua y c) el cable portador de la corriente. En la figura 19 se presenta un esquema de la proteccin de una tubera enterrada en el suelo.

Fe Fe2+ + 2e- (1)

4 OH- O2 + 2 H2O + 4 e- (2) 2C1- C1 2 +2e-, (3)

Figura 19. Esquema de protecin catdica con corrriente impresa de una tubera enterrada.

FUENTES DE CORRIENTE

El sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua, no importa de dnde provenga, a condicin de que se mantenga pese al paso del tiempo. Un sistema de corriente impresa debe de poder funcionar de forma permanente al menos durante diez aos.

Rectificadores

Los aparatos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido se conocen con el nombre de rectificadores.

Estos aparatos se alimentan con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monofsico (Figura 20), estar constituido por un transformador monofsico T, alimentado en el primario a 110 o 220 V (tensin de la red de distribucin). La tensin de salida puede ajustarse segn las necesidades. Un puente monofsico reductor P, compuesto por 4 diodos o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente monofsica. El selenio es ms barato, pero tambin es ms frgil que el silicio.

Figura 20. Esquema de un transforrectificador monofsico.

Un voltmetro permite controlar la tensin de salida y un ampermetro la intensidad total.

La tensin de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o por medio de un "variac", el cual permite una regulacin continua desde el 0 al valor mximo.

Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es ms econmico utilizar rectificadores alimentados con corriente trifsica de 380 V.

Dinamo con motor trmico

Permite la proteccin catdica en donde no existe posibilidad de suministrar energa elctrica, como en el caso de los desiertos o zonas selvticas. El motor trmico puede estar alimentado, ya sea directamente a partir de la conduccin que se desea proteger, ya sea por un depsito que se llena peridicamente.

NODOS AUXILIARES

Todos estos nodos van consumindose a mayor o menor velocidad con el paso de la corriente. As, por ejemplo, la chatarra de hierro se consume muy rpidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. A continuacin se describen brevemente cada uno de estos electrodos.

Chatarra de hierro

Por ser lo ms econmico, la chatarra de hierro es utilizada con frecuencia como nodo auxiliar. Dentro de los perfiles es el carril viejo el ms utilizado y, dentro de las fundiciones, la tubera.

Puede ser aconsejable la utilizacin de este tipo de nodos en terrenos de resistividad elevada, y es recomendable tambin que se le rodee de un relleno artificial constituido por carbn de coque (con un dimetro medio de partcula de 10 mm).

El consumo medio de los lechos constituidos por perfiles de acero viene a ser de 5 kg/A-ao y de 8-10 kg/A-ao para la tubera de fundicin.

Ferrosilicio

El nodo de ferrosilicio es recomendable en terrenos de media y baja resistividad. Se coloca hincado o tumbado, en el suelo, y normalmente rodeado de un relleno de carbn de coque.

A intensidades bajas de corrientes (1 A), su vida es prcticamente ilimitada, y su capacidad mxima de salida de corriente es de unos 12 a 15 A por nodo. Su consumo oscila, a intensidades de corriente altas, entre 0.1 0.3 kg/A-ao.

Sus dimensiones ms normales corresponden a 1 500 mm de longitud, 75 mm de dimetro, y su peso aproximado es de 60 kg.

El ferrosilicio es muy frgil en virtud de su estructura cristalina, por lo que se ha de tener un extremo cuidado en su embalaje y transporte.

Grafito

El grafito puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media, con un relleno de grafito o de carbn de coque.

Este nodo es frgil, por lo que su transporte y embalaje debe ser cuidadoso. Sus dimensiones varan: su longitud oscila entre 1 000 y 2 000 mm y su dimetro entre 60 y 100 mm. Son ms ligeros de peso que los de ferrosilicio.

La salida mxima de corriente que tienen estos nodos es de 3 a 4 A por nodo y su desgaste vara entre 0.5 y 1 kg/A-ao.

Titanio platinado

El de titanio platinado es un nodo especialmente indicado para instalaciones en agua de mar, aunque tambin es perfectamente utilizable en aguas dulces o incluso en suelos. Su caracterstica ms relevante es que con pequeos voltajes (12 V) se pueden sacar intensidades elevadas de corriente, y adems, su desgaste

es apenas perceptible. En el agua de mar tiene, sin embargo, algunas limitaciones con respecto a la tensin a la que se puede aplicar, la cual nunca puede pasar de 12 V, ya que las tensiones ms elevadas podran ocasionar que se despegara la capa de xido de titanio y que, por tanto, se deteriorara el nodo. En aguas dulces que no tengan cloruros estos nodos pueden actuar a tensiones de 40-50 V. La salida mxima de corriente puede ser de 3 000 A/m2, y su desgaste en las condiciones ms adversas es de 0.01 g/A-ao.

Su forma es diversa: pueden estar hechos en forma de una barra maciza, de tubo, chapa, alambre, etc. El platinado puede ser continuo o a intervalos, segn las necesidades, y los espesores de platino pueden ser de 2.5 y 5 micras. La vida de los nodos con 2.5 micras de espesor de platino se estima en 10 aos aproximadamente y los de 5 micras duran entre 20 y 25 aos.

Su resistencia mecnica es pequea, y por simple abrasin, como en los casos de buques que naveguen por zonas que tengan arena, puede suceder que el platino desaparezca y quede el nodo pasivado instantneamente, y resulte, por tanto, inservible. Es ste un caso extremo, que no suele suceder, pero al menos se tiene que saber que esto puede pasar.

Tntalo platinado

El nodo de tntalo platinado es semejante al anterior, aunque tiene sobre aqul la ventaja de que en agua de mar puede trabajar a tensiones altas (50-60 V); sin embargo, su adquisicin es menos fcil y su precio es ms elevado. Dado que en agua de mar y a voltajes bajos se emplean grandes intensidades de corriente, el uso de este nodo, en general, no se justifica del todo.

Plomo-plata

La aleacin plomo plata est constituida por 1% de plata y una pequea cantidad de antimonio. El perxido de plomo que se forma al actuar andicamente (que tiene el color del cacao) posee unas propiedades mucho ms elevadas en virtud de los elementos de aleacin que se traducen en un mejor funcionamiento y duracin del electrodo.

Se utiliza ms frecuentemente en agua de mar, en donde la corriente mxima de salida no pueda ser superior a 270 A/m2. Se desgasta entre 50 y 200 g/A-ao.

Estos nodos deben presentar una superficie plana, con lo cual se evitan en lo posible las aristas, pues en estas zonas la capa de perxido de plomo se forma mal o no se forma, por lo que en estos puntos se puede presentar una corrosin fuerte.

Titanio-xido de titanio y xido de rutenio

Estos nodos, desarrollados en Estados Unidos en 1968, estn constituidos por una combinacin de xidos de titanio y de rutenio, que se adhieren a un soporte de titanio, mientras se controla el proceso a alta temperatura (700 C) Como resultado se obtiene una estructura cristalina y dura que presenta una superficie extremadamente rugosa, lo que aminora los problemas de resistencia y facilita el proceso electroqumico. Su mxima capacidad de corriente (1100 A/m2) lo coloca a la altura de los nodos de titanio platinado, y su costo es, aproximadamente, 20% menor.

NODOS AUXILIARES: PROPIEDADES

Como se ha visto, los diversos tipos de materiales que se utilizan como nodos para los sistemas de proteccin catdica con corriente impresa se escogen bsicamente en funcin de sus prestaciones necesarias y del medio en que sern colocados.

En general, un buen nodo debe poseer las propiedades siguientes:

a) Bajo consumo,

b) densidad de corriente erogada elevada,

c) pequeas dimensiones,

d) baja resistividad,

e) buena resistencia mecnica, y

f) elevado potencial de ruptura.2

Los nodos que se utilizan en la corriente impresa pueden dividirse, en cuanto a su consumo, en: a) nodos solubles, b) semiinertes y c) inertes. Actualmente se prefieren los inertes ya que, pese a que su costo es ms alto, tienen las mejores caractersticas. En el cuadro 16 se resumen las propiedades principales de los nodos utilizados en la corriente impresa, clasificados segn su consumo. En el mismo cuadro se incluye el medio en el cual pueden utilizarse.

CUADRO 16. Caractersticas de los nodos empleados en proteccin catdica con corriente impresa.

En el suelo o terreno se usa principalmente la aleacin Fe-Cr-Si, mientras que en el agua de mar se tiende a utilizar nodos inertes del tipo Ti/Pt o Ti/RuO2 (nodos dimensionalmente estables, DSA).

La eleccin de un nodo no se hace solamente en base a su consumo o a la densidad de corriente que puede proporcionar; hay que tener en cuenta, adems, sus propiedades de resistencia mecnica, su resistencia a la erosin (como en el caso de que sean utilizados en agua de mar, y sobre todo sumergidos en las inmediaciones del mar o en el fondo marino), su facilidad de instalacin, el tiempo de sustitucin e incluso su disponibilidad en el mercado.

En el terreno, los nodos pueden ser instalados en un lecho de bentonita o polvo de coque, lo cual crea un medio homogneo, hmedo y de baja resistividad alrededor del nodo, con lo que se aumenta su dimetro aparente y las dimensiones efectivas del nodo, y se disminuye de esta forma la resistencia nodo-suelo, se

evitan los problemas de corrosin localizada que pueden romper el nodo y reducir el consumo del material andico.

CLCULO DE LA PROTECCIN Y DISTRIBUCIN DE LOS NODOS

El clculo de un sistema de proteccin catdica con corriente impresa es relativamente ms sencillo que el de nodos galvnicos. De hecho, no es necesario optimizar las dimensiones y peso de los nodos para garantizar por un lado el suministro de la corriente necesaria para la proteccin, y por el otro la duracin de los nodos elegidos.

Una vez establecida la corriente total de proteccin, se elige el tipo de nodo con base en los criterios examinados en el prrafo anterior y, teniendo en cuenta la densidad de corriente mxima que puede suministrar cada nodo, se determina su nmero por exceso con respecto al terico, para as poder obtener un mayor grado de confiabilidad.

Todava deber tenerse en cuenta, para lograr una proteccin lo ms econmica posible, la optimizacin del nmero y dimensiones de los nodos, en relacin con la mayor o menor resistencia total que se determine, lo que se reflejar en la potencia del generador o fuente de corriente continua y en su costo de instalacin.

Para la proteccin de estructuras ya existentes en agua de mar (por ejemplo la proteccin de estructuras viejas, protegidas inicialmente con nodos de sacrificio) la eleccin de pocos pero potentes nodos remotos, o al revs, de muchos pequeos distribuidos sobre toda la estructura, puede llevar a grandes diferencias en el costo de instalacin, todo ello ligado al elevado costo de la instalacin submarina de los nodos. La eleccin de instalar pocos nodos resulta sin duda ms econmica, pero en este caso es necesario tener presente que si se instalan pocos nodos el sistema pierde confiabilidad, pues si uno de los nodos queda fuera de servicio, esto significar una prdida de proteccin que puede oscilar entre 50 y 100%, lo cual no sucede cuando se colocan muchos nodos pequeos distribuidos en toda la estructura.

En la ubicacin de los nodos o del lecho andico es muy importante conocer la posicin de posibles estructuras que pudieran estar presentes en las vecindades, con objeto de evitar fenmenos de interferencia que puedan provocar ataques graves de corrosin. Por ejemplo, si se debe proteger una tubera que cruza a otra, disponiendo los nodos como se indica en la figura 21, se interfiere la tubera extraa. sta, de hecho, representa el "camino" preferible (de menor resistencia) para la corriente suministrada por los nodos. Aquella zona de la tubera extraa que recibe la corriente queda protegida catdicamente, mientras que en aquella de las cual sale la corriente, hay corrosin. Como la mayora de la tuberas enterradas, est adems protegida con algn tipo de recubrimiento aislante, la corriente est relacionada con algn defecto del recubrimiento, por lo cual la densidad de corriente local puede resultar muy elevada y por ah producir un ataque particularmente severo.

Figura 21. Ejemplo de interferencia provocada por una tubera extraa situada en la proximidad de una tubera protegida

catdicamente.

VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL MTODO DE PROTECCIN CATDICA CON CORRIENTE IMPRESA

Las ventajas y desventajas que presenta el mtodo de proteccin catdica por corriente impresa se resumen en el cuadro 17. Esencialmente, se puede decir que este mtodo es ms conveniente que el de los nodos de sacrificio, cuando se tratan de proteger estructuras muy grandes o con una gran demanda de corriente y cuando la resistividad del ambiente es elevada, como en el caso de los suelos.

CUADRO 17. Ventajas y limitaciones de la proteccin catdica con corriente impresa.

Una gran ventaja de este mtodo es su posibilidad de proteger una gran superficie con un solo nodo. Por otra parte, tanto la diferencia de potencial como la corriente suministrada son variables y de aqu se desprende que el sistema presenta una gran flexibilidad operacional.

Este tipo de sistemas debe ser proyectado con cuidado para no causar problemas de corrientes errticas (parsitas), las cuales pueden provocar la corrosin de estructuras vecinas.

Figura 2

Podemos decir que la corriente que circulaba por el metal y sala del antiguo nodo al electrlito, se

ve ahora forzada, por la presencia del nodo de la proteccin catdica, a seguir por el conductor,

desapareciendo este antiguo nodo que ahora acta catdicamente.

Como el electrodo de hidrgeno que se utiliza en el diagrama de Pourbaix es un electrodo de

laboratorio, no utilizable en campo, se dan los potenciales de proteccin con respecto a otros

electrodos de referencia ms manejables:

3. TIPOS DE PROTECCIN CATDICA

Para conseguir la proteccin catdica necesitamos conectar con la estructura a proteger algn

elemento que tenga una diferencia de potencial con la misma, suficiente para hacer circular la

corriente en el sentido deseado.

Si observamos la serie electroqumica de los metales de la Tabla I, vemos que estn ordenados segn

sus potenciales tomando como cero el Hidrgeno.

Si conectamos un trozo de hierro cuyo potencial es de -0.441 V, con un trozo de zinc cuyo potencial

es de -0.762 V, la diferencia existente establecer una corriente elctrica a travs del electrlito, del

zinc (nodo) al hierro (ctodo). Estamos realizando la proteccin catdica del hierro sacrificando un

trozo de zinc. Este mtodo se denomina proteccin catdica por nodos de sacrificio y se consigue

uniendo el metal a proteger con otro que sea ms electronegativo que l en la Tabla I.

Observamos que la diferencia de potencial de que disponemos en el ejemplo anterior es de unos 320

mV, que divididos por la resistencia elctrica del circuito nos da la intensidad disponible.

En realidad los potenciales de la Tabla I se dan en unas circunstancias y electrlitos especiales

(Potenciales Normales de disolucin de NERNST) y en la realidad, deben usarse las series galvnicas

de los metales y aleaciones en los medios (electrlitos) en que realmente se encuentren.

En la primera columna de la Tabla Ia, los metales estn clasificados por su nobleza termodinmica,

mientras que en la segunda columna se ha tenido en cuenta tambin la pasivacin.

TABLA Ib

PILAS GALVNICAS

Potencial Corrosin

[mV]

-Cobre. + 50 a -100

Atacan al hierro. -Acero en hormign. -100 a -200

-Acero/fundicin en arena

lavada. -Acero/fundicin en

suelos mixtos. -

Acero/fundicin en suelos

arcillosos.

-400 a -450 -450 a -600 -

600 a -800

Hierro enterrado.

-Zinc. -Magnesio. -900 a -1100 -1100 a -

1700 Protegen al hierro.

En la Tabla Ib se da una visin ms prctica de las pilas galvnicas.

Si por ser la resistencia elevada, o por ser la intensidad necesaria alta, tenemos dificultades con los

nodos de sacrificio, podemos usar como nodo cualquier metal que nos convenga y lograr la

diferencia de potencial necesaria con una fuente de corriente continua cuyo negativo conectaremos a

la estructura a proteger. Este mtodo se denomina proteccin catdica por corriente impresa o

corriente forzada.

4. CLCULO DE UNA INSTALACIN DE PROTECCIN CATDICA

Para conseguir que la estructura a proteger alcance el nivel de proteccin de -0.85 V respecto al

electrodo de referencia de Cu/SO4Cu debemos determinar que intensidad de corriente ser necesaria.

La intensidad necesaria depender evidentemente de la superficie a proteger, pero adems influyen

una multitud de factores suplementarios relacionadas con el electrlito (naturaleza, temperatura,

agitacin aireacin, etc.) y con el metal a proteger (naturaleza, tipo de recubrimiento, estado

superficial, dimensiones, etc.).

La intensidad total necesaria ser pues el producto de la superficie a proteger en m2

y la densidad de

corriente precisa en mA/m2

.

6. PROTECCIN CATDICA POR CORRIENTE IMPRESA

La caracterstica fundamental de un sistema de corriente impresa es que la fuente de energa para

proteger la estructura es externa. Generalmente se trata de rectificadores de corriente continua.

Lgicamente, la ventaja de esta opcin es que puede controlarse exteriormente la fuente de

alimentacin.

La instalacin consiste en conectar el negativo del rectificador a la estructura a proteger y el positivo

al lecho de nodos (Fig. 4a y Fig. 4b).

PROTECCIN CATDICA CORRIENTE IMPRESA

Figura 4 a

Figura 4 b

6.1. TIPOS DE NODOS Distinguimos entre nodos consumibles y permanentes.

En realidad todos los nodos se gastan en cierta manera al sacar corriente. Consideramos

permanentes aquellos nodos cuya prdida de material por corrosin es despreciable.

-nodos consumibles son, principalmente, Fe y Al.

-nodos permanentes son, Grafito, FeSi, PbAg, TiPt, Ti Metal Mixed Oxides, (MMO) cermicos,

tntalo platinado, etc.

Los nodos consumibles se utilizan al ser su coste inferior, y ser fcilmente sustituibles. Sirva de

ejemplo la proteccin catdica de buques en armamento para lo que se suelen sumergir en el mar

trozos de chatarra de gran disponibilidad en los astilleros conectados al positivo del rectificador.

En ocasiones tambin se utilizan carriles u otro tipo de chatarra enterrndolos, aunque los gastos de

obra civil para su sustitucin no hacen rentable el sistema si la intensidad a disipar es importante.

Tambin se utilizan nodos consumibles de aluminio en corriente impresa, en algunas aplicaciones en

agua dulce caliente. Realizando la proteccin catdica de un depsito metlico, se consigue adems

un segundo efecto de tratamiento electroltico del agua que consigue, con los productos de corrosin

del aluminio, la proteccin contra la corrosin e incrustacin de las tuberas de galvanizado del resto

del circuito.

En general, los nodos mas utilizados son los de tipo permanente. En instalaciones enterradas se

suelen utilizar de titanio MMO, ferrosilicio o grafito, rodeados de un backfill que mejora sus

condiciones de trabajo. (El backfill es un tipo de carbn que mejora la superficie de contacto, reduce

la resistencia con el terreno y permite la difusin de los gases producidos en las reacciones andicas).

Cuando los nodos estn sumergidos no llevan backfill, y suelen emplearse de titanio-platinado,

tntalo-platinado, plomo-plata, plomo-platino, ferrosilico o titanio MMO.

Tambin se utilizan nodos continuos de polmeros y carbono, aunque tienen poca capacidad de

salida de corriente.

La Tabla IV compara distintos tipos de nodos para corriente impresa.

TABLA IV

CARACTERSTICAS

TIPO DE

NODOS

Densidad

[gr/cm3]

Ti Metal

Mixed

Oxides

Pt/Ti Grafito Pb/Ag Fe/Si

magnetita

4-6 4-6 1-3 12 8

3-5

Densidad de

corriente

Normal

[mA/cm2] 80-100 30-80 0.1-0.4 6-18 1-2

8-10

[mg/A ao] 4-5 6 250.10 68.103 250.103

1,5.103

6.2. RECTIFICADORES

Segn sea su modo de funcionamiento podemos distinguir entre rectificadores manuales o

automticos.

En estos ltimos es un electrodo de referencia el que controla el sistema, midiendo constantemente el

potencial de la estructura a proteger.

P R O T E C C I N C A T D I C A C O N N O D O S G A L V N I C O S

Ms all de la herrumbre II. La lucha contra la corrosin Javier vila / Joan Genesc

SE ATRIBUYE al ingls Davy la paternidad del descubrimiento de la proteccin catdica, ya que en 1824, para proteger la envoltura de cobre de los buques de guerra britnicos utiliz, por vez primera, bloques de zinc, con lo que se inici lo que se conoce en la actualidad como proteccin catdica. La realizacin de la proteccin catdica con nodos de sacrificio o galvnicos se lleva a cabo normalmente con tres metales caractersticos: zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) y sus aleaciones. El zinc ha sido siempre el material andico clsico, y es el pionero en el desarrollo de la proteccin catdica. Los nodos de aleaciones de magnesio han sido tambin utilizados con xito; principalmente se emplean para la proteccin de estructuras que requieren de una polarizacin rpida, o en medios agresivos de resistividad elevada, como los suelos. El aluminio es un material andico de gran inters por sus caractersticas electroqumicas. Sin embargo, la obtencin de aleaciones de aluminio adecuadas para nodos de sacrificio ha sido ms lenta que las de los dos otros metales, que en los ltimos aos han tenido un gran desarrollo.

PROPIEDADES DE UN MATERIAL ANDICO

Tomando en cuenta la serie electroqumica de los metales (Cuadro 3), un metal tendr carcter andico respecto de otro si se encuentra arriba de l en dicha serie. As, por ejemplo, el hierro ser andico con relacin al cobre y catdico respecto al zinc. El metal que acta como nodo se "sacrifica" (se disuelve) en favor del metal que acta como ctodo; por esto el sistema se conoce como proteccin catdica con nodos de sacrificio. Lo anterior se ilustra en un esquema de la figura 17.

Figura 17. Mecanismo de proteccin catdica con nodo de sacrificio.

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

1) Debe tener un potencial de disolucin 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 motivara un gasto innecesario de corriente. El potencial prctico de disolucin puede estar comprendido entre - 0.95 V y - 1.7 V.

2) Cuando el metal acte como nodo debe presentar una tendencia pequea a la polarizacin, no debe desarrollar pelculas pasivantes protectoras y debe tener un elevado sobrepotencial para la formacin de hidrgeno.

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

4) En su proceso de disolucin andica, la corrosin deber ser uniforme.

5) El metal debe ser de fcil adquisicin y deber de poderse fundir en diferentes formas y tamaos.

6) El metal deber tener un costo razonable, de modo que en conjuncin con las caractersticas electroqumicas correctas, pueda lograrse una proteccin a un costo bajo por ampere-ao.

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

CARACTERSTICAS ELECTROQUMICAS DEL ZINC (Zn), MAGNESIO (Mg) y ALUMINIO (Al)

Las propiedades que deben reunir los materiales andicos para que puedan ser utilizados como tales en la prctica, remiten, pues, al Zn, Al y al Mg como metales seleccionados. Otros posibles candidatos, como los metales alcalinos (Li, Na, K) y los alcalino-trreos (Be, Ca, Sr), quedan descartados porque son demasiado activos (tienen un sobrepotencial de hidrgeno pequeo y un potencial de disolucin muy elevado) y otros, como el cromo (Cr), porque son fcilmente pasivables.

En una reaccin electroqumica, un metal se disuelve de acuerdo con las leyes de Faraday, las cuales dicen que, prcticamente, el paso de una cantidad de corriente de 96 500 coulombs (nmero de Faraday) disuelve una cantidad equivalente de cualquier elemento qumico. Por tanto, si una cantidad de electricidad de Q coulombs pasa, la cantidad de metal disuelto ser:

en donde:

p = gramos de metal disuelto 1 = intensidad de la corriente en amperes (A) t = tiempo en segundos (s)

P.A. = peso atmico del metal en gramos (g) n = valencia del elemento, nmero de electrones que pierde el metal al disolverse

El cociente es el equivalente electroqumico.

De esta manera se puede calcular la cantidad de metal consumido para suministrar la cantidad determinada de corriente. Estos datos se presentan en el cuadro 5.

CUADRO 5. Propiedades fsicas y electroqumicas del Mg, Zn y Al

Estos valores consideran que el metal no sufre autocorrosin, es decir, que se utiliza ntegramente para producir corriente. Para un rendimiento de corriente del 100%, el aluminio es el que sufrir la prdida de peso ms pequea ya que, segn el cuadro 5, es el que proporciona mayor capacidad elctrica, o sea el mayor nmero de coulombs por kg de metal disuelto. Siguiendo el razonamiento, para suministrar una misma intensidad de corriente, sobre la base de un rendimiento en corriente del 100% (digamos 2 982 A-h), necesitaramos 1 kg de aluminio, 3.64 kg de zinc y 1.35 kg de magnesio, lo cual implica, en porcentajes, un rendimiento prctico para el zinc de 27.5% y para el magnesio de 74% de corriente aproximadamente.

Ahora bien, los rendimientos prcticos no alcanzan nunca el 100%, ya que en la prctica industrial no se pueden fabricar nodos galvnicos puros, porque resultan incosteables. Los rendimientos normales estn entre 50% y 90% del rendimiento tericamente considerado. En el cuadro 6 se presentan los valores tericos y prcticos de la capacidad elctrica para los metales comnmente utilizados como nodos de sacrificio.

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ANDICA

A partir de las leyes de Faraday se puede calcular la intensidad de corriente que es capaz de suministrar 1 kg de metal en su actuacin andica. Ahora bien, este valor est muy lejos de ser significativo, ya que no tiene en cuenta que:

a) la intensidad que es capaz de dar un metal en su actuacin andica es funcin de su forma geomtrica; es decir, 1 kg de metal en forma cilndrica suministrar una intensidad de corriente menor que si tiene forma de estrella. Por otra parte, hay que tener en cuenta que cualquiera que sea su superficie, sta va disminuyendo a medida que el nodo se va desgastando, lo cual es un factor que habr que tener en cuenta en el clculo real de la intensidad.

b) el valor obtenido a partir de las leyes de Faraday equivale a un rendimiento electroqumico del 100%, que como ya se ha indicado, nunca se puede alcanzar en la prctica. La pila formada por el nodo galvnico y su estructura darn un valor mximo de corriente en el instante de iniciar su funcionamiento, el cual decrecer despus por los procesos de polarizacin que tienen lugar en los electrodos. Por otra parte, la autocorrosin que, en mayor o menor grado, presentan los tres metales empleados como nodos galvnicos har siempre que su rendimiento sea inferior al 100%.

Cada tipo de nodo, sumergido o enterrado, tendr una resistencia determinada que depender de la resistividad del medio (p), de su longitud y del llamado radio equivalente y que viene dada por la frmula:

en donde:

R = resistencia del nodo, en ohms (W) L = longitud, en cm p = resistividad del medio, en ohms por cm (W -cm) r = radio equivalente, en cm.

El radio equivalente es el radio de un cilindro de igual superficie transversal que el nodo, cuando ste se haya consumido en 40%. Si la seccin del nodo es: S = p r2

despejando r se tiene:

Cada nodo podr suministrar una intensidad de corriente que vendr fijada por la ley de Ohm

I = V / R,

en donde: V =diferencia de potencial entre el potencial de disolucin del metal andico en el medio agresivo y el potencial de proteccin (0.80 V con respecto al electrodo de referencia Ag/AgCI para el acero)

R = resistencia del nodo, calculada segn la frmula anterior.

VIDA DE LOS NODOS

Un factor importante que se debe tener en cuenta es la duracin o vida" de los nodos. La vida para cada valor de intensidad de corriente ser una funcin del peso del nodo (ley de Faraday) y no del nmero de nodos que se coloquen. Si se conoce la intensidad que es capaz de suministrar un nodo (1) y su peso (kg), teniendo en cuenta su capacidad de corriente calculada tericamente (Cuadro 6) as como su rendimiento y su factor de utilizacin, se puede calcular fcilmente su duracin. El factor de utilizacin puede ser de 85%, ya que, cuando un nodo se ha consumido, este porcentaje debe sustituirse, pues el material que queda es insuficiente para mantener un porcentaje adecuado de la intensidad de corriente que inicialmente era capaz de suministrar.

CUADRO 6. Valores electroqumicos para el clculo de la vida de los nodos.

La vida del nodo puede calcularse de la siguiente manera:

Por ejemplo, la vida de un nodo de Zn de 14 kg de peso, capaz de suministrar una intensidad de corriente de 0.1 A, ser:

capacidad de corriente (vase cuadro 5):

teniendo en cuenta que un ao tiene 8 760 horas

rendimiento 90%

factor utilizacin 85%. Por tanto, su

FIJACIN DE LOS NODOS

Los nodos se pueden colocar en la estructura a proteger con distintos procedimientos, pero siempre con ayuda del alma que los atraviesa que suele ser redonda y de acero. Los extremos que sobresalen del alma pueden doblarse ligeramente y soldarse, lo que es el caso ms comn. Ahora bien, se utilizan tambin con frecuencia sistemas de grapas o esprragos o simplemente se atornillan.

Cuando van enterrados se introducen en una bolsa de tela y son rodeados de una mezcla de componentes de baja resistividad que proporcionan un funcionamiento homogneo del nodo. Por medio de un cable se une el alma de acero del nodo con la estructura que se quiere proteger (en la figura 18 se presenta el detalle de instalacin de nodos de sacrificio).

Figura 18. Detalle de la instalacin de nodos de sacrificio.

CLCULO DEL NMERO DE NODOS

Para conocer el nmero de nodos que se van a necesitar para llevar a efecto la proteccin catdica es necesario determinar la superficie a proteger y conocer la densidad de corriente de proteccin. El producto de la superficie a proteger (en m2) por la densidad de corriente de proteccin (en mA/m2) nos dar la intensidad total necesaria para la proteccin catdica (It).

Por otra parte, como se conoce la intensidad que es capaz de suministrar un nodo, tendremos que

nmero de nodos =

It

I

ALEACIONES PARA NODOS

La composicin de los nodos tiene una gran importancia ya que acta de una forma muy directa sobre las cuatro propiedades que permiten apreciar el valor de un metal o aleacin para poder ser utilizado como nodo de sacrificio: el potencial de disolucin, el rendimiento de corriente, la polarizabilidad y la homogeneidad en la corrosin del nodo. Asimismo tiene una gran influencia sobre las propiedades de los productos de corrosin formados en el nodo durante su actuacin: porosidad, adherencia, dureza, conductividad elctrica, etctera.

Zinc

Entre sus impurezas, las ms perjudiciales son el hierro (Fe) y el plomo (Pb). Se ha encontrado que porcentajes de hierro superiores al 0.01% causan la prdida de actividad del nodo. Trabajos posteriores recomiendan no sobrepasar el 0.002%.

En aplicaciones de nodos de Zn en agua de mar, sera recomendable un lmite mximo de 0.0002% de Fe, aunque los nodos de esta composicin no se puedan obtener comercialmente.

Por otro lado, parece estar bien demostrado que la adicin de pequeos porcentajes de Al, de Al y cadmio (Cd), o Al y silicio (Si) al Zn es un recurso til para contrarrestar los efectos del Fe como impureza. Ello queda reflejado en la nueva especificacin MIL-A-18001 G (vase el cuadro 7), que permite hasta 0.005% de Fe, pero exige, al mismo tiempo, contenidos de un 0.025 - 0.15% de Cd y 0.10 - 0.50% de Al.

CUADRO 7. Composiciones exigidas a los nodos de zinc, segn especificaciones militares norteamericanas.

Entre los elementos de aleacin utilizados con resultados ms o menos satisfactorios, para mejorar el comportamiento general de los nodos de sacrificio de Zn, figuran principalmente el litio (Li), el cromo (Cr), el Mg, el Al y el Cd. En el cuadro 8 se presentan las calidades de Zn segn la especificacin B6-46 de la Asociacin Americana para el Ensayo de Materiales (ASTM).

CUADRO 8. Calidades del zinc segn la especificacin ASTM B6-46

Las aleaciones ms utilizadas en la actualidad son las MIL, norteamericanas, cuya composicin se indica en los cuadros 7 y 9.

CUADRO 9. Composicin comercial tpica de nodos de zinc (aleacin Zn-Al-Cd)

Magnesio

Se ha estudiado una amplia serie de aleaciones de Mg con vistas a ser utilizada como nodos de sacrificio. Los cuadros 10 y 11 renen dichas Composiciones. El rendimiento en corriente de estas aleaciones crece con la densidad de corriente.

CUADRO 10. Composiciones de magnesio y sus aleaciones utilizadas como nodos de sacrificio

CUADRO 11. Composicin comercial tpica de los anodos de magnesio

El Dowmetal H - l es la aleacin que ha tenido un comportamiento ms satisfactorio frente al agua de mar por lo que es la aleacin que ms se utiliza en este medio. Presenta una buena distribucin del ataque andico y un consumo homogneo del nodo, una susceptibilidad muy pequea a la polarizacin con el tiempo y un rendimiento de corriente entre los ms elevados que se pueden obtener con nodos de Mg (55-67%).

La mayora de los metales son catdicos en relacin con el Mg; as pues, las impurezas constituyen un peligro de corrosin espontnea, si se desean obtener buenos rendimientos es necesario mantenerlas dentro de lmites bien determinados. El hierro es particularmente perjudicial; su influencia es pequea en tanto no exceda el 0.014%, pero si sube hasta el 0.03%, la corrosin espontnea del nodo se multiplica aproximadamente 500 veces. El bajo rendimiento de la aleacin "cell" (vase el cuadro 10) se atribuye a su elevado contenido de Fe (0.03%). El nquel (Ni) ocasiona efectos desastrosos sobre los nodos de Mg. Se ha comprobado que contenidos superiores a 0.001% dan lugar a la disolucin del nodo por corrosin espontnea y a potenciales de disolucin sensiblemente nobles (positivos).

El cobre (Cu) es otro elemento que ejerce una accin nociva en el Mg. Si el contenido de Cu permanece inferior a 0.5%, no se observan cambios notables en el potencial de disolucin del nodo. Contenidos superiores dan lugar a un aumento en el potencial y a una disminucin de la intensidad de corriente proporcionada por el nodo para la proteccin de una estructura determinada. Cuando el contenido de Cu alcanza 4%, el potencial de disolucin se vuelve tan positivo que se produce una inversin de la polaridad del magnesio.

La accin que ejerce el Al como elemento de aleacin del magnesio es eliminar gran parte del Fe durante la preparacin de la aleacin. Las aleaciones MgAl tienen una buena resistencia a la corrosin espontnea.

El Zn produce efectos favorables como elemento de aleacin del Mg. Por una parte favorece el consumo homogneo del nodo, especialmente con contenidos entre 2.5 y 3.5% y por otra, acta dando un margen mayor a la accin de las impurezas; se puede admitir hasta un 0.01% de Fe sin afectar el rendimiento.

Por ltimo, el manganeso (Mn) ejerce, en general, una accin favorable, ya que tiende a eliminar los efectos del Fe y a compensar los del cobre.

Aluminio

El Al, a pesar de ser, por sus caractersticas electroqumicas, el material idneo para ser utilizado como nodo de sacrificio, su empleo como tal es relativamente reciente. La razn estriba en que este metal, aleado o no, presenta un inconveniente: se le forma una pelcula de xido de aluminio (pasivacin andica) que lo hace muy resistente a la corrosin y por tanto al "sacrificio".

Para la utilizacin del Al como nodo galvnico se han realizado numerosas investigaciones cuyo objetivo principal ha sido la bsqueda de elementos de aleacin que limiten la pasivacin andica del mismo. El cuadro 12 rene las caractersticas de algunas de las aleaciones de Al desarrolladas.

CUADRO 12. Composicin comercial tpica de nodos de aluminio.

El camino seguido en estas investigaciones fue determinar los efectos que un gran nmero de elementos, en forma aislada, ejercan sobre el potencial del Al. El Cu y Mn hacan ms catdico el potencial del Al. El Zn, Cd, Mg y bario (Ba) hacan de -0.1 a -0.3V ms andico dicho potencial y el galio (Ga), mercurio (Hg), estao (Sn), e indio (In) lo hacan tambin ms andico (entre -0.3 y 0.9V).

Las combinaciones que en principio tena un inters especial fueron las de Al-Hg-Sn y Al-Hg-Bi, cuyo comportamiento es muy similar, pues tienen potenciales parecidos a los de las aleaciones Al-Hg.

Las aleaciones Al-Hg-Zn, AI-Sn-Zn y Al-In-Zn tienen potenciales alrededor de -1.05V y rendimientos elevados. La aleacin Al-Hg-Zn ha sido estudiada sistemticamente; se ha tenido en cuenta en esto el efecto de la variacin de la composicin, la densidad de corriente y la pureza del Al empleado. Para este tipo de aleacin se alcanzan rendimientos del 95%. Esta aleacin y la de Al-In-Zn son de las ms utilizadas en la actualidad.

Las aleaciones con Hg tienen un problema especfico que vale la pena sealar y que, a pesar de sus importantes caractersticas electroqumicas, hace que su utilizacin tienda a ser cada vez ms reducida: la accin contaminante del Hg.

CAMPOS DE APLICACIN DEL ZINC, ALUMINIO, MAGNESIO Y SUS ALEACIONES COMO NODOS GALVNICOS

La gran utilizacin del Zn como nodo de sacrificio est justificada porque es el primer metal que se emple como tal. El valor relativamente elevado de su potencial de disolucin le confiere un alto rendimiento de corriente.

Uno de los factores que ms puede limitar la utilizacin del Zn es la resistividad del medio agresivo. Es aconsejable que su empleo quede limitado a las resistividades inferiores a los 5 000 ohms-cm. Tambin hay que cuidar su utilizacin en presencia de aguas dulces a temperaturas arriba de 65C, ya que en estas condiciones puede invertir su polaridad y hacerse catdico con relacin al acero.

Como nodo galvnico o de sacrificio se utiliza masivamente, sobre todo para la realizacin de la proteccin catdica en agua de mar: buques, pantalanes, andenes martimos, refuerzos metlicos, diques flotantes, boyas, plataformas de perforacin de petrleo, depsitos de agua, condensadores, etctera.

El Al, por su situacin en la serie electroqumica, es el metal ms idneo para la proteccin catdica, pues ocupa una posicin intermedia entre el Zn y el Mg, y tiene una capacidad elevada de corriente (Cuadros 6 y 13). Debido precisamente a su elevada capacidad de corriente, un solo nodo de Al puede ejercer la accin de tres de iguales caractersticas de Zn, para una misma duracin del nodo. Estas circunstancias han motivado que estos nodos estn siendo muy utilizados en construccin naval, para la proteccin catdica de tanques de lastre de cargalastre y en los petroleros. Aunque el precio del Al es ms elevado que el del Zn, al tenerse que colocar menos nodos esta diferencia se compensa y si se considera adems, el ahorro de mano de obra en la colocacin de los nodos de aluminio, stos pueden llegar a ser incluso ms econmicos que los de Zn.

El campo de aplicacin de los nodos de Al es semejante al de los de Zn y su comportamiento es satisfactorio en la proteccin catdica de estructuras sumergidas en aguas dulces.

CUADRO 13. Caractersticas electroqumicas de algunas aleaciones de zinc, aluminio y magnesio utilizadas en la actualidad

La utilizacin del Mg y sus aleaciones resulta del valor bastante bajo de su potencial de disolucin (Cuadro 13), que implica un bajo rendimiento de corriente y una disminucin, a veces bastante grande, del potencial de la estructura a proteger. El magnesio puede utilizarse para la proteccin catdica de estructuras provistas de un recubrimiento de mala calidad situadas en un medio de resistividad elevada (10 000 ohms-cm) tal como es el caso de un suelo arenoso.

No son recomendables estos nodos para su utilizacin en agua de mar, ya que su elevada autocorrosin hace que los rendimientos sean muy bajos; y su mejor campo de aplicacin es en medios de resistividad elevada (entre 5 000 y 20 000 ohms-cm).

El cuadro 14 resume lo anterior y puede ayudar en la seleccin de un material andico en funcin de la resistividad del medio.

CUADRO 14. nodos de sacrificio recomendables en funcin de la resistividad del medio

VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA PROTECCIN CATDICA CON NODOS GALVNICOS

Las ventajas y desventajas de la proteccin con nodos galvnicos se resumen en el cuadro 15. Esencialmente la proteccin con nodos de sacrificio puede utilizarse cuando se requiere de una corriente pequea y la resistividad del medio agresivo es baja. Puede usarse adems como complemento de la proteccin catdica con corriente impresa, para proteger alguna parte de la estructura o bien para eliminar la posibilidad de corrosin por corrientes vagabundas (vase el captulo VII.)

CUADRO 15. Ventajas y limitaciones de la proteccin con nodos galvnicos

Figura 2

Podemos decir que la corriente que circulaba por el metal y sala del antiguo nodo al electrlito, se

ve ahora forzada, por la presencia del nodo de la proteccin catdica, a seguir por el conductor,

desapareciendo este antiguo nodo que ahora acta catdicamente.

Como el electrodo de hidrgeno que se utiliza en el diagrama de Pourbaix es un electrodo de

laboratorio, no utilizable en campo, se dan los potenciales de proteccin con respecto a otros

electrodos de referencia ms manejables:

3. TIPOS DE PROTECCIN CATDICA

Para conseguir la proteccin catdica necesitamos conectar con la estructura a proteger algn

elemento que tenga una diferencia de potencial con la misma, suficiente para hacer circular la

corriente en el sentido deseado.

Si observamos la serie electroqumica de los metales de la Tabla I, vemos que estn ordenados segn

sus potenciales tomando como cero el Hidrgeno.

Si conectamos un trozo de hierro cuyo potencial es de -0.441 V, con un trozo de zinc cuyo potencial

es de -0.762 V, la diferencia existente establecer una corriente elctrica a travs del electrlito, del

zinc (nodo) al hierro (ctodo). Estamos realizando la proteccin catdica del hierro sacrificando un

trozo de zinc. Este mtodo se denomina proteccin catdica por nodos de sacrificio y se consigue

uniendo el metal a proteger con otro que sea ms electronegativo que l en la Tabla I.

Observamos que la diferencia de potencial de que disponemos en el ejemplo anterior es de unos 320

mV, que divididos por la resistencia elctrica del circuito nos da la intensidad disponible.

En realidad los potenciales de la Tabla I se dan en unas circunstancias y electrlitos especiales

(Potenciales Normales de disolucin de NERNST) y en la realidad, deben usarse las series galvnicas

de los metales y aleaciones en los medios (electrlitos) en que realmente se encuentren.

En la primera columna de la Tabla Ia, los metales estn clasificados por su nobleza termodinmica,

mientras que en la segunda columna se ha tenido en cuenta tambin la pasivacin.

TABLA Ia

TABLA Ib

PILAS GALVNICAS

Potencial Corrosin

[mV]

-Cobre. + 50 a -100

Atacan al hierro.

-Acero en hormign. -100 a -200

-Acero/fundicin en arena

lavada. -Acero/fundicin en

suelos mixtos. -

Acero/fundicin en suelos

arcillosos.

-400 a -450 -450 a -600 -

600 a -800

Hierro enterrado.

-Zinc. -Magnesio. -900 a -1100 -1100 a -

1700 Protegen al hierro.

En la Tabla Ib se da una visin ms prctica de las pilas galvnicas.

Si por ser la resistencia elevada, o por ser la intensidad necesaria alta, tenemos dificultades con los

nodos de sacrificio, podemos usar como nodo cualquier metal que nos convenga y lograr la

diferencia de potencial necesaria con una fuente de corriente continua cuyo negativo conectaremos a

la estructura a proteger. Este mtodo se denomina proteccin catdica por corriente impresa o

corriente forzada.

Figura 2

Podemos decir que la corriente que circulaba por el metal y sala del antiguo nodo al electrlito, se ve ahora

forzada, por la presencia del nodo de la proteccin catdica, a seguir por el conductor, desapareciendo este

antiguo nodo que ahora acta catdicamente.

Como el electrodo de hidrgeno que se utiliza en el diagrama de Pourbaix es un electrodo de laboratorio, no

utilizable en campo, se dan los potenciales de proteccin con respecto a otros electrodos de referencia ms

manejables:

3. TIPOS DE PROTECCIN CATDICA

Para conseguir la proteccin catdica necesitamos conectar con la estructura a proteger algn elemento que

tenga una diferencia de potencial con la misma, suficiente para hacer circular la corriente en el sentido

deseado.

Si observamos la serie electroqumica de los metales de la Tabla I, vemos que estn ordenados segn sus

potenciales tomando como cero el Hidrgeno.

Si conectamos un trozo de hierro cuyo potencial es de -0.441 V, con un trozo de zinc cuyo potencial es de -

0.762 V, la diferencia existente establecer una corriente elctrica a travs del electrlito, del zinc (nodo) al

hierro (ctodo). Estamos realizando la proteccin catdica del hierro sacrificando un trozo de zinc. Este

mtodo se denomina proteccin catdica por nodos de sacrificio y se consigue uniendo el metal a proteger

con otro que sea ms electronegativo que l en la Tabla I.

Observamos que la diferencia de potencial de que disponemos en el ejemplo anterior es de unos 320 mV, que

divididos por la resistencia elctrica del circuito nos da la intensidad disponible.

En realidad los potenciales de la Tabla I se dan en unas circunstancias y electrlitos especiales (Potenciales

Normales de disolucin de NERNST) y en la realidad, deben usarse las series galvnicas de los metales y

aleaciones en los medios (electrlitos) en que realmente se encuentren.

En la primera columna de la Tabla Ia, los metales estn clasificados por su nobleza termodinmica, mientras

que en la segunda columna se ha tenido en cuenta tambin la pasivacin.

TABLA Ia

TABLA Ib

PILAS GALVNICAS

Potencial Corrosin [mV]

-Cobre. + 50 a -100

Atacan al hierro.

-Acero en hormign. -100 a -200

-Acero/fundicin en arena lavada.

-Acero/fundicin en suelos

mixtos. -Acero/fundicin en

suelos arcillosos.

-400 a -450 -450 a -600 -

600 a -800

Hierro enterrado.

-Zinc. -Magnesio. -900 a -1100 -1100 a -1700 Protegen al hierro.

En la Tabla Ib se da una visin ms prctica de las pilas galvnicas.

Si por ser la resistencia elevada, o por ser la intensidad necesaria alta, tenemos dificultades con los nodos de

sacrificio, podemos usar como nodo cualquier metal que nos convenga y lograr la diferencia de potencial

necesaria con una fuente de corriente continua cuyo negativo conectaremos a la estructura a proteger. Este

mtodo se denomina proteccin catdica por corriente impresa o corriente forzada.

4. CLCULO DE UNA INSTALACIN DE PROTECCIN CATDICA

Para conseguir que la estructura a proteger alcance el nivel de proteccin de -0.85 V respecto al electrodo de

referencia de Cu/SO4Cu debemos determinar que intensidad de corriente ser necesaria.

La intensidad necesaria depender evidentemente de la superficie a proteger, pero adems influyen una

multitud de factores suplementarios relacionadas con el electrlito (naturaleza, temperatura, agitacin

aireacin, etc.) y con el metal a proteger (naturaleza, tipo de recubrimiento, estado superficial, dimensiones,

etc.).

La intensidad total necesaria ser pues el producto de la superficie a proteger en m2

y la densidad de corriente

precisa en mA/m2

.

5. PROTECCIN POR NODOS DE SACRIFICIO

Al proyectar un sistema de proteccin catdica por nodos de sacrificio (fig. 3a y fig. 3b)

tenemos un dato que nos viene impuesto, que es el potencial del nodo y que depende del tipo

de nodo escogido.

Los nodos de sacrificio ms comnmente empleados son los formados por aleaciones de zinc,

magnesio y aluminio.

PROTECCIN CATDICA NODO DE SACRIFICIO

Figura 3 a

Figura 3 b

En la Tabla II se dan las caractersticas electroqumicas practicas de algunas aleaciones

modernas una vez considerada la reduccin por rendimiento de corriente.

TABLA II

ALEACIN POTENCIAL

Potencial

respecto

Valores prcticos

A x ao Kg

(Ag/Cl

Ag)

(Ag/Cl Ag) al acero proteg. A x hora

V (-

0.8 V)

V (-0.8 V) Kg

Zn (H.S.Ni 1) Al-Zn-

Sn Al-In Al-Hg Mg

-1.05 -1.07 -1.15

-1.05 -1.5/-1.7

-0.25 -0.27 -0.35

-0.25 -0.7/-0.9

780 2420 2740

2830

1050/1230

0.089 0.276

0.313 0.323

0.120/0.140

TABLA III

Intensidad mxima de algunos nodos comerciales de zinc en agua de mar, en funcin de su

peso y superficie.

TIPO PESO NETO SUPERFICIE

Vida media a

INTENSIDAD intensidad

[Kg] [cm2] [mA] mxima

R.21 R.27

WE.80Z

WE.120Z WP.0

WP.1 WP.2

W.6Z W.11Z

0.90 1.40 0.35

1.25 0.44 1.32

2.25 6.50 11.10

237 308 100 226

90 18 260 750

1400

130 170 65 140

50 90 150 300

500

7 meses 9 meses

6 meses 9 meses

9 meses 1.5 aos

1.5 aos 2 aos 2

aos

5.1. CAMPOS DE UTILIZACIN DE LOS NODOS DE SACRIFICIO

5.1.1. Zinc

El valor relativamente elevado de su potencial de disolucin implica un alto rendimiento de

corriente, una disminucin muy controlada del potencial de la estructura a proteger y una

alcalinizacin muy pequea del medio en contacto con esa estructura.

Uno de los factores que ms puede limitar la utilizacin del zinc es la resistividad del medio

agresivo, y por ello es aconsejable que su empleo quede limitado para resistividades inferiores a

los 1000 cm.

Tambin debe cuidarse su utilizacin en presencia de aguas dulces a temperaturas por encima de

65 EC, ya que en estas condiciones puede invertir su polaridad y hacerse catdico con relacin

al acero, o en todo caso quedar pasivado por los carbonatos precipitados.

Como nodo de sacrificio se utiliza masivamente, sobre todo para la realizacin de la proteccin

catdica en agua de mar: buques, pantalanes, andenes martimos, refuerzos metlicos, diques

flotantes, boyas, plataformas petrolferas, depsitos de agua, condensadores, etc. Tambin se

utiliza en suelos de baja resistividad.

5.1.2. Aluminio

Por su situacin en la serie electroqumica, el aluminio es el metal ms idneo para la

realizacin de la proteccin catdica, intermedio entre el zinc y el magnesio, con una elevada

capacidad de corriente (Tabla II). Su utilizacin es en el campo naval: su elevada capacidad de

corriente hace que un solo nodo de aluminio pueda ejercer la accin de tres de zinc de iguales

caractersticas, para una misma duracin del nodo. Estas circunstancias han motivado que estos

nodos estn siendo muy utilizados para la proteccin catdica de tanques de lastre y carga-

lastre de petroleros.

Aunque el precio del aluminio es algo ms elevado que el del zinc, al necesitar menos nodos,

esta diferencia se compensa; pero adems si se considera el ahorro en mano de obra de

colocacin de los nodos, el aluminio puede llegar incluso a ser ms econmico.

El campo de utilizacin de estos nodos es, en principio, semejante al de los de zinc, siendo su

comportamiento altamente satisfactorio en la proteccin catdica de estructuras sumergidas en

aguas dulces, sobre todo el de la aleacin Al-In de la cual se tiene una gran experiencia.

5.1.3. Magnesio

El magnesio es un elemento muy reactivo lo que implica una capacidad de proporcionar una

densidad de corriente elevada, a costa de consumirse con gran rapidez.

Por ello su principal aplicacin es en el caso de nodos enterrados en suelos de resistividades

ms elevadas (2000 a 5000 x cm).

Otro importante campo de aplicacin son los acumuladores de agua caliente sanitaria aunque

suele limitarse a depsitos pequeos y bien revestidos.

5.1.4. Otros materiales

Teniendo en cuenta la serie electroqumica, y el hecho de que es preciso alear algunos

elementos para que sirvan como nodos de sacrificio, existen otros materiales que tambin se

utilizan para determinadas aplicaciones.

Como por ejemplo, el hierro para proteger cobre o acero inoxidable en casos especiales; o los

metales que se utilizan para la fabricacin de bateras.

5.2. NODOS ENTERRADOS

Cuando un nodo de sacrificio se utiliza para la proteccin de una estructura enterrada conviene

asegurarse que trabajar en las mejores condiciones.

En general los nodos suelen rodearse con mezcla activadora (formada por una combinacin de

bentonita, yeso y sales).

Con ello se consiguen tres objetivos:

a) aumentar la superficie de contacto con el terreno. b)

mantener un cierto grado de humedad alrededor del nodo. c)

evitar la pasivacin del nodo con el paso del tiempo.

La utilizacin de mezcla activadora es fundamental en suelos de resistividades elevadas (a partir

de 2000 cm).