Tesis de Gradoproteccion Catodica
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE PARIA “LUIS MARIANO RIVERA” DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA NAVAL MENCIÓN: CONSTRUCCIÓN NAVAL ELABORACIÓN DE UN MANUAL DE CÁLCULO DE ÁNODOS DE SACRIFICIO Y CORRIENTE IMPRESA PARA UTILIZARLO EN LA UNIDAD III Y XI DEL SABER DE CONSTRUCCIÓN DE BARCOS Y PROCEDIMIENTOS II DE LA CARRERA DE TECNOLOGÍA NAVAL DE LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE PARIA “LUIS MARIANO RIVERA” DE CARÚPANO, ESTADO SUCRE. TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TÍTULO DE TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN TECNOLOGÍA NAVAL, MENCIÓN CONSTRUCCIÓN NAVAL TUTOR(A) AUTORES: ING. DAISY LUGO SALDARRIAGA MIGUEL C.I.- 19.584.473 URBÁEZ ARGENIS C.I.- 19.080.715 CARÚPANO, NOVIEMBRE DE 2012
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÓN UNIVERSITARIA
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE PARIA
“LUIS MARIANO RIVERA”
DEPARTAMENTO DE TECNOLOGÍA NAVAL
MENCIÓN: CONSTRUCCIÓN NAVAL
ELABORACIÓN DE UN MANUAL DE CÁLCULO DE ÁNODOS DE
SACRIFICIO Y CORRIENTE IMPRESA PARA UTILIZARLO EN LA
UNIDAD III Y XI DEL SABER DE CONSTRUCCIÓN DE BARCOS Y
PROCEDIMIENTOS II DE LA CARRERA DE TECNOLOGÍA NAVAL DE
LA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DE PARIA “LUIS
MARIANO RIVERA” DE CARÚPANO, ESTADO SUCRE.
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PRESENTADO COMO REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL
TÍTULO DE TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN TECNOLOGÍA NAVAL, MENCIÓN
CONSTRUCCIÓN NAVAL
TUTOR(A) AUTORES:
ING. DAISY LUGO SALDARRIAGA MIGUEL
C.I.- 19.584.473
URBÁEZ ARGENIS
C.I.- 19.080.715
CARÚPANO, NOVIEMBRE DE 2012
CAPÍTULO I
1.- EL PROBLEMA
1.1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La protección catódica fue descrita por primera vez por Sir Humphry Davy en
una serie de documentos presentados a la Real Sociedad en Londres en 1824.
Después de una serie de pruebas, la primera aplicación fue en el HMS Samarang en
1824. Se adjuntó un Ánodo de sacrificio de hierro a la plancha de cobre del casco por
debajo de la línea de flotación y redujo drásticamente la velocidad de corrosión del
cobre. Sin embargo, un efecto secundario de la Protección Catódica fue que hizo
aumentar el crecimiento de algas. El cobre, cuando se corroe, libera iones de cobre
que tienen un efecto antialgas. Dado que el exceso de crecimiento de algas afecta las
prestaciones de la embarcación, la Royal Navy decidió que era mejor permitir que el
cobre se corrompiera y tener el beneficio del crecimiento reducido de algas efecto
anti-incrustación, de manera que la Protección Catódica se dejó de utilizar.
La protección catódica, es una técnica para controlar la corrosión galvánica de
una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica. El
método más sencillo de aplicarla es mediante la conexión del metal a proteger con
otro metal menos resistente a la corrosión actuar como ánodo de una celda
electroquímica. Los sistemas de protección catódica son los que se usan más
comúnmente para proteger acero, el agua o de combustible el transporte por tuberías
y tanques de almacenamiento, barcos, o una plataforma petrolífera tanto mar adentro
como en tierra firme.
La protección catódica puede, en bastantes casos, impedir la corrosión
galvánica.
La corrosión es el principal medio por el cual los metales se deterioran, ya que
la mayoría de los metales se corroen en contacto con el agua o la humedad presente
en el aire, ácidos, bases, sales, aceites y otros químicos. Así mismo, si se exponen a
sustancias gaseosas como vapores, gas amoniaco etc.
En el ambiente marino, el problema es más agudo, debido a que la presencia
de sales y minerales en el aire o agua acelera el ataque corrosivo sobre las estructura
metálicas. Es por ello, que el término corrosión marina, describe a la mayoría de los
problemas, debido a que el casco de los buques está sometido constantemente a
diferentes fenómenos que afectan el buen funcionamiento del mismo.
En Venezuela, específicamente en la ciudad de Carúpano, Municipio
Bermúdez del Estado Sucre se encuentra establecida la Universidad Politécnica
Territorial de Paria “Luis Mariano Rivera” de Carúpano, Municipio Bermúdez,
Estado Sucre. En la cual se cursan carreras técnicas en diferentes áreas como
mercadeo, informática, turismo, agrícola, alimentos y tecnología naval, así como
también se ofrecen carreras de licenciatura e ingeniería como son: turismo,
administración gerencial, informática, mecánica y mantenimiento.
En las Carreras de Tecnología Naval, se imparten dos menciones, Mecánica y
Mantenimiento Naval, y Construcción Naval, en esta última se dicta una cátedra
llamada Construcción de Barcos y Procedimientos II, la cual es una asignatura en la
que el alumno al final del curso está en capacidad de manejar en forma clara y
concisa las técnicas y aplicaciones de las etapas de montaje, equipamiento y botadura
en el proceso de construcción de una embarcación, así mismo, desarrolla habilidades
y destrezas dirigidas a seleccionar y aplicar el método apropiado para la protección
del casco. En esta cátedra dentro de las unidades que se dictan está la unidad III que
trata sobre la protección catódica y la unidad XI que trata sobre la corrosión.
Asimismo se puede mencionar que esta institución cuenta con profesores
capacitados dentro del área naval, pero sin embargo a la hora de que un estudiante
decida indagar un poco más sobre estos temas, específicamente cómo se realiza el
cálculo de protección catódica en las embarcaciones, no cuentan con un material
impreso que les sirva de guía para informarse en la aplicación de los distintos
métodos usados en la misma. En vista de lo antes mencionado se crea la necesidad
realizar un manual de cálculo de ánodos de sacrificio y corriente impresa para
utilizarlo en la unidad III y XI del saber de Construcción de Barcos y Procedimientos
II de la Carrera de Tecnología Naval de la U.P.T.P. “Luis Mariano Rivera” que
servirá de referencia en base a la protección catódica en las embarcaciones.
1.2.- JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA
La insuficiencia de bibliografía orientada a responder las exigencias, tanto de
la asignatura Construcción de Barcos y Procedimientos, como de los estudiantes de
Construcción Naval, fue motivo inicial predominante para el desarrollo de un manual
adaptado al programa de la asignatura Construcción de Barcos y Procedimientos II, y
que respondiera a distintas interrogantes. Aunado a esto, la desactualización de la
información presentada en los materiales de apoyo diseñados para el programa de la
asignatura.
La elaboración de un manual para la asignatura Construcción de Barcos y
Procedimientos II, materia que se imparte en el Semestre V de la Carrera de
Construcción Naval, facilitaría el alcance de los objetivos específicos de acuerdo a las
unidades III y XI del programa de la asignatura, orientado al alumno en la
información que debe dominar para lograr el alcance satisfactorio del proceso de
aprendizaje.
Así mismo debido a que se trata de un requerimiento necesario para optar por
el título de T.S.U. en Construcción Naval, en esta casa de estudio. Su connotación
académica es de vital importancia, ya que la información obtenida en esta tesis
permitirá generar planes para nuevas investigaciones relacionadas al ataque
preventivo de la corrosión presente en las embarcaciones, usando estrategias que
favorezcan una implementación económicamente sustentable y rentable.
1.3.- OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.3.1.- Objetivo General
Elaborar un manual de cálculo de ánodos de sacrificio y corriente impresa
para las unidades III y XI del saber de Construcción de Barcos y Procedimientos II
para la carrera de Construcción Naval de la Universidad Politécnica Territorial de
Paria “Luis Mariano Rivera”, de Carúpano del Estado Sucre.
1.3.2.- Objetivos Específicos:
- Revisar el contenido de la bibliografía existente en la U.P.T.P. “Luis Mariano
Rivera” de Carúpano Estado Sucre referente al tema planteado.
- Definir las características de los ánodos de sacrificio y corriente impresa.
- Identificar los parámetros para medir la capacidad de la corriente impresa.
- Describir procedimientos para el cálculo de protección catódica por ánodos de
sacrificios y corriente impresa en las embarcaciones.
- Diseñar un material impreso de carácter teórico-práctico, complementado con
los cálculos y gráficos necesarios para la protección catódica por ánodos de
sacrifico y corriente impresa en las embarcaciones.
CAPÍTULO II
2.- MARCO TEÓRICO
2.1.- ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN
Para llevar a cabo la investigación, es necesario consultar diversos Trabajos
Especiales de Grado realizados con anterioridad que guarden relación directa con el
tema que se va a desarrollar y sirvan de apoyo para las bases teóricas, metodología a
utilizar, cálculos varios respectivos al diseño del sistema de protección catódica, de
los cuales se mencionan:
Dorta (1.998), en su Trabajo de Ascenso presentado como requisito para optar
a la categoría de Profesor Agregado en el I.U.T. “Jacinto Navarro Vallenilla” de
Carúpano Estado Sucre, titulado “Propuesta de un manual teórico-gramatical para
la asignatura Inglés Naval I, dirigido a los profesores y estudiantes del
Departamento de Tecnología Naval del I.U.T. “Jacinto Navarro Vallenilla”
sugiere que:
Los manuales o libros con intenciones didácticas deben usarse como
guía de la materia, como medio para facilitar la enseñanza y el
aprendizaje de los alumnos, como un recurso que suministra
conocimientos teóricos o prácticos especializados y actualizados, y
como un recurso disponible y efectivo que oriente, amplíe y facilite
las labores de los docentes y alumnado de las asignaturas a las cuales
estos libros o manuales serán dirigidos (pág 5).
Según el autor este tipo de manuales deben ser utilizados por los cursantes de
la asignatura como una guía que complemente el aprendizaje obtenido en el aula, ya
que este tipo de material muestra detalladamente explicaciones de los diferentes
puntos señalados en el contenido programático de la materia.
Al respecto Viña (1.999) en su Trabajo de Ascenso presentado para optar a la
categoría de Auxiliar Docente III en el I.U.T. “Jacinto Navarro Vallenilla” titulado
“Manual práctico de la asignatura Taller General para los alumnos del primer
semestre de la carrera Tecnología Naval en el I.U.T. “Jacinto Navarro
Vallenilla”, menciona que:
Con los manuales se logra que el lector cuente con una fuente
apropiada de donde pueda extraer una seria de conocimientos teóricos,
los cuales podrá aplicar directamente a las prácticas inherentes a su
campo, podrá descubrir sus potencialidades y trabajará eficazmente en
el medio en el cual se desenvuelve, afrontando y resolviendo los
diferentes problemas relativos a sus tareas. (pág. 3)
Por lo antes dicho se puede señalar que los manuales constituyen hoy en día
una herramienta valiosa pedagógicamente activa para el docente en el proceso de
enseñanza, proporcionándole al alumno información para el desarrollo de habilidades
y destrezas que le permitan desempeñarse en una actividad específica.
2.2.- BASES TEÓRICAS
Manual Didáctico
El manual del alumno es un recurso didáctico innovador utilizado actualmente
en el proceso de enseñanza. Es un documento impreso en el que se desarrollan los
contenidos del programa de una asignatura de forma estructurada, facilitándole
información sobre un tema determinado y facilitando, como recurso didáctico, al
alumno en su proceso de aprendizaje.
Existen ciertas normas básicas para elaborar un manual didáctico. Según el
artículo “Metodología para el Diseño de Acciones Formativas” (1998).
…estas normas confieren a dicho manual una estructura específica
que se puede resumir en los siguientes apartados:
Objetivos:
Antes de comenzar a redactar un manual, el autor debe plantearse
qué es lo que pretende, qué va a conseguir el alumno cuando haya
estudiado el texto. En definitiva, debe marcarse unos objetivos muy
claros y ello por las siguientes razones:
1. Los contenidos deberán estar relacionados con los objetivos.
2. Los ejercicios y pruebas de evaluación deberán medir el grado de
consecución de los objetivos.
3. Los objetivos condicionan los contenidos y las pruebas de
evaluación.
El esquema general de contenidos:
Una vez que los objetivos están claramente definidos, el autor del
texto ha de preparar, antes de empezar a desarrollar los contenidos,
un esquema estructurado de los mismos, este esquema posibilitará
una redacción lógica y continuada de dichos contenidos. La
organización estructurada va a facilitar la posterior redacción del
texto (pág. 05).
Los objetos, representan que es lo que se quiere lograr, delimitan, guían y
precisan los alcances de la investigación que se ha planteado el docente. Es decir,
son los conocimientos, habilidades y/o actitudes que deberán alcanzar los
alumnos al final de la acción formativa.
En el caso del esquema general, este deberá respetar la organización y
estructura del programa detallado de la signatura facilitando la posterior redacción del
texto. En el caso de que existan ilustraciones en el manual deberán elaborarse las
respectivas listas de cuadros y/o fotográficas y colocarse después del índice general.
Seguidamente se exponen los pasos a seguir en la redacción concreta del
mismo según el artículo “Metodología para el Diseño de Acciones Formativas”
(1.998).
La Introducción General:
La introducción general del texto orientará al alumno acerca de los
objetivos del mismo, a la vez que permite al autor exponer cualquier
sugerencia que facilite la consecución de los mismos. Cuáles son los
puntos más importantes, cómo se relaciona con otras áreas, con qué tipo
de recursos debe contar, etc., son parte de los temas que se pueden
abordar en una introducción. Conocer de antemano la finalidad del
texto favorece su estudio. (pág. 05).
Con la presentación de este punto se pretende despertar el interés del lector en
el tema abordado, destacándose su importancia y dándose a conocer el propósito de la
investigación.
El mismo artículo señala que el segundo punto a considerarse en la redacción
concreta del manual es el desarrollo de los contenidos divididos en unidades
didácticas, llamados capítulos o temas, relacionados secuencialmente entre sí y cuya
estructura se detalla a continuación:
1. Introducción. Cada capítulo contará, al comienzo con una
introducción, la cual servirá para orientar al alumno en el estudio
del propio tema.
2. Esquema de Contenidos. Después de la introducción, se incluirá
un esquema de contenidos que en forma de cuadro sinóptico,
expondrá las partes más importantes del tema, que posteriormente
se desarrollarán.
3. Desarrollo de Contenidos. Seguidamente el autor aportará cuanta
información sea necesaria para facilitar la comprensión y mejor
asimilación de los contenidos o puntos clave que se incluyen en el
tema. Si el autor desea resaltar alguna palabra o frase, deberá
escribirla con tipografía distinta o más destacada. La exposición del
texto ha de ser clara, comprensible, amena y consecuente. Para
facilitar la comprensión de los contenidos recomendables que el
autor recurra a utilizar frecuentemente ejemplos. Enseñanza a
distancia. Son acciones no presenciales en la que los alumnos
controlan directamente el aprendizaje.
4. Ilustraciones. El autor del texto debe ser consciente de que “una
imagen vale más que mil palabras” y procurará por tanto, utilizar
cuantas ilustraciones considere necesarias para un mejor
aprendizaje.
5. Ejercicios de Comprobación. Para comprobar el grado de
asimilación por parte de los alumnos o facilitar el aprendizaje de los
contenidos y, por tanto, evaluar la consecución de los objetivos
propuestos, el autor diseñará unos ejercicios. Cuando junto a estas
pruebas se le proporcionan al alumno las soluciones para que él
mismo analice sus respuestas y verifique el grado de asimilación de
los contenidos, se denominan ejercicios de autoevaluación (pág.
06).
El desarrollo de los contenidos le permitirá al docente identificar las
deficiencias presentes en el programa de la asignatura que administra facilitándose
hacer las correcciones e incorporaciones respectivas en búsqueda de la calidad en el
proceso de enseñanza-aprendizaje.
A veces teniendo en cuenta la materia tratada, se hace necesario utilizar
apartados complementarios al texto. Entre ellos destacan:
Glosario de Términos. Es incorporado cuando se introducen en el
texto palabras que se suponen desconocidas para los alumnos.
Generalmente va colocado al final del texto.
Bibliografía Recomendada. Al final de cada unidad se incorporará
una breve relación de la bibliografía recomendada a los estudiantes
para que puedan consultar los textos.
Respuestas a las autoevaluaciones. Cuando se incluyen ejercicios de
autoevaluación en el texto, se pondrán las respuestas a las mismas al
final del texto. (pág. 07)
La Corrosión.
Es la destrucción de un material por causa de una reacción química o
electroquímica, con su medio ambiente, ya que el material y su medio ambiente
forman un elemento de corrosión, influyendo en la extensión de ésta los potenciales
eléctricos de los materiales metálicos, así como diferencias de concentración y
temperatura. Todos los metales tienen tendencia a volver a la condición estable en la
que se encontraban en la naturaleza, es decir, termodinámicamente hablando, a su
estado natural. Esta tendencia es mucho más fuerte en los metales menos nobles, por
lo que éstos pueden clasificarse de acuerdo con su nobleza en orden de decreciente
actividad y creciente potencial.
Tipos de Corrosión.
No todos los fenómenos corrosivos son idénticos, debido a que existen varios
tipos de corrosión, entre las que podemos distinguir el efecto que produce una gota de
agua. La corrosión se clasifica de acuerdo a la apariencia del metal corroído, y dentro
de las más comunes están: la corrosión uniforme, galvánica, por picaduras,
intergranular y por esfuerzo, entre otras.
La corrosión en el casco del buque es un proceso de naturaleza
electroquímica. Hay un flujo de electricidad de unas áreas a otras de la superficie
metálica a través del electrólito, que es el agua de mar, capaz de conducir la corriente.
Debido a esto, es muy importante tener claro el concepto de potencial de equilibrio
que tienen los metales, ya que a nivel práctico se usan las series galvánicas para
determinar el material que va a actuar como cátodo y el ánodo.
Todos los tipos básicos de corrosión pueden ocurrir en el agua de mar, pero lo
que se encuentra frecuentemente en la corrosión del casco del buque es el ataque
localizado en determinadas zonas del componente metálico, permaneciendo
inalteradas las restantes. Los fallos más abundantes ocurren con la formación por
picaduras, corrosión selectiva, galvánica, bajo tensión, por fatiga, ataque por
cavitación, ataque por choque y corrosión localizada e intergranular.
Dentro de éste apartado, se hará mención de los tipos de corrosión que más
frecuentemente se presentan en la obra viva del buque:
1. Corrosión Uniforme: Se presenta fundamentalmente cuando el ataque se
extiende equitativamente por toda la superficie metálica, siendo éste de
carácter superficial.
2. Corrosión Galvánica o Bimetálica: Siempre que se unen dos metales o
aleaciones diversas, el más electro - negativo de los dos, tiende a prevenir la
corrosión y tanto más intensamente y cuanto más distanciados se encuentran
ambos metales en la serie galvánica, es más eficiente su acción.
3. Corrosión por Picaduras: Es una forma de ataque extremadamente localizada,
en la cual se producen pequeños huecos o cavidades en el material. Es
considerada como el tipo de corrosión más dañina, ya que es más difícil de
detectar o predecir. Los productos utilizados para la prevención son los
recubrimientos. En este tipo de corrosión, el inicio del proceso se debe a
factores eminentemente metalúrgicos, según los factores químicos o
electroquímicos.
4. Corrosión Localizada: Consiste en un ataque muy localizado y profundo,
frecuentemente es difícil de descubrir, dado el pequeño diámetro de las
perforaciones y porque las bocas de éstas perforaciones están recubiertas con
productos de corrosión. Se requieren meses e incluso años para que los
agujeros lleguen a perforar el metal.
5. Corrosión ínter-granular: Los bordes del grano son más propensos al ataque
electroquímico, no solo porque en ellos los átomos metálicos están más
débilmente empaquetados en la red cristalina, sino también por las impurezas
y segregaciones que allí se acumulan. Las áreas inmediatamente contiguas a la
soldadura quedan empobrecidas en elementos aleantes, por lo que se vuelven
activas frente al resto del metal. En las soldaduras se da en paralelo el
fenómeno de unión bimetálica, ya que el electrodo de soldadura introduce un
compuesto de distintas características electroquímicas.
6. Corrosión Selectiva: Se presenta en aleaciones en los que los aleantes
difirieren bastante entre sí por sus potenciales electroquímicos. El elemento
más electronegativo (activo) se disuelve, quedando una estructura esponjosa
de malas propiedades metálicas. Cuando se eligen por razones de economía
hélices de elevado porcentaje de zinc, puede tener lugar el fenómeno conocido
como deszincificación.
7. Corrosión por Organismos Microbiológicos: El factor biológico puede tener
una influencia importante en el fenómeno de la corrosión marina, siendo
decisivo en el casco de los barcos, en donde, además de originar corrosiones
en el casco, ofrece impedimentos a su movimiento.
La Corrosión Atmosférica.
Este tipo de corrosión, se produce a través de un proceso electroquímico que
requiere la presencia de un electrolito, debido a que películas invisibles de electrolitos
tienden a formarse en las superficies metálicas bajo condiciones atmosféricas
corrosivas cuando se alcanza un nivel crítico de humedad. Para el hierro, este nivel es
de alrededor de 60% en atmósfera libre de la corrosión (limpias). El nivel de
humedad crítica no es constante, depende del metal, la naturaleza higroscópica de los
productos de corrosión en la superficie y de la presencia de atmosfera contaminada.
En la presencia de electrolitos de capa fina, la corrosión atmosférica se activa
balanceando las reacciones catódicas y anódicas. La reacción anódica comprende la
disolución del metal en el electrolito, mientras que la reacción catódica es asumida
con frecuencia como una reacción de reducción de oxígeno. El oxígeno en la
atmosfera llega fácilmente al electrolito en condiciones de capa fina; el espesor y la
conductividad eléctrica de la película, dependen fuertemente de la humedad relativa,
la naturaleza de los contaminantes de la superficie y muchos otros factores como
temperatura, exposición a la luz solar y otros.
La Corrosión Marina.
La característica de la atmósfera marina es la presencia de partículas finas de
agua de mar llevadas por el viento a depositarse en las superficies expuestas. La
cantidad de sal, decrece rápidamente con la distancia del océano hacia el interior del
continente y la influencia de las corrientes del viento juega un papel de importancia.
La corrosión en un buque es el resultado de diferentes tipos de ataque, donde
el más común, es la corrosión generalizada del casco por la presencia de agua salada.
Este tipo de corrosión tiene como característica fundamental el medio en el que se
produce, pues, el agua de mar es el electrolito corrosivo por excelencia que tiene la
naturaleza y su alto contenido salino, la convierte en un electrolito perfecto para el
buen funcionamiento de la pila de corrosión, manteniendo los posibles ánodos y
cátodos, en contacto eléctrico en todo momento.
1. Naturaleza de la sustancia corrosiva: La corrosión puede ser clasificada como
húmeda o seca. Para la primera, se requiere un líquido o humedad, mientras
que para la segunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta
temperatura.
2. Mecanismo de corrosión: Este comprende las reacciones electroquímicas o
bien, las reacciones químicas.
3. Apariencia del metal corroído: La corrosión puede ser uniforme, cuando el
metal se corroe a la misma velocidad en toda su superficie, o bien, puede ser
localizada, en cuyo caso solamente resultan afectadas pequeñas áreas.
Materiales Resistentes a la Corrosión.
El Hierro y el Acero, debido principalmente a su bajo costo y sus buenas
propiedades mecánicas, son los materiales más ampliamente usados en la
Construcción Naval. Desafortunadamente, la mayoría de éstos materiales tienden a
corroerse y a volver a su estado primitivo con facilidad, y más aún, en el medio
marino. Por ello en ciertos casos de corrosión, se prefiere el empleo de materiales
menos activos o aleaciones especiales, como lo son, el Magnesio, el Zinc y el
Aluminio, para retardar el proceso de degradación, ya que en solicitaciones en
extremo severas, ésta es una solución posible.
Existen casos especiales de corrosión marina, en los que se usan metales como
el Zinc o el Aluminio, cuyo precio es muy razonable, ya que materiales menos
comunes como Titanio y Tantalio, se emplean solamente bajo condiciones muy
severas. La decisión sobre cuál de estos materiales se debe usar o qué tipo de
protección se empleará, dependerá en gran parte del material del casco de la
embarcación, así como del servicio que preste, del tipo de ambiente y del costo de los
métodos de alternativa.
Potencial Eléctrico de los Metales.
Ya hemos visto que el fenómeno de corrosión más importante es el de tipo
eléctrico. Es más, con el uso de los modernos metales prácticamente todos los tipos
de corrosiones que hay que combatir en la náutica son de este tipo. Cuando dos
metales están en contacto a través de un líquido se produce una corrosión galvánica o
electrolítica. El grado de corrosión depende fundamentalmente de la diferencia de
potencial eléctrico existente entre dos metales en contacto. Cuanto más bajo
(negativo) sea el potencial de un metal, más fácilmente resultará corroído; del mismo
modo cuanto mayor sea la diferencia de potencial entre los dos metales en contacto,
mayor será la corrosión galvánica producida entre ambos, siempre en perjuicio del de
menor potencial. La tabla que acompaña este texto, indica el potencial eléctrico de los
metales de mayor interés, que es el que presentan cuando están sumergidos en agua
salada a temperatura de 25 °C.
Potencial Eléctrico de Materiales en Agua Salada A 25 °C
MATERIAL POTENCIAL ELÉCTRICO EN
VOLTIOS
Sodio -2.71
Magnesio -2.38
Aluminio -1.67
Manganeso -1.05
Zinc -0.76
Cromo -0.71
Hierro -0.44
Cadmio -0.40
Níquel -0.25
Estaño -0.14
Plomo -0.13
Hidrogeno 0
Cobre +0.35
Plata +0.80
Mercurio +0.85
Factores Controlantes de los Mecanismos de Corrosión del Casco de un Buque.
1. Salinidad: De unos mares a otros, las variaciones en la salinidad no son muy
acusadas. La salinidad del mar está comprendida entre 33 - 37 %,
dependiendo del lugar geográfico y de las condiciones climatológicas.
Después de estudios realizados a este respecto, podemos concluir diciendo
que débiles variaciones en la salinidad del agua de mar no parecen producir
cambios apreciables en la corrosión del acero sumergido en este medio.
2. Temperatura: La temperatura del agua de mar varía en función de la estación
del año y de la posición geográfica del lugar. Los valores oscilan entre -2 °C y
35 °C. Las velocidades de corrosión, previsiblemente más elevadas en aguas
calientes tropicales, se van amortiguando por la existencia en este tipo de
aguas de abundante crecimiento de organismos marinos, lo que lleva consigo
una reducción del oxígeno en la superficie metálica.
3. Oxígeno: Debido al alto PH del agua de mar, el agente oxidante es por
excelencia el oxígeno disuelto. La reducción del oxígeno disuelto está
directamente relacionado con el proceso de oxidación del metal, y por lo
tanto, todos los factores que influyen en la relación de oxígeno con la
superficie del metal, influirán en el comportamiento de la corrosión. Las
velocidades de corrosión para los aceros de los buques son más severas
cuando el sistema tiene oxígeno en abundancia.
4. Azufre: Para una aleación férrea y en una zona donde actúe una colonia
bacterial, como es el casco de un buque, la picadura que está formándose se
cubre con FeS como producto de corrosión. En la zona de la picadura, la
reacción anódica genera iones ferrosos, los cuales reaccionan después con
iones de Sulfuro de Hidrogeno y el resultado es que se forma más FeS, junto
con iones H+, son los que hacen descender el PH y todo esto hace que la
picadura siga creciendo. Se ha estudiado que la presencia de sulfuro de
hidrógeno H2S, en el electrolito, promueve el crecimiento de grietas en los
cascos debido a la aparición de picaduras.
5. Cloruro: Un alto contenido de cloruros pude bajar el potencial del metal y, de
este modo, incrementar la posible reacción de corrosión. Para el caso de
aleaciones férreas, el mecanismo de disolución del hierro en soluciones
concentradas de iones cloruro.
6. Velocidad de flujo: El movimiento del agua de mar al afectar al transporte de
oxígeno a las zonas catódicas, y a la eliminación de los productos de
corrosión, puede contribuir en la magnitud del proceso corrosivo.
7. Velocidad de Corrosión: Conforme aumenta la velocidad, aumenta la
probabilidad de que aparezcan fenómenos de la corrosión - erosión por
turbulencias que aceleran notablemente el proceso corrosivo, lo que significa
un peligro latente para la corrosión por picaduras.
8. Profundidad: La velocidad máxima de corrosión del casco del buque se
presenta en la zona de salpicaduras. Esto es debido a que el metal en esta
zona, está continuamente mojado por una delgada capa de agua de mar,
altamente aireada. Las burbujas de aire disuelto en el agua de mar tiende a
hacerla más destructiva, al eliminar las películas de protección y
recubrimientos.
Medidas Preventivas de la Corrosión.
Para que se produzca la corrosión en una estructura metálica, se ha de
encontrar ésta en contacto con el medio corrosivo, bien sea la misma atmósfera como
en el caso de la corrosión atmosférica, bien en un electrolito (tierra, agua u otro medio
hostil), caso de la corrosión galvánica. El primer método que vemos 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, esto es lo
que se conoce como protección pasiva.
En la industria moderna, se usan muchos tipos de recubrimientos aislantes:
resinas, asfalto, pinturas vinílicas, de epoxi, y al cloro caucho, etc. En todas ellas los
valores de resistividad, flexibilidad, adherencia, punto de reblandecimiento, poder de
absorción del agua, etc., juegan un papel importante en la selección de esta clase de
protección. La protección pasiva es el sistema por el cual un metal se recubre por otro
de mayor resistencia a la corrosión, o capaz de pasivarse fácilmente ante el medio que
le rodea.
Hay muchos métodos de lograrlo: electrolíticamente, por inmersión, por
aspersión, etc. Para elegir el metal y método de recubrimiento, se han de tener en
cuenta una serie de factores, entre los que son de considerar la porosidad del material
de aportación y su comportamiento electroquímico frente al metal base. Pues bien,
este mismo proceso nos da idea del método a seguir en la protección catódica,
convirtiendo la estructura metálica a proteger en el cátodo de una pila galvánica o
circuito eléctrico.
Asimismo, esto se puede realizar recurriendo a la serie electroquímica de los
metales y escogiendo para actuar como ánodo un metal más electronegativo que el
que queremos proteger o bien conectando la estructura al polo negativo de un
generador de corriente continua, cuyo polo positivo introducimos en el electrolito en
cuestión, mediante un ánodo que generalmente no se disuelve o sufre una disolución
muy lenta. Con este método podemos comunicar a la estructura a proteger una
tensión controlable en cualquier momento de la vida de la instalación.
Entre las medidas preventivas de la corrosión marina se encuentran:
Por sus relativos bajos costos, el uso de recubrimientos protectores es uno de
los métodos anticorrosivos más utilizados para el control de la corrosión.
Nuevas aleaciones resistentes a la corrosión, recubrimientos orgánicos, tales
como pinturas e inorgánicos o metalizados.
Ante el problema de un metal corroído, lo que muchas veces se presenta de
manera inesperada, la mejor manera de evitarlo es la selección del material
adecuado a cada medio.
Usar materiales de gran pureza.
Presencia de elementos de adición en aleaciones, por ejemplo, los aceros
inoxidables.
Tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones sólidas, como
el alivio de tensiones.
Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus
efectos, por ejemplo, los anticongelantes.
Uso de recubrimientos superficiales, como lo son, las pinturas, las capas de
óxido, recubrimientos metálicos, entre otros.
Uso de ánodos de sacrificio o una buena combinación de estos con un buen
sistema de pinturas.
Protección Catódica.
La protección catódica presenta sus primeros avances, aproximadamente en el
año 1824, cuando el Inglés Sir. Humphrey Davy, recomienda la protección mediante
la envoltura de cobre de los buques de guerra británicos, uniéndolo con bloques de
hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a
pesar de que se presentó el problema de ensuciamiento por la proliferación de
organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación.
Seguidamente, en el año 1850 y después de un largo período de
estancamiento, la Marina Canadiense mediante un empleo adecuado de pinturas con
antiorganismos y anticorrosivos, demostró que era factible la protección catódica de
las embarcaciones, debido a la economía en los costos de la protección y de
mantenimiento del casco. La realización de la protección catódica con ánodos de
sacrificio o galvánicos se lleva a cabo normalmente con tres metales característicos:
zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) y sus aleaciones.
Método de Protección Catódica.
La protección catódica, es un método electroquímico cada vez más utilizado
hoy en día, el cual aprovecha el mismo principio electroquímico de la corrosión,
transportando un gran cátodo a una estructura metálica, ya sea que se encuentre
enterrada o sumergida. Para este fin será necesaria la utilización de fuentes de energía
externa mediante el empleo de ánodos galvánicos, que difunden la corriente
suministrada por un transformador - rectificador de corriente.
El mecanismo, consecuentemente implicará una migración de electrones hacia
el metal a proteger, los mismos que viajarán desde ánodos externos que estarán
ubicados en sitios plenamente identificados, cumpliendo así su función. A ésta
protección se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo las
pinturas, ya que casi la totalidad de los revestimientos utilizados en instalaciones
enterradas, aéreas o sumergidas, son pinturas industriales de origen orgánico, pues el
diseño mediante ánodo galvánico requiere del cálculo de algunos parámetros, que son
importantes para proteger estos materiales, como son: la corriente eléctrica de
protección necesaria, la resistividad eléctrica del medio electrólito, la densidad de
corriente, el número de ánodos y la resistencia eléctrica que finalmente ejercen
influencia en los resultados.
Aplicaciones de la Protección Catódica.
Los sistemas de protección catódica, tienen un gran campo de aplicación,
tanto en las instalaciones navales, como en las mecánicas, industriales y civiles, como
lo son: Motores y sus enfriadores, buques, tuberías submarinas, boyas, cadenas,
tanques, condensadores, tuberías enterradas, depósitos de agua, torres metálicas, entre
otras aplicaciones.
Fundamento de la Protección Catódica.
Una vez analizadas algunas condiciones especialmente desde el punto de vista
electroquímico, dando como resultado la realidad física de la corrosión, después de
estudiar la existencia y comportamiento de áreas específicas como Ánodo - Cátodo -
Electrólito y el mecanismo mismo de movimiento de electrones y iones, llega a ser-
obvio que si cada fracción del metal expuesto de una tubería o una estructura
construida de tal forma de coleccionar corriente, dicha estructura no se corroerá
porque sería un cátodo.
La protección catódica realiza exactamente lo expuesto, forzando la corriente
de una fuente externa, sobre toda la superficie de la estructura; mientras que la
cantidad de corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente venciendo 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. Para que la
corriente sea forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia de potencial
del sistema aplicado sea mayor que la diferencia de potencial de las microceldas de
corrosión originales.
La protección catódica funciona gracias a la descarga de corriente desde un
cama de ánodos hacia tierra y dichos materiales están sujetos a corrosión, por lo que
es deseable que dichos materiales se desgasten (se corroan)a menores velocidades que
los materiales que protegemos. Teóricamente, se establece que el mecanismo consiste
en polarizar el cátodo, llevándolo mediante el empleo de una corriente externa, más
allá del potencial de corrosión, hasta alcanzar por lo menos el potencial del ánodo en
circuito abierto, adquiriendo ambos el mismo potencial eliminándose la corrosión del
sitio, por lo que se considera que la protección catódica es una táctica de la
proyección de un sistema de protección catódica requiere de la investigación de
características respecto a la estructura a proteger y al medio:
Selección del Sistema de Protección Catódica.
La mejor protección a la corrosión es una combinación de una buena pintura,
acompañada de un buen tratamiento superficial, y, una buena protección catódica a
través de los ánodos de sacrificio, ya que un buen pintado es una barrera de ayuda que
reduce la corriente requerida a suministrar por la protección catódica. Todas las
pinturas que se utilicen deben tener una gran resistencia alcalina, ya que la protección
catódica va acompañada de una ligera alcalinidad, lo cual debe de tenerse siempre en
cuenta a la hora de seleccionar un buen sistema de protección catódica para un buque.
Ánodos de Sacrificio.
La corriente polarizante que suministra un Ánodo de sacrificio, hace que estos
se desgasten en beneficio de la estructura (Cátodo) que permanece inalterable. Son
diversos los materiales utilizados como ánodos de sacrificio, sin embargo, las
aleaciones de Zinc, Aluminio y Magnesio, son las más corrientes. El Magnesio sin
alear no puede utilizarse en sistemas de protección catódica en agua de mar, debido a
su rápido deterioro. También se usan ciertas aleaciones de Aluminio, pero los ánodos
de sacrificio más utilizados en la industria son los de Zinc, que no es necesario
controlar y que, además, suministran una corriente continua y muy eficiente, además,
un imperante de este tipo de Ánodos es la pureza del metal base; la composición debe
de estar acorde con las especificaciones que actualmente hay al respecto.
El Hierro (Fe), es una de las impurezas más perjudiciales para la actividad
anódica del Zinc; se tolera un máximo de 50 ppm de hierro, sí al mismo tiempo
existen ciertos contenidos de Cadmio (Cd) y Aluminio (Al), y en general, cualquier
metal que esté en contacto con un medio hostil. El zinc ha sido siempre el material
anódico clásico, y es el pionero en el desarrollo de la protección catódica.
Los ánodos de aleaciones de Magnesio han sido también utilizados con éxito;
principalmente se emplean para la protección de estructuras que requieren de una
polarización rápida, o en medios agresivos de resistividad elevada, como los suelos.
El Aluminio es un material anódico de gran interés por sus características
electroquímicas. Sin embargo, la obtención de aleaciones de aluminio adecuadas para
ánodos de sacrificio ha sido más lenta que las de los dos otros metales, que en los
últimos años han tenido un gran desarrollo.
Propiedades de un Material Anódico.
Tomando en cuenta la serie electroquímica de los metales, un metal tendrá
carácter anódico respecto de otro si se encuentra arriba de él en dicha serie. Así, por
ejemplo, el Hierro será anódico con relación al Cobre y catódico respecto al Zinc. El
metal que actúa como ánodo se "sacrifica" (se disuelve) en favor del metal que actúa
como cátodo; por esto el sistema se conoce como Protección Catódica con Ánodo de
Sacrificio. Las propiedades que debe reunir un material anódico son las siguientes:
1. Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo como para
polarizar la estructura de acero (que es el metal que normalmente se protege) a
– 0.80 Voltios (V). Sin embargo, el potencial no debe ser excesivamente
negativo ya que eso motivaría un gasto innecesario de corriente. El potencial
práctico de disolución puede estar comprendido entre - 0.95 V y - 1.7 V.
2. Cuando el metal actúe como ánodo debe presentar una tendencia pequeña a la
polarización, no debe desarrollar películas pasivantes protectoras y debe tener
un elevado potencial para la formación de hidrógeno.
3. El metal debe tener un elevado rendimiento eléctrico, expresado en amperes -
hora por kilogramo de material (A - h/kg), lo que constituye su capacidad de
drenaje de corriente.
4. En su proceso de disolución anódica, la corrosión deberá ser uniforme.
5. El metal debe ser de fácil adquisición y deberá fundirse en diferentes formas y
tamaños.
6. El metal deberá tener un costo razonable, de modo que en conjunción con las
características electroquímicas correctas, pueda lograrse una protección a un
costo bajo por amperes - año.
Características de un Ánodo de Sacrificio.
Corriente suficientemente elevada por unidad de peso de material consumido.
Buen comportamiento de polarización anódica a través del tiempo.
Bajo costo.
Fácil instalación y mantenimiento
CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁNODOS GALVÁNICOS
Ánodo Eficiencia Rendimiento
Am-Hr/Kg
Contenido
de Energía
Am-Hr/Kg
Potencial de
Trabajo
(Voltio)
Relleno
Zinc 95% 778 820 -1.10 50% yeso 50% de
bentonita 75% yeso
Magnesio 95% 1102 2204 -1.45 a -1.70 20% de bentonita 5%
SO4 Na2
Aluminio 95% 2817 2965 -1.10
Tipos de Ánodos de Sacrificio.
Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia de potencial existente
entre el metal a proteger y el ánodo, éste último deberá ocupar una posición más elevada en la
tabla de potencias (serie electroquímica o serie galvánica). Los ánodos galvánicos que con
mayor frecuencia se utilizan en la protección catódica son: Magnesio, Zinc, Aluminio.
1. Magnesio: Los ánodos de magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro
y están libres de de pasivación. Están diseñados para obtener el máximo
rendimiento posible, en su función de protección catódica. Los ánodos de
magnesio son apropiados para oleoductos, pozos, tanques de almacenamiento de
agua, incluso para cualquier estructura que requiera protección catódica temporal.
Se utilizan en estructuras metálicas enterradas en el suelo de baja resistividad hasta
3000 ohm - cm.
2. Zinc: Para estructuras metálicas inmersas en agua de mar, como lo son los
buques, especialmente de poco tamaño, embarcaciones de recreo, lanchas
rápidas, entre otros. Además, es usado también, para suelos con
resistividad eléctrica de hasta 1000 ohm -cm.
3. Aluminio; Para estructuras inmersas en agua de mar.
Campos de Aplicación del Zinc, Aluminio, Magnesio y sus Aleaciones como
Ánodos Galvánicos.
La gran utilización del Zinc (Zn) como ánodo de sacrificio está justificada
porque es el primer metal que se empleó como tal en este tipo de sistemas. El valor
relativamente elevado de su potencial de disolución le confiere un alto rendimiento de
corriente. Uno de los factores que más puede limitar la utilización del Zinc es la
resistividad del medio agresivo. Es aconsejable que su empleo quede limitado a las
resistividades inferiores a los 5 000 ohms - cm.
También hay que cuidar su utilización en presencia de aguas dulces a
temperaturas arriba de 65 °C, ya que en estas condiciones puede invertir su polaridad
y hacerse catódico con relación al acero. Como ánodo galvánico o de sacrificio se
utiliza masivamente, sobre todo para la realización de la protección catódica en agua
de mar: buques, pantalanes, andenes marítimos, refuerzos metálicos, diques flotantes,
boyas, plataformas de perforación de petróleo, depósitos de agua, condensadores,
etcétera.
El Aluminio (Al), por su situación en la serie electroquímica, es el metal más
idóneo para la protección catódica, pues ocupa una posición intermedia entre el Zinc
y el Magnesio, y tiene una capacidad elevada de corriente. El campo de aplicación de
los ánodos de Aluminio es semejante al de los de Zinc y de igual manera, su
comportamiento es satisfactorio en la protección catódica de estructuras sumergidas
en aguas dulces, y, su mejor campo de aplicación es en medios de resistividad
elevada (entre 5000 y 20000 ohms - cm).
La siguiente tabla resume lo anterior y puede ayudar en la selección de un
material anódico en función de la resistividad del medio.
Ánodos de Sacrificio Recomendables en función de la resistividad del medio.
Protección Mediante Ánodos de Sacrificio en Buques.
Para obtener una buena protección anticorrosiva en los buques, recomendamos usar
nuestros Ánodos de Zinc o Aluminio, protegiendo las partes siguientes de la obra viva:
Popa, Timón y Ejes
Casco
Cajas y tomas de mar
Hélices de Proa y maniobra
Toberas, entre otras.
Un estudio de protección de cascos necesita los siguientes datos:
Disposición general del Buque.
Superficie mojada.
Especificación de pintura de la superficie mojada.
Intervalos previstos de entrada del buque en dique.
Ventajas y limitaciones de la Protección Catódica con Ánodos Galvánicos.
Esencialmente, la protección con ánodos de sacrificio puede utilizarse cuando
se requiere de una corriente pequeña y la resistividad del medio agresivo es baja. Sin
embargo, cuando se requiere de una protección más alta, para agua de mar, con
corrientes altas y donde la velocidad de navegación de la embarcación es elevada,
puede usarse además, como complemento de la protección catódica con ánodos de
sacrificio, una combinación de éstos con un buen sistema de pintura, lo que permite
proteger satisfactoriamente la estructura, ya que previene la posibilidad de la
formación de la corrosión.
En la Tabla siguiente, se muestran resumidamente las ventajas y limitaciones
de la protección catódica con ánodos de sacrificio o galvánicos:
Ventajas Limitaciones
- Fácil de instalar
- No se necesita de una fuente de
corriente continua ni de un
regulador de voltaje.
- No provoca problemas de
interferencia.
- Bajo costo de mantenimiento.
- Permite obtener una distribución
de corriente uniforme.
- Se puede aumentar el número de
ánodos, con el sistema en
operación.
- Corriente suministrada limitada.
- Ineficaz en ambientes de
resistividad elevada.
- Costo inicial alto.
- Alto consumo de los ánodos para
estructuras enterradas, mal
revestidas y sin revestimiento en
agua de mar.
Protección Catódica Por Corriente Impresa
EL sistema de protección catódica con corriente impresa se llevó a cabo
aproximadamente cien años después que el de ánodos galvánicos. 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 ferrosilicio, grafito,
titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la existencia del electrolito
(medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice el proceso electrolítico.
Este sistema de protección catódica tiene la característica de que utiliza como ánodo
dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metálicos 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 través de reacciones
electroquímicas, las cuales dependen tanto del material anódico, como del ambiente
que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que éste suministra.
Por ejemplo, en el caso de un ánodo de chatarra de hierro o de acero al
carbono, la reacción electródica es la de disolución del hierro:
y por tanto, el ánodo se consume con el tiempo. Para aquellos ánodos que se pueden
considerar insolubles o inertes, por ejemplo el de titanio platinado, la reacción
electroquímica puede ser:
Fe Fe2+
+ 2e-
(1)
4 OH- O2 + 2 H2O + 4 e
- (2)
2C1- C1 2 +2e
-, (3)
según el ambiente y la densidad de corriente suministrada por el ánodo.
En el suelo y en las aguas naturales tiene lugar la reacción (2), mientras que en
el agua de mar tiene lugar principalmente la reacción (3). Los componentes de un
sistema de protección catódica con corriente impresa son:
a) Un ánodo dispersor
b) Una fuente de corriente continua y
c) El cable portador de la corriente.
d)
En la siguiente figura se presenta un esquema de la protección de una tubería
enterrada en el suelo.
Esquema de protección catódica con corriente impresa de una tubería enterrada.
Fuentes De Corriente
El sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua,
no importa de dónde provenga, a condición 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 años.
- 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
monofásico, estará constituido por un transformador monofásico T, alimentado en el
primario a 110 o 220 V (tensión de la red de distribución). La tensión de salida puede
ajustarse según las necesidades. Un puente monofásico reductor P, compuesto por 4
diodos o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias
de la corriente monofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágil que
el silicio.
Esquema de un transforrectificador monofásico.
Un voltímetro permite controlar la tensión de salida y un amperímetro la
intensidad total.
La tensión de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o por medio de
un "variac", el cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo.
Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es más económico utilizar
rectificadores alimentados con corriente trifásica de 380 V.
- Dinamo con motor térmico
Permite la protección catódica en donde no existe posibilidad de suministrar
energía eléctrica, como en el caso de los desiertos o zonas selváticas. El motor
térmico puede estar alimentado, ya sea directamente a partir de la conducción que se
desea proteger, ya sea por un depósito que se llena periódicamente.
Ánodos Auxiliares
Todos estos ánodos van consumiéndose a mayor o menor velocidad con el
paso de la corriente. Así, por ejemplo, la chatarra de hierro se consume muy
rápidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. A continuación se describen
brevemente cada uno de estos electrodos.
- Chatarra de hierro
Por ser lo más económico, la chatarra de hierro es utilizada con frecuencia
como ánodo auxiliar. Dentro de los perfiles es el carril viejo el más utilizado y, dentro
de las fundiciones, la tubería.
Puede ser aconsejable la utilización de este tipo de ánodos en terrenos de
resistividad elevada, y es recomendable también que se le rodee de un relleno
artificial constituido por carbón de coque (con un diámetro medio de partícula de 10
mm).
El consumo medio de los lechos constituidos por perfiles de acero viene a ser
de 5 kg/A-año y de 8-10 kg/A-año para la tubería de fundición.
- Ferrosilicio
El ánodo 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 carbón de coque.
A intensidades bajas de corrientes (1 A), su vida es prácticamente ilimitada, y
su capacidad máxima de salida de corriente es de unos 12 a 15 A por ánodo. Su
consumo oscila, a intensidades de corriente altas, entre 0.1 0.3 kg/A-año.
Sus dimensiones más normales corresponden a 1 500 mm de longitud, 75 mm
de diámetro, y su peso aproximado es de 60 kg.
El ferrosilicio es muy frágil 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 carbón de coque.
Este ánodo es frágil, por lo que su transporte y embalaje debe ser cuidadoso.
Sus dimensiones varían: su longitud oscila entre 1 000 y 2 000 mm y su diámetro
entre 60 y 100 mm. Son más ligeros de peso que los de ferrosilicio.
La salida máxima de corriente que tienen estos ánodos es de 3 a 4 A por
ánodo y su desgaste varía entre 0.5 y 1 kg/A-año.
- Titanio platinado
El de titanio platinado es un ánodo especialmente indicado para instalaciones
en agua de mar, aunque también es perfectamente utilizable en aguas dulces o incluso
en suelos. Su característica más relevante es que con pequeños voltajes (12 V) se
pueden sacar intensidades elevadas de corriente, y además, su desgaste es apenas
perceptible. En el agua de mar tiene, sin embargo, algunas limitaciones con respecto a
la tensión a la que se puede aplicar, la cual nunca puede pasar de 12 V, ya que las
tensiones más elevadas podrían ocasionar que se despegara la capa de óxido de titanio
y que, por tanto, se deteriorara el ánodo. En aguas dulces que no tengan cloruros estos
ánodos pueden actuar a tensiones de 40-50 V. La salida máxima de corriente puede
ser de 3 000 A/m2, y su desgaste en las condiciones más adversas es de 0.01 g/A-año.
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, según las
necesidades, y los espesores de platino pueden ser de 2.5 y 5 micras. La vida de los
ánodos con 2.5 micras de espesor de platino se estima en 10 años aproximadamente y
los de 5 micras duran entre 20 y 25 años.
Su resistencia mecánica es pequeña, y por simple abrasión, como en los casos
de buques que naveguen por zonas que tengan arena, puede suceder que el platino
desaparezca y quede el ánodo pasivado instantáneamente, y resulte, por tanto,
inservible. Es éste un caso extremo, que no suele suceder, pero al menos se tiene que
saber que esto puede pasar.
- Tántalo platinado
El ánodo de tántalo platinado es semejante al anterior, aunque tiene sobre
aquél la ventaja de que en agua de mar puede trabajar a tensiones altas (50-60 V); sin
embargo, su adquisición es menos fácil y su precio es más elevado. Dado que en agua
de mar y a voltajes bajos se emplean grandes intensidades de corriente, el uso de este
ánodo, en general, no se justifica del todo.
- Plomo-plata: La aleación plomo plata está constituida por 1% de plata y una
pequeña cantidad de antimonio. El peróxido de plomo que se forma al actuar
anódicamente (que tiene el color del cacao) posee unas propiedades mucho
más elevadas en virtud de los elementos de aleación que se traducen en un
mejor funcionamiento y duración del electrodo.
Se utiliza más frecuentemente en agua de mar, en donde la corriente máxima
de salida no pueda ser superior a 270 A/m2. Se desgasta entre 50 y 200 g/A-año.
Estos ánodos deben presentar una superficie plana, con lo cual se evitan en lo
posible las aristas, pues en estas zonas la capa de peróxido de plomo se forma mal o
no se forma, por lo que en estos puntos se puede presentar una corrosión fuerte.
- Titanio-óxido de titanio y óxido de rutenio: Estos ánodos, desarrollados en
Estados Unidos en 1968, están constituidos por una combinación de óxidos 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
electroquímico. Su máxima capacidad de corriente (1100 A/m2) lo coloca a la
altura de los ánodos de titanio platinado, y su costo es, aproximadamente,
20% menor.
Ánodos Auxiliares: Propiedades
Como se ha visto, los diversos tipos de materiales que se utilizan como ánodos
para los sistemas de protección catódica con corriente impresa se escogen
básicamente en función de sus prestaciones necesarias y del medio en que serán
colocados.
En general, un buen ánodo debe poseer las propiedades siguientes:
a) Bajo consumo,
b) densidad de corriente erogada elevada,
c) pequeñas dimensiones,
d) baja resistividad,
e) buena resistencia mecánica, y
f) elevado potencial de ruptura.
Los ánodos que se utilizan en la corriente impresa pueden dividirse, en cuanto
a su consumo, en: a) ánodos solubles, b) semiinertes y c) inertes. Actualmente se
prefieren los inertes ya que, pese a que su costo es más alto, tienen las mejores
características. En el cuadro 16 se resumen las propiedades principales de los ánodos
utilizados en la corriente impresa, clasificados según su consumo. En el mismo
cuadro se incluye el medio en el cual pueden utilizarse.
Características de los ánodos empleados en protección catódica con corriente
impresa.
En el suelo o terreno se usa principalmente la aleación Fe-Cr-Si, mientras que
en el agua de mar se tiende a utilizar ánodos inertes del tipo Ti/Pt o Ti/RuO2 (ánodos
dimensionalmente estables, DSA).
La elección de un ánodo no se hace solamente en base a su consumo o a la
densidad de corriente que puede proporcionar; hay que tener en cuenta, además, sus
propiedades de resistencia mecánica, su resistencia a la erosión (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 instalación, el tiempo de sustitución e
incluso su disponibilidad en el mercado.
En el terreno, los ánodos pueden ser instalados en un lecho de bentonita o
polvo de coque, lo cual crea un medio homogéneo, húmedo y de baja resistividad
alrededor del ánodo, con lo que se aumenta su diámetro aparente y las dimensiones
efectivas del ánodo, y se disminuye de esta forma la resistencia ánodo-suelo, se evitan
los problemas de corrosión localizada que pueden romper el ánodo y reducir el
consumo del material anódico.
Cálculo De La Protección Y Distribución De Los Ánodos
El cálculo de un sistema de protección catódica con corriente impresa es
relativamente más sencillo que el de ánodos galvánicos. De hecho, no es necesario
optimizar las dimensiones y peso de los ánodos para garantizar por un lado el
suministro de la corriente necesaria para la protección, y por el otro la duración de los
ánodos elegidos.
Una vez establecida la corriente total de protección, se elige el tipo de ánodo
con base en los criterios examinados en el párrafo anterior y, teniendo en cuenta la
densidad de corriente máxima que puede suministrar cada ánodo, se determina su
número por exceso con respecto al teórico, para así poder obtener un mayor grado de
confiabilidad.
Todavía deberá tenerse en cuenta, para lograr una protección lo más
económica posible, la optimización del número y dimensiones de los ánodos, en
relación con la mayor o menor resistencia total que se determine, lo que se reflejará
en la potencia del generador o fuente de corriente continua y en su costo de
instalación.
Para la protección de estructuras ya existentes en agua de mar (por ejemplo la
protección de estructuras viejas, protegidas inicialmente con ánodos de sacrificio) la
elección de pocos pero potentes ánodos remotos, o al revés, de muchos pequeños
distribuidos sobre toda la estructura, puede llevar a grandes diferencias en el costo de
instalación, todo ello ligado al elevado costo de la instalación submarina de los
ánodos. La elección de instalar pocos ánodos resulta sin duda más económica, pero en
este caso es necesario tener presente que si se instalan pocos ánodos el sistema pierde
confiabilidad, pues si uno de los ánodos queda fuera de servicio, esto significará una
pérdida de protección que puede oscilar entre 50 y 100%, lo cual no sucede cuando se
colocan muchos ánodos pequeños distribuidos en toda la estructura.
En la ubicación de los ánodos o del lecho anódico es muy importante conocer
la posición de posibles estructuras que pudieran estar presentes en las vecindades, con
objeto de evitar fenómenos de interferencia que puedan provocar ataques graves de
corrosión.
Ventajas y Limitaciones del Método de Protección Catódica con Corriente
Impresa.
Las ventajas y desventajas que presenta el método de protección catódica por
corriente impresa se resumen en el siguiente cuadro. Esencialmente, se puede decir
que este método es más conveniente que el de los ánodos 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.
Una gran ventaja de este método es su posibilidad de proteger una gran
superficie con un solo ánodo. Por otra parte, tanto la diferencia de potencial como la
corriente suministrada son variables y de aquí 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 erráticas (parásitas), las cuales pueden provocar la corrosión
de estructuras vecinas.
Sistema para calcular la protección catódica del casco de un buque.
1. Densidad de Corriente: Las condiciones electroquímicas y mecánicas, tienen
gran influencia en el diseño de los sistemas de protección catódica. Otras
condiciones a considerar son: temperatura, salinidad, resistencia a
disoluciones de oxígeno, etc. Las especificaciones de un sistema de protección
catódica se expresan normalmente por la densidad de corriente eléctrica
requerida para dar a la superficie a proteger un potencial suficiente. La
densidad de corriente normal para cascos de buques varía desde 10 m A/m2,
hasta 30 m A/m2, aunque puede aumentarse en casos especiales que así lo
ameriten.
2. Vida de los Ánodos: Los ánodos se calculan normalmente para una
protección de uno a cuatro años de vida, mediante el siguiente procedimiento:
Cap. de Corriente * Peso Ánodo * Rendimiento * Factor de Utiliz.
(A-año/Kg) (Kg)
Vida= Ec1
Intensidad (A)
Donde:
Capacidad de Corriente = (Tabla), teniendo en cuenta que un año tiene 8760 horas.
Rendimiento = 50 a 90%.
Factor de Utilización = 85%.
Peso del Ánodo = Dato del Catálogo del Ánodo seleccionado (individual).
Valores Electroquímicos para el Cálculo de la Vida de los Ánodos
Peso Total de los Ánodos.
Peso (Kg.) = Corriente (A) * Vida de Ánodos (años) * 8.760 Ec2
Capacidad del Material (A Hora/Kg.)
Número de Ánodos:
Para conocer el número de ánodos que se van a necesitar para llevar a efecto
la protección catódica es necesario determinar la superficie a proteger y conocer la
densidad de corriente de protección.
El producto de la superficie a proteger (en m2) por la densidad de corriente de
protección (en mA/m2) nos dará la intensidad total necesaria para la protección
catódica (It). Por otra parte, como se conoce la intensidad que es capaz de suministrar
un ánodo, se tiene:
Número de ánodos - It/I Ec 3
La corriente total necesaria se obtiene mediante la fórmula:
Corriente en Amperios = Área (m2) x densidad de corriente en (mA/m
2) Ec 4
1000
El número y tipos de ánodos para compensar el total de la corriente y el peso
requerido, se calcula mediante;
Número de Ánodos = Corriente Requerida
Corriente requerida de cada Ánodo Ec. 5
También se puede calcular por medio de:
Número de Ánodos = Peso Calculado
Peso de Cada Ánodo Ec. 6
Situación de los ánodos.
Los ánodos deben distribuirse convenientemente alrededor de la superficie
mojada del casco, en proximidad por encima y debajo de las quillas de balance,
aumentando su número en la zona de Popa debido a la alta densidad de corriente
originada por la hélice. También se recomienda instalar Ánodos en las tomas de mar,
toberas, hélices de maniobra, etc. Esta práctica normal puede variarse dependiendo de
la geometría del buque, su sistema de pintado, o incluso del servicio previsto del
mismo.
Correcta colocación de los ánodos.
Para proteger una determinada pieza se hace uso de metales con un potencial
eléctrico negativo e inferior al potencial del metal de la pieza en cuestión, colocados
en contacto con la misma. Estas piezas de metal que sirven de protección reciben el
nombre de Ánodos. Se fabrican ánodos de diferentes formas y tamaños, construidos
específicamente para su uso en las embarcaciones. Como norma general se utiliza el
zinc o el aluminio para los ánodos usados en agua salada y aleaciones de magnesio
para los barcos que naveguen en aguas dulces o salobres.
Hay que tener presente que a los ánodos no sólo son imprescindibles en los
cascos metálicos, sino que también resultan necesarios en los de madera, plástico u
otros materiales. Todas las partes metálicas de la embarcación deben estar en contacto
con el ánodo para lo cual se usan pernos o cables de conexión directa con la pieza a
proteger, cuyos conectores han de tener como mínimo unos 4 ó 5 mm de sección.
Otro aspecto a tener en cuenta es la orientación de los ánodos, ya que deben
quedar paralelos al sentido longitudinal del barco pues sólo así se consigue el
máximo rendimiento. Los ánodos y los puntos de contacto con la pieza no deben
pintarse en ningún caso. Se pueden usar pernos o tornillos para su fijación al objeto
de facilitar el cambio. Entre los elementos que precisan especial protección, cabe
mencionar los siguientes:
- Hélice y eje de transmisión: En el caso de-ejes volantes, debe usarse un ánodo
especial para ejes y situarlo de modo que quede a unos 3 ó 4 mm. del cojinete
de apoyo de la hélice. Pero si la bocina es metálica, hay que situar el ánodo
cerca de ésta; si fuera de un material no conductor (Nailon, Caucho) el perno
de fijación del ánodo debe conectarse con el boque motor.
- Timones Metálicos: Requieren la fijación de un ánodo circular plano en el
centro de la pala.
- Quillas Metálicas: Para proteger esta parte de la embarcación se ha de colocar
un ánodo en cada costado, sujeto con pernos roscados en la misma quilla.
- Flaps de barcos a motor: Se fija un ánodo en la superficie de cada Flap,
siempre en sentido longitudinal del barco. Si los flaps son de aluminio es
necesario que los tornillos de fijación sean galvanizados. Cualquier ánodo
debe ser sustituido sin dilación tan pronto como muestre signos de desgaste e
imprescindiblemente cuando haya alcanzado el 20% de su peso original.
Fijación de los ánodos.
Los ánodos se pueden colocar en la estructura a proteger con distintos
procedimientos, pero siempre con ayuda del alma que las atraviesas que suele ser
redonda y de acero. Los extremos que sobresalen del alma pueden doblarse
ligeramente y soldarse, lo que es el caso más común. Ahora bien, se utilizan también
con frecuencia sistemas de grapas o espárragos 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 homogéneo
del ánodo. Por medio de un cable se une el alma de acero del ánodo con la estructura
que se quiere proteger.
GLOSARIO DE TÉRMINOS BÁSICOS.
- Ánodo de sacrificio: también conocido como protección galvánica. Se
conecta en el metal a proteger otro más electronegativo.
- Buque: Barco de grandes dimensiones construido generalmente de acero, con
propulsado propia y destinado a fines comerciales, militares u otros no
deportivos. Se denomina buque a toda construcción que flote en el agua y
posea condiciones que le permitan navegar transportando carga y personas
con una velocidad adecuada, capacidad para moverse automáticamente,
estabilidad y resistencia.
- Calado: Es la distancia vertical medida desde el exterior y
perpendicularmente a la quilla hasta la flotación y puede variar a lo largo del
buque.
- Corriente Impresa: es utilizado mediante la disposición de ánodos montados
sobre el casco y unos elementos de pilas de referencia conectados a un panel
de control, el sistema produce una corriente exterior más potente para eliminar
la actividad electroquímica natural en la superficie mojada del casco del
buque.
- Corrosión: destrucción de un material por causa de una reacción química o
electroquímica, con su medio ambiente, ya que el material y su medio
ambiente forman un elemento de corrosión.
- Eslora en la Flotación: Es la distancia medida horizontalmente y paralela a la
flotación entre las perpendiculares a la misma que pasan por las intersecciones
del casco con la flotación en proa y popa (Ramírez, 1.979).
- Línea de Flotación: Intersección del plano de flotación con la superficie
exterior del casco.
- Manga: Es la longitud transversal horizontal del buque, (Ramírez, 1.979).
- Obra Muerta: Parte del buque por encima de la línea de flotación normal,
generalmente se considera limitada por la última cubierta continua y estanca
- Obra Viva: Es la parte sumergida del buque y es medida hasta la cubierta más
alta, debido a que todas las demás construcciones más elevadas se llaman
superestructura. También es llamada Carena.
- Puntal: Es la medida vertical en el plano transversal y varía a lo largo del
buque, (Ramírez, 1.979).
- Quilla: Elemento estructural longitudinal básico del buque, sobre sus
extremos se levanta la roda y el codaste.
CAPÍTULO III
3- MARCO METODOLÓGICO
La determinación de una metodología que permita llevar a cabo un proyecto
de investigación de manera organizada y satisfactoria, debe contener las técnicas,
métodos y procedimientos que contribuyan a alcanzar los objetivos específicos del
proyecto, por lo que es necesario establecer o identificar, primordialmente, el tipo de
investigación que se pretende realizar, ya que así se fijan las diferencias, similitudes y
conexiones entre el objeto de estudio y las variables referentes al mismo.
3.1.- TIPO DE INVESTIGACIÓN.
La presente investigación está enmarcada dentro de la modalidad de Proyecto
Factible, puesto que pretende proporcionar una posible solución a un problema de
tipo práctico, apoyándose en una investigación documental, que implica explorar,
describir, explicar y proponer diferentes alternativas de cambio, mediante lo cual se
fundamentan las características del diseño, según lo observado en el estudio
realizado, con la finalidad de dar respuesta a la propuesta planteada de realizar un
manual de cálculo de protección catódica por ánodos de sacrificio y corriente impresa
que permita a los estudiantes de las cátedras de electricidad naval y arquitectura naval
del Departamento de Tecnología Naval de la U.P.T.P. “Luis Mariano rivera” tener un
material donde puedan apoyarse a la hora de cualquier duda con respecto al tema
objeto de estudio.
Con relación a lo antes escrito, en el Manual para realizar Trabajos de Grado
de Maestrías y Tesis Doctorales de la Universidad Pedagógica Experimental
Libertador (UPEL), de Venezuela (2006), se define de manera breve que un proyecto
factible:
Consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una
propuesta de un modelo operativo viable para solucionar
problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o
grupos sociales, que pueden referirse a la formulación de
políticas, programas, tecnologías, métodos o procesos. El
proyecto debe tener apoyo en una investigación de tipo
documental, de campo o un diseño que incluya ambas
modalidades. (p.7).
La investigación documental está directamente relacionada con los científicos
y tecnológicos y que solo a través del proceso de investigación documental se puede
hacer un análisis de investigación escrita sobre un determinado tema, con el propósito
de establecer relaciones, diferencias, etapas, posiciones o estudios. Esta se caracteriza
por el empleo predominante de registros gráficos como fuentes de información.
Al respecto Arias (1999) define la investigación documental como “aquella
que se basa en la obtención y análisis de datos provenientes de materiales impresos u
otro tipo de documentos”.
La selección de material se llevó a cabo a través del acopio de bibliografía
básica sobre el tema, se reunió todo el material, artículos, monografías, ensayos,
documentos de archivos y tesis, entre otros.
3.2.- FASES DE LA INVESTIGACIÓN
Para la elaboración de este manual se llevó a cabo una serie de pasos que se
describen a continuación:
- Indagación de antecedentes del tema objeto de estudio.
- Revisión extensa bibliográfica relacionada con la protección catódica de
buques en ambientes acuáticos, en especial los ánodos de sacrificio y corriente
impresa.
- Clasificación y extracción de toda la información de importancia encontrada
en textos bibliográficos y páginas web de acuerdo a la estructura de un
manual.
- Selección de la teoría relacionada a la corrosión, ánodos de sacrificio y
corriente impresa encontrada en los textos bibliográficos y páginas web.
- Elaboración del manual con toda la información obtenida en los pasos
anteriores.
CAPÍTULO IV
4.- MANUAL DE CÁLCULO DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR
ÁNODOS DE SACRIFICIO Y CORRIENTE IMPRESA.
En este capítulo se procede a presentar la elaboración del manual
de cálculo de protección catódica por ánodos de sacrificio y corriente
impresa, el cual será un aporte para el Departamento de Tecnología
Naval de la U.P.T.P. “Luis Mariano Rivera”, de Carúpano del Estado
Sucre.
República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Universitaria
Universidad Politécnica Territorial de Paria
“Luis Mariano Rivera”
Departamento de Tecnología Naval
Mención; Construcción Naval.
MANUAL PARA REALIZAR EL CÁLCULO DE
PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE
PROTECCIÓN Y CORRIENTE IMPRESA
Elaborado por:
Saldarriaga, Miguel
Urbáez, Argenis
Carúpano, Noviembre de 2012
INTRODUCCIÓN
El presente manual va orientado a la aplicación de cálculos de ánodos de
sacrificio y corriente impresa, tomando en cuenta los métodos aplicados en la
protección catódica, para ello se debe estructurar el mismo en los siguientes temas:
Tema I: Comprende la información complementaria, que ayudará a los
lectores a saber teóricamente de manera breve la descripción de algunos
elementos utilizados en el manual.
Tema II: Cálculos, en esta parte del manual se elaboran algunos cálculos
correspondientes para conocer el número de ánodos de sacrificio a instalar en
una embarcación, el cálculo para determinar el número de ánodos de aluminio
a usar señal que se encuentra en el mar y el cálculo para obtener la protección
anódica del casco húmedo.
Tema III: Protección Catódica con ánodos de zinc y aluminio. Es aquí donde
se demuestra por medio de tablas las especificaciones técnicas de los ánodos
de zinc y de aluminio, así como los recubrimientos.
Tema IV. Especificaciones técnicas de fabricación de los ánodos según
Diprocave.
Tema V. Distribución y colocación de los ánodos de sacrificio. En esta parte
se realizan ilustraciones de cómo deben ir distribuidos los ánodos de sacrificio
en las embarcaciones.
Seguidamente se mencionan algunos ejemplos y gráficos que ayudan a
comprender un poco más la aplicación de estos sistemas de protección.
Por último se citan las referencias bibliográficas que sirvieron de base para la
obtención de la información requerida para la elaboración del manual.
TABLA DE CONTENIDO
Pág.
TEMA I. INFORMACION COMPLEMENTARIA
Teoría Sobre Corrosión .................................................................................
Protección Catódica. .....................................................................................
Ánodos de Sacrificio. .....................................................................................
Corriente Impresa. .........................................................................................
TEMA II. CÁLCULOS
Para conocer el número de ánodos de sacrificio ...................................................
Para el número de ánodos de aluminio a usar en una señal que se encuentra
en el mar. ...............................................................................................................
Para obtener la protección anódica del casco húmedo (Estructura exterior) ........
Consideraciones generales .............................................................................
Cálculo de protección de Ánodos de Zinc al casco húmedo expuesto
hacia el exterior de la nave. ............................................................................
Consideraciones técnicas para el cálculo .......................................................
Superficie considerada ...................................................................................
Protección y sellado del casco .......................................................................
Propiedades Electroquímicas de los ánodos de Zinc para considerar en
el cálculo de Kg..............................................................................................
Calculo de ánodos requeridos ........................................................................
TEMA III PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS
Protección catódica con ánodos de zinc y aluminio..............................................
Tabla N° 1. Zinc ....................................................................................................
Tabla N° 2. Aluminio ............................................................................................
Tabla N° 3. ...........................................................................................................
TEMA IV. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE FABRICACIÓN
DE LOS ÁNODOS SEGÚN DIPROCAVE. .....................................................
TEMA V. DISTRIBUCIÓN Y COLOCACIÓN DE LOS ÁNODOS
DE SACRIFICIO. ...............................................................................................
Ejemplos ................................................................................................................
Gráficos .................................................................................................................
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..............................................................
TEMA I.
INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA
Teoría Sobre Corrosión
La corrosión es el fenómeno
mediante el cual los elementos
metálicos al ceder electrones de su
última capa de la estructura atómica se
combinan con el oxígeno para formar
óxidos. Los elementos metálicos
presentan una predisposición a ceder
electrones en contacto con el agua.
Cada metal tiene una carga eléctrica
propia y una tendencia a la cesión, por
lo que se pueden comparar las
características de resistencia a la
corrosión de cada metal en el agua. La
prevención de la corrosión galvánica
consiste en disponer de un metal con
gran capacidad de cesión de electrones
para prevenir la cesión de otros y
anular así su degradación. Mediante
este principio se sacrifica dicho metal
en beneficio de los que interesa
proteger y que de esta forma
permanecen inalterables.
Protección Catódica.
Se aplica de dos formas, con
ánodos galvánicos o "de sacrificio" y
con corriente impresa. En esta última,
los ánodos no son de sacrificio, por el
contrario, lo que interesa es que duren
lo más posible. La corriente impresa
no proviene de la disolución de los
ánodos.
Ánodos de Sacrificio.
Es el nombre que reciben los ánodos de zinc, aluminio u otro metal
fuertemente electronegativo, presentes
en la obra viva de cualquier
embarcación y cuya función no es otra
que la de preservarla contra el ataque
del medio acuoso. Hélices, ejes, colas,
timones, quillas y en general todo el
casco han de ser debidamente
protegidos contra la corrosión para su
óptimo funcionamiento, habiéndose
utilizado tradicionalmente para ello
ánodos de zinc.
La gran capacidad del zinc para
desprenderse de electrones en medio
acuoso inicia ese proceso de cesión
evitando que se produzca en otros
materiales metálicos del caso y
preservándolos por tanto de su posible
degradación. Los ánodos se van
descomponiendo progresivamente,
depositándose el zinc en el medio
acuoso.
Corriente Impresa.
El sistema de Protección
Catódica por Corriente Impresa
funciona mediante el suministro de un
nivel controlado de corriente continua
proveniente de una Unidad de Control
de Potencia, a unos ánodos diseñados
específicamente para una larga vida,
que puede ser superior a los 25 años.
Salinidad
El estudio de la composición se
simplifica por el hecho de que las
proporciones de los componentes son
siempre aproximadamente las mismas, aunque la concentración conjunta de
todos ellos es enormemente variable.
Nos referimos a esa concentración
total como salinidad, que suele
expresarse en tanto por mil (‰).
Gracias a la universalidad de su
composición, la salinidad suele ser
estimada a partir de la medición de un
solo parámetro, como la conductividad
eléctrica, el índice de refracción o la
concentración de uno de sus
componentes, generalmente el ion
cloruro (Cl-).
La salinidad presenta
variaciones cuando se comparan las
cuencas, las distintas latitudes o las
diferentes profundidades. Favorece
una salinidad más elevada la
evaporación más intensa propia de las
latitudes tropicales, sobre todo en la
superficie, y una menor salinidad la
proximidad de la desembocadura de
ríos caudalosos y las precipitaciones
elevadas.
De todos los mares abiertos es
el mar Rojo el que presenta mayor
salinidad (40‰), bordeado como está
de regiones áridas. El mar Báltico es el
de salinidad menor (6‰ en las aguas
superficiales del golfo de Botnia), por
su pequeña profundidad, clima frío y
amplitud de las cuencas que vierten
sus aguas en él, lo que unido a su
topografía casi cerrada, limita mucho
los intercambios con el océano
Mundial. La salinidad es muy variable
en los lagos y mares cerrados que
ocupan cuencas endorreicas, con sólo
un 12‰ en el mar Caspio y hasta un
330‰ en las capas superficiales del
mar Muerto. El principal factor del que
depende la salinidad de los mares
interiores es la existencia de drenaje,
con uno o más emisarios porque los
que desbordar, o que por el contrario la
evaporación sea la única forma de
compensarse los aportes. Así el lago
Victoria, con un origen tectónico
semejante al del Mar Muerto, es un
lago de agua dulce a la vez que la
fuente principal del caudaloso río Nilo.
Las diferencias de salinidad
entre masas de agua se combinan con
las de temperatura para producir
diferencias de densidad, que a su vez
son responsables de la convección en
que se basa la circulación oceánica a
gran escala, la llamada por ello
circulación termohalina.
Desde que Edmond Halley lo
propuso en 1715, se admite que la
salinidad del agua del mar es efecto de
una salinización progresiva,
estabilizada hace ya largo tiempo,
debida a un aporte por los ríos, no
compensado, de sales procedentes del
lavado de las rocas continentales. La
salinidad no ha crecido desde hace
miles de millones de años, a causa de
la acumulación de sal en sedimentos.
Hoy en día se acepta que buena parte
del sodio procede de las mismas
emisiones volcánicas que facilitaron
originalmente la formación de la
hidrosfera.
TEMA II. CÁLCULOS
CÁLCULO PARA CONOCER EL NÚMERO DE ÁNODOS DE SACRIFICIO:
Para conocer el número de ánodos que se van a necesitar para llevar a efecto
la protección catódica, es fundamental determinar la intensidad total de corriente
necesaria, la superficie a proteger y conocer la intensidad de corriente de protección.
Es conveniente cuando se calcula la superficie de la estructura a proteger,
observar si existe en ellas posibles zonas de “sombras” motivadas por esfuerzos o
cualquier otra circunstancia, ya que hay que tener en cuenta estas zonas en el
momento de hacer la distribución de los ánodos, de lo contrario estarán sometidas a la
acción de la corrosión.
La intensidad total necesaria para protegerla está dada por:
Itotal = dcorriente x área a proteger
Debemos tener en cuenta que cuando la estructura se encuentra con áreas
mojadas y fangosas se calculan separadamente y luego se suman obteniéndose el total
de corriente necesaria.
Iárea mojada = dcorriente en electrolito x área mojada a proteger
Iárea fangosa = dcorriente en fango x área fangosa a proteger
Entonces tenemos que:
Nánodos = Itotal / Ia
Nánodos = número de ánodos
Otro factor a tener en cuenta es la vida de los ánodos. La vida para cada valor
I será en función del peso del ánodo y no del número que pudiera ser colocado. Así
pues, si conocemos la intensidad que es capaz de suministrar un ánodo Ia, su peso
(kg), teniendo en cuenta su capacidad de corriente calculada teóricamente, así como
su rendimiento y su factor de utilización, se calcula la vida del ánodo. El factor de
utilización Fu puede ser el 85%, ya que cuando un ánodo se ha consumido en ese
porcentaje debe sustituirse, porque el material restante es insuficiente para mantener
un porcentaje razonable de corriente que inicialmente era capaz de suministrar.
CÁLCULO PARA EL NÚMERO DE ÁNODOS DE ALUMINIO A USAR EN
UNA SEÑAL QUE SE ENCUENTRA EN EL MAR.
I = (A x D)
I = (22,24 x 35) / 1000 = 0,77A
N = 0,77 / 0,4
N = 1,92
2 ánodos de 2,42 Kg c/u con duración para 1 año.
Donde:
I = Intensidad
A = área del cuerpo calculado
D = densidad del mar; 35mA/m2 (en lago % mayor); 0,4 = valor en amperios del tipo
de ánodo.
CÁLCULO SIMPLE PARA OBTENER LA PROTECCIÓN ANÓDICA DEL
CASCO HÚMEDO (Estructura exterior)
3.1.- Consideraciones generales:
En el diseño original consideraba un sistema fijo de protección por ánodos de
Aluminio.
La variación de la corriente generada dependerá entre otros factores también
de la Tº del agua, su ph, salinidad y principalmente del estado de la protección de
pinturas del casco húmedo expuesto al agua de mar, tanto hacia el exterior de la nave,
como hacia el interior en los estanques de lastre.
Cálculo de protección de Ánodos de Zinc al casco húmedo expuesto hacia el
exterior de la nave.
La conformación física de los ánodos de zinc está regulada internacionalmente
en cuanto a su estructura molecular en % de elementos químicos y valores
electroquímicos, como asimismo respecto a su capacidad e intensidad de generar
corriente eléctrica cuando se le somete a un diferencial de potencial predefinido.
(Ensayos de laboratorio y test de pruebas según normas estándares internacionales.
Norma Mil –A18001 y ASTM B6-46)
Consideraciones técnicas para el cálculo:
Superficie considerada:
Fondo plano: 3110m2
Verticales : 2370 m2
F. flotación : 1130m2
Timón : 50m2
Hélice : 0m2 (Material anticorrosivo , solo cavitación)
Eje : 0m2 (Verificar sistema escobillas)
Total = 6.660 m2
Protección y sellado del casco:
Se considerará en el cálculo una superficie húmeda de 6660 m2 protegida con
pintura epóxica con mínimo de 300-500 micras secas de aislamiento hacia el medio
acuoso del agua de mar. (Exterior)
Si el casco fuera perfectamente sellado y duradero en el tiempo, no existiría
teóricamente contacto entre el acero y el agua salada. Como lo anterior es imposible
por desgaste y desprendimiento de la pintura por roce, contacto mecánico y un % de
falla, necesariamente hay que considerar un factor de desprendimiento (% de casco de
acero desnudo expuesto).
Este cálculo específico No considera la estructura expuesta en el interior de
los estanques de lastre que también sufren un similar ataque corrosivo. Como estas
áreas son más accesibles, se pueden instalar cantidades de ánodos sujetas a un criterio
de control de desgaste periódico. (Renovación o control anual)
El criterio más difícil de definir con anticipación es el grado de deterioro que
se tendrá en el sellado del casco exterior objeto poder predefinir adecuadamente la
Densidad de Corriente (i) necesaria para neutralizar el efecto corrosivo en el tiempo.
La especificación de carácter técnica señala que por norma general la
Densidad de Corriente (i) en la práctica se ubica entre los rangos de 10mA/m2 hasta
35 mA/m2. (Dependiendo del tipo de buque, tamaño, etc).
En este diseño referencial se utiliza una unidad equipada con una capacidad de
hasta 35mA/m2 considerando la peor condición con casco full desprotegido.
En este cálculo se considerará un valor promedio entre el rangos de 10mA/m2
y 35mA/m2; es decir valor medio de (i) = 22.5mA/m2
Cuando el acero del casco está protegido se debe corregir la magnitud de la
Densidad de Corriente de acuerdo a la eficiencia y/o rendimiento del sellado del
casco.
De esta forma, la Densidad de Corriente requerida finalmente ha sido
predefinida de acuerdo a la siguiente formula de corrección por % de rendimiento del
esquema de sellado del casco.
IR = i(1- % sellado del casco)
El sellado del casco se va perdiendo de a poco. De un 100% cuando sale de
dique se va deteriorando gradualmente hasta cumplir su próximo período de dique.
(5% en 4 meses, 15% en 10 meses, 20% en 15 meses, 35% en 36 meses). La presente
estimación de cálculo considera un total de acero vivo expuesto de 2331 mts2. (35%)
Para efectos del cálculo consideraremos un desgaste desde el inicio en forma
lineal y pareja del 35% ; es decir, se usará un criterio de castigo al cálculo desde un
inicio. (Sin remanente de zinc al término del período).
De esta forma nuestra Densidad Corriente Requerida (IR) será:
IR = i(1- % sellado del casco)
IR = 22,5(1- 0,65)
IR =22,5(0,35)
IR = 7,875 mA/m2
Propiedades Electroquímicas de los ánodos de Zinc para considerar en el cálculo
de Kg.
Técnicamente a nivel internacional se han aceptado las siguientes propiedades
de los ánodos de Zinc:
Capacidad de entregar corriente teórica : 820 A*hora/Kg
Capacidad de entregar corriente real : 780 A*hora/Kg
Capacidad de entregar corriente real : 0,089 A*año/Kg
Calculo de ánodos requeridos:
Corriente requerida por el casco (Irc) = Área m2* IR mA/m2
1.000
Corriente requerida por el casco (Irc) = 6660 m2* 7,875 mA/m2
1.000
Corriente requerida por el casco (Irc) = 52,44 Amp
(Corriente permanente necesaria para inhibir la corrosión en el tiempo en la zona de
acero expuesta, No sellada)
Kg. de ánodos requeridos para 3 años = (Irc)* 3Años*Constante 8760
Capacidad de entregar corriente real
Kg. de ánodos requeridos para 3 años = 52,44* 3* 8760
780
Kg. de ánodos requeridos para 3 años = 1767 Kilos
Perdida de 3% por impurezas y calidad de fabricación = 53,01 kg
Perdida de 5% por desgaste abrasivo agua / velocidad = 88,35 kg
Perdida de 3% por no utilización total efectiva = 53,01 kg
Total adicional por concepto de perdidas = 194.37 kilos
Total Kg. de ánodos requeridos para 3 años = 1961.37 Kilos
Cantidad total de ánodos de 10 kg c/u = 196 ánodos
TEMA III.
PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO
PROTECCIÓN CATÓDICA CON ÁNODOS DE ZINC Y ALUMINIO
Los dos elementos usados en la protección de cascos son el aluminio y el zinc,
por su rendimiento, protección, etc., ha sido probado en infinidades de oportunidades,
lo que descarta el magnesio por su bajo rendimiento y su elevada auto-corrosión.
Entre el zinc y el aluminio la tendencia actual de utilización en nuestro país es
el aluminio, por razones económicas y algunas razones técnicas como las limitaciones
de aplicación en agua dulce y salada. Sin embargo en términos generales ambos
elementos dan satisfactorios resultados en el mar.
En las siguientes tablas (N° 1 y N° 2) se muestra el tipo (dimensiones y
utilización), intensidad de corriente drenada en el agua de mar y tiempo de vida para
ánodos de zinc y de aluminio.
Tabla N° 1. Zinc
TIPO AMPERIOS (MAR) VIDA (MAR)
WP-0 0.05 A 1 año
WP-1 0.10 A 1 año
WP-2 0.18 – 0.15 A 1 año
WP-B 0.2 A 1 año
WP-5 0.35 A 1 año
WP-5L
W6Z 0.3 – 0.5 A 1 año
W10Z 0.4 A 2 años
WN10 0.45 A 18 a 20 meses
W11Z 0.70 – 0.50 A 1 año
W14Z 0.8 A 2 años
W17Z 0.8 – 0.85 A 2 años y 6 meses
W24Z 1.4 A 2 años
Tabla N° 2. Aluminio
TIPO AMPERIOS (MAR) VIDA (MAR)
W-11 0.80 A 12 meses
W-14 1.4 A 18 a 24 meses
W-17 1.4 A 24 a 36 meses
W-19 1.4 A 36 a 48 meses
W-24 2.2 A 24 meses
W-26 2.2 A 36 a 48 meses
W-127 4.5 – 5 A 10 a 12 años
4 A
WP-5 0.49 A 18 meses
W10Z 0.56 A 2 años
WP5L 0.51 A 18 meses
En la tabla N° 3 se muestra las densidades de corriente necesaria para la
protección del acero pintado y sin pintar en agua de mar.
Tabla N° 3.
TIPO DE CUBRIMIENTO DENSIDAD DE CORRIENTE
(Mili Amperios) por metro cuadrado.
Epixidica, Vinilica, Clorocaucho. 25 – 35 MAmp/m2
Aluminio Bituminosa. 35 – 50 MAmp/m2
Casco Sujeto a daños por hielo, Roce de
Fondo, Etc.
50 – 210 MAmp/m2
Acero Desnudo. 80 – 210 MAmp/m2
En caso de no conocer el sistema de
pintura utilizado, la densidad de corriente
establecida (Ánodos de Sacrificio).
20 – 30 MAmp/m2
Pesqueros no conocidos el sistema de
pinturas.
22 MAmp/m2
Las Fragatas Destructores y Patrulleras 80 MAmp/m2
Efectos de alta velocidad
En Sentinas o Tanques. 100 – 300 MAmp/m2
TEMA IV.
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE FABRICACIÓN DE LOS ÁNODOS
SEGÚN DIPROCAVE.
Los ánodos que se utilizan en Venezuela son fabricados en tres aleaciones:
- PROCAL (Al-Zn-Mg-In), conforme a normas propias.
- PROMAG (Mg-Al.Zn), conforme a la norma MIL-A-21412A.
- PROZINC (Zn-Al-Cd), conforme la norma Mil-A-18001H.
Los pesos brutos de los ánodos, los potenciales y las eficiencias aquí
reportadas provienen de muestreos hechos en la fundición o en el Laboratorio de
Control de Calidad.
Los usuarios de esta información referente a las descargas de corriente deben
tener en cuenta lo siguiente:
- Las descargas serán significativamente afectadas por cambios en la
resistividad, temperatura, pH y contenido de oxígeno del electrolito, así como
también por la polarización del cátodo.
- Las capacidades teóricas usadas para calcular las eficiencias de las aleaciones
y las capacidades de los ánodos son las de los metales puros:
Aluminio 2980 Amp x hr/kg.
Magnesio 2200 Amp x hr/kg.
Zinc 820 Amp x hr/kg.
- Los procedimientos utilizados para calcular las descargas, capacidades y vidas
son los recomendados por Las capacidades teóricas usadas para calcular las
descargas, capacidades y vidas son los recomendados por NACE
(NATIONAL ASSOCIATION OF CORROSION ENGINEERS) de Houston,
Texas, USA. Y DNV (DET NORSKE VERITAS) de Hovik, Noruega.
TEMA V.
DISTRIBUCIÓN Y COLOCACIÓN DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO.
El 30% del total de ánodos calculados van a ser distribuidos en la popa y el
otro 70% van colocados en ambos costados del casco a uno y otro lado de las quillas
de balance o en esa área.
En la sección de proa no se colocan ánodos por la acción de la cadena y ancla.
Distribución de los Costados
Distribución Según el Tipo de Popa.
a) Las áreas donde aparecen los rectángulos señalando los ánodos tienen como
finalidad definir el área donde pueden ser colocados de tal forma que se
cumpla con el requisito de 30% en la popa.
b) Las áreas rayadas significan zonas de altas velocidades del flujo de agua y
no se colocan ánodos en este sector.
c) Por último se señala la distribución más detallada de ánodos en un Buque de
una sola propela.
Timón Balanceado de una propela.
L y C dependen del diámetro de la propela.
Un timón colgante, una propela.
Dos propelas, un timón colgante.
2 propelas, 2 timones colgantes.
EJEMPLO 1:
Diseño de protección Catódica para una Fragata que navega en el Lago de
Maracaibo, con las siguientes dimensiones:
Superficie:
Eslora (E): 106 mtrs.
Manga (M): 11,9 mtrs.
Calado (C): 3,85 mtrs.
Coeficiente de Bloque (CB): 0,8.
S= 1692,17 m2 + 3% = 1743 m
2
Densidad de Corriente:
i = 50 MA/m2 por ser un barco rápido y navegar en el Lago de Maracaibo.
Intensidad de Corriente Necesaria.
I = S x i = 1743 x 50 MA/m2
1000
I = 87,2 Amp.
Característica del Ánodo a Utilizar
Ánodo de Aluminio tipo “W-14”
I = 1.4 Amp.
Vida = 2 años en agua de mar.
N = It
I Ánodo
N = 87,2
1.4
N = 62 ánodos.
30% en popa, 18 ánodos
44 ánodos restantes a lo largo del casco, 22 en cada costado.
EJEMPLO 2:
- Eslora: 122 m.
- Manga: 28 m.
- Calado: 7 m.
- CB: 0.8 (Coeficiente de Bloque)
Área de la Superficie mojada =
Área (S) =
S = 8526.33
- En barcos pequeños; hasta 3.000 toneladas, sumar un 3% más del área
(S).
- En barcos sobre 30.000 toneladas, sumar 5% más del área (S)
(S) = 8526.33 + 3% = 8782.12 m2
De acuerdo con el tipo de pintura en el casco (Tabla N° 3).
Expoxidica entre 20 – 35 MA/m2 utilizando 30 MA/m
2
I Total = 30 MA/m2 x 8782.12 m
2
I Total = 263,5 amperios, utilizando ánodos de aluminio (Mar).
W-14 (Tabla N° 2) = 1.4 Amp. Duración 18-24 meses.
Número de ánodos requeridos= 263,5 = 188 ánodos
1.4
Nota: Siempre se va a redondear al número superior
EJEMPLO N° 3
PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA A DIQUE
FLOTANTE.
Requiere de una fuente de corriente externa conectada a un electrodo auxiliar
(ánodo), localizado a una distancia determinada de la estructura a proteger en función
del tipo de diseño y calidades del electrodo auxiliar. Consiste en hacer llegar a la
estructura un flujo de corriente directa proveniente del electrodo auxiliar introducido
al medio, esta corriente es suministrada por la corriente externa mediante un
rectificador e impresa a la línea y orientada del rectificador a los ánodos. La función
básica de suministro de esta energía eléctrica es aumentar la electronegatividad al
ánodo.
Apoyados en la anterior comparación, se seleccionara para la protección
del dique flotante autopropulsado, el sistema de protección catódica por ánodos de
sacrificio ya que son los más comunes y usados en la industria naval, y que sirven y
han servido de protección ante la corrosión a otros diques flotantes y embarcaciones
por décadas, teniendo en cuenta que se presenta como un sistema electroquímico a
través del cual se convierte una superficie metálica anódica en una catódica,
empleando un ánodo con un potencial de reducción menor al del elemento a proteger,
para que este por efecto de pila galvánica se destruya protegiendo la superficie.
Los ánodos de sacrificio más comunes en el medio marino son los ánodos
de Zinc, Aluminio y Magnesio, para la protección del dique flotante autopropulsado
que se está diseñando se emplearan ánodos de aluminio modelo W 84H-Z de la
empresa PROCAT, S.L cuyas características principales se pueden apreciar en el
(anexo P).
Medidas mm
A 174
B 870
C 860
D
E 114
F 105
G 93.5
peso 61.5
Peso de los Ánodos de Sacrificio a emplear.
El cálculo del peso de los ánodos de sacrificio que se emplearan en el dique
flotante que se está desarrollando es de gran importancia, ya que al ser obtenido se
puede determinar la cantidad de ánodos necesaria para proteger la superficie que
estará sumergida. Para obtener este peso de los ánodos de sacrificio se aplica la ley de
Faraday.
m = Z*I*t
Dónde:
Z = Equivalente electroquímico del aluminio (gr / Coulomb)
T = Tiempo de duración del ánodo (Seg).
I = Corriente de corrosión (Amp).
El equivalente electroquímico se calcula mediante la siguiente formula:
Z = P. atómico / Nº electrones*96.500
Dónde:
P. atómico = Peso atómico del aluminio (Al)
Nº electrones = Valencia del aluminio
Sustituyendo:
El aluminio tiene valencia +3
Peso atómico = 26.98 gr.
Z = 26.98 gr / (3 x 96.500 Coulomb)
Z = 9.32 x 10-5
gr / Coulomb
El cálculo de la corriente de corrosión se obtiene del producto de la densidad
de la corriente del agua de mar por la superficie mojada, y se emplea la siguiente
formula:
IAl = Sm * δ
Dónde:
Sm = Superficie mojada (m2)
δ = densidad de corriente del agua de mar (mA / m2)
Sustituyendo:
IAl = 13997.07 m2 * 35 mA / m
2
IAl = 489897.45 mA
IAl = 489.897 Amp
Una vez obtenidas la corriente de corrosión y el equivalente electroquímico se
procede a calcular el peso de los ánodos de sacrificio que se emplearan en el dique
durante la duración de la protección en alrededor de 4 años.
m = 9.32 x 10-5
gr / Coulomb *489.897 Amp *3600 seg
m = 427.52 gr
Debido a que cada ánodo tendrá una duración de protección de 4 años se
obtiene que el peso total de los ánodos a instalar es de:
m = 427.52 gr / hrs*35040 hrs
m = 14980300.8 gr
m = 14980.30 Kg
Considerando que cada ánodo tiene un peso de 3.6 Kg, se procede a calcular
la cantidad de ánodos que se necesitan para proteger la superficie mojada del dique
flotante, esto se determina dividiendo el peso total de los ánodos a instalar entre el
peso individual de cada ánodo, por lo que se obtiene:
Nº ánodos = Peso total de ánodos / Peso cada ánodo
Nº ánodos = 14980.30 Kg / 61.5 Kg
Nº ánodos = 243.58 ≈ 244
Grafico N° 1.
Ánodo Elipsoidal Hidrodinámico para Timones y Cascos Pequeños.
SECCIÓN A-A´ SECCIÓN B-B´
DIMENSIONES EN M.M. S/ESC.
Modelo Aleación Peso
bruto
Peso
neto
(4)
potencial
Efic. A
fem
Descarga
inicial
(s)
capacidad
Kgs Kgs Mv % V mA Amp. AÑo
A6 (1) Procal
1,3 1.1 -1,176 86.4 0.30 (5)
533
0.291
M6 (2)
Promag
0.9 0.7 -1,493 58.8 0.70 (6)
207
0.093
Z6 (3)
prozinc
3.0 2.8 -1,109 95.3 0.20 (5)
356
0.225
(2) (7)
Especificaciones:
(1) Al – Zn – Mg – In
(2) Mg – Al – Zn
(3) Zn – Al – Cd
(4) En referencia a electrodos de
Cu – So4 Cu,
circuito cerrado, 24 horas después de conexión.
(5) En electrolito de 25 ohm. cm
(6) En electrolito de 150 ohm. cm
(7) En electrolito de 1.000 ohm.
Cm x backfill 25 ohm x cm.
(8) Según Ca : CT x EF x PN. x CE
8760
CA: capacidad del ánodo
CT: Capacidad Teórica del
Metal en Amp . hr /kg
EF: Eficiencia de la Aleación PN: peso neto en kgs
Ce: consumo esperado (90%)
8760: horas / año
Datos Del Cálculo:
- Corriente de Descarga: Ia = ∆ FEM
Ra
- No se asumen variaciones en la ∆FEM debido a sobreprotección o
polarización, las cuales quedan a criterio del proyectista.
- Ra; Resistencia del ánodo calculada según “A CORRELATION OF
ANODE – TO – ELECTROLITE RESISTANCE EQUATIONS
USED IN CATHODIC PROTECTION”, Jerry Cochran, P.N. 169.
NACE COFERENCE – CORROSION/82.
- Para calcular corrientes de descarga (Ix) en medios de resistividad
diferente a (5), (6) y (7), calcular: Ix = Ia x ρ/ρx.
Vida:
- Vida en años = V = CAPACIDAD
Im
- Im; Corriente Media, descarga al 45% de consumo.
Gráfico N° 2
Ánodo Trapezoidal Hidrodinámico para Cascos.
Modelo Aleación Peso
bruto
Peso
neto
(4)
potencial
Efic. A
fem
Descarga
inicial
(s)
capacidad
Kgs Kgs Mv % V mA Amp. AÑo
A10 (1)
Procal
8.8 7.0 -1,176 86.4 0.30 (5)
1099
1.852
M10 (2)
Promag
6.5 4.7 -1,493 58.8 0.70 (6)
428
0.625
Z10 (3)
Prozinc
20.1 18.3 -1,109 95.3 0.20 (5)
733
1.469
(2) (7)
Especificaciones:
(1) Al – Zn – Mg – In
(2) Mg – Al – Zn
(3) Zn – Al – Cd
(4) En referencia a electrodos de
Cu – So4 Cu,
circuito cerrado, 24 horas
después de conexión.
(5) En electrolito de 25 ohm. cm
(6) En electrolito de 150 ohm. cm
(7) En electrolito de 1.000 ohm.
Cm x backfill 25 ohm x cm.
(8) Según Ca : CT x EF x PN. x CE
8760
CA: capacidad del ánodo
CT: Capacidad Teórica del
Metal en Amp . hr /kg
EF: Eficiencia de la Aleación
PN: peso neto en kgs
Ce: consumo esperado (90%)
8760: horas / año
Datos Del Cálculo:
- Corriente de Descarga: Ia = ∆ FEM
Ra
- No se asumen variaciones en la ∆FEM debido a sobreprotección o
polarización, las cuales quedan a criterio del proyectista.
- Ra; Resistencia del ánodo calculada según “A CORRELATION OF
ANODE – TO – ELECTROLITE RESISTANCE EQUATIONS
USED IN CATHODIC PROTECTION”, Jerry Cochran, P.N. 169.
NACE COFERENCE – CORROSION/82.
- Para calcular corrientes de descarga (Ix) en medios de resistividad
diferente a (5), (6) y (7), calcular: Ix = Ia x ρ/ρx.
Vida:
- Vida en años = V = CAPACIDAD
Im
- Im; Corriente Media, descarga al 45% de consumo.
Gráfico N° 3
Ánodo Paraboloidal Hidrodinámico para Cascos.
Modelo Aleación Peso
bruto
Peso
neto
(4)
potencial
Efic. A
fem
Descarga
inicial
(s)
capacidad
Kgs Kgs Mv % V mA Amp. AÑo
A15 (1)
Procal
2.2 1.9 -1,176 86.4 0.30 (5)
596
0.503
M15 (2)
Promag
1.6 1.3 -1,493 58.8 0.70 (6)
231
0.173
Z15 (3)
Prozinc
5.3 5.0 -1,109 95.3 0.20 (5)
397
0.401
(2) (7)
Especificaciones:
(1) Al – Zn – Mg – In
(2) Mg – Al – Zn
(3) Zn – Al – Cd
(4) En referencia a electrodos de
Cu – So4 Cu,
circuito cerrado, 24 horas
después de conexión.
(5) En electrolito de 25 ohm. cm
(6) En electrolito de 150 ohm. cm
(7) En electrolito de 1.000 ohm.
Cm x backfill 25 ohm x cm.
(8) Según Ca : CT x EF x PN. x CE
8760
CA: capacidad del ánodo
CT: Capacidad Teórica del
Metal en Amp . hr /kg
EF: Eficiencia de la Aleación
PN: peso neto en kgs
Ce: consumo esperado (90%)
8760: horas / año
Datos Del Cálculo:
- Corriente de Descarga: Ia = ∆ FEM
Ra
- No se asumen variaciones en la ∆FEM debido a sobreprotección o
polarización, las cuales quedan a criterio del proyectista.
- Ra; Resistencia del ánodo calculada según “A CORRELATION OF
ANODE – TO – ELECTROLITE RESISTANCE EQUATIONS
USED IN CATHODIC PROTECTION”, Jerry Cochran, P.N. 169.
NACE COFERENCE – CORROSION/82.
- Para calcular corrientes de descarga (Ix) en medios de resistividad
diferente a (5), (6) y (7), calcular: Ix = Ia x ρ/ρx.
Vida:
- Vida en años = V = CAPACIDAD
Im
- Im; Corriente Media, descarga al 45% de consumo.
CAPÍTULO V
5.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1.- CONCLUSIONES
La utilización de un manual se realiza con la intención de orientarse en la
elaboración de una o varias actividades, sirviendo este como un instrumento
indispensable.
El manual anteriormente presentado fue preparado con la finalidad de ofrecer
herramientas de orientaciones generales que faciliten el trabajo de atención previa a
las futuras presentaciones de este tipo de fallas en embarcaciones, de igual manera
suministrar la información básica sobre los ánodos de sacrificio de mayor demanda
en Venezuela.
Este manual está concebido como un material de apoyo para el Departamento
de Tecnología Naval, así como también a los estudiantes que cursan esta carrera en la
Mención de Construcción Naval, el cual les servirá como un artículo en el que se
presentan algunos métodos simples y suficientes para el cálculo de ánodos de
sacrificio y corriente impresa, en la protección de la obra viva de una embarcación en
el mar. Así mismo la disposición de estos sobre el casco, tomando en consideración el
tipo de popa, área de acción del ancla, flujo del agua en la propela, etc.
Igualmente se logra observar la metodología utilizada para realizar el cálculo
para los ánodos necesarios para cada embarcación de acuerdo a sus dimensiones y
tipo de acción (agua salada o agua dulce).
Por último, se considera que este manual cumple con el objetivo propuesto
por los tesistas, ya que fue concebido con la finalidad de servir como una herramienta
a utilizar para futuras investigaciones referentes al tema de estudio.
5.2.- RECOMENDACIONES
Una vez finalizada la ejecución del proyecto de investigación y consideradas
las conclusiones, se procede a realizar algunas recomendaciones que servirán para
que el lector tengo conocimiento y precise la intención de la elaboración de este
manual.
Se recomienda a los lectores hacer uso de este instrumento impreso de
acuerdo a las especificaciones dadas por los tesistas en cuanto a la correcta
distribución de los ánodos, ya que hay sitios específicos en los que no deberían
colocarse ánodos de sacrificio.
Que el uso de este material sea única y exclusivamente para fines de apoyo
académico.
Que se tenga en cuenta a la hora de realizar un cálculo de protección catódica
por ánodos de sacrificio y corriente impresa se tomen en cuenta las dimensiones de la
embarcación, aleaciones de los ánodos, resistividad, distribución y colocación, entre
otros.
![PPT Proteccion Catodica[1]](https://static.fdocuments.ec/doc/165x107/5571fc14497959916996727f/ppt-proteccion-catodica1.jpg)
