1. Proteccin catdica: Es una tcnica para controlar lacorrosin galvnicade una superficie de metal convirtindola en elctodode unacelda electroqumica.El mtodo ms sencillo de aplicar laproteccin catodicaes mediante la conexin del metal a proteger con otro metal ms fcilmente corroible al actuar como nodo de unacelda electroqumica. Los sistemas de proteccin catdica son los que se usan ms comnmente para proteger acero, el agua o de combustible el transporte portuberasytanquesde almacenamiento, barcos, o unaplataforma petrolferatanto mar adentro como en tierra firme.

Proteccin del acero mediante el establecimiento intencional de una celda galvnica, donde el acero se convierte en ctodo. Se basa en la aplicacin de un metal andico respecto al acero. Se comporta como metal de sacrificio y se corroe preferencialmente. En la serie galvnica el Zn el Al y el Mg, son andicos respecto del hierro y del acero.

Al modificar la superficie del metal la velocidad de corrosin disminuye porque los iones deben difundir a travs de la barrera.

1,1. nodo de sacrificio:El nodo galvnicoonodo de sacrificiose realiza en diversas formas con aleacindezinc,magnesioyaluminio. Los nodos galvnicos son diseados y seleccionados para tener una tensin ms "activa" (potencial electroqumico ms negativo) que el metal de la estructura (en general acero). Para una proteccin catdica eficaz, el potencial de la superficie de acero ha de estar polarizado ms negativo hasta que la superficie tenga un potencial uniforme. En este momento, la fuerza impulsora para la reaccin de corrosin se elimina. El nodo galvnico se sigue corroyendo, se consume el material del nodo hasta que finalmente ste debe ser reemplazado. La polarizacin es causada por el flujo de electrones del nodoen el ctodo. La fuerza impulsora para el flujo deproteccin catdicaactual es la diferencia de potencial electroqumico entre el nodo y el ctodo.La realizacin de la proteccin catdica con nodos de sacrificio o galvnicos se lleva a cabo normalmente con tres metales caractersticos: zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) y sus aleaciones. PROPIEDADES DE UN MATERIAL ANDICO:Un metal tendr carcter andico respecto de otro si se encuentra arriba de l en dicha serie. As, por ejemplo, el hierro ser andico con relacin al cobre y catdico respecto al zinc. El metal que acta como nodo se "sacrifica" (se disuelve) en favor del metal que acta como ctodo; por esto el sistema se conoce comoproteccin catdica con nodos de sacrificio. Lo anterior se ilustra en un esquema de la figura 17.Figura 17. Mecanismo de proteccin catdica con nodo de sacrificio.Las propiedades que debe reunir un material andico son las siguientes(Variables)1) Debe tener un potencial de disolucin lo suficientemente negativo como para polarizar la estructura de acero (que es el metal que normalmente se protege) a -0.80 V. Sin embargo, el potencial no debe ser excesivamente negativo ya que eso motivara un gasto innecesario de corriente. El potencial prctico de disolucin puede estar comprendido entre - 0.95 V y - 1.7 V.2) Cuando el metal acte como nodo debe presentar una tendencia pequea a la polarizacin, no debe desarrollar pelculas pasivantes protectoras y debe tener un elevado sobre potencial para la formacin de hidrgeno.3) El metal debe tener un elevado rendimiento elctrico, expresado en amperes-hora por kg. de material (Ah/kg.) lo que constituye su capacidad de drenaje de corriente.4) En su proceso de disolucin andica, la corrosin deber ser uniforme.5) El metal debe ser de fcil adquisicin y deber de poderse fundir en diferentes formas y tamaos.6) El metal deber tener un costo razonable, de modo que en conjuncin con las caractersticas electroqumicas correctas, pueda lograrse una proteccin a un costo bajo por ampere-ao.Estas exigencias ponen de manifiesto que solamente el zinc, el magnesio y el aluminio y sus respectivas aleaciones pueden ser considerados como materiales para ser utilizados prcticamente como nodos de sacrificio.

Clculos de proteccin catdica con nodos de sacrificio:

CARACTERSTICAS ELECTROQUMICAS DEL ZINC (Zn), MAGNESIO (Mg) y ALUMINIO (Al)Las propiedades que deben reunir los materiales andicos para que puedan ser utilizados como tales en la prctica, remiten, pues, alZn,Aly alMgcomo metales seleccionados.

INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ANDICAA partir de las leyes de Faraday se puede calcular la intensidad de corriente que es capaz de suministrar 1 kg de metal en su actuacin andica. Ahora bien, este valor est muy lejos de ser significativo, ya que no tiene en cuenta que:a) la intensidad que es capaz de dar un metal en su actuacin andica es funcin de su forma geomtrica; es decir, 1 kg de metal en forma cilndrica suministrar una intensidad de corriente menor que si tiene forma de estrella. Por otra parte, hay que tener en cuenta que cualquiera que sea su superficie, sta va disminuyendo a medida que el nodo se va desgastando, lo cual es un factor que habr que tener en cuenta en el clculo real de la intensidad.b) el valor obtenido a partir de las leyes de Faraday equivale a un rendimiento electroqumico del 100%, que como ya se ha indicado, nunca se puede alcanzar en la prctica. La pila formada por el nodo galvnico y su estructura darn un valor mximo de corriente en el instante de iniciar su funcionamiento, el cual decrecer despus por los procesos de polarizacin que tienen lugar en los electrodos. Por otra parte, la autocorrosin que, en mayor o menor grado, presentan los tres metales empleados como nodos galvnicos har siempre que su rendimiento sea inferior al 100%.Cada tipo de nodo, sumergido o enterrado, tendr una resistencia determinada que depender de la resistividad del medio (p), de su longitud y del llamado radio equivalente y que viene dada por la frmula:

en donde:R =resistencia del nodo, en ohms ()

L =longitud, en cm

p=resistividad del medio, en ohms por cm (cm)

r =radio equivalente, en cm.

Elradio equivalentees el radio de un cilindro de igual superficie transversal que el nodo, cuando ste se haya consumido en 40%. Si la seccin del nodo es:S =r2Despejando r se tiene:

Cada nodo podr suministrar una intensidad de corriente que vendr fijada por la ley de OhmI = V / R,V =en donde: diferencia de potencial entre el potencial de disolucin del metal andico en el medio agresivo y el potencial de proteccin (0.80 V con respecto al electrodo de referencia Ag/AgCI para el acero)

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

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

La vida del nodo puede calcularse de la siguiente manera:

Por ejemplo, la vida de un nodo de Zn de 14 kg de peso, capaz de suministrar una intensidad de corriente de 0.1 A, ser:capacidad de corriente (vase cuadro 5):teniendo en cuenta que un ao tiene8 760 horasrendimiento90%factor utilizacin 85%. Por tanto, su

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1.2. Por corriente impresa:Para estructuras ms grandes, los nodos de sacrificios no pueden suministrar econmicamente suficiente corriente para proporcionar una proteccin completa. La Proteccin de corriente impresa utiliza un sistema de nodos conectados a unCC(rectificador de proteccin catdica). En este sistema de proteccin catdica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la proteccin de una estructura.En este mtodo se conecta el polo negativo de una fuente de alimentacin de corriente continua (pura o rectificada) al metal a proteger y el polo positivo de dicha fuente a un electrodo auxiliar que puede estar constituido por chatarra de hierro, ferro-silicio, plomo-plata, grafito, titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la existencia del electrolito (medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice el proceso electroltico.Este sistema de proteccin catdica tiene la caracterstica de que utiliza como nodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metlicos que en mayor o menor grado se consumen con el paso de la corriente. Sin embargo, el intercambio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a travs de reacciones electroqumicas, las cuales dependen tanto del material andico, como del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que ste suministra.Por ejemplo, en el caso de un nodo de chatarra de hierro o de acero al carbono, la reaccin electrnica es la de disolucin del hierro:FeFe2++ 2e-(1)

4 OH-O2+ 2 H2O + 4 e-(2)

2C1-C12+2e-,(3)

Y por tanto, el nodo se consume con el tiempo. Para aquellos nodos que se pueden considerar insolubles o inertes, por ejemplo el de titanio platinado, la reaccin electroqumica puede ser:Segn el ambiente y la densidad de corriente suministrada por el nodo.En el suelo y en las aguas naturales tiene lugar la reaccin (2), mientras que en el agua de mar tiene lugar principalmente la reaccin (3). Los componentes de un sistema de proteccin catdica con corriente impresa son:a)Un nodo dispersorb)una fuente de corriente continac)el cable portador de la corriente. En la figura 19 se presenta un esquema de la proteccin de una tubera enterrada en el suelo.

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

Ejemplo: Un sistema tpico de corriente impresa para un gasoducto incluira un rectificador de corriente alterna accionado con una potencia mxima de salida de CC de entre 10 y 50amperiosy 50Volts. El terminal positivo de DC de salida se conecta a travs de un cablede la matriz de nodos enterrados en el suelo (el nodogroundbed). Para muchas aplicaciones los nodos se instalan a 60m(200pie) de profundidad, 25cm(10-pulgadas) de dimetro vertical y relleno con conductoresCoque(un material que mejora el rendimiento y la vida de los nodos). Un cable clasificado para la corriente de salida se espera se conecta el polo negativo del rectificador a la tubera. La salida de funcionamiento del rectificador se ajusta al nivel ptimo despus de realizar varias pruebas incluyendo medidas de [electroqumica [potencial]].

FUENTES DE CORRIENTEEl sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua, no importa de dnde provenga, a condicin de que se mantenga pese al paso del tiempo. Un sistema de corriente impresa debe de poder funcionar de forma permanente al menos durante diez aos.RectificadoresLos aparatos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido se conocen con el nombre de rectificadores.Estos aparatos se alimentan con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monofsico (Figura 20), estar constituido por un transformador monofsico T, alimentado en el primario a 110 o 220 V (tensin de la red de distribucin). La tensin de salida puede ajustarse segn las necesidades. Un puente monofsico reductor P, compuesto por 4 diodos o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente monofsica. El selenio es ms barato, pero tambin es ms frgil que el silicio.

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

CLCULO DE LA PROTECCIN con corriente impresa:

EJEMPLO:

Es un lago abierto al mar cuya actividad petrolera se desarrolla desde principios del siglo pasado. Posee actualmente la mayor red de tuberas sub-acuticas del mundo, ms de 20.000 km (si, ley bien, ms de veinte mil kilmetros). El agua vara en su composicin: en la entrada del Golfo de Venezuela (mar Caribe) es salada y progresivamente se va endulzando por el aporte de ros, de modo que se considera "salobre". La Figura 1 muestra los sistemas de proteccin catdica que se utilizan en las tuberas de pozos del lago de maracaibo.

Los tramos verticales se protegen con nodos de sacrificio de aleacin de magnesio y las redes horizontales con sistemas por corriente impresa. Veamos la forma en que se instalan los nodos de magnesio (Figura 2).

Se trata de nodos cilndricos de 50 libras (aprox. 23 kg) con eje de tubo de acero. Se sueldan los extremos de dichos tubos entre si y se cuelga el conjunto con un cable o guaya de acero que atraviesa el conjunto y se suelda en el extremo inferior. El cable acta como soporte y como conductor de la corriente galvnica. En aos recientes la empresa Shell comenz a utilizar - en base a diseo nuestro - nodos de sacrificio en forma de brazaletes, tal como se observa en la fotografa siguiente.