Corrosión

QUIMICA APLICADA Especialidad: Electrónica Electrónica Tema: CORROSION Tema: CORROSION

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Sección: S9.C4 Revisión: 02 Página: 1

"Destrucción paulatina de los cuerpos metálicos por acción de agentes externos, persista o no su forma"

INTRODUCCIÓN El presente trabajo tiene como finalidad ampliar los conocimientos teóricos que se imparten en la cátedra,mediante la investigación bibliográfica de este tema. Se pretende con ello enfocar varios puntos de vistas sobre un tema que es suma importancia dentro de la carrera de mantenimiento, en vista de los efectos indeseables que la corrosión deja en equipos, maquinarias y estructuras. Se plantearán las posibles soluciones a este fenómeno natural de los materiales como lo son entre otros y muy principalmente la protección catódica, en sus diferentes versiones. El trabajo consta de un desarrollo el cual como fue indicado ha sido redactado mediante la investigación en textos.

ESTUDIO DE LA CORROSION Objetivos: - Estudiar la corrosión producida en el hierro una vez sometido a diferentes reactivos químicos oxidantes del hierro. Fundamento: Se suele limitar el concepto "corrosión" a la destrucción química o electroquímica de los metales. En realidad es difícil dar una definición exacta de corrosión. Se incluyen a continuación algunas de estas definiciones: "La corrosión puede ser definida como la reacción de un material con su entorno". "La corrosión consiste en una oxidación del metal y, si el óxido no es adherente y es poroso, puede dar lugar a la destrucción de todo el metal" "Corrosión: ataque de un material por el medio que le rodea con la consiguiente pérdida de masa y deterioro de sus propiedades" "Corrosión es la destrucción de un cuerpo sólido causada por un ataque no provocado, de naturaleza química o electroquímica que se inicia en la superficie" Esta última es la definición más generalmente generalmente aceptada, originaria originaria del "Reichanschuss "Reichanschuss für Metallschutz". Metallschutz". En cualquier caso, la corrosión es un proceso destructivo en lo que a ingeniería se refiere, y representa una enorme perdida económica. La corrosión de los metales también puede ser considerada como el proceso inverso de la metalurgia extractiva. Muchos metales existe en la naturaleza en estado combinado, por ejemplo, como óxidos, sulfatos, carbonatos o silicatos. En estos estados, las energías de los metales son más bajas. En el estado metálico las energías de los metales son más altas, y por eso, hay una tendencia espontánea de los metales a reaccionar químicamente para formar compuestos.

Semejanza entre obtención y corrosión de los metales.

EFECTOS DE LA CORROSION El efecto de la corrosión es, en el peor de los casos, la destrucción total de un componente, pero también da lugar a otros problemas, que por menos contundentes no dejan de ser perjudiciales y, en algunos casos, peligrosos para la seguridad seguridad de las personas. Por citar algunos se podría hablar de inicios de fractura, fractura, fugas en tanques o conducciones, conducciones, merma de resistencia mecánica en estructuras o en partes de máquina, desviaciones del funcionamiento normal de equipos, contaminación debida a las sustancias que se producen en la corrosión y perjuicio en el aspecto estético. Desde el punto de vista económico se distinguen dos tipos de pérdidas debidas a la corrosión, las directas y las indirectas.

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Alejandro Huapaya Sánchez


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DEFINICIONES DE CORROSION Y SUS TIPOS Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. Las características fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia presencia de un electrólito, ocasionando ocasionando regiones plenamente plenamente identificadas, identificadas, llamadas estas anódicas anódicas y catódicas: catódicas: una reacción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal. Se pueden distinguir entre dos tipos básicos de corrosión: la corrosión generalizada o corrosión uniforme y la corrosión localizada. La corrosión generalizada afecta más o menos por igual a todos los puntos de la pieza. La corrosión general solo se observa en puntos concretos. En general,la localizada supone perdidas pequeñas de material, pero sus consecuencias son peores. La corrosión general permite un mayor seguimiento y previsión, ya que la corrosión localizada es menos previsible y su evolución es mucho menos regular. - Electroqu Electroquímica: ímica: Aunque el aire atmosférico es el medio más común, las soluciones acuosas son los ambientes que con mayor frecuencia se asocian a los problemas de corrosión. En el término solución acuosa se incluyen aguas natural naturales, es, suelos suelos,, humedad humedad atmosfé atmosféric rica, a, lluvia lluvia y soluci soluciones ones creada creadass por el hombre. Debido a la conductividad iónica de estos medios, el ataque corrosivo es generalmente electroquímico. La definición más aceptada en la bibliografía alemana, elaborada por Lange, entiende por corrosión electroquímica "el paso de electrones e iones de una fase a otra otra limí limítr trof ofe e cons consti tittuyen uyendo do un fenó fenóme men no elec electr trón ónic ico, o, es deci ecir, transformaciones materiales con la cooperación fundamental, activa o pasiva, de un campo eléctrico macroscópico, entendiéndose por macroscópico aquel campo eléctrico que tiene dimensiones superiores a las atómicas en dos direcciones del espacio". Conforme a la teoría de Lange, en los procesos de corrosión electroquímica de los metales se tiene simultáneamente un paso de electrones libres entre los espacios anódicos y catódicos vecinos, separados entre sí, según el esquema siguiente: Fenómeno anódico: Ed1 « Ec1 + n.eFenómeno catódico: Ec2 + n.e- « Ed2 lo que entraña una corriente electrónica a través de la superficie límite de las fases. En el proceso anódico, el dador de electrones, Ed1, los cede a un potencial galvánico más negativo, y dichos electrones son captados en el proceso catódico por un aceptor de elec trones, Ec2, con potencial más positivo. - Uniforme: La corrosión uniforme puede ser descrita como una reacción de corrosión que ocurre por igual en toda la

superficie del material, causando un pérdida general del metal. - Galvánica: Definición: corrosión acelerada que puede ocurrir cuando metales distintos (con distinto par redox) se unen

eléctricamente en presencia de un electrolito (por ejemplo, una solución conductiva).

El ataque ataque galvá galvánic nico o puede puede ser uni unifor forme me o locali localizad zado o en la unión unión entre entre aleacio aleacione nes,d s,depe epend ndien iendo do de las condiciones. La corrosión galvánica puede ser particularmente severa cuando las películas protectoras de corrosión no se forman o son eliminadas por erosión - Por picadura (Pitting): La corrosión por picadura es un tipo de corrosión altamente localizada que frecuentemente se observa en superficies con poca o ninguna corrosión general. Las picaduras ocurren como un proceso de disolución local anódica donde la pérdida de metal es aumentada por la presencia de un ánodo pequeño y un cátodo grande. Las picaduras suelen ser de pequeño diámetro (décimas de milímetro).

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- Por fisuras: Alrededor del hueco formado por contacto con otra pieza de metal igual o

diferente a la primera o con un elemento no metálico. El proc proces eso o de pitt pittin ing g y el crev crevic ice e tien tienen en en comú común n que que el agre agresi sivo vo quím químic ico o está está semiestancado, situación de ánodo localizado. - Erosión: La corrosión por erosión está causada o acelerada por el movimiento relativo de

la superficie de metal y el medio. Se caracteriza por rascaduras en la superficie paralelas al movimiento. La erosión suele prevalecer en aleaciones blandas (por ejemplo, aleaciones de cobre, aluminio y plomo). Las aleaciones que forman una capa pasivante muestran una velocidad limite por encima de la cual la erosión aumenta rápidamente. Otros factores como turbulencia, cavitación, o efectos galvánicos pueden aumentar la severidad del ataque. - Intergranular: La corrosión intergranular se refiere a la corrosión selectiva de los límites de grano en metales y

aleaciones. Los límites de grano son zonas de alta energía debido a la gran proporción de dislocaciones en la estructura natural del material. Este ataque es muy común en algunos aceros inoxidables y aleaciones de níquel. - Exfoliación: Corrosión en los límites de grano paralelos a la superficie del metal donde los productos de corrosión separan el metal. También llamada corrosión laminar. - Corrosión bajo tensión: Ataque de un material por la acción conjunta de dos causas: química (agresivo químico) y

física (tensión mecánica). Por separado, ninguna ataca al material. La progresión de la corrosión bajo tensión es de tipo arbóreo. Sigue los límites de los cristales (corrosión por límite de grano o corrosión intergranular). Producida por la unión de una tensión cíclica y de un agente corrosivo. El ataque es transgranular (rotura (rotura - Por fatiga: Producida recta). - Corrosión por rozamiento: El ataque ocurre cuando dos piezas de metal se deslizan un encima del otro y causan

daños mecánicos a uno o a los dos elementos. En algunos casos, el calor de fricción oxida el metal y su óxido se elimina. En otros casos, la eliminación mecánica de la capa pasivante expone la superficie limpia del metal a los ataques corrosivos. - Ataque por hidrógeno: A temperaturas elevadas y presión parcial de hidrógeno alta, hidrogeno penetra el acero al

carbono, reaccionando con el carbón del acero para formar metano. La presión generada causa una perdida de ductilidad (fragilización por hidrógeno, "hydrogen embrittlement") y fallos por rotura o formación de burbujas en el acero. La eliminación de carbono del acero (descarburización) provoca el descenso de la resistencia del acero. - Pérdida selectiva: Es el proceso donde un elemento específico es eliminado de una aleación debido a una interacción

electroquímica con el medio. La deszincación de aleaciones de latón es el ejemplo más común de este tipo de corrosión. Suele ocurrir cuando el metal es expuesto a aguas blandas y puede ser acelerada por concentraciones altas de dióxido de carbono y la presencia de iones cloruro. - Corrosión por suelos , son los procesos de degradación que son observados en estructuras enterradas. La intensidad

dependerá de varios factores tales como el contenido de humedad, composición química, pH del suelo, etc. En la práctica suele utilizarse comúnmente el valor de la resistividad eléctrica del suelo como índice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrán resistividades bajas, por la alta facilidad de transportación iónica.

EVALUACIONES EN LABORATORIO

La corrosión no se puede evitar, tan solo disminuir y prevenir. Los avances científicos han producido muchos materiales resistentes a la corrosión dependiendo del producto con el cual esté en contacto. Algunos de los factores que influyen en la corrosión son: - pH de la solución: se estudia el la velocidad de corrosión dependiendo del pH de la solución y del material que del cual esté fabricado el componente. - Agentes oxidantes: la mayor parte de la corrosión observada en la práctica se da en condiciones en que la oxidación del hidrógeno para dar agua es una parte necesaria del proceso de corrosión. Por esta razón los agentes oxidantes son con frecuencia potentes aceleradores del proceso de corrosión. Aunque pueden acelerar la corrosión de unos materiales, pueden en cambio retardar la que se produzca en otros mediante formación de óxidos en Abril, 2009



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superficie o absorción de capas de oxígeno que las hacen resistentes a los ataques químicos. - Temperatura: la velocidad de corrosión tiende a aumentar si aumente la tª. Con el fin de combatir la corrosión se ha de hacer una buena selección de materiales. Este factor es en el primero en el cual se piensa ya que se ha de elegir un material económico y que cumpla todos los requisitos del proceso. La mayoría de los metales y en particular el Fe al exponerse al aire o al agua se corroen. Este fenómeno se explica considerando en el metal pequeñas partes formadas por metal de base y pequeñas impurezas o en caso de un metal puro, ha de tener partes químicamente activas, por haber estado expuesto a esfuerzos de tensión compresión etc. El proceso de corrosión tiene lugar en ambientes especiales (lugares húmedos) o bien cuando existen diferencias de potencial. Se estudiará la corrosión del hierro exponiéndolo a diferentes productos químicos y estudiando posteriormente la corrosión que se ha producido en cada caso si es que se ha llegado a producir. Cuando Cuando se produce produce un proceso de oxidación oxidación con el hierro podemos obtener dos diferentes diferentes tipos de productos productos (óxidos) dependiendo de si se el hierro se ha oxidado a Fe (II) o a Fe(III). Relación de los diferentes productos resultantes de la oxidación del hierro y sus respectivos colores:

Fe (II)

Fe (III)

Fe(OH)2

Verde

FeO

Negro

Fe2C2O4

amarillo

FeCO3

verde

Fe2(CN)6Fe

Fe2O3

rojo

Fe(OH)3

pardo

(Ac)2Fe(OH)

pardo

blanco

Fe4[Fe(CN)6]3

azul

Fe4[Fe(CN)6]3

azul

FePO4

amarillo

SFe

negro

Materiales y reactivos: - 15 tubos de ensayo de vidrio 6. Na2CO3 - 1 gradilla 7. HNO3 - 15 puntas de hierro 8. Na3PO4 - papel indicador de pH 9. Na2C2O4 - solución de ferricianuro potásico (0,1M) - soluciones diluidas de: 10. NaSCN 1. NaOH 11. H2SO4 2. Na2Cr 2O7 12. KNO3 3. NaCl 13. agua del grifo 4. HCl 14. agua desionizada 5. KOH 15. agua del grifo hervida previamente Riesgos previsibles: Obligatorio el uso de gafas protectoras dado que en esta práctica se van a utilizar productos químicos corrosivos que pueden provocar lesiones en los ojos si se producen salpicaduras. El hidróxido sódico y potásico irritan la piel y los ojos. El ácido clorhídrico irrita los ojos, a piel y las vías respiratorias. En caso de contacto con los ojos lavar los con agua y acudir urgentemente al médico. El ácido nítrico provoca quemaduras,en caso de contacto con ojos, lavar con agua y dirigirse a un centro médico rápidamente. El oxalato sódico es nocivo por contacto con la piel o ingestión, por eso se ha de evitar cualquier contacto con ojos y piel. El tiocianato tiocianato es nocivo nocivo por ingestión,inha ingestión,inhalación lación y por contacto contacto con la piel. En contacto contacto con ácidos se liberan gases muy tóxicos. Ha de mantenerse lejos de alimentos, bebidas o piensos. El ácido sulfúrico diluido irrita los ojos y la piel, en caso de contacto con los ojos, lavar abundantemente con agua y Abril, 2009



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acudir inmediatamente al médico. El nitrato potásico puede provocar incendios con materiales combustibles por eso debe protegerse de fuentes de ignición y no fumar. En caso de incendio o explosión no respirar los homos producidos.

Procedimiento: - Colocar en 15 tubos de ensayo, respectivamente 5 ml de las disoluciones diluidas especificadas en el apartado 3. - Numerar los tubos y anotar la solución que hay en cada tubo. - Medir el pH de cada tubo con un papel indicador. - Sumergir 15 clavos en HCl diluido durante unos minutos, seguidamente lavar con agua destilada y secar. - Introducir un calvo en cada tubo haciéndolo deslizar por las paredes del tubo (manteniéndolo inclinado). - Dejar reposar los tubos al menos 24 h. - Medir el pH de cada disolución. Cálculos, gráficos, expresión de resultados: Tabla de resultados

n° tubo

pH pH inicial final

solución

1

aspecto final disolución

precipitado

color con ferro- Catión de Fe que cianuro reacciona

NaOH K2Cr 2O7

14

14

Igual

No

Amarillo

III

5

6

Amarillo

No

Naranja

III

7 1 14

7 1 14

Pardo Igual Amarillo pálido

Si Si No

Verde Azul Amarillo

II II III

6

NaCl HC l KOH Na2CO3

11

11

Amarillo pálido

No

Amarillo

III

7

HNO3

1

1

Negro rojizo

Si

Azul

II

8

Na3PO4

12

10

Igual

No

Amarillo

III

9

Na2C2O4

8

8

Amarillo

Si

Amarillo

III

10

8

8

Pardo

Si

Amarillo pardo

III

11

NaSCN H2SO4

1

1

Azulado

Si

Azul

II

12

KNO3

8

8

Marrón

Si

Azul

II

13 14 15

Agua grifo Agua desionizada agua hervida

8 8 8

8 8 8

Marrón Marrón marrón

Si Si si

Amarillo Azul Amarillo

II II II

2 3 4 5

El hecho de que el ferrocianuro vire a un color azul o verde, depende de si existe presencia de Fe (II) en la disolución, el precipitado será un compuesto formado por Fe (II) y otros componentes de la disolución. Algunas reacciones producidas en los tubos:

n° tubo 1 2

K2Cr 2O7 + Fe ²+

3

NaCl + Fe ²+

FeCl2 + Na+

4

HCl + Fe ²+

FeCl2 + Na+

5

KOH + Fe

6

Na2CO3 + Fe ²+

10

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Reacción NaOH + Fe³+ Fe(OH)3 + Na+

NaSCN + Fe°

Cr 2O7= + Fe ²+

Fe(OH)K FeCO3 Fe(SCN)6³-



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Tratamiento de residuos: Los clavos pueden lavarse y una vez secos guardarse de nuevo para reutilizar. Filtrar el contenido de los tubos en los cuales haya aparecido un precipitado, el filtro con el sólido puede tirarse a la basura. Las aguas madres se podrán tirar por la pica con abundante agua una vez neutralizadas

Conclusiones: En esta práctica se ha hecho un estudio de la corrosión del hierro, para intentar determinar determinar cuando utilizaríamos utilizaríamos en un caso real este material para conducciones. Dado que la corrosión es un factor muy importante en la industria que puede provocar graves daños estructurales con las consecuencias económicas que esto implica, los estudio de corrosión son una herramienta importante a la hora de elegir el material con el cual serán fabricados ciertos componentes de la planta química. El problema de corrosión se da sobretodo en zonas expuestas a agentes corrosivos como pueden ser conducciones o recubrimientos exteriores los cuales, al estar en contacto con la atmósfera se deterioran fácilmente si no se toman medidas. En el aspecto de los clavos no se ha observado ningún cambio aparente ya que presentaban aspecto oxidado antes del inicio de la práctica, pero en los casos en los que ha habido reacción si se ha podido ver, por la presencia de precipitados. Con el ferrocianuro potásico se ha podido determinar si el precipitado obtenido era correspondiente a un compuesto de Fe(II) o Fe (III), se pasa de color amarillo a verde o azul se puede decir que el precipitado es de Fe (II) puesto que el ferrocianuro reacciona con este catión dando ese color característico. En principio nunca se utilizarían conducciones de hierro para pasar a través de ellas disoluciones que puedan reaccionar de una o otra manera con él. Esto se puede apreciar en las disoluciones que presentan precipitados, se han producido al reaccionar con el Fe° del clavo originando un compuesto procedente de una oxidación, de Fe (II) o Fe (III) dependiendo del caso. En general los compuestos ácidos y los que llevan Cl oxidan el hierro, por eso el agua de mar es tan corrosiva con los metales, debido a la alta concentración de NaCl que tiene. Un factor importante que provoca el aumento de la corrosión es la temperatura, un compuesto muy corrosivo lo será mucho más a una temperatura elevada que a temperatura ambiente. Un dato que llama la atención es que el agua desionizada sea corrosiva con el hierro, teóricamente esto no es posible ya que ha sido tratada con resinas especiales que quitan el contenido de cationes y aniones (Cl -,CO3=...) que presenta el agua del grifo. El hierro podría ser un buen material para construir conducciones en el caso de que los productos que transportara fueran hidróxidos, carbonatos etc...

PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN Dentro de las medidas utilizadas industrialmente para combatir la corrosión están las siguientes: 1. Uso de materiales de gran pureza. 2. Presencia de elementos de adición en aleaciones, ejemplo aceros inoxidables. 3. Tratamientos térmicos especiales para homogeneizar soluciones sólidas, como el alivio de tensiones. 4. Inhibidores que se adicionan a soluciones corrosivas para disminuir sus efectos, ejemplo los anticongelantes usados en radiadores de los automóviles. 5. Recubrimiento superficial: pinturas, capas de oxido, recubrimientos metálicos 6. Protección catódica. 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 encuentre enterrada o sumergida. sumergida. Para este fin será necesario la utilización utilización de fuentes fuentes de energía energía externa 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 está protección se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo las pinturas, 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.

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La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que está siendo aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero, en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar petróleo, productos terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables eléctricos y telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes. En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre, plomo, latón, y aluminio,contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión bajo tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques generalizados. Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un electrolito. Aproximadamente la protección catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphry Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a pesar de que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferación de organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación. En 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 embarcaciones con mucha economía en los costos y en el mantenimiento.

Fundamento de la protección catódica Luego de analizadas algunas condiciones especialmente desde el punto de vista electroquímico dando como resultado la realidad realidad física de la corrosión, corrosión, después de estudiar estudiar la existencia y comportamient comportamiento o de áreas específicas específicas como AnodoCátodo-Electrólito y el mecanismo mismo de movimiento de electrones y iones, llega a ser obvio que si cada fracción del metal expuesto expuesto de una tubería o una estructura construida construida de tal forma de coleccionar coleccionar corriente, corriente, dicha estructura 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 corriente sea forzada forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia diferencia de potencial potencial del sistema 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 una 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 Polarización catódica. La protección catódica no elimina la corrosión, éste remueve la corrosión de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente. Para su funcionamiento práctico requiere de un electrodo auxiliar (ánodo), una fuente de corriente continua cuyo terminal positivo positivo se conecta conecta al electrodo auxiliar auxiliar y el terminal negativo negativo a la estructura estructura a proteger proteger,, fluyendo fluyendo la corriente corriente desde el electrodo a través del electrólito llegando a la estructura. Influyen Influyen en los detalles de diseño y construcción construcción parámetro de geometría y tamaño de la estructura estructura y de los ánodos, la resistividad del medio electrólito, la fuente de corriente, etc. Consideraciones de diseño para la protección catódica en tuberías enterradas La proyección de un sistema de protección catódica requiere de la investigación de características respecto a la estructura a proteger, y al medio. Respecto a la estructura a proteger 1. Material de la estructura; 2. Especificaciones y propiedades del revestimiento protector (si existe); Abril, 2009



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3. Características de construcción y dimensiones geométricas; 4. Mapas, planos de localización, diseño y detalles de construcción; 5. Localización y características de otras estructuras metálicas, enterradas o sumergidas en las proximidades; 6. Información referente referente a los sistemas de protección protección catódica, los característicos característicos sistemas de operación, operación, aplicados en las estructuras aledañas; 7. Análisis de condiciones de operación de líneas de transmisión eléctrica en alta tensión, que se mantengan en paralelo o se crucen con las estructuras enterradas y puedan causar inducción de la corriente; 8. Información sobre todas las fuentes de corriente continua, en las proximidades y pueden originar corrosión; 9. Sondeo de las fuentes de corriente alterna de baja y media tensión, que podrían alimentar rectificadores de corriente o condiciones mínimas para la utilización de fuentes alternas de energía;

Respecto al medio Luego de disponer de la información anterior, el diseño será factible complementando la información con las mediciones de las características campo como: 1. Mediciones de la resistividad eléctrica a fin de evaluar las condiciones de corrosión a que estará sometida la estructura. Definir sobre el tipo de sistema a utilizar; galvánico o corriente impresa y, escoger los mejores lugares para la instalación de ánodos; 2. Mediciones del potencial Estructura-Electrólito,para evaluar las condiciones de corrosividad en la estructura, así mismo, detectar los problemas de corrosión electrolítica; 3. Determinación de los lugares para la instalación de ánodo bajo los siguientes principios: a. Lugares de baja resistividad. b. Distribución de la corriente sobre la estructura. c. Accesibilidad a los sitios para montaje e inspección 4. Pruebas para la determinación de corriente necesaria; mediante la inyección de corriente a la estructura bajo estudio con auxilio de una fuente de corriente continua y una cama de ánodos provisional. La intensidad requerida dividida para área, permitirá obtener la densidad requerida para el cálculo; Sistemas de protección catódica Ánodo galvánico Se fundamenta en el mismo principio de la corrosión galvánica, en la que un metal más activo es anódico con respecto a otro más noble, corroyéndose el metal anódico. En la protección catódica con ánodo galvánicos, se utilizan metales fuertemente anódicos conectados a la tubería a proteger, dando origen al sacrificio de dichos metales por corrosión, descargando suficiente corriente, para la protección de la tubería. La diferencia de potencial existente entre el metal anódico y la tubería a proteger, es de bajo valor porque este sistema se usa para pequeños requerimientos de corriente, pequeñas estructuras y en medio de baja resistividad.

Características de un ánodo de sacrificio 1. Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo, para polarizar la estructura de acero (metal que normalmente se protege) a -0.8 V. Sin embargo el potencial no debe de ser excesivamente negativo, ya que eso motivaría un gasto superior, con un innecesario paso de corriente. El potencial práctico de disolución puede estar comprendido entre -0.95 a -1.7 V; 2. Corriente suficientemente elevada, por unidad de peso de material consumido; 3. Buen comportamiento de polarización anódica a través del tiempo; 4. Bajo costo. Tipos de ánodos 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. Magnesio: Los ánodos de Magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro y están libres 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 suelo de baja resistividad hasta 3000 ohmio-cm.

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Zinc: Para estructura metálica inmersas en agua de mar o en suelo con resistividad eléctrica de hasta 1000 ohm-cm. Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar. Relleno Backfill Para mejorar las condiciones de operación de los ánodos en sistemas enterrados, se utilizan algunos rellenos entre ellos el de Backfill especialmente con ánodos de Zinc y Magnesio, estos productos químicos rodean completamente el ánodo produciendo algunos beneficios como: - Promover mayor eficiencia; - Desgaste homogéneo del ánodo; - Evita efectos negativos de los elementos del suelo sobre el ánodo; - Absorben humedad del suelo manteniendo dicha humedad permanente. La composición típica del Backfill para ánodos galvánicos está constituida por yeso (CaSO 4),bentonita, sulfato de sodio, y la resistividad de la mezcla varía entre 50 a 250 ohm-cm.

Diseño de instalación para ánodo galvánico

Características de los ánodos galvánicos Rendimiento Contenido de Potencial de Ánodo Eficiencia am-hr/kg Relleno energía am-hr/kg trabajo (voltio) Zinc 95 % 778 820 -1.10 50 % yeso; 50 % bentonita Magnesio 95% 1102 2204 -1.45 a -1.70 75 % yeso; 20 % bentonita; 5 % SO4Na2 Aluminio 95% 2817 2965 -1.10 Corriente impresa En este sistema se mantiene el mismo principio fundamental, pero tomando en cuenta las limitaciones del material,costo y diferencia de potencial con los ánodos de sacrificio, se ha ideado este sistema mediante el cual el flujo de corriente Abril, 2009



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requerido, se origina en una fuente de corriente generadora continua regulable o, simplemente se hace uso de los rectificadores, que alimentados por corriente alterna ofrecen una corriente eléctrica continua apta para la protección de la estructura. La corriente externa disponible es impresa en el circuito constituido por la estructura a proteger y la cama anódica. La dispersión de la corriente eléctrica en el electrólito se efectúa mediante la ayuda de ánodos inertes cuyas características y aplicación dependen del electrólito. El terminal positivo de la fuente debe siempre estar conectado a la cama de ánodo, a fin de forzar la descarga de corriente de protección para la estructura. Este tipo de sistema trae consigo el beneficio de que los materiales a usar en la cama de ánodos se consumen a velocidades menores, pudiendo descargar mayores cantidades de corriente y mantener una vida más amplia. En virtud de que todo elemento metálico conectado o en contacto con el terminal positivo de la fuente e inmerso en el electrólito es un punto de drenaje de corriente forzada y por lo tanto de corrosión, es necesario el mayor cuidado en las instalaciones y la exigencia de la mejor calidad en los aislamientos de cables de interconexión

Anodos utilizados en la corriente impresa Chatarra de hierro: Por su economía es a veces utilizado como electrodo dispersor de corriente. Este tipo de ánodo puede ser aconsejable su utilización en terrenos de resistividad elevada y es aconsejable se rodee de un relleno artificial constituido por carbón de coque. El consumo medio de estos lechos de dispersión de corriente es de 9 Kg/Am*Año Ferrosilicio: Este ánodo es recomendable en terrenos de media y baja resistividad. Se coloca en el suelo hincado o tumbado rodeado de un relleno de carbón de coque. A intensidades de corriente baja b aja de 1 Amp, su vida es prácticamente ilimitada, siendo su capacidad máxima de salida de corriente de unos 12 a 15 Amp por ánodo. Su consumo oscila a intensidades de corriente altas, entre o.5 a 0.9 Kg/Amp*Año. Su dimensión más normal es la correspondiente a 1500 mm de longitud y 75 mm de diámetro. Grafito: Puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media y se utiliza con relleno de grafito o carbón de coque. Es frágil, por lo que su transporte y embalaje debe ser de cuidado. Sus dimensiones son variables, su longitud oscila entre 1000-2000 mm, y su diámetro entre 60-100 mm, son más ligeros de peso que los ferrosilicios. La salida máxima de corriente es de 3 a 4 amperios por ánodo, y su desgaste oscila entre 0.5 y 1 Kg/Am*Año Este mate materi rial al está está espec especia ialm lmen ente te indi indica cado do para para inst instal alac acio iones nes de agua agua de mar mar, aunq aunque ue sea sea Titanio-Platinado: Este perfectamente utilizado en agua dulce o incluso en suelo. Su característica más relevante es que a pequeños voltajes (12 V), se pueden sacar intensidades de corriente elevada, siendo su desgaste perceptible. En agua de mar tiene, sin embargo, limitaciones en la tensión a aplicar, que nunca puede pasar de 12 V, ya que ha tensiones más elevadas podrían podrían ocasionar el despegue de la capa de óxido de titanio titanio y, por lo tanto la deterioración deterioración del ánodo. En aguas dulce que no tengan cloruro pueden actuar estos ánodos a tensiones de 40-50 V. Fuente de corriente El rectificador Es un mecanismo de transformación de corriente alterna a corriente continua, de bajo voltaje mediante la ayuda de diodos de rectificación, comúnmente de selenio o silicio y sistemas de adecuación regulable manual y/o automática,a fin de regular las características de la corriente, según las necesidades del sistema a proteger Las condiciones que el diseñador debe estimar para escoger un rectificador son: 1. Características de la corriente alterna disponible en el área (voltios, ciclos, fases); 2. Requerimiento máximo de salida en C.D (Amperios y Voltios); 3. Sistemas de montaje: sobre el piso, empotrado en pared, en un poste; 4. Tipos de elementos de rectificación: selenio, silicio; 5. Máxima temperatura de operación; 6. Sistema de seguridad: alarma, breaker, etc; 7. Instrumentación: Voltímetros y Amperímetros, sistemas de regulación; Otras fuentes de corrientes Es posible que habiendo decidido utilizar el sistema de corriente impresa, no se disponga en la zona de líneas de distribución de corriente eléctrica, por lo que sería conveniente analizar la posibilidad de hacer uso de otras fuentes como: - Baterías, de limitada aplicación por su bajo drenaje de corriente y vida limitada; - Motores generadores; Abril, 2009



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- Generadores termoeléctricos;

Comparación de los sistemas A continuación se detalla las ventajas y desventajas de lo s sistemas de protección catódica Anodos galvánicos Corriente impresa No requieren potencia externa Requiere potencia externa Voltaje de aplicación fijo Voltaje de aplicación variable Amperaje limitado Amperaje variable Aplicable en casos de requerimiento de corriente Util en diseño de cualquier requerimiento de pequeña, económico hasta 5 amperios corriente sobre 5 amperios; Util en medios de baja resistividad Aplicables en cualquier medio; La interferencia con estructuras enterradas es Es necesario analizar la posibilidad de prácticamente nula interferencia; Sólo se los utiliza hasta un valor límite de resistividad Sirve para áreas grandes eléctrica hasta 5000 ohm-cm Mantenimiento simple Mantenimiento no simple Resistividad eléctrica ilimitada Costo alto de instalación Medias celdas de referencia La fuerza electromotriz (FEM) de una media celda como constituye el sistema Estructura-Suelo o independientemente el sistema cama de Ánodos-Suelo, es posible medirla mediante la utilización de una media celda de referencia en contacto con el mismo electrolito. Las medias celdas más conocidas en el campo de la protección catódica son: - HIDROGENO O CALOMELO(H+/H 2) - ZINC PURO (Zn/Zn++) - PLATA-CLORURO DE PLATA(Ag/AgCl) - COBRE-SULFATO DE COBRE(Cu/SO4Cu) La media celda de Hidrógeno tiene aplicación práctica a nivel de d e laboratorio por lo e xacto y delicado. También También existen instrumentos para aplicación de campo, constituida por solución de mercurio, cloruro mercurioso, en contacto con una solución saturada de cloruro de potasio que mantiene contacto con el suelo. La media celda de Zinc puro para determinaciones en suelo, siendo condición necesaria para el uso un grado de pureza de 99.99%, es utilizado en agua bajo presiones que podrían causar problemas de contaminación en otras soluciones y también como electrodos fijos. La media celda Plata-Cloruro de plata de poco uso pese a ser muy estable, se utilizan especialmente en instalaciones marinas. Más comúnmente utilizados en los análisis de eficiencia de la protección catódica son las medias celdas de Cobre-Sulfato de cobre debido a su estabilidad y su facilidad de mantenimiento y reposición de solución La protección del acero bajo protección catódica se estima haber alcanzado el nivel adecuado cuando las lecturas del potencial-estructura-suelo medidos con las diferentes celdas consiguen los siguientes valores:

ELECTRODO Ag-AgCl Cu-SO4Cu Calomel Zn puro

LECTURA -0.800V -0.850V -0.77V +0.25V

Criterios de protección Cuando se aplica protección catódica a una estructura, es extremadamente importante saber si esta se encontrará realmente protegida contra la corrosión en toda su plenitud. Varios criterios pueden ser adoptados para comprobar que la estructura en mención está exenta de riesgo de corrosión, basados en unos casos en función de la densidad de corriente de protección aplicada y otros en función de los potenciales de protección obtenidos.

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No obstante, el criterio más apto y universalmente aceptado es el de potencial mínimo que debe existir entre la estructura y terreno, medición que se realiza con un electrodo de referencia. El criterio de potencial mínimo se basa en los estudios realizados por el Profesor Michael Pourbaix, en 1939, quién estableció a través de un diagrama de potencial de electrodo Vs pH del medio, un potencial mínimo equivalente a -850 mv con relación al electrodo de referencia cobresulfato de cobre, observando una zona definida por la inmunidad del acero. Los criterios de potencial mínimo de protección que se utilizará es de -850 mv respecto al Cu/SO 4Cu como mínimo y permitiendo recomendar así mismo, un máximo potencial de protección que pueda estar entre los 1200 mv a -1300 mv, sin permitir valores más negativos, puesto que se corre el riesgo de sobre protección, que afecta de sobre manera al recubrimiento de la pintura, ya que hay riesgos de reacción catódica de reducción de hidrógeno gaseoso que se manifiesta como un ampollamiento en la pintura.

Resistividad del suelo Cuando se diseña protección catódica o simplemente cuando se estudia la influencia de la corrosión en un medio en el cual se instalará equipos o se tenderá una línea, es necesario investigar las características del medio,entre estas características, relacionada directamente con el fenómeno corrosivo se encuentra la resistividad del medio. La resistividad es la recíproca de la conductividad o capacidad del suelo para conducir corriente eléctrica. En la práctica se ejecutan medidas de resistencia de grandes masas de material y se calcula un valor promedio para el mismo. Las áreas de menor resistividad son las que tienden a crear zonas anódicas en la estructura, pero así mismo son las zonas más aptas para instalación de las camas de ánodos En la práctica se realiza esta medida empleando un voltímetro y un amperímetro o bien instrumentos especiales como el Vibro-Graund complementados mediante un equipo de cuatro picas o electrodo directamente en el campo y mediante el Soil Box en laboratorio. Cuando se ejecuta en el campo, el método consiste en introducir en el suelo 4 electrodos separados por espaciamientos iguales, los espaciamientos representan la profundidad hasta lo que se desea conocer la resistividad este espaciamiento se lo representa con (d). Se calcula la resistividad aplicando la siguiente fórmula:

rs =2*3.1416*d*Resistencia. Resistividad ohm-cm bajo 900 900 a 2300 2300 a 5000 5000 a 10000 Sobre 10000

Características Muy corrosivo Corrosivo Moderadamente corrosivo Medio corrosivo Menos corrosivo

Conclusiones Como conclusiones tenemos los siguientes puntos: 1. El proceso de corrosión corrosión debe ser visto como un hecho que pone en evidencia el proceso natural de que los metales vuelven a su condición primitiva y que ello conlleva al deterioro del mismo. No obstante es este proceso el que provoca la investigación y el planteamiento de fórmulas que permitan alargar la vida útil de los materiales sometidos a este proceso. 2. En la protección catódica entran en juego múltiples factores los cuales hay que tomar en cuenta al momento del diseño del sistema, inclusive es un acto de investigación conjunta con otras disciplinas mas allá de la metalurgia, como la química y la electrónica. 3. En el trabajo se confirma que la lucha y control de la corrosión es un arte dentro del mantenimiento y que esta área es bastante amplia, dado el sinnúmero de condiciones a los cuales se encuentran sometidos los metales que forman equipos y herramientas. 4. Como última conclusión está el hecho de que hay que ahondar en estos conocimientos pues ellos formarán parte integral de la labor que debe desempeñar un Ingeniero de Mantenimiento.

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RESUMEN CORROSION Desgaste total o parcial que disuelve o ablanda cualquier sustancia por reacción química o electroquímica con el medio ambiente. ambiente. El término corrosión corrosión se aplica aplica a la acción gradual de agentes naturales, naturales, como el aire o el agua salada sobre los metales. Química o directa (con agente agresivo)

Corrosión Electroquímica (diferencia de potencial)

Ataque corrosivo uniforme (toda la superficie) Picadura Ambiental Picadura Por esfuerzo Intergranular Ambiental

- el acceso del oxígeno del aire electrolitos del suelo Aire + humedad Mezcla de tierra y agua, forma sistemas buffers de pH constante Corrosión específica La formación de una capa de sal insoluble evita la corrosión Acidos y sales en solución posterior Por acción de gases Humedad > 80% aumenta corrosión Humedad < 40% disminuye corrosión Temperatura cambiante con grandes diferencias aumenta corrosión En cañerías enterradas, influye:

El ejemplo más familiar de corrosión es la oxidación del hierro, que consiste en una compleja reacción química en la que el hierro se combina con oxígeno y agua para formar óxido de hierro hidratado. El óxido es un sólido que mantiene la misma forma general que el metal del que se ha formado, pero con un aspecto poroso, algo más voluminoso, y relativamente débil y quebradizo.

Para prevenir la corrosión es importante la homogeneidad del material Hay cuatro métodos para evitar la oxidación del hierro : 1) mediante aleaciones del hierro que lo convierten en químicamente resistente a la corrosión, es el más satisfactorio pero también el más caro. Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable, una aleación de hierro con cromo o con níquel y cromo. Esta aleación está totalmente a prueba de oxidación e incluso resiste la acción de productos químicos corrosivos como el ácido nítrico concentrado y caliente. 2) amalgamándolo amalgamándolo con materiales que reaccionen reaccionen a las sustancias corrosivas corrosivas más fácilmente fácilmente que el hierro, quedando quedando éste protegido al consumirse aquéllas. Es igualmente satisfactorio pero también costoso. El ejemplo más frecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierro cubierto con cinc. En presencia de soluciones corrosivas se establece un potencial eléctrico entre el hierro y el cinc, que disuelve éste y protege al hierro mientras dure el cinc. 3) recubriéndolo electrolíticamente con una capa impermeable que impida el contacto con el aire y el agua, es el más barato y por ello el más común. Este método es válido mientras no aparezcan grietas en la capa exterior, en cuyo caso la oxidación se produce como si no existiera dicha capa. Si la capa protectora es un metal inactivo, como el cromo o el estaño, se establece un potencial eléctrico que protege la capa, pero que provoca la oxidación acelerada del hierro. 4) pinturas, los recubrimientos más apreciados son los esmaltes horneados, y los menos costosos son las pinturas de minio de plomo. Algunos metales como el aluminio, aunque son muy activos químicamente,no suelen sufrir corrosión en condiciones atmosféricas normales. Generalmente el aluminio se corroe con facilidad,formando en la superficie del metal una fina capa continua y transparente que lo protege de una corrosión acelerada . El plomo y el cinc, aunque son menos activos que el aluminio, aluminio, están protegidos protegidos por una película semejante de óxido. óxido. El cobre, comparativamente comparativamente inactivo, se corroe lentamente con el agua y el aire en presencia de ácidos débiles como la disolución de dióxido de carbono en agua (que posee propiedades ácidas),produciendo carbonato de cobre básico, verde y poroso. Los productos de corrosión verdes, conocidos como cardenillo o pátina, aparecen en aleaciones de cobre como el bronce y el latón, o en el cobre puro, y se aprecian con frecuencia en estatuas y techos ornamentales.

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Los metales llamados nobles son tan inactivos químicamente que no sufren corrosión atmosférica. Entre ellos se encuentran el oro, la plata y el platino. La combinación de agua, aire y sulfuro de hidrógeno afecta a la plata, pero la cantidad de sulfuro de hidrógeno normalmente presente en la atmósfera es tan escasa que el grado de corrosión es insignificante, apareciendo únicamente un ennegrecimiento causado por la formación de sulfuro de plata. Este fenómeno puede apreciarse en las joyas antiguas y en las cuberterías de plata. La corrosión en los metales supone un problema mayor que en otros materiales.

Tratamiento Limpieza de la superficie de un metal, para luego, ser galvanizado, cromado, pintado, etc. Decapado 1 - Bajas concentraciones 4/7% y altas temperaturas 70° 2 - Altas concentraciones 15/20% y bajas tempera turas 40° Tratar las superficies, para eliminar zonas de diferente polaridad, pulir la superficie Grasa Orgánicos Aceites Pretratamientos superficiales Aceites minerales Inorgánicos Restos de fundentes Las superficies deben estar limpias Cincado Þ cinc fundido Térmicos amalgamas Estañado Þ estaño fundido Electrolíticos Þ Cromado, Cadmiado, Dorado Enchapado Þ Emplomado (Lámina de plomo 75% - estaño 25%) Métodos de protección Spray metal en polvo a altas temperaturas Metalizado Reactivos especiales a altas temperaturas Nitrurado Þ con amoníaco a 500° 1ro: cuarzo + bórax + feldespato Inorgánicos Esmaltado 2do: cuarzo + bórax + titanio Orgánicos Pinturas Se entiende por corrosión la interacción de un metal con el medio que lo rodea, produciendo el consiguiente deterioro en sus propiedades tanto físicas como químicas. Las características fundamental de este fenómeno, es que sólo ocurre en presencia de un electrólito, ocasionando regiones plenamente identificadas, llamadas estas anódicas y catódicas: una reaccción de oxidación es una reacción anódica, en la cual los electrones son liberados dirigiéndose a otras regiones catódicas. En la región anódica se producirá la disolución del metal (corrosión) y, consecuentemente en la región catódica la inmunidad del metal. Este mecanismo mecanismo que es analizado desde un punto de vista termodinámico termodinámico electroquímic electroquímico, o, indica que el metal tiende a retornar al estado primitivo o de mínima energía, siendo la corrosión por lo tanto la causante de grandes perjuicios económicos en instalaciones enterradas. Por esta razón, es necesario la oportuna utilización de la técnica de protección catódica. Se designa designa químicamente químicamente corrosión por suelos, a los procesos de degradación que son observados en estructuras enterradas. La intensidad dependerá de varios factores tales como el contenido de humedad, composición química, pH del suelo, etc. En la práctica suele utilizarse comúnmente el valor de la resistividad eléctrica del suelo como índice de su agresividad; por ejemplo un terreno muy agresivo, caracterizado por presencia de iones tales como cloruros, tendrán resistividades bajas, por la alta facilidad de transportación iónica. 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 catódo a una estructura metálica, ya sea que se encuentre encuentre enterrada o sumergida. sumergida. Para este fin será necesario la utilización utilización de fuentes fuentes de energía energía externa 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 está protección se debe agregar la ofrecida por los revestimientos, como por ejemplo las pinturas, casí la totalidad de Abril, 2009



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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. PROTECCION CATODICA La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que está siendo aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero, en que cada día se hacen necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar petróleo, productos terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables eléctricos y telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes. En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre, plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los medios acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión bajo tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques generalizados. Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en un eléctrolito. Aproximadamente la protección catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphrey Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a pesar de que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferación de organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación. En 1850 y despué de un largo período de estacamiento la marina Canadiense mediante un empleo adecuado de pinturas con antiorganismos y anticorrosivos demostró que era factible la protección catódica de embarcaciones con mucha economía en los costos y en el mantenimiento. FUNDAMENTO DE LA PROTECCION CATODICA Luego de analizadas algunas condiciones especialmente desde el punto de vista electroquímico dando como resultado la realidad realidad física de la corrosión, después de estudiar estudiar la existencia existencia y comportamiento comportamiento de áreas específicas específicas como AnodoCátodo-Electrólito y el mecanismo mecanismo mismo de movimiento 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 corriente sea forzada forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia diferencia de potencial potencial del sistema 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 una 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 polari zar 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 téctica de POLOARIZACION CATODICA. La protección catódica no elimina la corrosión, éste remueve la corrosión de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente. Para su funcionamiento práctico requiere de un electrodo auxiliar (ánodo), una fuente de corriente continua cuyo terminal positivo positivo se conecta conecta al electrodo auxiliar auxiliar y el terminal negativo negativo a la estructura estructura a proteger proteger,, fluyendo fluyendo la corriente corriente desde el electrodo a través del electrólito llegando a la estructura. Influyen Influyen en los detalles de diseño y construcción construcción parámetro de geometría y tamaño de la estructura estructura y de los ánodos, la resistividad del medio electrólito, la fuente de corriente, etc.

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CONSIDERACIONES DE DISEÑO PARA LA PROTECCION CATODICA EN TUBERIAS ENTERRADAS La proyección de un sistema de protección catódica requiere de la investigación de características respecto a la estructura a proteger, y al medio.

RESPECTO A LA ESTRUCTURA A PROTEGER a. Materia Materiall de la la estructu estructura; ra; b. Especificaci Especificaciones ones y propiedades propiedades del revestimiento revestimiento protector protector (si existe); existe); c. Característi Características cas de construcci construcción ón y dimensiones dimensiones geométri geométricas; cas; d. Mapas, planos planos de localización localización,, diseño y detalles detalles de construcció construcción; n; e. Localización Localización y características características de otras estructuras estructuras metálicas, metálicas, enterradas enterradas o sumergidas sumergidas en las proximidades; proximidades; f. Información Información referente referente a los sistemas de protección protección catódica, catódica, los característ característicos icos sistemas sistemas de operación, operación, aplicados aplicados en las estructuras aledañas; g. Análisis Análisis de condiciones condiciones de operación operación de líneas de transmisión transmisión eléctrica eléctrica en alta tensión, tensión, que se mantengan en paralelo o se crucen con las estructuras enterradas y puedan causar inducción de la corriente; h. Información Información sobre todas las las fuentes de corriente corriente continua, continua, en las proximidades proximidades y pueden originar originar corrosión; corrosión; i. Sondeo de las las fuentes fuentes de corriente corriente alterna alterna de baja y media media tensión, tensión, que podrían podrían alimentar alimentar rectifica rectificadores dores de corriente o condiciones mínimas para la utilización de fuentes alternas de energía; RESPECTO AL MEDIO Luego de disponer de la información anterior, el diseño será factible complementando la información con las mediciones de las características campo como: a. Mediciones de la resisitividad resisitividad eléctrica a fin de evaluar las condiciones de corrosión a que estará sometida la estructura. b. Definir sobre el tipo de sistema a utilizar; utilizar; galvánico o corriente impresa impresa y, y, escoger los mejores lugares para la instalación de ánodos; c. Mediciones Mediciones del potencial potencial Estructura-Elec Estructura-Electrólit trólito, o, para evaluar las condiciones condiciones de corrosividad corrosividad en la estructura, estructura, así mismo, detectar los problemas de corrosión electrolítica; d. Determinación Determinación de los lugares lugares para la instalación instalación de ánodo bajo los siguientes siguientes principios: principios: •

•

•

Lugares de baja resistividad. Distribución de la corriente sobre la estructura. Accesibilidad a los sitios para montaje e inspección

e. Pruebas para para la determinación determinación de corriente necesaria; necesaria; mediante mediante la inyección inyección de corriente corriente a la estructura estructura bajo estudio con auxilio de una fuente de corriente continua y una cama de ánodos provisional. La intensidad requerida dividida para área, permitirá obtener la densidad requerida para el cálculo;

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Corrosión

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