Protección Anódica – Anódica – Su Su operación y aplicaciones. Muchos metales sufrirán corrosión dentro de un cierto rango de potencial y pH. A potenciales más negativos que este rango, la corrosión se detendrá (protección catódica). A potenciales más positivos que este rango, algunos metales se volverán pasivos. Para estos metales, el potencial puede ser desplazado electropositivamente al rango pasivo a través de la protección anódica (PA). La protección anódica es aplicable esencialmente al acido sulfúrico (H2SO4) y ambientes cáusticos. Con frecuencia esto permite al diseñador usar una aleación baja en vez de un metal resistente a la corrosión, a un costo generalmente menor. La mayor parte de los metales expuestos a la corrosión en fase liquida pueden ser protegidos de un ataque agresivo mediante el uso de una técnica electroquímica de prevención- ya sea protección catódica o anódica. La elección del método apropiado de protección depende principalmente de las características características del del metal/medio. metal/medio. Puede determinarse termodinámicamente si un metal se corroe en un medio particular. La figura 1 es un diagrama para el hierro en un medio acuoso. Este diagrama muestra sectores de inmunidad, corrosión, y pasividad en relación al potencial del hierro en solución electrolítica (EH) y al pH. Aunque los cálculos termodinámicos que conducen a la construcción de este diagrama pueden determinar si el acero puede corroerse, no predicen la velocidad de corrosión. En cambio, la corrosión es termodinámicamente imposible a un determinado pH si el potencial del acero/medio es mantenido en la zona de inmunidad (por ejemplo: -0.80V, pH 3 a 9). En este sentido, si la superficie del acero se corroe activamente y su potencial se desplaza electronegativamente- como es el caso de la Protección catódica- entonces la corrosión es evitable. Por el contrario, el potencial de corrosión de metales que exhiben comportamiento activo-pasivo en algunas situaciones (por ejemplo: acero, níquel, titanio y acero inoxidable) puede ser desplazado desplazado en la dirección anódica (electropositiva) (electropositiva) para producir una superficie pasiva y así una gran reducción reducción de la velocidad velocidad de corrosión. corrosión.
Teoría de la Protección Anódica pasiva” cuando son Un número de metales exhiben lo que es conocido como transición “activo - pasiva” polarizados en la dirección electropositiva (Figura 2). En este estado, el potencial del metal se traslada una región pasiva cuando se desplaza a la dirección electropositiva después de que la corriente directa (DC) es aplicada. Se forma una película pasiva, resultando en una disminución de la densidad de corriente de corrosión y así en una baja velocidad de corrosión. Incrementar la polarización anódica hasta un rango transpasivo puede causar descomposición de la película pasiva y originar corrosión por picaduras.
A una densidad más grande que la densidad de corriente crítica, la formación de una película pasiva es básicamente básicamente un efecto culómbico (carga total). Por lo l o tanto, la l a cantidad de corriente requerida para pasar el potencial primario pasivo depende del tiempo (por ejemplo: corrientes más grandes son requeridas cuando el tiempo es reducido y viceversa). La corriente necesaria para pasivar la superficie metálica es por lo general, un orden de magnitud más grande que la corriente requerida para mantener la pasivacion.
El rango de potencial pasivo y densidad de corriente necesarios para lograr la pasivacion son funciones del tipo de metal y electrolito además de factores como el pH, temperatura, temperatura, grado de oxidación, etc. El mild steel, acero inoxidable, titanio y muchos otros metales del grupo de transición muestran comportamiento activo-pasivo. La figura 3 muestra un esquema general de la corrosión anódica para un tanque o recipiente. La corriente de protección anódica es suministrada por un dispositivo controlador de potencial, necesario para mantener la estructura a un potencial fijo en el rango pasivo. Es común predeterminar el conjunto de potenciales ideales para la operación, ya sea mediante prueba de laboratorio, o más preferible mediante el uso de curvas de polarización anódicas potenciostaticas potenciostaticas en cupones en el tanque actual. actual. El electrodo de referencia es necesario para proveer una medida de potencial de respuesta para comparar con el conjunto de potenciales. El tipo de electrodo de referencia usado depende de su compatibilidad con el medio líquido. Los electrodos de referencia típicos son platino, calomel, plata/cloruro de plata (Ag/AgCl), mercurio/sulfato de mercurio (Hg/HgSO4) y acero inoxidable.
Los materiales catódicos también son escogidos según sus durabilidades porque el cátodo generalmente generalmente pasa a través de l a zona de vapor y lo deja susceptible para una corrosión agresiva atmosférica. atmosférica. Los materiales catódicos comunes comunes son el acero, acero de cromo-níquel, Hastelloy C y platinum clad brass. La protección anódica es por lo general más usada para proteger tanques de almacenamiento de acido sulfúrico hechos de mild steel o acero inoxidable, y en menor parte, enfriadores y tuberías. También ha sido aplicado al mild steel en algunas soluciones de abono. Cualquier situación en la cual una combinación solución/metal produce comportamiento activo-pasivo es un candidato potencial para protección anódica si el problema de corrosión se presenta.
Equipamiento del H2SO4 La velocidad de corrosión del acero o del acero inoxidable en los servicios de H2SO4 es una función de la temperatura y la concentración de acido. La Tabla 1 indica la reducción en las velocidades típicas de corrosión que pueden ocurrir en el acero 316 SS para dos concentraciones de H 2SO4 mediante la aplicación de protección anódica.
Tabla 1. Velocidades de corrosión para el acero 316SS (mpy) en H 2SO4 93% H2SO4
98% H2SO4
Temperatura
Sin proteger
Protegido
Sin proteger
Protegido
70ºC
29
<2
--
--
100ºC
495
25
41
<2
La figura 4 muestra una curva de polarización anódica para el 316 SS (UNS S31600) en H 2SO4 al 93% a 70ºC. Nótese que la densidad de corriente requerida para lograr la pasivación es casi 104 µA/cm2. Esta curva de polarización derivada de manera potenciodinámica indicaría que se necesitaría una fuente de poder muy grande para superar el punto de transición activo-pasivo. Afortunadamente, es factible el uso unidades de menor capacidad cuando se operan galvanostáticamente para tomar ventaja del efecto culómbico. Por lo general, las densidades de corriente para mantener la pasivación son un orden de magnitud menor que la corriente de transición primaria Una aplicación interesante de la protección electroquímica involucra el uso conjunto de la protección catódica y anódica para la reducción de la corrosión en enfriadores de acido (acid coolers) (figura 5). El casco y los tubos hechos de acero inoxidable 316L SS expuestos al acido,
están protegidos anódicamente donde dos barras Hastelloy, insertadas en el lugar de dos tubos, actúan como cátodos. Además, las cabezas de acero al carbono expuestas al agua de enfriamiento están protegidas con ánodos galvánicos. Tuberías que transportan H2SO4 pueden también ser protegidas anódicamente.
Equipamiento del proceso alcalino El uso de protección anódica en medios alcalinos, está casi limitada por completo a la industria de pulpa y papel, en la protección de los digestores de pulpa y manejo de tanques que almacenan licores cáusticos (mezcla de hidróxido de sodio y sulfuro de sodio).El acero al carbono puede ser protegido anódicamente anódicamente en soluciones de NaOH a elevadas temperaturas.
Consideraciones económicas La protección anódica puede ser instalada en conjunto con estructuras nuevas y existentes. Los beneficios económicos son atractivos en ambos casos.
La protección anódica puede permitir al diseñador del tanque el uso de un material menos costoso o una técnica t écnica alternativa alternativa para reducir la corrosión. Como ejemplo, un tanque usado para almacenar acido sulfúrico concentrado, podría ser fabricado de acero al carbono con protección anódica en vez del costoso acero inoxidable o acero al carbono con revestimiento orgánico. La eficiencia de costo de la protección anódica depende del área superficial del tanque. En general, la protección de un tanque más grande implica un precio bastante reducido por unidad de área.
Monitoreo remoto Como resultado de las grandes variaciones en las velocidades de corrosión en tanques entre las zonas activa y pasiva, es necesario que los sistemas de protección anódica operen correctamente tanto tiempo como sea posible. Como tal, prácticamente prácticamente todos los sistemas incluyen una unidad
remota de monitoreo. Esta unidad computarizada permite a expertos independientes revisar y analizar los datos operacionales operacionales y recomendar recomendar cambios.
Conclusiones Los sistemas electroquímicos de protección anódica ofrecen al ingeniero de mantenimiento o procesos herramientas herramientas poderosas poderosas para controlar controlar la corrosión, que pueden pueden ser aplicadas a equipos expuestos a distintos ambientes en fase liquida, especialmente H2SO4 y licores cáusticos . La protección anódica puede ser instalada durante la construcción o más tarde por retroadaptacion. Estos sistemas necesitan energía eléctrica externa y deben ser operadas continuamente para ser efectivos. A veces esto puede ser un requerimiento de mantenimiento adicional. Sin embargo las nuevas tecnologías de monitoreo remoto facilitan la supervisión del sistema y permiten comprobar el estado de forma automática ya sea por el operador del proceso o por el proveedor del sistema.
