29º Corrosión y Protección catódica.

29º CORROSIÓN Y PROTECCIÓN CATÓDICA.

corriente impresa 2

Indice:

1-Teoría de la Corrosión

1.1-Introducción

1.2-Oxidación

 1.2.1-Tipos de Oxidación

1.3-Corrosión

1.3.1-Factores de Corrosión

1.3.2-Tamaño relativo de los electrodos

 2-La Protección Catódica

2.1-Modificadores del medio

2.1.1-Inhibidores

2.1.2-Deshumidificación del aire

2.1.3-Desaireación del agua

2.2-Técnicas Anticorrosivas

2.2.1-Pasivación del metal

3-Protecciones más empleadas en el casco.

3.1-Ánodos de sacrificio

3.2-Protección de corrientes impresa

4-Otras instalaciones: 

4.1-Puesta a tierra del eje de cola

4.2-Protección catódica de Tanques

5-Bibliografía:

 





1-Teoría de la Corrosión

1.1-Introducción:

“Corrosión es el ataque destructivo de un metal por reacción química o electroquímica con su medio ambiente”

En general la atmósfera de contacto está formada en mayor proporción por el oxigeno.En buques Gaseros por ejemplo, la atmósfera de contacto serán los productos transportados.

El ataque podrá ser:

  • Exclusivamente Químico
  • Electroquímico

Otras causas de corrosión:

  • Erosión
  • Cavitación
  • Abrasión

Combinaciones mixtas 

Combinación de varios tipos de corrosión anteriormente mencionadas.

Los metales se oxidan debido a la búsqueda de un equilibrio termodinámico,los metales constan de energía libre que con el efecto de la oxidación se acercan a dicho equilibrio.Si nos referimos a un medio de contacto atmosférico debemos empezar con la conformación del aire.

composicion del aire

El O2 en si,es un agente poco oxidante,el problema se plantea cuando se manipulan las condiciones del medio.

El carácter oxidativo del O2 se potencia cuando:

  • Se eleva la temperatura (tiene lugar ataque químico o corrosión seca).
  • Humedad(la presencia de partículas acuosas provoca un ataque químico o corrosión húmeda.
  • Productos químicos.
  • Causas biológicas(bacterias sulfuroreductoras).

Nota:Si colocamos un metal oxidado al lado de uno sin oxidar,el metal oxidado se oxida todavía más.

 

1.2-Oxidación

Debido al contexto en el que desarrollamos el tema de oxidación(casco del buque),todo lo expresado aquí se centrará en la oxidación de metales.

Definición:La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. La propia vida es un fenómeno redox.

Nota:El oxígeno es el mejor oxidante que existe.

Ejemplo clásico de Oxidación:

El hierro en contacto con el oxígeno reacciona formando óxido de hierro,para entender esta reacción hay que tener en cuenta el número de oxidación de cada elemento y que en toda reacción se tiende al equilibrio químico,esto significa que tanto las cargas como la  de los reactivos(elementos de la parte izquierda) deben ser iguales  que en el producto(elementos de la parte derecha).Proceso redox

En este caso tenemos:

Una molécula de Oxigeno está formada por dos átomos de Oxígeno,cada uno con su número de oxidación (-2) y dos moléculas de Hierro de número de oxidación (+2) ,es decir;

  Número de oxidación del O2: ( -2)+(-2)=(-4)

 Número de oxidación del Fe: (+2)

Como se puede apreciar,existe un desequilibrio de cargas en los reactivos,por lo que es necesario otra molécula de Fe representado por el “2” previo a dicho reactivo.

 La combinación de estos reactivos forma un producto en equilibrio denominado Óxido de Hierro II una de las más comunes.

 1.2.1-Tipos de Oxidación:

  • Oxidación Lenta:

Ocurre casi siempre en los metales cuando reaccionan con el aire o con el agua causando corrosión,brillo y otras características de los metales,estas reacciones son exotérmicas,esto implica un desprendimiento de calor que en estos casos es inapreciable.

  • Oxidación Rápida:

Ocurre cuando se produce una combustión,desprendiendo grandes cantidades de calor,estas reacciones son más comunes en compuestos que contienen carbono e hidrógeno.

La oxidación es un tema muy importante en la protección catódica debido a que genera corrosión,un fenómeno de impacto económico,estructural  y de seguridad muy negativo en un buque,y más si al casco se refiere.

1.3-Corrosión

Es un fenómeno complejo pues en la corrosión intervienen diversos factores ,aunque en esencia es un proceso electroquímico (Corrosión Galvánica).

Cuando nos encontramos con dos metales de diferente potencial,en contacto por medio de un fluido conductor denominado electrolito se manifiesta una corriente galvánica

  • Electrolitos típicos:
    • Agua
    • Aire Húmedo

En esta imagen actuará como Ánodo el metal de menor potencial en la serie galvánica y como Cátodo el de mayor potencial.

Captura

Lista de potenciales eléctricos de los metales más utilizados:

potencial electrico

EJEMPLO:

Si tomamos como referencia un casco de un barco de hierro (Fe) y agua salada como electrolito (fluido conductor) tenemos lo siguiente:

Metales anódicos:

  • Mg
  • Li
  • K
  • Na
  • Zn
  • Aleaciones ligeras
  • Fundición
  • Aceros aleados
  • Acero inox.
  • Metal Muntz
  • Latón amarillo
  • Latón al Aluminio
  • Latón rojo
  • Cu
  • Bronce aleado con Aluminio
  • Cu-Ni
  • Ni
  • Ag

Referencia= Fe

Metáles catódicos:

  • Acero inox. Pasivado
  • Titanio
  • Metal Monel 

1.3.1-Factores de Corrosión

  • Metales diferentes:Deben entrar en contacto metales diferentes,es decir para que se produzca una corrosión uno de los metales se debe comportar como ánodo(se oxida) y otro como cátodo(se reduce),dependiendo del potencial eléctrico de dichos metales.
  • Heterogeneidad del metal:
    • Los metales según su constitución interna de fases pueden ser;
      • Monofásicas: con una concentración uniforme,evitando así la corrosión(el concepto uniforme es algo ideal debido a que los metales son imperfectos), o no uniforme generando con el tiempo corrosión.
      • Bifásicas: es decir,las fases del propio metal contiene diferencias de potencial que inevitablemente acaba manifestando signos de corrosión
    • Los metales según su acabado superficial pueden manifestar mayor o menor grado de corrosión,si este contiene virutas,ralladuras o cualquier defecto que modifique la capa superficial del metal provocará corrosión,aunque pulamos o limemos la corrosión siempre se manifestará debido a que los metales no son perfectos,solo podemos controlar la velocidad de corrosión.
  • Deformaciones mecánicas: Todas las herramientas o tratamientos para el acabado superficial cortan el grano del metal favoreciendo la corrosión del metal.

Los átomos superficiales del metal al ser cortados,limados o tratados en definitiva cambiarán su comportamiento en lo que a potencial se refiere.

Los átomos que componen el metal en la capa más superficial se comportan como ánodo(se oxidan) y los granos internos se comportan como cátodo, produciéndose una corrosión a nivel microscópico.

modelo metálico

  • Tensiones Internas: Las tensiones a las que se ve sometido el metal en frío generan una deformación en el metal,esta parte deformada se comportará como ánodo y la parte no deformada como cátodo.

1.3.2-Tipo de corrosión según su morfología

La corrosión de un material puede ser dada de tres formas:

  1. Galvánica (electroquímica)
  2. Mediante productos químicos (ácido fosfórico)
  3. Acción Biológica (las bacterias anaerobias transforman los sulfuros en sulfatos)

El aspecto que puede presentar una corrosión no es el mismo,este varía en función del tipo de corrosión que manifiesta.

  • Corrosión Uniforme: Cuando el producto químico está en contacto únicamente con la superficie del metal.

Corrosión Uniforme

  • Corrosión Localizada o Perforante: Cuando un metal está en contacto con un metal en un medio como es el agua de mar,se produce este tipo de corrosión también denominado “Picado o Pitting” muy presente en los tanques de lastre.

Corrosión por picado

  • Corrosión Intergranular: Esta corrosión se produce debido a lo explicado en el punto 1.3.1 (Heterogeneidad de los metales) los metales no son perfectos por lo que existirán diferencias de potencial entre el borde del gránulo de metal y el núcleo interno de dicho gránulo, produciéndose una pequeña corrosión (efecto termita).

Corrosión intergranular

Nota: Este tipo de corrosión es típica en los aceros inoxidables.

  • Acero Cr-Ni : El borde del grano contiene Cromo,el cual genera un aumento de la diferencia de potencial.
  • Acero Mo: El borde del grano contiene Molibdeno ,el cual genera una disminución de la diferencia de potencial.

Nota: Dependiendo de la aplicación del acero inox,en ocasiones es mejor apostar por un recubrimiento superficial por medio de un tratamiento químico o una capa de otro metal que emplear únicamente acero inox.

1.3.3-Tamaño relativo de los electrodos:

Chapas atravesadas por cables:

corrosion grnde o pequeña en funcion del tamaño del cátodo

La corrosión viene dada en función de la superficie del Cátodo,es necesario tener esto en cuenta para calcular la velocidad de la corrosión y el periodo en el cual será necesario cambiar por ejemplo los ánodos de sacrificio de un barco,de los cuales hablaremos más adelante.



2-La Protección Catódica

La protección catódica se define como el método de reducir o eliminar la corrosión de un metal, haciendo que la superficie de este funcione completamente como cátodo cuando se encuentra sumergido o enterrado en un electrólito,en este contexto,el agua de mar. Esto se logra haciendo que el potencial eléctrico del metal a proteger se vuelva más electronegativo mediante la aplicación de una corriente directa o la unión de un material de sacrificio (comúnmente magnesio, aluminio o zinc). 

Como se ha dicho anteriormente, la corrosión es inevitable,pero podemos modificar su velocidad  disminuyéndola por medio de:

  • Modificadores del medio
  • Técnicas Anticorrosión

2.1-Modificadores del medio

La modificación del medio es importante para reducir las tasas de corrosividad,para ello contamos con diferentes productos y sistemas diseñados para desempeñar dicho cometido.

2.1.1-Inhibidores

Son sustancias que añadidas al medio corrosivo en muy pequeña cantidad,reducen considerablemente la velocidad de corrosión del metal o también pueden ser sustancias que forman película sobre el metal y lo protegen como molibdatos o fosfatos.

2.1.2-Deshumidificación del aire

Para la deshumidificación del aire se pueden emplear los siguientes sistemas:

  • Condensación de la humedad sobre el sistema de refrigeración.
  • Calentamiento del local para rebajar la humedad relativa de su atmósfera interior.
  • Absorción de la humedad por medio de un desecante sólido (sílice gel o vermiculita)

2.1.3-Desaireación del agua

La desaireación del agua se realiza para evitar la corrosión en tuberías principalmente y los métodos más empleados son:

  • Empleando un desaireador
  • Adición de sustancias reductoras como sulfito o hidracina (N2H4)

2.2-Técnicas Anticorrosivas

Recubrimiento superficial de metalesLas técnicas anticorrosivas como bien indica el título,tienen como objetivo reducir la velocidad de corrosión de los materiales.Las más usuales son:

  • La modificación del medio (expuesta en el punto anterior)
  • Recubrimientos protectores (pinturas,resinas,lacas,revestimientos químicos…)
  • Modificación del metal (mejores acabados y perfección en la conformación de los metales)
  • Modificación del diseño o proyecto de una instalación (teniendo en cuenta los metales a usar y sus potenciales)
  • Protección electroquímica (protección anódica o catódica)

2.2.1-Pasivación del metal

Un metal es pasivo cuando permanece inalterado durante largos períodos de tiempo en medios en los que debiera de reaccionar.Existen dos tipos de pasivación del metal:

  • Natural: Se forma capa protectora por si solo,por ejemplo en el caso del aluminio cuando se expone al aire,se forma una película de forma natural derivada de una oxidación que protege las capas más internas del material (Al2O3).
  • Artificial: Se emplea algo,generalmente un tratamiento químico que forma una capa superficial protectora en el metal,por ejemplo el “Minio”

 


3-Protecciones más empleadas para combatir la corrosión del casco.

A la hora de diseñar un sistema eficaz para la protección del casco contra la corrosión se deben tener en cuenta las condiciones electroquímicas, mecánicas y de diseño,estas tiene una gran influencia en el sistema de protección catódica.

Otras condiciones a considerar son principalmente:

  • Temperatura
  • Salinidad  
  • Resistencia a disoluciones de oxigeno

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.

Medición de las protecciones catódicas:

Los valores de las protecciones catódicas pueden ser positivos o negativos,se miden en mV de continua y sus valores se encuentran entre 850 y 1100 mV dependiendo de los metales usados,fuera de estos valores tendremos un fallo.Dichos valores se toman en distintos puntos del buque,en los puntos donde están conectadas las tierras de los diferentes equipos.

Esquema de puntos de referencia de potencial

El diagrama de “Pourbaix” está basado en una plancha de acero sumergida en el agua que nos indica que la obra viva de acero del barco debe estar a un potencial mínimo de -800mv. medido con un electrodo de referencia de Plata-Cloruro de plata. Si el barco es de aluminio, el potencial mínimo sería -900mv. o en el caso de un barco de Inox/bronce -700mV.


diagrama de potencial

3.1-Ánodos de sacrificio

 

anodo de sacrificio 3

Nota: El alma de ánodo también se denomina “Platina del ánodo”

 Los ánodos de sacrificio son una opción muy utilizada en el ámbito marino,consiste en la colocación de metales más activos(mayor potencial eléctrico) que el metal que conforma el casco, dando lugar a la protección catódica del mismo, ya que este, se comportaría como cátodo y los metales más activos como ánodos.

Ej: Si el casco es de Hierro se utilizarán ánodos de cinc o magnesio por ejemplo.anodo de sacrificio 1

Hay que tener en cuenta que los ánodos se oxidan,por lo que habrá que reponerlos con el tiempo,la vida de un ánodo de sacrificio para un buque se calcula para un periodo de entre 1 y 3 años en el caso del cinc y para 4 en el caso de aluminio.

Los ánodos deben colocarse sobre de la superficie mojada del casco, 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.anodo de sacrificio 2

Existen variaciones en la colocación de los ánodos  dependiendo de la geometría del buque, su sistema de pintado, o incluso del servicio previsto del mismo.

Recomendaciones prácticas para la instalación:

a) A la hora de la instalación o reposición de ánodos,debe tenerse en cuenta que las puntas de las pletinas no estén galvanizadas, para evitar los gases tóxicos que se producen en el momento del montaje.

b) Los ánodos instalados deberán ser acordes con el diseño del buque,mismo peso,misma orientación…etc

c) No se deberán colocar ánodos en la base de la quilla debido a problemas de entrada y salida de dique.

d) En ningún caso deberán pintarse los ánodos.

e)En caso de que el timón sea metálico deberá fijarse en él un ánodo en el mismo centro de la pala.

f)Si la quilla es metálica se han de colocar ánodos en cada costado de la propia quilla.

g)Algunos buques disponen de flaps metálicos,se debe fijar un ánodo en cada uno de los flaps siempre en sentido longitudinal del buque.Si el material del flap es el aluminio,es importante tener en cuenta que el material de los pernos de fijación no sean galvanizados.

Nota:Cualquier ánodo debe ser sustituido tan pronto como muestre signos de desgaste o cuando haya alcanzado el 80% de su peso original.

El número de ánodos requeridos en el casco se calculan en función del amperaje,de la superficie y de la masa de los ánodos

  • Número de ánodos en función a la densidad de corriente:

Corriente en anodos

  • Unidades
    • Corriente=Amperios
    • Área=m^2
    • Densidad de corriente de cada ánodo=mA/m^2
  • Número de ánodos en función de la corriente:

Numero de anodos(A)

  • Unidades:
    • Corriente= Amperios
    • Corriente Requerida= Amperios
    • Corriente de salida de cada ánodo=Amperios
  • Masa total de los ánodos:

masa del ánodo

  • Unidades:
    • Masa=Kg
    • Corriente= Amperios
    • Capacidad del material=Amperios Hora/Kg
  • Número de ánodos en función de la masa:

Numero de anodos(m)

  • Unidades
    • Masa calculada=Kg
    • Mása de cada ánodo=Kg

 

 

3.2-Protección de corrientes impresa

El sistema de protección catódica por corrientes impresas , monitoriza constantemente el casco, detectando la aparición de corrosión. Esta monitorización se lleva a cabo a través de los electrodos de referencia instalados en el casco, los cuales miden la diferencia de potencial a lo largo de la superficie del casco.

 

corriente impresa 2

 

Cuando la diferencia de potencial corresponde al inicio de un proceso de corrosión, el ordenador del sistema, activa la inyección de corriente a través de los ánodos de inyección de corriente, la cual se transmite a través de la superficie metálica del casco y de la propia agua del mar. Esta corriente vuelve a nivelar la diferencia de potencial hasta los valores de protección, manteniendo el casco sin corrosión alguna durante la vida del mismo.

 


 

4-Otras instalaciones: 

4.1-Puesta a tierra del eje de cola

Se emplea un ánodo especial para ejes y se sitúa de modo que quede a unos 3 ó 4 mm  del cojinete de apoyo de la hélice,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 bloque motor.

puesta a tierra del eje de cola4.2-Protección catódica de Tanques

Materiales como el aluminio como el cinc son los más usados a la hora de proteger tanques contra la corrosión. Una de las ventajas del Aluminio, es su ligereza en comparación con el cinc,el aluminio usa sólo un tercio del peso comparado con una instalación de cinc, lo que puede ser importante con respecto al peso muerto de un buque, y más todavía teniendo en cuenta el costo de instalación de los mismos, facturado en los astilleros por peso instalado. Una desventaja de acuerdo con las sociedades de clasificación es la posibilidad de chispeo, lo que da lugar a que dichas sociedades tengan ciertas restricciones al uso de ánodos de aluminio, contrariamente a los de cinc. La distribución de estos ánodos de aluminio, debido a esta posibilidad de chispeo, debe estudiarse de forma que vayan colocados en zonas bajas de los tanques.anodo-proteccion-buque-lastre

Para proteger los tanques se debe hacer un cálculo en función de los siguientes parámetros:

1. Disposición general, cuaderna maestra, perfil longitudinal, mamparos principales y plano de capacidades

2. Tipo de tanques, si sólo lastre, carga y lastre, o lastre segregado en petróleos

3. Densidad de corriente deseada

4. Años de vida que se piensa dar a los Ánodo

5. Especificar si llevan pintura (los Tanques) y tipo de la misma, si es que llevan

6. Tiempo de lastre previsto


Bibliografía:

Autor: Roberto García Soutullo

Comments
8 Responses to “29º Corrosión y Protección catódica.”
  1. Pedro dice:

    Buena tarea, gracias.

    Me gusta

  2. Enhorabuena por tu publicacuón, me ha sido muy útil, gracias por compartir.

    Le gusta a 1 persona

  3. Emilio dice:

    Saludo… muy buena información… tienen material sobre corrosión microbiana… gracias

    Me gusta

  4. crisfinter dice:

    Enhorabuena por este post! Muy interesante y académico!

    Me gusta

  5. Aurelio De la Rosa Flot dice:

    te felicito esto le sirve a todos los compañeros marinos  atte aurelio de la rosa  flot  mi correo es timones2@yahoo.com.mx

    Le gusta a 2 personas

  6. opthymu dice:

    Excelente trabajo, la protección por corrientes impresas, a mi entender, es la mejor opción, te ahorras los costes de sustitución de los ánodos de sacrificio ó de los revestimientos epóxicos.

    Le gusta a 1 persona

  7. Leonardo dice:

    muy interesante la informacion brindada!! quisiera saber de tratamiento en casco de Madera?

    Le gusta a 1 persona

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