Corrosion Subamarina- Ing.Materiales

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTADAD ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍ QUIMICA TITULO:

CORROSIÓN SUBMARINA

ALUMNOS: - DE LA CRUZ ROMERO, SANDRA - DIAZ IGLESIAS, LUZ - MORALES ASMAD, FERNANDO - ROJAS PAREJA, JOEL - SILVA NARRO, ANTHONY

INDICE Contenido 1.- ¿CÓMO SE DEFINE CORROSIÓN?...........................................................................3 2.- ¿EN QUE CONSISTE LA CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA?......................................4

[1]

3.- ¿QUE ES UNA PILA GALVÁNICA?...........................................................................7 4.- EXPLIQUE EN QUE CONSISTE LA CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA..........................8 5.- ¿EXPLIQUE EL MECANISMO DE CORROSIÓN EN UNA TUBERÍA?..........................10 5.1. AGENTES Y PROCESOS DE CORROSIÓN.........................................................10 5.2. CORROSIÓN MICROBIOLÓGICAMENTE INDUCIDA..........................................12 6.- EXPLIQUE ¿A QUÉ SE LE DENOMINA PILA GALVÁNICA?.......................................14 6.1 PILAS GALVÁNICAS.......................................................................................... 14 7.- ¿CÓMO OCURRE LA CORROSIÓN EN UNA CALDERA DE VAPOR?........................15 8.- ENUMERE LAS SALES DISUELTAS EN EL MAR.....................................................17 9.- ¿CÓMO OCURRE LA CORROSIÓN EN LAS ARMADURAS DE ACERO EN UN CONCRETO ARMADO? 18 10.- EXPLIQUE MEDIANTE REACCIONES LA CORROSIÓN POR CARBONATACIÓN DE CONCRETO.

18

11. -EXPLIQUE MEDIANTE REACCIONES LA CORROSIÓN POR CLORUROS EN EL AMBIENTE MARINO. 20 12.- EXPLIQUE LA LEY QUE GOBIERNA LA DIFUSIÓN DEL ION CLORURO EN EL CONCRETO.

21

13.- ¿EN QUÉ CONSISTE LA PROTECCIÓN CATÓDICA?..............................................21 13.1 ¿cómo se protege una estructura?...............................................................22 14.- ¿EN QUÉ CONSISTE LA POLARIZACIÓN CATÓDICA?...........................................23 15.- SEÑALE LAS PRINCIPALES CONSIDERACIONES PARA LA PROTECCIÓN CATÓDICA EN TUBERÍAS ENTERRADAS........................................................................................................... 23 15.1. RESPECTO A LA ESTRUCTURA A PROTEGER................................................23 15.2 RESPECTO AL MEDIO....................................................................................24 16.- ¿EN QUÉ CONSISTE LA PROTECCIÓN CATÓDICA CON ÁNODO GALVÁNICO?......25 17.- CARACTERÍSTICAS DE UN ÁNODO DE SACRIFICIO.............................................25 17.1 TIPOS DE ÁNODOS DE SACRIFICIO................................................................26 A)

ANODO DE MAGNESIO...............................................................................26

B)

ANODOS DE ZINC.......................................................................................27

C) ÁNODO DE ALUMINIO...................................................................................29 18. ¿QUÉ METALES SE USAN PARA LOS ÁNODOS GALVÁNICOS EN LA PROTECCIÓN CATÓDICA?

30

19. ¿QUÉ FUNCIÓN CUMPLEN LOS RELLENOS BACFTLL?..........................................31 20.-MEDIANTE UN GRÁFICO EXPLIQUE EL DISEÑO DE INSTALACIÓN DE UN ÁNODO GALVÁNICO. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................................................33

1.- ¿CÓMO SE DEFINE CORROSIÓN?

[2]

32

La corrosión se define como el deterioro de un material a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. De manera más general, puede entenderse como la tendencia general que tienen los materiales a buscar su forma más estable o de menor energía interna. Siempre que la corrosión esté originada por una reacción electroquímica (oxidación), la velocidad a la que tiene lugar dependerá en alguna medida de la temperatura, de la salinidad del fluido en contacto con el metal y de las propiedades de los metales en cuestión. Otros materiales no metálicos también sufren corrosión mediante otros mecanismos. La corrosión puede ser mediante una reacción química (óxido-reducción) en la que intervienen dos factores:

• La pieza manufacturada • El ambiente O por medio de una reacción electroquímica. Los factores más conocidos son las alteraciones químicas de los metales a causa del aire, como la herrumbre del hierro y el acero o la formación de pátina verde en el cobre y sus aleaciones (bronce, latón).

Sin embargo, la corrosión es un fenómeno mucho más amplio que afecta a todos los materiales (metales, cerámicas, polímeros, etc.) y todos los ambientes (medios acuosos, atmosfera, alta temperatura, etc.). Es un problema industrial importante, pues puede causar accidentes (ruptura de una pieza) y, además, representa un costo importante, ya que se calcula que cada pocos segundos se disuelve 5 toneladas de acero en el mundo, procedentes de unos cuantos nanómetros o picómetros, invisibles en cada pieza pero que, multiplicados por la cantidad de acero que existe en el mundo, constituyen una cantidad importante.

[3]

La corrosión es un campo de las ciencias de materiales que invoca a la vez nociones de química y de física (físico-química) 2.- ¿EN QUE CONSISTE LA CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA?

La corrosión electroquímica es un proceso espontáneo que denota siempre la existencia de una zona anódica (la que sufre la corrosión), una zona catódica y un electrolito, y es imprescindible la existencia de estos tres elementos, además de una buena unión eléctrica entre ánodos y cátodos, para que este tipo de corrosión pueda tener lugar. La corrosión más frecuente siempre es de naturaleza electroquímica y resulta de la formación sobre la superficie metálica de multitud de zonas anódicas y catódicas; el electrolito es, en caso de no estar sumergido o enterrado el metal, el agua condensada de la atmósfera, para lo que la humedad relativa deberá ser del 70%. El proceso de disolución de un metal en un ácido es igualmente un proceso electroquímico. La infinidad de burbujas que aparecen sobre la superficie metálica revela la existencia de infinitos cátodos, mientras que en los ánodos se va disolviendo el metal. A simple vista es imposible distinguir entre una zona anódica y una catódica, dada la naturaleza microscópica de las mismas (micropilas galvánicas). Al cambiar continuamente de posición las zonas anódicas y catódicas, llega un momento en que el metal se disuelve totalmente. Las reacciones que tienen lugar en las zonas anódicas y catódicas son las siguientes:

Ánodo: Me

Me n+ + ne-

Cátodo: 2H+ + 2e- H2

(medio ácido) O2+2H2O + 4e-

4OH-

(medio neutro y alcalino)

[4]

(oxidación) 

(reducción)

Ya que la corrosión de los metales en ambientes húmedos es de naturaleza electroquímica, una aproximación lógica para intentar parar la corrosión sería mediante métodos electroquímicos. Los métodos electroquímicos para la protección contra la corrosión requieren de un cambio en el potencial del metal para prevenir o al menos disminuir su disolución. La protección catódica, en este sentido, es un tipo de protección (electroquímico) contra la corrosión, en el cual el potencial del electrodo del metal en cuestión se desplaza en la dirección negativa. Los principios de la protección catódica pueden ilustrarse mediante un diagrama termodinámico potencial - pH, como se muestra en la figura 10, en el caso del hierro (Fe).

FIGURA 1. Diagrama potencial -pH para el Hierro (Fe).

[5]

3.- ¿QUE ES UNA PILA GALVÁNICA?

Pila galvánica o celda voltaica es un dispositivo que utiliza las reacciones redox para convertir la energía química en energía eléctrica. La reacción química utilizada es siempre espontánea.

FIGURA 2. Modelo de una celda galvánica [6]

Este dispositivo, dispone de dos electrodos que suelen ser de diferentes metales, que proporcionan una superficie sobre la que ocurren las reacciones de oxidación y reducción. Estos electrodos se colocan en dos compartimentos separados, a su vez inmersos en un medio que contiene iones en concentraciones conocidas, separados por una placa porosa o membrana, que puede estar compuesta por acristalamiento arcilla, porcelana u otros materiales.

Las dos mitades de esto se llaman células electroquímicas y los compartimentos están diseñados para separar los dos reactivos que participan en la reacción redox, de lo

Contrario los electrones se transfieren directamente desde el agente reductor de agente oxidante. Por último, los dos electrodos están conectados por un circuito eléctrico, que se encuentra fuera de la célula, llamado el circuito externo, garantizando el flujo de electrones entre los electrodos.

Las baterías no deben confundirse con la pilas. Si bien sólo la primera energía química se convierte en electricidad, la segunda es la interconversión entre la energía eléctrica y química. Es importante saber que en la célula, los electrones fluyen desde el ánodo al cátodo, y la dirección de la corriente eléctrica, de uso común en la física, es desde el cátodo al ánodo. 4.- EXPLIQUE EN QUE CONSISTE LA CORROSIÓN MICROBIOLÓGICA

La corrosión microbiana se refiere a la corrosión provocada por la presencia y / o actividades de los microorganismos en las biopelículas de la superficie del material corrosivo. [7]

La mayoría de los materiales, incluyendo metales, polímeros, vidrio y cerámica pueden ser degradados de esta manera. Una serie de organismos microbiológicos, en particular las bacterias, los hongos y las algas han sido asociados a los daños de corrosión en los sistemas de aguas. Estos microorganismos pueden influir en la corrosión por efectos tales como celdas de aireación diferencial, la producción de especies corrosivas, tales como minerales y ácidos orgánicos, amoníaco, y la reducción del sulfato a sulfuro. Los diferentes tipos de microbios tienden a actuar de manera sinérgica en la corrosión de los materiales con sus interacciones suelen ser de naturaleza compleja. A pesar de la nefasta influencia corrosiva de los microbios que se conoce desde hace más de 60 años, muchos ingenieros se sorprenden al enterarse de que la actividad de los microorganismos puede conducir a una grave degradación de los materiales de distintas construcciones. La Corrosión Microbiana, también es llamada Corrosión Bacteriana, la biocorrosión, corrosión influenciada microbiológicamente, o microbiana inducida por la corrosión (MIC), es la corrosión causada o promovidos por los microorganismos, por lo general quimio autótrofos. Se puede aplicar tanto a los metales y los materiales no metálicos. Dando énfasis en la corrosión, cuatro son los procesos necesarios para que ocurra la corrosión. Un método para que estos procesos ocurran implica procesos biológicos, que es el enfoque de este artículo, donde los organismos pueden producir un flujo de electrones, o modificar el medio ambiente local.

[8]

5.-

¿EXPLIQUE EL MECANISMO DE CORROSIÓN EN UNA TUBERÍA?

Los mecanismos de Corrosión predominante son dos: 1. Corrosión Ácida bajo la influencia preponderante del H2S en la tubería interna del pozo, tuberías y cabezal y, 2. Corrosión Neutra por la reducción catódica del OD en las tuberías que conducen el fluido geotérmico desde el pozo hasta las plantas de generación de electricidad.

5.1. AGENTES Y PROCESOS DE CORROSIÓN

Acidez, Gases y Salinidad Un mecanismo de corrosión ácida que ocurre en las tuberías internas y externas del pozo se puede expresar en la reacción global.

H2S es un gas incoloro con un desagradable olor a huevo podrido. Es un reductor débil, tóxico y corrosivo, que se origina en las piritas del pozo hidrotermal por acidificación natural. Éste burbujea hacia la atmósfera en el cabezal del pozo, corroe el acero y el hierro dúctil y forma una suspensión y/o depósito de sulfuro de hierro color negro (FeS), típico del ataque por sulfuros. El FeS puede existir en formas minerales tales como pirrotita (FeS), Pirita (FeS2) y otros, dependiendo de las condiciones de operación de las tuberías, concentración del H2S, temperatura y pH. Una vez que es expuesto al oxígeno en presencia de la superficie metálica de AC, el H2S gaseoso puede oxidarse a óxido de hierro y azufre.

[9]

Entonces la película negra de FeS inicial cambia al color café rojizo del óxido de hierro hidratado. Algunas veces, bajo condiciones oxidantes fuertes, el H2S es convertido en H2SO4., un ácido fuerte que es muy corrosivo para el AC y el CR.

Además del ácido sulfihídrico, los fluidos geotérmicos contienen otros gases: oxigeno, dióxido de carbono y amoniaco, cuya solubilidad y actividad química afecta la corrosión de los materiales con que están construidos los equipos. Las aguas geotérmicas conducidas por canales a cielo abierto y temperaturas menores de 100°C son saturadas con oxígeno disuelto en el rango de 4 a 6 mg/L. Como resultado de la interacción entre el agua y el acero, se forman capas de óxidos de hierro: hematita, limonita y goethita.

La interacción entre el H2S y el O2 guía a la oxidación del sulfuro y a la reducción de O2.

El dióxido de carbono es generado por descomposición térmica o ácida de la formación de carbonato y bicarbonato, reduciendo el valor del pH del agua, lo cual incrementa la corrosividad de ésta. El CO2, libre se disuelve en el agua para formar ácido carbónico débil de acuerdo al siguiente equilibrio químico.

[10]

El gas amoniaco es generado por la descomposición química de compuestos que contienen nitrógeno tales como el kerógeno. En contacto con aguas geotérmicas, se forma el hidróxido de amonio.

El amoniaco y sus sales corroen al cobre y sus aleaciones tales como el bronce, latón, formando complejos metálicos de amonio. De esta manera los componentes de partes móviles en sistemas de bombero se ven severamente dañados por corrosión.

5.2. CORROSIÓN MICROBIOLÓGICAMENTE INDUCIDA El papel de microorganismos con capacidades halofílicas y termofílicas, en el deterioro y corrosión de los diversos materiales utilizados en los fluidos geotérmicos sistemas de transmisión de energía eléctrica tiene una gran importancia. Bacterias, hongos y algas, promueven o influencian el biodeterioro y la biocorrosión de madera, poliéster reforzado con fibra de vidrio, acero inoxidable, aleaciones de cobre y aluminio.

Figura 5.1 Corrosión de tuberías de acero.

[11]

Figura 5.2. Corrosión microbiana en tuberías.

El alcance de las pérdidas indirectas por causa de la corrosión es más difícil de evaluar, sin embargo, algunas de las circunstancias más frecuentes que pueden acarrear este tipo de pérdidas son: interrupciones en la producción, pérdidas de producto, pérdidas de rendimiento, contaminación de los productos, sobredimensionado, costes indirectos por daños accidentales. (Gómez, 2004) 6.- EXPLIQUE ¿A QUÉ SE LE DENOMINA PILA GALVÁNICA?

6.1 PILAS GALVÁNICAS Cuando encendemos un reproductor de discos compactos o una computadora portátiles, estamos completando un circuito que permite que una reacción química ocurra en la batería, un ejemplo de celda electroquímica. En general una celda electroquímica es un dispositivo en el cual una corriente eléctrica- un flujo de electrones a través de un circuito- se produce por una reacción química espontánea o se la usa para forzar una reacción química no espontánea. Una pila galvánica es una celda electroquímica en la cual una reacción química espontánea se usa para generar una corriente eléctrica. Técnicamente, una batería

es una suma de pilas

galvánicas unidad en serie; por lo tanto, el voltaje que produce –su capacidad e empujar una corriente eléctrica a través de un circuito- es la suma de voltajes de cada pila. (Atkins, 2006)

[12]

Figura 6.1. Celda

7.- ¿CÓMO OCURRE LA CORROSIÓN EN UNA CALDERA DE VAPOR?

Las calderas multitubulares, o generadores de vapor, constituyen el único medio práctico de producir vapor de agua en grandes cantidades para su utilización en procesos químicos, transferencia de calor y para la generación de energía. Entre los problemas de corrosión propios de los generadores de vapor hay dos particularmente importantes: la corrosión por los gases de combustión de las superficies metálicas en contacto con ellos, y el ataque de los tubos de las calderas por el agua.

[13]

Figura 7.1. Corrosión de una caldera

Tabla 7.2. Factores que influyen en la corrosión de las calderas.

[14]

8.- ENUMERE LAS SALES DISUELTAS EN EL MAR.

El agua de mar está constituida por una compleja disolución de sustancias gaseosas, sales inorgánicas y especies orgánicas, en las que se han identificado, hasta el momento, al menos 75 elementos distintos, si bien podrían detectarse, aunque a bajas concentraciones, la casi totalidad de los elementos naturales conocidos.

Tabla 8.1 Cantidad porcentual de sales .

9.- ¿CÓMO OCURRE LA CORROSIÓN EN LAS ARMADURAS DE ACERO EN UN CONCRETO ARMADO?

La corrosión en las armaduras de acero en un concreto armado se presenta mediante 3 etapas: -

Sobre el acero: Disminuye su diámetro inicial y por lo tanto su capacidad mecánica. Sobre el concreto: Se debe a que se genera una acumulación de oxidos expansión en la interface aceroconcreto, ocasionando fisuras y desprendimientos.

[15]

-

Sobre la Adherencia acero-concreto: En esta parte el acero que se a corroído se adhiere en el concreto generando la corrosión de este ( Pérez,2001)

10.- EXPLIQUE MEDIANTE REACCIONES LA CORROSIÓN POR CARBONATACIÓN DE CONCRETO.

El concreto es un material muy poroso, el cual permite la penetración en su interior del CO 2 del aire, a través de los poros. Cuando esto sucede, se produce la reacción del CO 2 con el hidróxido de calcio del hormigón y los compuestos hidratados del cemento, formándose carbonato de calcio. Una vez todo el Ca (OH) 2, KOH Y NaOH presentes en los poros han sido carbonatados, el valor de pH empieza a disminuir.

Una vez el cemento ha sido carbonatado completamente se puede medir un pH menor a 9.Factores que afectan la carbonatación tal como se mencionó antes, el proceso de carbonatación es completamente natural. También se ve afectado por variables naturales que se encuentran en el concreto. El aumento de carbonatación depende, en gran medida, del contenido de humedad y permeabilidad del concreto. Contenido de humedad del concreto: para que tenga lugar la carbonatación, debe haber presencia de humedad. La reacción de carbonatación avanza más rápidamente cuando la humedad relativa en el concreto se encuentra entre 50 y 55 por ciento.

A humedad más baja, no hay suficiente agua en los poros del concreto para que se disuelvan cantidades significativas de hidróxido de calcio. Por encima de 75 porciento de humedad, la situación se revierte y los poros se bloquean progresivamente con agua. Permeabilidad del concreto. ( Andrade, 1991 )

[16]

FIGURA 10.1. Corrosión por Carbonatación de Concreto (Andrade, 1991)

11. -EXPLIQUE MEDIANTE REACCIONES LA CORROSIÓN POR CLORUROS EN EL AMBIENTE MARINO.

FIGURA 11.1. Difusión del tubo a través del recubrimiento.

[17]

El proceso anódico no puede producirse hasta que la capa protectora del acero se hace permeable por la acción de los iones Cl- . El proceso catódico no se produce hasta que en la superficie del acero se dispone de una cantidad suficiente de oxígeno y agua. Las reacciones son: +2

−¿+ F e ANODO : Fe → 2 e¿ −¿ OH ¿¿ −¿ → 2 ¿ 1 CATODO : O2+ H 2 O+2 e¿ 2 Inicialmente se produce hidróxido ferroso de color verdoso y, con mayor grado de oxidación, óxido ferrosoférrico, de color negro, e hidróxido férrico, rojizo. En ausencia de suficiente oxígeno, no se forma óxido expansivo ya que no se puede desarrollar la formación de hidróxido férrico. Las reacciones son:

-

OH ¿2 Formacion de hidroxido ferroso −¿ → Fe ¿ 2+¿+2 O H ¿ F e¿

-

OH ¿3 Formacion delhidroxido férrico OH ¿2 +O2+ 2 H 2 O→ 4 Fe ¿ 4 Fe ¿

-

OH ¿3 → F e2 O3 . H 2 O+2 H 2 O Formacion de oxido de hierro hidratado 2 Fe ¿

12.- EXPLIQUE LA LEY QUE GOBIERNA LA DIFUSIÓN DEL ION CLORURO EN EL CONCRETO. La ley que gobierna estos fenómenos es la ley de fick. La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superficie es directamente proporcional al gradiente de concentración. El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusión.

[18]

FIGURA 12.1. Ley de Fick.

13.- ¿EN QUÉ CONSISTE 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”. 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). Normalmente, el método es aplicable a estructuras de fierro y acero, pero, también, se usa en grado limitado en plomo, aluminio y otros metales. Se debe recordar que el cátodo es aquel electrodo donde se desarrolla la reacción de reducción y prácticamente no ocurre corrosión alguna. Antes de aplicar la protección catódica, las estructuras corrosibles presentan áreas catódicas y anódicas (estas son aquellas donde la estructura se corroe). Por lo tanto, si todas las áreas anódicas se pudieran convertir en catódicas, la estructura completa funcionaría como un cátodo y la corrosión sería eliminada.

13.1 ¿cómo se protege una estructura? Haciendo que el potencial eléctrico del metal a proteger se vuelva más electronegativo mediante aplicación de corriente directa de una fuente DC externa o la unión con un material de sacrificio.

[19]

14.- ¿EN QUÉ CONSISTE LA 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 se conecta al electrodo auxiliar y el terminal negativo a la estructura a proteger, fluyendo la corriente desde el electrodo a través del electrólito llegando a la estructura. Influyen en los detalles de diseño y construcción parámetro de geometría y tamaño de la estructura y de los ánodos, la resistividad del medio electrólito, la fuente de corriente, etc.

15.- SEÑALE LAS PRINCIPALES CONSIDERACIONES PARA LA PROTECCIÓN CATÓDICA EN TUBERÍAS ENTERRADAS.

[20]

La proyección de un sistema de protección catódica requiere de la investigación de características respecto a la estructura a proteger, y al medio.

15.1. RESPECTO A LA ESTRUCTURA A PROTEGER 1. 2. 3. 4. 5.

Material de la estructura; Especificaciones y propiedades del revestimiento protector (si existe); Características de construcción y dimensiones geométricas; Mapas, planos de localización, diseños y detalles de construcción; Localización y características de otras estructuras metálicas, enterradas o sumergidas en las

6.

proximidades; Información referente a los sistemas de protección catódica, los característicos sistemas de operación,

aplicados en las estructuras aledañas; 7. Análisis de condiciones de operación de líneas de transmisión eléctrica en alta tensión, que se mantenga 8.

en paralelo o se crucen con las estructuras enterradas y puedan causar inducción a la corriente; Información sobre todas las fuentes de corriente continua, en las proximidades y pueden originar

9.

corrosión; 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.

15.2 RESPECTO AL MEDIO Luego de disponer de la información anterior, el diseño será factible complementando la información con las mediciones de las características de campo como: 1. Mediciones de 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 de 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 instalación de ánodos bajo los siguientes principios:  Lugares de baja resistividad  Distribución de corriente sobre la estructura  Accesibilidad a los sitios para montaje e inspección [21]

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 el área, permitirá obtener la densidad requerida para el cálculo. 16.- ¿EN QUÉ CONSISTE LA PROTECCIÓN CATÓDICA CON ÁNODO GALVÁNICO?

Consiste realmente en la creación de una pila galvánica en que el metal a proteger actúe forzosamente de cátodo (polo positivo de la pila), mientras que el metal anódico se "sacrifica" o sea que se disuelve (polo negativo). 17.- 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.

17.1 TIPOS DE ÁNODOS DE SACRIFICIO. • Magnesio • Zinc. • Aluminio

A) ANODO DE MAGNESIO [22]

FIGURA 17.1. Sacos 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. • Se utiliza en terrenos de baja resistividad con recubrimientos en mal estado e inclusive en terrenos de alta resistividad con recubrimientos que no demande demasiada corriente CAMPOS DE ACCIÓN DE LOS ÁNODOS DE MAGNESIO • No son recomendables para su utilización en agua de mar, ya que su elevado auto corrosión hace que los rendimientos sean muy bajos. • Se usan en agua cuando la resistividad es mayor a 500 ohm-cm. • Su mejor campo de aplicación es en medios de resistividad elevada (entre 5 000 y 20 000 ohm-cm). • Se usan para proteger la mayoría de las estructuras metálicas enterradas, siendo esto su principal aplicación. • Los Ánodos de Magnesio de Alto Potencial se caracterizan por un mayor voltaje de circuito abierto que los Ánodos de Magnesio Convencionales, por lo cual son utilizados en suelos con resistividades superiores de 2000 ohm - cm. • Los Ánodos de Magnesio pueden ser entregados en forma descubierta o con un pre empaque el cual contiene un relleno de yeso, bentonita y sulfato que aumenta la eficiencia del Ánodo.

[23]

B) ANODOS DE ZINC

FIGURA 17.2. Objetos a base de Zinc

• Alto rendimiento de corriente debido su potencial de disolución elevado. • Es aconsejable que su empleo quede limitado a las resistividades inferiores a los 5000 ohm-cm. • Cuidar su utilización en presencia de agua dulce a temperaturas arriba de 65°C, ya que en estas condiciones puede invertir su polaridad y hacerse catódico con relación al acero. • Se utiliza masivamente, sobre todo para la realización de la protección catódica en agua de mar. • Entre sus impurezas, las más perjudiciales son el hierro (Fe) y el plomo (Pb). Se ha encontrado que porcentajes de hierro superiores al 0.01% causan la pérdida de actividad del ánodo APLICACIONES: • Cascos de Embarcaciones Marinas • Tanques de Lastre. • Condensadores

[24]

• Verticales de Pozos • Estructuras y Líneas Sumergidas • Ambientes de agua s salada s y/o presencia de vegetación.

C) ÁNODO DE ALUMINIO

Figura 17.3. Material de aluminio

• Por sus características electroquímicas, es el material idóneo para ser utilizado como ánodo de sacrificio, su empleo como tal es relativamente reciente. • Una de las desventajas del aluminio es la formación de una película de óxido de aluminio (pasivación anódica) que lo hace muy resistente a la corrosión y por tanto al "sacrificio"• Estos Ánodos suministran mayor eficiencia de corriente y menor consumo del Ánodo que los Ánodos de Magnesio o de Zinc en áreas salinas acuosas, con lo cual se necesitan menos Ánodos para proteger una estructura dada. • Cuando la conductividad del agua no es suficientemente alta se prefiere utilizar ánodos de zinc

[25]

APLICACIÓN: - Protección de Embarcaciones Marinas. - Cascos de barcos. - Muelles. - Pilotes. - Estructura en agua salada donde sus características hidrodinámicas deben ser tomadas en consideración. - Los Ánodos de Aluminio son los más recomendables y económicos para la protección por corrosión en ambientes de aguas saladas donde las resistividades eléctricas son usualmente bajas.

18. ¿QUÉ METALES SE USAN PARA LOS ÁNODOS GALVÁNICOS EN LA PROTECCIÓN CATÓDICA?

La realización de la protección catódica con ánodos de sacrificio o galvánicos se lleva a cabo normalmente con tres metales característicos: zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) y sus aleaciones (Ávila, 1989)  



El zinc es el material anódico clásico. Los ánodos de aleaciones de magnesio: Principalmente se emplean para la protección de estructuras que requieren de una polarización rápida, o en medios agresivos de resistividad elevada, como los suelos. El aluminio: Es un metal de gran interés por sus características electroquímicas, pero este metal es mucho más lento para los ánodos galvánicos que para los otros metales.

19. ¿QUÉ FUNCIÓN CUMPLEN LOS RELLENOS BACFTLL?

[26]

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 (CaSO4), bentonita, sulfato de sodio, y la resistividad de la mezcla varía entre 50 a 250 ohm-cm.

Backfill (Relleno) • Sirve principalmente para dos propósitos – Incrementar el tamaño efectivo del ánodo para obtener una resistencia a tierra menor, Disminuir la tasa de consumo del ánodo ya que la corriente descargada se transmite a través del backfill y no directamente a través de ánodo

20.-MEDIANTE UN GRÁFICO EXPLIQUE EL DISEÑO DE INSTALACIÓN DE UN ÁNODO GALVÁNICO.

[27]

FIGURA 10.1. Diseño de Instalaciones de un Ánodo Galvánico

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Valdez Salas, Benjamín, Wiener Schorr Michael (2010). Corrosión y preservación de la infraestructura industrial.Recuperado de : https://books.google.com.pe/books? id=wUCaAgAAQBAJ&pg=PA60&dq=mecanismo+de+corrosion+en+tuberias&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwjMiKG7jKHNAhXIYyYKHWA-BYEQ6AEIKTAB#v=onepage&q=mecanismo%20de %20corrosion%20en%20tuberias&f=false [28]

2. Gómez de León Hijes, Féliz; Lorente Alcaraz, Diego. (2004). Manual básico de corrosión para ingenieros. Referido de : https://books.google.com.pe/books?id=B6tV_j4ofmQC&pg=PA13&dq=corrosion&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwjx__7TiaHNAhUD6yYKHY-NCDcQ6AEILTAC#v=onepage&q=corrosion&f=false 3. Atkins, Jones (2006). Principios de Química. Los caminos del descubrimiento. 3° Edición. Referido de: https://books.google.com.pe/books?id=0JuUu1yWTisC&pg=PA448&dq=pila+galvanica+es&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwic7Ky7jaHNAhXKOCYKHQyJCbAQ6AEIGjAA#v=onepage&q=pila%20galvanica %20es&f=false

4. Feliu,s; Andrade, M.C (1991). Corrosión y Protección Metalicas. Vol I. Referido de: https://books.google.com.pe/books?id=2N6oTjbigfEC&pg=PA173&dq=calderas+de+vapor+corrosi %C3%B3n&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwjh4O6njqHNAhVD6yYKHfYBD2wQ6AEINzAB#v=onepage&q=calderas%20de %20vapor%20corrosi%C3%B3n&f=false

5. Vian Ortuño, Ángel (1994). Introducción a la Química Industrial. Referido de : https://books.google.com.pe/books? id=Rkk04SmHTKEC&pg=PA116&dq=sales+disueltas+en+el+mar&hl=es419&sa=X&ved=0ahUKEwiAgdK9jqHNAhUD4CYKHZCWBM8Q6AEIGjAA#v=onepage&q=sales%20disueltas %20en%20el%20mar&f=false 6. Avila Ganoza, Javier (1989).La lucha contra la corrosión. Más allá de la herrumbe II: Lucha contra incendio. 7. Valle Moreno, Angélica; López Pérez Miguel ( 2001). El Fenómeno de la corrosión en estructuras de concreto reforzado. Referido de: http://www.imt.mx/archivos/Publicaciones/PublicacionTecnica/pt182.pdf 8. Andrade C. (1991).fundamentos teóricos de la corrosión submarina.

[29]