Protección catódica

La  protección catódica (PC)  es una técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica. El método más sencillo de aplicar la PC es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente corroible al actuar como ánodo de una celda electroquímica. Los sistemas de protección catódica son los que se usan más comúnmente para proteger acero, el agua o de combustible el transporte por tuberías y tanques de almacenamiento, barcos, o una plataforma petrolífera tanto mar adentro como en tierra firme.

La protección catódica (PC) puede, en bastantes casos, impedir la corrosión galvánica.

Historia 
La protección catódica fue descrita por primera vez por Humphry Davy en una serie de documentos presentados a la Royal Society en Londres en 1824. Después de una serie de pruebas, la primera aplicación fue en el buque HMS Samarang en 1824. Se dispuso un ánodo de sacrificio de hierro a la plancha de cobre del casco por debajo de la línea de flotación y eso redujo drásticamente la velocidad de corrosión del cobre. Sin embargo, un efecto secundario de la PC fue que hizo aumentar el crecimiento de algas. El cobre, cuando se corroe, libera iones de cobre que tienen un efecto antialgas. Dado que el exceso de crecimiento de algas afecta las prestaciones de la nave, la Marina Real británica decidió que era mejor permitir que el cobre se corroyera y tener el beneficio del crecimiento reducido de algas efecto anti-incrustación, de manera que la PC se dejó de utilizar.

Tipos de protección catódica

PC de sacrificio 
Actualmente, el ánodo galvánico o ánodo de sacrificio se realiza en diversas formas con aleación de zinc, magnesio y aluminio. El potencial electroquímico, la capacidad actual, y la tasa de consumo de estas aleaciones son superiores para el aluminio que para el hierro. ASTM International publica normas sobre la composición y la fabricación de ánodos galvánicos.

Los ánodos galvánicos son diseñados y seleccionados para tener una tensión más «activa» (potencial electroquímico más negativo) que el metal de la estructura (en general acero). Para una PC eficaz, el potencial de la superficie de acero ha de estar polarizado más negativo hasta que la superficie tenga un potencial uniforme. En este momento, la fuerza impulsora para la reacción de corrosión se elimina. El ánodo galvánico se sigue corroyendo, se consume el material del ánodo hasta que finalmente éste debe ser reemplazado. La polarización es causada por el flujo de electrones de la ánodo en el cátodo. La fuerza impulsora para el flujo de PC actual es la diferencia de potencial electroquímico entre el ánodo y el cátodo.

PC por corriente forzada 

Para estructuras más grandes, los ánodos galvánicos no pueden suministrar económicamente suficiente corriente para proporcionar una protección completa. La protección mediante corriente catódica forzada (CIPC) utiliza un sistema de ánodos conectados a un CC (o rectificador de protección catódica). Los ánodos para los sistemas CIPC son tubulares y sólidos en forma de barras o cintas continuas de diversos materiales especializados. Estos incluyen el silicio hierro fundido, grafito, mixta de óxido metálico, platino y niobio recubiertos con alambre y otros.

Un sistema típico de CIPC para un gasoducto incluiría un rectificador de corriente alterna con una potencia máxima de salida de CC de entre  y . El terminal positivo de CC de salida se conecta a través de un cable de la matriz de ánodos enterrados en el suelo (el ánodo groundbed). Para muchas aplicaciones los ánodos se instalan a  (200 pie) de profundidad, 25 cm (10-pulgadas) de diámetro vertical y relleno con conductores Coque (un material que mejora el rendimiento y la vida de los ánodos). Un cable clasificado para la corriente de salida se espera se conecta el polo negativo del rectificador a la tubería. La salida de funcionamiento del rectificador se ajusta al nivel óptimo después de realizar varias pruebas, incluyendo medidas de [electroquímica [potencial]].

Acero galvanizado 
El galvanizado generalmente se refiere a galvanizado en caliente, que es una forma de recubrimiento de acero con una capa de zinc metálico. Los recubrimientos galvanizados son muy duraderos en la mayoría de entornos, ya que combinan las propiedades de barrera de la capa con algunos de los beneficios de la protección catódica. Si la capa de zinc está rayada o dañada a nivel local y el acero está expuesto, cerca de recubrimiento de zinc forma una pila galvánica con el acero expuesto y lo protege de la corrosión. Esta es una forma de protección catódica localizada - el zinc actúa como un ánodo de sacrificio.

Metales combinables 

Para que la protección catódica pueda funcionar, el ánodo debe tener un potencial menor (es decir, más negativo) que el potencial del cátodo (la estructura a proteger) con respecto a un electrodo de Cu/CuSO4. La siguiente tabla muestra qué metales se pueden combinar.

Problemas

Apantallamiento catódico 
La efectividad en los sistemas de protección catódica en tuberías de metal puede ser discapacitada por el uso de recubrimientos dieléctricos de película sólida como las cintas de polietileno, mantas termo contraíbles, y recubrimientos sencillos o múltiples de película sólida aplicados en fábrica. Este fenómeno ocurre debido a la alta resistividad eléctrica en estos recubrimientos. La corriente eléctrica protectora del sistema de protección catódica es bloqueada o apantallada de poder alcanzar el metal que está por debajo del recubrimiento debido a la alta resistividad de la película sólida. El apantallamiento catódico fue primeramente definido en los años 1980 como un problema y fichas técnicas en el tema han sido regularmente publicadas desde entonces. 

En 1999 se publicó un reporte sobre un derrame de 20600 barriles (3280 m³ ) de una línea de petróleo en Saskatchewan, Canadá, que contenía una definición excelente sobre el problema de apantallamiento catódico. 

“La situación triple del desprendimiento del recubrimiento (de corrosión), la naturaleza dieléctrica del recubrimiento y el medio ambiente electroquímico único establecido bajo un recubrimiento exterior, lo cual actúa como una barrera contra la corriente eléctrica de la PC (protección catódica), es referida como apantallamiento PC. La combinación del bloqueo y desprendimiento permite que un ambiente corrosivo alrededor del exterior de la tubería pueda penetrar entre los huecos del recubrimiento exterior y la superficie de la tubería. Con el desarrollo de este fenómeno de apantallamiento de protección catódica, la corriente impresa del sistema de protección catódica no puede tener acceso al metal expuesto bajo el recubrimiento exterior y proteger la superficie de la tubería de las consecuencias de un ambiente agresivo. El fenómeno del apantallamiento de la protección catódica produce cambios en el grado de potencial del sistema de protección catódica del recubrimiento, lo cual son aún más pronunciados en áreas donde no hay suficiente o están bajo los estándares de la corriente de protección catódica emancipada por el sistema de protección catódica de la tubería. Esto produce un área sin suficiente protección catódica en la tubería contra la pérdida de metal agravado por un ambiente exterior corrosivo.”

El apantallamiento catódico es referenciado en un número de los estándares en la lista de abajo. La nueva regulación USDOT título 49 CFR 119.112, indica en la sección para Requerimientos para diseños adicionales para tubería de acero usando la alternativa de máxima presión de operación permitida requiere que “la tubería debe estar protegida contra la corrosión externa por un recubrimiento no apantallante.”(ver sección de recubrimientos) También, el estándar NACE SP0169 – 2007 define apantallamiento en la sección 2, advierte contra el uso de materiales que crean un bloqueo eléctrico en la sección 4.2.3, advierte contra el uso de recubrimientos exteriores que crean un bloqueo eléctrico en sección 5.1.2.3, e instruye a los leyentes a tomar «acciones apropiadas» cuando los efectos del apantallamiento eléctrico de la corriente de protección catódica son detectados en una tubería en operación, sección 10.9.

Normas 
 49 CFR 192.112 - Requisitos de control de la corrosión - Transporte de gas natural por gasoducto y otros: normas mínimas de seguridad federales
 ASME B31Q 0.001-0191
 ASTM G-8, G 42 - Evaluación de la resistencia catódica desprendimiento de los revestimientos
 DNV-RP-B401 - Diseño de protección catódica - Det Norske Veritas
 A 12068:1999 - La protección catódica. Exteriores recubrimientos orgánicos para la protección contra la corrosión de tuberías enterradas o sumergidas de acero utilizadas en relación con la protección catódica. Las cintas y los materiales retráctiles
 A 12473:2000 - Principios generales de la protección catódica en agua de mar salino
 A 12474:2001 - La protección catódica de tuberías submarinas
 A 12495:2000 - La protección catódica para estructuras marinas fijas de acero
 A 12499:2003 - Interior de protección catódica de estructuras metálicas
 A 12696:2000 - La protección catódica del acero en el hormigón
 A 12954:2001 - La protección catódica de enterrados o inmersos estructuras metálicas. Principios generales y aplicación para las tuberías
 A 13173:2001 - La protección catódica para estructuras de acero flotando en alta mar
 A 13174:2001 - La protección catódica para estructuras de leche flotando en el cielo
 A 13175:2001 - La protección catódica de las instalaciones portuarias
 A 13509:2003 - técnicas de protección catódica de medida
 A 13636:2004 - La protección catódica de tanques metálicos enterrados y relacionados con las tuberías
 A 14505:2005 - La protección catódica de estructuras complejas
 A 15112:2006 - Exteriores de protección catódica de revestimiento del pozo
 A 50162:2004 - Protección contra la corrosión por corrientes parásitas de sistemas de corriente
 BS 7361-1:1991 - Protección catódica
 NACE SP0169: 2013 - Control de la corrosión externa en sistemas de tuberías metálicas subterráneas o sumergidas
Técnicas * NACE TM 0497 - Medida relacionados con los criterios para la protección catódica en sistemas de tuberías metálicas subterráneas o sumergidas

Véase también 
 Corrosión galvánica
 Potencial de reducción
 Pila de limón
 Batería eléctrica
 Celda galvánica

Enlaces externos 
 NACE Internacional  (anteriormente la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión) - La mayor asociación profesional de expertos del PP
 Estados Unidos Cuerpo de Ingenieros del Ejército, "Ingeniería y Diseño - sistema de protección catódica de Obra Civil Estructuras ", Ingeniería manual 1110-2-2704, 12 de julio de 2004
 [ Glosario] - Un glosario completo de protección catódica y las condiciones de corrosión
Principios básicos de la protección catódica 
 Protección Catódica Costa Fuera - una guía para principiantes a la protección catódica en alta mar
 catódica blindaje - una explicación gráfica de la protección catódica de blindaje
 http://catodicaargentina.com/proteccioncatodica.htm [Gosario básico de protección catódica - argentina] - Información sobre protección catódica

Referencias 

Procesos electroquímicos
Ciencia y tecnología de Reino Unido del siglo XIX
Ciencia de 1824
Reino Unido en 1824
Corrosión