VIII. ALGUNAS APLICACIONES PRÁCTICAS
SELECCIÓN DEL TIPO DE PROTECCIÓN
LA SELECCIÓN del tipo de protección catódica más conveniente para una determinada estructura depende esencialmente de consideraciones técnicas y económicas. Deben analizarse las ventajas y desventajas de cada sistema, su costo, su viabilidad técnica, la vida útil que se desea, entre otros aspectos. A modo de ilustración se presentan ahora algunas ventajas y desventajas de los dos tipos de sistemas de protección catódica.
a) Este sistema de ánodos galvánicos es el indicado para electrolitos de baja resistividad, en general del orden de 1 500 W-cm para ánodos de Zn y 6 000 W-cm para ánodos de Mg. En medios de resistividad más alta, su empleo debe estar precedido de un minucioso estudio de todos los parámetros involucrados.
b) Los ánodos galvánicos se recomiendan generalmente para estructuras pequeñas. Para grandes instalaciones, por ejemplo, grandes estructuras marítimas, debe hacerse una cuidadosa evaluación técnica y económica que tenga en cuenta que el costo inicial será muy alto, particularmente si el diseño se efectúa para un vida útil larga, como en el caso de las plataformas marinas de producción de petróleo en mares profundos.
c) Cuando el diseño se realiza para una vida útil corta, hay que tener en cuenta la reposición periódica de los ánodos, como en el caso de las embarcaciones.
d) No es recomendable este sistema para proteger estructuras que puedan estar sujetas a corrientes de interferencia, a no ser que estas corrientes tengan intensidades muy bajas.
e) Los sistemas galvánicos con ánodos de zinc y de aluminio son normalmente autorregulables. Cuando se utilizan ánodos de Mg, el sistema acepta una pequeña regulación.
f) El sistema presenta un índice elevado de continuidad operacional.
g) Con un Sistema de ánodos galvánicos no hay posibilidad de una inversión de la polaridad.
a) La resistividad del medio o electrolito no constituye una limitación seria para el sistema de corriente impresa, una vez ajustada la diferencia de potencial necesaria para proporcionar dicha corriente.
b) Este sistema es el indicado para estructuras medias y grandes.
c) El sistema necesita de un seguimiento operacional, especialmente de una inspección periódica del equipo de impresión de corriente. La inspección de los ánodos puede ser menos frecuente ya que están proyectados para una vida útil de 20 años o más.
d) Es recomendable para estructuras que puedan presentar problemas de corrientes parásitas o vagabundas, ya que permite su control.
e) El sistema de corriente impresa permite un amplio intervalo de regulación mediante la variación del voltaje de salida de los equipos para la impresión de la corriente, siempre y cuando se proyecte en forma adecuada.
f) En general, el costo inicial es mayor que el de un sistema de ánodos galvánicos, a menos que se trate de una estructura muy grande y diseñada para una vida útil larga.
g) Este sistema está sujeto a interrupciones en su funcionamiento como consecuencia de fallos en el suministro de energía eléctrica y defectos en el equipo propio para la impresión de la corriente.
h) Tiene la posibilidad de inversiones de polaridad.
PROTECCIÓN DE ESTRUCTURAS ENTERRADAS
Para calcular la protección catódica de una estructura de acero que está rodeada de un electrolito cualquiera, se han de tener en cuenta varios factores:
a) Resistencia total del circuito, compuesta por la resistencia a tierra de la estructura y de los ánodos, y por la resistencia de los conductores.
b) La densidad de corriente que es necesario aplicar a la estructura para que todos y cada uno de los puntos alcancen el potencial de protección. Dicha densidad de corriente, multiplicada por la superficie de la estructura, dará la intensidad de corriente total que se deberá proporcionar a la estructura.
c) Con estos dos datos se puede calcular la diferencia de potencial necesaria entre el lecho de ánodos y la estructura, a través del electrolito.
Este proceso es el normal de cálculo para un sistema de corriente impresa, pero en el caso de ánodos de sacrificio se ha de proceder al revés, ya que la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo (la estructura) es fija y depende del material de los ánodos. Entonces, lo que se tendrá que calcular y ajustar es la resistencia del lecho anódico, conociendo la intensidad total de corriente y el potencial de los ánodos en cuestión. Esta resistencia debe variarse de acuerdo con el número de ánodos y sus dimensiones geométricas.
La resistencia total del circuito depende de la resistividad del electrolito y cuando éste es un terreno, esta resistividad puede ser muy elevada y además varía de un lugar a otro.
En esencia, la teoría de protección es igual para todo tipo de estructuras enterradas, pero la manera de orientar el cálculo será diferente para cada tipo de estructura.
Se pueden hacer dos distinciones principales:
1) Estructuras enterradas en una zona limitada de terreno, y
Entre las primeras puede haber grandes longitudes de tubería, pero no dispuestas longitudinalmente, sino formando una red de distribución dentro de una factoría, fondos de tanques de almacenamiento, depósitos enterrados, etcétera.
En el primer caso, la dificultad de cálculo más importante consiste en estimar la densidad de corriente necesaria para alcanzar los niveles de protección y la distribución geométrica de los ánodos.
Veamos algunos otros casos importantes.
PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Los tanques de almacenamiento tienen el fondo apoyado en el suelo, lo que da muchos problemas de corrosión, tanto de adentro hacia afuera como de afuera hacia adentro. Vamos a tratar sólo los problemas de corrosión de afuera hacia adentro ya que estamos interesados en la protección catódica de estructuras enterradas.
Tanto si se trata de un solo tanque como de un parque de tanques ya construido, el problema de la protección tiene que ver más con cuestiones económicas y de distribución de ánodos. En este caso no es sencillo determinar previamente una densidad de corriente, por lo que será necesario hacer un ensayo de campo de inyección de corriente, ya sea tanque por tanque o en el parque en general.
Para ello debe estudiarse geométricamente la situación de los lechos anódicos, de ser posible para que los ánodos se coloquen a distancias iguales de los tanques que van a proteger. Los lugares elegidos serán objeto de una medida de resistividades del terreno (véase el capítulo VII) con el objeto de elegir las zonas menos resistivas. Por último se realizará un ensayo de inyección de corriente, enterrando ánodos ocasionales (por ejemplo barras de cobre o simplemente papel aluminio) y utilizando una fuente de corriente continua, como por ejemplo un grupo de soldadura con corriente continua. Con ello se ajustarán los potenciales de los tanques y se medirá la corriente que se está suministrando, para calcular el lecho definitivo de los ánodos y el transforrectificador necesario.
Si la distancia disponible entre los tanques no fuese grande, nos podemos encontrar con que para llegar a obtener los -0.85 V respecto a Cu/CuSO4 de protección en el punto del tanque diametralmente opuesto a los ánodos, tendremos que llegar a potenciales muy negativos en el punto del tanque más cercano al lecho anódico. Esto no tiene tanta importancia como en el caso de las tuberías recubiertas, puesto que la formación de hidrógeno no puede desprender un recubrimiento inexistente. No obstante tendremos un consumo innecesario de corriente por mala distribución de la misma. Esto se puede solucionar con la instalación de lechos anódicos y verticales profundos, siempre que el terreno lo permita, y con su instalación alejamos el lecho en sentido vertical descendente.
El problema de la difusión de corriente aumenta considerablemente la dificultad de protección. Si, por ejemplo, el fondo del tanque no está bien aislado, la corriente procedente de los ánodos llegará a proteger una corona circular periférica del fondo del tanque, pero no sabemos si llega al centro del círculo, porque éste es inaccesible al electrodo de referencia. Por ello, pudiera ocurrir que un tanque al cual se le ha instalado una serie de ánodos de sacrificio alrededor, diera potenciales de protección en su periferia, pero que estos potenciales se atenuaran hasta obtener los valores de potenciales naturales (menos negativos) apenas avanzara unos cuantos decímetros hacia el centro.
Si la construcción de la base de apoyo de los tanques es buena, la densidad de corriente necesaria puede quedar reducida en una cuarta o quinta parte y por lo tanto, no sólo se necesitará menos equipo, sino que la difusión de la corriente hacia el centro del tanque será mejor.
PROTECCIÓN DE TUBERÍAS ENTERRADAS DE GRAN LONGITUD, OLEODUCTOS Y GASODUCTOS
Para el transporte por tubería de productos petrolíferos se emplean tuberías de diferentes diámetros que abarcan grandes distancias que en muchas ocasiones sobrepasan los 1 000 kilómetros.
Estos ductos, por lo general, suelen ir enterrados y su protección anticorrosiva se obtiene siempre con una acción combinada de recubrimiento y protección catódica.
En tuberías enterradas de gran longitud se emplean principalmente sistemas de protección catódica por corriente impresa, aunque hay ocasiones en que la protección de estos equipos se tiene que suplementar con ánodos de sacrificio de Mg.
Para hacer un proyecto de protección catódica de una tubería enterrada de gran longitud se debe, en primer lugar, de reconocer el trazado del terreno tomando las medidas de las resistividades y anotando cuidadosamente las disponibilidades de suministro de energía eléctrica para la alimentación de los transforrectificadores. En las inmediaciones de los puntos en donde se tenga posibilidad de un suministro de corriente, debe de medirse la resistividad del terreno, a ambos lados del eje de la tubería, o cada 50, 75 y 100 m para el proyecto de los futuros lechos anódicos. Asimismo, deben anotarse las variaciones geológicas del terreno que se vayan encontrando, sacando muestras de las mismas, que deberán mandarse analizar y que se deberán comparar con los cuadros y perfiles de resistividades. Así mismo, debe de conocerse la mayor cantidad de información sobre el revestimiento que va a ser aplicado, como el tipo de revestimiento, el espesor, la forma de aplicación y los métodos de inspección.
Debe de tenerse también información sobre las características de la tubería, su diámetro y los espesores de los tramos. La presencia de ferrocarriles electrificados, con paralelismos, cruces y aproximaciones, deberá de ser tenida en cuenta para prever los medios de atenuación de posibles corrientes vagabundas que puedan afectar a la tubería.
Con la recopilación de estos datos puede realizarse un anteproyecto que deberá de ser confirmado con medidas posteriores, hechas sobre la tubería, una vez enterrada e instalada.
Una fuente de corriente continua cuyo polo negativo está conectado a una tubería revestida de gran longitud y cuyo polo positivo está unido a una toma de tierra (lecho anódico), situada a distancia de la tubería, dará como resultado una disminución del potencial de la superficie de la tubería respecto del terreno que la rodea, potencial que irá aumentando según que las medidas se vayan alejando del punto de conexión a la fuente de corriente.
Para una tubería de diámetro y espesor uniformes revestida uniformemente, este
aumento de potencial sigue una ley exponencial, según la fórmula:
Ex= potencial tubería/suelo en un punto separado x km del punto de inyección de la corriente
E A: potencial en el punto de inyección
a: factor de atenuación del potencial
El factor de atenuación (a) es función particular
de la tubería considerada y viene dado por:
Rs = resistencia óhmica longitudinal de la tubería, en W/por unidad de longitud,
g = conductancia del revestimiento, en mhos (mho= W-1 X unidad de longitud,
La figura 48 representa la forma de la curva teórica de atenuación de potencial en una tubería de longitud infinita con un solo punto de inyección de corriente.
Figura 48. Curva teórica de atenuación del potencial en una tubería de longitud infinita con un solo punto de inyección de corriente.
Si en lugar de un punto de inyección de corriente se emplean dos o más, convenientemente espaciados, se puede lograr que en el punto medio de los puntos de inyección, el potencial tubería/suelo sea el necesario para que esté protegida catódicamente.
Figura 49. Curva teórica de atenuación del potencial en una tubería de longitud infinita con dos puntos de inyección de corriente.
En este caso, el potencial seguirá una curva de atenuación como la representada en la figura 49, que sigue la ecuación:
| EA = | potencial en el punto de drenaje |
| Em = | potencial en el punto medio entre los dos drenajes |
| a = | factor de atenuación |
| 1 = | mitad de la distancia entre los dos puntos de drenaje. |
La corriente que sale desde el lecho de ánodos vendrá dada por las siguientes
ecuaciones, respectivamente:
en donde: Em = potencial máximo de la tubería respecto a tierra. Debe corresponder al potencial de protección, -0.85 V vs. Cu/CuSO 4 EA = la elección del potencial mínimo debe ser función del recubrimiento empleado y del terreno que vaya a rodear a la tubería. Debe saberse si el recubrimiento es poco o muy absorbente de la humedad; si es susceptible de fenómenos de electroósmosis, etc. Un recubrimiento asfáltico a potenciales más negativos que -1 V puede desprenderse, mientras la brea de hulla, resinas epoxi y determinadas bandas plásticas pueden soportar potenciales inferiores a -3 V sin sufrir deterioros. a = el factor de atenuación es el dato más importante, a partir del cual se conoce la resistencia óhmica del metal de la tubería por unidad de longitud, ya que se conocen sus dimensiones, pero no la resistencia del revestimiento asociada al electrolito que lo rodea. Este dato se puede suponer por experiencia anterior, a partir de los datos: tipo de recubrimiento, espesor, forma de aplicación, etc. De lo contrario hay que medirlo mediante ensayos de campo, una vez enterrada la tubería.
Con todos estos datos se podrá ajustar la distancia entre puntos en los que se dispone de suministro eléctrico y el potencial admisible en los puntos de inyección. Si los puntos de suministro de la corriente eléctrica estuvieran muy alejados y se tuvieran que disminuir mucho los potenciales de los puntos de inyección (hacerlos muy negativos) puede pensarse en suplementar el punto central con ánodos de sacrificio o con una fuente autónoma de corriente eléctrica.
Se ha podido calcular asimismo la intensidad de corriente, (IA), necesaria para alcanzar la protección en todos los puntos intermedios entre los rectificadores. Luego, para calcular éstos, falta sólo conocer el voltaje de salida de los mismos. Este voltaje deberá ser igual a la suma de caídas de tensión a través del circuito, es decir, a través de la tubería, cables y de la puesta a tierra. Por regla general, las dos primeras caídas de tensión no son significativas respecto de la de los ánodos a tierra, por lo tanto, habrá que calcular la resistencia a tierra del lecho de ánodos, o mejor dicho, hacer un tanteo del número de ánodos necesarios para que en un terreno de una determinada resistividad, se obtenga la resistencia deseada.
La resistencia de un lecho de ánodos depende de la resistividad del terreno, de las dimensiones y forma de los ánodos y del lecho.
Un ánodo enterrado verticalmente en un terreno de resistividad p ohm-cm,
rodeado de una columna de relleno (backfill) de L (cm de longitud) y a (cm de
radio), tiene una resistencia en ohms que viene dada por la fórmula:
en donde e = 2.718 (base de los logaritmos naturales). Si se dispone de varios
ánodos enterrados verticalmente y paralelos entre sí a una distancia s, la resistencia
del lecho viene dada por la fórmula:
Los resultados de estas fórmulas pueden encontrarse en tablas y ábacos que hacen más cómodo el cálculo.
Si se trata de un lecho horizontal de ánodos con relleno continuo (backfill
de polvo de grafito o de coque) la resistencia total del lecho viene dada por
la fórmula:
en la que L es la longitud total del ánodo (en cm), D es el diámetro (en cm), s es la profundidad al centro del lecho (en cm), R vendrá expresado en ohms cuando la resistividad p esté en ohm-cm.
Una vez conocida la resistencia a tierra del lecho anódico y multiplicándola por la intensidad que se necesita transportar desde los ánodos a la tubería, se obtiene el voltaje de salida del transformador, y se suma a este valor la caída de tensión de los cables.
Figura 50. Nomograma para lechos anódicos verticales en sistemas de corriente impresa. Basado en ánodos de 2X 60 pulgadas, enterrados en columnas de polvo de coque de 50 ohm-cm de resistividad. Resistencia de un ánodo = 2.56 W más 0.160 W de resistencia interna. Los ánodos deben estar en línea recta. Un ejemplo: para obtener la resistencia de 15 ánodos en paralelo espaciados 25 pies en un suelo de 2 200 W-cm.
La resistencia de los ánodos en paralelo en un suelo de 1 000 W-cm (del nomograma) = 0.233W. Resistencia en el suelo de 2 000 W-cm = 0.233 X 2 200/1 000 = 0.513 W. Añadir resistencia interna de un ánodo dividida por el número de ánodos en paralelo:
PROTECCIÓN CATÓDICA DE ESTRUCTURAS SUMERGIDAS
La protección catódica del acero en estas condiciones es bastante más sencilla que en el caso de estructuras enterradas, ya que por regla general, el electrolito tiene una resistividad uniforme y, además, si se trata de agua de mar, dicha resistividad es muy baja, entre 20 y 40 W-cm según los mares y, por lo tanto, la difusión de la corriente de protección se puede lograr con gran facilidad.
Hay que tener en cuenta que mientras que la protección catódica de una estructura de acero enterrada y desnuda es antieconómica, si dicha estructura estuviera sumergida en agua de mar podría confiarse su protección anticorrosiva a un sistema de protección catódica solamente, ya que si se le comunica la densidad de corriente adecuada, la superficie metálica podrá quedar recubierta por una capa calcárea causada por la precipitación de algunas sales presentes en el agua de mar, principalmente de hidróxido de magnesio y carbonato cálcico. Esta capa calcárea hará disminuir bastante la corriente de protección. De hecho, así sucede en los tanques petroleros, los cuales van, por regla general, sin pintar y protegidos por ánodos de sacrificio. Igualmente, muchas plataformas de sondeo y explotación de yacimientos petrolíferos submarinos llevan, a excepción de la zona de salpicadura, la superficie desnuda y protegida catódicamente (véase la figura 51).
Figura 51. Diferentes zonas de corrosión en una plataforma marina (estructura "offshore").
Generalidades sobre el cálculo
La técnica de protección catódica a emplear es muy distinta en cada caso, dependiendo también de la clase de agua que rodea a la estructura metálica.
En cualquier caso y cualquier tipo de agua, la teoría de aplicación de la protección catódica siempre será la misma. Habrá que hacer circular una corriente determinada de I ampere por un circuito de resistencia total R W, para lo cual se necesitará de una diferencia de potencial o tensión de V voltios.
La corriente en amperios será calculada fácilmente si se conoce la densidad de corriente necesaria para que la estructura metálica en contacto con el agua alcance el potencial de protección en toda su superficie. Existe mucha información al respecto y se han dado valores orientativos basados en la experiencia acumulada durante años. Estos valores de densidad de corriente vienen en miliamperes por metro cuadrado (mA/m2) y, por lo tanto, al conocer la superficie de acero en contacto con el agua, se puede calcular la corriente total necesaria. Por otra parte, este dato se podrá obtener también experimentalmente en cada caso, haciendo una inyección de corriente eventual y midiendo la intensidad.
La resistencia total del circuito de protección es perfectamente calculable ya que es la suma de la resistencia de la estructura frente al agua que la rodea (resistencia catódica), la de los ánodos (resistencia anódica) y la de los conductores eléctricos.
La resistencia de la estructura frente al electrolito resulta despreciable, ya que estas estructuras suelen tener una gran superficie en contacto con el agua. La resistencia de los cables es conocida, dependiendo de su grosor y longitud. La resistencia anódica se calcula dependiendo de las dimensiones geométricas de los ánodos utilizados y de la resistividad del agua. Esta resistencia, en el caso de ánodos de sacrificio o galvánicos, es la única que se tiene en cuenta. Más adelante se verá la forma de calcarla.
Conociendo la intensidad total que va a consumir la estructura y la resistencia del circuito, se puede determinar de inmediato el voltaje de salida que deberá tener la fuente de alimentación de la corriente (V = I.R).
Lo dicho hasta ahora se refiere al cálculo de una instalación de corriente impresa, en la cual hemos calculado la intensidad y resistencia para obtener la tensión de salida del transforrectificador. Ahora bien, si tenemos que hacer la instalación de protección con ánodos de sacrificio, habrá que tener en cuenta que cada material anódico (Zn, Al, Mg) dispone de un potencial de circulación fijo. Este potencial, como ya se ha expuesto, es la diferencia entre el potencial electroquímico de corrosión del metal anódico y el potencial del acero protegido, ambos medidos con respecto al mismo electrodo de referencia. Por lo tanto, sólo se dispone de 0.25 V si se utiliza el Zn, de 0.3 V si se emplea el Al y de 0.7 V si se usa Mg.
Para el agua de mar, los ánodos de Zn y Al normalizados por cada fabricante ya tienen tabuladas las salidas de corriente en amperes, que dependen de su forma geométrica (resistencia).
A continuación se describe el cálculo y ejecución de algunos casos comunes.
Las estructuras de acero sumergidas que se encuentran con mayor frecuencia son de dos tipos: fijas y móviles.
Las fijas, más comunes, se usan en obras portuarias, tuberías de transporte, compuertas y plataformas marinas y las móviles, en cascos de buque.
Estructuras fijas sumergidas en agua. Conocidas las dimensiones que la estructura tiene sumergida, conoceremos su superficie. A esta superficie se le aplicará la densidad de corriente adecuada.
Tratándose de agua de mar, habrá que tener en cuenta el efecto protector de las incrustaciones y su calidad, que está en función de la densidad de corriente aplicada. En efecto, una superficie de acero sumergida en agua de mar puede ser protegida catódicamente aplicando cantidades comprendidas entre 60 mA/m2 y 2 mA/m2. Con altas densidades de corriente, la formación de incrustaciones, constituida principalmente por hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), es instantánea, voluminosa, muy porosa y se desprende fácilmente incluso con los movimientos del agua de poca velocidad.
Con densidades de corriente bajas, la formación de incrustaciones, constituida principalmente por carbonato cálcico (CaCO3), es muy lenta; se forma una película delgada, dura y compacta, fuertemente adherida a la superficie metálica y que, por tanto, la protege mucho.
La instalación de protección catódica será tanto más económica cuanto los elementos constituyentes sean más pequeños y entren en menor número; las densidades de corriente óptimas están comprendidas entre los 200 y los 60 mA/n2. Con 100 mA/m2 inicialmente, la capa incrustante tardaría entre 45 y 60 días en formarse definitivamente; estará constituida principalmente por carbonato cálcico y así la instalación quedaría protegida, una vez formada dicha capa, con una densidad de corriente de 40 mA/m2, es decir, que la corriente de mantenimiento equivaldría a un 40% de la inicial.
Los casos y cifras anteriores se refieren a superficies de acero desnudas. Pero si la estructura a proteger está pintada, deberá aplicarse un factor de eficiencia de la pintura en función de los deterioros que haya sufrido durante el montaje. Para obras portuarias como pantalanes de pilotes o tablestacados, los factores de eficiencia de las pinturas oscilan entre el 80 y el 90%, es decir que la superficie que queda descubierta del acero será del 20 al 10% de la total. Por lo tanto, si tenemos una estructura de 10 000 m2 de superficie sumergida, pintada con una buena pintura submarina, y que los deterioros sufridos en el montaje han sido del 10% (eficiencia del recubrimiento 90%) y aplicáramos una densidad de corriente de 100 mA/m2, la cantidad de corriente que se deberá suministrar para protegerla catódicamente será igual a:
Este tipo de estructuras sumergidas fijas suele tener una parte enterrada en el fondo, la cual también va a demandar una corriente de protección que, por lo tanto, debe ser calculada. La fijación de los componentes de la estructura, como pilotes o tablestacas, se hace por hincado en el fondo marino por lo que este tipo de estructuras se deben considerar desnudas y de hecho se instalan desnudas, sin ningún tipo de recubrimiento, ya que si lo tuvieran, lo perderían casi todo en la operación de hincado. El acero desnudo en los fondos marinos puede demandar para su protección catódica una densidad de corriente que va de 20 a 60 mA/m2.
Siguiendo con el ejemplo anterior, si nuestra estructura (de 10 000 m2) tiene una parte enterrada de 5 000 m2, estimando una demanda de 40 mA/m2, la corriente consumida sería de:
La corriente total demandada por esta estructura será 300 amperes, que se deberán suministrar por uno de los dos métodos posibles: ánodos galvánicos o corriente impresa. A continuación se presenta un análisis de ellos.
Protección catódica por ánodos galvánicos. Una estructura de este tipo suele estar constituida por elementos tubulares o perfiles normalizados. Tanto de los pantalanes como de las plataformas de sondeo y explotación, los elementos que las constituyen son tubos, que pueden o no estar unidos eléctricamente. Así mismo, hay determinados tipos de empalizadas portuarias constituidas por perfiles de varios tipos, pero que tienen, todos ellos, superficies unitarias calculables cuya suma nos daría la superficie total a proteger.
En tal caso, la protección con ánodos de sacrificio se calculará por superficies parciales, capaces de ser protegidas con un ánodo o grupo de ánodos (Véase la figura 52).
Figura 52. Representación esquemática de la división en zonas de una plataforma.
La cantidad de corriente que es capaz de suministrar un ánodo de unas determinadas dimensiones, o bien está dada en las tablas del fabricante o bien se puede conocer calculando su resistencia en un medio de resistividad conocida y sabiendo la diferencia entre el potencial de disolución del material anódico y el potencial de protección de la estructura de acero. Supóngase que se dispone de ánodos de Zn, con salidas de corriente de 2.5, 2, 1.4 y 1.2 A y que los 300 A que se han determinado anteriormente como necesarios para la protección de la estructura, corresponden a 160 pilotes de 1.9 A cada pilote. En este caso, se instalaría como mínimo un ánodo de 2 A de salida en cada pilote. La vida de esta instalación se calcularía en función del peso de aleación, de acuerdo con la fórmula ya presentada en la página 56:
en donde Q es la capacidad de corriente de la aleación en A-año/kg, P es el peso del ánodo, q el rendimiento, b el factor de utilización e I la intensidad.
La instalación de estos ánodos es muy sencilla, pero si la estructura ya está colocada puede llegar a ser muy costosa, porque se tendrían que emplear hombres rana con equipo de soldadura submarina. Los ánodos van equipados de un alma de acero sobresaliente por ambos extremos, la cual se conformará en la obra y se soldará en el lugar preciso de la estructura (Figura 53).
Figura 53. Detalle de la instalación de ánodos de sacrificio en estructuras fijas en el mar.
Protección catódica con corriente impresa. Para proteger catódicamente una estructura por corriente impresa, la corriente continua o directa se generará mediante un transforrectificador a cuyo polo negativo se conecta la estructura y al polo positivo un conjunto de ánodos permanentes, conectados en paralelo.
Para conectar la estructura al polo negativo del generador de corriente continua, ésta debe de tener continuidad eléctrica entre todos los elementos metálicos que se quieren proteger. En el caso de una plataforma marina de sondeo o explotación, todas las partes metálicas sumergidas están soldadas entre sí y por lo tanto, la conexión se podrá hacer en cualquier punto de la estructura metálica.
Un pantalán está constituido por dinteles separados y, en ocasiones ni siquiera hay una continuidad entre pilotes de un mismo dintel. En estos casos hay que unir los pilotes de cada dintel ya sea soldando pletinas de acero entre ellos o hien mediante cables de cobre con aislamiento. Los dinteles se pueden conectar entre sí a través de cualquier elemento metálico de la superestructura que recorra el pantalán de un extremo a otro, por ejemplo por una tubería.
La cantidad de corriente necesaria para la protección puede suministrarse desde uno o varios transforrectificadores instalados en el centro de carga de secciones equisuperficiales del pantalán. Es decir, en el caso anterior, los 300 A se podrían suministrar por un transforrectificador de 300 A situado en el centro del pantalán, o bien con dos situados cada uno en el centro de cada una de las mitades del mismo, etc. El número de estos depende única y exclusivamente de consideraciones económicas, en la que se consideran, con mayor peso, las longitudes y secciones de cables.
Para introducir esta corriente en el electrolito, agua de mar en este caso, se emplea una serie de ánodos conectados en paralelo al polo positivo del transforrectificador. Estos ánodos podrían ser los mismos que se emplean en la protección de estructuras enterradas, pero las condiciones mecánicas a que van a estar sometidos desaconsejan a algunos de ellos.
La chatarra de hierro es una mala técnica, porque se consume rápidamente y sólo se aconseja para instalaciones ocasionales y en industrias en las que dicha chatarra sobra y es fácilmente reemplazable. Un buen ejemplo de esto es la protección de cascos de buques cuando se están armando.
Los ánodos de grafito no funcionan demasiado bien en agua pues se acelera su consumo por deterioros mecánicos. La permanencia prolongada en el agua los esponja y pulveriza.
El ferrosilicio es comúnmente empleado cuando entra el cromo en proporciones de 4.5 a 6.5% en su composición. Las aleaciones de plomo con 2% de plata siguen empleándose en la protección exterior de cascos de buques, pero menos cada vez por su gran peso en la protección de estructuras fijas.
Tanto los ánodos de estas aleaciones de plomo como los de ferrosilicio tienen un gran peso y son incómodos de manejar debajo del agua. Se suelen instalar en lechos de ánodos convenientemente alejados de la estructura, depositados o enterrados en el fondo del mar. En la figura 54 se presenta un esquema de una instalación típica.
Figura 54. Ánodo remoto para la protección de una plataforma.
Para la protección de pantalanes tablestacados, plataformas, etc., el ánodo idóneo es el de titanio platinado. Las barras de titanio platinadas con cinco micras de espesor de platino soportan densidades de corriente hasta de1000 A/m2 de superficie activa. Esto hace que cada metro de barra de 12mm de diámetro pueda suministrar 38 A con un peso bajísimo, propio del ánodo. Estos ánodos se colocan anclados a la misma estructura, ensamblados en armazones adecuados (véase la figura 55) circunstancia que evita la rotura de los cables anódicos ya que todo el tendido de cables se puede hacer en la superficie a excepción de las que bajan a los ánodos, las cuales irán dentro de un tubo de acero. La colocación, bajo el agua de estos ánodos es sencilla; la figura 55 muestra uno de los muchos ensamblajes que pueden hacerse con estos ánodos.
Figura 55. Ánodo de TI/Pt, instalado sobre una plataforma.
Los ánodos de titanio platinado, si bien soportan una densidad de corriente muy elevada, en presencia de cloruros deberán de trabajar a bajo voltaje (entre 8 y 10 V como máximo). Así mismo, la corriente drenada por ellos ha de tener el menor componente de corriente alterna posible, es decir, la corriente rectificada deberá de filtrarse, o bien proceder de un transforrectificador trifásico para que su frecuencia sea superior a 100 Hz como mínimo, de lo contrario la capa de platino se deteriora.
Las obras submarinas fijas más frecuentes son los pantalanes y las tuberías submarinas. En el caso de un pantalán, los ánodos irán conectados en paralelo al polo positivo del transforrectificador mediante un cable común al cual se empalman los cables de cada ánodo a través de cajas de derivación, las cuales servirán en todo momento para regular la corriente de salida por cada ánodo, y se intercalarán además, resistencias de equilibrio.
Este cable general anódico es el que determina el número de transforrectificadores que se deben de instalar en un pantalán, ya que su longitud unida a la gran intensidad que debe circular por él a muy bajo voltaje, hace que sea de una gran sección. Al dividir el amperaje entre dos o tres transforrectificadores, no sólo se divide en dos o tres la intensidad, sino también la longitud, dividiendo entre cuatro (con dos transforrectificadores) o entre nueve (tres transforrectificadores) la sección del cable.
Si se trata de una tubería submarina ("sea line"), el transformador irá instalado
en tierra o en la plataforma de un pantalán, según si la tubería parte desde
tierra o desde una de estas instalaciones portuarias. Los ánodos se pueden instalar
enterrados en la playa, en el fondo del mar, sumergidos en el agua, usando como
soporte un pilote auxiliar, o de cualquier otra forma, teniendo siempre en cuenta
que el cable anódico esté protegido al máximo para que no se corte por el simple,
deterioro de su aislamiento.
