VIII. ALGUNAS APLICACIONES PR�CTICAS
SELECCI�N DEL TIPO DE PROTECCI�N
LA SELECCI�N del tipo de protecci�n cat�dica m�s conveniente para una determinada estructura depende esencialmente de consideraciones t�cnicas y econ�micas. Deben analizarse las ventajas y desventajas de cada sistema, su costo, su viabilidad t�cnica, la vida �til que se desea, entre otros aspectos. A modo de ilustraci�n se presentan ahora algunas ventajas y desventajas de los dos tipos de sistemas de protecci�n cat�dica.
a) Este sistema de �nodos galv�nicos es el indicado para electrolitos de baja resistividad, en general del orden de 1 500 W-cm para �nodos de Zn y 6 000 W-cm para �nodos de Mg. En medios de resistividad m�s alta, su empleo debe estar precedido de un minucioso estudio de todos los par�metros involucrados.
b) Los �nodos galv�nicos se recomiendan generalmente para estructuras peque�as. Para grandes instalaciones, por ejemplo, grandes estructuras mar�timas, debe hacerse una cuidadosa evaluaci�n t�cnica y econ�mica que tenga en cuenta que el costo inicial ser� muy alto, particularmente si el dise�o se efect�a para un vida �til larga, como en el caso de las plataformas marinas de producci�n de petr�leo en mares profundos.
c) Cuando el dise�o se realiza para una vida �til corta, hay que tener en cuenta la reposici�n peri�dica de los �nodos, 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 galv�nicos con �nodos de zinc y de aluminio son normalmente autorregulables. Cuando se utilizan �nodos de Mg, el sistema acepta una peque�a regulaci�n.
f) El sistema presenta un �ndice elevado de continuidad operacional.
g) Con un Sistema de �nodos galv�nicos no hay posibilidad de una inversi�n de la polaridad.
a) La resistividad del medio o electrolito no constituye una limitaci�n 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 inspecci�n peri�dica del equipo de impresi�n de corriente. La inspecci�n de los �nodos puede ser menos frecuente ya que est�n proyectados para una vida �til de 20 a�os o m�s.
d) Es recomendable para estructuras que puedan presentar problemas de corrientes par�sitas o vagabundas, ya que permite su control.
e) El sistema de corriente impresa permite un amplio intervalo de regulaci�n mediante la variaci�n del voltaje de salida de los equipos para la impresi�n 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 �nodos galv�nicos, a menos que se trate de una estructura muy grande y dise�ada para una vida �til larga.
g) Este sistema est� sujeto a interrupciones en su funcionamiento como consecuencia de fallos en el suministro de energ�a el�ctrica y defectos en el equipo propio para la impresi�n de la corriente.
h) Tiene la posibilidad de inversiones de polaridad.
PROTECCI�N DE ESTRUCTURAS ENTERRADAS
Para calcular la protecci�n cat�dica de una estructura de acero que est� 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 �nodos, 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 protecci�n. Dicha densidad de corriente, multiplicada por la superficie de la estructura, dar� la intensidad de corriente total que se deber� proporcionar a la estructura.
c) Con estos dos datos se puede calcular la diferencia de potencial necesaria entre el lecho de �nodos y la estructura, a trav�s del electrolito.
Este proceso es el normal de c�lculo para un sistema de corriente impresa, pero en el caso de �nodos de sacrificio se ha de proceder al rev�s, ya que la diferencia de potencial entre el �nodo y el c�todo (la estructura) es fija y depende del material de los �nodos. Entonces, lo que se tendr� que calcular y ajustar es la resistencia del lecho an�dico, conociendo la intensidad total de corriente y el potencial de los �nodos en cuesti�n. Esta resistencia debe variarse de acuerdo con el n�mero de �nodos y sus dimensiones geom�tricas.
La resistencia total del circuito depende de la resistividad del electrolito y cuando �ste es un terreno, esta resistividad puede ser muy elevada y adem�s var�a de un lugar a otro.
En esencia, la teor�a de protecci�n es igual para todo tipo de estructuras enterradas, pero la manera de orientar el c�lculo ser� 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 tuber�a, pero no dispuestas longitudinalmente, sino formando una red de distribuci�n dentro de una factor�a, fondos de tanques de almacenamiento, dep�sitos enterrados, etc�tera.
En el primer caso, la dificultad de c�lculo m�s importante consiste en estimar la densidad de corriente necesaria para alcanzar los niveles de protecci�n y la distribuci�n geom�trica de los �nodos.
Veamos algunos otros casos importantes.
PROTECCI�N DE FONDOS DE TANQUES DE ALMACENAMIENTO
Los tanques de almacenamiento tienen el fondo apoyado en el suelo, lo que da muchos problemas de corrosi�n, tanto de adentro hacia afuera como de afuera hacia adentro. Vamos a tratar s�lo los problemas de corrosi�n de afuera hacia adentro ya que estamos interesados en la protecci�n cat�dica de estructuras enterradas.
Tanto si se trata de un solo tanque como de un parque de tanques ya construido, el problema de la protecci�n tiene que ver m�s con cuestiones econ�micas y de distribuci�n de �nodos. En este caso no es sencillo determinar previamente una densidad de corriente, por lo que ser� necesario hacer un ensayo de campo de inyecci�n de corriente, ya sea tanque por tanque o en el parque en general.
Para ello debe estudiarse geom�tricamente la situaci�n de los lechos an�dicos, de ser posible para que los �nodos se coloquen a distancias iguales de los tanques que van a proteger. Los lugares elegidos ser�n objeto de una medida de resistividades del terreno (v�ase el cap�tulo VII) con el objeto de elegir las zonas menos resistivas. Por �ltimo se realizar� un ensayo de inyecci�n de corriente, enterrando �nodos 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 ajustar�n los potenciales de los tanques y se medir� la corriente que se est� suministrando, para calcular el lecho definitivo de los �nodos 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 protecci�n en el punto del tanque diametralmente opuesto a los �nodos, tendremos que llegar a potenciales muy negativos en el punto del tanque m�s cercano al lecho an�dico. Esto no tiene tanta importancia como en el caso de las tuber�as recubiertas, puesto que la formaci�n de hidr�geno no puede desprender un recubrimiento inexistente. No obstante tendremos un consumo innecesario de corriente por mala distribuci�n de la misma. Esto se puede solucionar con la instalaci�n de lechos an�dicos y verticales profundos, siempre que el terreno lo permita, y con su instalaci�n alejamos el lecho en sentido vertical descendente.
El problema de la difusi�n de corriente aumenta considerablemente la dificultad de protecci�n. Si, por ejemplo, el fondo del tanque no est� bien aislado, la corriente procedente de los �nodos llegar� a proteger una corona circular perif�rica del fondo del tanque, pero no sabemos si llega al centro del c�rculo, porque �ste es inaccesible al electrodo de referencia. Por ello, pudiera ocurrir que un tanque al cual se le ha instalado una serie de �nodos de sacrificio alrededor, diera potenciales de protecci�n en su periferia, pero que estos potenciales se atenuaran hasta obtener los valores de potenciales naturales (menos negativos) apenas avanzara unos cuantos dec�metros hacia el centro.
Si la construcci�n 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 s�lo se necesitar� menos equipo, sino que la difusi�n de la corriente hacia el centro del tanque ser� mejor.
PROTECCI�N DE TUBER�AS ENTERRADAS DE GRAN LONGITUD, OLEODUCTOS Y GASODUCTOS
Para el transporte por tuber�a de productos petrol�feros se emplean tuber�as de diferentes di�metros que abarcan grandes distancias que en muchas ocasiones sobrepasan los 1 000 kil�metros.
Estos ductos, por lo general, suelen ir enterrados y su protecci�n anticorrosiva se obtiene siempre con una acci�n combinada de recubrimiento y protecci�n cat�dica.
En tuber�as enterradas de gran longitud se emplean principalmente sistemas de protecci�n cat�dica por corriente impresa, aunque hay ocasiones en que la protecci�n de estos equipos se tiene que suplementar con �nodos de sacrificio de Mg.
Para hacer un proyecto de protecci�n cat�dica de una tuber�a 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 energ�a el�ctrica para la alimentaci�n 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 tuber�a, o cada 50, 75 y 100 m para el proyecto de los futuros lechos an�dicos. Asimismo, deben anotarse las variaciones geol�gicas del terreno que se vayan encontrando, sacando muestras de las mismas, que deber�n mandarse analizar y que se deber�n comparar con los cuadros y perfiles de resistividades. As� mismo, debe de conocerse la mayor cantidad de informaci�n sobre el revestimiento que va a ser aplicado, como el tipo de revestimiento, el espesor, la forma de aplicaci�n y los m�todos de inspecci�n.
Debe de tenerse tambi�n informaci�n sobre las caracter�sticas de la tuber�a, su di�metro y los espesores de los tramos. La presencia de ferrocarriles electrificados, con paralelismos, cruces y aproximaciones, deber� de ser tenida en cuenta para prever los medios de atenuaci�n de posibles corrientes vagabundas que puedan afectar a la tuber�a.
Con la recopilaci�n de estos datos puede realizarse un anteproyecto que deber� de ser confirmado con medidas posteriores, hechas sobre la tuber�a, una vez enterrada e instalada.
Una fuente de corriente continua cuyo polo negativo est� conectado a una tuber�a revestida de gran longitud y cuyo polo positivo est� unido a una toma de tierra (lecho an�dico), situada a distancia de la tuber�a, dar� como resultado una disminuci�n del potencial de la superficie de la tuber�a respecto del terreno que la rodea, potencial que ir� aumentando seg�n que las medidas se vayan alejando del punto de conexi�n a la fuente de corriente.
Para una tuber�a de di�metro y espesor uniformes revestida uniformemente, este
aumento de potencial sigue una ley exponencial, seg�n la f�rmula:
Ex= potencial tuber�a/suelo en un punto separado x km del punto de inyecci�n de la corriente
E A: potencial en el punto de inyecci�n
a: factor de atenuaci�n del potencial
El factor de atenuaci�n (a) es funci�n particular
de la tuber�a considerada y viene dado por:
Rs = resistencia �hmica longitudinal de la tuber�a, 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 te�rica de atenuaci�n de potencial en una tuber�a de longitud infinita con un solo punto de inyecci�n de corriente.
Figura 48. Curva te�rica de atenuaci�n del potencial en una tuber�a de longitud infinita con un solo punto de inyecci�n de corriente.
Si en lugar de un punto de inyecci�n de corriente se emplean dos o m�s, convenientemente espaciados, se puede lograr que en el punto medio de los puntos de inyecci�n, el potencial tuber�a/suelo sea el necesario para que est� protegida cat�dicamente.
Figura 49. Curva te�rica de atenuaci�n del potencial en una tuber�a de longitud infinita con dos puntos de inyecci�n de corriente.
En este caso, el potencial seguir� una curva de atenuaci�n como la representada en la figura 49, que sigue la ecuaci�n:
| EA = | potencial en el punto de drenaje |
| Em = | potencial en el punto medio entre los dos drenajes |
| a = | factor de atenuaci�n |
| 1 = | mitad de la distancia entre los dos puntos de drenaje. |
La corriente que sale desde el lecho de �nodos vendr� dada por las siguientes
ecuaciones, respectivamente:
en donde: Em = potencial m�ximo de la tuber�a respecto a tierra. Debe corresponder al potencial de protecci�n, -0.85 V vs. Cu/CuSO 4 EA = la elecci�n del potencial m�nimo debe ser funci�n del recubrimiento empleado y del terreno que vaya a rodear a la tuber�a. Debe saberse si el recubrimiento es poco o muy absorbente de la humedad; si es susceptible de fen�menos de electro�smosis, etc. Un recubrimiento asf�ltico a potenciales m�s negativos que -1 V puede desprenderse, mientras la brea de hulla, resinas epoxi y determinadas bandas pl�sticas pueden soportar potenciales inferiores a -3 V sin sufrir deterioros. a = el factor de atenuaci�n es el dato m�s importante, a partir del cual se conoce la resistencia �hmica del metal de la tuber�a 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 aplicaci�n, etc. De lo contrario hay que medirlo mediante ensayos de campo, una vez enterrada la tuber�a.
Con todos estos datos se podr� ajustar la distancia entre puntos en los que se dispone de suministro el�ctrico y el potencial admisible en los puntos de inyecci�n. Si los puntos de suministro de la corriente el�ctrica estuvieran muy alejados y se tuvieran que disminuir mucho los potenciales de los puntos de inyecci�n (hacerlos muy negativos) puede pensarse en suplementar el punto central con �nodos de sacrificio o con una fuente aut�noma de corriente el�ctrica.
Se ha podido calcular asimismo la intensidad de corriente, (IA), necesaria para alcanzar la protecci�n en todos los puntos intermedios entre los rectificadores. Luego, para calcular �stos, falta s�lo conocer el voltaje de salida de los mismos. Este voltaje deber� ser igual a la suma de ca�das de tensi�n a trav�s del circuito, es decir, a trav�s de la tuber�a, cables y de la puesta a tierra. Por regla general, las dos primeras ca�das de tensi�n no son significativas respecto de la de los �nodos a tierra, por lo tanto, habr� que calcular la resistencia a tierra del lecho de �nodos, o mejor dicho, hacer un tanteo del n�mero de �nodos necesarios para que en un terreno de una determinada resistividad, se obtenga la resistencia deseada.
La resistencia de un lecho de �nodos depende de la resistividad del terreno, de las dimensiones y forma de los �nodos y del lecho.
Un �nodo 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 f�rmula:
en donde e = 2.718 (base de los logaritmos naturales). Si se dispone de varios
�nodos enterrados verticalmente y paralelos entre s� a una distancia s, la resistencia
del lecho viene dada por la f�rmula:
Los resultados de estas f�rmulas pueden encontrarse en tablas y �bacos que hacen m�s c�modo el c�lculo.
Si se trata de un lecho horizontal de �nodos con relleno continuo (backfill
de polvo de grafito o de coque) la resistencia total del lecho viene dada por
la f�rmula:
en la que L es la longitud total del �nodo (en cm), D es el di�metro (en cm), s es la profundidad al centro del lecho (en cm), R vendr� expresado en ohms cuando la resistividad p est� en ohm-cm.
Una vez conocida la resistencia a tierra del lecho an�dico y multiplic�ndola por la intensidad que se necesita transportar desde los �nodos a la tuber�a, se obtiene el voltaje de salida del transformador, y se suma a este valor la ca�da de tensi�n de los cables.
Figura 50. Nomograma para lechos an�dicos verticales en sistemas de corriente impresa. Basado en �nodos de 2X 60 pulgadas, enterrados en columnas de polvo de coque de 50 ohm-cm de resistividad. Resistencia de un �nodo = 2.56 W m�s 0.160 W de resistencia interna. Los �nodos deben estar en l�nea recta. Un ejemplo: para obtener la resistencia de 15 �nodos en paralelo espaciados 25 pies en un suelo de 2 200 W-cm.
La resistencia de los �nodos 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. A�adir resistencia interna de un �nodo dividida por el n�mero de �nodos en paralelo:
PROTECCI�N CAT�DICA DE ESTRUCTURAS SUMERGIDAS
La protecci�n cat�dica del acero en estas condiciones es bastante m�s sencilla que en el caso de estructuras enterradas, ya que por regla general, el electrolito tiene una resistividad uniforme y, adem�s, si se trata de agua de mar, dicha resistividad es muy baja, entre 20 y 40 W-cm seg�n los mares y, por lo tanto, la difusi�n de la corriente de protecci�n se puede lograr con gran facilidad.
Hay que tener en cuenta que mientras que la protecci�n cat�dica de una estructura de acero enterrada y desnuda es antiecon�mica, si dicha estructura estuviera sumergida en agua de mar podr�a confiarse su protecci�n anticorrosiva a un sistema de protecci�n cat�dica solamente, ya que si se le comunica la densidad de corriente adecuada, la superficie met�lica podr� quedar recubierta por una capa calc�rea causada por la precipitaci�n de algunas sales presentes en el agua de mar, principalmente de hidr�xido de magnesio y carbonato c�lcico. Esta capa calc�rea har� disminuir bastante la corriente de protecci�n. De hecho, as� sucede en los tanques petroleros, los cuales van, por regla general, sin pintar y protegidos por �nodos de sacrificio. Igualmente, muchas plataformas de sondeo y explotaci�n de yacimientos petrol�feros submarinos llevan, a excepci�n de la zona de salpicadura, la superficie desnuda y protegida cat�dicamente (v�ase la figura 51).
Figura 51. Diferentes zonas de corrosi�n en una plataforma marina (estructura "offshore").
Generalidades sobre el c�lculo
La t�cnica de protecci�n cat�dica a emplear es muy distinta en cada caso, dependiendo tambi�n de la clase de agua que rodea a la estructura met�lica.
En cualquier caso y cualquier tipo de agua, la teor�a de aplicaci�n de la protecci�n cat�dica siempre ser� la misma. Habr� que hacer circular una corriente determinada de I ampere por un circuito de resistencia total R W, para lo cual se necesitar� de una diferencia de potencial o tensi�n de V voltios.
La corriente en amperios ser� calculada f�cilmente si se conoce la densidad de corriente necesaria para que la estructura met�lica en contacto con el agua alcance el potencial de protecci�n en toda su superficie. Existe mucha informaci�n al respecto y se han dado valores orientativos basados en la experiencia acumulada durante a�os. 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 podr� obtener tambi�n experimentalmente en cada caso, haciendo una inyecci�n de corriente eventual y midiendo la intensidad.
La resistencia total del circuito de protecci�n es perfectamente calculable ya que es la suma de la resistencia de la estructura frente al agua que la rodea (resistencia cat�dica), la de los �nodos (resistencia an�dica) y la de los conductores el�ctricos.
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 an�dica se calcula dependiendo de las dimensiones geom�tricas de los �nodos utilizados y de la resistividad del agua. Esta resistencia, en el caso de �nodos de sacrificio o galv�nicos, es la �nica que se tiene en cuenta. M�s adelante se ver� 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 deber� tener la fuente de alimentaci�n de la corriente (V = I.R).
Lo dicho hasta ahora se refiere al c�lculo de una instalaci�n de corriente impresa, en la cual hemos calculado la intensidad y resistencia para obtener la tensi�n de salida del transforrectificador. Ahora bien, si tenemos que hacer la instalaci�n de protecci�n con �nodos de sacrificio, habr� que tener en cuenta que cada material an�dico (Zn, Al, Mg) dispone de un potencial de circulaci�n fijo. Este potencial, como ya se ha expuesto, es la diferencia entre el potencial electroqu�mico de corrosi�n del metal an�dico y el potencial del acero protegido, ambos medidos con respecto al mismo electrodo de referencia. Por lo tanto, s�lo 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 �nodos de Zn y Al normalizados por cada fabricante ya tienen tabuladas las salidas de corriente en amperes, que dependen de su forma geom�trica (resistencia).
A continuaci�n se describe el c�lculo y ejecuci�n de algunos casos comunes.
Las estructuras de acero sumergidas que se encuentran con mayor frecuencia son de dos tipos: fijas y m�viles.
Las fijas, m�s comunes, se usan en obras portuarias, tuber�as de transporte, compuertas y plataformas marinas y las m�viles, 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 aplicar� la densidad de corriente adecuada.
Trat�ndose de agua de mar, habr� que tener en cuenta el efecto protector de las incrustaciones y su calidad, que est� en funci�n de la densidad de corriente aplicada. En efecto, una superficie de acero sumergida en agua de mar puede ser protegida cat�dicamente aplicando cantidades comprendidas entre 60 mA/m2 y 2 mA/m2. Con altas densidades de corriente, la formaci�n de incrustaciones, constituida principalmente por hidr�xido de magnesio (Mg(OH)2), es instant�nea, voluminosa, muy porosa y se desprende f�cilmente incluso con los movimientos del agua de poca velocidad.
Con densidades de corriente bajas, la formaci�n de incrustaciones, constituida principalmente por carbonato c�lcico (CaCO3), es muy lenta; se forma una pel�cula delgada, dura y compacta, fuertemente adherida a la superficie met�lica y que, por tanto, la protege mucho.
La instalaci�n de protecci�n cat�dica ser� tanto m�s econ�mica cuanto los elementos constituyentes sean m�s peque�os y entren en menor n�mero; las densidades de corriente �ptimas est�n comprendidas entre los 200 y los 60 mA/n2. Con 100 mA/m2 inicialmente, la capa incrustante tardar�a entre 45 y 60 d�as en formarse definitivamente; estar� constituida principalmente por carbonato c�lcico y as� la instalaci�n quedar�a protegida, una vez formada dicha capa, con una densidad de corriente de 40 mA/m2, es decir, que la corriente de mantenimiento equivaldr�a a un 40% de la inicial.
Los casos y cifras anteriores se refieren a superficies de acero desnudas. Pero si la estructura a proteger est� pintada, deber� aplicarse un factor de eficiencia de la pintura en funci�n 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 ser� 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 aplic�ramos una densidad de corriente de 100 mA/m2, la cantidad de corriente que se deber� suministrar para protegerla cat�dicamente ser� igual a:
Este tipo de estructuras sumergidas fijas suele tener una parte enterrada en el fondo, la cual tambi�n va a demandar una corriente de protecci�n que, por lo tanto, debe ser calculada. La fijaci�n 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 ning�n tipo de recubrimiento, ya que si lo tuvieran, lo perder�an casi todo en la operaci�n de hincado. El acero desnudo en los fondos marinos puede demandar para su protecci�n cat�dica 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 ser�a de:
La corriente total demandada por esta estructura ser� 300 amperes, que se deber�n suministrar por uno de los dos m�todos posibles: �nodos galv�nicos o corriente impresa. A continuaci�n se presenta un an�lisis de ellos.
Protecci�n cat�dica por �nodos galv�nicos. 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 explotaci�n, los elementos que las constituyen son tubos, que pueden o no estar unidos el�ctricamente. As� mismo, hay determinados tipos de empalizadas portuarias constituidas por perfiles de varios tipos, pero que tienen, todos ellos, superficies unitarias calculables cuya suma nos dar�a la superficie total a proteger.
En tal caso, la protecci�n con �nodos de sacrificio se calcular� por superficies parciales, capaces de ser protegidas con un �nodo o grupo de �nodos (V�ase la figura 52).
Figura 52. Representaci�n esquem�tica de la divisi�n en zonas de una plataforma.
La cantidad de corriente que es capaz de suministrar un �nodo de unas determinadas dimensiones, o bien est� 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 disoluci�n del material an�dico y el potencial de protecci�n de la estructura de acero. Sup�ngase que se dispone de �nodos 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 protecci�n de la estructura, corresponden a 160 pilotes de 1.9 A cada pilote. En este caso, se instalar�a como m�nimo un �nodo de 2 A de salida en cada pilote. La vida de esta instalaci�n se calcular�a en funci�n del peso de aleaci�n, de acuerdo con la f�rmula ya presentada en la p�gina 56:
en donde Q es la capacidad de corriente de la aleaci�n en A-a�o/kg, P es el peso del �nodo, q el rendimiento, b el factor de utilizaci�n e I la intensidad.
La instalaci�n de estos �nodos es muy sencilla, pero si la estructura ya est� colocada puede llegar a ser muy costosa, porque se tendr�an que emplear hombres rana con equipo de soldadura submarina. Los �nodos van equipados de un alma de acero sobresaliente por ambos extremos, la cual se conformar� en la obra y se soldar� en el lugar preciso de la estructura (Figura 53).
Figura 53. Detalle de la instalaci�n de �nodos de sacrificio en estructuras fijas en el mar.
Protecci�n cat�dica con corriente impresa. Para proteger cat�dicamente una estructura por corriente impresa, la corriente continua o directa se generar� mediante un transforrectificador a cuyo polo negativo se conecta la estructura y al polo positivo un conjunto de �nodos permanentes, conectados en paralelo.
Para conectar la estructura al polo negativo del generador de corriente continua, �sta debe de tener continuidad el�ctrica entre todos los elementos met�licos que se quieren proteger. En el caso de una plataforma marina de sondeo o explotaci�n, todas las partes met�licas sumergidas est�n soldadas entre s� y por lo tanto, la conexi�n se podr� hacer en cualquier punto de la estructura met�lica.
Un pantal�n est� 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 s� a trav�s de cualquier elemento met�lico de la superestructura que recorra el pantal�n de un extremo a otro, por ejemplo por una tuber�a.
La cantidad de corriente necesaria para la protecci�n puede suministrarse desde uno o varios transforrectificadores instalados en el centro de carga de secciones equisuperficiales del pantal�n. Es decir, en el caso anterior, los 300 A se podr�an suministrar por un transforrectificador de 300 A situado en el centro del pantal�n, o bien con dos situados cada uno en el centro de cada una de las mitades del mismo, etc. El n�mero de estos depende �nica y exclusivamente de consideraciones econ�micas, 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 �nodos conectados en paralelo al polo positivo del transforrectificador. Estos �nodos podr�an ser los mismos que se emplean en la protecci�n de estructuras enterradas, pero las condiciones mec�nicas a que van a estar sometidos desaconsejan a algunos de ellos.
La chatarra de hierro es una mala t�cnica, porque se consume r�pidamente y s�lo se aconseja para instalaciones ocasionales y en industrias en las que dicha chatarra sobra y es f�cilmente reemplazable. Un buen ejemplo de esto es la protecci�n de cascos de buques cuando se est�n armando.
Los �nodos de grafito no funcionan demasiado bien en agua pues se acelera su consumo por deterioros mec�nicos. La permanencia prolongada en el agua los esponja y pulveriza.
El ferrosilicio es com�nmente empleado cuando entra el cromo en proporciones de 4.5 a 6.5% en su composici�n. Las aleaciones de plomo con 2% de plata siguen emple�ndose en la protecci�n exterior de cascos de buques, pero menos cada vez por su gran peso en la protecci�n de estructuras fijas.
Tanto los �nodos de estas aleaciones de plomo como los de ferrosilicio tienen un gran peso y son inc�modos de manejar debajo del agua. Se suelen instalar en lechos de �nodos convenientemente alejados de la estructura, depositados o enterrados en el fondo del mar. En la figura 54 se presenta un esquema de una instalaci�n t�pica.
Figura 54. �nodo remoto para la protecci�n de una plataforma.
Para la protecci�n de pantalanes tablestacados, plataformas, etc., el �nodo id�neo 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 di�metro pueda suministrar 38 A con un peso baj�simo, propio del �nodo. Estos �nodos se colocan anclados a la misma estructura, ensamblados en armazones adecuados (v�ase la figura 55) circunstancia que evita la rotura de los cables an�dicos ya que todo el tendido de cables se puede hacer en la superficie a excepci�n de las que bajan a los �nodos, las cuales ir�n dentro de un tubo de acero. La colocaci�n, bajo el agua de estos �nodos es sencilla; la figura 55 muestra uno de los muchos ensamblajes que pueden hacerse con estos �nodos.
Figura 55. �nodo de TI/Pt, instalado sobre una plataforma.
Los �nodos de titanio platinado, si bien soportan una densidad de corriente muy elevada, en presencia de cloruros deber�n de trabajar a bajo voltaje (entre 8 y 10 V como m�ximo). As� mismo, la corriente drenada por ellos ha de tener el menor componente de corriente alterna posible, es decir, la corriente rectificada deber� de filtrarse, o bien proceder de un transforrectificador trif�sico para que su frecuencia sea superior a 100 Hz como m�nimo, de lo contrario la capa de platino se deteriora.
Las obras submarinas fijas m�s frecuentes son los pantalanes y las tuber�as submarinas. En el caso de un pantal�n, los �nodos ir�n conectados en paralelo al polo positivo del transforrectificador mediante un cable com�n al cual se empalman los cables de cada �nodo a trav�s de cajas de derivaci�n, las cuales servir�n en todo momento para regular la corriente de salida por cada �nodo, y se intercalar�n adem�s, resistencias de equilibrio.
Este cable general an�dico es el que determina el n�mero de transforrectificadores que se deben de instalar en un pantal�n, ya que su longitud unida a la gran intensidad que debe circular por �l a muy bajo voltaje, hace que sea de una gran secci�n. Al dividir el amperaje entre dos o tres transforrectificadores, no s�lo se divide en dos o tres la intensidad, sino tambi�n la longitud, dividiendo entre cuatro (con dos transforrectificadores) o entre nueve (tres transforrectificadores) la secci�n del cable.
Si se trata de una tuber�a submarina ("sea line"), el transformador ir� instalado
en tierra o en la plataforma de un pantal�n, seg�n si la tuber�a parte desde
tierra o desde una de estas instalaciones portuarias. Los �nodos 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 an�dico est� protegido al m�ximo para que no se corte por el simple,
deterioro de su aislamiento.
