V. PROTECCI�N CAT�DICA POR CORRIENTE IMPRESA
EL SISTEMA de protecci�n cat�dica con corriente impresa se llev� a cabo aproximadamente cien a�os despu�s que el de �nodos galv�nicos. En este sistema de protecci�n cat�dica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la protecci�n de una estructura, como se indic� en la figura 12.
Este procedimiento caaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaonsiste en unir el�ctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo negativo de una fuente de alimentaci�n de corriente continua (pura o rectificada) y el positivo con un electrodo auxiliar que cierra el circuito. Los electrodos auxiliares se hacen de chatarra de hierro, aleaci�n de ferrosilicio, grafito, titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la existencia del electrolito (medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice el proceso electrol�tico.
Este sistema de protecci�n cat�dica tiene la caracter�stica de que utiliza como �nodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales met�licos que en mayor o menor grado se consumen con el paso de la corriente. Sin embargo, el intercambio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a trav�s de reacciones electroqu�micas, las cuales dependen tanto del material an�dico, como del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que �ste suministra.
Por ejemplo, en el caso de un �nodo de chatarra de hierro o de acero al carbono, la reacci�n electr�dica es la de disoluci�n del hierro:
Fe  Fe2+
+ 2e- |
(1)
|
y por tanto, el �nodo se consume con el tiempo. Para aquellos �nodos que se pueden considerar insolubles o inertes, por ejemplo el de titanio platinado, la reacci�n electroqu�mica puede ser:
| 4 OH- O2 + 2 H2O + 4 e- |
(2)
|
| 2C1- C1 2 +2e-, |
(3)
|
seg�n el ambiente y la densidad de corriente suministrada por el �nodo.
En el suelo y en las aguas naturales tiene lugar la reacci�n (2), mientras que en el agua de mar tiene lugar principalmente la reacci�n (3). Los componentes de un sistema de protecci�n cat�dica con corriente impresa son:
a) un �nodo dispersor, b) una fuente de corriente continua y c) el cable portador de la corriente. En la figura 19 se presenta un esquema de la protecci�n de una tuber�a enterrada en el suelo.
Figura 19. Esquema de proteci�n cat�dica con corrriente impresa de una tuber�a enterrada.
El sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua, no importa de d�nde provenga, a condici�n de que se mantenga pese al paso del tiempo. Un sistema de corriente impresa debe de poder funcionar de forma permanente al menos durante diez a�os.
Los aparatos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido se conocen con el nombre de rectificadores.
Estos aparatos se alimentan con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monof�sico (Figura 20), estar� constituido por un transformador monof�sico T, alimentado en el primario a 110 o 220 V (tensi�n de la red de distribuci�n). La tensi�n de salida puede ajustarse seg�n las necesidades. Un puente monof�sico reductor P, compuesto por 4 diodos o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente monof�sica. El selenio es m�s barato, pero tambi�n es m�s fr�gil que el silicio.
Figura 20. Esquema de un transforrectificador monof�sico.
Un volt�metro permite controlar la tensi�n de salida y un amper�metro la intensidad total.
La tensi�n de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o por medio de un "variac", el cual permite una regulaci�n continua desde el 0 al valor m�ximo.
Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es m�s econ�mico utilizar rectificadores alimentados con corriente trif�sica de 380 V.
Permite la protecci�n cat�dica en donde no existe posibilidad de suministrar energ�a el�ctrica, como en el caso de los desiertos o zonas selv�ticas. El motor t�rmico puede estar alimentado, ya sea directamente a partir de la conducci�n que se desea proteger, ya sea por un dep�sito que se llena peri�dicamente.
Todos estos �nodos van consumi�ndose a mayor o menor velocidad con el paso de la corriente. As�, por ejemplo, la chatarra de hierro se consume muy r�pidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. A continuaci�n se describen brevemente cada uno de estos electrodos.
Por ser lo m�s econ�mico, la chatarra de hierro es utilizada con frecuencia como �nodo auxiliar. Dentro de los perfiles es el carril viejo el m�s utilizado y, dentro de las fundiciones, la tuber�a.
Puede ser aconsejable la utilizaci�n de este tipo de �nodos en terrenos de resistividad elevada, y es recomendable tambi�n que se le rodee de un relleno artificial constituido por carb�n de coque (con un di�metro medio de part�cula de 10 mm).
El consumo medio de los lechos constituidos por perfiles de acero viene a ser de 5 kg/A-a�o y de 8-10 kg/A-a�o para la tuber�a de fundici�n.
El �nodo de ferrosilicio es recomendable en terrenos de media y baja resistividad. Se coloca hincado o tumbado, en el suelo, y normalmente rodeado de un relleno de carb�n de coque.
A intensidades bajas de corrientes (1 A), su vida es pr�cticamente ilimitada, y su capacidad m�xima de salida de corriente es de unos 12 a 15 A por �nodo. Su consumo oscila, a intensidades de corriente altas, entre 0.1 0.3 kg/A-a�o.
Sus dimensiones m�s normales corresponden a 1 500 mm de longitud, 75 mm de di�metro, y su peso aproximado es de 60 kg.
El ferrosilicio es muy fr�gil en virtud de su estructura cristalina, por lo que se ha de tener un extremo cuidado en su embalaje y transporte.
El grafito puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media, con un relleno de grafito o de carb�n de coque.
Este �nodo es fr�gil, por lo que su transporte y embalaje debe ser cuidadoso. Sus dimensiones var�an: su longitud oscila entre 1 000 y 2 000 mm y su di�metro entre 60 y 100 mm. Son m�s ligeros de peso que los de ferrosilicio.
La salida m�xima de corriente que tienen estos �nodos es de 3 a 4 A por �nodo y su desgaste var�a entre 0.5 y 1 kg/A-a�o.
El de titanio platinado es un �nodo especialmente indicado para instalaciones en agua de mar, aunque tambi�n es perfectamente utilizable en aguas dulces o incluso en suelos. Su caracter�stica m�s relevante es que con peque�os voltajes (12 V) se pueden sacar intensidades elevadas de corriente, y adem�s, su desgaste es apenas perceptible. En el agua de mar tiene, sin embargo, algunas limitaciones con respecto a la tensi�n a la que se puede aplicar, la cual nunca puede pasar de 12 V, ya que las tensiones m�s elevadas podr�an ocasionar que se despegara la capa de �xido de titanio y que, por tanto, se deteriorara el �nodo. En aguas dulces que no tengan cloruros estos �nodos pueden actuar a tensiones de 40-50 V. La salida m�xima de corriente puede ser de 3 000 A/m2, y su desgaste en las condiciones m�s adversas es de 0.01 g/A-a�o.
Su forma es diversa: pueden estar hechos en forma de una barra maciza, de tubo, chapa, alambre, etc. El platinado puede ser continuo o a intervalos, seg�n las necesidades, y los espesores de platino pueden ser de 2.5 y 5 micras. La vida de los �nodos con 2.5 micras de espesor de platino se estima en 10 a�os aproximadamente y los de 5 micras duran entre 20 y 25 a�os.
Su resistencia mec�nica es peque�a, y por simple abrasi�n, como en los casos de buques que naveguen por zonas que tengan arena, puede suceder que el platino desaparezca y quede el �nodo pasivado instant�neamente, y resulte, por tanto, inservible. Es �ste un caso extremo, que no suele suceder, pero al menos se tiene que saber que esto puede pasar.
El �nodo de t�ntalo platinado es semejante al anterior, aunque tiene sobre aqu�l la ventaja de que en agua de mar puede trabajar a tensiones altas (50-60 V); sin embargo, su adquisici�n es menos f�cil y su precio es m�s elevado. Dado que en agua de mar y a voltajes bajos se emplean grandes intensidades de corriente, el uso de este �nodo, en general, no se justifica del todo.
La aleaci�n plomo plata est� constituida por 1% de plata y una peque�a cantidad de antimonio. El per�xido de plomo que se forma al actuar an�dicamente (que tiene el color del cacao) posee unas propiedades mucho m�s elevadas en virtud de los elementos de aleaci�n que se traducen en un mejor funcionamiento y duraci�n del electrodo.
Se utiliza m�s frecuentemente en agua de mar, en donde la corriente m�xima de salida no pueda ser superior a 270 A/m2. Se desgasta entre 50 y 200 g/A-a�o.
Estos �nodos deben presentar una superficie plana, con lo cual se evitan en lo posible las aristas, pues en estas zonas la capa de per�xido de plomo se forma mal o no se forma, por lo que en estos puntos se puede presentar una corrosi�n fuerte.
Titanio-�xido de titanio y �xido de rutenio
Estos �nodos, desarrollados en Estados Unidos en 1968, est�n constituidos por una combinaci�n de �xidos de titanio y de rutenio, que se adhieren a un soporte de titanio, mientras se controla el proceso a alta temperatura (700� C) Como resultado se obtiene una estructura cristalina y dura que presenta una superficie extremadamente rugosa, lo que aminora los problemas de resistencia y facilita el proceso electroqu�mico. Su m�xima capacidad de corriente (1100 A/m2) lo coloca a la altura de los �nodos de titanio platinado, y su costo es, aproximadamente, 20% menor.
�NODOS AUXILIARES: PROPIEDADES
Como se ha visto, los diversos tipos de materiales que se utilizan como �nodos para los sistemas de protecci�n cat�dica con corriente impresa se escogen b�sicamente en funci�n de sus prestaciones necesarias y del medio en que ser�n colocados.
En general, un buen �nodo debe poseer las propiedades siguientes:
b) densidad de corriente erogada elevada,
e) buena resistencia mec�nica, y
f) elevado potencial de ruptura.2![[Nota 2]](../imgs/mcommnt.gif){kind=small}
Los �nodos que se utilizan en la corriente impresa pueden dividirse, en cuanto a su consumo, en: a) �nodos solubles, b) semiinertes y c) inertes. Actualmente se prefieren los inertes ya que, pese a que su costo es m�s alto, tienen las mejores caracter�sticas. En el cuadro 16 se resumen las propiedades principales de los �nodos utilizados en la corriente impresa, clasificados seg�n su consumo. En el mismo cuadro se incluye el medio en el cual pueden utilizarse.
En el suelo o terreno se usa principalmente la aleaci�n Fe-Cr-Si, mientras
que en el agua de mar se tiende a utilizar �nodos inertes del tipo Ti/Pt
o Ti/RuO2 (�nodos dimensionalmente estables,
DSA).
La elecci�n de un �nodo no se hace solamente en base a su consumo o a la densidad de corriente que puede proporcionar; hay que tener en cuenta, adem�s, sus propiedades de resistencia mec�nica, su resistencia a la erosi�n (como en el caso de que sean utilizados en agua de mar, y sobre todo sumergidos en las inmediaciones del mar o en el fondo marino), su facilidad de instalaci�n, el tiempo de sustituci�n e incluso su disponibilidad en el mercado.
En el terreno, los �nodos pueden ser instalados en un lecho de bentonita o polvo de coque, lo cual crea un medio homog�neo, h�medo y de baja resistividad alrededor del �nodo, con lo que se aumenta su di�metro aparente y las dimensiones efectivas del �nodo, y se disminuye de esta forma la resistencia �nodo-suelo, se evitan los problemas de corrosi�n localizada que pueden romper el �nodo y reducir el consumo del material an�dico.
C�LCULO DE LA PROTECCI�N Y DISTRIBUCI�N DE LOS �NODOS
El c�lculo de un sistema de protecci�n cat�dica con corriente impresa es relativamente m�s sencillo que el de �nodos galv�nicos. De hecho, no es necesario optimizar las dimensiones y peso de los �nodos para garantizar por un lado el suministro de la corriente necesaria para la protecci�n, y por el otro la duraci�n de los �nodos elegidos.
Una vez establecida la corriente total de protecci�n, se elige el tipo de �nodo con base en los criterios examinados en el p�rrafo anterior y, teniendo en cuenta la densidad de corriente m�xima que puede suministrar cada �nodo, se determina su n�mero por exceso con respecto al te�rico, para as� poder obtener un mayor grado de confiabilidad.
Todav�a deber� tenerse en cuenta, para lograr una protecci�n lo m�s econ�mica posible, la optimizaci�n del n�mero y dimensiones de los �nodos, en relaci�n con la mayor o menor resistencia total que se determine, lo que se reflejar� en la potencia del generador o fuente de corriente continua y en su costo de instalaci�n.
Para la protecci�n de estructuras ya existentes en agua de mar (por ejemplo la protecci�n de estructuras viejas, protegidas inicialmente con �nodos de sacrificio) la elecci�n de pocos pero potentes �nodos remotos, o al rev�s, de muchos peque�os distribuidos sobre toda la estructura, puede llevar a grandes diferencias en el costo de instalaci�n, todo ello ligado al elevado costo de la instalaci�n submarina de los �nodos. La elecci�n de instalar pocos �nodos resulta sin duda m�s econ�mica, pero en este caso es necesario tener presente que si se instalan pocos �nodos el sistema pierde confiabilidad, pues si uno de los �nodos queda fuera de servicio, esto significar� una p�rdida de protecci�n que puede oscilar entre 50 y 100%, lo cual no sucede cuando se colocan muchos �nodos peque�os distribuidos en toda la estructura.
En la ubicaci�n de los �nodos o del lecho an�dico es muy importante conocer la posici�n de posibles estructuras que pudieran estar presentes en las vecindades, con objeto de evitar fen�menos de interferencia que puedan provocar ataques graves de corrosi�n. Por ejemplo, si se debe proteger una tuber�a que cruza a otra, disponiendo los �nodos como se indica en la figura 21, se interfiere la tuber�a extra�a. �sta, de hecho, representa el "camino" preferible (de menor resistencia) para la corriente suministrada por los �nodos. Aquella zona de la tuber�a extra�a que recibe la corriente queda protegida cat�dicamente, mientras que en aquella de las cual sale la corriente, hay corrosi�n. Como la mayor�a de la tuber�as enterradas, est� adem�s protegida con alg�n tipo de recubrimiento aislante, la corriente est� relacionada con alg�n defecto del recubrimiento, por lo cual la densidad de corriente local puede resultar muy elevada y por ah� producir un ataque particularmente severo.
Figura 21. Ejemplo de interferencia provocada por una tuber�a extra�a situada en la proximidad de una tuber�a protegida cat�dicamente.
VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL M�TODO DE PROTECCI�N CAT�DICA CON CORRIENTE IMPRESA
Las ventajas y desventajas que presenta el m�todo de protecci�n cat�dica por corriente impresa se resumen en el cuadro 17. Esencialmente, se puede decir que este m�todo es m�s conveniente que el de los �nodos de sacrificio, cuando se tratan de proteger estructuras muy grandes o con una gran demanda de corriente y cuando la resistividad del ambiente es elevada, como en el caso de los suelos.
Una gran ventaja de este m�todo es su posibilidad de proteger una gran superficie con un solo �nodo. Por otra parte, tanto la diferencia de potencial como la corriente suministrada son variables y de aqu� se desprende que el sistema presenta una gran flexibilidad operacional.
Este tipo de sistemas debe ser proyectado con cuidado para no causar problemas
de corrientes err�ticas (par�sitas), las cuales pueden provocar la corrosi�n
de estructuras vecinas.
