Protección Catódica en estructuras e instalaciones

Humphry Davy (1778-1829). Este químico británico fue pionero en el uso del desplazamiento electroquímico para proteger los fondos de los barcos de la corrosión que provocaba el agua de mar. Lo hizo añadiendo lo que hoy conocemos como ánodos de sacrificio. Mediante la aplicación de planchas de zinc (más electropositivas que el metal del casco) consiguió que fueran estas planchas las que se corroyeran. A esto lo denominamos protección catódica. No tuvo mucho éxito en el campo náutico el descubrimiento de Davy porque estas planchas atraían a los percebes (incluso ridiculizaron su descubrimiento) sin embargo hoy en día es múltiple el uso de la protección catódica: barcos, material militar, estructuras, etc.

La corrosión es un fenómeno electroquímico que para existir requiere la concurrencia de tres factores: ánodo, cátodo, y un electrolito que una o contenga ambos elementos. El conjunto es lo que denominamos pila de corrosión. La electronegatividad es la medida de la capacidad de un átomo para atraer hacia él los electrones cuando forma un enlace en una molécula.

El ánodo corresponde a la zona metálica más electronegativa. De ella sale la corriente por el electrolito, provocando su corrosión. El cátodo corresponde a la zona metálica más electropositiva. En ella entra la corriente del electrolito, permaneciendo inalterada. El electrolito actúa como conductor de corriente.

Si utilizamos un metal que sea más electronegativo que el potencial de las zonas anódicas del metal que queremos proteger y lo unimos metálicamente (eléctricamente) formamos una pila en la que la nueva zona anódica es el metal por nosotros elegido y en el que se produce la corrosión. Esto se denomina pila galvánica, y gracias a ella contamos con las baterías.

De esta forma hemos creado una pila galvánica cuyo ánodo (zona de corrosión) es la elegida previamente, mientras que el resto de superficie forma la zona catódica que permanece inalterable o protegida. El metal elegido se va deteriorando o sacrificando en beneficio de la estructura a proteger (ánodo de sacrificio).

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En la actualidad se utilizan los siguientes métodos de Protección Catódica para una estructura o instalación:

Protección catódica galvánica:

Es la que conocemos como protección mediante ánodo de sacrificio o galvánico. Este ánodo se fabrica con tres metales característicos: zinc (Zn), magnesio (Mg), aluminio (Al) o con aleaciones del mismo material. En la siguiente tabla se incluyen los potenciales de electronegatividad de los metales y aleaciones más corrientes. 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)

Lista de electronegatividad de metales más comunes.

Así, por ejemplo, el acero será anódico con relación al cobre y catódico respecto al zinc o el aluminio.

Los ánodos galvánicos se eligen para tener una tensión más “activa” (potencial electroquímico más negativo) que el metal de la estructura (en general acero). El ánodo galvánico se corroe hasta consumirse, por lo que finalmente debe reemplazarse. La polarización es causada por el flujo de electrones del 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.

La protección catódica de armaduras en estructuras de hormigón armado se recoge en la instrucción EHE (apartado 2.7 el artículo 37: “Durabilidad del hormigón y de las armaduras” “37.2.7 Medidas especiales de protección”) en la que nos dirige a la norma UNE-EN 12696:2001 “Protección catódica del acero en el hormigón”.

Un sistema global de protección catódica en una estructura requiere que las armaduras a proteger tengan continuidad eléctrica.

Cuando se trata de aceros de alta resistencia, pretensados o postensados, se puede dar el fenómeno de fragilización por hidrógeno. La fragilización por hidrógeno es causada por las moléculas de hidrógeno que se generan junto al acero en las reacciones catódicas y que penetran entre las partículas del acero. Se tratará este tema en una entrada posterior.

Protección catódica por corriente forzada.

En el caso de estructuras de mayor envergadura los ánodos galvánicos pueden no suministrar suficiente corriente para proporcionar una protección completa, de ahí que se emplee la protección de corriente catódica forzada, que utiliza un sistema de ánodos conectados a un rectificador de protección catódica. Se utilizan corrientes de 24 V como medio de seguridad ante electrocuciones. La emisión de corriente no es continua y requiere de regularización mediante sistema de apagado/encendido especialmente en el primer año de vida de la estructura o instalación.

Galvanización.

Es el método más usado y consiste en el revestimiento del metal con una capa de zinc, bien sea mediante inmersión en caliente o por proceso electroquímico en frio. Esta técnica combina las propiedades de la barrera física que crea la capa de revestimiento con algunos de los beneficios de la protección catódica. Si la capa de zinc se daña localmente el acero quedará expuesto, pero el recubrimiento de zinc formará una pila galvánica con el acero expuesto (actuará como ánodo de sacrificio) protegiéndolo de la corrosión.

Corriente impresa.

Mediante mallas de alambre de titanio recubiertas de oxido de metales nobles por las que se hacen circular corrientes de baja intensidad. Estas mallas se adhieren al soporte mediante morteros de reparación (si la calidad del soporte lo permite) El mortero debe cubrir la malla completamente. La distancia mínima entre las mallas y las armaduras debe ser de 15 mm.

Ánodos discretos.

Debido a su elevado coste este sistema solo se utiliza cuando se trata de proteger estructuras en las que la corrosión ha penetrado en las armaduras del hormigón por la zona que no nos es accesible como en el caso del trasdós de muros de contención o pantallas.

Se ejecuta mediante ánodos en forma de tubos o varillas de titanio activado con platino, o con mezcla de óxidos, que se insertan en el hormigón entre las armaduras. Como la geometría de las piezas estructurales limita el tamaño de los ánodos, se cuenta con poca superficie de contacto y con una deficiente distribución de la corriente, lo que obliga a instalar un gran número de ánodos que deben colocarse con un mortero conductor.

Por la dificultad de distribución de la corriente, donde se produzcan picos de intensidad pueden producirse gases indeseables. Si el ánodo está colocado superficialmente no existe riesgo, pero en el caso de instalación profunda es necesaria la instalación de conductos de emisión.

Por recubrimiento.

Son tratamientos superficiales de menor duración efectiva que los anteriores. Destacamos lo siguientes:

* Revestimientos de morteros con contenido de carbón o grafito granulado.

* Revestimiento de mortero con contenidos en fibras de grafito revestidas con níquel.

* Recubrimientos orgánicos. Requieren de un escaso espesor de capa entre 0,25 y 0,5 mm.

*Recubrimientos metálicos. Obtenidos por proyección de zinc sobre el hormigón precalentado. Capa entre 0,1 y 0.20 mm.

Reglamentación de los sistemas de protección catódica:

REAL DECRETO 919/2006, de 28 de julio “Reglamento técnico de distribución y utilización de combustibles gaseosos y sus instrucciones técnicas complementaria ICG 01 a 11”

UNE 109.502-96 Instalación de tanques de acero aéreos o en fosa para almacenamiento de carburantes y combustibles líquidos.

Instrucción MI-IPO1. “Refinerías”, Enero de 1995.

Instrucción MI-IPO2 “Parques de almacenamiento de líquidos petrolíferos”, Agosto de 1998.

Instrucción MI-IPO3 “Instalaciones de almacenamiento para su consumo en la propia instalación”, Octubre de 1999.

Instrucción MI-IPO4 “Instalaciones para suministro a vehículos”, Octubre de 1999.

Real Decreto 865:2003 sobre prevención de la legionella y el Real Decreto 140/2003 sobre calidad del agua de consumo humano. (En relación con la corrosión y protección de los grandes acumuladores de ACS)

UNE-EN 12954:2002: Protección catódica de estructuras enterradas o sumergidas (se sustituirá por la norma ISO CEN-pr15589-1)

UNE-EN 13509:2003: Técnicas de medida en Protección catódica.

UNE-EN 13636 V.2:2006: Protección catódica de tanques metálicos enterrados y de las tuberías asociadas.

UNE-EN 14505:2006: Protección catódica de estructuras complejas.

CEN/TS 15280 IN:2006: Evaluación del riesgo de corrosión por corrientes alternas de las tuberías enterradas. (se sustituirá por la norma pr-EN 15280)

UNE-EN 15112:2008: Protección catódica externa de entubados de pozos.

PNE-prEN 16299 Protección catódica de las superficies externas de las bases de tanques de almacenamiento en contacto con el suelo.

UNE-EN 12696 “Protección catódica del acero en hormigón” (Parte 2 “protección catódica de estructuras de hormigón armado enterrado o sumergido” cancelada y actualizada finalmente en 2011)

UNE-EN 12473: Principios generales de la protección catódica en agua de mar.

UNE-EN 12474: Protección catódica de tuberías submarinas.

UNE-EN 12495: Protección catódica para estructuras fijas de acero.

UNE-EN 13173: Protección catódica de estructuras marítimas flotantes de acero.

UNE-EN 13174: Protección catódica de instalaciones portuarias.

prEN 12622: Protección catódica de cascos de barcos.

prEN 12496: Ánodos galvánicos para protección catódica en agua de mar.

UNE-EN 12499: Protección catódica interna de estructuras metálicas.

UNE-EN 15257:2008: “Protección catódica. Niveles de competencia y certificación del personal de protección catódica”.

UNE-EN-12068: “Protección catódica. Recubrimientos orgánicos exteriores para la protección contra la corrosión de tubos de acero enterrados o sumergidos, empleados en conjunción con la protección catódica. Cintas y materiales retráctiles”.

UNE-EN-50122-2:1999: “Aplicaciones ferroviarias. Instalaciones fijas. Parte 2 -Medidas de protección contra los efectos de las corrientes vagabundas producidas por los sistemas de tracción de corriente continua” (Corrección en 2002).

UNE-EN 50162:2005: “Protección contra la corrosión por corrientes vagabundas de sistemas de corriente continua”.

UNE-EN 14095: “Equipos de acondicionamiento de agua en el interior de edificios. Sistemas de tratamiento electrolítico con ánodos de aluminio. Requisitos de funcionamiento, seguridad y ensayos”.

UNE 112076: “Prevención de la corrosión en circuitos de agua”.

Autor fotografía: Josh en nl.wikipedia bajo licencia GNU Free Documentation en http://es.wikipedia.org/
Referencias bibliográficas (10,11,12 y 13)

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