Procedimiento de Protección Catódica

Procedimiento de Protección Catódica

A).- DEFINICIÓN

La protección catódica se define como “el método de reducir o eliminar la corrosión de un metal, haciendo que, la superficie de este, funcione completamente como cátodo cuando se encuentra sumergido o enterrado en un electrólito”. Esto se logra haciendo que el potencial eléctrico del metal a proteger se vuelva más electronegativo mediante la aplicación de una corriente directa o la unión de un material de sacrificio (comúnmente magnesio, aluminio o zinc). Normalmente, el método es aplicable a estructuras de fierro y acero pero, también, se usa en grado limitado en plomo, aluminio y otros metales.

Se debe recordar que el cátodo es aquel electrodo donde se desarrolla la reacción de reducción y prácticamente no ocurre corrosión alguna. Antes de aplicar la protección catódica, las estructuras corroíbles presentan áreas catódicas y anódicas (estas son aquellas donde la estructura se corroe). Por lo tanto, si todas las áreas anódicas se pudieran convertir en catódicas, la estructura completa funcionaría como un cátodo y la corrosión sería eliminada.

B).- OBJETIVO

Establecer una Norma de Referencia que involucre los criterios, metodologías y requisitos mínimos para aplicarse en el diseño y construcción de los sistemas de protección catódica para tanques de almacenamiento que contengan hidrocarburos.

C).- ALCANCES

El alcance de esta procedimiento, es para el control de corrosión en tanques de almacenamiento que se encuentran en contacto directo con el terreno tanto nuevos como existentes y lo relativo a la protección interior de los mismos, utilizando la técnica de protección catódica.

Los criterios para la aplicación de este procedimiento se mencionan a continuación:

a) cuando el producto contenido es corrosivo.

b) cuando el sistema esté aislado con respecto a otros.

c) compatibilidad con el sistema de recubrimientos.

D).- MATERIALES Y CONTROL DE CALIDAD

Para propósitos de este procedimiento se establecen las definiciones siguientes:

D.1).- ÁNODO.

Es el electrodo de una pila galvánica o celda electroquímica en el cual ocurre el fenómeno de oxidación (material atacado).

D.2).- ÁNODO GALVÁNICO O DE SACRIFICIO.

Elemento emisor de corriente eléctrica con potencial normal de oxidación más electronegativo que el de la estructura por proteger y que al emitir la corriente eléctrica de protección, se consume.

D.3).- CÁTODO.

Es el electrodo de una pila galvánica o celda electroquímica en el que ocurre la reacción de reducción. En un sistema de protección catódica, es la estructura protegida.

D.4).- CORROSIÓN.

Destrucción del metal por la acción química y/o electroquímica de ciertas sustancias.

D.5).- CAJA DE UNIÓN.

Equipo para el monitoreo de diferentes parámetros relativos a la protección catódica de un sistema.

La instalación de la caja unión puede ser entre la cama anódica y el rectificador o entre el cable catódico y el rectificador.

D.6).- ELECTROLITO.

Conductor iónico de corriente eléctrica directa. Se refiere al subsuelo ó al agua en contacto con una estructura metálica enterrada o sumergida.

D.7).- JUNTA DE AISLAMIENTO.

Accesorio constituido de un material aislante eléctrico, que se intercala en un sistema de tubería para separar eléctricamente a la estructura por proteger del resto del sistema.

D.8).- MALLA.

Es un arreglo de ánodos tipo cinta (de mezcla de óxidos metálicos) para un sistema de corriente impresa con una vida de diseño de mínimo 20 años, consistente de ánodos tipo cinta espaciados en forma paralela a una distancia definida por el diseño. Los ánodos son conectados a barras conectoras (normalmente de titanio), distribuidoras de corriente, por medio de soldaduras de baja resistencia, para formar de esta manera una malla.

D.9).- MATERIAL DE RELLENO.

Mezcla de materiales sólidos que envuelven al ánodo para incrementar su conductividad eléctrica en el terreno donde se alojan.

D.10).- POLARIZACIÓN.

Magnitud de la variación de potencial de circuito abierto en un electrodo causado por el paso de corriente eléctrica.

D.11).- PROTECCIÓN CATÓDICA.

Procedimiento eléctrico para proteger las estructuras metálicas enterradas ó sumergidas contra la corrosión, el cual consiste en establecer una diferencia de potencial para que convierta a las estructuras metálicas en cátodo, mediante el paso de corriente eléctrica proveniente del sistema de protección seleccionado.

D.12).- RECTIFICADOR.

Equipo que convierte corriente alterna a corriente directa controlable y que es utilizado como fuente de emisión de esta corriente, para la protección catódica de una estructura por el método de corriente impresa.

D.13).- TANQUE DE ALMACENAMIENTO

Recipiente destinado para el almacenamiento de productos inflamables o combustibles derivados del petróleo.

E).- HERRAMIENTA Y MATERIAL NECESARIO

F).- REQUISITOS DE EJECUCIÓN Y PROCEDIMIENTO CONSTRUCTIVO

F.1.- COMO TRABAJA LA PROTECCIÓN CATÓDICA.

La segunda etapa es para demostrar cómo la aplicación de una corriente directa sobre cualquier estructura metálica corroíble, puede convertirla en un cátodo. Para empezar, en el capítulo I, ha quedado de manifiesta la naturaleza de la corrosión electroquímica y galvánica. Cuando dos metales diferentes A y B se conectan y sumergen en un electrólito, figura 8, se desarrolla un flujo de corriente a través del electrólito y ambos metales; de tal manera que los aniones entran al seno de la solución en el ánodo y al mismo tiempo los electrones se mueven de este electrodo hacia el cátodo a través del conductor metálico. La velocidad o rapidez de la corrosión depende de: la cantidad de corriente que fluye, la fuerza electromotriz total y las resistencias óhmicas y no óhmicas del circuito.

Figura Nº. 9

Existen tres mecanismos mediante los cuales se retarda la corrosión al aplicar la

protección catódica y son los siguientes:

1.- Reducción del potencial de la reacción del metal, de tal manera que el proceso

catódico se desarrolla en todas las áreas del mismo o sea que, se evita la reacción:

Feo------------ Fe++ + 2e

2.- El electrólito adyacente a la superficie del cátodo se vuelve más alcalino debido a las reacciones de reducción del oxígeno y/o los iones hidrógeno; este incremento en el Ph reducirá el gradiente de potencial de la celda de corrosión.

3.- El incremento en el pH, producirá la precipitación de algunas sales insolubles, por

ejemplo; carbonato de calcio (CaCO3) e hidróxido de magnesio, Mg(OH)2, que se depositan sobre el metal produciendo una incrustación calcárea que lo protege.

La fuerza electromotriz puede ser suministrada por un metal más electronegativo que el metal a proteger (figura 9) o bien, mediante una fuente externa y un electrodo auxiliar que puede ser o no metálico (figura 10), puesto que lo único que se requiere es que conduzca fácilmente los electrones y que el potencial impreso sea capaz de desarrollar la reacción anódica sobre su superficie.

Figura Nº. 10

Estos principios de la protección catódica se ilustran mediante el uso de circuitos eléctricos equivalentes. El método presenta limitaciones considerables pero es útil para la demostración de ciertos aspectos de la teoría.

En la interfase metal / electrólito existe una fuerza electromotriz (voltaje) y cuando la

corriente fluye, aquella cambia de tal manera, que con bastante aproximación se puede representar al metal y al electrólito como una resistencia en serie con una fuente de fuerza electromotriz.

En la figura 11, ambos circuitos representan una celda de corrosión, en donde Ec y Rc

son la FEM y la resistencia en el cátodo respectivamente, Ea y Ra son la FEM y la

resistencia en el ánodo, eI es el flujo de corriente que pasa por el circuito, por ejemplo; la corriente de corrosión.

I= Ea – Ec

Ra + Rc

Figura Nº. 11

Esto desde luego,(*2) suponiendo una resistencia de valor cero para el electrólito. Si

además, se introduce un metal más electronegativo dentro del electrólito con el objeto

de tener un sistema de protección catódica, el nuevo circuito se puede representar como se muestra en la figura 12, en la que Ep y Rp son la FEM y la resistencia del electrodo auxiliar.

Con el arreglo anterior, se puede ver que el flujo de corriente proveniente del ánodo, se disminuye (I – I’), mientras que en el cátodo se incrementa.

La corrosión cesará cuando no salga corriente alguna del ánodo (I – I’ = 0), y cuando

esto ocurre, el potencial a través de Ra es cero y dado que el potencial entre X y Y debe ser igual, se tiene:

Ea = Ec + Rc (I + I’)

Figura Nº. 12

Esto quiere decir,(*2) que la condición para que exista protección es que debe fluir

suficiente corriente al sistema o estructura hasta llegar al potencial de polarización del

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