Fundamentos de la electricidad

En la electricidad existen los conductores que son los que se encargan de la conductividad de la carga eléctrica que tenga cierto elemento, estos a su vez se dividen en 3:

Conductores de primer orden: son aquellos que conducen electricidad a partir de los electrones (metales).

Conductores de segundo orden: es aquella que conduce electricidad a través de los iones (electrolíticas), como lo son las sales acuosas.

Conductores de tercer orden o mixtas: estos tipos son semi-conductores, poseen conductividad tanto iónica como eléctrica, como los óxidos metálicos y algunos metales como el Ge, Si.

También existen materiales aislantes, estos materiales son mas bien elementos con gran dificultad para producir carga eléctrica.

Para medir un circuito de corriente eléctrica se debe tomar en cuenta lo siguiente:

Corriente eléctrica se mide en Amperes. La fuerza electromotriz o de potencial en Volts. La resistencia en Ohms.

Electrodos de referencia

Los procesos que tienen lugar en la interface metal-solución de cualquier metal en contacto con un electrolito no se puede medir de manera absoluta ya que el metal tiende a disolverse, con lo que queda cargado negativamente, y por otro lado a que los iones del electrolito se depositen sobre el metal.

Se ha creado entonces una diferencia de potencial, para medirla se adoptó un electrodo patrón (que es el electrodo normal de Hidrógeno) que consta de una lámina de platino-platinado, en la cual se hace burbujear hidrógeno gas a una presión de una atmósfera, sumergida en una solución ácida, cuya actividad de iones es la unidad.

Como electrodos de referencia se utilizan: Electrodo de Calomelanos, electrodo de plata/cloruro de Plata (Ag/agcl), electrodo de Zinc (Zn), electrodo de Cobre/ sulfato de cobre (Cu/ cuso4).

Corrosión electroquímica

Si una celda electroquímica produce energía eléctrica, causada por el consumo de energía química tenemos una celda galvánica o pila. Si la celda consume corriente externa, almacenando energía química tenemos una celda electrolítica. Una celda

de corrosión es una celda en la cual las reacciones electroquímicas conducen a la corrosión.

El ánodo es el electrodo a través del cual la corriente positiva pasa hacia el electrolito. El cátodo es el electrodo en el cual entra la corriente positiva proveniente del electrolito.

Para intentar parar la corrosión se usan los métodos electroquímicos, pero requieren de un cambio en el potencial del metal y que disminuya su disolución. Los sistemas de protección contra la corrosión están basados en la eliminación de los ánodos, cátodos y electrolitos para hacerlos inoperables.

Protección anódica con ánodos galvánicos

Se le atribuye a Davy la paternidad del descubrimiento de la protección catódica. La realización de la protección con ánodos de sacrificio o galvánicos se lleva a cabo con tres metales característicos: zinc (Zn), Magnesio (Mg), Aluminio (Al) y sus aleaciones.

Las cuatro propiedades que permiten apreciar el valor de un metal o aleación para ser utilizado como ánodo de sacrificio son: El potencial de disolución, el rendimiento de corriente, la polarizabilidad y la homogeneidad en la corrosión del ánodo.

La protección con ánodos de sacrificio puede utilizarse cuando se requiere de una corriente pequeña y la resistividad del medio agresivo es baja.

Protección catódica por corriente impresa.

Se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la protección de una estructura. Este sistema de protección tiene la característica de que utiliza como ánodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metálicos que en menor o mayor grado se consumen con el paso de la corriente.

Los electrodos utilizados son: ferro silicio, grafito, titanio platinado, tántalo platinado, plomo-plata, titanio-óxido de titanio y óxido de rutenio.

Para considerar un ánodo como auxiliar debe reunir ciertas propiedades:

Bajo consumo, densidad de corriente erogada elevada, pequeñas dimensiones, baja resistividad, buena resistencia mecánica, y elevado potencial de ruptura.

Los ánodos utilizados en la corriente impresa se dividen de acuerdo a su consumo en: Ánodos solubles, semi-inertes e inertes.

Cálculo de la protección y distribución de los ánodos.

El cálculo de un sistema de protección catódica con corriente impresa es sencillo con respecto a los ánodos galvánicos, pues una vez establecida la corriente total de protección, se elige el tipo de ánodo y teniendo en cuenta la densidad de corriente máxima se puede suministrar cada ánodo.

La ventaja más importante de este método es su posibilidad de proteger una superficie con un solo ánodo, sin embargo este sistema debe ser proyectado con cuidado para no causar problemas de corrientes erráticas, las cuales pueden provocar la corrosión en estructuras vecinas.

El potencial de protección puede definirse como aquel en el cual cualquier aumento del grado de protección implica poco costo, ligado directa o indirectamente al aumento de la corrosión necesaria, con la ventaja de que se deriva de la consecuente disminución de la velocidad de corrosión.

Cuando se trata de medir el potencial de una tubería enterrada se toma el electrodo de Cu/CuSO como referencia.

La protección catódica en instalaciones marinas es imprescindible para el mantenimiento de estas estructuras, dada la agresividad de del mar. La medida de la estructura protegida busca:

1.- La medición del potencial de la estructura protegida para verificar el criterio termodinámico.

2.- La medición del potencial de algunos ánodos de sacrificio representativos, para verificar su buen comportamiento.

Corrosión en los suelos

El suelo generalmente es un medio heterogéneo en donde se dan muchas variaciones en la velocidad de corrosión de los metales. La velocidad de corrosión está ligada a la resistividad del terreno.

La resistividad de un terreno depende, en particular, de su estructura, de las dimensiones de sus partículas constituyentes, de su porosidad y permeabilidad, de la humedad y de su contenido de iones.

En lo que se refiere a la acidez, los suelos muy ácidos pueden motivar una rápida corrosión del metal al desnudo, y la agresividad del suelo aumenta.

En cualquier electrolito que sea homogéneo existen diferencias en la concentración de aire disuelto, está por lo tanto es una causa de corrosión.

La corrosión galvánica tiene lugar cuando se ponen en contacto dos metales diferentes. Se puede incluir a este tipo de corrosión el caso de la asociación de un conducto viejo y oxidado con un conducto nuevo. Para determinar si puede utilizarse la protección catódica para prevenir la corrosión de una estructura enterrada, se debe conocer en primer lugar, como medir la resistividad del suelo o terreno.

Algunas aplicaciones prácticas

La selección del tipo de protección catódica para usar una determinada estructura depende de consideraciones técnicas y económicas, además de analizar las ventajas y desventajas de los sistemas de protección catódica.

La corriente impresa es recomendable en estructuras que puedan presentar problemas de corrientes parásitas o vagabundas, ya que permite su control.

La protección de estructuras enterradas es el normal cálculo para un sistema de corriente impresa, pero en el caso de los ánodos de sacrificio se procede al revés, debido a la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo.

En la protección de los tanques de almacenamiento resulta un problema porque la difusión de corriente aumenta considerablemente la dificultad de protección.

En cuanto a lo relativo a la protección de tuberías enterradas de gran longitud, oleoductos y gasoductos, se debe primero reconocer el trazado del terreno tomando las medidas de las resistividades y revisando el suministro de energía eléctrica