I. TITULO: CELDAS GALVANICAS

II. OBJETIVOS

Construir y verificar el proceso de una celdas galvánicas Medir el potencial eléctrico de celda galvánica Medir el electrodo anódico y catódico que se encuentran en la celada

galvánica. III. FUNDAMENTO TEORICO

Protección catódica:

Ánodos de sacrificio en el buque y el timón de codast de un barco

La protección catódica (CP) , es una técnica para controlar la corrosión galvánica de una superficie

de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda electroquímica.1 El método más sencillo de

aplicar la CP es mediante la conexión del metal a proteger con otro metal más fácilmente de

corroer al actuar como ánodo de una celda electroquímica. Los sistemas de protección catódica

son los que se usan más comúnmente para proteger acero, el agua o de combustible el transporte

por tuberías y tanques de almacenamiento, barcos, o una plataforma petrolífera tanto mar

adentro como en tierra firme.

La protección catódica (CP) puede, en bastantes casos, impedir la corrosión galvánica.

Electrodo de referencia:

El electrodo de referencia es un electrodo que tiene un potencial de equilibrio estable y conocido. Es utilizado para medir el potencial contra otros electrodos en una celda electroquímica. El potencial de unión líquida en estos electrodos es minimizado por el uso de altas concentraciones de cloruro de potasio como solución de llenado, debido a que la velocidad de difusión de estos iones son muy similares.

En potenciómetro es una semicelda que tiene un potencial de electrodo Eref exactamente conocido e independientemente de la concentración del analito o de los iones contenidos en la solución que se analiza. Aunque este electrodo puede ser un electrodo normal de hidrógeno, este casi no se usa porque su aplicación y mantenimiento son complicados. Por convención, en las mediciones potenciométricas siempre se maneja el electrodo de referencia igual que el ánodo (electrodo derecho). Los electrodos que se emplean en potenciometría tienen una respuesta muy selectiva hacia los análisis.

Existen tres tipos básicos de células/electrodos de referencia para el empleo con los equipos y Sistemas de ensayo de Protección Catódica, estos son:

Cobre / Sulfato de Cobre (Cu/CuSO4) Plata / Cloruro de Plata (Ag/AgCl) Zinc (Zn)

Cada tipo ha sido especialmente diseñado para las medidas de potencial superficial, en situaciones medioambientales concretas. Es recomendable que para cada aplicación se emplee el tipo adecuado de forma que se garanticen unas lecturas correctas.

cobre/Sulfato de Cobre (Portátil)

La célula de referencia de Cobre/Sulfato de Cobre es aceptada de forma standard para la medida de potenciales superficiales de instalaciones en terrenos y puede ser empleado con cualquier voltímetro portátil (de los empleados en Protección Catódica) con tal que éste disponga de alta impedancia (resistencia interna). El electrodo de referencia se suministra normalmente sin cable de conexión aunque a petición del cliente puede suministrarse con cualquier longitud de cable.

Figura N° 1

Cobre/Sulfato de Cobre (Permanente)

Figura N° 2

La célula de referencia está formado por un contenedor cilíndrico hecho a mano de terracota, conteniendo en su interior cristales de Sulfato de Cobre y electrodo de Cobre. Su diseño de características semi-permeables aseguran una excelente conexión en la interfase entre el electrodo y el terreno en la mayoría de las condiciones. En condiciones de resistívidad extremadamente elevada, se recomienda emplear relleno de baja resistívidad para facilitar la fiabilidad de las lecturas.

Plata/Cloruro de Plata (Portátil)

El electrodo standard de Plata/Cloruro de Plata está diseñado para medidas de alta fiabilidad en potenciales superficiales y electrolitos acuosos. El electrodo standard se suministra con 10 m. de cable, aunque a petición del cliente puede suministrarse con cualquier longitud de cable.

Figura N° 3

Plata/Cloruro de Plata en alojamiento de acero

Figura N° 4

Esta célula de referencia cubre las mismas funciones que la célula standard, pero ha sido adaptada para ser empleada en sistemas de circulación de agua, alojando la célula en un soporte de acero de forma que pueda ser fijada permanentemente a la instalación de Protección Catódica, tales como en Centrales Térmicas. Ello dará unas medidas muy fiables y control permanente del potencial superficial para instalaciones automáticas de Protección Catódica.

Electrodo permanente de Zinc

Este electrodo incorpora el empleo de un redondo de Zinc de Alta Pureza y montado sobre un soporte de acero análogo al de la célula de referencia permanente de Plata / Cloruro de Plata. Además de ser adecuada para la comprobación de los potenciales de superficie en circuitos de agua en circulación, puede adaptarse para su empleo en instalaciones OFF-SHORE, en Plataformas y Jetties.

Figura N° 5

Las Celdas galvánicas:

Es un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente electrica) puede ser utilizado.

En la siguiente figura, se muestran los componentes fundamentales de una celda galvánica o voltaica:

Una celda galvánica, también llamada una celda voltaica, es un término técnico para lo que comúnmente se conoce como baterías. La característica definitoria de una celda galvánica es que utiliza una reacción química para producir corriente eléctrica.UsosSe le acredita a Alessandro Volta el descubrimiento de que la electricidad puede producirse inorgánicamente y la construcción de la primera batería alrededor del año 1800, según funsci.com.

La estructura básica de una célula galvánica es que posea un ánodo (carga negativa) conectado a un tipo de metal y un cátodo (carga positiva) conectado a otro. Los metales con ánodos o cátodos, como el zinc y el cobre por ejemplo, están inmersos en una solución electrolítica (sales o ácidos, generalmente).

Una celda galvánica trabaja mediante una reacción de oxidación-reducción (redox) en la que el anión del metal pierde electrones (oxidación) y el catión del metal gana electrones (reducción), según informa la Universidad de Waterloo. Este movimiento de electrones a través de un circuito desde el ánodo hasta el cátodo es la corriente eléctrica.

Los tipos comunes de celdas galvánicas que se encuentran a disposición inmediata del público incluyen baterías alcalinas AAA, AA, C, D y de 9 voltios. Michael Bluejay remarca que las baterías alcalinas ya no contienen mercurio y se pueden desechar en la basura sin peligro alguno.

Las celdas galvánicas son ampliamente utilizadas en equipos electrónicos como radioteléfonos, reproductores de CD portátiles, linternas y control remotos.

Tipos de celda galvánica:

Celda de concentración:

Una célula de concentración o pila de concentración es una celda electroquímica que tiene dos semi celdas equivalentes del mismo electrolito, que sólo difieren en las concentraciones.1 Se puede calcular el potencial desarrollado por dicha pila usando la ecuación de Nernst. Una célula de concentración producirá una tensión o voltaje en su intento de alcanzar el equilibrio, que se produce cuando la concentración en las dos semipilas son iguales.

Los métodos de análisis químicos mediante celdas de concentración comparan una disolución de concentración conocida con una desconocida, y determinan la concentración de la desconocida a través de la ecuación de Nernst o mediante tablas de comparación frente a un grupo de electrodos de referencia.

La corrosión galvánica por celdas de concentración ocurre cuando hay dos o más áreas de una superficie de metal que están en contacto con diferentes concentraciones de la misma disolución. Hay tres tipos generales de corrosión por celdas de concentración.

punto donde no se permite que el oxígeno del aire difunda de forma uniforme en la disolución, creando así una diferencia en la concentración de oxígeno entre dos puntos. La corrosión se producirá en el área de baja concentración de oxígeno que será anódica.

Células activo-pasivo :

Es una celda de concentración donde el ánodo es un metal en estado activo, y el cátodo es ese mismo metal en estado pasivo.3 Para los metales cuya protección contra la corrosión dependen de que una capa pasiva esté adherida fuertemente (normalmente un óxido) a la superficie, la sal que se deposita sobre la superficie del metal en presencia de agua, en zonas donde se rompe la capa pasiva, el metal activo que hay debajo de la película será expuesto al ataque corrosivo. Un potencial eléctrico se desarrollará entre el área grande del cátodo (capa pasiva) y el área pequeña del metal del ánodo (activo). El resultado será la rápida picadura del metal activo.

Células de concentración de iones metálicos :

En presencia de agua, una alta concentración de iones de metal existirán en las superficies de contacto, y una baja concentración de iones de metal existirán junto a la grieta creada por las superficies de contacto. Un potencial eléctrico existirá entre los dos puntos. El área del metal en contacto con la alta concentración de iones metálicos será catódica y será protegida de la corrosión, y el área de metal en contacto con la baja concentración de iones metálicos será anódica y será corroída.3

Células de concentración de oxígeno o pilas de aireación diferencial

El agua en contacto con la superficie del metal normalmente contiene oxígeno disuelto. Una celda de oxígeno se puede desarrollar en cualquier medio o metal .

Célula electrolítica

Cuba electrolítica, mostrando los electrodos y la fuente de alimentaciónque genera la corriente eléctrica.

Se denomina celda electrolítica al dispositivo utilizado para la descomposición mediante corriente eléctrica de sustancias ionizadas denominadas electrolitos.

Los electrolitos pueden ser ácidos, bases o sales.

Al proceso de disociación o descomposición realizado en la célula electrolítica se le llama electrólisis.

En la electrólisis se pueden distinguir tres fases:

Ionización - Es una fase previa antes de la aplicación de la corriente y para efectuar la sustancia a descomponer ha de estar ionizada, lo que se consigue disolviéndola o fundiéndola.

Orientación - En esta fase, una vez aplicada la corriente los iones se dirigen, según su carga eléctrica, hacia los polos (+) ó (-) correspondiente

Descarga - Los iones negativos o aniones ceden electrones al ánodo (-) y los iones positivos o cationes toman electrones del cátodo (+).

Para que los iones tengan bastante movilidad, la electrólisis se suele llevar a cabo en disolución o en sales. Salvo en casos como la síntesis directa del hipoclorito sódico los electrodos se separan por un diafragma para evitar la reacción de los productos formados.

Para la síntesis de la sosa también se ha empleado un cátodo de mercurio. Este disuelve el sodio metal en forma de amalgama y es separado así.

Tabla de potenciales de metales:

IV. EQUIPOS, MATERIALES E INTRUMENTOS

Equipos:

- Multitester digital PREISER PREMIUM, serie PR – 301.

- Conectores (cocodrilos)

Herramientas:

- 1vaso de precipitación de 400 ml de capacidad.

- Probeta graduada de 100 ml/1 ml.

- Espátula de metal.

- 2 depositos de vidrio

Materiales:

- Placas de metales y aleaciones: Cobre, Acero Inoxidable, Zinc,

Latón, Aluminio, Plata, Grafito, magnesio

- Cubeta de Plástico

- Agua de caño y destilada

- 100 gramos de NaCl (sal)

- Lijas Nº 100, 150, 220 y 320 de fierro

- 2 depósitos de vidrio con capacidad mayor a medio litro

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Lavamos los materiales con agua destilada para mejores resultados. Lijamos las probetas para quitar la capa corrosiva del material. Creamos nuestra solución saturada de cloruro de sodio al 3% y agua destilada

500 ml. Colocamos las probetas dentro de nuestra solución saturada y medimos los

potenciales con un multitester. Introducimos oxigeno en la solución para crear otro ambiento corrosivo ya sea

como variando la temperatura o variando la concentración.

VI. RESULTADOS1. Identificación de Ánodo – Cátodo

Tabla N° 1

Nº Probeta

Electrodo de Ánodo

Metal Cu (en 20 seg)(mmv)

1 Acero Inox. 32 Zn -1543 Latón -224 Al -5275 Ag 1126 Mg -5027 Grafito 2928 Fe -267

Tabla Nº 02 Nº

ProbetaElectrodo Anodo

(Fe en 20 seg)Metal (mmv)

1 Cu -1652 Acero Inox 1733 Zn 2964 Latón -2545 Al 3016 Ag -3158 Grafito -5489 Mg 224

Tabla Nº 03

Nº Probeta

Electrodo Anodo(Zn en 20 seg)

Metal (mmv)1 Cu 5392 Acero Inox 5973 Fe 2814 Latón 5185 Al 4396 Ag 6458 Grafito 8379 Mg 29

Como se pudo observar los resultados son muy variables debido a que en los primeros 30 seg el flujo de electrones sigue perenne.

2. Construcción de celdas galvánicas

2.1. Diferente concentración de solución (2% NaOH)

V = 0.16mmv

2% NaOH 0.1% NaOH

2.2. Misma concentración de solucion (2% NaOH)

Metal / E(V)Concentración de

NaClCon Aire insuflado

Sin Aireinsuflado

Temperatura

0.1 % 2 % 25ºC 50ºC

Acero Inoxidable

Cátodo Ánodo Ánodo Cátodo Cátodo Ánodo

∆E (V) 0.16 V 16mV 44mV

V = 16 mmv

2% NaOH 2% NaOH

2.3. Misma concentración (2% NaOH) y diferente temperatura

V = 44 mmv

2% NaOH 2% NaOH T1 = 18 °C T2 = 50°C

VII. DISCUSION DE RESULTADOS

A: Fe→Fe2+¿+2e¿; E° = -0.44 V

2Na→2Na+¿¿+2e ; E° = -2.714 V

C: O2+2H 2O+4 e→4OH−¿ ¿ E° = 0.401 V

Fe+2Na+O2+2H2O+4 e→Fe2+¿+2Na+¿+4OH−¿+ 4e ¿¿ ¿ ; E°R = 3.555V

I.1 A diferente concentración de NaCl

La primera solución es al 0.1 %

0.1 % NaCl = 0.3 g de NaCl

Primero calculamos las concentraciones del ion sodio:¿Luego calculamos el potencial aplicando la fórmula de nertz :

E=3.555−0.01446 ¿

Segunda solución al 2%Igual mente como en el paso anterior calculamos las concentraciones del sodio

2 % NaCl = 6 g de NaCl

¿Aplicamos la ecuación de nertz

E=3.555−0.01446 ¿

Pues bien se sabe que la corrosión depende de la concentración del medio , mientras más concentración tenga más rápida será la corrosión y en este caso no

va hacer la excepción se pudo apreciar que nuestro potencial ∆E (V) nos dio positivo cuando colocamos el cable negro en la placa metálica sumergida en la solución de mayor concentración de NaCl(cloruro de sodio).

I.2 A diferente concentración de Oxigeno

Con Aire insuflado: es otro medio de acelerar la corrosión por los iones oxigeno

[O2 ]+[O2 ]Aire= [O2 ]maxima

ecuaciondenertz

E°= 3.55 del O2

E=3.555−0.01446 ¿

Sin Aire Insuflado

E=3.555−0.01446 ¿

la concentración oxigeno afecta la velocidad de corrosión del metal, es un incremento directamente proporcional ya que aumenta el oxígeno aumenta la velocidad de corrosión en nuestro caso se cumple eso ya que al insuflar aire en una de las soluciones a las mismas concentraciones, resulto que se oxidaba al

darnos un ∆E (V) positivo cuando colocamos el cable negro en la solución con la placa metálica donde se le estaba insuflando aire en la concetracion .

I.3 A diferente Temperatura

Calentado a 20°C

E=3.555−0.01446 ¿

Calentado a 50°C

E=3.555−0.01594 ¿

la Temperatura afecta la velocidad de corrosión es simple darse cuenta de eso en la ecuación de nertz , mientras más temperatura tenga el electrolito se acelera la corrosión llevamos a unas de la temperatura fuimos de 25 a 50°C resulto que se

oxidaba al darnos un ∆E (V) positivo cuando medimos el potencial con la ayuda del multitester

VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Que al ver mayor proporción de sodio en la solución afecta

drásticamente la velocidad de corrosión y el potencial medido. En el ambiente se encuentra h2o y o2 al tener mayor porcentaje

de o2 los iones oxigeno aceleran la oxidación al combertirse en oxido ferroso.

En el caso de la temperatura a mayor temperatura los electrones se sienten en estado excitado y eso genera mas perdida de electrones o también flujo de electrones con otro metal o el medio.

Recomendación :

Se recomienda que la áreas de las probetas lijar moderadamente sin malograr la probeta .

Las probetas deben ser materiales puro y en caso de aleaciones un porcentaje adecuado.

La presión juega un papel importante y eso no se tomó en cuenta.

Al hacer la lectura no introducir a la solución la placa junto con el cocodrilo (sujetador de placa) eso modificaría los datos.

IX. BIBLIOGRAFIA

Protección catódica:

http://www.wilsonwalton.es/hts/Tf-2.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Protecci%C3%B3n_cat%C3%B3dica

http://members.tripod.com/~lizgarcia_2/catodica.html

ecuación de nertz :

http://es.wikipedia.org/wiki/Ecuaci%C3%B3n_de_Nernst

http://quimica.laguia2000.com/ecuaciones-quimicas/ecuacion-de-nernst

Celda Galvánica

http://www.voltimum.es/search/tabla+de+potencial+electroquimico+de+los+metales.html http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080621115159AAXqqJf http://www.construmatica.com/construpedia/El_Zinc_como_Metal_Protector http://es.wikipedia.org/wiki/Electroqu%C3%ADmica

X. ANEXOS

P R O T E C C I Ó N C A T Ó D I C A P O R C O R R I E N T E I M P R E S A

EL SISTEMA de protección catódica con corriente impresa se llevó a cabo aproximadamente cien años después que el de ánodos galvánicos. En este sistema de protección catódica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la protección de una estructura, como se indicó en la figura 12.

Este procedimiento caaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaaonsiste en unir eléctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo negativo de una fuente de alimentación 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, aleación 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 electrolítico.

Este sistema de protección catódica tiene la característica de que utiliza como ánodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metálicos 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 través de

reacciones electroquímicas, las cuales dependen tanto del material anódico, como del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que éste suministra.

Por ejemplo, en el caso de un ánodo de chatarra de hierro o de acero al carbono, la reacción electródica es la de disolución del hierro:

Fe Fe2+ + 2e- (1)

y por tanto, el ánodo se consume con el tiempo. Para aquellos ánodos que se pueden considerar insolubles o inertes, por ejemplo el de titanio platinado, la reacción electroquímica puede ser:

4 OH- O2 + 2 H2O + 4 e- (2)

2C1- C1 2 +2e-, (3)

según el ambiente y la densidad de corriente suministrada por el ánodo.

En el suelo y en las aguas naturales tiene lugar la reacción (2), mientras que en el agua de mar tiene lugar principalmente la reacción (3). Los componentes de un sistema de protección catódica con corriente impresa son:

a) un ánodo 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 protección de una tubería enterrada en el suelo.

Figura 19. Esquema de proteción catódica con corrriente impresa de una tubería enterrada.

FUENTES DE CORRIENTE

El sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua, no importa de dónde provenga, a condición 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 años.

Rectificadores

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 monofásico (Figura 20), estará constituido por un transformador monofásico T, alimentado en el primario a 110 o 220 V (tensión de la red de distribución). La tensión de salida puede ajustarse según las necesidades. Un puente monofásico reductor P, compuesto por 4 diodos o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente monofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágil que el silicio.

Figura 20. Esquema de un transforrectificador monofásico.

Un voltímetro permite controlar la tensión de salida y un amperímetro la intensidad total.

La tensión de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o por medio de un "variac", el cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo.

Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es más económico utilizar rectificadores alimentados con corriente trifásica de 380 V.

Dinamo con motor térmico

Permite la protección catódica en donde no existe posibilidad de suministrar energía eléctrica, como en el caso de los desiertos o zonas selváticas. El motor térmico puede estar alimentado, ya sea directamente a partir de la conducción que se desea proteger, ya sea por un depósito que se llena periódicamente.

ÁNODOS AUXILIARES

Todos estos ánodos van consumiéndose a mayor o menor velocidad con el paso de la corriente. Así, por ejemplo, la chatarra de hierro se consume muy rápidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. A continuación se describen brevemente cada uno de estos electrodos.

Chatarra de hierro

Por ser lo más económico, la chatarra de hierro es utilizada con frecuencia como ánodo auxiliar. Dentro de los perfiles es el carril viejo el más utilizado y, dentro de las fundiciones, la tubería.

Puede ser aconsejable la utilización de este tipo de ánodos en terrenos de resistividad elevada, y es recomendable también que se le rodee de un relleno artificial constituido por carbón de coque (con un diámetro medio de partícula de 10 mm).

El consumo medio de los lechos constituidos por perfiles de acero viene a ser de 5 kg/A-año y de 8-10 kg/A-año para la tubería de fundición.

Ferrosilicio

El ánodo 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 carbón de coque.

A intensidades bajas de corrientes (1 A), su vida es prácticamente ilimitada, y su capacidad máxima de salida de corriente es de unos 12 a 15 A por ánodo. Su consumo oscila, a intensidades de corriente altas, entre 0.1 0.3 kg/A-año.

Sus dimensiones más normales corresponden a 1 500 mm de longitud, 75 mm de diámetro, y su peso aproximado es de 60 kg.

El ferrosilicio es muy frágil en virtud de su estructura cristalina, por lo que se ha de tener un extremo cuidado en su embalaje y transporte.

Grafito

El grafito puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media, con un relleno de grafito o de carbón de coque.

Este ánodo es frágil, por lo que su transporte y embalaje debe ser cuidadoso. Sus dimensiones varían: su longitud oscila entre 1 000 y 2 000 mm y su diámetro entre 60 y 100 mm. Son más ligeros de peso que los de ferrosilicio.

La salida máxima de corriente que tienen estos ánodos es de 3 a 4 A por ánodo y su desgaste varía entre 0.5 y 1 kg/A-año.

Titanio platinado

El de titanio platinado es un ánodo especialmente indicado para instalaciones en agua de mar, aunque también es perfectamente utilizable en aguas dulces o incluso en suelos. Su característica más relevante es que con pequeños voltajes (12 V) se pueden sacar intensidades elevadas de corriente, y además, su desgaste es apenas perceptible. En el agua de mar tiene, sin embargo, algunas limitaciones con respecto a la tensión a la que se puede aplicar, la cual nunca puede pasar de 12 V, ya que las tensiones más elevadas podrían ocasionar que se despegara la capa de óxido de titanio y que, por tanto, se deteriorara el ánodo. En aguas dulces que no tengan cloruros estos ánodos pueden actuar a tensiones de 40-50 V. La salida máxima de corriente puede ser de 3 000 A/m 2, y su desgaste en las condiciones más adversas es de 0.01 g/A-año.

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, según las necesidades, y los espesores de platino pueden ser de 2.5 y 5 micras. La vida de los ánodos con 2.5 micras de espesor de platino se estima en 10 años aproximadamente y los de 5 micras duran entre 20 y 25 años.

Su resistencia mecánica es pequeña, y por simple abrasión, como en los casos de buques que naveguen por zonas que tengan arena, puede suceder que el platino desaparezca y quede el ánodo pasivado instantáneamente, y resulte, por tanto, inservible. Es éste un caso extremo, que no suele suceder, pero al menos se tiene que saber que esto puede pasar.

Tántalo platinado

El ánodo de tántalo platinado es semejante al anterior, aunque tiene sobre aquél la ventaja de que en agua de mar puede trabajar a tensiones altas (50-60 V); sin embargo, su adquisición es menos fácil y su precio es más elevado. Dado que en agua de mar y a voltajes bajos se emplean grandes intensidades de corriente, el uso de este ánodo, en general, no se justifica del todo.

Plomo-plata

La aleación plomo plata está constituida por 1% de plata y una pequeña cantidad de antimonio. El peróxido de plomo que se forma al actuar anódicamente (que tiene el color del cacao) posee unas propiedades mucho más elevadas en virtud de los elementos de aleación que se traducen en un mejor funcionamiento y duración del electrodo.

Se utiliza más frecuentemente en agua de mar, en donde la corriente máxima de salida no pueda ser superior a 270 A/m2. Se desgasta entre 50 y 200 g/A-año.

Estos ánodos deben presentar una superficie plana, con lo cual se evitan en lo posible las aristas, pues en estas zonas la capa de peróxido de plomo se forma mal o no se forma, por lo que en estos puntos se puede presentar una corrosión fuerte.

Titanio-óxido de titanio y óxido de rutenio

Estos ánodos, desarrollados en Estados Unidos en 1968, están constituidos por una combinación de óxidos 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 electroquímico. Su máxima capacidad de corriente (1100 A/m2) lo coloca a la altura de los ánodos de titanio platinado, y su costo es, aproximadamente, 20% menor.

ÁNODOS AUXILIARES: PROPIEDADES

Como se ha visto, los diversos tipos de materiales que se utilizan como ánodos para los sistemas de protección catódica con corriente impresa se escogen básicamente en función de sus prestaciones necesarias y del medio en que serán colocados.

En general, un buen ánodo debe poseer las propiedades siguientes:

a) Bajo consumo,

b) densidad de corriente erogada elevada,

c) pequeñas dimensiones,

d) baja resistividad,

e) buena resistencia mecánica, y

f) elevado potencial de ruptura.2

Los ánodos que se utilizan en la corriente impresa pueden dividirse, en cuanto a su consumo, en: a) ánodos solubles, b) semiinertes y c) inertes. Actualmente se prefieren los inertes ya que, pese a que su costo es más alto, tienen las mejores características. En el cuadro 16 se resumen las propiedades principales de los ánodos utilizados en la corriente impresa, clasificados según su consumo. En el mismo cuadro se incluye el medio en el cual pueden utilizarse.

CUADRO 16. Características de los ánodos empleados en protección catódica con corriente impresa.

En el suelo o terreno se usa principalmente la aleación Fe-Cr-Si, mientras que en el agua de mar se tiende a utilizar ánodos inertes del tipo Ti/Pt o Ti/RuO2 (ánodos dimensionalmente estables, DSA).

La elección de un ánodo no se hace solamente en base a su consumo o a la densidad de corriente que puede proporcionar; hay que tener en cuenta, además, sus propiedades de resistencia mecánica, su resistencia a la erosión (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 instalación, el tiempo de sustitución e incluso su disponibilidad en el mercado.

En el terreno, los ánodos pueden ser instalados en un lecho de bentonita o polvo de coque, lo cual crea un medio homogéneo, húmedo y de baja resistividad alrededor del ánodo, con lo que se aumenta su diámetro aparente y las dimensiones efectivas del ánodo, y se disminuye de esta forma la resistencia ánodo-suelo, se evitan los problemas de corrosión localizada que pueden romper el ánodo y reducir el consumo del material anódico.

CÁLCULO DE LA PROTECCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LOS ÁNODOS

El cálculo de un sistema de protección catódica con corriente impresa es relativamente más sencillo que el de ánodos galvánicos. De hecho, no es necesario optimizar las dimensiones y peso de los ánodos para garantizar por un lado el suministro de la corriente necesaria para la protección, y por el otro la duración de los ánodos elegidos.

Una vez establecida la corriente total de protección, se elige el tipo de ánodo con base en los criterios examinados en el párrafo anterior y, teniendo en cuenta la densidad de corriente máxima que puede suministrar cada ánodo, se determina su número por exceso con respecto al teórico, para así poder obtener un mayor grado de confiabilidad.

Todavía deberá tenerse en cuenta, para lograr una protección lo más económica posible, la optimización del número y dimensiones de los ánodos, en relación con la mayor o menor resistencia total que se determine, lo que se reflejará en la potencia del generador o fuente de corriente continua y en su costo de instalación.

Para la protección de estructuras ya existentes en agua de mar (por ejemplo la protección de estructuras viejas, protegidas inicialmente con ánodos de sacrificio) la elección de pocos pero potentes ánodos remotos, o al revés, de muchos pequeños distribuidos sobre toda la estructura, puede llevar a grandes diferencias en el costo de instalación, todo ello ligado al elevado costo de la instalación submarina de los ánodos. La elección de instalar pocos ánodos resulta sin duda más económica, pero en este caso es necesario tener presente que si se instalan pocos ánodos el sistema pierde confiabilidad, pues si uno de los ánodos queda fuera de servicio, esto significará una pérdida de protección que puede oscilar entre 50 y 100%, lo cual no sucede cuando se colocan muchos ánodos pequeños distribuidos en toda la estructura.

En la ubicación de los ánodos o del lecho anódico es muy importante conocer la posición de posibles estructuras que pudieran estar presentes en las vecindades, con objeto de evitar fenómenos de interferencia que puedan provocar ataques graves de corrosión. Por ejemplo, si se debe proteger una tubería que cruza a otra, disponiendo los ánodos como se indica en la figura 21, se interfiere la tubería extraña. Ésta, de hecho, representa el "camino" preferible (de menor resistencia) para la corriente suministrada por los ánodos. Aquella zona de la tubería extraña que recibe la corriente queda protegida catódicamente, mientras que en aquella de las cual sale la corriente, hay corrosión. Como la mayoría de la tuberías enterradas, está además protegida con algún tipo de recubrimiento aislante, la corriente está relacionada con algún defecto del recubrimiento, por lo cual la densidad de corriente local puede resultar muy elevada y por ahí producir un ataque particularmente severo.

Figura 21. Ejemplo de interferencia provocada por una tubería extraña situada en la proximidad de una tubería protegida catódicamente.

VENTAJAS Y LIMITACIONES DEL MÉTODO DE PROTECCIÓN CATÓDICA CON CORRIENTE IMPRESA

Las ventajas y desventajas que presenta el método de protección catódica por corriente impresa se resumen en el cuadro 17. Esencialmente, se puede decir que este método es más conveniente que el de los ánodos 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.

CUADRO 17. Ventajas y limitaciones de la protección catódica con corriente impresa. 

 

Una gran ventaja de este método es su posibilidad de proteger una gran superficie con un solo ánodo. Por otra parte, tanto la diferencia de potencial como la corriente suministrada son variables y de aquí 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 erráticas (parásitas), las cuales pueden provocar la corrosión de estructuras vecinas.