proteccion catodica - guillem

7/25/2019 Proteccion Catodica - Guillem

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Aguas subterrneas y abastecimiento urbano. ITGE

PROTECCIN CATDICA DE SONDEOS DE CAPTACIN DEAGUA

Miguel ngel GUILLN RODRIGO*

(*) Instituto Espaol de Corrosin y Proteccin. Madrid

RESUMEN

Los pozos para captacin de agua se revisten, normalmente, con tuberas deacero al carbono. Los procesos de corrosin e incrustacin provocan el envejeci-miento de las captaciones, cuyo rendimiento empeora progresivamente. Hace algu-

nos aos, la solucin a este problema sola ser la construccin de un nuevo pozo.Actualmente el planteamiento ha cambiado, y se recurre a tcnicas de regeneracino, mejor an, de prevencin.

En el presente trabajo, se examinan las causas de la aparicin de fenmenos decorrosin en los pozos. Como procedimiento para combatirla, se describen los fun-damentos de la proteccin catdica, y los distintos sistemas de aplicacin de lamisma existentes.

INTRODUCCIN

En los tiempos modernos se busca afanosamente petrleo y gas, movindose asu alrededor ingentes cantidades de dinero, y a veces se descuida la bsqueda ytratamiento del bien ms preciado, para la vida humana, el agua, ya que sin ella nohay vida. Se podra decir que la divisin entre pases ricos y pobres, estentre losque tienen agua y saben aprovecharla, y los que no la tienen. En Espaa el aguano sobra, ms bien resulta escasa para la demanda actual, por lo que los recursosdisponibles hay que mimarlos y administrarlos, aplicando las tecnologas queactualmente se conocen y dominan.

Una fuente de estos recursos, de extraordinaria importancia, son las aguas sub-terrneas. Las hay dulces y salobres; para la utilizacin de estas ltimas, en con-sumo humano o riegos, hay que desalarlas previamente. En el campo de la des-


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alacin, hay un importante desarrollo tecnolgico, como las tcnicas de smosisinversa. En algunas zonas prximas a la costa, por las cada vez mayores extrac-ciones de agua, derivadas del aumento de poblaciones y cultivos, los acuferos sevan contaminando con agua salada.

Normalmente, los sondeos para captacin de agua se revisten con tuberas deacero al carbono. Con el paso del tiempo el rendimiento del sondeo va bajando, seproduce una disminucin del caudal y, en ocasiones, llega a no ser posible la extrac-cin de agua. En algn caso, este efecto puede ser debido al descenso de nivel delacufero por la propia explotacin, pero tambin suele obedecer a un envejecimien-to de las tuberas metlicas, tanto filtrantes como ciegas, que sufren con el tiempoprocesos de corrosin e incrustacin.

Estos efectos, perjudiciales para la normal explotacin del agua subterrnea, han

dado lugar al desarrollo de tcnicas de regeneracin o rehabilitacin de sondeos,campo en que se prevun fuerte crecimiento de la actividad, dada la gran cantidadde sondeos que son bsicos para el abastecimiento de agua a urbanizaciones, pue-blos y ciudades, en Espaa y en muchas partes del mundo. La idea es recuperar, omejorar, el rendimiento de un sondeo a un coste menor que el de hacer uno nuevo.

Hace veinte aos, se consideraban poco los procesos de envejecimiento, siendo laalternativa ms utilizada construir un sondeo nuevo. Actualmente el planteamientocambia, slo si no es posible una regeneracin rentable cabe construir otro sondeo.

CONCEPTOS BSICOS DE CORROSIN

El mineral de hierro, se encuentra en la naturaleza en un estado termodinmica-mente estable; lo extraemos y, en un horno alto, se convierte en hierro metlico, ter-modinmicamente inestable. Este hierro, tiende a eliminar la energa que se le haaplicado y volver al estado combinado, como estaba en la naturaleza, es decir, a un

estado termodinmicamente estable. Esta definicin de la corrosin, justifica el des-arrollo de tecnologas que ayuden a mantener el hierro en estado metlico. En

Espaa, las prdidas anuales directas por corrosin se estiman en unos 250 milmillones de pesetas; las indirectas son incalculables, ya que incluyen la prdida devidas humanas. Esta enorme cifra se podra reducir, en porcentaje muy importante,si las tcnicas de proteccin que actualmente se conocen y dominan se aplicaran;los beneficios inmediatos seran evitar gastos en paradas de produccin, en susti-tucin de materiales y mano de obra, y en mantenimiento.

La corrosin que genera la clsica herrumbre (xido de hierro) es la corrosinhmeda, un proceso electroqumico que necesita para desarrollarse tres elemen-

tos fundamentales: nodo, ctodo y electrolito (medio agresivo), siendo necesariala existencia de los tres para que la corrosin pueda tener lugar; si alguno falta, lacorrosin se detiene. Estos tres elementos constituyen una pila, que se conoce

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como pila de corrosin. La corrosin se desa-rrolla en las zonas andicas, y lascatdicas permanecen siempre inalteradas. La actividad de esta pila ser tantomayor cuanto mayor sea la conductividad del electrolito. En un agua salina, que

tiene conductividad alta, cualquier pila de corrosin va a tener gran actividad, y por

tanto los procesos de corrosin se van a desarrollar a gran velocidad. Un aguadulce va a ser poco conductora, la pila de corrosin va a tener poca actividad y lavelocidad de corrosin va a ser pequea.Causas de formacin de nodos y ctodos

Vamos a tratar brevemente sobre las causas de formacin de nodos y ctodos,principalmente las que pueden afectar a problemas de corrosin. Estas causas son:

Deformacin de la estructura cristalina

Si, por el calor o por un efecto mecnico, se deforma la estructura cristalina delmetal, la parte deformada acta como nodo, mientras que el ctodo es la estruc-tura intacta.

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Tabla 1. Serie electroqumica.

REACCIN POTENCIAL NORMALDE ELECTRODO DE REDUCCIN E(voltios) 25 C

Ca = Ca++ + 2e- - 2.87Na = Na+ + e- - 2.71

Mg = Mg++ + 2e- - 2.37

Al = Al+++ + 3e- - 1.66

Mn = Mn++ + 2e- - 1.18

Zn = Zn++ + 2e- - 0.763

Cr = Cr+++ + 3e- - 0.74

Fe = Fe++ + 2e- - 0.44

Cd = Cd++ + 2e- - 0.403

Ni = Ni++ + 2e- - 0.250

Sn = Sn++ + 2e- - 0.136

Pb = Pb++ + 2e- - 0.126

H2

= 2H+ + e- - 0.000

Cu = Cu++ + 2e- + 0.337

2 Hg = Hg2

++ + 2e- + 0.789

Ag = Ag+ + e- + 0.800

Pt = Pt++ + 2e- + 1.200 (aprox.)

Au = Au+++

+ 3e-

+ 1.500


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Pares galvnicos

Si se ponen en contacto dos metales diferentes, el ms activo segn la serieelectroqumica (tabla 1) actuarcomo nodo (sufrircorrosin), mientras que el msnoble actuarcomo ctodo y permanecerinalterado. Una de las pilas de corrosinms conocidas es la de Fe-Cu, por los efectos nocivos que tiene para el hierro.Aireacin diferencial o efecto Evans

En un metal, en contacto con un electrolito de diferente concentraccin inica ogaseosa, la parte en contacto con la zona de concentracin menor acta comonodo, y la otra como ctodo. As, por ejemplo, un sedimento sobre una superficiemetlica origina una zona andica justamente debajo del depsito, donde la con-centracin de oxgeno es muy pequea, en comparacin con la periferia, ocasio-nando en poco tiempo una picadura. Diferentes concentraciones de oxgeno se ori-ginan con gran facilidad, por lo que este fenmeno justifica gran nmero de casosde corrosin.

Corrientes errticas

Se denominan corrientes errticas las que hacen su retorno a la fuente emisora

por un camino distinto al previsto. La corriente tiende a circular por donde le es msfcil; si encuentra en su camino una estructura metlica, penetra en ella, haciendode esta zona ctodo, mientras que por donde sale es nodo, y en este punto se con-centra la corrosin. La forma de detectar estas corrientes, en una tubera ya insta-lada, es realizando registros de potencial, y verificando su evolucin al cabo de 24horas. Si no hay corrientes errticas, el registro es una recta; si por el contrario exis-ten, el registro es un continuo zig-zag.

Procesos bacteriolgicos

Pueden existir bacterias anaerobias o aerobias que, en sus procesos metabli-cos, den lugar a zonas andicas y catdicas. Estas bacterias suelen moverse enmedios cidos y muy cidos.

PROTECCIN CATDICA

Volviendo a los factores bsicos que constituyen una pila de corrosin, nodo,ctodo y electrolito, resulta que, si se eliminan todos los nodos, slo con ctodo yelectrolito no puede haber corrosin. Este es el fundamento de la proteccin cat-

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dica.

Ahora bien, cmo se puede saber que han desaparecido las zonas andicas dela superficie que tratamos de proteger?. Si tenemos en cuenta el diagrama de

Pourbaix (figura 1), las zonas andicas habrn desaparecido cuando el valor delpotencial haya alcanzado los -0,85V con respecto al electrodo de referencia decobre/sulfato de cobre saturado, es decir, cuando el metal a proteger se haya situa-

do en la zona de inmunidad.

Cmo se puede alcanzar el potencial de -0,85 V? Este potencial, llamado poten-cial de proteccin, base de la proteccin catdica, se alcanza mediante la aplicacinde una corriente a la estructura que tratamos de proteger. La corriente a aplicar

ser mayor o menor en funcin del revestimiento pasivo (hormign, pintura) quelleve el metal que se trate de proteger.

De dnde podemos sacar esta corriente?. La respuesta lleva a mencionar lossistemas de proteccin catdica existentes:

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Figura 1. Diagrama de Pourbaix.

- nodos de sacrificio: consiste en formar una pila en que el metal a protegerserel ctodo, y el nodo serun metal que se sacrificaren favor del prime-

ro (Zn, Mg o Al). Este sistema genera la energa necesaria para la proteccin.

- Sistema de corriente impresa: consiste en conectar el polo (-) de una fuente de


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alimentacin de corriente continua, pura o rectificada, a la estructura a prote-ger, y el polo (+) a un electrodo dispersor de corriente. Este sistema utiliza unafuente de energa exterior.

La gran ventaja de la proteccin catdica es que se puede controlar de formasencilla, simplemente mediante una medida de potencial, para lo cual slo serequiere un voltmetro y un electrodo de referencia. Si el voltmetro marca los -0,85V la corrosin no es posible. Ningn otro sistema de proteccin ofrece la ventaja de

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Figura 2. Esquema de instalacin de un sistema de proteccin catdica en un sondeo.

poder ser controlado de forma tan simple.

APLICACIN DE LA PROTECCIN CATDICA A UN SONDEO

Se han citado las causas ms comunes de generacin de zonas andicas y cat-dicas en el entubado y bombas de un sondeo; pues bien, todas desaparecen en elmomento que el sistema de proteccin catdica empieza a funcionar. Las partesmetlicas del sondeo quedan convertidas en ctodo, los nodos han desaparecido,por tanto, slo con ctodo y electrolito no puede haber corrosin; mientras esta cir-custancia se mantenga, el metal permanecerinalterado.

Lafigura 2, muestra, esquemticamente, la instalacin de un sistema de protec-cin catdica en un sondeo. El lecho de nodos estconstituido por electrodos dis-persores de corriente de titanio-xido de rutenio, para una vida de 25 aos. El trans-


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fo-rectificador estubicado en la caseta de control; un data logger registra, de formapermanente, los valores de potencial.

Es muy espectacular instalar proteccin catdica en un sondeo con fuerte corro-sin, con salida de agua roja, y verificar en pocos das cmo el agua sale limpia. El

agua extrae el xido que se forma en el acero de la entubacin del sondeo, actuan-do como decapante; el acero en esta situacin se sensibiliza a la corrosin, y cadavez sta es mayor, acabando con la destruccin de la tubera. Al aplicar proteccincatdica, sigue saliendo agua roja en un principio, pero al quedar detenida la corro-sin deja de formarse xido, y el agua finalmente sale limpia.

CONCLUSIONES

En un sondeo para captacin de agua, revestido con tubera metlica, se produ-cen desde el primer momento procesos fsico-qumicos y biolgicos, que actandirecta o indirectamente en toda la obra. Las consecuencias son, disminucin delcaudal, de los niveles estticos y dinmicos, y arrastre de slidos, con frecuenciacantidades importantes de xido de hierro.

La proteccin de un sondeo con el sistema descrito (proteccin catdica) es lamejor inversin que se puede hacer, ya que se combaten:

- la deformacin de la estructura cristalina, por ejemplo, por efecto de las solda-

duras,

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