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de CádizUniversidad






PCato

dica-07


Laboratorio de Corrosión y Protección


PROTECCION CATODICA


Rectificador

Cátodo Anodo

H+

H+

H+

H+2e

-2e

-

2e-

2e-

2e-

2e-

R

+-








Pcato

dica-01

Laboratorio de Corrosión y Protecciónde CádizUniversidad

Pasividad



Protección Catódica

pH

EA

EB

0 7 14

-2

-1

0

1

2

Inmunidad

Pasividad

Corrosión

Modificación del potencial de corrosión mediante

polarización catódica.

Disminuir la velocidad de corrosión.

Hacer que el proceso de corrosión deje

estar favorecido termodinámicamente.

Hierro

El metal a proteger es convertido en el cátodo de una

celda electroquímica.

El ánodo es un metal más activo o un electrodo inerte

conectado a una fuente de corriente continua.







Pcato

dica-02


Pasividad




CONDICION DE PROTECCION E< -0.6 V

Ecorr = - 0.20 V Polarización de -0.45 V

E= - 0.65 V i = 1 A/cmapp

2

Densidad de corriente de corrosión

Fe en medio ácido: 10 A/cm-4 2

Polarización de -0.20 V

E= - 0.40 V i = 10 A/cm

i = 10 A/cmaplicada

anódica

-2 2

-6 2

V = 12 m/añocorr �

SIN 2.5 años

Tubería de 3 mm

CON 250 años

-0,2

-0,4

-0,6

-0,0Fe

Fe+ 2 e

+2

-

2H+ 2e

H

+

-

2

10-4

10-6

10-2 1 A cm

-2

V = 1.2 mmpa








Pcato

dica-03


Pasividad




Medios neutros y básicos

Corrientes altas

Disminuir superficie expuesta

Recubrimientos no resistentes a la acción del medio

Medios ácidos

Corrientes altas

Disminuir superficie expuesta

Recubrimientos resistentes a la acción del medio








Pcato

dica-04


Pasividad




Anodos de sacrificio

Corriente impresa








Pcato

dica-05


Pasividad




Propiedad Magnesio Cinc Aluminio

E (SCE) -1.68 -1.10 -1.05

Salida (A-h/Kg) 2200 810 2000Eficencia 50-60 >90 >90Densidad 1.7 7.1 2.7Coste U$ (Apa) 27 18 8

corra

b

Propiedades de ánodos de sacrificio.

Su valor determina lacantidad de corriente que puedan proporcionar al formar el pargalvánico.

Se busca una alta variación en la corriente parapequeñas variaciones de potencial.

Determina el valor de la cargateóricamente disponible por unidad de masa.

Porcentaje de carga liberada en la práctica.

Potenciales de corrosión negativos.

Baja polarización.

Equivalente electroquímico alto.

Eficiencia alta.

Mg:

Zn

Al

E muy negativo y baja polarización. Suelos y aguas puras. No

recomendable para agua de mar, causa sobreproteccion, ineficiencia,rápido consumo.

: E intermedio, baja polarización, alta eficiencia. Ideal para agua de

mar.

: Aleaciones convencionales se pasivan, presentando una altapolarización. Aleado con Zn, In, Hg, Sn permanece en el estado activo.Utilizado en agua de mar. Alta valencia baja densidad y coste. Se pasiva enaguas naturales y en suelos.

corr

corr








Pcato

dica-06


Pasividad




Difícil de estimar. Se suele expresar como un

porcentaje del la superficie pintada incluyendo un factor que

considere el aumento del área como consecuencia del deterioro

del recubrimiento.

Determina la cantidad de corriente

necesaria para alcanzar dicho potencial.

Es calculada como el producto de la

densidad de corriente a aplicar por el área expuesta. Existen

valores tabulados para aceros en algunos medios.

Se determina a partir del valor de la

demanda de corriente y la velocidad de consumo del ánodo a

utilizar.

El peso total de ánodos

debe dividirse de forma que la distribución de corriente resulte

lo más uniforme posible.

Se determina a partir del número

de ánodos y de su distribución.

Se determina a partir del voltaje de

protección y de la resistencia de los ánodos, aplicando la ley de

Ohm. Debe ser igual o superior a la demanda de corriente (etapa

3)l

Etapas del diseño de un sistema de protección catódica.

1.- Area a proteger.

2.- Potencial de protección.

3.- Demanda de corriente.

4.- Consumo de ánodos.

5.- Número y distribución de los ánodos.

6.- Resistencia de los ánodos.

7.- Salida de corriente.








Pcato

dica-07


Pasividad




Al aplicar la corriente I , la I

disminuye hasta I

La caída óhmica provoca:

Aumento de la corriente de protección hasta I

Para alcanzar el nivel de protección deseado es

necesario aumentar la corriente aplicada.

g(sc) corr

corr(sc)

corr(R)

Sobretensión en el cátodo

Caída óhmica alrededor del cátodo

Caída óhmica a través del electrolito

Caída óhmica alrededor del ánodo

Sobretensión en el ánodo

Anodo

Cátodo

Causas de la caída óhmica












Protección CatódicaPc

ato

dica-08

Potenciales de protección recomendados

Material E vs Cu/CuSO (V)

Hierro y Aceros

medios aeróbios - 0,85

medios anaeróbios - 0,95

Plomo - 0.60

Aleaciones de cobre - 0.5 a - 0,65

Aluminio -0,95 a -1,20

4

Corrientes requeridas para proteger acero

Medio Densidad de corriente (A m )

H SO caliente 300 - 500

Suelos 0,01 - 0,5

Agua de mar A.V. 0,3 - 0,15

Agua caliente sat O 0.1 - 0,15

Agua en movimiento 0,05 - 0,1

-2

2 4

2

-0,5

Corrosión

Intensa

Corrosión

Libre

Protección

Escasa

Zona

de

Protección

Catódica

Sobre-

protección

ligera

Sobre-

protección

Acusada

Sobre-

protección

Severa

-0,6 -0,7 -0,8 -0,9 -1,0 -1,1 -1,1







Pcato

dica-09


Pasividad



Corriente impresa

Rectificador

Cátodo AnodoH

+H

+

H+

H+

H2H2

2e-

2e-

2e-

2e-

2e-

2e-

R

Las reacciones R que pueden verificarse en el ánodo son:

1) M M + 2e

2) 2H O O + 4 H + 4e

3) 2Cl Cl + 2e

2+ -

+ -

- -

2 2

2

+-

La reacción debe evitarse ya que provoca el consumo del ánodo.

Las reacciones y son las que suelen darse sobre ánodos inertes

que son los utilizados normalmente en corriente impresa.

Los potenciales de las reacciones y a pH 7 son 0,82 y 1,36 V. Así,

durante la polarización anódica se producirá primero la evolución

de O y posteriormente la de Cl .

La evolución de O es muy lenta sobre la mayoría de los metales: i

(Pt) 10 Acm .

La evolución de Cl es mucho más rápida i (Pt) 10 Acm . Cuando se

alcanza el valor 1,36 se produce un aumento brusco de la corriente.

2 2

2

2

o

o

-12 -2

-3 -2

1

2 3

2 3








Pcato

dica-10


Pasividad



Anodos para corriente impresa

HIERROS FUNDIDOS Y ACEROS.-

MATERIALES PASIVABLES.-

i= 10.8-40 A/ m ; Consumo

0.23-0.45 Kg/A a)

GRAFITO COMPACTADO.-

PLATINO.-

2

i= 10.8-

40 A/ m ; Consumo 0.23-0.45 Kg/A a)

i= 540-

1080 A/ m ; Consumo 6 mg/A a)

2

2

Fueron utilizados en los

inicios de la protección catódica. Se disolvían rápidamente al

darse fundamentalmente la reacción 1.

En suelos libres de Cl- la reacción 2

es la que se da sobre este tipo de materiales. El de más bajo coste

Hierro fundido de alto silicio (Fe-0.95C, 0.75Mn, 14.5Si, 4.5Cr).

Se suele utilizar en suelos y aguas.

No son utilizables aceros inoxidables ya que su capa pasiva se

desestabiliza al potencial de evolución del O o se pican a

potenciales más bajos en presencia de cloruros.

Es un material inerte y de bajo coste.

Se suele utilizar en suelos y agua salada ya que el Cl evoluciona alta

velocidad con bajas polarizaciones. Es un material frágil.

Se suele utilizar grafito como relleno de otros ánodos: incrementa

el área anódica, disminuye la resistencia entre el ánodo y el

electrolito, facilita el desprendimiento de O y aumenta la vida de

los ánodos.

Es el material ideal para ser utilizado como ánodo de

corriente impresa. No se consumen por la reacción 1 y se

consiguen velocidades de evolución apreciables en las reacciones 2

y 3 con polarizaciones bajas.

Presenta un elevado coste. Se solventa este problema utilizando

ánodos platinizados, Ti/ Pt ( 1-5 micras). Proporcionan más

corriente por unidad de peso y volumen que cualquier otro tipo de

ánodos. Es el ánodo más utilizado en agua y agua de mar.

2

2

2








Pcato

dica-11


Pasividad



Anodos de Sacrificio vs Corriente Impresa

Anodos de Sacrificio:

Corriente Impresa:

VENTAJAS

No se necesita una fuente de corriente externa.

Fácil de instalar

Deben estar correctamente unidos a la estructura

No necesita control durante el funcionamiento

No suelen existir problemas de sobreprotección

Fácil obtener una distribución homogénea de corriente

sobre toda la estructura.

INCONVENIENTES

No permite vencer fuertes caídas óhmicas.

Uso restringido a medios conductores y a estructuras

recubiertas.

VENTAJAS

Permite vencer caídas óhmicas altas.

Se puede utilizar para proteger estructuras grandes, no

recubiertas en medios poco conductores.

Se necesitan pocos ánodos

El nivel de protección del sistema puede ser seguido en

tiempo real.

INCONVENIENTES

Necesidad de una fuente de corriente externa.

Peligro de sobreprotección si se producen fallos.

Dificultad para conseguir niveles de protección

homogéneos en estructuras complejas.








Pcato

dica-12


Pasividad




Comparación entre Protección Anódica y


Anódica Catódica

Sólo pasivables Cualquier aleación

Corrosividad media/alta Corrosividad media/baja

Instalación Alto Bajo

Mantenimiento Alto Bajo

Operación Muy Bajo Alto

Corriente Alta Baja

Potenciostatos Potenciostatos/Galvanostatos

Muy baja Mas alta

Es una medida de la V No mide la V

Pueden ser determinadas Experiencia

a través de medidas

electroquímicas

corr corr

Tipo de metales

Tipo de medios

Costes

Equipamiento

Corriente aplicada

Condiciones de operación








Pcato

dica-13


Pasividad



Protección Catódica vs Protección Anódica

Protección Anódica Protección. Catódica

Metales Pasivables Cualquier tipo

Medios Corrosividad Corrosividad

Media/alta Media/baja

Suprime la No Si

reacción anódica

Condiciones Determinables Ajuste fino en

de trabajo en laboratorio funcionamiento

Demanda de Baja/mantenimiento Alta

corriente Alta/establecimiento

Corriente Mide V No mide V

aplicada

Distribución Homogénea No homogénea

Protección No No

sobre la línea de agua

Aire No No

No conductores No No

corr corr


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