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¿Cómo el acero corroe en agua?
Para entender necesidad catódica de la protección una primero entienda el mecanismo de la corrosión. Para que la corrosión ocurra, tres condiciones deben estar presentes.
1. Dos metales disímiles
2. Un electrólito (agua con cualquier tipo de sal o de sales disueltas en él)
3. Una trayectoria del metal (el conducir) entre los metales disímiles
Los dos metales disímiles pueden ser aleaciones totalmente diversas, tales como acero y aluminio, pero son diferencias metalúrgicas más generalmente microscópicas o macroscópicas en la superficie de una pieza única del acero.
Si existen las condiciones antedichas, en la superficie más activa del metal (en este caso consideraremos libremente el corroer del acero que es no uniforme), la reacción siguiente ocurre en los sitios más activos: (dos planchan los iones más cuatro electrones libres)
2Fe => 2Fe++ + 4e-
Los electrones libres viajan a través de la trayectoria del metal a los sitios menos activos en donde la reacción siguiente toma el lugar: (oxígeno-gas convertida al ion del oxígeno - combinando con los cuatro electrones libres - que combina con agua para formar los iones del oxhidrilo)
O2 + 4e- + 2H20 => 4 OH-
Recombinaciones de estos iones en el producto superficial activo la reacción siguiente, que rinde a producto de la corrosión del hierro el hidróxido ferroso: (hierro que combina con oxígeno y agua para formar el hidróxido ferroso)
2Fe + O2 + 2H2O => 2Fe (OH)2
Esta reacción se describe más comunmente como la 'corriente atraviesa el agua del ánodo (un sitio más activo) al cátodo (sitio menos activo).
¿Cómo la protección catódica para la corrosión?
La protección catódica previene la corrosión convirtiendo todos los sitios (activos) anódicos en la superficie del metal a los sitios (pasivos) catódicos proveyendo la corriente eléctrica (o electrones libres) de una fuente alterna.
Esto toma generalmente la forma de ánodos galvánicos, que son más activos que el acero. Esta práctica también se refiere como sistema sacrificatorio, puesto que los ánodos galvánicos se sacrifican para proteger el acero estructural o la tubería contra la corrosión.
En el caso de ánodos de aluminio, la reacción en la superficie de aluminio es: (cuatro iones de aluminio más doce electrones libres)
4Al => 4AL+++ + 12 e-
y en la superficie de acero, (oxígeno-gas convertida a los iones del oxígeno que combinan con agua para formar los iones del oxhidrilo)
3O2 + 12e- + 6H20 => 12OH-
Mientras la corriente (electrones libres) esté llegando el cátodo (acero) más rápidamente que el oxígeno esté llegando, ninguna corrosión ocurrirá.
Cuadro 1: Sistema sacrificatorio del ánodo en agua de mar
Consideraciones básicas al diseñar sistemas sacrificatorios del ánodo
La corriente eléctrica que un ánodo descarga es controlada por la ley de Ohm's; eso es:
I=E/R
Flujo actual de I= en los amperios
Diferencia de E= en potencial entre el ánodo y el cátodo en voltios
Resistencia total del circuito de R= en ohmios
La corriente será inicialmente alta porque la diferencia en potencial entre el ánodo y el cátodo es alta, pero como las disminuciones potenciales de la diferencia debido al efecto del flujo actual sobre el cátodo, corriente disminuyen gradualmente debido a la polarización del cátodo. La resistencia del circuito incluye la trayectoria del agua y la trayectoria del metal, incluyendo cualquier cable en el circuito. El valor dominante aquí es la resistencia del ánodo al agua de mar.
Para la mayoría de los usos la resistencia del metal es tan pequeña comparada a la resistencia de agua que puede ser no hecha caso. (No verdad para los trineos, o las tuberías largas protegidas contra ambos extremos). Desean generalmente los ánodos finos tienen resistencia más baja que los ánodos gordos cortos. Descargarán más actual, pero no durarán como desean.
Por lo tanto un diseñador catódico de la protección debe clasificar los ánodos de modo que tengan la forma derecha y el área superficial para descargar bastante la corriente para proteger la estructura y bastante peso al último el curso de la vida deseado al descargar esta corriente. Como regla general del pulgar:
La longitud del ánodo se determina cuánto corriente puede producir el ánodo, y por lo tanto cuántos pies cuadrados de acero pueden ser protegidos.
La sección representativa (peso) se determina cuánto tiempo el ánodo puede sostener este nivel de la protección.
Sistemas de protección catódicos actuales impresionados
Debido a las altas corrientes implicadas en muchos sistemas del agua de mar no es infrecuente utilizar sistemas actuales impresionados. Los sistemas actuales impresionados utilizan los ánodos de un tipo que no se disuelven fácilmente en los iones metálicos, pero sostienen algo una reacción alternativa, oxidación de los iones disueltos del cloruro.
2Cl- => Cl2 + 2e-
La energía es proveída por una unidad de la potencia cc Externa.
Cuadro 2: Sistema de protección catódico actual impresionado en agua de mar
¿Cómo sabemos cuándo tenemos bastante protección catódica?
Sabemos si o no tenemos bastante corriente midiendo el potencial del acero contra un electrodo estándar de la referencia, la plata/el cloruro (interruptor de Ag/AgCl), pero a veces el cinc generalmente de plata (interruptor).
El flujo actual sobre cualquier metal cambia de puesto su potencial normal en la dirección negativa. La historia ha demostrado eso si el acero recibe bastante la corriente para cambiar de puesto el potencial (-) 0.800 V contra el cloruro de plata/de plata (AG/AgCl), la corrosión esencialmente se para.
Debido a la naturaleza de las películas que forman, (-) el potencial mínimo 0.800 V es raramente el potencial óptimo, y los diseñadores intentan alcanzar un potencial entre (-) 0.950 V y (-) 1.000 V contra Interruptor de Ag/AgCl.
Cuadro 3: Protegido contra las estructuras desprotegidas según lo verificado por potencial catódico de la protección
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