Protecci³n cat³dica total.pdf

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  • Proteccin Catdica

  • Proteccin CatdicaC i t d l t t d t d bi tCasi todas las estructuras de acero enterradas son recubiertas conun recubrimiento protector orgnico, pero esta proteccin escomplementada con un sistema de proteccin catdica, quepreviene la corrosin en las imperfecciones del recubrimientopreviene la corrosin en las imperfecciones del recubrimiento.

  • Proteccin CatdicaL l t f b i l l bi tLas plataformas submarinas por lo general no son recubiertas peroson protegidas catdicamente. Este tipo de proteccin generacambios en la qumica del agua de mar cerca a la estructuraprotegida causando la precipitacin de un recubrimiento naturalprotegida, causando la precipitacin de un recubrimiento naturalsobre la estructura que reduce la corriente necesaria para laproteccin catdica.

  • PRINCIPIOS DE LA PROTECCIN CATDICA

    El i l hi i l i idEl zinc y el hierro inmersos en una solucin cida se corroenindependientemente en el medio.

    Fe Fe2++2e-2H+ +2e- H2

    2H+ + Fe Fe2+ + H

    Zn Zn2+ + 2e-2H+ +2e- H2

    2H+ + Zn Zn2+ + H 2H + Fe Fe + H22H + Zn Zn + H2

  • PRINCIPIOS DE LA PROTECCIN CATDICAL i l t i t l i l hi i l iLa unin elctrica entre el zinc y el hierro ocasiona que la corrosindel Fe disminuya, mientras se incrementa la corrosin del zinc.

    Elemento ms activo

    A esto se le conoce como proteccin catdica por nodo de sacrificio

  • PROTECCIN CATDICA POR NODO DE SACRIFICIO

    2e-

    (a) 2H+ +2e- H2(b) 1/2O2 + H2O + 2e- 2OH

    Mg Mg2+ + 2e-

    La tubera de acero es unida al magnesio (metal ms activo). El Mg sei i t l t l t b d t i d l Elcorroe y suministra electrones a la tubera de acero protegindola. El

    nodo de Mg es destruido progresivamente y es llamado nodo desacrificio

  • PROTECCIN CATDICA POR CORRIENTE IMPRESA

    2e-2e

    (a) 2H+ +2e- H2(b) 1/2O2 + H2O + 2e- 2OH

    H2O 1/2O2 + 2H + + 2e-

    No necesariamente activo

    2 2

    El nodo y la tubera son conectados a un rectificador elctrico, el cualsuministra corriente continua al sistema la tubera recibe el exceso desuministra corriente continua al sistema, la tubera recibe el exceso deelectrones protegindola. Los nodos por lo general son hechos demateriales no consumibles.

  • Principio de la proteccin catdica desde el diagrama E-pH

    nodo de sacrificio o corriente impresa

    Suministra electrones al hierro

    Polariza catdicamente al hierro

    El flujo de corriente elctrica suministrado al Fe por el nodo desacrificio o por un rectificador le produce una polarizacin catdica, nc,desplazando el potencial del Fe desde A hasta B (valores ms activos).desplazando el potencial del Fe desde A hasta B (valores ms activos).Por lo general la nc no lleva al Fe a la zona de inmunidad, debido aque esto ocasionara que el hierro se transforme totalmente catdico yse produzca una alta evolucin el hidrgeno lo cual causara sufragilizacin, adems de un excesivo consumo de energa.

  • Principio de la proteccin catdica desde un diagrama E- Log|i|

    Fe-H2O

    El hierro bajo estas condiciones se corroe con una velocidad de 10-4A/ 2 1 2 / t i d i l h d lA/cm2 1.2 mm/ao, esto quiere decir, que una plancha de pulg secorroer en 5.4 aos.

  • Principio de la proteccin catdica desde un diagrama E- Log|i|

    Fe-H2ONo existe una

    La reaccin del H2 ocurre sobre la

    200 mV

    proteccin total del Fe, pero si suficiente para

    condiciones

    ocurre sobre la superficie del Fe

    200 mVprcticas

    Si aplicamos una polarizacin catdica de 200 mV, el hierro secorroer con una velocidad de 10-6 A/cm2 0.012 mm/ao, esto quieredecir que una plancha de pulg se corroer en 543 aosdecir, que una plancha de pulg se corroer en 543 aos.

  • Principio de la proteccin catdica desde un diagrama E- Log|i|

    Fe-H2O Proteccin total del Fe: problemas de

    fragilizacin por H

    400 mV

    fragilizacin por H2

    400 mV

    consumo elevado de energaconsumo elevado de energa

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    1. CRITERIO DE POTENCIALQu valor de potencial de electrodo debera ser impuesto sobre una estructura metlicaenterrada para producir una disminucin considerable en su velocidad de corrosin?

    La proteccin del acero bajo proteccin catdica se estima haberLa proteccin del acero bajo proteccin catdica se estima haberalcanzado el nivel adecuado cuando las lecturas del potencialestructura/suelo medidos con las diferentes electrodos de referenciaconsiguen los siguientes valores:

    ELECTRODO LECTURA

    Ag AgCl 0 800VAg-AgCl -0.800V

    Cu-SO4Cu -0.850V

    Zn puro +0.25V

    El valor de -0.85V (ECSCS) fue propuesto para la proteccin del hierro por B.J.Kuhn en 1933, basado en experimentos de campo. No obstante que es observadofrecuentemente una corrosin residual a este potencial, su valor ha ganado unaamplia aceptacin.

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    1. CRITERIO DE POTENCIAL

    Medicin del potencial de unaMedicin del potencial de unaestructura enterrada

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    1. CRITERIO DE POTENCIAL

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    1. CRITERIO DE POTENCIAL

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    1. CRITERIO DE POTENCIAL

    Fe-H2ODependiendo [Fe2+] en elmedio, el potencial de 0.85 V( CSCS)

    Fe H2O

    (ECSCS) aplicado al acero lomantendra en la regin decorrosin o lo llevara a laregin de inmunidadregin de inmunidad.Sin embargo, la concentracinde [Fe2+] en el medio en elcual se encuentra el acero acual se encuentra el acero aproteger, es muy pequea (se asume del orden de 10-6 M). En este casoel potencial del acero (Fe) es alrededor de -0.93 V (ECSCS). Unpotencial de proteccin de 0 85 V (ECSCS) lo mantendra al acero enpotencial de proteccin de 0.85 V (ECSCS) lo mantendra al acero enla zona de corrosin, pero una proteccin adecuada.

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    1. CRITERIO DE POTENCIAL

    La efectividad del criterio de un potencial de -0.85 V (ECSCS) como mtodo deproteccin para el acero, depender del comportamiento de la pendiente de Tafelandica del hierro [a].[ ]

    Considerando como criterio deproteccin Vcorr=10-6 A/cm2 :

    Para una a=50 mV, seobtendra con una polarizacinde 100mV.

    Mientras que para una a=150mV, se obtendra con unapolarizacin de 300 mVpolarizacin de 300 mV.

    Sin embargo, valores reales para a son dificultosos de obtener debido a que enla prctica los datos no son muy reproducibles.

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    2. CRITERIO DE CAMBIO DE POTENCIAL

    La proteccin del acero bajo proteccin catdica se estima haberalcanzado el nivel adecuado cuando se realiza un cambio de potencialnegativo de al menos 300 mV. (respecto al valor en circuito abierto)negativo de al menos 300 mV. (respecto al valor en circuito abierto)

    Para el hierro inmerso en una solucin H2SO4, se ha observado unEcorr = 570 mV (ECSCS) Un cambio de 300 mV dara 870 mVEcorr = 570 mV (ECSCS). Un cambio de 300 mV dara 870 mV(ECSCS), que es aproximado al criterio de 850 mV (ECSCS).

    Sin embargo, el cambio de potencial mide:E = catdica + I.Rs

    La cada de voltaje IR podra variar significativamente de un caso aotro (suelo agua de mar), permitiendo diferentes niveles depolarizacin de proteccin para el mismo valor de cambio depotencial.

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    CRITERIO DE POTENCIAL vs CAMBIO DE POTENCIAL

    Asumiendo para los trescasos: Una curva catdica similar.Una curva catdica similar. Una cada IR despreciable. Un Vcorr = 10-6 A/cm2 para

    una proteccin satisfactoria.

    La proteccin es obtenida:Caso 1: 1= -200 mV Eprot: -400 mV (ESH) Eprot: -716 mV (ECSCS)

    Criterio de potencial

    1 prot ( ) prot ( )Caso 2: 2= -300 mV Eprot: -400 mV (ESH) Eprot: -716 mV (ECSCS)Caso 3: 3= -350 mV Eprot: -650 mV (ESH) Eprot: -966 mV (ECSCs).

  • CRITERIOS PARA LA PROTECCIN CATDICA

    3. CRITERIO DE RUPTURA POTENCIAL

    Algunos investigadores mantienen que el punto de ruptura entre losdos dominios de polarizacin (andica y catdica) representa lacondicin de velocidad de corrosin despreciable.condicin de velocidad de corrosin despreciable.

    inet = ic ia.

    inet = icia (es depreciable)

    Este criterio es ms difcil de usar debido a la dificultad de obtener una regin de Tafellineal bien definida en la curva de polarizacin experimentales en campo (suelo).

  • Magnitud de la densidad de corriente protectora

    i = f (conductividad del medio acidez conc O )iap= f (conductividad del medio, acidez, conc. O2)Suelo de alta conductividad (baja resistividad) requieren mayor iaprespecto a otro de baja conductividad (alta resistividad).

    Considerando una misma curvaandica para el Fe: Un suelo cido de altaconductividad requerir mayor iaprespecto a un suelo de alto pH,para un potencial de proteccin -0.85 V (ECSCS). Para un bajo pH, el potencialde corrosin es ms noble, ydebe ser impuesta una mayorpolarizacin L

  • Magnitud de la densidad de corriente protectora

    i = f (conductividad del medio acidez conc O )iap= f (conductividad del medio, acidez, conc. O2)Tanto las condiciones del suelo, como las de un electrolito acuosopuede cambiar con el tiempo. En el caso de agua de mar, el contenidoO puede variar con el tiempo y lugarO2 puede variar con el tiempo y lugar.

    Considerando una mismadi l Fcurva andica para el Fe, en

    un proceso controlado pordifusin:

    U i t l O Un incremento en el O2disuelto produce un mayor iL,y requerir mayor iaprespecto a un medio de bajorespecto a un medio de bajoO2, para un potencial deproteccin -0.85 V (ECSCS).

  • Clasificacin de Ohm.cm Corrosividad anticipada

    Ta