Charla en la Escuela Nacional de Pesca Sobre protección catódica de buques

1. Sistemas de Corriente Impresa
PROTECCIÓN CATÓDICA NAVAL

2. LA CORROSION
- Mayor consumidor de acero.
70.000.000 toneladas por año
2 toneladas por segundo.

3. LA CORROSION
La corrosión es el deterioro de un material como resultado de una reacción con el medio.
La energía, impartida al metal durante el
proceso de refinación, queda disponible
como energía potencial (–ΔGo) para
impulsar la reacción de corrosión cuando el
metal se coloca en un medio acuoso

4. Un metal en contacto con una
solución acuosa, reacciona
electroquímicamente, esto implica la
transferencia de cargas eléctricas
(electrones) a través de la interfase
metal /solución.
LA CORROSION
Transferencia de electrones en el metal

5. PRINCIPIOS ELECTROQUÍMICOS DE LA CORROSION
La inmensa mayoría de los procesos de corrosión son de naturaleza electroquímica,
involucrando por tanto una transferencia de cargas eléctricas entre zonas anódicas y
catódicas.
Esto abre enormes posibilidades de estudio y control de los procesos de corrosión a
través de la medición de variables eléctricas:
Existe una diferencia de potencial eléctrico que mueve las cargas entre las distintas
zonas, provocado por la inhomogeneidad de la composición química, tensión residuales,
etc.

6. PRINCIPIOS ELECTROQUÍMICOS DE LA CORROSION
La teoría del potencial mixto propone que todos los electrones generados por las
reacciones anódicas son consumidos por las correspondientes reacciones de reducción, o
catódicas.
Teoría del Potencial Mixto En esencia, esta teoría postula que las reacciones de
oxidación y reducción en la corrosión electroquímica se producen a igual velocidad sobre la
superficie metálica.
En los procesos de corrosión pueden ocurrir simultáneamente más de una reacción anódica
y catódica. Para simplificar, en nuestro caso, para el acero en el mar consideremos:

7. CELDA DE CORROSION DEL HIERRO
𝑭𝒆 ⇄ 𝑭𝒆+𝟐 + 𝟐𝒆
𝑶 𝟐 + 𝟐𝑯 𝟐 𝑶 + 𝟒𝒆 ⇄ 𝟒𝑶𝑯−
𝟐𝑯+
+ 𝟐𝒆−
→ 𝑯 𝟐
E(Volts)
e
Un ánodo ( reacción de oxidación).
Un cátodo ( reacción de reducción).
Un paso o camino electrónico que permite a los
electrones circular desde el ánodo hacia el cátodo
( dentro del metal ).
Un paso electrolítico que permite a los iones
circular entre el ánodo y el cátodo (en el electrolito).

8. INTERFASE METAL / SOLUCION ACUOSA
Oxidrilos
catión Hidrógeno

9. REACCIONES ANODICAS
𝐹𝑒 ⇄ 𝐹𝑒+2
+ 2𝑒
oxidación

10. REACCIONES CATODICAS
2𝐻+ + 2𝑒− → 𝐻2
𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 + 4𝑒 ⇄ 4𝑂𝐻−
Reducción

11. CELDA DE CORROSION DEL HIERRO
La corriente de corrosión está relacionada
Con la velocidad con la cual el metal se degrada

12. POTENCIAL ELECTRODO
Podemos medir el potencial al cual se
está corroyendo el metal respecto con
electrodo de referencia
Cuando el electrolito es agua de mar el
Mas utilizado es el electrodo Ag/ ClAg

13. MODELO DE RANDLE
Para una celda de corrosión típica sobre
una superficie de acero sin protección
podemos modelar un circuito eléctrico
que la representa.
E
R I

14. POTENCIAL DE CORROSION
E(mV)
Log (I) [µA]
E°c = 401 mV
E°a = -440 mV
Ia=Ic=Icorr
Ea=Ec=Ecorr
Variando el E(v) y la I(A) para las reacciones del
ánodo y del cátodo podemos construir curvas
de polarización que son de mucha utilidad
Cuando las corriente neta es cero, o sea Ic = Ia,
estamos en presencia del potencial de Corrosión
Ecorr.
i°c
E1
i1i°a

15. DIAGRAMA DE POURBAIX
El Fe en agua de mar, por debajo de – 800
mV / Ag-ClAg, termodinámicamente se
encuentra estable!!
El pH del agua mar es ligeramente
alcalino, varía entre 7,5 y 8,4

16. PROTECCION CATODICA
El objetivo de la protección catódica es disminuir o detener la velocidad de
disolución del metal en el medio acuoso.
Actualmente en embarcaciones se utilizan dos técnicas:
Protección Galvánica Protección por Corriente Impresa
1
2
3
5
4
1
2
3
𝟐𝑪𝒍−𝟏
⇄ 𝐂𝐥𝟐 + 𝟐𝒆

17. PROTECCION CATODICA
Podemos chequear la protección del acero sumergido a través de un
electrodo plata – cloruro de plata
Estructura no protegida Estructura protegida
1
2
3

18. PROTECCION CATODICA CORRIENTE IMPRESA
E(mV)
I ( µA)
E°c
E°a
i°ai°c
𝑂2 + 2𝐻2 𝑂 + 4𝑒 ⇄ 4𝑂𝐻−
𝐹𝑒 ⇄ 𝐹𝑒+2 + 2𝑒
Ea=Ec=Ecorr
E1
E2
i1i2
I app 1
I app 2
Velocidad de corrosión
Disminuye por la I aplicada
Potencial de corrosión
Disminuye por la I aplicada y el
metal se polariza catódicamente
El objetivo de la Corriente Impresa, es detener la
velocidad de la reacción de oxidación que se
lleva a cabo en el ánodo a través de aplicar una
corriente continua al metal

19. POTENCIALES DE PROTECCION
ALEACIONES PROTECCION SOBREPROTECCION
ACERO -800mV. Prácticamente no existe
ACERO INOX. -700mV. Prácticamente no existe
ALUMINIO -900mV. -1.200mV.
Los potenciales de protección
Están son en referencia al electrodo
Ag / ClAg

20. DENSIDADES DE CORRIENTE DE PROTECCION

21. EJEMPLO: CALCULO DE LA CORRIENTE REQUERIDA
Datos de la Embarcación
Eslora 52,15 m
Manga 8.8 m
Calado 3 m
Material del casco ASTM A 27-65 GRADO 6030
Nº Motores 2 motores propulsores, 2 líneas de eje.
Diámetro de las hélices 1.850 m
Diámetro del eje 215mm
Nº Timones: 2
Material de los timones ASTM A 27-65 GRADO
6030
La propuesta presentada contempla el
cálculo de la corriente requerida para
polarizar la estructura sumergida por
debajo de los -800 mV, lo cual incluye:
casco del buque debajo de la línea de
flotación, timones y hélices.
Densidades de Corriente de protección
Casco………………………… 25 mA/m2
Timones……………………… 35 mA/m2
Hélices……………………… 250 mA/m2

22. CALCULO DE LA CORRIENTE REQUERIDA
Superficies a proteger
Casco …………………….… 575 m2
Timones …………………… 10,73 m2
Hélices …………………….. 10,75 m2
Densidades de Corriente de protección
Casco……………………… 25 mA/m2
Timones…………………… 35 mA/m2
Hélices…………………… 250 mA/m2
Corriente Requerida sin coef. seguridad
Casco…………………………… 14,4 A
Timones………………………… 0,375 A
Hélices………………………….. 2,71 A
Corriente total ………..………. 17,5 A
Aplicamos un coeficiente de seguridad del
30%
Corriente Requerida Final = 22,75 A

23. LA VELOCIDAD DE FLUJO VS CORRIENTE REQUERIDA
La velocidad de flujo eleva el transporte de oxígeno y afecta negativamente a la
polarización catódica de la superficie. Observamos que el potencial en reposo debe ser
todavía menor a los a -800 mV, para que el buque en navegación se mantenga protegido.
Factor que afecta la densidad de corriente de
protección vs la velocidad de navegación.
F1: Aumento de la densidad de corriente
de protección en función de la velocidad
F2: Aumento de la densidad de corriente de
protección en función de la velocidad en superficie
expuestas al roce con el lecho marino

24. DIAGRAMA REGULADOR DE CORRIENTE
1
2
3
4
5
6
7
8
Ánodo de Titanio
Regulador C.C
Batería 24 V
Filtro Regulador
Puesta a masa
sala de máquinas
Puesta a masa
en puente
Amperímetro
Ventilación

25. REGULADORES

26. DIAGRAMA ELECTRODO DE REFERENCIA
1
Electrodo de Referencia
2Panel de Control
3
Leds 4 Botón de prueba
5Batería 24 V
6 Puesta a masa
sala de máquinas
6
Puesta a masa
en puente

27. ELECTRODO DE REFERENCIA

28. INSTALACION ANODO Y ELECTRODO
Electrodo de Referencia Ánodo de Titanio
12
3
3
4
4
5
5
66 77 8 8
9
9
Tapa Coferdam
Tuerca
Coferdam
Cable
Prensa
Brida
Casco

29. ELEACTRODOS Y ANODOS DE TITANIO

30. DIAGRAMA PUESTA MASA LINEA DE EJE
1
1
2
2
3
3
4 5
4
6
6
7
7
Soporte Inoxidable
Cable a Placa de masa en sala de máquinas
Eje sistema puesta a masa
Porta escobillas
Escobillas conductivas
Eje de la embarcación
Anillo abrazado de Bronce

31. PUESTA A MASA LINEA DE EJE

32. NUESTROS EQUIPOS
D2D1 D
E2E1mini

33. ANODOS INSTALADOS

34. PROTECCION CATODICA CORRIENTE IMPRESA

35. OTRAS APLICACIONES

37. CASOS REALES
Embarcación: AMERICA I
Eslora: 23,85 mts
Manga: 6 mts
Calado: 2 mts
Embarcación América I ingresando al varadero del
astillero Contessi en la ciudad de Mar del plata (Mayo
2016).
Como primera medida se calculó el
consumo de corriente de protección
para el acero en agua de mar. El
cálculo se realizó considerando el
área expuesta del casco, hélice,
timón, enfriadores, cables de arrastre
con las correspondientes densidades
de corriente de protección.
Acero pintado ip= 24 mA/m2,
Hélice bronce ip = 250 mA/m2,
Acero desnudo ip=120 mA/m2.

38. RELEVAMIENTO CASCO
Una vez posicionado para el trabajo, se realizó un
relevamiento del casco, con el objetivo de estudiar
las ubicaciones optimas del electrodo de referencia
y del ánodo de titanio

39. PERFORACION CASCO
Perforación sector ánodo Perforación sector ánodo
Posteriormente se
realizaron las perforaciones
y se fabricaron los coferdam
de seguridad para cada una
de las cavidades,

40. COFERDAM DE SEGURIDAD

41. INSTALACION ANODO
Luego de la aplicación de pintura se procedió al pegado e instalación del ánodo de titanio y del
electrodo de referencia

42. INSTALACION DEL ANODO

43. INSTALACION DEL ANODO

44. INSTALACION DEL ELECTRODO DE REFERENCIA

45. ELECTRODO DE REFERENCIA Y ANODO DE TITANIO

46. PUESTA A MASA LINEA DE EJE

47. PLACA SALA DE MAQUINAS Y PUESTA A MASA TIMON

48. PLACA DE PUENTE – REGULADOR -ELECTRODO

49. RESULTADOS
- En puerto (2,5 A – 5 A) para mantener una polarización de -
970 mV medido con electrodo plata cloruro de plata.
- En Navegación sin arrastre (6,5A – 9A ) Ampers para
mantener una polarización de - 850 mV medido con electrodo
plata cloruro de plata.
- En arrastre para agua de mar (no desembocaduras de ríos)
( 9A – 11A) Ampers para una polarización de -800 mV.
Protección constante, la corriente req. no disminuye.
Ventajas de la corriente impresa:
Amortización por ahorro del recambio de ánodos de sacrificio
Amortización por ahorro consumo de combustible.
Tiempo de amortización costo 4 a 5 años

50. FIN
GRACIAS POR SU ATENCION