El documento describe el diseño y funcionamiento de sistemas de protección catódica utilizando ánodos galvánicos, que protegen estructuras metálicas enterradas mediante reacciones electroquímicas. Presenta ventajas como la independencia de fuentes de energía externas y costos reducidos de instalación y mantenimiento, aunque también menciona limitaciones relacionadas con la baja eficiencia de corriente en suelos de alta resistividad. Además, se detallan los materiales utilizados, criterios de selección de ánodos y métodos de diseño para optimizar la salida de corriente y la eficiencia del sistema.

1. Ánodo Galvánico. Diseño de Sistemas de Protección Catódica.
Los fragmentos del siguiente texto fueron extraídos de los Apalaches Underground
corrosión Curso Corto, "Curso avanzado de corrosión" que fue editado y revisado para que
sea aplicable a este curso
Por James B. Bushman, educación física
Los Ánodos Galvánicos son un medio
importante y útil para la protección
catódica de tanques subterráneos para el
almacenamiento de los sistemas, tuberías
y otras estructuras metálicas enterradas o
sumergidas. La aplicación de la protección
catódica utilizando ánodos galvánicos no
es más que la creación intencional de una
célula galvánica electroquímica en la que
dos metales diferentes se conectan
eléctricamente mientras se sumerge en un
electrolito común, conductor de la
electricidad. En un "metal distinto" de
células, el metal más alto en la serie
electromotriz (más "activo" o de más
potencial) se vuelve anódico al metal
menos activo y se consume durante la
reacción electroquímica. El metal menos
activo recibe un cierto grado de protección
catódica en su superficie debido a la
corriente que llega desde el metal
anódico. El diseño de un sistema de
protección catódica galvánica implica la
consideración de todos los factores que
afectan a la selección adecuada de un
material de ánodo adecuado y sus
dimensiones físicas, la colocación, y el
método de instalación.
VENTAJAS Y LIMITACIONES
Hay varias ventajas importantes para el
uso de ánodos galvánicos:
• No se requiere fuente de alimentación -
Debido al hecho de que la corriente de
protección se genera por la reacción
electroquímica entre los metales, sin
alimentación externa de energía se
requiere.
• El costo de instalación y mantenimiento
se reduce - Normalmente, los ánodos
galvánicos tienen la ventaja de no requerir
más derecho de vía de la compra ya que
los ánodos se instala por lo general cerca
de la estructura protegida. Una vez
instalado, muy poco mantenimiento es
necesario para la vida del ánodo. El
ánodo de un sistema de ánodo galvánico
no está sujeta al mismo grado de mal
funcionamiento eléctrico o mecánico como
la de un sistema de corriente impresa.
• Eficiente y no interferir-- El relativamente
bajo, y normalmente bien distribuidas,
corriente de salida del sistema galvánico
puede dar lugar a una densidad de
corriente más constante en la estructura
protegida. Esto reduce al mínimo a través
de la protección y la pérdida de corriente.
La salida de corriente bajo, se reduce la
posibilidad de interferencia a un mínimo.
Las ventajas mencionadas permiten que
el sistema de protección catódica
galvánica para ser utilizado de manera
eficiente en una variedad de aplicaciones,
tales como:
a. Para bien recubiertos de tanques de
almacenamiento subterráneos y tuberías.
b. En las zonas rurales y en alta mar,
donde el poder no se encuentra
disponible.
c. Para una protección adicional, como en
los pasos de canalización.
d. En zonas aisladas corrosivos ("hot
spots")
e. En muy congestionadas zonas urbanas,
donde la distribución actual y los
problemas de interferencia presentes.
f. En las estructuras eléctricamente
discontinuos.
g. Bueno en tuberías revestidas.
Sin embargo, el sistema de ánodo
galvánico no carece de limitaciones. La
diferencia en el potencial del ánodo y el
cátodo (estructura protegida) que hace
que el flujo de corriente protectora es
normalmente bastante pequeña. La
pequeña diferencia de potencial, o
"potencial de conducción", da lugar a
salidas de corriente muy limitadas,
especialmente en las zonas altas del
suelo de resistividad. Este hecho limita el

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corrosión Curso Corto, "Curso avanzado de corrosión" que fue editado y revisado para que
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uso económico de los equipos de
galvanizado en:
• Las grandes estructuras
• Estructuras de mal recubiertos.
MATERIALES DISPONIBLES PARA EL
DISEÑO DEL ÁNODO GALVANICO
Los materiales más comúnmente
utilizados para ánodos galvánicos en
estructuras enterradas son aleaciones de
magnesio y zinc.
Cuando la aleación de ánodo se coloca en
el electrolito para la protección de una
estructura, una cierta cantidad de la
corriente se genera debido a la auto-
corrosión del ánodo. La eficiencia de
corriente es una medida de la corriente
efectiva disponible para la protección
catódica de la estructura primaria
expresada como un porcentaje de la
corriente total generada. Debido a que la
velocidad de corrosión del ánodo es
directamente proporcional a la salida de
corriente suministrada, la eficiencia es una
consideración importante en la selección
de material de ánodo. Cuanto mayor sea
la eficiencia es más la energía utilizable
por libra de material adquirido.
Características
H-1 Alloy
(AZ-63)
Mag.Alloy
Hi-
potential
Mag.Alloy
Hi-
Purity
Zinc
Solution
potential to Cu-
CuSO4 ref. cell
-1.55 -1.80 -1.10
Faradaic
Rata de
consumo
8.8 8.8 23.5
Current
efficiency (%)
25-50 50 90+
Actual
amps-hrs/lb
250-500 500 360
Actual
Lb/amp/year
35-17.5 17.5 26.0
La eficacia depende de la aleación, por lo
tanto, es importante que una vez que la
aleación apropiada ha sido seleccionado,
el material adquirido cumple con las
especificaciones de aleación. Las
siguientes dos tablas se enumeran
algunas especificaciones de aleación
típicas de uso común.
Los siguientes elementos, más
comúnmente presentes en magnesio,
afectar a la eficiencia de los ánodos de
magnesio utilizado para la protección
catódica en suelos:
• Aluminio - Efectos significativos fuera de
los rangos mostrados
• Manganeso - Controles en cierta medida
el impacto negativo de hierro que rodea
las partículas de hierro en fundición
solidificación
• Níquel - En detrimento de la eficiencia
• Cobre - En detrimento de la eficiencia
Plancha • - perjudicial para la eficiencia,
pero se puede controlar hasta cierto punto
por las grandes cantidades de manganeso
• Silicio - Perjudicial por encima de 0,1 por
ciento
• Zinc - Sólo un poco perjudicial en
cantidades más altas
• (plomo, berilio estaño) Otros - impurezas
menores que no afectan
significativamente a la eficiencia del
ánodo en cantidades que se encuentran,
pero puede ser perjudicial por encima de
estos límites
Las dos tablas siguientes proporcionan
elementos estándar de la industria de
aleación de magnesio y ánodos de zinc
comúnmente usado en aplicaciones de
protección catódica. La desviación de
estas especificaciones de aleación puede
resultar en ánodos que sufren de
pacificación, el deterioro y la corrosión
intergranular tasas de consumo excesivo.

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corrosión Curso Corto, "Curso avanzado de corrosión" que fue editado y revisado para que
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Especificaciones comunes de aleación - Magnesium
Elemento
Hi-Pot.
Mg
(%)
Grade
“A”
Mg (%)
Grade
“B”
Mg (%)
Grade
“C”
Mg (%)
Al
0.010
max
5.0 –
7.0
5.3 –
6.7
5.3 –
6.7
Mn
0.50 -
1.30
0.15
min
0.15
min
0.15
min
Zn 0
2.5 –
3.5
2.5 –
3.5
2.0 –
4.0
Si 0
0.10%
max
0.30%
max
0.10%
max
Cu 0.02 0.02 0.05 0.10
Ni 0.001 0.002 0.003 0.003
Fe 0.03 0.003 0.003 0.003
Other
0.05%
each 0r
0.03%
max
tot.
0.30%
max
0.30%
max
0.30%
max
Mg
Balanc
e
Balance Balance Balance
Especificaciones comunes de aleación – Zinc
Elemento
Hi-Amp Zinc
(Mil-A 18001)
for Seawater
Use Only
(Percent %)
Hi-Purity Zinc
(ASTM B418-67
Type II) Primarily
for Underground
Use Percent (%)
Al 0.1-0.3 0.005 max
Cd 0.025 -0.06 0.003 max
Fe 0.005 max 0.0014 max
Pb 0.003 max 0.003 max
Zn Remainder Remainder
FORMAS, TAMAÑOS Y RELLENO
Los Ánodos Galvánicos se ofrecen en una
amplia variedad de formas y tamaños
estándar y también se pueden pedir en
tamaños personalizados.
El uso de un relleno ánodo preparado cumple
los siguientes efectos:
• Estabiliza el potencial del ánodo
• Evita la polarización del ánodo, la mejora
actual de mantenimiento
• Reduce el ánodo a la resistencia de tierra, el
aumento de la corriente de salida
• Reduce auto-corrosión del ánodo mediante
la promoción de un ataque de corrosión
uniforme, mejorando así la eficiencia
La mezcla más comúnmente utilizado para el
relleno del ánodo es 75 por ciento de yeso, 20
por ciento de arcilla bentonita y 5 por ciento
de sulfato de sodio. Esta mezcla se selecciona
porque, sobre la amplia gama de suelos que
puedan presentarse, se ha mostrado el mejor
éxito en la consecución de los chrecteristics
un deseados. Debido a la solubilidad de los
componentes de relleno, el relleno tiende a
"condición" en el suelo adyacente a varios
pies.
SELECCIÓN DEL ÁNODO
Después de considerar los materiales
disponibles, se debe hacer una selección
adecuada. El criterio de selección es,
como era de esperar, el análisis de
rentabilidad con respecto a los costos. El
rendimiento de un ánodo se mide por los
siguientes criterios:
• La vida útil del ánodo - La vida es una
función de tres factores: el peso, la
corriente de salida y eficiencia. Una vida
más larga se consigue a través de mayor
peso, menor corriente de salida y alta
eficiencia.
• Salida de corriente - Salida de corriente
se rige por electrolito resistividad, la
resistencia ánodo al electrolito y el
potencial de aleación. Salida de corriente
más alta se logra mediante la reducción
de la resistividad, menor resistencia al
electrolito y un mayor potencial de
aleación.
El coste involucrado en la instalación y el
funcionamiento de ánodos galvánicos se
pueden clasificar como sigue:
• Costo de Materiales - Esto se basa en la
aleación, el relleno y el tamaño del ánodo.
Generalmente, cuanto más pesado el
ánodo, menor es el coste por libra de

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Ea Raf Rcp Rpg Rcg Rcf Ec
material. Más eficientes resultados ánodo
materiales en un menor costo por hora
amperio de corriente suministrada.
• Costos- El costo de instalación no sería
de esperar que varían considerablemente
en base a la aleación del ánodo
independientemente al tamaño del ánodo
seleccionado. Por lo tanto, la
consideración de los costes de instalación
normalmente consiste en una
investigación de la serie de ánodos
requeridos.
• Costos de mantenimiento: el costo de
mantenimiento normalmente sólo implica
la comprobación periódica del sistema de
protección catódica, que no se vea
sustancialmente afectada por el tipo del
ánodo seleccionado. Este costo es
generalmente descuidado en el proceso
de selección.
CONSIDERACIONES DEL PRE-DISEÑO
La principal consideración en el diseño del
sistema galvánico es la distribución
eficiente de la corriente suficiente para
conseguir la protección catódica. Debido a
la limitada gama de voltaje disponible el
problema de lograr que la corriente
deseada se convierte en una de la
regulación de la resistencia del circuito
eléctrico.
El más importante (y menos controlable)
factor que afecta la resistencia del circuito
de los sistemas subterráneos de
protección catódica galvánica es la
resistividad del terreno. Para una
estructura pequeña, tal como un tanque
aislado, muy bien recubierto enterrado, a
menudo es más económico en lugar de
sobrediseño imperativo que las pruebas
se realizaron para una estructura de
depósito de mal recubierto. El número de
puntos de prueba para ser considerado
variará de estructura en estructura y
dependerá de la variación de las
mediciones de resistividad y las
características físicas de la estructura.
Áreas de resistividad uniforme
predominantemente se requieren
mediciones menos frecuentes que en las
zonas de diferente resistividad.
Si la estructura del tanque para el que
está destinado el diseño de ánodo
galvánico existe, prueba de requisito
actual se debe realizar con el fin de
determinar con más precisión la cantidad
real de corriente requerida. Las pruebas
actuales se puede realizar utilizando
temporal "lecho de tierra" de una o más
varillas metálicas impulsadas por energía
de un rectificador o batería de
almacenamiento.
La cama baja temporal se activa y su
efecto sobre la estructura mide. Utilizando
las técnicas de medición, la corriente de
salida se ajusta hasta que el criterio
seleccionado para la protección se logra
con la menor cantidad de corriente. Uno o
más lechos de tierra tales temporales
puede ser requerido para analizar
secciones de la estructura, especialmente
si las características físicas de la
estructura pueden variar
significativamente. Hay que recordar que
la resistencia a tierra de las barras
impulsados es probable que sea mucho
más alto que los ánodos permanentes
enterrados, por lo tanto, la tensión de
accionamiento requerida en la prueba no
es indicativo del requisito de conducción
de voltaje real.
CÁLCULOS DE DISEÑO
El circuito eléctrico que regula la corriente
de salida de un ánodo galvánico se
representa en la siguiente figura.
Componentes del ánodo galvánico en un circuito
eléctrico
Estructura
protegida
Nivel del suelo Rw
Relleno del ánodo que
contiene 75% de yeso,
25% de bentonita, y 5%
Sulfato de Sodio
Lingote del ánodo galvánico

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Donde:
Ea = potencial de ánodo
Ec = potencial de cátodo
Ia = corriente del ánodo
Raf ánodo = película de resistencia
Rap = relleno resistencia
Rcf = cátodo resistencia de la película
Rcg cátodo = resistencia a la tierra
Rpg = relleno de resistencia de tierra
Rw = resistencia del cable de conexión
Rcf es generalmente despreciable en
valor, en comparación con los otros
componentes resistivos, mientras que Raf
y Rap son constantes para un
determinado ánodo en un material de
relleno dada. Rcg, la resistencia de
cátodo-a-electrolito, es muy dependiente
de la calidad de la estructura de
revestimiento, siendo casi insignificante
para las estructuras desnudas. Por lo
tanto, Rpg, Rcg y Rw son los
componentes importantes y variables que
deben ser consideradas.
Rtav, la resistencia total de un ánodo
instalado verticalmente en el electrolito se
puede aproximar por la Ecuación de H.B.
Dwight:
Rtav= p ( )
Donde:
Rtav = Resistencia del ánodo vertical, en
forma de varilla
p = resistividad del electrolito,
L = longitud de la barra del ánodo
d = diámetro del ánodo envasado
Una vez que la resistencia del ánodo total
se ha calculado, la corriente de salida del
ánodo se puede calcular de acuerdo con
la Ley de Ohm:
IA= EA-EP/RAf + RAP + RPG + RCF + RW = amperes
Desde Raf + Rap + Rpg es igual a Rtav
calculado anteriormente y desde Rcg +
Ref + Rw se considera generalmente ser
relativamente pequeño en comparación
con Rtav, la fórmula anterior se reduce a
menudo a la forma simplificada siguiente:
IA= EA-EP / RTAV
Esta expresión teórica normalmente se
traducirá en un valor conservador de
corriente para los ánodos de relleno que
se instalan en el suelo. Además, se
requiere mucho tiempo para calcular los
factores de resistencia distintos, y cierta
frecuencia. Hay que hacer hipótesis que
dan como resultado un cálculo de la
corriente aproximada. La salida de
magnesio y ánodos de zinc se encuentra
bien documentado en diversas
condiciones, y muchos gráficos,
diagramas y tablas han sido preparados
con base en los resultados reales. Estas
referencias proporcionan una
determinación simplificada y
razonablemente precisa de la producción
del ánodo en las condiciones que se
encuentran normalmente en el diseño de
sistemas de protección catódica de
tuberías, depósitos enterrados, etc Una de
las referencias ampliamente utilizado ha
sido preparado por DA Tefankjian. Se
desarrolló un conjunto de ecuaciones para
la salida de un ánodo a un potencial
estructura polarizada de -0,85 voltios
frente a un electrodo de Cu-CuSO4
referencias.
Traducido por:
Ing. MSc. David Ugarte
Outsourcer-Marketer. Diprocave
0414-6248816