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La corrosión es un proceso electroquímico capaz de destruir una estructura metálica por la acción de numerosas celdas galvánicas que se forman en su superficie cuando dicha estructura está inmersa en un medio acuoso conductor. Estas celdas son "pilas" y como tal están formadas por un ánodo y un cátodo unidos eléctricamente y un electrolito que los baña. Ánodo es aquel electrodo del cual fluye la corriente positiva en forma de iones hacia el electrolito. Aquí ocurre la "oxidación" la que implica la pérdida de metal. Cátodo es aquel electrodo del cual fluye corriente
negativa hacia el electrolito. Aquí ocurre la "reducción", la corriente
llega desde el electrolito y el metal se protege. Unión metálica. El ánodo y el cátodo están conectados por un conductor de primera (metálico) que conduce la corriente, por fuera del electrolito. Sin estos 4 elementos no hay corrosión galvánica. Esto debe tenerse muy en cuenta, porque para evitar o disminuir la corrosión, se puede actuar sobre cualquiera de ellos. Una superficie de metal inmersa en un electrolito, forma por diferencia de potencial entre los materiales de la superficie, pilas de corriente que circulará por el medio acuoso, de ánodo a cátodo, desgastándose el primero y protegiéndose el segundo. Con las pilas que forman los pares de metales se construye la "serie electroquímica" que indica cual de los metales será ánodo y se corroerá en contacto "galvánico" con otro.
Los metales tienen una tendencia natural a la corrosión, unos más que otros. Esta diferencia hace que existan metales "nobles" que no se corroen naturalmente y metales muy reactivos, que incluso no pueden existir en estado metálico porque se corroen con mucha facilidad en el aire o en agua. Esta diferencia natural entre los metales produce el efecto de "corrosión galvánica" que es el responsable de la corrosión acelerada que sufre un metal bajo ciertas condiciones. Al estar en contacto eléctrico dos metales diferentes e inmersos en un electrolito agresivo como el agua de mar, se produce la aceleración de la corrosión por efecto galvánico.
Adviértase que algunos metales ocupan dos posiciones diferentes en la Tabla Nº 1. El estado pasivo representa un estado de no equilibrio, en el que el metal, debido a películas superficiales, ha dejado de estar en equilibrio normal con sus iones y ha adquirido una resistencia mayor a la corrosión, la que puede perderse si cambian algunas condiciones del medio y el metal se vuelve activo.
No solamente la existencia de dos metales diferentes conectados en la forma antedicha produce un efecto galvánico. También se produce por otros factores como aireación diferencial, diferente concentración salina, estructuras metalográficas diferentes y otras. En todos los casos un punto de la estructura tiene carácter anódico y otro cercano y conectado tiene carácter catódico. a) Ánodo:
Feº .................................................................Fe-2 + 2
electrones La reacción a) se realiza sólo si al mismo tiempo se realiza la 2) o la 3). Esta dependencia es muy importante y define la velocidad de corrosión. Si hay oxígeno presente, la reacción 2) que es mucho más rápida que la 3) será la responsable de que la 1) ocurra más rápido. Esto explica porque la corrosión del acero en agua con alto contenido de oxígeno es mayor. Cuando hay dos elementos metálicos diferentes, por ejemplo cobre y hierro, el más noble (el cobre) será cátodo y el menos noble (el hierro) será ánodo y se corroerá por generación de las corrientes galvánicas mencionadas.
A medida que la corriente circula por esta "pila" que se forma con los cuatro elementos nombrados, el ánodo se hace menos anódico y el cátodo menos catódico, acercando sus potenciales y disminuyendo por lo tanto el flujo de corriente que circula. De todos modos, permanece una pequeña diferencia de potencial, que es el responsable de que la corrosión continúe. Este fenómeno de polarización explica por qué la velocidad de corrosión disminuye con el tiempo. Una plancha de acero en el mar se corroe muy fuertemente al comienzo y luego baja su velocidad de corrosión. Las razones de la polarización son fundamentalmente tres: por concentración, por activación y por caída de IR. Figura nº 1 - Curvas de Polarización de una estructura en corrosión
En la serie galvánica de los metales o
aleaciones en agua de mar que aquí se presenta, estos se ordenan según su
tendencia a oxidarse en este medio, siendo los más activos justamente los
metales y aleaciones que se utilizan como ánodos de sacrificio.
Hay muchas formas de disminuir los efectos de la corrosión, dependiendo de que tipo de corrosión sea, pero lo más aconsejable del punto de vista técnico y económico para estructuras inmersas en un electrolito agresivo como el agua de mar, es utilizar el efecto combinado de un buen revestimiento (pintura) complementado con Protección Catódica (P.C.). Esto es especialmente válido para los cascos de barco, las boyas, los estanques de lastre, etc. Para los muelles y los puertos es más conveniente aplicar P.C. sobre la estructura desnuda.
El revestimiento hace que los ánodos y cátodos naturales formados en la superficie queden aislado del electrolito impidiendo la formación de las pilas galvánicas naturales. La P.C. complementa esta acción, ya que la pintura nunca es 100% perfecta y durante el servicio, la estructura pintada (Ej: Casco del barco) sufre rayaduras que hacen que una pequeña superficie quede expuesta al electrolito, comenzando ahí el ataque corrosivo y extendiéndose por debajo de la pintura rápidamente. Si hay ánodos de sacrificio o de corriente impresa que envíen corriente a ese punto, se impide la corrosión. La pintura durará mucho más con P.C. Y los ánodos durarán más si la pintura cubre la mayor superficie posible, ya que en este caso los ánodos solo envían corriente a los puntos donde ha sufrido una falla la pintura. Una pintura perfecta que se mantuviera así durante todo el tiempo, no necesitará P.C., pero eso no es posible. Los rayones y los golpes deterioran rápidamente el casco del barco o de cualquier estructura en el mar. Por su parte, una P.C. bien calculada no necesitará ser complementada con pintura, pero la cantidad de ánodos necesarios para el casco lo hace impracticable. En los muelles y tablestacas de los puertos se usa la P.C. sin pintura, pero la masa de ánodos puede ser mucho mayor ya que no van sobre elementos flotantes. El efecto de la P.C. es formar deliberadamente una pila similar a las pilas de corrosión, colocando ánodos para que entreguen corriente, haciendo que la estructura sea el cátodo. Figura Nº 4 - Protección Catódica
Sin Protección Catódica, se producen las siguientes reacciones naturales: 1) Fe
= Fe+2 + 2e (reacción de corrosión en zona anódica) 3) Fe + 2 H2O + ½ O2 = Fe (OH)2 con ánodos de sacrificio, la situación es la siguiente: 4) Zn
= Zn+2 + 2e (reacción del ánodo de sacrificio) La reacción 4) reemplaza a la 1) que es la ecuación de corrosión. La Protección Catódica hace CÁTODO toda la estructura a proteger. Estas son reacciones de óxido-reducción, dependientes entre sí. Si no hay "receptores de electrones, no puede haber dadores". Una forma de impedir que la reacción 1) se realice, es impedir que la 2) lo haga. El costo de la P.C. es mínimo en relación al daño que evita en estructuras de alto costo como muelles, tablestacas, casco de barcos, boyas, lanchones, emisarios, estanques, cañerías, etc. Otra ventaja importante de la P.C. es que detiene la corrosión de estructuras ya corroídas. La P.C. se aplica de dos formas, con ánodos galvánicos o "de sacrificio" y con corriente impresa. En esta última, los ánodos no son de sacrificio, por el contrario, lo que interesa es que duren lo más posible. La corriente impresa no proviene de la disolución de los ánodos. La corrosión se detiene cuando se hace fluir una corriente eléctrica de magnitud suficiente para contrarrestar las celdas galvánicas mencionadas en la primer parte. Esta corriente, que va desde una fuente externa hacia la estructura puede obtenerse de un rectificador o generador (corriente impresa) o de un ánodo de sacrificio (corriente galvánica) que forma una pila con la estructura impidiendo la corrosión. Estructuras metálicas expuestas a sufrir problemas de corrosión severa, son, por ejemplo barcos, barcazas, pontones, diques boyas, muelles, tablestacados, o sea todo artefacto sumergido parcial o totalmente el agua (electrolito), especialmente agua de mar. También en tierra, en situaciones determinadas, puede afectar a cañerías y ductos, estanques, torres petroleras e incluso de conducción eléctrica. Los metales que se usan para fabricar ánodos galvánicos de P.C. son los tres primeros de la serie de potenciales de electrodo de los metales en agua de mar, constituyendo determinadas aleaciones. Los ánodos de magnesio, primero de la serie, pueden ser usados en tierra y agua dulce y los otros dos preferencialmente en agua de mar, pudiendo utilizarse el ánodo de zinc también en agua dulce, bajo ciertas condiciones de conductividad. El ánodo de aluminio no puede ser utilizado en aguas de bajo contenido de cloruro, porque se pasiva. Los metales mencionados, si están solos sin constituir aleaciones, tienen tendencia natural a "pasivarse", esto es, no seguir corroyéndose y entregando corriente, por lo tanto cesan en su calidad de ánodos. Lo mismo sucede cuando los contenidos de impurezas exceden lo permitido por las normas. Estas aceptan un máximo contenido de Fe bastante estricto. Para evitar este problema, las aleaciones para ánodos son fabricadas con metales electrolíticos puros, incluyendo además de los galvánicos, dos tipos de elementos; los afinadores de granos y los despasivantes. Por otra parte, la técnica de fabricación del ánodo debe estar orientada a obtener un grano fino y muy parejo, de forma de evitar la corrosión intergranular y la segregación, que harían que el ánodo se gastara en forma irregular y generara menos corriente de la que corresponde.
Los ánodos galvánicos están hechos de una aleación de potencial más bajo que el de la estructura a proteger y se conectan directamente o por medio de un cable conductor a dicha estructura. Como las corrientes involucradas en la P.C. son débiles y de bajo potencial, es fundamental que la unión metálica ánodo-estructura sea de muy baja resistencia. Estos ánodos galvánicos son también llamados "ánodos de sacrificio" porque son gradualmente consumidos en forma natural por la acción del par galvánico que se produce, generando corriente y protegiendo así a la estructura a la cual están conectados, evitando su corrosión. Ahí donde entra corriente continua positiva desde el electrolito no habrá corrosión, ya que la corrosión involucra salida de corriente hacia el electrolito. Los materiales que se usan en ánodos galvánicos son las aleaciones de Aluminio, de Zinc y de Magnesio. Cuando el ánodo se usa bajo tierra debe estar envuelto en un "backfill" que es un relleno de muy baja resistividad (grafito, sulfato de sodio, bentonita, yeso, etc.) para disminuir la resistencia en la interfase ánodo tierra. Las ventajas del ánodo galvánico son: 4) Bajo costo, especialmente cuando se aplican en la cantidad calculada en estructuras desnudas o en estructuras pintadas, como complemento de la pintura (cascos de barcos).
Los ánodos para corriente impresa, al contrario de los ánodos galvánicos, están hechos de materiales resistentes al desgaste. La corriente que entregan no proviene del desgaste de su masa como los ánodos galvánicos, sino que de una fuente externa, que puede ser un transformador o un rectificador. El ánodo de C.I. recibe la corriente y la entrega al electrolito, actuando solamente como un conductor. Algunos ánodos de C.I. sufren algún desgaste a lo largo de su vida útil, como los de plomo antimonio plata que se utilizan en agua de mar. Otros en cambio, no sufren desgaste alguno, como los de metales nobles. Fundición Avellaneda presenta una completa línea de ánodos galvánicos y ánodos de plomo antimonio plata para corriente impresa. Además de los de tipo estandar que presenta, Fundición Avellaneda fabrica ánodos en distintas formas y dimensiones a pedido del cliente. Es muy importante que los ánodos de sacrificio tanto de zinc como de aluminio-indio sean fabricados con metales puros (high grade) tal como especifican las normas internacionales. Se debe tener cuidado con las "ofertas" de ánodos, debido a que pueden haber sido fabricados con metales reciclados o refundidos, y en este caso, la posibilidad de pasivación es muy alta existiendo el riesgo innecesario de comprometer el casco o la estructura. Definir el tipo de ánodo que se usará por conveniencia de aleación, tamaño y forma, considerando que en estructuras fijas y desnudas es definitivamente más conveniente, en general, el ánodo de Aluminio o la corriente impresa. En estructuras pintadas y móviles en agua de mar como los cascos de los barcos, aún se prefiere el ánodo de zinc, a pesar de claras ventajas del ánodo de aluminio. En estructuras en tierra, como las cañerías enterradas, debe utilizarse el ánodo de magnesio, de mucho mayor potencial. El ánodo de zinc en este sentido es muy práctico, ya que si está francamente en exceso a lo necesario, solamente alargará su vida útil sin provocar ningún problema a la estructura, debido a su baja diferencia de potencial con respecto a ésta. Con el ánodo de aluminio se debe ser algo más riguroso en el cálculo, ya que un fuerte exceso de protección puede provocar problemas en el revestimiento. Este efecto es mucho mayor aún el en ánodo de magnesio. Los ánodos actuales, de zinc o de aluminio indio, que son las dos aleaciones que se recomiendan para protección en agua de mar, necesitan reunir varias condiciones para asegurar su buen funcionamiento. La aleación debe ser hecha cuidadosamente en cuanto a su composición. La presencia de impurezas inactivan el ánodo, formando una capa aislante. A este se debe que las normas Militar Standard de USA, ASTM, DIN y otras exigen que las aleaciones sean hechas de metales electrolíticos puros. Si un ánodo se gasta, es señal de que ha protegido a la estructura a la que está eléctricamente unido. Si se gasta más de lo esperado, hay dos posibilidades: a) Ha sido mal fabricado y se
desprendió material o el material entregó menos corriente por kilo. a) La pintura es muy buena y se
mantiene en un muy buen estado, con lo que los ánodos tuvieron que entregar
menos corriente.
Resumen de propiedades:
El menor tamaño del ánodo equivalente
en al, significa menor roce con el agua.
b) Aleación de Zinc: según normas
Militar Standard - 18001 y su similar ASTM B 418 tipo 1,
Normas ASTM B 418-88
Normas Galvalum III
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