Qué es la protección catódica

El acero se obtiene a partir del mineral de hierro y, en contacto con el suelo húmedo o con el agua, tiende a volver a ese estado de óxido. El proceso es electroquímico y funciona como una celda: en algunas zonas del metal, los ánodos, el hierro se disuelve y libera electrones; esos electrones circulan por el propio metal hasta otras zonas, los cátodos, donde se consumen. El circuito se cierra a través del suelo o del agua, que actúan como electrolito.

Donde la corriente sale del metal hacia el electrolito, el metal se corroe; donde ingresa, no. En esa diferencia se basa la protección catódica. La guía Qué es la corrosión describe la celda completa y los factores que la aceleran en una cañería enterrada.

La protección catódica forma una nueva celda a favor de la estructura. Se instala un ánodo externo, conectado a la estructura mediante un cable, y se hace circular corriente continua desde ese ánodo, a través del suelo, hacia toda la superficie del metal. La estructura completa pasa a ser cátodo: la corriente ingresa al acero en lugar de salir de él, y la corrosión se traslada al ánodo, que está hecho para consumirse.

Al recibir esa corriente, el potencial de la estructura se desplaza hacia valores más negativos. Ese desplazamiento se denomina polarización y es la magnitud que se mide para verificar que la protección es suficiente.

La corriente de protección puede provenir de dos fuentes. Ambas protegen de la misma manera; la elección depende de la corriente que requiere la estructura, de la resistividad del suelo y de la disponibilidad de energía eléctrica.

Ánodos galvánicos o de sacrificio

El ánodo es de un metal más activo que el acero, como el magnesio o el zinc. Conectado a la estructura, forma una celda galvánica en la que el ánodo se consume y el acero queda protegido. La corriente proviene de la diferencia de potencial entre ambos metales, sin rectificador ni energía externa. Es baja y depende de la resistividad del suelo, por lo que conviene en estructuras bien revestidas, tramos cortos, redes de distribución o sitios sin energía eléctrica. Ver Sistemas de ánodos galvánicos.

Corriente impresa

Un rectificador convierte la corriente alterna de la red en continua y la inyecta en el suelo a través de un dispersor: un conjunto de ánodos de bajo consumo rodeados de coque. Como la tensión es regulable, entrega mucha más corriente que un ánodo galvánico y cubre grandes distancias. Es el sistema habitual en ductos de transporte, fondos de tanques y estructuras con gran superficie a proteger. Ver Dispersores y Rectificadores.

La selección del sistema y el dimensionamiento de ánodos, dispersores y rectificadores forman parte del diseño del sistema.

La guía Corriente impresa o ánodos galvánicos: cómo elegir compara los dos sistemas en detalle.

Ningún revestimiento es perfecto: presenta fallas de fábrica, del tendido o por envejecimiento. El revestimiento aísla la mayor parte de la superficie y la protección catódica protege las fallas que quedan. Por eso trabajan en conjunto: cuanto mejor es el revestimiento, menor es la corriente necesaria. Cuando el revestimiento se degrada, la demanda de corriente aumenta y, en muchos casos, conviene repararlo antes que aumentar la corriente del sistema. Ver Recoating y EasyCoat.

La protección catódica no se verifica a simple vista, sino con mediciones. La medición básica es el potencial estructura-suelo, es decir, la diferencia de potencial entre la estructura y un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO₄) apoyado en el suelo. Se mide con un voltímetro de alta impedancia en las CMP, que vinculan la estructura con la superficie.

Para el acero, NACE SP0169 establece, entre otros, dos criterios de uso habitual:

• Potencial polarizado de −850 mV o más negativo respecto de Cu/CuSO₄, medido como potencial OFF, un instante después de interrumpir la corriente.
• Polarización mínima de 100 mV, medida como la diferencia entre el potencial OFF y el potencial natural (el de la estructura sin protección), o como la despolarización posterior a la interrupción.

La interrupción es necesaria porque, con la corriente circulando, la lectura ON incluye la caída de tensión en el suelo, o caída óhmica (IR), y muestra un valor más negativo que el real. Para eliminarla se interrumpen en forma simultánea, con interruptores sincronizados por GPS, todas las fuentes de corriente que influyen sobre el tramo, y se registra el potencial OFF. Ver Relevamiento de potenciales ON, naturales y ON/OFF.

Las CMP permiten medir el potencial en puntos discretos. Para evaluar la traza completa se utilizan el Close Interval Survey (CIS), que releva el potencial paso a paso sobre la cañería, y el Direct Current Voltage Gradient (DCVG), que localiza y clasifica las fallas del revestimiento.

Para condiciones particulares, como temperaturas elevadas, suelos anaeróbicos con bacterias sulfato-reductoras o suelos de muy alta resistividad, ISO 15589-1 fija otros valores. También existe un límite en sentido contrario: un potencial excesivamente negativo puede provocar el desprendimiento del revestimiento o la fragilización por hidrógeno de aceros de alta resistencia. Por eso los resultados se evalúan en cada caso y no solo contra −850 mV.

La guía Criterios de protección catódica explica cómo se mide y se evalúa cada uno.

• Ánodos o dispersores: por donde la corriente ingresa al suelo.
• Rectificador: en corriente impresa, convierte la corriente alterna en continua y la regula.
• Cables y conexiones: el cable de conexión a la estructura, unido mediante soldadura cuproaluminotérmica.
• Cajas de medición de potencial y mojones: los puntos de medición.
• Juntas aislantes y monolíticas: aíslan eléctricamente la estructura protegida de otras, para evitar pérdidas de corriente.
• Electrodos de referencia permanentes y cupones de corrosión: permiten medir siempre en el mismo punto y estimar la velocidad de corrosión.

Todos están disponibles en Materiales.

Cualquier estructura de acero enterrada o sumergida en contacto con un electrolito. Las más frecuentes:

• Ductos: gasoductos, oleoductos, poliductos y redes de distribución de gas.
• Tanques: fondos de tanques de almacenamiento, su interior y tanques enterrados.
• Plantas industriales: redes de incendio, gasoductos de ingreso y distribución interna.
• Estaciones de servicio y plantas de combustibles: tanques y cañerías enterrados.

Las estructuras aéreas no se protegen de esta manera: sin electrolito, la corriente no puede llegar al metal. Se protegen con revestimientos y pinturas.

La guía Protección catódica de tanques enterrados explica cómo se protegen y se controlan los tanques enterrados y sus cañerías.

• Un potencial ON muy negativo no demuestra que haya protección. Una lectura ON de −1.200 mV puede corresponder a un potencial OFF que no alcanza −850 mV. Sin el potencial OFF o la medición de polarización, no es posible afirmar que la estructura cumple el criterio.
• La protección catódica no reemplaza al revestimiento. Protege sus fallas, pero si el revestimiento se degrada, la corriente necesaria crece hasta superar la capacidad del sistema.
• Más corriente no implica más protección. El exceso de corriente desprende el revestimiento, acelera el consumo del dispersor y aumenta la interferencia sobre otras estructuras.
• Un sistema instalado no es necesariamente un sistema en funcionamiento. Los ánodos se consumen, los rectificadores salen de servicio y los cables se cortan. Sin mediciones periódicas, un sistema puede dejar de proteger sin que se detecte.
• Una estructura protegida puede corroer a otra. La corriente que circula por el suelo puede tomar una cañería vecina como camino y salir de ella más adelante, donde la corroe. Este fenómeno se denomina interferencia y se detecta con mediciones coordinadas entre ambas estructuras.

La guía Interferencias y corriente alterna inducida explica cómo se detectan y se mitigan.