23 junio 2009

Protección catódica ….. y en polvo te convertirás

image

 

Siempre me ha llamado la atención ver como las cosas en la naturaleza tienden a “buscar” en el estado mas estable, por ejemplo un gas llena por completo el recipiente que lo contiene, el uranio al cabo de unos cuantos años se transforma en plomo, etc etc.

 

Pues bien, a veces esa búsqueda de equilibrio nos es beneficiosa y otras no, tal es que caso de la oxidación (en los metales de construcción) ya que es un fenómeno no deseado y que a la larga termina destruyendo la estructura o pieza que esa hecha de metal, para conocer un poco mas veamos a continuación de que va todo esto.

 

En la figura de arriba vemos un puñado de oxido de hierro (oxido férrico), con el típico color rojo, se usa desde hace miles de años como colorante para pintar, aunque si lo vemos en una tubería de gas de alta presión, no nos va a causar nada de gracia, así pues, el solido y aparentemente indestructible tubo de hierro va a terminar como un montón de partículas minerales si no se hace algo al respecto. Es decir, implementamos un sistema de protección catódica.

 

Ahora bien, vamos a comenzar mencionando el fenómeno de la oxidación, aquí entramos nuevamente en el mundo de la química, al ser ingeniero electricista ya poco queda en mi cerebro de las clases de secundaria, por fortuna a mi hermana si le gustó y ahora es ingeniera en esa área, de hecho, el tema de corrosión ¡es una materia completa! y he visto que usualmente se le designa la tarea a electricistas para implementar la protección siendo en mi humilde opinión competencia de otro campo de la ingeniería. pero bueno… como dicen por allí: “a lo hecho, pecho”.

 

Volviendo al tema, la oxidación es parte de un proceso de transferencia de electrones, a este fenómeno se le conoce como reacciones REDOX (reducción-oxidación), esto es por que de manera simultanea tenemos dos eventos de intercambio de partículas, el primero es la oxidación, este es el termino que manejamos comúnmente, y se refiere al proceso donde un elemento cede los electrones, por otro lado tenemos la reducción, es el complemento del proceso previo, aquí el elemento capta los electrones.

 

En nuestro caso particular, tenemos un problema con el hierro (Fe) ya que este se oxida, entonces cede electrones, esto ocurre por que los átomos de hierro tienen algunos electrones “libres” en las capas mas externas (eso es lo que lo hace buen conductor), por otro lado tenemos el oxigeno (O) que resulta ser un buen agente oxidante ya que le “faltan” algunos electrones, entonces el hierro y el oxigeno van a tratar de combinarse de manera natural (nuestro cuerpo usa esta tendencia para llevar oxigeno a las células, usando hierro, por ello nuestra sangre es roja).

 

Cuando el hierro se oxida, incorpora a su estructura molecular, un átomo de oxigeno, este átomo extra estabiliza la molécula, pero al mismo tiempo debilita los enlaces que forman con las otras moléculas de hierro, por eso el oxido de hierro va “comiéndose” al metal, las partes oxidadas simplemente se están despegando a nivel molecular del resto de la estructura y terminan cayéndose. 

 

image

 

Ya sabemos entonces que pasa durante la oxidación, entonces el truco para evitarla es impedir que el hierro se combine con el oxigeno, para ello existen varios métodos, entre ellos tenemos: aplicar una película de pintura, aplicar baño en un metal noble, usar métodos de protección catódica, este ultimo es que vamos a estudiar.

 

La protección catódica recibe este nombre, ya que se emplean una interesante propiedad de los materiales, llamada electronegatividad, que no es mas que la tendencia o fuerza, con la que la molécula del elemento atrae a los electrones de otro. La electronegatividad es una medida relativa según las distintas sustancias, esto significa en nuestro ejemplo, que si unimos hierro  con cobre, al ser el cobre mas electronegativo, va a favorecer a la oxidación de hierro, pero si por el contrario, unimos hierro con zinc, este último es menos electronegativo que el hierro, por lo tanto se oxidara el zinc. Esto es, en una unión galvánica, el metal que admite electrones se llama cátodo, mientras el que sede electrones es el ánodo.

 

image

Esto explica por que al sumergir dos metales distintos en un electrolito, podemos producir electricidad.

 

Entonces la idea es que convirtamos al hierro en el cátodo, para evitar que se oxide, para ello tenemos dos métodos básicos:

  1. Usar ánodos de sacrificio: este es el método mas sencillo, y no requiere de nada en especial, solo hacer una unión entre el hierro y un metal menos electronegativo, usualmente los ánodos son de zinc o incluso magnesio, pero este ultimo resulta mucho mas caro. Cuando se realiza esta unión, los electrones van a fluir de manera natural del ánodo al cátodo, destruyendo finalmente al ánodo, esta técnica se usa principalmente en tuberías submarinas, en donde la salinidad del agua aporta un factor que acelera la corrosión, si la tubería es muy larga, se suele colocar un conjunto de ánodos cada tantos kilómetros (3-5km) ya que si se colocara en un solo punto, el campo de polarización decae rápido, impidiendo que la protección se extienda mas allá.image
  2. Usar el método de corriente impresa: aquí básicamente es lo mismo, usamos ánodos de sacrificio también, pero le agregamos un elemento adicional, una fuente DC, que potencia el efecto protector, así, podemos obtener altas corrientes (2000 A) usando una cantidad menor de ánodos, esta técnica se emplea para protección de estructuras puntuales, por ejemplo una plataforma metálica, en donde tenemos mucho metal expuesto y usar ánodos en todos lados seria impráctico.

image

Para mas información, puede consultar esta pagina.

Share:

Videos de ETAP

En Facebook

Entradas populares

Blog Archive