Pregúntele a cualquiera que haya observado un muro de pilotes de acero en un río durante una década y escuchará la misma historia. La estructura se ve bien durante años, y luego aparece una pérdida de sección justo debajo del nivel del agua, exactamente donde nadie puede verla. Existen protección catódica y ánodos de sacrificio para interrumpir esa historia. No son tecnologías nuevas y no son complicadas una vez que se elimina la jerga, pero también son fáciles de especificar mal. Esta guía explica cómo funcionan los dos métodos, cómo se dimensiona un sistema de ánodo en la práctica y dónde cambia toda la conversación una vez que la pared en sí está hecha de polímero en lugar de acero.

¿Qué hace realmente la protección catódica?

El acero se corroe porque forma una celda electroquímica con su entorno. Una parte de la superficie se comporta como un ánodo y cede iones de hierro al agua o al suelo, liberando electrones. Otra parte se comporta como un cátodo, donde se consumen esos electrones. El electrolito (agua de mar, agua salobre, suelo húmedo) transporta la corriente iónica y el propio acero transporta la corriente electrónica. Retire cualquiera de esos tres elementos y la corrosión se detendrá.

La protección catódica aborda el problema desde el lado eléctrico. En lugar de dejar que el acero suministre sus propios electrones en los sitios anódicos, se alimentan electrones desde una fuente externa. Las áreas activas son empujadas a un estado pasivo catódico. En efecto, no se detiene la reacción de corrosión sino que se le da lugar a que ocurra en otro lugar.

Sólo hay dos formas de suministrar esos electrones. O conecta el acero a un metal más reactivo que se corroe en su lugar (un ánodo de sacrificio o galvánico), o introduce corriente en la estructura desde una fuente de alimentación a través de ánodos inertes (protección catódica de corriente impresa, generalmente abreviada como ICCP).

Cómo funciona un ánodo de sacrificio

Un ánodo de sacrificio es simplemente un trozo de metal menos noble que el acero que protege. Conecte los dos eléctricamente, coloque ambos en el mismo electrolito y el ánodo se convertirá en la superficie corrosiva. Los pilotes de acero en un embarcadero suelen estar equipados con brazaletes de aleación de zinc o aluminio atornillados al alma, o soportes de separación soldados en la línea de defensa. El ánodo se disuelve lentamente; la pila permanece intacta.

Debido a que el voltaje impulsor proviene de la diferencia de potencial entre los dos metales, no se necesita energía externa. Ése es el gran punto fuerte de los sistemas galvánicos y también de su techo. El voltaje es pequeño, por lo que la corriente que llega a una superficie distante o bien recubierta es limitada, y el ánodo tiene una masa finita que se consume durante la vida útil de diseño. Cuando se acaban los ánodos, se acaba la protección, por lo que el acceso al reemplazo es tan importante como el cálculo inicial.

Hacer coincidir el metal del ánodo con el agua

La selección del ánodo tiene que ver principalmente con el electrolito. La resistividad, la salinidad, la temperatura y el oxígeno disuelto cambian la elección, y hacerlo mal generalmente significa desperdiciar masa o, peor aún, una sobreprotección que daña el recubrimiento que debía ayudar.

El magnesio se deja deliberadamente fuera de la fila de agua de mar. Su voltaje de conducción más alto es útil en suelos secos y resistivos, pero en agua salada puede empujar el potencial del acero lo suficientemente negativo como para generar hidrógeno en la superficie y ampollar el recubrimiento. También se consume más rápido de lo que sugieren las matemáticas. Precisamente por esta razón, las aleaciones de zinc y aluminio son los caballos de batalla del mundo marino.

¿Ánodos de sacrificio o corriente impresa?

Para una única pared corta de Tablestaca con acceso razonable para buzos o una embarcación pequeña, los ánodos galvánicos son difíciles de superar. No hay transformador rectificador que albergar, ni cableado que proteger, ni fuente de alimentación que falle, y el sistema prácticamente no requiere mantenimiento hasta que sea necesario reemplazar los ánodos.

El ICCP gana en estructuras más grandes. Un largo embarcadero con cientos de pilotes, o una estructura donde los ánodos se asientan en trineos remotos en el fondo del mar, necesita más corriente de la que puede suministrar un sistema galvánico. Los ánodos de corriente impresa, generalmente titanio o grafito recubiertos con óxidos metálicos mixtos, se pueden accionar a un voltaje mucho más alto y la salida se puede ajustar a medida que el recubrimiento se degrada o cambia el entorno. A cambio, usted acepta un mayor costo de capital, un requerimiento de energía permanente, equipos de monitoreo y un sistema que un operador competente debe cuidar.

Una regla general razonable: si la demanda actual es modesta y la estructura es compacta, manténgase galvánico. Si está protegiendo miles de metros cuadrados de acero y quiere un panel de control en lugar de varias toneladas de aluminio, mire la corriente impresa.

Dimensionamiento de un sistema: corriente, área y tiempo

Cada diseño comienza con la demanda actual, y la demanda actual comienza con el área mojada:

• Calcular la superficie sumergida y enterrada del acero a proteger.
• Multiplique por una densidad de corriente de diseño para ese entorno, generalmente expresada en miliamperios por metro cuadrado.
• Aplique un factor de degradación del recubrimiento si el acero está pintado, porque un recubrimiento que hoy está intacto en un 95 por ciento no lo estará dentro de quince años.

Una ilustración rápida. Seiscientos metros cuadrados de acero desnudo en agua de mar a 25 mA/m² necesitan aproximadamente 15 A. Para mantener eso durante veinte años se necesitan alrededor de 2,6 millones de amperios-hora de carga, lo que a 2.000 Ah/kg equivale a alrededor de 1,3 toneladas de material de ánodo de aleación de aluminio antes de que se aplique cualquier factor de utilización. Esta es la cifra que sorprende a quienes pensaban que los ánodos eran un pequeño accesorio.

Dos dimensiones controlan dos cosas diferentes. La longitud del ánodo y, por tanto, el área de superficie, establece cuánta corriente puede expulsar el ánodo en cualquier momento. La sección transversal del ánodo, y por tanto la masa, determina cuánto tiempo puede seguir haciéndolo. Un ánodo largo y delgado proporciona una corriente elevada durante una vida corta; uno corto y gordo da lo contrario. Los buenos diseños equilibran ambos con el intervalo de reemplazo con el que el propietario realmente puede vivir.

Límites que vale la pena conocer antes de especificar

La protección catódica sólo funciona donde hay un electrolito continuo y un camino eléctrico claro. Eso crea algunos límites prácticos:

• La zona de chapoteo y todo lo que está encima de ella no se puede proteger porque no hay agua para llevar la corriente. Esa banda necesita un espesor de recubrimiento, un margen de corrosión o un material completamente diferente.
• Las superficies protegidas, como el acero escondido detrás de un guardabarros ajustado o atrapado en una grieta, reciben poca o ninguna corriente, sin importar cuántos ánodos coloque cerca.
• Las corrientes parásitas de equipos de soldadura, sistemas de tranvía u otras instalaciones de CP cercanos pueden acelerar la corrosión en acero desprotegido en lugar de prevenirla.
• La sobreprotección es un verdadero modo de fracaso. Demasiada corriente daña los recubrimientos, desperdicia masa de ánodos y, en aceros de alta resistencia, genera preocupaciones sobre la fragilidad por hidrógeno.

Lo que esto significa para las Tablestacas de polímero

Esta es la parte de la conversación que a menudo se omite. La protección catódica protege el acero. Una pared de tablestacas de vinilo o PVC es un material dieléctrico: no hay hierro que libere iones, ni celda electroquímica que interrumpa, ni ánodo que pueda hacer algo útil incluso si atornilla uno al panel. Cuando un proyecto cambia de pilotes de acero a pilotes de polímero, el paquete de protección catódica suele desaparecer por completo, junto con el rectificador, el estudio anual y el programa de sustitución de ánodos.

Eso no hace que el polímero sea la respuesta a todos los problemas. Hay que seleccionarlo para las cargas adecuadas, el suelo adecuado y la exposición adecuada, y el muro sigue necesitando un diseño sensato. Pero cuando el factor de protección fue el ataque de cloruros, el agua salobre o un horizonte de mantenimiento muy largo, la economía de Tablestacas de PVC resistentes a la corrosión A menudo tienen un aspecto muy diferente al de una pared de acero, además de veinte años de sustitución del ánodo.

Una advertencia del taller: muchas de las llamadas paredes de polímero todavía contienen acero. Los tirantes, placas de anclaje, largueros y soportes de conexión suelen ser de acero galvanizado o recubierto y permanecen completamente expuestos a la misma electroquímica descrita anteriormente. Es posible que esos componentes aún merezcan ánodos o un cambio de material, incluso cuando la tablestaca en sí es inerte. Esto lo vemos más a menudo en Muros de láminas vinílicas en obras marinas , donde los paneles son poliméricos pero el anclaje detrás de la pared no.

Monitoreo y mantenimiento en términos sencillos

Un sistema galvánico se puede comprobar con un electrodo de referencia y un voltímetro de alta impedancia. Para el acero en agua de mar, un criterio de aceptación común es un potencial de aproximadamente -0,80 V frente a una referencia de plata/cloruro de plata, o un cambio de 100 mV respecto al potencial de corrosión libre medido antes de la instalación. Cualquiera que sea el criterio que adopte el diseño, registre las lecturas iniciales, porque son la única línea de base que existirá.

Las encuestas suelen ser anuales o semestrales. Los resultados útiles son el potencial de protección a lo largo de la pared, el consumo de ánodos frente a la tasa prevista y cualquier señal de que el revestimiento se ha descompuesto más rápido de lo supuesto. Si los ánodos se están consumiendo más rápido de lo esperado, la demanda actual se subestimó y la modernización debe realizarse antes de que desaparezca la protección.

Preguntas que escuchamos de los equipos de proyecto

¿Puedo agregar ánodos a una pared existente?

Sí, y es común. Los buzos pueden colocar ánodos de pulsera y de separación, y se pueden colocar sistemas de ánodos remotos en el lecho marino cercano. La restricción suele ser el acceso y el estado del acero existente, no la teoría.

¿Necesito protección catódica si el acero está bien recubierto?

Un buen recubrimiento reduce drásticamente la demanda actual, pero no elimina la necesidad de protección en cada defecto, borde y soldadura. Los códigos de diseño asumen un factor de descomposición del recubrimiento precisamente por esta razón.

¿Una pared de polímero necesita algún tipo de protección contra la corrosión?

Los paneles no lo hacen, pero todos los componentes de acero del sistema sí lo hacen. Revisa los anclajes, las conexiones y todo lo que quede mojado.

Diez años de construcción de muros de tablestacas nos han enseñado que las decisiones sobre la corrosión generalmente se toman temprano, con información incompleta, y luego se viven con ellas durante décadas. Si su proyecto se dirige hacia un paquete de protección catódica, dimensione adecuadamente y haga un presupuesto para el reemplazo desde el primer día. Si se dirige hacia una pared sin acero, asegúrese de que todo el sistema esté libre de acero, no solo la parte que se puede ver desde el agua. De cualquier manera, estaremos encantados de hablar sobre el aspecto material de esa decisión con sus ingenieros.