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LA CORROSIÓN EN LOS TANQUES Y TUBERÍAS ENTERRADOS
Los tanques de GLP o de estaciones de servicio enterrados normalmente tienen un buen
revestimiento (pintura) y están cubiertos por arena de alta resistividad. Esta arena a veces es de
río, normalmente lavada, o de canteras, y tiene una resistividad muy alta (suele ser bastante
superior a los 100.000 S x cm).
Las tuberías de GLP o de las estaciones de servicio, cuando son de acero, van encintadas con
polietileno y normalmente van cubiertas por una capa también de arena.
Para que haya corrosión hay que partir de la base de que el acero tiene que estar en contacto con
un electrólito, es decir que el revestimiento o pintura que lo cubre debe tener algún defecto. Si
el contacto es con un medio poco o muy poco agresivo, como es la arena de río lavada el peligro
de corrosión es pequeño. Por otro lado la arena suele airearse bien, debido a su granulometría,
lo que aumenta la seguridad ante la corrosión.
Así pues, en estas condiciones es difícil que haya problemas de corrosión.
PROTECCIÓN CATÓDICA DE LOS TANQUES DE GLP ENTERRADOS
Para pequeñas instalaciones, con redes de distribución de no mucha longitud (por ejemplo
menos de 500 m) y más aún con los revestimientos, el sistema de protección catódica más
normal y adecuado es el de ánodos de sacrificio, con la limitación de una duración máxima de
12-15 años, si la resistividad del suelo es media-alta (>4000 S x cm), si la resistividad es inferior
se pueden conseguir duraciones más largas (25 años por ejemplo). La duración de los ánodos
puede ser un aspecto importante debido a que en ocasiones la renovación de los ánodos puede
suponer un problema económico de obra civil (hormigonados, asfaltos, etc.).
PROTECCIÓN CON ÁNODOS DE SACRIFICIO Y
TIPO DE ÁNODOS QUE SE DEBEN INSTALAR
La utilización de ánodo desnudos es un error bastante grande y si no se trata de suelos con
resistividades muy bajas, porque se pasivan en muy poco tiempo y su potencial y salida de
corriente se reduce muchísimo.
Normalmente se establece como criterio para el uso de ánodos de magnesio desnudos cuando
el suelo tiene una resistividad inferior a 2.000 S x cm, y es homogéneo, porque sino el desgaste
es desigual y la duración mucho menor. Esta resistividad no es muy frecuente, pues realmente
se trata de suelos de baja resistividad, así por ejemplo el suelo de Madrid suele tener una
resistividad más bien baja que suele rondar los 2.500-4.500 S x cm.
El relleno de la mezcla activadora tiene dos misiones:
-
Dar una homogeneidad al entorno del ánodo y por lo tanto a su salida de corriente y a
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su desgaste por autocorrosión. Quizás hayas podido ver o te hayan comentado que en
ciertas ocasiones los ánodos salen como comidos a mordiscos en el tiempo de unos dos
o tres meses. Esto es debido a que el desgaste o consumo de los ánodos galvánicos o de
sacrificio tiene dos partes, una primera que es la que llamamos el rendimiento, es decir
el peso perdido en función de la salida de corriente según el cálculo de la ley de Faraday
(en casi todas las aleaciones de magnesio ronda el 50%) y la otra parte (el otro 50%)
es el peso consumido por autocorrosión.
Esta autocorrosión se produce por el mismo fenómeno electroquímico de las pilas normales
de corrosión, y en los ánodos puede ser debido a dos causas, una, que es bastante extraña
si los ánodos tienen cierta calidad, es por su mala calidad y contenidos en impurezas,
especialmente el contenido en hierro, pues en ocasiones se aprovecha magnesio procedente
de deshechos de otras fundiciones, que suele tener contenido excesivos en hierro, pero sale
mucho más barato (lo mismo ocurre con los ánodos de zinc). En todas las aleaciones de los
ánodos se debe de partir de un metal (Mg, Zn, o Al dependiendo del tipo de ánodo) con una
pureza del 99,99%. En el caso del magnesio los fabricantes, cuando se trata de la aleación
AZ63 parten de lingotes de magnesio ya aleado, pero que para su fabricación antes se ha
partido de la pureza del 99,99 %.
Cuando encontramos un ánodo desgastado de esta forma, que parece que le han dado
bocados y en muy poco tiempo, es debido, normalmente a que la arena de río o de cantera
(en este caso con mayor frecuencia) tiene impurezas y se forman pilas de corrosión entre
la arena que no tiene impurezas y éstas, de tal forma que el magnesio debido a que es un
metal muy anódico (principal razón por la que tiene tan bajo rendimiento, comparado con
el zinc - 95% en agua de mar- o el Aluminio - 92% en agua de mar), tiende a formar unas
pilas de corrosión entre distintas zonas del mismo ánodo.
ALEACIONES DE ÁNODOS DE MAGNESIO
A groso modo (varía también según el fabricante) las aleaciones de magnesio se dividen en dos tipos
la normal o AZ-63, que tiene un potencial en circuito abierto de -1,55 V/ Cu/CuSO4 (electrodo de
referencia de cobre sulfato de cobre saturado), y la de alto potencial; -1,75 V /Cu/CuSO4.
La diferencia más importante entre las dos aleaciones es que en la primera contiene
aproximadamente un 6% de Al y un 3 % de Zn, una muy pequeña cantidad de Manganeso (entre el
0,15 y el 0,3 % normalmente) y el resto es Magnesio e impurezas con unos límites muy estrictos,
especialmente en el contenido de hierro, níquel, sílice y cobre, metales que causan un desgaste o
autocorrosión acelerada o bien pasivación.
Cuando la duración de los ánodos prevista es de 12 a 15 años se recomienda el uso de ánodos de 4,1
kg de aleación de alto potencial. La aleación AZ63 tiene un potencial respecto al electrodo de
Cu/CuSO4 de -1,55 V, mientras que el de alto potencial tiene -1,75 V respecto a este mismo
electrodo de referencia, con lo cual da mayor salida de corriente y por lo tanto es necesaria menor
cantidad de ánodos.
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En WWI PROCAT, S.L. se utilizan las aleaciones AZ63 de 3,3 kg y la de alto potencial, pero
estamos pasando a emplear el de 4,1 kg de aleación de alto potencial, pues tiene un coste similar,
el peso es mayor (de 3,3 a 4,1 Kg) y mejoramos en mucho sus prestaciones. También empleamos
los ánodos de magnesio de alto potencial de 7,7 KG, o de 14,5 Kg (estos solo en casos muy
especiales pues no suelen tener ventajas sobre los de 7,7 Kg ya que estos últimos pueden dar una
duración lo suficientemente larga como para no tener que instalar los de 14, 5 Kg.
Los ánodos solo se deben poner en la arena (siempre con relleno de mezcla activadora) cuando no
quede más remedio, y si es posible también de alto potencial, aunque estos son más difíciles de
encontrar nosotros los podemos hacer (aunque hasta ahora no) y de hecho estamos pensando en traer
un ánodo de este tipo, para este objeto y otros donde también tiene bastante utilidad.
Adjuntamos una tabla que, de una manera aproximada, podría utilizarse para uso en protección de
tanques, con ánodos de 4,1 kg de aleación de alto potencial. Si ponemos el de 3,3 Kg
aproximadamente se debe calcular del orden del 30%-40% más de ánodos. Por otro lado en suelos
con resistividades altas, a partir de 4.000- 5.000 S x cm, se recomienda siempre el de alto potencial,
siendo ésta una de las razones por la que estamos pasando a utilizar solo este ultimo.
Cuando el suelo tenga piedras o sea seco, la resistividad será alta y por lo tanto serán necesarios más
ánodos que cuando se trate de tierra sin piedras y no muy seca. La duración garantizada de estos
ánodos es de 12 a 15 años o de 20-25 ños si el suelo lo permite (los años que se garantizan es
mientras son útiles dando la adecuada protección). Los ánodos van ensacados y con 4 m de cable.
Cuando el suelo tenga mayores resistividades (normalmente para simplificarlo podemos distinguir
dos tipos de suelos, con piedras, sin ellas o también muy seco), se tienen que poner más ánodos.
Si se trata de un retimbrado se debe de considerar del orden del 25% más de ánodos debido a que
la pintura, si se renueva es difícil que tenga la misma calidad, al menos en su aplicación, que cuando
sale de fábrica.
Ejemplos de la posible cantidad de ánodos calculada para ánodos de 4,1 Kg aleación HP (alto
potencial).
Tanque
Volumen
2.250 L
4.500 L (16,99 m²)
6,430 l (23,7 m²)
Tipo de suelo
Nº de
ánodos
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras)
1
Suelos con piedra o muy secos.
1
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras)
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Suelos con piedra o muy secos.
2
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras).
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Tanque
Volumen
10.000 L (30,05 m²)
16.050 L (46,35 m²)
19.070 L (50,02 m³)
20.000 L
30.000 L
40.000 L
50.000 L
Tipo de suelo
Nº de
ánodos
Suelos con piedra o muy secos.
3
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras).
3
Suelos con piedra o muy secos.
4
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras).
5
Suelos con piedra o muy secos.
7
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras).
5
Suelos con piedra o muy secos.
7
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras).
5
Suelos con piedra o muy secos.
7
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras)
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Suelos con piedra o muy secos.
8
Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras)
7
Suelos con piedra o muy secos.
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Suelos de resistividad media o baja (arenas, arcillas, tierra vegetal, etc, es
decir sin muchas piedras)
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Suelos con piedra o muy secos.
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POTENCIAL DE PROTECCIÓN O DE INMUNIDAD
CRITERIOS DE PROTECCIÓN
Como antes se ha citado el potencial llamado de protección o de inmunidad es (para el acero) -850
mV respecto al electrodo de Cu/CuSO4.
Esto es verdad solo hasta cierto punto, pues este valor cambia en función de la temperatura y del
medio. A mayor temperatura más negativo tiene que ser el potencial de polarización y cuando el
suelo es muy poco agresivo, por ejemplo en el caso de arena poco agresiva (con resistividades altas)
y bien aireada, se pueden admitir que la protección sea con potenciales menos negativos. En las
normas europeas editadas para la protección catódica de tuberías enterradas o sumergidas (UNE-EN
12954:2002 Protección catódica de estructuras metálicas enterradas o sumergidas. Principios
generales y aplicación para tuberías. (Describe los distintos sistemas de protección, los criterios de
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protección de distintos metales y el glosario de términos generales a utilizar en protección catódica)
Se habla de una polarización de -750 mV, y en algunos caso incluso menos.
Al medir el potencial se pueden obtener medidas erróneas como:
-
Que el potencial de polarización real sea más negativo que el medido (cuando la resistencia
de contacto del electrodo con el suelo es alta, por estar el suelo muy seco, pavimentado, con
hierbas o residuos de malos conductores (normalmente en fábricas de productos plásticos).
Este problema se soluciona mojando el suelo, retirando el material aislante o/ y aumentando
la impedancia de entrada en el voltímetro.
-
El potencial de polarización real sea menos negativo que el medido, que es el caso más
frecuente debido al error por la caída IR. Este error es de mucha importancia en los tanques
si se ponen los ánodos dentro de la arena que rodea el tanque, debido a que la resistividad
de la arena es muy alta y por lo tanto también la caída IR. Por otro lado en el caso de los
ánodos de sacrificio si dichos ánodos están muy cerca del tanque el electrodo de referencia
también estará cerca del ánodo, y, como el ánodo y el tanque están unidos eléctricamente,
tendremos una lectura intermedia entre el potencial del ánodo (mucho más negativo) y el
del tanque.
Para solucionar esto no cabe más remedio que:
-
Prever el error de la medida, si es por mucha resistencia del electrodo de referencia,
midiendo el potencial natural, es decir antes de conectar la protección catódica.
-
Medir potenciales ON-OFF, es decir cortando la corriente de protección catódica, y por la
tanto anulando el trasiego de corriente entre ánodos y cátodo, y también el que hay entre la
posición del electrodo de referencia y el cátodo.
-
En USA es admitido que una polarización de -100 mV desde el momento del corte, una vez
eliminada la caída IR, el potencial ha de ser 100 mV más negativo que el espontáneo, o
natural, es decir el que había antes de conectar el sistema de protección catódica y la
consecuente polarización.
-
En Europa este criterio en principio no es admitido, porque la condiciones que debe reunir
la instalación para aceptar este criterio en pocos casos se dan.
LA MEDIDA DE POTENCIALES ON-OFF
Este sistema de medida consiste en cortar la corriente de protección e inmediatamente medir, la
caída IR desaparece, es decir el momento del potencial Instant OFF, o de polarización real, y el
tiempo transcurrido entre el corte de la corriente de protección y el del potencial de polarización real
puede ser décimas de segundo después del corte o un segundo y en ocasiones más tiempo.
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Estas medidas antiguamente se hacían a ojo veloz, pero hoy en día se hacen con data loggers que
permitan una toma de medidas rápida (desde 10 veces por segundo hasta 40 veces por segundo lo
permiten nuestros sistemas), obteniendo una buena curva de despolarización.
Si hay varios equipos o ánodos conectados a la estructura protegida se deben cortar simultáneamente,
y los interruptores deben estar sincronizados con gran precisión, pues suna desviación de unas
décimas de segundo pueden invalidar la medida.
Cuando hay presencia de corrientes vagabundas que se canalizan por las tuberías o el tanque, y por
lo tanto causan oscilaciones del potencial, estas medidas interrumpiendo la corriente de protección
(la conexión entre todos los ánodos y el o los tanques o la conexión al rectificador, si es por corriente
impresa) son inútiles pues las corrientes vagabundas son independientes del sistema de protección
catódica, y por lo tanto continúan tras el corte de corriente, impidiendo saber cual es el verdadero
potencial de polarización real.
Este problema y el de las corrientes de compensación, además del de la sincronización de los distinto
transfo-rectificadores, se evita utilizando los electrodos de referencia con probeta de acero.
Un electrodo probeta es un electrodo de referencia que lleva incrustada una placa o probeta de acero
desnuda, cuya superficie está determinada de una manera precisa. Este electrodo probeta se sitúa
cercano al tanque o tubería y e su mismo medio, conectando el cable procedente de la probeta al de
la tubería o tanque de tal forma que la probeta se polariza y protege al mismo tiempo que estos. Estos
dispositivos tienen varios fines o posibilidades:
-
La probeta está tan cerca del electrodo que la caída IR es mínima, y en todo caso
calculable, pues se puede saber la corriente que entra en la probeta, y si
conocemos la resistividad del suelo en torno a la probeta, que debe ser de la
misma o parecida al del tanque o tubería, podremos calcular el error debido a la
caída IR.
-
Podemos medir la corriente que entra (cátodo es decir corriente de protección),
calcular la densidad de corriente. E incluso hacer una estimación aproximada
cual es la superficie desnuda del tanque o de la tubería.
-
En el caso de que salga corriente de la probeta al suelo, normalmente debido a
las corrientes vagabundas, podemos calcular la posible pérdida de metal que
habrá en un tiempo, en una defecto de revestimiento con una superficie parecida
ala de la probeta.
-
Por este motivo con revestimientos modernos y de buena calidad, la probeta más
utilizada, para corriente continua, es tiene una superficie de 10 cm², pero para
otros revestimientos o cuando se sospecha que los defectos son de mayor entidad,
o bien si se quiere tener una mayor seguridad se pueden instalar electrodos
probeta con superficies de acero desnudo mayores (normalmente 50 o 100 cm²).
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-
Si se corta, con un interruptor preciso y programable, la unión entre probeta y
estructura protegida, se puede medir la despolarización de la probeta, sin
necesidad de cortar la corriente en los transfo-rectificadores, o de todos los
ánodos. La probeta en estas condiciones no está sometida a los efectos de las
corrientes vagabundas, por tratarse de una superficie muy pequeña, para que
estas corrientes tiendan a canalizarse a través de ella, y la despolarización no está
afectada por las oscilaciones de potencial debidas a las entradas y salidas de
corrientes vagabundas, obteniéndose una curva de despolarización sin
oscilaciones y solo con la curva de caída del potencial.
Los tanques de combustible modernos suelen llevar un buen revestimiento o pintura lo que dificulta
los procesos de corrosión al reducir la superficie de contacto del acero con el medio.
El acero es un material con unas propiedades magníficas en cuanto a su elasticidad y resistencia
mecánica para ser usado en tuberías y tanques. Tiene el problema de la corrosión metálica, si bien
este problema es de fácil solución mediante buenas pinturas o revestimientos y una buena protección
catódica.
Una buena protección catódica no significa que debe ser cara sino que esté bien diseñada para ser
segura , durable y de fácil control y mantenimiento.
Un tanque de acero tiene un buen precio comparado con otros de materiales no metálicos, que no
tiene el problema de la corrosión metálica pero si otros derivados de su menor elasticidad y
resistencia mecánica, especialmente en suelos donde puede haber movimientos de las tuberías y
tanques o del mismo terreno por asentamientos, como por ejemplo los debidos al paso de vehículos
especialmente los de gran peso. Así en un estudio hecho en EE.UU, a principios de los 70
(publicado en Materials Perfomance) la estadística detectó que en los tanques de las estaciones de
servicio había más tanques con problemas en los de poliéster reforzado con fibra de vidrio que con
los de acero.
Para que los tanques enterrados no tengan problemas de corrosión se pueden adoptar las siguientes
medidas:
<
Que los tanques tengan una pintura aceptable (la que indica el reglamento es excelente y
mejor de lo necesario normalmente si se instala un sistema de protección catódica).
<
Que los tanques y tuberías, o solo los tanques si las tuberías son de plástico, no tengan
contacto con tomas de tierra de cobre (el cobre es catódico respecto al acero y por lo tanto
si están en contacto cobre enterrado y acero se forma un par galvánico en el que el acero
actúa como ánodo y se corroe) ni con otras estructuras que no sea necesario proteger. Si se
ponen en contacto con otras estructuras metálicas que pueden a su vez estar en contacto con
armaduras de hormigón enterradas se forma un par galvánico de corrosión entre el acero y
el acero en hormigón (este último se comporta de una forma parecida al cobre frente al
acero normal).
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<
Si el medio en que están los tanques, además es arena de río o un material similar, que
tienen una resistividad alta, se dificulta cualquier proceso de corrosión.
Si se hace un diseño cuidadoso con las instrucciones indicadas los posibles problemas de corrosión
de estos tanques y tubería se reducen al mínimo y si se instala un sistema de protección catódica será
muy difícil que aparezcan problemas de corrosión.
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