¿Por qué se debe usar protección catódica y un recubrimiento juntos?

Conclusiones clave

Ningún recubrimiento es perfecto, por lo que la protección catódica es un método complementario eficaz para proteger las estructuras en un entorno corrosivo.

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La aplicación de una capa protectora a las superficies metálicas es el método más efectivo para mitigar el daño por corrosión. Según un informe de la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE), se gastan más de $100 mil millones de dólares en los EE. UU. para controlar la corrosión mediante la aplicación de recubrimientos orgánicos o metálicos. El cincuenta por ciento del costo del daño por corrosión se puede prevenir con el 85 por ciento relacionado con los recubrimientos. Por lo tanto, los recubrimientos juegan un papel importante en la protección de los materiales metálicos contra la corrosión.

El impacto de los defectos de recubrimiento

Sin embargo, los recubrimientos no son perfectos. En realidad, ningún recubrimiento está completamente libre de defectos, incluso cuando se aplica recientemente. La presencia de defectos se considera inevitable. Algunos de estos defectos aparecen durante la producción del recubrimiento y algunos de ellos se derivan del manejo y la aplicación incorrecta. (Obtenga más información sobre estos en el artículo 5 Defectos del recubrimiento que se pueden evitar al cumplir con las especificaciones del recubrimiento). Además, se forman otros defectos durante la vida útil del recubrimiento, lo que se denomina "degradación del recubrimiento. Esta degradación puede ser causada por estrés mecánico (p. ej., expansión y contracción del suelo durante condiciones húmedas y secas), reacciones químicas (presencia de iones agresivos como iones de cloruro), exposición a rayos UV, ataque bacteriano (como bacterias anaeróbicas reductoras de sulfato (SRB) ) o desunión catódica por sobreprotección catódica.

La Tabla 1 muestra cómo fallan los recubrimientos con el tiempo. Los revestimientos siempre tienen algunos pequeños defectos cuando se aplican. La densidad de defectos aumentará con el tiempo.

Tabla 1. Guía para el desglose del revestimiento de estructuras en alta mar.

Fuente: LL Sheir, RA Jarman y GT Burstein; “Corrosión”, Volumen 2: “Control de la corrosión”, 3.ª edición, Butterworth Heinemann, ISBN 0-7506-1077-8, PP 10.3 – 10.28

Aquí, la pregunta es si podemos producir un recubrimiento con cero defectos. La respuesta es no en la aplicación práctica, pero en teoría podríamos tener un recubrimiento libre de defectos. Producir un recubrimiento sin defectos es imposible o al menos no factible a escala de producción en masa. La figura 1 muestra cómo aumenta el costo del recubrimiento cuando tratamos de reducir la densidad de defectos.

Figura 1. Ilustra la relación entre el costo de proteger una estructura mediante protección catódica (línea marrón), recubrimientos protectores (línea azul) o métodos combinados (línea negra) para varias áreas de cobertura. Existe un beneficio general cuando se combina una buena aplicación de recubrimiento con protección catódica (situación optimizada).

Fuente: LL Sheir, RA Jarman y GT Burstein; “Corrosión”, Volumen 2: “Control de la corrosión”, 3.ª edición, Butterworth Heinemann, ISBN 0-7506-1077-8.

Es obvio que los recubrimientos altamente efectivos cuestan más. Cuando la cobertura del recubrimiento es inferior al 80 por ciento aproximadamente, existe una relación lineal entre el costo y el porcentaje de cobertura. Sin embargo, si se exige un alto grado de cobertura, esto se convierte en una relación logarítmica. Significa que el costo requerido para aumentar la eficiencia de los recubrimientos del 98 al 99 por ciento (uno por ciento) puede ser 10 veces mayor que cuando aumentamos la eficiencia de los recubrimientos del 65 al 66 por ciento (nuevamente uno por ciento). El costo más alto es el resultado de recubrimientos más gruesos, el uso de técnicas de inspección de alta tecnología y la reparación de defectos individuales. Por lo tanto, no es posible eliminar todos los defectos en la realidad.

Adición de protección catódica suplementaria

A veces es ventajoso usar otro método de protección para complementar los recubrimientos, por eso usamos protección catódica. (Obtenga información sobre los fundamentos de la protección catódica).

Veamos el tema desde otra perspectiva. ¿Podemos proteger una estructura desnuda solo con protección catódica?

Teóricamente es posible. Sin embargo, la protección catódica de una estructura desnuda no suele ser rentable. Incluso en un entorno de pH casi neutro, se requiere una corriente eléctrica considerable para proteger una estructura. La Tabla 2 muestra las densidades de corriente requeridas para proteger una tubería de acero enterrada en varios tipos de suelo. Como se muestra, la densidad de corriente requerida para proteger una tubería de acero se reducirá más de quinientas veces cuando se aplique una capa protectora.

Tabla 2. Densidades de corriente requeridas para proteger estructuras de acero enterradas en diferentes condiciones.

Fuente: LL Sheir, RA Jarman y GT Burstein; “Corrosión”, Volumen 2: “Control de la corrosión”, 3.ª edición, Butterworth Heinemann, ISBN 0-7506-1077-8.

La densidad de corriente requerida es una función de la eficiencia del recubrimiento que se aplica. La Tabla 3 muestra las densidades de corriente requeridas para proteger 10 millas de tubería de 36 pulgadas de diámetro con revestimientos de calidad variable. (Nota: la corriente necesaria se mide según el criterio de caída de tensión de 0,3 V). Los resultados muestran que se requiere una corriente de 500 A para proteger una estructura desnuda, mientras que esta corriente se puede reducir a aproximadamente 0,5 A (lo mismo que una bombilla de linterna de dos celdas) cuando la tubería está recubierta con un revestimiento bastante fuerte.

Tabla 3. Densidades de corriente requeridas para proteger el mismo revestimiento bajo diversas condiciones.

Fuente: "Peabody's Control of Pipeline Corrosion", 2da edición

Cuando la densidad de corriente requerida es bastante alta, el diseño de un sistema de protección catódica basado en ánodos de sacrificio generalmente no se recomienda ni es práctico. Generalmente requiere muchos ánodos grandes.

Además, la protección catódica con alta corriente es costosa porque requiere rectificadores de alta capacidad, ánodos no consumibles, grados de conexión más altos y más potencia.

Volviendo a la Figura 1, vemos que podemos reducir el costo de la protección catódica al reducir los gastos. Por esa razón, la protección catódica se suele aplicar sobre estructuras recubiertas. Las tuberías enterradas, los barcos y la parte inferior de los tanques de almacenamiento de líquidos suelen estar revestidos. (Consulte Introducción a la corrosión y los revestimientos de tuberías para obtener más información). Solo en raras ocasiones es preferible omitir los revestimientos protectores, como en las plataformas de producción de petróleo en alta mar en el Mar del Norte. En estos casos, dado que la corriente requerida para proteger catódicamente es muy baja, se utilizan ánodos de sacrificio y su diseño se basa en una corriente continua. Cuando se usa un recubrimiento, la corriente requerida no puede ser constante, porque el recubrimiento se deteriora y conduce a un aumento de la densidad de corriente.

Ningún recubrimiento es perfecto, por lo que la protección catódica es un método complementario efectivo para proteger los puntos donde un recubrimiento defectuoso expone las estructuras a un ambiente corrosivo.