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Protecção Catódica

Controlo da corrosão de estruturas metálicas soterradas ou imersas

Uma das formas mais elegantes da protecção contra a corrosão é a protecção catódica. Do ponto de vista teórico o processo é muito simples, pois significa eliminar todas as áreas anódicas (onde ocorrem processos degradativos de oxidação) da estrutura a proteger, fazendo com que esta funcione no seu todo de forma catódica, isto é, como "palco" de reacções de redução reprimindo as reacções de oxidação do e a degradação do metal. Para tal, é necessário associar a estrutura, ou um ânodo externo que seja menos nobre, do ponto de vista electroquímico, que o material da estrutura (ver figura 1)-

Protecção Catódica por Ânodos Sacrificiais (PCAS)

-funcionando assim a estrutura como um cátodo; ou um ânodo inerte por onde escoará uma corrente catódica (que origine processos de redução do metal constituinte da estrutura) injectada (imposta) na estrutura  a proteger-

Protecção Catódica por Corrente Imposta (PCCI) 

-necessitando-se para isso de um gerador de corrente contínua, o que se concretiza de forma economicamente mais aceitável através de um sistema transformador/rectificador.
A necessidade de fornecer uma corrente ao metal exige uma condução eléctrica razoável por parte do meio onde o metal se encontra de forma a fechar o circuito eléctrico, o que significa, que a protecção catódica só é possível quando a estrutura a proteger, está enterrada (terra) ou mergulhada em meios condutores de electricidade (água).

Cathodic Protection

Controlling corrosion of underground or immersed metal structures

One of the most efficient ways of corrosion protection is called cathodic protection. Theoretically this process is very simple, basically it eliminates all anodic areas (where the oxidation occurs) from the structure that we want to protect, therefore making it act in a cathodic manner. In other words, it creates conditions for reduction reactions that inhibit the oxidation reactions and consequently that structures degradation. For this to happen, it is necessary to associate to the structure one of two things: an exterior anode, which is less noble from the electrochemical view point than the cited structure. (see figure 1)-

Cathodic Protection with sacrificial Anodes  (PCAS)

-This way the structure works like a cathode; or an inert anode through where an injected cathodic current will flow (which will originate the metal structures' reduction process) with the objective of protecting the structure.-

Cathodic Protection by imposed current (PCCI)

-it is necessary to have a current generator, which is less expensive if we use a transformer and rectifier system. 
The necessity to supply current to the metal implies a reasonable electrical current conductor from the area where the metal is located so as to close the circuit, this means that cathodic protection is possible only in buried or immersed areas which are very good electric conductors.


Figura 1 - Representação esquemática de um sistema PCCI.
Figure 1 - Schematic representation of the PCCI system

Critérios de protecção

O principal critério de operacionalidade de um sistema de protecção catódica de uma estrutura metálica é o potencial a que esta se encontra em relação a um eléctrodo de referência. A protecção catódica faz, como o nome indica, com que a estrutura se torne num cátodo, o que em termos electroquímicos, significa que o potencial da estrutura, enquanto cátodo de uma célula electrolítica, seja inferior ao potencial em circuito aberto (potencial de Nernst), quando funciona como ânodo de uma célula de corrosão.
Na tabela 1 são apresentados os valores dos potenciais mínimos que permitem garantir protecção a alguns tipos de ligas metálicas. Os potenciais estão referidos aos eléctrodos de referência de cobre/sulfato de cobre e prata/cloreto de prata, frequentemente utilizados em medidas de campo.

Protection Criteria

The principal operational criteria of a metal structures cathodic protection system is the potential at which the metal is at in comparison with a reference electrode. Cathodic protection is basically, as the name indicates, the ability to turn the structure into a cathode, which in electrochemical terms means, that the structures potential value as a cathode of an electrolytic cell must be inferior to the opened circuit potential (Nernst Potential), when it functions like a corrosion cell anode.
On table 1 minimal potential values are presented that guarantees some kind of protection for some metallic alloys. These potentials refer to Copper/sulfate and silver/chlorite reference electrode that are frequently used in field studies.

Tabela 1 - Critérios de protecção catódica.
Table 1 - Cathodic Protection Criteria.

Dimensionamento

O dimensionamento de sistemas de protecção catódica exige vários estudos e ensaios que permitam determinar alguns parâmetros como a resistividade do solo ou da água, a velocidade do meio, no caso de meios fluídos, as resistências eléctricas dos equipamentos a montar, a eficiência dos ânodos, etc.
Apesar de os princípios que estão na base de um sistema de protecção catódica serem, como visto anteriormente, muito simples, o dimensionamento de um sistema nem sempre é uma tarefa fácil requerendo-se alguma experiência anterior neste tipo de situações.

Alguns dos aspectos a ter em conta na elaboração do projecto de um sistema de protecção catódica são os seguintes:

  • Determinação da resistividade do meio;
  • Escolha do sistema PCAS ou do sistema de PCCI;
  • Determinação do tipo e número de ânodos e sua distribuição (alumínio, zinco, grafite, titânio, ferro‑silício, platina-titânio);
  • Avaliação do efeito de correntes vagabundas;
  • Especificação de rectificadores de corrente no caso de PCCI;
  • Especificação de cabos e soldaduras;
  • Especificação de caixas de tomada de potencial, etc.

Protection Criteria

Dimensioning the cathodic protection system implicates various studies and testings that enable us to determine some parameters like soil or water resistence, surrounding velocity, when the surrounding are fluid, the equipments electrical resistence, the anodes eficency, etc.
Even if the principals that the cathodic protection system are based on, as we saw before, are very simple, dimensioning the system isn't always an easy task it takes a lot of experience in this kind of situations.

There are some aspects that we have to take into consideration when elaborating a cathodic protection systema project which are:
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  • Determining area resistence;
  • Chosing the PCAS system or PCCI system;
  • Determining the kind of anodes, its quantity and distribution (aluminum, zinc, graphite, titanium, iron‑silicates, platinum-titanium);
  • Studying the effects of drifing currents;
  • Specification of current rectifiers in PCCI;
  • Specification of cables and welding;
  • Specification of potential boxes, etc.

Figura 3 - Rectificador de corrente para PCCI.
Figure 3 - Current rectifier for the PCCI system.

Instalação

A montagem de sistemas de protecção catódica deverá ser de acordo com todas as normas referentes a ligações de equipamentos eléctricos, bem como, todas as normas referentes a soldaduras.
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Monitorização

Os sistemas de Protecção Catódica requerem inspecções regulares de forma a garantir que toda a estrutura a proteger se encontra dentro dos critérios de protecção referidos:

  • Registo do potencial da estrutura em diferentes pontos representativos da mesma;
  • Verificação dos equipamentos instalados;
  • Análise de Pearson (defeitos do revestimento) nas situações que se julguem críticas;
  • Avaliação de possíveis efeitos de correntes vagabundas provocados por novas estruturas montadas.

Instalation

Installing the Cathodic protection systems should go by standards applied to electric equipment installation, and also by the referred welding standards.
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Monitorizing

​The Cathodic Protection systems require periodic inspections so as to guarantee that the structure that we intend to protect applies to these protection standards:

  • Registering the structures potential in different area locations;
  • Verification of the installed equipment;
  • Pearson Analises (revestment defects) in critical situations;
  • Evaluating the possible effects of drifting currents that may exist because of new structures.

Figura 4 - Ânodos de ferro-silício e platina-titânio.
Figure 4 - Iron-silicate and platinum-titanium anodes.


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