Control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas

El control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas es una práctica técnica indispensable para asegurar la efectividad de los sistemas de protección catódica en estructuras expuestas de forma permanente o intermitente al agua de mar. La elevada conductividad del electrolito, la presencia de cloruros, el oxígeno disuelto y las condiciones hidrodinámicas variables generan un entorno altamente agresivo para el acero al carbono y otras aleaciones estructurales.

Plataformas offshore, pilotes, muelles, tuberías submarinas, sistemas portuarios y estructuras costeras dependen directamente del correcto desempeño de los ánodos de sacrificio para preservar su integridad mecánica. En este contexto, el control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas no se limita a la inspección visual, sino que abarca la calidad de fabricación, la selección de la aleación, los parámetros electroquímicos de diseño y el monitoreo continuo del sistema.

Control de calidad en la producción de ánodos de sacrificio

El desempeño electroquímico de un ánodo comienza en su proceso de fabricación. Un control de calidad estricto en la producción de ánodos de sacrificio es determinante para asegurar que el material entregue la corriente de protección prevista durante toda su vida útil. Variaciones mínimas en la composición química o defectos metalúrgicos pueden provocar pasivación prematura, consumo irregular o pérdida de eficiencia.

Durante el control de calidad se evalúan parámetros como:

• Composición química de la aleación.
• Potencial de circuito abierto.
• Capacidad electroquímica (Ah/kg).
• Eficiencia de corriente.
• Homogeneidad microestructural y ausencia de segregaciones.

Estos controles permiten validar que el ánodo cumple con los requisitos del control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas definidos en la etapa de diseño.

Tipos de ánodos y selección en ambientes marinos

Tipos de ánodos utilizados en agua de mar

En agua de mar, los sistemas de protección catódica por ánodos de sacrificio se basan en el uso de aleaciones que presenten un potencial electroquímico adecuado, alta eficiencia de corriente y un comportamiento de consumo estable. En este contexto, los ánodos de aluminio, generalmente formulados como aleaciones Al–Zn–In, constituyen la opción predominante para infraestructuras marinas. Estas aleaciones presentan una alta capacidad electroquímica, típicamente en el rango de 2.500 a 2.800 Ah/kg, lo que permite una mayor vida útil con menor masa instalada.

Su potencial operativo, situado aproximadamente entre –1,05 y –1,10 V respecto a Ag/AgCl, es adecuado para garantizar la polarización del acero sin inducir sobreprotección. Cuando la aleación está correctamente activada, el consumo del ánodo es uniforme y predecible, lo que ha consolidado a los ánodos de aluminio como el estándar actual en aplicaciones offshore, incluyendo plataformas marinas, unidades FPSO, tuberías submarinas y pilotes expuestos al ambiente marino.

Por su parte, los ánodos de zinc siguen siendo técnicamente válidos para su uso en agua de mar, aunque su aplicación ha disminuido progresivamente. Estos ánodos presentan una capacidad electroquímica inferior, del orden de 780 Ah/kg, lo que implica mayores requerimientos de masa para alcanzar la vida de diseño. Su potencial típico, comprendido entre –1,00 y –1,05 V vs Ag/AgCl, es suficiente para proporcionar protección catódica efectiva en estructuras marinas. No obstante, las restricciones ambientales asociadas al contenido de cadmio y su menor eficiencia frente a las aleaciones de aluminio han limitado su uso en proyectos modernos, aunque continúan siendo una alternativa aceptable en determinadas condiciones de diseño.

Selección según condiciones marinas

La selección del tipo de ánodo dentro del control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas constituye una decisión de ingeniería crítica, ya que condiciona directamente la capacidad del sistema para suministrar corriente de protección de forma adecuada, asegurar una distribución homogénea sobre la superficie metálica y alcanzar la vida útil de diseño bajo condiciones ambientales definidas. Este proceso debe considerar variables como la resistividad del electrolito, la temperatura del agua, el régimen de inmersión, la hidrodinámica local, el uso de recubrimientos y la geometría de la estructura protegida.

En ambientes de agua de mar con resistividad baja y relativamente estable, los ánodos de aluminio, formulados como aleaciones activadas Al–Zn–In, representan la solución técnica preferente. Su elevada capacidad electroquímica y eficiencia de corriente los hacen especialmente adecuados para estructuras permanentemente sumergidas, tales como plataformas offshore fijas, unidades flotantes tipo FPSO, tuberías submarinas, risers y pilotes marinos. En estas aplicaciones, el potencial operativo del aluminio permite alcanzar la polarización requerida del acero sin inducir sobreprotección, mientras que su consumo uniforme facilita la predicción del desempeño a largo plazo.

Los ánodos de zinc han sido utilizados históricamente en agua de mar, particularmente en estructuras portuarias, embarcaciones y componentes metálicos de menor escala, donde las corrientes de protección requeridas son moderadas. No obstante, su menor capacidad electroquímica implica mayores masas instaladas para lograr vidas de diseño comparables, y las restricciones ambientales asociadas a su composición química han reducido su adopción en proyectos nuevos. Actualmente, su uso se limita a aplicaciones específicas donde existan restricciones de compatibilidad o requisitos normativos particulares.

En estructuras portuarias y muelles, la selección del ánodo debe ajustarse a condiciones más variables, incluyendo zonas de salpicadura, mareas, inmersión parcial y la presencia de recubrimientos orgánicos. En estos casos, los ánodos de aluminio suelen ser preferidos en zonas permanentemente sumergidas, mientras que el diseño del sistema debe contemplar una adecuada distribución espacial de los ánodos para compensar variaciones locales de resistividad y asegurar la continuidad de la protección catódica.

En todos los casos, la selección debe integrarse a los criterios globales de diseño y monitoreo definidos dentro del control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas, garantizando desempeño confiable durante toda la vida operativa del activo.

¿Por qué PC por ánodos de sacrificio y no por corriente impresa?

En infraestructuras marinas expuestas a agua de mar, la protección catódica mediante ánodos de sacrificio suele ser preferida frente a los sistemas de corriente impresa (ICCP) debido a consideraciones electroquímicas, operativas y de confiabilidad a largo plazo. Si bien los sistemas ICCP permiten un control activo de la corriente aplicada, su desempeño puede verse comprometido en ambientes marinos donde la superficie de la estructura se encuentra sujeta a crecimiento biológico, incrustaciones calcáreas y depósitos marinos.

Estos fenómenos, comúnmente agrupados bajo el término fouling, tienden a apantallar la corriente impresa, limitando la distribución efectiva del flujo eléctrico hacia el acero a proteger. Como resultado, pueden generarse zonas subprotegidas, particularmente en geometrías complejas, áreas sombreadas o regiones de baja circulación, donde la corriente aplicada no logra penetrar de manera uniforme. Esta condición reduce la eficiencia global del sistema ICCP y dificulta el control preciso del potencial electroquímico en toda la estructura.

En contraste, la protección catódica por ánodos de sacrificio ofrece una respuesta más pasiva y distribuida, ya que la corriente se genera directamente en los puntos donde el ánodo se encuentra en contacto con el electrolito. Este mecanismo favorece una polarización más uniforme del acero, incluso en presencia de fouling, recubrimientos deteriorados o variaciones locales en la resistividad del agua de mar. Adicionalmente, estos sistemas no dependen de fuentes externas de energía, rectificadores ni cables eléctricos submarinos, lo que reduce significativamente los riesgos asociados a fallas eléctricas, interferencias y pérdida de protección en ambientes offshore severos.

Desde una perspectiva de operación y mantenimiento, el control de ánodos de sacrificio en infraestructuras marinas resulta más robusto frente a condiciones dinámicas, como cambios de temperatura, salinidad o hidrodinámica, y presenta una menor complejidad operativa a lo largo del ciclo de vida del activo. Por estas razones, los sistemas por ánodos de sacrificio continúan siendo la solución preferida para plataformas offshore, estructuras submarinas, pilotes y componentes expuestos permanentemente al ambiente marino, donde la confiabilidad y la predictibilidad del desempeño son factores críticos.

Parámetros electroquímicos clave en sistemas de PC por ánodos de sacrificio

En los sistemas de protección catódica por ánodos de sacrificio, el control de desempeño no se basa en el ajuste activo de variables, sino en la verificación de que el acoplamiento galvánico ánodo–estructura opera dentro de los criterios definidos por las normas técnicas. Algunos parámetros constituyen evidencias directas de protección y se miden rutinariamente en campo, mientras que otros se evalúan de forma indirecta a partir del comportamiento electroquímico del sistema o mediante inspección física de los ánodos. Adicionalmente, existen parámetros que, aunque no se monitorean durante la operación, son esenciales en la etapa de diseño y validación para asegurar una vida útil predecible y un desempeño confiable del sistema de protección catódica.

Potencial de protección (criterio principal)

Es el potencial impuesto (generalmente más negativo) que se aplica al metal para llevarlo a un estado donde no se oxide. Representa el parámetro electroquímico fundamental para verificar la efectividad de un sistema de protección catódica por ánodos de sacrificio. Se mide como el potencial del material a proteger respecto a un electrodo de referencia, normalmente Ag/AgCl en agua de mar, y permite confirmar que la superficie metálica ha sido polarizada a un nivel que inhibe la reacción anódica de disolución. Este parámetro no se controla ni se ajusta en campo; se verifica como condición de aceptación del sistema y como evidencia directa de que la protección catódica es efectiva.

Para acero al carbono expuesto a ambientes marinos, las normas internacionales ISO 15589-2 y DNV-RP-B401 establecen como criterio de protección un potencial igual o más negativo que –0,80 V vs Ag/AgCl, valores más positivos indican protección insuficiente, mientras que potenciales excesivamente negativos pueden inducir fragilización por hidrógeno, incrementar la desadherencia de recubrimientos y acelerar el consumo de ánodos.

Corriente galvánica suministrada por el ánodo

En los sistemas galvánicos, la corriente que fluye desde el ánodo hacia la estructura protegida se genera de forma natural por la diferencia de potencial entre ambos materiales y por la resistividad del electrolito. La evaluación de esta corriente es importante para asegurar que el potencial de protección se mantiene de manera estable en el tiempo. A diferencia de los sistemas de corriente impresa, la corriente no se regula activamente; su suficiencia se infiere a partir de la estabilidad del potencial medido y del comportamiento del consumo del ánodo. En evaluaciones avanzadas, la corriente galvánica puede estimarse mediante mediciones de caída de potencial o a través de modelos de diseño establecidos por normas como DNV-RP-B401 e ISO 15589-2.

Resistividad del electrolito y su influencia en la protección

La resistividad del electrolito representa la capacidad del medio para permitir el flujo de corriente galvánica entre el ánodo y la estructura protegida. Este parámetro influye directamente en la distribución de corriente y en el alcance efectivo de la protección catódica. En ambientes de baja resistividad, como agua de mar abierta, la corriente suele distribuirse de manera uniforme; sin embargo, en zonas confinadas, sedimentos, deadlegs, espacios anulares o áreas de bajo flujo, una mayor resistencia del electrolito puede limitar la efectividad del sistema. Por esta razón, las normas recomiendan considerar la resistividad local y las condiciones geométricas durante el diseño y la evaluación en servicio.

ISO 15589-2 reconoce que ambientes marinos con baja resistividad facilitan la propagación de la corriente protectora, mientras que variaciones locales causadas por sedimentos, biofouling o estratificación térmica pueden alterar el comportamiento electroquímico.

Una correcta caracterización de la resistividad del medio es esencial durante la fase de diseño, ya que impacta la separación entre ánodos, la corriente requerida y la vida útil proyectada del sistema de protección catódica.

Polarización del metal como verificación funcional

La polarización del acero refleja el desplazamiento progresivo del potencial desde su valor de corrosión libre hacia el potencial de protección. En sistemas con ánodos de sacrificio, este proceso ocurre de manera natural y confirma que la corriente galvánica suministrada es suficiente para reducir la velocidad de corrosión. La verificación de la polarización se realiza mediante mediciones de potencial en servicio y mediante la comparación histórica de datos, teniendo en cuenta posibles efectos de caída óhmica y condiciones operativas reales. Una polarización estable es indicativa de un sistema funcional y correctamente dimensionado.

Consumo y estado del ánodo de sacrificio

El monitoreo del consumo del ánodo es fundamental para confirmar que el sistema se encuentra activo y funcionando conforme al diseño. Este seguimiento incluye la evaluación de la pérdida de masa, la geometría remanente y la uniformidad del desgaste del ánodo. Un consumo homogéneo indica un desempeño adecuado, mientras que el consumo localizado, la pasivación superficial o el desprendimiento parcial del ánodo constituyen señales de alerta que pueden comprometer la protección. El análisis del estado del ánodo permite estimar la vida útil remanente del sistema y planificar intervenciones antes de que se pierda la protección catódica.

Eficiencia electroquímica del ánodo (parámetro de diseño)

La eficiencia electroquímica del ánodo representa la fracción del material consumido que se transforma efectivamente en corriente útil para la protección catódica. Este parámetro es propio del diseño del sistema y no se ajusta en campo, pero es determinante para la vida útil y la confiabilidad de la protección. Las normas técnicas DNV-RP-B401 establecen valores de eficiencia en función del tipo de ánodo y del ambiente de exposición, siendo comunes eficiencias del orden del 90 % para ánodos de aluminio y alrededor del 95 % para ánodos de zinc, mientras que los ánodos de magnesio presentan una mayor variabilidad.

Una eficiencia elevada garantiza un consumo uniforme, una corriente estable y una vida útil predecible del sistema. Por el contrario, fenómenos como pasivación, consumo irregular o defectos metalúrgicos reducen la eficiencia y comprometen la

Tabla comparativa de los parámetros electroquímicos en PC por ánodos de sacrificio

Parámetro electroquímico	Qué se monitorea	Objetivo técnico	Referencia normativa
Potencial del acero	Potencial vs Ag/AgCl	Confirmar protección catódica efectiva	ISO 15589-2 / DNV-RP-B401
Corriente galvánica	Corriente natural ánodo–acero	Mantener polarización adecuada	DNV-RP-B401
Consumo del ánodo	Pérdida de masa y geometría	Estimar vida útil y actividad	AMPP SP0176
Polarización del acero	Desplazamiento del potencial	Confirmar reducción de corrosión	AMPP
Resistividad del electrolito	Conductividad del medio	Garantizar distribución de corriente	ISO 15589-2
Eficiencia del ánodo	Corriente útil generada	Diseño confiable y vida útil	DNV-RP-B401

Evidencia técnico-científica y respaldo normativo

Hien (2024) enfatiza la necesidad de seguir estándares internacionales como DNV‑RP‑B401 y prácticas recomendadas por AMPP/NACE para el diseño, instalación y monitoreo de ánodos de sacrificio. El cumplimiento normativo garantiza no solo la eficiencia electroquímica, sino también la confiabilidad operacional y la sostenibilidad de las infraestructuras marinas protegidas¹.

Los estudios de Bell et al. (2020) y Wen et al. (2020) demuestran que las aleaciones de aluminio activadas con Zn e In ofrecen un desempeño consistente y eficiente en entornos marinos, garantizando protección uniforme del acero incluso frente a variaciones de resistividad y fouling. Esto confirma que los ánodos de aluminio siguen siendo la opción preferida para plataformas offshore, tuberías submarinas y pilotes².

Silva Campos et al. (2022) destacan que la correcta selección de aleaciones y la adición de elementos activadores, como el indio, es crítica para evitar pasivación superficial y mantener un consumo uniforme del ánodo. Este aspecto asegura una vida útil más predecible y reduce riesgos de sobreprotección o fallas prematuras del sistema³.

Wen y colaboradores desarrollaron un estudio de modelado numérico empleando el software hidrodinámico MIKE21, integrando parámetros oceánicos representativos como oleaje y corrientes de marea, con el objetivo de evaluar la dispersión y el alcance de difusión de los materiales liberados por ánodos de sacrificio de aluminio. Los resultados confirmaron que el comportamiento de difusión de los productos de corrosión de ánodos de aluminio está fuertemente controlado por las condiciones hidrodinámicas locales, proporcionando una base técnica para evaluar su impacto ambiental y su compatibilidad con entornos marinos energéticamente activos⁴.

Normas para el control de calidad de ánodos de sacrificio en agua de mar

El desempeño confiable de los ánodos de sacrificio depende de un control de calidad riguroso, que garantice su composición química, densidad, pureza, eficiencia electroquímica y consumo uniforme. Las normas más relevantes para la fabricación y verificación de ánodos marinos incluyen:

1. ISO 15589‑2: Petroleum and natural gas industries: Cathodic protection of pipeline transportation systems — Part 2: Offshore pipelines
   • Define criterios de densidad de corriente, potencial de protección, y vida útil mínima para estructuras submarinas protegidas por ánodos de sacrificio.
   • Establece parámetros de diseño y pruebas para garantizar que los ánodos mantengan la protección efectiva bajo condiciones marinas severas.
2. DNV‑RP‑B401: Cathodic Protection Design
   • Ofrece lineamientos prácticos para selección, instalación y monitoreo de ánodos.
   • Incluye recomendaciones sobre la masa, geometría y distribución de los ánodos para lograr protección uniforme en estructuras complejas.
3. AMPP (antes NACE) SP0176 y SP0169
   • SP0176 aborda prácticas para control de corrosión bajo recubrimientos y protección catódica, aplicable a entornos marinos y offshore.
   • SP0169 proporciona lineamientos para diseño y verificación de sistemas de protección catódica en estructuras sumergidas y enterradas, incluyendo ensayos de eficiencia y seguimiento de vida útil.
4. ASTM B418 y ASTM G97
   • Establecen especificaciones para composición química de aleaciones de aluminio, zinc y magnesio utilizadas como ánodos de sacrificio.
   • Incluyen pruebas de densidad, pureza y potencial electroquímico para asegurar uniformidad y eficiencia de corriente.

El cumplimiento de estas normas permite que los ánodos de sacrificio instalados en infraestructuras marinas cumplan con los parámetros de corriente y voltaje recomendados, alcancen la vida útil de diseño y proporcionen protección confiable frente a corrosión, incluso en ambientes severos donde el fouling y la variabilidad del electrolito podrían afectar sistemas menos robustos.

Conclusiones

El desempeño y la confiabilidad de los sistemas de protección catódica mediante ánodos de sacrificio dependen directamente del cumplimiento de estándares internacionales reconocidos, como DNV-RP-B401 y las prácticas recomendadas por AMPP/NACE. La aplicación sistemática de estos marcos normativos no solo asegura la eficiencia electroquímica del sistema, sino que reduce la incertidumbre operativa, mejora la previsibilidad de la vida útil y contribuye a la sostenibilidad de las infraestructuras marinas a largo plazo.

La evidencia técnica confirma que las aleaciones de aluminio activadas con zinc e indio constituyen la solución más robusta para ambientes marinos, al proporcionar una protección uniforme del acero incluso bajo condiciones variables de resistividad, biofouling y dinámica del electrolito. Este comportamiento consistente refuerza su uso como opción preferente en plataformas offshore, tuberías submarinas y estructuras portantes expuestas a agua de mar.

Asimismo, la correcta selección de la composición química del ánodo y el control de los elementos activadores resultan críticos para evitar fenómenos de pasivación, consumo irregular o sobreprotección. La incorporación adecuada de activadores como el indio permite mantener un consumo homogéneo del ánodo, mejorar la confiabilidad del sistema y minimizar el riesgo de fallas prematuras, consolidando la protección catódica como una herramienta de gestión de integridad y no solo como un requisito de diseño.

Referencias

1. Hien, N. T. L. (2024). VPI’s sacrificial anodes for protection against corrosion. Petrovietnam Journal. https://doi.org/10.25073/petrovietnam%20journal.v6i0.320, Análisis técnico de ánodos de sacrificio y conformidad con prácticas recomendadas como DNV‑RP‑B401. tapchidaukhi.com
2. Bell, A. M., Regnery, J., Schmid, M., Reifferscheid, G., & Ternes, T. (2020). Does galvanic cathodic protection by aluminum anodes impact marine organisms? Environmental Sciences Europe, 32, Article 157. https://doi.org/10.1186/s12302-020-00441-3, investigación que revisa el uso y efectos de ánodos Al–Zn–In en estructuras marinas y su comportamiento electroquímico. SpringerLink
3. Silva Campos, M. R., Blawert, C., Scharnagl, N., Störmer, M., & Zheludkevich, M. L. (2022). Cathodic Protection of Mild Steel Using Aluminium‑Based Alloys. Materials, 15(4), 1301. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC8878858/. Revisión de aleaciones de aluminio como material anódico en protección catódica de acero. PMC
4. Wen, C.‑C., et al. (2020). Sacrificial anode cathodic protection in marine environments. Journal of Environmental Protection, 11, 622–635. Estudio sobre desempeño de ánodos de aleación Al con elementos activadores en agua de mar. docs.wind-watch.org

Preguntas frecuentes (FAQs)