¿Conoces cómo la Protección Anódica controla la corrosión de los activos?

Introducción

La corrosión es un fenómeno que afecta a todos los metales, comprometiendo su integridad estructural y reduciendo. Sin embargo, la ciencia y la tecnología ha desarrollado métodos efectivos para combatirla, entre los cuales la protección anódica (PA), se presenta como un método eficaz para el control de la corrosión, sin embargo, es una técnica poco conocida con respecto a la protección catódica (PC).

La protección anódica (PA), polariza el metal hacia un potencial más positivo, disminuyendo la velocidad de corrosión a niveles casi insignificantes en contraste con la PC, que polariza el metal hacia un potencial más negativo. Tiene un campo de aplicación bastante más reducido, específico para ambientes químicos. Se produce manteniendo un metal activo-pasivo en la zona pasiva mediante una corriente anódica que se aplica externamente, como queda explicado gráficamente a continuación.

El artículo destaca la importancia de la protección anódica (PA) en el control de la corrosión, especialmente en ambientes químicos, como una alternativa efectiva pero menos conocida frente a la protección catódica (PC). Explica cómo la PA prolonga la vida útil de los metales al mantenerlos en un estado pasivo y aborda conceptos técnicos como la pasividad anódica y el comportamiento activo-pasivo de los materiales. Finalmente, busca informar a profesionales sobre la aplicación adecuada de la PA, a pesar de sus desafíos en costos y mantenimiento.

¿Qué es la Protección Anódica (PA)?

La protección anódica (PA) es un método aplicado para controlar la corrosión de una superficie metálica convirtiéndola en el ánodo de una celda electroquímica, mediante la polarización del metal hasta un potencial fijo más positivo que el de equilibrio metal/disolución, controlando el potencial en un rango donde el metal es pasivo. Se aplica para proteger metales que exhiben un comportamiento activo-pasivo en entornos donde la densidad de corriente en el estado de libre corrosión es significativamente mayor que la densidad de corriente en el estado pasivo en un amplio rango de potenciales¹.

Concepto de pasividad anódica

La protección anódica es una técnica que implica la formación de una capa delgada de óxido sobre un metal para prevenir la corrosión, este proceso se conoce como pasivación anódica y solo ocurre en materiales con un comportamiento activo- pasivo durante la polarización, como por ejemplo:  Titanio (Ti), Aluminio (Al),  Cromo (cr), Hastelloy C, Aceros Inoxidables con un alto % de Cr,  entre otro. Estos materiales al pasivarse forman una capa de óxido de forma espontánea al entrar en contacto con el aire, adquiriendo así una resistencia natural frente a la corrosión, como se apreciar en la figura 1. Para que la protección anódica sea efectiva, la capa debe ser altamente adherente y resistente.

Este método es aplicable únicamente a aleaciones pasivables que presenten un amplio rango de potencial de pasivacion. Sin embargo, la protección anódica requiere equipamiento costoso y de difícil mantenimiento. Aunque su rango de aplicación es más limitado comparado con otros métodos, puede ser la única técnica viable en ciertos casos. Si la protección falla, la aleación corroe en la región activa.

Mecanismo de Pasivación: Comportamiento Activo-Pasivo

Antes de entrar al mecanismo es importante entender el fenómeno de pasividad y donde se presenta.

¿Qué es un metal activo-pasivo?

Es aquel cuya curva de polarización presenta un comportamiento activo-pasivo, como se puede apreciar en la figura 2. Inicialmente, a una intensidad de corriente i_o, esta se incrementa produciendo la disolución del material hasta alcanzar un valor i_cr (densidad de corriente crítica); donde la densidad de corriente comienza a disminuir debido a la formación de la capa pasiva hasta un valor i_P (densidad de corriente de pasivación).

La figura 2, correspondiente a la curva de polarización de un material metálico que se pasiva se caracteriza por presentar tres dominios claramente distinguibles: para los potenciales más negativos la densidad de corriente crece con la polarización: se corresponde con la disolución anódica del metal. Para potenciales superiores a un valor bien definido (E_pp: potencial de pasivación primario) la densidad de corriente (i_p) se reduce a un valor insignificante. Por encima de este potencial, la densidad de corriente crece de nuevo con la polarización debido al desprendimiento de oxígeno².

Para que un metal esté protegido, su potencial debe desplazarse a valores positivos hasta la zona de pasivación. Es importante no exceder el potencial de transición entre las zonas pasiva y transpasiva, más allá de esta zona se produce corrosión por picaduras. Una característica típica de la protección anódica es que la fuente de corriente debe proporcionar corrientes altas para que ocurra el proceso de pasivación, mientras que solo se requiere una pequeña corriente para mantener la protección.

Implementación de la Protección Anódica

Para la aplicación correcta de la protección anódica es importante conocer los parámetros de diseño y las condiciones de funcionamiento; los cuales, se determinan mediante mediciones experimentales de polarización; para lo cual, se requiere un equipo específico, conocido como potenciostáto (figura 3), y una comprensión detallada del proceso de pasivación. El potencial de protección se determina mediante la curva de polarización potenciodinámica experimental.

La curva de polarización del material a proteger determina si es más conveniente una polarización anódica o catódica.  Si el sistema presenta una región pasiva claramente distinguible, se puede proteger anódicamente. El desarrollo de esta curva es muy importante porque permite conocer si el comportamiento del material es activo pasivo y establece el rango de potencial de pasivación bajo el cual se debe mantener la estructura. Aunque inicialmente se necesitan corrientes altas para inducir la pasivación, el mantenimiento de la protección consume menos energía, ofreciendo una solución eficiente a largo plazo.

Arreglo del diseño de sistema de Protección Anódica

De acuerdo con lo expuesto en el párrafo anterior, los parámetros de diseño y las condiciones de funcionamiento para la protección anódica se determinan mediante mediciones experimentales de polarización.

En la figura 4, se muestra el arreglo típico de un sistema de protección anódica por corriente impresa de un recipiente de almacenamiento de acero que contiene ácido sulfúrico. La fuente de alimentación protege el tanque de almacenamiento aplicando un potencial constante entre el tanque y el electrodo de referencia de Hg/HgSO₄ (calomelano).  

Los sistemas de protección anódica están equipados con controles de tipo proporcional continuo³. El control mide el potencial entre el tanque de almacenamiento y la REF y compara el valor medido con un valor de potencial de protección óptimo preestablecido. A continuación, el sistema envía una señal a la fuente de alimentación para proporcionar el potencial y la corriente de protección necesarios entre el cátodo y el tanque.

El potencial del REF es estable con respecto al tiempo y no debe estar polarizado. Algunas de las REF estándar utilizadas para la protección anódica son el electrodo de calomelano Hg/HgCl₂, Hg/HgSO₄ y Ag/Ag/Cl. El potencial en un sistema de protección anódica se distribuye uniformemente en la estructura debido a las bajas corrientes y a la alta conductividad del electrolito. La densidad de corriente fluye entre el tanque de almacenamiento y el cátodo de acero al cromo-níquel.

El cátodo debe ser inerte en la solución corrosiva y electroquímicamente estable. La resistencia del sistema está dominada por el cátodo debido a la gran superficie del ánodo y a la alta conductividad de la solución. Para minimizar la evolución del hidrógeno y la permeación en la mayor parte de la aleación, los materiales del cátodo deben tener una baja sobretensión de hidrógeno. Algunos ejemplos de materiales catódicos que se han utilizado en la protección anódica son el acero al cromo-níquel en ácido sulfúrico al 90-100%.

Monitoreo de la eficiencia del sistema de Protección Anódica

El monitoreo de la eficacia de la protección anódica se lleva a cabo mediante la medición regular del potencial electroquímico del metal, la resistencia de la capa protectora y la densidad de corriente. Los equipos potenciostátos y dispositivos de monitoreo especializados permiten verificar si el metal se mantiene dentro del rango de potencial adecuado para una pasivación efectiva.

Adicionalmente, las inspecciones visuales y las pruebas de resistencia a la corrosión son útiles para evaluar la integridad y eficacia de la capa de óxido protectora. Una supervisión constante garantiza que se realicen ajustes oportunos en el sistema de protección anódica, asegurando su rendimiento a largo plazo.

Protección Anódica (PA) vs. Protección Catódica (PC)

1. Principio de funcionamiento

• Protección Catódica (PC): Funciona al polarizar el metal hacia un potencial más negativo, lo que convierte a la estructura en el cátodo de una celda electroquímica. Esto evita la oxidación, protegiendo el metal de la corrosión.
• Protección Anódica (PA): Polariza el metal hacia un potencial más positivo, permitiendo la formación de una capa pasiva de óxido que protege al metal. Este proceso es eficaz en metales que exhiben un comportamiento activo-pasivo, como el titanio y ciertos aceros inoxidables.

2. Facilidad de instalación y costos iniciales

• Protección Catódica: Generalmente más fácil de instalar; sin embargo, el costo inicial puede ser alto, especialmente en estructuras grandes.
• Protección Anódica: En contraste, requiere una instalación más compleja, con un equipamiento especializado que aumenta significativamente los costos iniciales. Este es un factor limitante para su adopción en muchas aplicaciones.

3. Aplicaciones y limitaciones ambientales

• Protección Catódica: Es ampliamente utilizada en estructuras sumergidas y enterradas, como tuberías y tanques, y es efectiva en una variedad de entornos. Sin embargo, su eficacia se reduce en ambientes con alta resistividad, donde la corriente suministrada es insuficiente.
• Protección Anódica: Tiene un campo de aplicación más restringido, siendo especialmente útil en entornos químicos donde la formación de una capa pasiva es fundametal. No es recomendable en medios con HCL o CL, donde puede haber corrosión localizada.

4. Mantenimiento y costos a largo plazo

• Protección Catódica: Una de las principales ventajas de la PC es su bajo costo de mantenimiento. No obstante, en estructuras mal revestidas o en agua de mar, el alto consumo de ánodos puede incrementar los costos operativos.
• Protección Anódica: Ofrece una protección duradera, pero requiere un mantenimiento riguroso para garantizar su efectividad. El sistema debe estar constantemente monitoreado, ya que cualquier descontrol podría acelerar la corrosión.

5. Eficiencia en la protección

• Protección Catódica: Proporciona una distribución uniforme de la corriente protectora, lo que asegura una protección homogénea de la estructura metálica. Sin embargo, su efectividad puede verse comprometida en condiciones adversas.
• Protección Anódica: La PA es altamente efectiva en los casos donde puede aplicarse, logrando reducir la velocidad de corrosión a niveles casi insignificantes. Además, aumenta la adherencia de pinturas y ofrece resistencia a altas temperaturas y abrasión, lo que la hace ideal en aplicaciones industriales específicas.

6. Versatilidad y adaptabilidad

• Protección Catódica: Es más versátil y se adapta a una amplia gama de aplicaciones, lo que la convierte en el método preferido para la protección contra la corrosión en muchas industrias.
• Protección Anódica: Aunque menos versátil, la PA es indispensable en situaciones donde otros métodos no pueden garantizar la protección adecuada, como en ciertos procesos industriales que involucran sustancias químicas agresivas.

La elección entre Protección Anódica y Protección Catódica depende en gran medida del entorno y las necesidades específicas de la aplicación. La PC es más fácil de instalar, menos costosa a largo plazo, y más versátil, lo que la hace adecuada para una amplia variedad de situaciones. Por otro lado, la PA, aunque más costosa y compleja, ofrece una protección superior en ambientes específicos donde la formación de una capa pasiva es crítica. Ambas técnicas tienen su lugar en la protección contra la corrosión, y la decisión de usar una sobre la otra debe basarse en un análisis detallado de las condiciones operativas y los requisitos del proyecto.

¿Cuáles son las aplicaciones más comunes de la protección anódica?

La protección anódica se utiliza principalmente en metales que tienden a formar capas protectoras de óxido en ambientes corrosivos. Entre sus aplicaciones más usuales se encuentran la protección de estructuras de aluminio en la industria aeroespacial, tanques de almacenamiento y tuberías de acero inoxidable en la industria química y petroquímica, así como componentes de titanio en plantas de desalinización. La capacidad de crear una barrera protectora eficaz convierte a la protección anódica en una opción valiosa para prolongar la vida útil y la fiabilidad de estos materiales en diversas aplicaciones industriales.

Conclusion

la protección anódica (PA) es una técnica efectiva para controlar la corrosión en metales activos-pasivos, especialmente en entornos químicos. Aunque es menos aplicada qcon respecto a la protección catódica (PC), la PA ofrece ventajas en aplicaciones críticas como la industria química y petroquímica. Su éxito depende de un monitoreo riguroso y un mantenimiento adecuado. A pesar de los costos iniciales, la PA resulta rentable a largo plazo, prolongando la vida útil de los activos y reduciendo los costos de corrosión. Es esencial comprender bien sus mecanismos y seleccionar el método adecuado para cada aplicación.

Conoce la proteccion anódica y comienza a proteger los tanques de almacenamiento contra la corrosión.

Referencias

1. Mars Guy Fontana; “Corrosion Engineering” 
2. Denny A. Jones; “Principles and Prevention of Corrosion”;  2nd Edición
3. Branko N. Popov; “Corrosion Engineering, Principles and Solved Problems” ; 1st Edition – February 26, 2020.