Protección Catódica por corriente impresa,
 inducida de la propia Línea de Transmisión.  

Por el Dr. José Maurillo de Silva

Introducción

Las torres de las líneas de transmisión son proyectadas para atender a largos períodos de operación, para que esto suceda deben poseer protección anticorrosiva compatible con el medio. Este medio está formado por dos ambientes totalmente distintos, suelo y atmósfera, y por lo tanto estará sujeto a agresividades distintas. Normalmente son dotadas de un revestimiento obtenido por inmersión en un baño de cinc.

Para que un proceso de corrosión tenga lugar tienen que presentarse simultáneamente ánodo, cátodo, electrolito y un conductor eléctrico. Eliminando uno de estos cuatro componentes, eliminamos el problema. Pero esto no es tan simple ni fácil.

En la atmósfera el metal no es corroído por una gran cantidad de electrolitos y por eso la mayor parte de la corrosión atmosférica opera lentamente, de forma que toda la superficie metálica funciona como un cátodo y un ánodo al mismo tiempo.

En el caso del suelo, la presencia de iones en determinada profundidad puede proporcionar la formación de un gradiente iónico a lo largo de las fundaciones, haciendo que las regiones más ricas en sales se tornen anódicas y que con el pasar del tiempo, pueden corroerse totalmente las fundaciones. Como el sector de la torre por debajo del nivel del suelo es, generalmente, el que sufrirá mas la corrosión, para aumentar la vida útil de toda la torre debemos enfocar nuestros esfuerzos en disminuir la velocidad de la corrosión en ese sector, ya que como es el eslabón mas débil de esta cadena, prolongando la vida útil del sector de la torre que esta por debajo del nivel del suelo estaremos prolongando la vida útil de toda la torre. Los suelos arenosos, con buena aireación y baja humedad,(suelos con alta resistividad) serían indicadores de poca corrosión y los suelos cultivados o de pastoreo, en principio, los de mayor corrosión. Del mismo modo, la formación de un gradiente de concentración de oxigeno, aireación diferencial, a lo largo de las fundaciones, favorece la aceleración de la corrosión en las regiones menos ricas en este elemento.

Además de los factores físico-químicos (corrosión en la región de afloramiento debido a la baja resistividad, corrosión en la región de afloramiento debido a alta resistividad y ataque uniforme), existen también factores externos que interfieren en el proceso corrosivo, tales como: corrosión por macro pila, corrosión galvánica, corrosión debida a la tensión y corrosión por corriente de fuga.

Empezando por el Principio.

Sin ánimos de filosofar podemos decir que a los metales les sucede los mismo que a un vaso sobre una mesada, tienden a moverse hacia una situación mas estable o de menor energía. El vaso a la corta o a la larga va a tender a caerse y romperse y los metales tienden a oxidarse por que los óxidos son mas estables, o lo que es lo mismo, poseen menor energía. Pero de la misma forma que podemos tener cuidado y conseguir que el vaso no se caiga podemos intentar detener o al menos disminuir hasta valores aceptables a la corrosión.

La pata de la torre enterrada se comporta como una Pila. Cuando ponemos en contacto un metal y un electrolito reaccionan, bajo determinadas condiciones. El metal se disociará en metal(pero con valencia positiva) y electrones(con valencia negativa) hasta alcanzar un equilibrio. A su vez, y esto sucede simultáneamente, el electrolito está disociado entre iones negativos y positivos, cuando los iones negativos se encuentren con los metales con valencia positiva se asociaran formando un óxido que es mas estable que el metal que nosotros habíamos enterrado en forma de estructura.

Reacción en equilibrio: Metal Û Metal + + electrón -

Reacción del electrolito en equilibrio: AB Û A+ + B-

Suma de Ambas Reacciones: Metal + AB Û Metal B (óxido) + A + + electrón -

Al igual que nos sucede con la energía eléctrica no podemos medir en valores absolutos estos potenciales, o tendencias a disolverse en el electrolito, sino que los debemos medir en valores relativos.

Si cuando decimos que el enchufe de la pared tiene 220V es por que los comparamos con tierra que es nuestra referencia o 0(cero), aquí cuando hablamos de potencial, en realidad es la diferencia de potencial con respecto a un patrón. Este patrón es la reacción del hidrógeno en un medio ácido bajo determinadas condiciones estandarizadas.

Para las mediciones de campo no se suele utilizar como patrón de referencia el de hidrógeno, sino uno de Cu/CuSO4 únicamente por cuestiones practicas, cuyo dispositivo se gráfica a continuación. Los valores medidos con esta semicélula de Cu/CuSO4 se pueden transformar en valores del patrón de Hidrogeno según tablas de equivalencia, que encontrará como Anexo II.



Semicélula para la medición del potencial natural de metal en estudio.

Si ahora conectamos a este dispositivo, semicélula, con la pata metálica de nuestra torre que se encuentra enterrada, y el suelo aporta los electrolitos, estamos generando una pila. Si medimos el potencial de esta pila, con un voltímetro, y recurrimos a tablas sabremos que tan protegida o en condiciones de corrosión se encuentra nuestra torre.

Dentro de una pila o celda galvánica, que produce energía eléctrica, reconocemos dos electrodos y un electrolito que hace de conductor(si la celda consumiera energía se la llamaría celda electrolítica). Las celdas que se forman en procesos de corrosión son del tipo galvánicas. Si estas celdas que se forman tienen dimensiones muy pequeñas se las llamará micropilas. La corriente, en una celda galvánica pasa del ánodo al electrolito y de este al cátodo. Los iones negativos, aniones, van hacia el ánodo y los iones positivos, cationes, hacia el cátodo. La corriente irá desde el polo positivo(ánodo) hacia el negativo(cátodo).

Por lo tanto, para que se forme una celda galvánica, o de corrosión, debemos tener presente un ánodo, un cátodo y un electrolito y un conductor eléctrico. Eliminando uno de estos cuatro elementos, solucionamos el problema.

El potencial de una pila es: Epila = Ecátodo - Eánodo

Potencial de Corrosión de la Torre



Luego de muchos desarrollos teóricos y muchos estudios de campo realizados por distintos organismos de distintos países se podría decir que 850mV(medidos con una semicélula de Cu/CuSO4) es un valor en el que se puede considerar a un elemento de hierro como protegido contra la corrosión. En forma anexa encontrará los potenciales de otros elementos.

Para medir este potencial de corrosión se debe contar con los siguientes materiales:

  • semicélula de cobre/sulfato de cobre.
  • Cable
  • Voltímetro.

La semicélula esta formada por un electrodo de cobre sumergido en una solución saturada de sulfato de cobre en agua. A su vez, esta solución está contenida en un recipiente formado por un tramo cilíndrico plástico con dos tapones de corcho. El electrodo atraviesa uno de los tapones.

La disposición del dispositivo será según el dibujo, teniendo la precaución que el suelo sea humedecido para conseguir un buen contacto.

Tipos de Corrosión en las Torres de las Líneas de Transmisión.
Tipos de Corrosión debido a factores externos.

Corrosión por Macro pila.

Es muy común que la resistividad del suelo varíe de una torre a otra. Estas condiciones muestran que una línea de transmisión puede ser vista como pilas electroquímicas. En este caso la torre localizada en un suelo de menor resistividad funciona como ánodo y la torre localizada en un suelo con mayor resistividad funciona como cátodo, pues en las regiones de menor resistividad las reacciones electroquímicas están facilitadas en comparación con las regiones de mayor resistividad.


Corrosión Galvánica.

La parrilla sufre un proceso de corrosión galvánica, cuando el contrapeso es de acero cobreado.

Este proceso puede ser eliminado aislando los materiales. Este aislamiento puede ser hecho a través de la colocación de un aislador cerámico apropiado, a través de la aplicación de una tinta espesa como el alquitrán de hulla o procesos de embebido.


Corrosión en la región de afloramiento por baja resistividad.

Un gran problema en la región de afloramiento es la corrosión por aireación diferencial. Este tipo de corrosión puede ser minimizado por la aplicación de pintura anticorrosiva apropiada. Antes de la pintura, la superficie debe ser limpiada y secada. La pintura en la región de afloramiento envuelve aproximadamente 50cm abajo del nivel del suelo y 50 cm encima del nivel del suelo.


Corrosión en la región de afloramiento por alta resistividad.

Este mismo problema también aparece en los pontones y montantes de las torres, en este caso la corrosión es muy común en suelos de alta resistividad. Para solucionar este problema se sugiere la substitución de las piezas dañadas, en el caso que mas del 50% del espesor nominal de la pieza este comprometido


Corrosión por Tensión Mecánica

Un estudio de corrosión en las barras de anclaje reveló un proceso relacionado a la corrosión debido a la tensión mecánica. El hierro con tensiones(debidos a su conformado en frío, por ejemplo) se corroe más fácilmente que aquel que no las tiene.


Ataque uniforme

Existen diversos factores que pueden afectar la corrosión en el suelo como, pila de concentración iónica, humedad, presión de compactación, composición química y la presencia de bacterias.

La formación de la pila de concentración iónica debido a la existencia de sales disueltas en aguas que se han retirado, esta íntimamente ligada a la granulometría del suelo.


Corrosión por corriente de fuga.

La corrosión localizada en las parrillas puede ser debido a la interferencia de factores externos, tales como, flujo de corrientes dispersas en forma de corriente continua debido a cañerías enterradas con protección catódica o a vías electrificadas. También pueden existir corrientes dispersas en forma de corriente alterna debido a inducción existente de la propia línea de transmisión o de una mala tierra de subestaciones o líneas adyacentes. Este tipo de corrosión fue detectado hasta ahora en dos riendas de la torre n 3 de la Línea de Transmisión de 500 kV Chocón-Ezeiza, en las proximidades de la subestación de Henderson. Cuando hay presencia de la corriente de interferencia la polarización catódica de la estructura es extremadamente dificultosa.

Como Protegerse de la Corrosión
Protecciones Catódicas:

La protección catódica puede ser hecha por acción galvánica o por corriente impresa. La protección catódica por corriente impresa es una corriente eléctrica provista por un transformador-rectificador. La protección catódica por acción galvánica es una corriente eléctrica provista por el ánodo de sacrificio.

Principio de funcionamiento: proteger una estructura catódicamente es hacer que esta estructura se torne un cátodo de una célula de corrosión. Siendo el cátodo, ella estará libre de corrosión. Se consigue un potencial catódico en la estructura metálica, haciendo que su superficie reciba corriente eléctrica del medio que la rodea.
De esto se concluye que para una estructura metálica recibiera protección catódica, debe estar inmersa en un electrolito como agua o el suelo y por lo tanto conectada a un equipo electrónico que a su vez estará conectado al material que funcionará como ánodo de sacrificio revestida del material que funcionará como ánodo de sacrificio.

Protección catódica por acción galvánica: La protección catódica por acción galvánica es aquella donde la corrosión es inhibida por la adición de un ánodo de sacrificio al sistema. De la tabla que se encuentra en forma anexa diremos que si tomamos dos metales el anódico será el que se encuentra arriba en la tabla. (Entre el hierro y el cobre, el hierro es anódico y será el que se sacrifique). Este ánodo de sacrifico debe ser menos noble que el material que esta siendo corroído, ej. El magnesio, que envía electrones para el hierro y para el cobre. En el caso que las cantidades de electrones sean suficientes el magnesio inhibe la corrosión del hierro, pues le ofrece los electrones que el hierro o el cobre necesita. La protección catódica por acción galvánica se recomienda para suelo con resistividad inferior a los 120W .m de modo que, sea usado un ánodo de magnesio para un intervalo de resistividades entre los 60W m y los 120W m y un ánodo de cinc para resistividades menores a los 60W m. El ánodo de sacrifico deberá cumplir con ciertas características, como, un potencial que le permita polarizar a la estructura y llevarla al potencial adecuado, no debe generar películas pasivantes, tener un buen rendimiento(en A h/kg.), buen precio, corrosión uniforme, etc. Luego de todo esto, los metales que tienen las mejores características son pocos, básicamente, Zinc, Magnesio y Aluminio.

Algunas de las ventajas y desventajas de la utilización de anodos de sacrificio son:

Ventajas:

  • Facil de instalar
  • No provoca interferencias
  • Distribución de corriente uniforme.
  • No se necesita una fuente de Corriente.

Desventajas:

  • Corriente a suministrar limitada
  • Alto costo de los ánodos.
  • En estructuras mal revestidas hay un alto consumo de los ánodos.
  • Ineficaz en medios con alta resistividad.

Protección catódica por corriente impresa: es aquella donde la corrosión es inhibida por la acción de un equipo electrónico. Este equipo electrónico retira los electrones de los ánodos de sacrifico y envía electrones para el metal que está siendo corroído, en un cantidad bastante grande, pues la cantidad de electrones ahora está siendo enviado por un elemento de gran potencia, como es el caso de los equipos electrónicos en general. Por eso, la cantidad de electrones que está siendo enviado es suficiente para vencer la barrera del suelo y llegue hasta el metal que está siendo corroído. En este caso, también puede observarse que el mecanismo del movimiento de electrones(corriente eléctrica) y de cargas positivas(corriente iónica) son similares a l que ocurre en la protección por acción galvánica.

Protección catódica por corriente impresa a través de rectificadores convencionales: La protección catódica por corriente impresa puede llegar a conseguir proteger varias torres simultáneamente(trechos de entre 10 y 20 torres), pues el rectificador convencional inyecta corrientes del orden de los Ampers.

Algunas de las ventajas y desventajas del sistema por corriente impresa son:

Ventajas:

  • Puede diseñarse para distintos potenciales y corrientes.
  • Puede suministrar una gran corriente.
  • Se puede proteger mas de una instalación.
  • Es apto para utilizar en medios de alta resistividad.
  • Se puede variar el potencial y la corriente.

Desventajas:

  • Puede provocar interferencias.
  • Requiere una fuente de Corriente.
  • Sujeto a la rotura de la fuente, cables y conexiones.
  • Costo elevado.

Protección catódica por corriente impresa a través de corrientes dispersas existentes en la propia línea(PC de fuga): esta protección es dimensionada para cada estructura a partir de intensidades dispersas y alternadas que circulan por la torre. Para conocer la intensidad de corriente circulante debe conectarse un calle de 1.5 mm2 de sección al pararrayos. Este cable se lleva hasta el suelo y se mide el potencial en condiciones de corriente alterna. Cuando la torre presenta diferencia de potencial mayor que 10 V es posible aplicar esta tecnología.

Protección catódica por corriente impresa a través de paneles fotovoltaicos "PC Solar": Este equipo está compuesto por: un equipo electrónico, un panel solar y una batería. El principio de funcionamiento es el mismo que en otros sistemas de protección catódica por corriente impresa, lo que varía es la forma de la obtención de la corriente a inyectar.

Protección catódica por corriente impresa a través de la inducción eléctrica existente en la propia línea "PC de Grelhas": Está compuesto por: un acoplamiento, un equipo electrónico y los ánodos y los cables de conexión entre el equipo electrónico y los ánodos.

El acoplamiento, que es un tubo de aluminio, se coloca en forma paralela a la línea de transmisión. La corriente inducida en ella se transmite hacia el equipamiento electrónico que la rectifica y amplifica. Desde alli es llevada a los ánodos colocados en la tierra, que serán los encargados de inyectar esta corriente continua en el suelo.

Los ánodos que se utilizan están recubiertos por óxido de titanio lo que les asigna una vida útil esperada superior a los veinte años.

Foto de un sistema de protección por corriente impresa inducida de la propia línea instalado.

Este sistema en particular, cuenta con algunas ventajas extras a las ya descritas que poseen los sistemas de protección catódica por corriente impresa.

Algunas de estas ventajas adicionales son:

  • Al utilizar la propia línea de transmisión como fuente de Corriente, se reduce considerablemente el costo de instalación.
  • Por lo simple que es esta "fuente" también ser reducen los cortes del suministro de corriente, por fallas de la fuente, y por consiguiente de la protección.
  • Los ánodos tienen una vida útil de tal magnitud, que evita muchos de los controles periódicos que se requieren al utilizar ánodos de sacrificio.

Gráfico con la indicación de los componentes y distancias de referencia para la colocación del acoplamiento, para el caso de una torre autoportante.

Anexo I Potenciales

Sistema
Semirreacción
Potencial E, V A 25C

Li + / Li

Li + 1e-

Li

-3.045

K +/ K

K ++ 1e

K

-2.925

Cs +/Cs

Cs ++ 1e-

Cs

-2.923

Ba2+ / Ba

Ba2+ + 2e-

Ba

-2.90

Sr2 + Sr

Sr 2++ 2e-

Sr

-2.89

Ca2 + /Ca

Ca 2++ 2e

Ca

-2.87

Na + / Na

Na ++ 1e-

Na

-2.714

Mg 2+ / Mg

Mg 2++ 2e-

Mg

-2.37

Al 3+ / Al

Al 3+ + 3e-

Al

-1.66

Mn2+ / Mn

Mn 2+ + 2e-

Mn

-1.18

Cr 2+ / Cr

Cr 2+ + 2e-

Cr

-0.913

V 3+ / V

V3++ 3e-

V

-0.876

Zn 2+ / Zn

Zn 2++ 2e-

Zn

-0.762

Cr 3+ / Cr

Cr 3++ 3e-

Cr

-0.74

Fe 2+ / Fe

Fe 2+ 2e-

Fe

-0.99

Cd 2+ / Cd

Cd 2+ 2e-

Cd

-0.402

In 3+ / In

In 3+ + 3e-

In

-0.342

Co 2+ / Co

Co 2+ 2e-

Co

-0.277

Ni 2+ / Ni

Ni 2+ + 2e-

Ni

-0.250

Sn 2+ / Sn

Sn 2++ 2e-

Sn

-0.136

Pb 2+ / Pb

Pb 2+ + 2e-

Pb

-0.126

Fe 3+ / Fe

Fe 3+ + 3e-

Fe

-0.036

H + / H 2

2H + + 2e-

H2

0.000

Cu 2+ / Cu

Cu 2++ 2e-

Cu

0.337

Hg 2+ / Hg

Hg 2+ + 2e-

2 Hg

0.789

Ag 2+ / Ag

Ag 2+ + 1e-

Ag

0.799

Hg 2+ / Hg

Hg 2+ + 2e-

Hg

0.857

Pd 2+ Pd

Pd 2+ + 2e-

Pd

0.987

Pt 2+ / Pt

Pt 2+ + 2e-

Pt

1.19

Au 3+ / Au

Au 2+ + 3e-

Au

1.500

Anexo II - Equivalencia entre Distintas semicélulas