178PREVENZIONE E PROTEZIONE DALLA CORROSIONE Si pu operare in 3
modi: Controllodellaaggressivitambientale(temperatura,
concentrazioneossigenoedanioniparticolari,pH,moto del fluido, uso
di inibitori) Sceltaopportunadelmateriale(variandola
composizioneelacaratteristicasuperficialecon formazione di ossidi e
rivestimenti vari) Polarizzandoanodicamenteocatodicamenteil
materiale (protezione elettrica) 179 Controllo della aggressivit
ambientale importante controllare che la concentrazione delle
specie aggressive(Cl-,pH,O2...)siaaldisottodeivaloridi
sicurezzamaanchechevisiabuonaomogeneitditali valori. Il controllo
del pH si realizza normalmente con aggiunte di ammoniaca (NH3) o di
ammine (RNH2). Di norma l'ossigeno viene eliminato in tutti quei
casi in cui la sua presenza non necessaria per il raggiungimento
della passivit.
LaconcentrazionediO2tollerabileperevitarel'attaccosu di un acciaio
0.05 0.3 ppm. a seconda della temperatura.
L'ossigenovieneeliminatoconmetodifisici(deaeratori)e chimici.
Na2SO3 + 12O2 Na2SO4 N2H4 + O2 2H2O + N2 180Inibitori di corrosione
Sonosostanzecheaggiunteinbasseconcentrazioni nell'ambiente,
rallentano le reazioni di corrosione.
Spessoilmeccanismononconosciuto;spessomolto complicato.
Ingenerevengonoadsorbitisullasuperficiedelmetalloe modificano le
sovratensioni del processo corrosivo.
Vengonoutilizzatiperilcontrollodell'aggressivitnegli
impiantiindustriali,maancheneiprocessididecapaggio
degliacciaionelleoperazionidipulituradelle
apparecchiaturenellequalisiraggiungonovaloridipH molto bassi.
L'azioneinibentepuessereanodica,catodicao ossidante. 181Inibitori
catodici Aumentanolasovratensionediidrogenooimpediscono l'accesso
dell'ossigeno sulla superficie del metallo.
Agisconoinambienteacido(salidiAs,Sb,Biemolte
sostanzeorganiche)oinambienteneutroodebolmente alcalino.
Questiultimisonoprincipalmentedellesostanzeche precipitano come
idrossidi o come sali (in genere carbonati)
sulmetalloinparticolarmodosullezoneanodichedoveil pH maggiore (sali
di Zn, Mg, Mn, Ni, Ca). Un esempio tipico la precipitazione di
bicarbonato di Ca e Fe sulla superficie degli acciai). 182Inibitori
anodici Aumentanolasovratensionedelprocessoanodico,in
generefavorendolaformazionedifilmsullasuperficie metallica
(cromati, nitriti, fosfati, borati, benzoati). Possono avere azione
ossidante o non ossidante.
Gliinibitoriossidanti(cromatienitriti)produconoun
processocatodicotaledaportareilmaterialeincondizione di passivit.
Questesostanzedevonoessereridotteallatensionedi
passivazioneprimariadelmaterialeconunavelocitpari o superiore alla
corrente di passivazione primaria.
183Aquestacategoriaappartengonoancheibenzoati,il permanganato e
l'ossigeno. Inibitori di questo tipo vanno usati con molta cautela.
Senell'ambientesicreaunavariazionelocaledi aggressivit in
particolar modo relativa alla concentrazione di cloruri (o di altre
specie depassivanti) possibile che la
concentrazionediinibitoresceltanonsiaadeguataa mantenere le
condizioni di passivit. Tali condizioni si possono facilmente
verificare in presenza di fessure ed in condizioni di acqua
stagnante. 184Gliinibitorinonossidantiagisconoampliandoilrangedi
passivit e diminuendo la corrente di passivazione. Agiscono solo se
in presenza di un'altra specie ossidante
ingradodiportareilmaterialenell'intervallodipassivit (spesso
sufficiente l'ossigeno). Inib. anodico non ossidante 185Inibitori
misti Esplicanoun'azioneanodicaecatodica contemporaneamente.
Fannopartediquestaclassegliinibitoridiadsorbimentoe quelli in fase
vapore. Glii.diadsorbimentosonoingenerecompostiche contengono
elementi del V e VI gruppo (N, P, As, S, O) che
presentanodellecoppiedielettroniliberioppuredei composti organici
con doppi o tripli legami.
Glii.infasevaporesonosostanzevolatili(ammine organiche) che passano
facilmente allo stato vapore per poi adsorbirsi sulla superficie
del metallo. Vengono utilizzati negli imballaggi dei pezzi da
proteggere per difenderli durante il trasporto o nello stoccaggio.
186Lasceltadeltipodiinibitoreel'ottimizzazionedellasua
concentrazione,dipendonodelmetallo,dall'ambienteeda
tuttiiparametricheinfluenzanolavelocitdicorrosione (agitazione,
forma della struttura da proteggere, presenze di fessure).
Perogniinibitoreesisteunaconcentrazioneminimache deve essere
garantita in ogni parte dell'impianto.
Taleconcentrazionedipendefortementedallecondizioni
superficiali(superficirugoseoconprodottidicorrosione hanno bisogno
di concentrazioni maggiori).
L'usodegliinibitorivieneestesoatuttaladurata
dell'impiantoequindiprevistounreintegrodellasua concentrazione.
Sel'inibitoreditipoanodico,bisognaconsiderarechela
concentrazionenecessariaperportareilmaterialein
condizionedipassivitmaggiorediquellanecessaria per il mantenimento.
Ingenerebuonanormaaumentarelaconcentrazionedi inibitore nella fase
di messa in opera di una apparecchiatura (la superficie metallica
contiene sempre impurezze).
187Ingenerel'efficaciadegliinibitorispecificaperundato materiale.
fondamentalerispettarelecondizioniambientalipercui
uninibitorestatoprogettatoinquantononsolopu
diventareinefficace,mapuancheprovocareattacchi corrosivi molto
intensi. Nelcasodiapparecchiaturerealizzateconpimaterialisi possono
utilizzare miscele di inibitori tenendo conto che un
inibitorechehauneffettodiprotezioneperunmateriale, pu incrementare
l'attacco su di un altro. Esempio: il liquido di raffreddamento dei
radiatori contiene
glicoleetilenicoaddizionatoafosfati,benzoati,nitritie
boratiperproteggerelepartiinacciaioedinalluminioe dei composti
organici per proteggere le parti in rame. 188RIVESTIMENTI un metodo
di prevenzione molto diffuso.
Ilfilmprotettivopuesseremetallico,organicoo inorganico.
Inmolticasinecessarioutilizzarepistratidi
rivestimentopergarantirelaresistenzaadunmaggior
numerodiagentiaggressivioperpermettereunamigliore
adesioneallostratoesterno,oppurepergarantirela resistenza
meccanica. Lecondizionisuperficialidelmetallodaproteggerehanno
unagrandissimainfluenzasullabuonariuscitadelfilm
protettivo.necessariopreparareadeguatamentela superficie. 189
Rivestimenti metallici
Serealizzaticorrettamentepermettonolacompleta protezione dalla
corrosione. fondamentalel'uniformitdelrivestimentoel'assenza di
porosit. Incasodipresenzadiporositsipossonoformaredelle
coppiegalvanicheincortocircuito,conconseguente
attaccodelmetalloodelrivestimentoasecondacheil
rivestimentoabbiacomportamentoanodicoocatodico rispetto al metallo.
Perquestimotivibisognasempretenereinconsiderazione le nobilt
relative e le sovratensioni dei processi catodici del rivestimento
e del metallo base. 190I metodi per ottenere i rivestimenti
metallici possono essere meccanici, fisici o chimici. Meccanici:
laminazione a caldo (placcatura) (Cu, ottone, inox) spruzzatura di
metallo fuso (Zn, Al) Fisici ad alta temperatura: immersione nel
metallo fuso (Zn, Pb, Sn, Al su acciaio) diffusione di metalli (Zn,
Al, Cr, Si, ) sovrasaldatura Fisici a bassa temperatura: PVD
Chimici ad alta temperatura: CVD Chimici a bassa temperatura:
elettrodeposizione (Au, Ag, Cu, Pb, Sn, Zn, Cr, Ni) riduzione
chimica (Ni, Co, Au, Ag, Pd, Cu) 191Zn
Lezincaturesonomoltoutilizzateperlaprotezionedegli acciai.
Lozincohacomportamentoanodicorispettoalferroe
questofasichelezincatureabbianounbuoneffettodi protezione sugli
acciai anche in presenza di porosit. La resistenza alla corrosione
dello zinco buona per valori di pH 712. La resistenza funzione
dell'ambiente: Un rivestimento di 20 mm pu durare: 15-20 anni se
interrato 10-15 anni in acqua di mare 3-5 anni in ambiente
industriale Ingenerelazincaturavieneeffettuataacaldo(immersione
inbagnidiZnfuso 50 mm)operelettrodeposizione (2 5 mm in genere come
base per pitture). 192Al
AdifferenzadelloZn,l'alluminiopupassivarsimanon ha nei confronti
del ferro l'effetto di protezione catodica.
Inpresenzadidifettioporositdelrivestimento,iprodotti
dicorrosionedelFepossonoriempireiporidelAle ripristinare le
condizioni di protezione. Si stanno progettando dei rivestimenti
Al-Zn per ottenere le caratteristiche di entrambi gli elementi.
Vengono ottenuti per immersione nell'alluminio fuso. 193Sn
digranlungailrivestimentometallicopiutilizzato dall'industria
alimentare (non tossico).
Negliambientiincuivieneutilizzatohacomportamento anodico rispetto
al Fe (in genere negli stessi ambienti Fe si passiva, altrimenti la
nobilt si inverte). Sn un elemento anfotero e quindi resiste bene
in ambienti neutri, ed in pi ha un'elevata sovratensione di
idrogeno. Inpresenzadireagenticatodicilostagnosicorrodecon
sviluppodiidrogenocheprovocailrigonfiamentodei contenitori.
Vienenormalmentedepositatoperelettrodeposizionedal
qualelosiottienemoltoporosoedeveesseretrattatoa
250Ctemperaturaallaqualefonde(Tm = 232C)per formare Fe-Sn.
194Fosfatazione Ilprocessodifosfatazioneconsistenelcrearesulla
superficie del metallo (in genere Fe) uno strato cristallino e
porosodifosfatimisti(Fe,Zn,Mn)fortementeaderentee legato
chimicamente al metallo base. Il trattamento della superficie
metallica con acido fosforico
contenentefosfatimetallici,permettediottenereun
rivestimentosuperficialeconunbuonaresistenzaalla
corrosione,oppureunabuonabasepersuccessivi rivestimenti.
normalmenteutilizzatapergliacciai,lozincoe l'alluminio.
-Composizione: fosfato di ferro, di manganese, di zinco.
-Temperatura: sia a caldo che a freddo -Durata del trattamento:
normale, accelerato, rapido -Tipo di processo: per immersione, a
spruzzo 195Meccanismo: ( ) ( )( )2 4 4 3 424 3 4 3 42Me H PO MeHPO
H PO Me=Fe, Zn, Mn3MeHPO Me PO H PO++ Nel caso del ferro: Fe +
2H3PO4 Fe H2PO4( )2 + H2
LoscopodiottenerefosfatiterziariMe3PO4chesonodi norma insolubili.
Sulleareecatodichedovesiahasviluppodiidrogeno,la
conversionedelferrononavvieneoavvieneinmisura minore. Questo porta
alla formazione di una certa porosit e quindi alla necessit di
trattamenti finale.
Conlostessomeccanismosonostatirealizzatideiprodotti
chiamati"convertitoridiruggine"checontengonoacido fosforico, degli
inibitori, catalizzatori e tensioattivi.
196Permettonodibloccarelereazionidicorrosioneedi trasformare la
ruggine in uno strato di fosfato di ferro. 197Cromatazione
Permettedirealizzareunfilmpassivodistechiometria complessa e non
del tutto nota (Cr(OH)3, Cr(OH)CrO4).
Ilfilmhabuonecaratteristicheanti-corrosive,unottimo pre-trattamento
per successivi rivestimenti. - Utilizzato su: Zn, Cd, Al, Cu, Mg -
Soluzione di cromati o bicromati di potassio - Immersione +
riscaldamento (40C) 198Ossidazione Anodica
Conlossidazioneanodicasicreasullasuperficiedel
metallounfilmdiossidodispessoreelevato,
particolarmenteresistenzaallacorrosione,allabrasione,di elevata
resistenza elettrica e buone qualit estetiche. - Elementi: Al (Cu,
Cd, Ti, Mg, Zn ) - Preparazionedellasuperficie:puliziaelucidatura
meccanica ma anche lucidatura elettrolitica (funzionamento da
anodo). - Sigillatura:eliminazionedellaporosit,acquabollentein
presenzaBaCl2,Na2SO4.Iporisiriempionodiallumina idrata.199Pitture
Il termine pitture indica un insieme di pigmenti dispersi in
uncompostolegante(dinaturafilmogena)eportatialla
viscositdesideratamedianteunaquantitadattadi solvente. In assenza
di pigmenti si parla di vernici. Costituenti principali: le pitture
sono costituite da una parte liquida (legante, plastificanti,
solventi, addotti e ausiliari) ed una solida (pigmenti e
riempitivi). Legante: il costituente filmogeno, tradizionalmente a
base diolieresinenaturalioggicostituitoessenzialmenteda polimeri
organici. Solventi:devefavorirelospianamentodellapitturaeduna
voltachelapitturastatastesaevaporareilpi
velocementepossibile.Ingeneresiusanodellemiscele complesse di
solventi. Plastificanti:servonoamigliorareleproprietmeccaniche
delpolimero.Sonoalorovoltadeipolimeriodei monomeri che
indeboliscono le interazioni tra le catene del polimero.
200Addottieausiliari:vengonoaggiuntipermigliorare
particolaricaratteristichedelfilmqualilabagnabilit,la resistenza
allossidazione, la stabilizzazione della resina. Pigmenti e
cariche: rappresentano la parte solida che rimane
insospensionenelveicolo.Normalmentelecarichehanno origine naturale,
mentre i pigmenti sono sintetici. I pigmenti possono essere attivi
o inerti. Ipigmentiattivi(catodici,anodici,passivanti...)hannola
funzionedibloccarelereazionidicorrosione(polveredi Zn, minio,
cromati, fosfati).
Ipigmentiinertiservonoaridurrelapermeabilitdelfilm ed a favorirne
ladesione. Lazioneprotettivadellepitturesiesplicamediante2
meccanismi: Ilprimoeffettoquellodiformarestratichenon
assorbonoacquaecheimpedisconoladiffusione dellossigeno (effetto
barriera). Ilsecondoeffettoquelloprodottodaipigmentiche
portanoilmaterialeincondizionidiimmunitodi passivit. 201Spessore:
L'efficacia dell'effetto barriera dipende (oltre che
dallacomposizione),dallospessore.Lospessoreideale (teorico) di 200
300 m. Lospessorechesiriescearealizzareconlepitture tradizionali 30
m. 202Corrosione sotto pittura
Indeterminatecondizioni,nonostanteilrivestimentoper
pitturazione,sipuavereattaccocorrosivodettoappunto sotto pittura.
4Fe + 3O2 + 2H2O 2Fe2O3 H2O
QuestoprocessoresopossibiledalladiffusionediO2e H2O attraverso la
pittura. Unaltrostadioessenzialeperquestotipodiattaccola
migrazioneionicachepermetteiltrasportodicorrentetra zone anodiche e
catodiche. DiffusionediO2eH2O:Anchenellemiglioripitture
applicateanorma,ladiffusionediacquaunfenomeno molto comune. Di
fatto, in ambiente umido, la diffusione dell'acqua non mai lo
stadio lento della reazione. La diffusione di ossigeno un processo
molto pi lento: la quantit di ossigeno che riesce a diffondere in
una pittura di 100 mdispessore 4.53 mg/cm2 anno,moltoinferiore
allaquantitnecessariapergenerareunavelocitdi corrosione si sia
effettivamente dannosa.
203Migrazioneionica:selaconducibilitionicadellepitture bassa, la
velocit di corrosione pu mantenersi entro valori
accettabili.opportunoquindicontrollarelaconducibilit delle pitture.
quindiimportantestenderelapitturasudiunasuperficie
pulitadaiprodottidicorrosioneinquantopotrebbero cortocircuitare la
resistenza del film. Deve essere eliminata la presenza di
elettroliti nei pigmenti.
Deveesserelimitatalapresenzadiacquaedielettroliti provenienti
dall'esterno. Reazionedidissoluzionedelmetallo:lepitturepossono
contribuirealimitarequestostadio,mediantepigmenti
metallicimenonobili(protezionecatodica),opigmenti alcalinizzanti o,
pi in generale, passivanti. 204PROTEZIONE ELETTRICA
Laprotezioneelettricacomprendelaprotezionecatodicaela protezione
anodica. Nellaprotezionecatodicasiimponealmaterialeunacorrentein
senso catodico che ne abbassa la tensione di lavoro.
Puessererealizzatamediantegeneratoriditensioneo
alimentatori(protezioneconcorrenteimpressa)omediante
accoppiamentogalvanicoconunmaterialeacomportamentoanodicorispettoalmaterialedaproteggere(protezioneconanodi
di sacrificio). Nellaprotezioneanodicasiimponeadunmaterialea
comportamentoattivo-passivounacorrenteinsensoanodicoche porta la
tensione del materiale in zona di passivit.
Taleeffettopuessererealizzatotramiteunasorgenteesternao
tramiteaccoppiamentoconunmaterialeacomportamento catodico. 205
206PROTEZIONE CATODICA
Polarizzandocatodicamenteunmaterialemetallicosulquale stiano
avvenendo delle reazione di corrosione, si avr circolazione di una
corrente esterna: Iest = Ic-Ia
Inrelazioneaquestapolarizzazionesiverificaunasnobilitazione
dellatensionedelmaterialeedunadiminuzionedellacorrente anodica,
ovvero della velocit di corrosione del materiale. Si definisce
corrente di protezione il valore della corrente esterna a cui si ha
lannullamento della Ia Iprot = Ic.
Inquestocasolatensioneassuntadalmaterialequelladi equilibrio. Se
Iest > Iprot sul materiale avverranno solo reazioni catodiche.
Laprotezionecatodicadipifacileapplicazionequandoil
fenomenocorrosivosottocontrollocatodico,ovverobassa sovratensione
catodica. 207 208
Laprotezionecatodicadidifficileapplicazionesuimetalli
anfoteri(Al,Pb)inquantolalcalinizzazionedellasoluzione
chesiverificainconseguenzadellosviluppodellereazioni
catodiche,potrebbeportareilmaterialefuoridalcampodi immunit.
209Unparametroessenzialeperilcontrollodellefficaciadella
protezioneilvaloredelladensitdellacorrentechedeve assumere, in
tutte le zone della struttura da proteggere il valore desiderato.
La densit di corrente di protezione aumenta con la temperatura,
conilpHesesiincondizioniincuilareazionecatodicala riduzione di
ossigeno, aumenta con la concentrazione di ossigeno
discioltoecontuttiiparametricheproduconounaumentodella corrente
limite (Coeff. diff., agitazione dellambiente.). In ambienti molto
aggressivi laumento della corrente richiesta per
effettuarelaprotezionetaledarenderelatecnicanon applicabile.
Inquesticasisiricorreallusodirivestimenti(pitture,bitume, juta) che
hanno leffetto di ridurre la superficie da proteggere. 210
Moltospessoilfunzionamentodacatododelmetalloprovocaun innalzamento
del pH che genera delle condizioni di passivit.
Larealizzazionedellaprotezionecatodicatantopicomplicata quanto
minore la nobilt del materiale da proteggere.
Inpiseilprocessononsottocontrollocatodico,laquantitdi
correntedaerogarepuesseremoltograndeequindiil raggiungimento dello
stato di protezione (immunit) diventa molto costoso. Inoltre il
massiccio sviluppo di idrogeno che si ha in conseguenza delleffetto
di protezione, pu essere pericoloso.
Inpraticailmetodononsiapplicapermetallimenonobilidel ferro. 211 Un
altro parametro importante la geometria dellapparecchiatura da
proteggere. Nelcasodigeometrieparticolarmentecomplesse,lacorrentedi
protezione potrebbe non raggiungere tutte le zone.
Anchelaconducibilitdellambientepuinfluenzarelabuona
riuscitadellaprotezione,inquantoambientiadaltaconducibilit
permettonodispingerelaprotezioneinmodouniformeanchesu superfici
estese. Duranteilfunzionamento,lalcalinizzazioneprodottadalle
reazionicatodicheelaconseguenteformazionediprecipitatipu produrre
un certo effetto di protezione. 212PROTEZIONE CATODICA CON CORRENTI
IMPRESSE La protezione catodica con correnti impresse quella di
norma pi vantaggiosa per strutture di grandi dimensioni. Si pu
operare sia a corrente costante che a potenziale costante.
Ilmetodoatensionecostantepisicuroinquantoilmetodoa corrente
costante non consente una protezione efficace nel caso in
cuiunavariazionedellaggressivitambientaleo
dellinvecchiamentodiunrivestimentoportiallaumentodella corrente
necessaria per effettuare la protezione. Tuttavia il metodo a
corrente costante pi semplice e lo si adotta
neicasiincuilaggressivitelaresistivitambientalesiano costanti
(acqua di mare). La struttura da proteggere, lelettrodo di
riferimento (Cu/CuSO4 o Zn in acqua di mare) ed un eventuale anodo
vengono collegati alla centralina. Sullanodo si produrranno le
reazioni che hanno luogo sul catodo, in senso opposto (in genere
sviluppo di ossigeno).
213Diversimaterialivengonoutilizzatiperglianodiasecondadelle
prestazionirichiesteedinfunzionedellambienteincuivengono
installati. I criteri con cui vengono scelti sono: -basso consumo
-elevata densit di corrente erogata -piccole dimensioni -bassa
resistivit -buona resistenza meccanica
-elevatopotenzialedirottura(maxsovratensionean. sopportabile)
Asecondadelconsumovengonosuddivisiinsolubili,semiinerti ed
insolubili. Questultimi vengono di gran lunga preferiti rispetto
agli altri. 214 215 216 217
DSA = Dimensionally Stable Anode = Ti rivestito con ossidi di
diversa natura (Ru, Pt, Ir) 218 219 220PROTEZIONE CATODICA CON
ANODI DI SACRIFICIO Nei casi in cui la struttura da proteggere sia
di piccole dimensioni
pivantaggiosoapplicarelaprotezionecatodicaconanodidi sacrificio. La
scelta del materiale anodico fatta in relazione alla nobilt del
materiale da proteggere: Zn, Al, Mg per strutture ferrose, Fe per
proteggere strutture in lega di Cu. Un altro parametro che
determina la scelta del materiale anodico la resistivit
dellambiente.
Inambientiadaltaresistivit(terreni,acquedolci)preferibile usare Mg
(basso potenziale maggiore lavoro motore per vincere la caduta
ohmica) I parametri che contraddistinguono le propriet degli anodi
sacrifiziali sono: -Il potenziale a circuito aperto e chiuso -Il
rendimento pratico definito come: teorico%P100PmisuratoAq= A
DoveteoricoQ MP96500 nA = 221Gli effetti di protezione sono tanto
maggiori: -quanto maggiore la differenza di nobilt termodinamica
tra il metallo protetto e lanodo sacrifiziale -quanto minore la
resistivit dellambiente tra anodo sacrifiziale e materiale protetto
-quanto minore la sovratensione anodica del processo di
dissoluzione del metallo sacrifiziale. Il calcolo del peso del
materiale di sacrificio deve essere fatto tenendo conto di tre
condizioni: -Ilpesodeglianodideveesseretaledafornirelaquantitdi
caricanecessariaperlaprotezione(ilpesonecessariosi ottiene
dividendo la carica necessaria per la capacit pratica del
materiale) -Lasuperficiedeglianodideveesseresufficienteaderogare
alladensitdicorrenteacuipossonolavorareglianodi,la corrente di
protezione necessaria. -La distribuzione degli anodi deve essere
tale per cui tutta la superficie risulti protetta. 222 223 224
225Protezione Anodica La protezione anodica porta il materiale da
proteggere nel campo passivo, facendolo funzionare anodicamente.
Polarizzandoinsensoanodicounmaterialemetallicoa
comportamentoattivo-passivoapartiredaEcorr,circoleruna corrente
esterna Iest = Ia - Ic sempre crescente, fino a che, raggiunto Epp,
intervengono le condizioni di passivit.
Nelcasodiambientineutrioalcalinilosviluppodelprocesso
anodico,porterallabbassamentodelpHinseguitoareazionidi idrolisi e
formazioni di idrossidi. Fe Fe2+ Fe2+ + 2H2O Fe(OH)2 + 2H+
Dinorma,inconseguenzadellapolarizzazioneanodica,alcatodo si avr
sviluppo di idrogeno. Viene applicata per acciaio al carbonio,
inox, ghise in ambienti fortemente aggressivi (acidi concentrati,
soluzioni saline).
226Lapossibilitdieffettuarelaprotezioneanodica,lafacilitdi
realizzazioneelasuaefficacia,dipendonodallacaratteristica anodica
del materiale. In particolar modo:
Icp=correntecheilsistemadiprotezionedevefornireper raggiungere la
passivit deve essere pi bassa possibile. Ip = velocit di corrosione
residua in condizioni di protezione deve essere pi bassa possibile
Et-Ep=intervalloditensioneentroilqualelastrutturadeve lavorare deve
essere pi ampio possibile (difficilmente > 1 V). 227 Il potere
penetrante in genere buono (superiore a quello della prot.
catodica) in quanto: -le corrente in gioco sono modeste -la
conducibilit in ambienti aggressivi elevata -la resistenza dei film
superficiali anodici alta
228Siriesceadottenereleffettodiprotezioneanchepergeometrie
complesse. Nel caso di tubi in cui scorre lacido solforico, si
riesce ad ottenere protezione fino a 9 m dallimbocco (dipende dal
diametro). Non invece soddisfacente il potere penetrante nella fase
iniziale, prima dellinstaurarsi della passivit. In particolar modo,
la presenza di fessure e per Icp alte, non assicurata passivazione.
229 230 231ESEMPIO DI PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA DI PROTEZIONE CON
ANODI DI SACRIFICIO DI UNA PIATTAFORMA OFFSHORE 20 Km dalla costa
profondit 100 m funzionamento per circa 20 anni 232 La superficie
esposta allacqua 12842 m2 La superficie interrata 1300 m2
Sisupponeinoltrechelapiattaformasiacollegataa9pozzidi
estrazioneechesidebbaproteggereancheirelativitrattidi tubazione che
trasportano il greggio. 1) Si suddivide la struttura in sezioni
(due), allinterno dei quali si richiede la stessa densit di
corrente di protezione. 2) Si calcola la corrente da fornire a
ciascun tratto 3) Una volta scelto il tipo di anodo (materiale e
dimensione), si
calcolalaresistenzamassima,infunzionedellaresistivit massima
dellacqua di mare e delle dimensioni degli anodi. 4) Si calcola
lerogazione di un singolo anodo 5) Si calcola la durata di un
singolo anodo 6) Siconfrontaladuratacalcolataconquellaprevista;se
inferioresirifannoicontiutilizzandoanodididimensioni maggiori. 7)
In base allintensit di corrente erogata da un anodo si calcola il
loro numero per ciascun tronco 8)
Siripartisconoglianodiinmododarendereuniformela distribuzione di
corrente 233Idatiinerentiallecaratteristichedeltrattomarinodoveverr
eseguita linstallazione: Salinit media (espressa come densit): 1028
g/l Profilo contenuto ossigeno: costante con valori massimi di 5
ppm Temperatura: variazione lineare con la profondit o Media
estiva: 22.6C in superficie, 16C sul fondo o Media invernale: 16.5C
in superficie, 15C sul fondo
Correntimarine:moltovariabili;lamediadeivalorimassimi
annui0.7m/sinsuperficiee0sulfondoconunavariazione lineare.
234Sifannoleseguentisemplificazioni,chevannonelsensodi sovrastimare
la corrosione: -contenuto di ossigeno costante -temperatura pari
alla media delle temperature estive nelle due parti -velocit
dellacqua costante in ciascuna delle due parti ed uguale alla
velocit massima riscontrata Ia sezione (0 -50 m): -densit dellacqua
1027 g/l -tenore di ossigeno 5 ppm -temperatura 21C -velocit
dellacqua 0.7 m/s IIa sezione (-50 -103.5 m) -densit dellacqua 1027
g/l -tenore di ossigeno 5 ppm -temperatura 17.5C -velocit dellacqua
0.35 m/s Incondizionidicontrollocatodicodidiffusionediossigeno,la
corrente di protezione uguale alla corrente limite di riduzione di
ossigeno. 235Unmodomoltosemplicepertenerecontodellospessoredello
strato di diffusione consiste nel calcolare la corrente limite in
condizionistagnanti(perlequalidipendesolodalla
temperaturaedallaconcentrazionediossigeno)equindi
moltiplicareperuncoefficienteKchedipendedallavelocit dellacqua e
dalla temperatura: ( )3L O2 L2.3 5 10 T 0.3664FDI C i K'K' 1 ve =
=o= + dove v la velocit del fluido (Km/h) e T la temperatura (C).
236Per i valori del coefficiente di diffusione e di (cm) si
utilizzano delle tabelle: T (C)D (cm2/s) 101.75 10-5 151.90 10-5
202.05 10-5 252.20 10-5 302.35 10-5 O2 (ppm)10C15C20C25C
30.170.160.150.15 50.220.220.210.19 70.280.270.25 90.30 Dai dati in
tabella si ottiene: Ia sezione: D = 2.08 10-5 cm2/s = 2.08 10-9
m2/s = 0.21 cm = 2.1 10-3 m CO2 = 5 ppm = 5 mg/l = 0.16 moli/m3 v =
0.7 m/s = 2.52 Km/h da cuiiI = 0.061 A/m2 = 61.2 mA/m2 (in
condizioni stagnanti) K = 1.87 II = iIK = 114.5 mA/m2 237 IIa
sezione: D = 1.975 10-5 cm2/s = 1.975 10-9 m2/s = 0.22 cm = 2.2
10-3 m CO2 = 5 ppm = 5 mg/l = 0.16 moli/m3 v = 0.35 m/s = 1.26 Km/h
da cuiiII = 0.0555 A/m2 = 55.5 mA/m2
(in condizioni stagnanti) K = 1.59 III = 88.24 mA/m2
Perladensitdicorrentediprotezionedeipaliinfissi(I*)si assume un
valore pari a 10 mA/m2.
Perlacorrentediprotezionedeicondottideipozzi(normalmente interrati)
si prende un valore medio pari a ip = 5A/condotta.
Siusaunfattoredicorrezione=1.1pertenerecontodelle eventuali perdite
di corrente. Le correnti per ciascun tronco della piattaforma sono
quindi: i1 = I1S1 = IIS1 = 1.1 x 0.114 x 1121 = 141 A i2 = I2S2 =
IIS2 = 1.1 x 0.114 x 1495 = 188 A i3 = I3S3 = IIS3 = 1.1 x 0.114 x
1798 = 226 A i4 = I4S4 = IIIS4 = 1.1 x 0.088 x 2326 = 226 A i5 =
I5S5 = IIIS5 = 1.1 x 0.088 x 3955 = 384 A i6 = I6S6 + I*S* + Nip =
= 1.1 x 0.088 x 2147 + 0.01 x 1300 + 9 x 5 = 266 A 238Mediante
unanalisi preliminare sono stati scelti anodi di Al(Al-Zn-In) con
le seguenti caratteristiche: -dimensioni: 2337 x 216 x 191 mm
-massa: 230 Kg -consumo teorico: 3 Kg/A anno - = 0.85 -potenziale
di lavoro: 1.1 V (Ag/AgCl) La resistenza anodica viene calcolata
con la formula di Dwight: a4LR ln 12 L r | |= |t \ . dove: =
resistenza dellelettrolita ( cm) L = lunghezza dellanodo r = raggio
equivalente = sezione 216 191114.6mm= =t t Da grafici sulla
conducibilit dellacqua di mare si trova un valore pari a 23 cm.
Tenendocontodelladiminuzionedel60%delraggioequivalente per consumo
dal valore iniziale: a23 4 233.7R ln 1 0.0612 233.7 0.6 11.46| |= =
O |t \ . 239 Lerogazione anodica vale pertanto: aaEI 4ARA= =dove
stato posto E = 0.250 mV
Ilpotenzialedicorrosionedellacciaioinacquadimare normalmente -850
mV (Ag/AgCl). IlEprevedibiletraacciaioeanodidialluminioE=-850+ 1100
= 250 mV. La durata degli anodi data da:
uaMdmI= qq dove m = consumo teorico (3 Kg/A anno) M = massa
dellanodo (230 Kg) u = coefficiente di utilizzazione = 0.9
Sostituendo i valori si ottiene; d = 14.6 anni Il risultato
nettamente inferiore alle richieste. 240Si scelgono allora anodi pi
pesanti: -dimensioni: 2440 x 252 x 244 mm -raggio equivalente: 252
244r 140mm= =t -massa: 330 Kg La resistenza anodica: a23 4 244R ln
1 0.0562 244 0.6 14| |= = O |t \ . e quindi lerogazione anodica
diventa: aaEI 4.4ARA= = e la durata arriva a 19.1 anni. Il numero
teorico di anodi per ciascun tronco della struttura dato da iiaInI=
dove Ii e la corrente di protezione del generico i-esimo tronco
della piattaforma. 241111111141n 324.4188n 434.4226n 514.4226n
514.4384n 874.4266n 604.4= == == == == == = Ntot = 324 (pari a 107
ton) Per la distribuzione degli anodi si seguono i seguenti
criteri: -Gli anodi devono esse raggruppati nei punti critici, vale
a dire vicino ai nodi. -La disposizione deve essere la pi
simmetrica possibile al fine di evitare zone in ombra o
sovrapposizioni troppo estese. -Gli anodi installati sul tronco
superiore devono essere posti al di sotto della zona delle onde
-Gli anodi installati sul tronco inferiore (zone del fango) devono
essereraggruppatinellapartepibassapossibile(lacorrente viene
drenata dai pali del terreno)
-necessarioprevedereleventualeinstallazionedianodi
supplementari.