Los ánodos de sacrificio, los protectores de nuestros cascos…
Las corrientes galvánicas, causantes de una grave corrosión, junto con los organismos animales y vegetales presentes en el agua, están entre los problemas más importantes de nuestros cascos. ¿Cómo protegerlos?
Se ha acabado el invierno, muchos barcos han pasado la mala temporada en seco, muchos otros han permanecido en el agua; en cuanto a las dos opciones el usuario se divide en tantas partes: por un lado quien dice que es mejor dejar los barcos en su elemento natural, por otro lado quien dice que es mejor ponerlos en seco, la discusión continúa y sería muy complejo decidir cuál es la solución más oportuna.
Sea cual sea nuestra elección, es hora de volver a poner el barco en el agua después del mantenimiento anual necesario.
Entre los diversos trabajos a realizar está ciertamente el de quitar los organismos pegados al casco, mediante un cuidadoso cepillado y lavado, seguido de un control preciso de la estructura sumergida y la sustitución de los ánodos de sacrificio, los llamados «zincs».
Desde la antigüedad, los navegantes han tenido que luchar contra las incrustaciones animales y vegetales que se forman en la superficie del casco y que ralentizan considerablemente su circulación en el agua. Luego, en cierto momento de la historia, alguien notó que algunos materiales fueron menos atacados que otros por estas infestaciones, más concretamente fueron los comerciantes-navieros fenicios quienes notaron que el cobre y el plomo, materiales transportados por ellos, permanecían menos dañados que otros materiales.
Por lo tanto, cubrían la parte sumergida de sus cascos (obra viva) con finas láminas de cobre o plomo, estas al oxidarse se defendían de la agresión externa de los microorganismos. Sin embargo, notaron que las láminas de cobre y plomo se redujeron en espesor con el tiempo. Así descubrieron, pero sin razonarlo, la cuestión de la corrosión galvánica.
La práctica de cubrir los cascos de los barcos con placas de cobre se mantuvo hasta finales del siglo XIX, luego con el descubrimiento, a principios del siglo XX, de los cascos de acero, el problema de la corrosión galvánica se volvió preocupante y la investigación comenzó a buscar un remedio.
¿Qué es la corrosión galvánica y qué es lo que causa?
Si tomamos dos materiales metálicos de diferente naturaleza, y por lo tanto con diferente potencial eléctrico, y nos sumergimos en un líquido conductor, llamado electrolito -y el agua de mar es un excelente electrolito-, descubrimos que entre los dos materiales, en contacto entre sí, se establece una corriente llamada corriente galvánica debido a un potencial eléctrico diferente. Entre los dos elementos, el de mayor potencial eléctrico se llama ánodo y el de menor potencial electroquímico se llama cátodo. Por ejemplo, el cobre tiene un potencial de -0,30 voltios y el zinc tiene un potencial de -0,98 voltios, la diferencia de potencial entre los dos metales es de -0,68 voltios. El ánodo alimenta el flujo liberando partículas de corrosión, y el cátodo se oxida.
Este fenómeno electroquímico fue observado por primera vez por el filósofo y médico Luigi Galvani, nacido en Bolonia el 9 de septiembre de 1737 y muerto en 1798. El médico, que se graduó en 1759, solía realizar experimentos e investigaciones en fisiología; fue durante uno de sus experimentos cuando observó cómo los músculos de una rana, su conejillo de indias del momento, se contraían al entrar en contacto con uno de sus instrumentos fabricados con dos metales diferentes, descubriendo así la electrofisiología.
Es decir, descubrió que el músculo estimulado por una corriente se contracturó y así concibió la idea de que nuestro organismo era el asiento de una corriente eléctrica, tal vez almacenada en el cerebro y modificada por el instrumento. Unos años más tarde, en 1799, Alessandro Volta reanudó los experimentos de Galvani y estudió concretamente las corrientes galvánicas, creando la celda galvánica, la primera batería; fue él, de hecho, quien descubrió el fenómeno del potencial eléctrico de los metales y sus consecuencias.
En un casco de acero, la corriente galvánica es particularmente agresiva, observe el significativo desgaste del ánodo de sacrificio, que seguramente será reemplazado
El ánodo de sacrificio cuyo desgaste haya superado el límite máximo del 75%, debe ser reemplazado inmediatamente.
Un ánodo de sacrificio cuyo desgaste ha alcanzado el 40%, podría ser útil todavía durante unos meses, pero ¿qué riesgos correría el eje de la hélice, pero sobre todo la propia hélice de bronce? Será bueno reemplazarlo por uno nuevo, dado el gasto irrelevante, unos 10 euros.
La célula galvánica
Si tomamos dos electrodos de un metal diferente, por ejemplo uno de cobre y otro de zinc, los sumergimos en una solución alcalina o ácida, llamada electrolito, y luego con un instrumento adecuado, por medio de los dos terminales, tocamos los dos electrodos, descubrimos que hay una diferencia de potencial entre los metales, en el caso de los dos metales que utilizamos la diferencia de potencial será de -0,68 Voltios .
En la celda galvánica que se examina, el electrodo de zinc es el ánodo, el electrodo de cobre es el cátodo. El ánodo es el metal más activo, menos noble, el cátodo es el elemento menos activo, más noble. Los iones liberados del ánodo migran hacia el cátodo generando la corriente galvánica; esto llevará a la progresiva corrosión del ánodo y a la oxidación del cátodo.
Cuanto mayor sea la diferencia de potencial eléctrico entre ánodo y cátodo, y cuanto más agua sea rica en sales o a alta temperatura, mayor será la corriente galvánica. La relación de superficie entre el cátodo y el ánodo también contribuirá a la intensidad de la corriente de corrosión; por lo tanto, cuanto mayor sea la superficie a proteger, más grande o potencial debe ser el ánodo de sacrificio.
En la práctica, los mayores problemas de corrosión galvánica se encuentran en los cascos de acero o aleaciones de aluminio. Sin embargo, los propietarios de barcos con cascos de madera o fibra de vidrio, no estan tranquilos porque la corrosión galvánica también les afecta.
En el caso del casco en fibra de vidrio o madera pensamos en sus apéndices metálicos sumergidos en el agua de mar, como la hélice de bronce o aún peor en aleación de aluminio, los numerosos pasacabos de bronce, las bombillas de los veleros en hierro fundido o plomo, la pala del timón en aleación ligera, al eje del motor de acero y al propio motor, o en el caso de un motor fueraborda el pie en aleación de aluminio, etc.
Todas estas partes metálicas con diferente potencial electronegativo, reaccionarán entre sí desencadenando tantas corrientes galvánicas que provocarán la corrosión de los metales menos nobles con la complicidad del líquido dieléctrico formado por el agua de mar.
En este punto hay que señalar que no necesariamente las partes metálicas de distinta naturaleza deben estar sumergidas en agua, también puede producirse oxidación y corrosión entre metales fuera del agua, porque basta la humedad del aire impregnada de sales para que actúe como electrolito y desencadene el proceso corrosivo.
Si a principios del siglo XX no se hubiera investigado adecuadamente el estudio de los fenómenos electrolíticos, probablemente no hubiéramos tenido la evolución y proliferación de los cascos de acero y, por lo tanto, los grandes barcos que tenemos hoy en día no podrían haber existido. La importancia de la protección galvánica de nuestros cascos es muy clara en este punto.
Resumamos cuáles son los tres requisitos previos para la corriente galvánica:
- la presencia de dos metales diferentes;
- que están en contacto entre sí;
- que están inmersos en el mismo líquido electrolítico.
Cómo realizar correctamente la protección galvánica de nuestros cascos.
Para evitar la corrosión catódica es necesario, por lo tanto, aislar los metales de diferente potencial, o crear un ambiente absolutamente libre de humedad a su alrededor, o crear una protección catódica pasiva por medio de ánodos de sacrificio; o una protección catódica activa por medio de corrientes de control impresas.
Los elementos que deben tenerse en cuenta en el diseño de la protección galvánica mediante ánodos de sacrificio son: qué tipo de ánodo utilizar, cuántos y de qué tamaño, dónde colocarlos.
El tamaño de los ánodos y su número depende de la intensidad de la corriente galvánica necesaria para proteger nuestros cascos. Las embarcaciones metálicas o los grandes barcos normalmente vienen suministrados por los constructores de un plan de instalación para la protección galvánica, y es bueno seguir sus instrucciones, pero en los otros casos se utiliza el sentido común y la experiencia de los técnicos del astillero.
Sin embargo, hay una serie de pistas que, si se presentan, deberían alarmarnos. Hemos dicho que los ánodos de sacrificio deben corroerse, si esto no sucede – después de un período más o menos largo de inmersión del casco en el agua – hay algo que no funciona, así que comprobemos si el ánodo está conectado eléctricamente al material que queremos proteger y, además, asegurémonos de que nuestro ánodo no se cubra inadvertidamente con pintura, aislándolo. Si todo es correcto, la causa podría ser también la mala calidad de los ánodos de zinc que compramos; sí, porque nos apresuramos a decir ánodos de zinc, o de aluminio o de magnesio, pero normalmente son siempre aleaciones metálicas diferentes y cada empresa que produce ánodos de sacrificio tiene sus «mezclas» secretas, de las que siempre está celosa.
En cualquier caso, cuando ponemos nuestro barco en dique seco para el mantenimiento de la primavera, siempre comprobamos el nivel de desgaste de nuestros ánodos, y tenemos en cuenta que normalmente debe haber desgaste, si el sistema de protección ha funcionado, pero éste no debe superar el 50%, excepcionalmente el 75%, si se superan estos niveles de desgaste significa que el número de ánodos es insuficiente, por lo que aumentaremos el número o la superficie, para mantener nuestro casco protegido.
Incluso un viejo barco de pesca, totalmente de madera, necesita protección contra la corrosión galvánica.
Los barcos en el muelle, conectados eléctricamente a él, están expuestos a la corrosión galvánica pasiva por los metales de los otros barcos conectados, para evitar esta corriente galvánica, de la que no somos responsables, basta con colocar un separador galvánico en nuestra plaza.
Parámetros a evaluar en la elección del número de ánodos y su especificidad
Normalmente hablando de ánodos de sacrificio decimos zinc, pero, de hecho, los ánodos también pueden ser, como ya se ha mencionado, en aluminio o magnesio, todos los materiales con alta electronegatividad, por lo tanto, no muy nobles pero generosos en el sacrificio de parte de su estructura molecular en comparación con otros metales que los protegen. En el agua de mar, con una alta salinidad como la del Mediterráneo, se preferirán sin duda los de zinc, mientras que en el agua dulce se preferirán los de magnesio, y en el agua de mar con baja temperatura y salinidad se podrán utilizar en el mar los de aluminio.
Como ya se ha mencionado, la corriente galvánica también puede desarrollarse en acoplamientos bimetálicos no inmersos en el agua sino fuera de ella. Entre los casos más frecuentes se encuentran los accesorios de acero montados sobre superficies de aluminio o de aleación de aluminio, como los mástiles de un velero: véase cáncamos, collares de sujeción u otros, donde quiera que dos metales con diferentes electro-potenciales entren en contacto entre sí, la sal y la humedad que lleva el viento actúa como un dieléctrico y se disparan corrientes galvánicas que causan corrosión. Para evitar esto, las partes de diferentes metales deben ser siempre aisladas colocando juntas protectoras entre ellas. Esto también se aplica cuando usamos tornillos o remaches de acero en aleaciones de aluminio u otros metales, en este caso para proteger y aislar el hilo, hay productos en forma de pasta como Duralac en el mercado.
Si tenemos la duda de que la protección galvánica normal de nuestro casco no es suficiente, en situaciones contingentes particulares, por ejemplo cuando nuestro barco está amarrado junto a un casco de metal, o en un muelle con importantes piezas de acero, y que éstas no están bien protegidas galvánicamente, podemos aumentar nuestra protección por medio de ánodos de sacrificio adicionales y temporales, como un zinc conectado a un cable eléctrico en cuyo extremo conectamos una abrazadera para ser conectada eléctricamente a su vez a la tierra del motor, o a las partes a proteger y luego sumergir el ánodo en el agua, esto aumentará la protección galvánica de nuestro barco.
Aislante galvánico
Otro peligro de corrosión galvánica de nuestro barco está representado por la conexión de nuestro sistema eléctrico con el del muelle, lo que nos hace estar tan agusto por la posibilidad de que tenemos de usar la televisión, la nevera, el calentador de agua y más; todo ello sin temor a descargar las baterías a bordo. Todo está bien, pero caminando en invierno en muelles poco frecuentados, observamos cómo muchos dejan sus sistemas conectados a la red del muelle incluso cuando no hay nadie a bordo!
¿Cuáles son los riesgos?
Pues bien, cuando estamos conectados a la fuente de alimentación del muelle, nuestro cable compuesto por tres hilos de sección adecuada, proporcionan la conexión de la fase, el neutro y la tierra: los dos primeros nos proporcionan la electricidad necesaria para nuestras necesidades, el tercero nos conecta a la toma de tierra de todo el sistema, muy importante y obligatorio para la seguridad del sistema y de las personas a bordo, este cable neutro, normalmente de color amarillo, en realidad conecta eléctricamente todos los barcos conectados al sistema del muelle.
Esto significa que nuestro ánodo de sacrificio está conectado eléctricamente a los de todos los demás barcos del muelle, y si nuestros ánodos, normalmente, son suficientes para proteger nuestro casco y nuestros apéndices metálicos, no se dice que en los barcos cercanos ocurra lo mismo. Si esto no sucede, nuestro sistema de protección tendrá que hacerse cargo también de las necesidades de los vecinos, determinando un rápido y anormal desgaste de nuestro zinc.
Para evitar este riesgo, bastará con equiparnos con un aislante galvánico, que se interpondrá en el cable de tierra de nuestro sistema eléctrico. Una herramienta fácil de instalar y relativamente barata, unos 100 euros. Una vez hecho esto, estaremos aislados de los ánodos de los barcos cercanos pero, lo que es importante, seguiremos conectados al sistema de tierra.
Corrientes de fuga
Hasta ahora hemos hablado de las corrientes galvánicas, peligrosas por sus consecuencias, y de cómo prevenirlas; hablemos ahora de las corrientes de fuga, menos conocidas pero más peligrosas que las primeras.
Las corrientes de fuga son mucho más intensas que las corrientes galvánicas, porque son generadas por una mayor diferencia de potencial eléctrico; de hecho se trata de fugas de corriente por los cables de alimentación, a veces dañados, que conectan nuestra batería con sus usuarios que en lugar de utilizar las rutas normales eligen diferentes caminos dispersándose en el agua de sentina, esto puede suceder cuando la protección de uno de los cables está dañada o porque la tierra metálica del motor se utiliza como conductor de retorno a la batería.
Como estas corrientes son altas, podrían dañar muy rápidamente cualquier metal, independientemente de su naturaleza o potencial eléctrico.
Para evitar las corrientes de fuga es necesario comprobar muy bien el aislamiento de los cables y contactos eléctricos y mantener seco el ambiente donde «viven» las baterías; entre las causas más frecuentes de las corrientes de fuga se encuentran las pérdidas de aislamiento de los cables y contactos de las bombas de sentina, que por su función viven muy a menudo sumergidos en el agua de sentina.
Protección de ánodos con corriente inducida
Para la protección catódica de los grandes cascos metálicos, se necesitarían numerosos ánodos de sacrificio, dada la elevada superficie metálica que hay que proteger, que habría que sustituir con frecuencia, con unos costes relativamente elevados para las operaciones de lanzamiento y transporte. La causa de todo esto se encuentra en la alta velocidad de desgaste de los propios ánodos de sacrificio. Sin embargo, existe un sistema de protección anódica, llamado corriente inducida.
De qué se trata: la protección en cuestión no se produce gracias al flujo de corriente galvánica que se deriva del contacto entre dos materiales metálicos de diferente potencial eléctrico, sino de la energía eléctrica suministrada por un generador de corriente continua, batería u otro. Esta corriente impresa circulará por las superficies metálicas a proteger, como el casco, los bulbos, los ejes de la hélice y la propia hélice, contrarrestando las corrientes galvánicas que las habrían dañado. El sistema consta esencialmente de: una fuente de alimentación de corriente continua estabilizada; una unidad de control; un zinc de referencia; y uno o más ánodos de plomo, platino o plata, que sólo sufrirán erosiones muy pequeñas y que rara vez serán reemplazados.
En España hay numerosas empresas que producen diversos tipos de ánodos y diseñan plantas para la protección anódica activa y pasiva. Los cálculos para un sistema de protección eficiente, son cálculos de alto diseño de ingeniería, por lo que es bueno confiar en técnicos capacitados.