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.