Protezione catodica

Protezione catodica Protezione catodica

Protezione catodica



- (Prof. Ing. Ignazio Mantica - Costruzioni Idrauliche - Università di Ancona)
 
Correnti vaganti 
 
Queste correnti sono normalmente disperse nel terreno da impianti di trazione a corrente continua (ferrovie, tramvie, etc), impianti industriali che utilizzano il terreno come condutture di ritorno (impianti elettrochimici, di saldatura, di trasporto) ed anche alimentatori di protezione catodica installati su strutture di terzi.  
Nelle ferrovie elettrificate a corrente continua ad esempio la corrente erogata dalla sottostazione percorre la linea aerea, entra nei motori dell'elettreno e quindi ritorna alla sottostazione in parte lungo le rotaie ed in parte attraverso il terreno.

 
- Vie percorse dalle correnti vaganti nel ritorno alla sottostazione -  (sistema rotaie-terreno-tubazione)

 
Se in vicinanza della ferrovia si trova una tubazione metallica, una parte della corrente entra in un tratto (catodo) ed esce in un altro (anodo), percorrendo la tubazione in corrispondenza di questa ultima posizione.
La corrente quindi può ritornare alla sottostazione lungo 3 vie (rotaie, terreno e tubazione) e si ripartisce tra queste a seconda delle rispettive resistenze elettriche.
Pertanto l'intensità delle correnti vaganti che percorrono la tubazione sarà tanto più elevata, a parità di altre condizioni (intensità della corrente dispersa dalle rotaie, posizione della motrice etc), quanto più sono alte la resistività elettrica dei terreni attraversati e la conduttanza elettrica longitudinale della struttura stessa; il senso della corrente che circola entro la tubazione può variare nel tempo.  
Nel caso ad esempio di una tubazione che attraversa una ferrovia in un punto distante dalla sottostazione (Fig.A) la tubazione raccoglie corrente lontano dall'incrocio (zona catodica) e la cede al terreno vicino alle rotaie (zona anodica).  
Quando invece la motrice incrocia la tubazione (Fig.B) la corrente in questa posizione entra nella tubazione per uscire lontano dalla linea ferroviaria.
 

 
 


 
 


In genere l'intensità delle correnti vaganti che circolano entro le tubazioni metalliche è molto maggiore dell'intensità delle correnti dovute alle pile galvaniche; le correnti vaganti possono raggiungere anche una intensità dell'ordine delle decine di Ampere.  
E' da tener presente che quando una corrente di 1 Ampere passa da un elettrodo di ferro puro ad un elettroliti (terreno, acqua, etc) consuma teoricamente in un anno 9,1 kg di metallo; la perdita di peso effettivo di un elettrodo di acciaio (ad esempio una tubazione) è leggermente inferiore e comunque non molto diversa da quella di un elettrodo di ghisa.  
Le correnti vaganti disperse da impianti a corrente alternata (ferrovie, messe a terra di impianti elettrici, etc) costituiscono un pericolo di corrosione molto minore rispetto alle correnti continue. Prove effettuate in laboratorio hanno indicato che con la corrente alternata la perdita di peso dell'elettrodo è circa la centesima parte di quella che si avrebbe, a parità di metallo e di intensità di corrente, con la corrente continua.


La successione della “Serie galvanica” è tale che, considerati due qualsiasi materiali della serie, nella pila da loro formata quello che precede funziona da catodo e quello che segue da anodo.
Quanto più i due materiali occupano nella successione posti distanti, tanto più elevata è la f.e.m. della pila. Nella realizzazione di un impianto di protezione catodica (protezione attiva) a servizio di una tubazione in acciaio è essenziale una analisi diagnostica sulla tipologia dei terreni, sulle possibili interferenze elettriche e sull'entità delle superfici da proteggere.  
Risulta quindi indispensabile eseguire delle indagini elettriche che forniranno gli elementi per una corretta progettazione dell'impianto di protezione catodica attraverso misure di resistività del terreno lungo il tracciato della condotta (metodo di Wenner) e misure di potenziale tubo-terra su tratti isolati di tubazione attraversati da una f.e.m.; nella valutazione di questi potenziali (prova di protezione catodica) è fondamentale la scelta effettuata per la protezione passiva (rivestimento) della tubazione e le precauzioni adottate nella posa in opera della condotta per la salvaguardia della integrità del rivestimento.  
I valori di potenziale tubo-terra, riportati su un diagramma, forniscono l'andamento delle tensioni in condizioni naturali e durante una prova di protezione catodica effettuata applicando una f.e.m. Esiste un valore limite del potenziale di una struttura metallica detto “soglia di immunità” al di sotto della quale non si manifestano i fenomeni di corrosione poiché tutta la struttura, ricevendo corrente dall'ambiente esterno  
(alimentatore), si comporta da catodo. La protezione è quindi raggiunta quando il potenziale, in ogni punto della struttura, ed in ogni istante, è uguale o algebricamente inferiore alla soglia di immunità.  
Questa condizione si realizza con una adeguata protezione catodica attraverso l'erogazione di una corrente di  protezione di intensità uguale o maggiore di quella di corrosione in modo che la corrente risultante risulti nulla o comunque diretta verso il metallo.  
Normalmente non è conveniente applicare la protezione catodica in strutture prive di rivestimento poiché il mantenimento in esercizio dell'impianto di protezione catodica risulterebbe notevolmente dispendioso e le correnti elevate potrebbero interferire e danneggiare altre strutture.
Per queste ragioni è importante la scelta del rivestimento di una tubazione se si vogliono raggiungere risultati di efficienza notevole con costi di gestione estremamente bassi e correnti di protezione dell'ordine dei mA. Nella efficienza globale del sistema è fondamentale porre la massima attenzione durante le operazioni di posa delle tubazioni e ripristino delle giunzioni al fine di evitare lacerazioni al rivestimento che potrebbero costituire un elevato pericolo per la corrosione.  


Un impianto di protezione catodica è essenzialmente costituito da:  
  • Alimentatore di corrente  
  • Dispersore di corrente (anodo) verticale o orizzontale  
  • Elettrodo di riferimento  
  • Punto di misura  
  • Impianto di messa a terra  
I dispersori (anodi) orizzontali o verticali devono essere sistemati in terreni a bassa resistività elettrica ed avere una grande superficie di contatto con il terreno per disperdere più velocemente e diminuire i consumi energetici. 
La distanza dei dispersori dalle tubazioni deve essere tanto maggiore quanto maggiore è l'estensione della rete e più scarso il loro isolamento (rivestimento) affinché la distribuzione della corrente lungo le tubazioni sia la più uniforme possibile.  
Nella tabella sotto riportata sono indicate, a titolo puramente orientativo , le lunghezze e le superfici massime delle tubazioni che si possono proteggere con i più comuni alimentatori in assenza di correnti vaganti e un buon isolamento della tubazione dal terreno.  


 
 
 

Registrazione grafica delle correnti e tensioni in un impianto di protezione catodica  

 

 
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