LA PROTEZIONE CATODICA

2. La protezione catodica

Fornendo alla coppia di metalli presa in considerazione al punto precedente una corrente elettrica esterna, provochiamo una variazione del potenziale misto introducendo forzatamente una sovratensione. È dimostrabile che, se questa sovratensione è tale da provocare una diminuzione del potenziale misto fino ad un valore inferiore al potenziale del metallo più anodico, non può più avvenire la reazione di corrosione.   Su questo concetto, scoperto nel 1824 da Humphry Davy, si basa la protezione catodica, che consiste appunto nel rendere la superficie di un metallo da proteggere più elettronegativa di quello che è il suo potenziale di ossidoriduzione in un determinato elettrolita. Naturalmente la corrente deve essere fornita realizzando un circuito in grado di far circolare la corrente nell’elettrolita con scambio ionico alimentato da una reazione di ossidazione. In altre parole, non sarà sufficiente disporre di un generatore di corrente elettrica continua, ma sarà necessario inserire nel circuito anche un elemento sacrificabile su cui possa avvenire la reazione di ossidazione.

4. Protezione catodica con anodi galvanici

Questo metodo sfrutta la corrente stessa di corrosione per ottenere un potenziale di protezione per la struttura interessata. Per ottenere ciò bisogna collegare al metallo da proteggere un altro elemento costituito da un metallo sicuramente più anodico del precedente e tale per cui il potenziale misto che si viene a realizzare sia più elettronegativo del potenziale di protezione richiesto. È chiaro che un anodo galvanico deve avere un potenziale molto più anodico di quello del metallo da proteggere e deve inoltre essere in grado di liberare una elevata quantità di ioni per assicurare una adeguata circolazione di corrente.

5. Dimensionamento di un impianto di protezione catodica

Per la determinazione dei valori di corrente da fornire e del potenziale di struttura (d.d.p.) da imporre è necessario conoscere tramite misure preliminari e prove di alimentazione i parametri caratterizzanti le strutture da proteggere. I valori da ricavare sono i seguenti: R = resistenza longitudinale Va = ddp ad alimentatore inserito Vs = ddp ad alimentatore disinserito Vn = ddp naturale Vr = Resist. isol. x I = Va-Vs Vp = polarizzazione = Vs-Vn In base ai valori ricavati è possibile determinare la resistenza di isolamento della struttura che è data da: Ris = Variazione di potenziale x Superficie/corrente fornita. Le tensioni sono in Volt, le correnti in Ampere e le resistenze in Ohm. Bisogna eseguire anche misure della resistività dei terreni sia alla profondità di posa delle strutture che alla profondità e nelle ubicazioni ipotizzate per la posa dei dispersori anodici.

Per le misure della resistività in superficie si impiegano quattro aste metalliche (elettrodi) lunghe circa 500 mm, con diametro di circa 10 mm. Esse vengono infisse nel terreno a distanze eguali secondo un allineamento rettilineo e collegate ad un misuratore di resistenza a quattro morsetti alimentato da un generatore a corrente alternata di frequenza opportuna.

Si richiama l’attenzione sul fatto che la presenza di strutture metalliche interrate può alterare i risultati della misura. Pertanto in presenza di condutture metalliche interrate può, ad es., essere opportuno realizzare un allineamento perpendicolare al tracciato delle stesse, sistemando tutti gli elettrodi dallo stesso lato rispetto alla condotta.

5a – Determinazione della corrente di protezione.

Sulla base del valore di resistenza di isolamento sopra ricavato, si calcola la corrente necessaria per la protezione catodica della struttura, imponendo che nei punti più sfavoriti la d.d.p. verso terra sia almeno —0.9 V, ma mai più negativa di —2 V con riferimento all’elettrodo impolarizzabile al solfato di rame.

Per determinare la corrente, si devono prima determinare i valori della resistenza unitaria R di isolamento pari al rapporto fra la resistenza di isolamento e la superficie unitaria esterna, e quindi la costante di attenuazione alfa data dalla radice quadrata del rapporto fra la resistenza longitudinale e la resistenza unitaria. Una volta nota la costante di attenuazione è possibile determinare la corrente e la d.d.p. nel punto di alimentazione mediante le formule di attenuazione:

I valori di d.d.p. da assumere nei punti estremi per i calcoli saranno relativi alla sola tensione prodotta dalla circolazione della corrente, con esclusione del potenziale naturale e della polarizzazione.

5b – Calcolo dei dispersori

Il peso di ciascun dispersore è dato dalla formula  dove:

• I è la corrente da erogare
• Cons. è il consumo in Kg. per A. anno
• rend. è il rendimento delle barre costituenti il dispersore.

5c – Calcolo della potenza elettrica da installare

La resistenza che entra in gioco nel circuito elettrico formato dall’alimentatore, dal dispersore, dal terreno e dalla struttura è valutabile come somma delle singole resistenze:

• Rd = resistenza del dispersore
• Rt = resistenza equivalente della struttura
• Rc = resistenza dei cavi elettrici.

La resistenza di un dispersore posato in verticale è  dove:

• res è la resistività del terreno in Ohm.cm
• N il numero di elementi che compongono il dispersore
• L la lunghezza degli elementi in cm
• S la spaziatura fra gli elementi.

La resistenza equivalente della struttura si può ricavare con la formula dove L è la lunghezza della struttura. La resistenza dei cavi, supponendo che in un impianto ad alimentatore si utilizzino circa 100 m di cavo con sezione 16 mmq, è di circa 0.1 ohm. La potenza elettrica necessaria in corrente continua è in corrente alternata è Il consumo annuo di corrente previsto è