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Tradicionalmente los acumuladores de ACS deacero se han equipado con un revestimiento in-terior y en los últimos años la mayoría incorporaun sistema de protección catódica, aunque conello no siempre se evitan los fenómenos de co-rrosión del depósito. A los factores clásicos quepropician la corrosión de los depósitos como son

las características agresivas del agua, las exi-gencias de consumo y las influencias de los ma-teriales de las tuberías y de los acumuladores,se han añadido últimamente las acciones em-prendidas para el control de la legionella. Enefecto, son frecuentes los choques térmicos atemperaturas elevadas y la utilización de produc-

Adriá Gomila Vinent

Protección catódica deacumuladores de ACSmayores de 750 litros

El agua caliente sanitaria es una necesidadfundamental en la sociedad actual, paracuya producción es frecuente la utilizaciónde acumuladores de ACS, principalmenteen las instalaciones grandes. Últimamentees obligatoria en muchos casos laproducción del agua caliente medianteenergía solar térmica, lo que suele ser otromotivo para la instalación de grandesacumuladores de ACS. Por otra parte, porrazones energéticas o por el tipo deedificio, muchos proyectistas prefieren lasinstalaciones centralizadas en las que esinteresante la utilización de acumuladoresgrandes.

Ingeniero industrial y director de Guldager Electrolisis S.A.

Figura 1. Corrosión del interior de un acumulador de ACS de acero al carbono

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tos de desinfección como la hipercloración, loque compromete la eficacia de los revestimien-tos interiores, propicia los fenómenos de corro-sión y dificulta la protección catódica.

Por otra parte, las condiciones anteriores pue-den provocar también la corrosión de muchosacumuladores de acero inoxidable, pues la com-binación de contenidos elevados de cloruros enel agua y temperaturas importantes propicia lacorrosión por picaduras.

Ello es particularmente grave a causa del ele-vado coste de los depósitos de acero inoxidable,por lo que es claro el interés en lograr una pro-tección catódica fiable de los acumuladores deacero al carbono revestidos, que garantice suprotección contra la corrosión.

Cuando existen riesgos de corrosión para losacumuladores de acero inoxidable, entendemosque es preferible especificar acumuladores deacero al carbono con un revestimiento interior yuna protección catódica adecuada, en vez deinstalar una protección catódica en los depósi-tos de inoxidable.

CORROSIÓN Y PROTECCIÓN CATÓDICA

La corrosión es un fenómeno natural por elque un metal o aleación es destruido y pierdesus características.

La naturaleza de la corrosión es casi siemprela misma: un flujo de electricidad a través de unfluido conductor desde ciertas áreas que sonatacadas (ánodos) hacia otras áreas que no su-

fren corrosión (cátodos). La protección catódicade un acumulador de agua caliente se consiguecuando en toda la superficie interior del mismoen la que existen defectos del revestimiento, seproducen reacciones catódicas, por lo que noexisten reacciones anódicas en ningún punto.

Las reacciones catódicas, con las que no seproduce corrosión, se logran cuando toda la su-perficie interior recibe suficiente corriente conti-nua, procedente de los ánodos que se instalandentro del depósito.

La norma UNE-EN 12499 "Protección catódicainterna" detalla las condiciones exigidas parauna protección catódica segura y eficaz.

CARACTERÍSTICAS DE LOSACUMULADORES

Para que un sistema de protección catódicasea eficaz es preciso que el acumulador reúnaunas determinadas características de tipo geo-métrico que, aunque son evidentes para los ini-ciados, conviene destacar. Estas condiciones sereflejan en la norma UNE 112076 "Prevenciónde la corrosión en circuitos de agua"

Figura 2. Corrosión de un acumulador de ACS de acero inoxidable

Figura 3. Acumulador preparado según UNE 112076

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En primer lugar, es preciso evitar la existenciade "sombras" y apantallamientos para lograr unbuena distribución de corriente. En el caso quenos ocupa, la parte conflictiva puede ser, si exis-te, el intercambiador de calor, cuya geometríadebe adaptarse a unos requerimientos determi-nados.

No obstante este caso es cada vez menos fre-cuente al optarse por depósitos vacíos con in-tercambiadores exteriores para facilitar las ope-raciones de limpieza, siguiendo las recomenda-ciones de las normas de prevención de legione-lla.

Ello queda claro tanto en la norma UNE100030 como en el Real Decreto 865/03, asícomo en la Guía Técnica presentada por el Mi-nisterio de Sanidad en julio de 2006 y colgadaen su web en marzo de 2007.

Otra condición, para lograr una protección ca-tódica correcta de los manguitos de entrada ysalida es que éstos sean cortos, no superandosu longitud 1.5 veces su diámetro.

Asimismo, para lograr una eliminación correctade los gases producidos, bien por las reaccionesanódicas o catódicas, bien por el propio calenta-miento, debe preverse la instalación de un pur-gador automático de gases fiable. Para que éstesea realmente eficaz, el tubo de salida de aguacaliente deberá penetrar en el interior del acu-mulador unos 3 cm, de modo que en la parte su-perior del depósito quede una bolsa de aire, enla que se acumularán los gases que posterior-mente serán evacuados por el purgador.

Otro factor importante es la necesidad de dis-poner de una boca de entrada que, en funciónde las dimensiones del acumulador, permita ac-ceder a su interior para montar los ánodos yproceder a inspecciones y limpiezas periódicasdel mismo. Es fundamental facilitar al máximoestas revisiones ubicando la boca de forma co-rrecta y evitando cualquier obstáculo a la mis-ma. La boca de hombre debe tener un diámetromínimo de 400 mm y estar situada en uno de loslaterales del depósito, cerca del suelo y libre detubos y accesorios.

Una última consideración a realizar es la con-veniencia de montar una purga de lodos efectivaque, aunque en muchos casos no sea estricta-mente necesaria para realizar protección catódi-ca, permita limpiar el acumulador.

CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

Las características del agua pueden variarenormemente según las zonas geográficas. Enefecto, es frecuente encontrar resistividadesdel agua de 150 a 500 Ω x cm en zonas turísti-cas costeras con aguas muy mineralizadas, y de20.000 a 30.000 Ω x cm en zonas con aguasblandas. En aguas procedentes de potabilizado-ras en las que no se realice correctamente eltratamiento posterior de remineralización, lasresistividades pueden ser aún mayores.

Las otras características a considerar, comocontenidos en sales, pH y alcalinidad, varían deunas aguas a otras, como es fácil comprender ala vista de las distintas resistividades medidas.

Por otra parte, es frecuente que en una mis-ma instalación y según sea la época del año, lascaracterísticas del agua sufran grandes varia-ciones debido a que la gran demanda y la pocadisponibilidad provocan la salinización de losacuíferos.

Como detalle final en este sentido, es preci-so señalar que en ciertas ciudades existen su-ministros de distinta calidad, por lo que algu-nas instalaciones reciben aguas diferentes se-gún los días del mes o incluso según las horasdel día.

VARIACIONES A CAUSA DELFUNCIONAMIENTO

Las condiciones de calentamiento y consumodel agua provocan variaciones importantes queafectan a la protección catódica. Es de todosconocida la variación que los cambios de tem-peratura provocan en la resistividad: se consi-dera que al pasar aquella de 15º C a 60º C,ésta se reduce a la mitad.

La estratificación de temperaturas en el in-terior de un acumulador hace que entre laparte superior del mismo y la inferior existandiferencias considerables, que conllevan im-portantes variaciones de la resistividad. Ade-más, es preciso tener en cuenta que si en lashoras punta de consumo esta estratificaciónes importante, en las de consumo nulo esprácticamente inexistente, lo que a su vezmodifica las condiciones.

Esta misma falta de homogeneidad en losconsumos de agua tiene una gran incidencia en

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los contenidos de oxígeno y, por lo tanto, en ladespolarización catódica. En efecto, cuando nohay consumo el contenido de gases del aguadisminuye a causa de la elevación de la tem-peratura y la consiguiente variación de la so-lubilidad, hecho que puede verse favorecidopor una sobreprotección catódica provocadapor un sistema deficientemente controlado.Por el contrario, en los momentos de consu-mo punta existe un cierto enfriamiento y unaporte considerable de agua saturada de oxí-geno.

PRESENCIA DE COBRE EN LAINSTALACIÓN

Cuando los acumuladores alimentan a redesde tuberías de cobre con recirculación, ello pro-voca la existencia de iones de cobre en el agua,que precipitan en las zonas catódicas en formade cobre metálico, dando lugar a importantes pi-las galvánicas de corrosión.

Evidentemente la existencia de potencialesmixtos Cu/Fe incide a la hora de determinarla densidad de corriente necesaria y el crite-rio de protección catódica a adoptar.

FIABILIDAD DEL REVESTIMIENTO

Existe desde siempre una preocupación de losfabricantes de acumuladores para lograr un re-vestimiento interior de los acumuladores muyfiable, lo que no es fácil de conseguir. En efecto,las condiciones de trabajo citadas anteriormen-te, y en particular los choques térmicos y lossistemas de desinfección, hacen difícil garanti-zar que no se producirán fallos en el revesti-miento a lo largo de la vida útil del acumulador.La norma UNE 112076 admite tres tipos de re-vestimientos para los depósitos de agua calien-te: los vitrificados, las pinturas epoxy y el galva-nizado en caliente.

Los vitrificados exigen introducir el depósi-to en un horno, por lo que suelen aplicarsetan solo en depósitos pequeños. Los depósi-tos vitrificados incorporan todos proteccióncatódica, aunque por su reducido tamaño laresponsabilidad de la protección catódicaqueda exclusivamente para el fabricante delacumulador.

Los revestimientos a base de pinturasepoxy pueden sufrir despegues importantes,

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Figura 4. Revestimiento despegado delinterior de un acumulador de ACS

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por lo que si los sistemas de protección ca-tódica no son muy eficientes y diseñados te-niendo en cuenta el posible comportamiento dela pintura, suelen fracasar.

El galvanizado en caliente tiene la garantía deno despegarse, aunque la posible inversión de lapolaridad del zinc respecto al hierro y la baja re-sistencia específica del revestimiento, exigedensidades de corriente de la protección catódi-ca más importantes.

PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOSDE SACRIFICIO

Las aleaciones normalmente utilizadas, conánodos de sacrificio a base de ánodos de mag-nesio, tienen una salida de corriente que depen-de de modo importante de las característicasdel agua, por lo que no es posible el control delsistema. Ello hace que en muchos casos no seconsiga la protección correcta del depósito.

La vida de los ánodos depende de sus carac-terísticas y de la corriente que sacan, por lo quees impredecible saber si deben cambiarse losánodos al cabo de cinco años, o por el contrario

antes de un año se han consumido. Por lo citadoanteriormente, se entiende que un sistema deánodos de sacrificio no permite ninguna garantíade protección contra la corrosión de los acumu-ladores de ACS.

PROTECCIÓN CATÓDICA PORCORRIENTE IMPRESA Y "SISTEMASSTANDARD"

En un sistema de protección catódica por co-rriente impresa podemos seleccionar la intensi-dad de trabajo y controlar la vida de los ánodoscon lo que se resuelven buena parte de los pro-blemas planteados por los ánodos de sacrificio.

La mayoría de fabricantes de acumuladores deACS incorporan "sistemas standard" de protec-ción catódica por corriente impresa, que aunqueestén formados por equipos de gran calidad enalgunos casos, presentan ciertos riesgos de noalcanzar una protección correcta en determina-das circunstancias.

No obstante hay una serie de detalles de los"sistemas standard" que han provocado proble-mas de funcionamiento en algunos casos, sobre

Figura 5. Protección catódica por corriente impresa ineficaz

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todo en instalaciones en las que hay tubos decobre o en las que se producen fallos importan-tes en el revestimiento. Si hay cobre disuelto enel agua, los iones precipitan en forma metálicasobre el cátodo, dando lugar a una serie de fe-nómenos característicos. En primer lugar, las zo-nas catódicas en las que se ha depositado cobreexigen densidades de corriente mayores paraproteger el acero. Además, y suponiendo laexistencia de un electrodo de referencia, estemide potenciales mixtos cobre-hierro, cada vezmás influenciados por el cobre metálico deposi-tado. En las fases de consumo importante deagua, la gran presencia de O2 despolariza el cá-todo, haciendo precisas densidades de corrienteconsiderables.

Si se producen fallos de cierta importancia enel revestimiento, las necesidades de corrientetambién varían de forma importante. En la ac-tualidad es difícil que no falle el revestimiento alo largo de la vida útil del depósito.

En general los "sistemas standard" puedenfuncionar bien en depósitos de un volumen has-ta 750 litros aunque para depósitos grandes, alno cumplir la norma UNE-EN 12499, puedenpresentar las siguientes dificultades:

El diseño standard no ha previsto las condi-ciones reales de trabajo.

El diseño de ánodos no asegura una distri-bución de corriente uniforme en todo el de-pósito.

El rectificador no puede suministrar la co-rriente necesaria.

Al no existir una puesta en marcha y segui-miento por personal especializado en pro-tección catódica, no se pueden corregir lasanomalías.

PROTECCIÓN CATÓDICA PORCORRIENTE IMPRESA SEGÚN UNE-EN 12499

Desde hace muchos años se están instalandosistemas de protección catódica eficaces que nopresentan las limitaciones de los "sistemas stan-dard" citados anteriormente. Estos sistemas,con una probada eficacia, son recogidos por la

norma UNE-EN 12499 "Protección catódica in-terna", y son los que se deben aplicar para de-pósitos grandes.

La norma UNE-EN 12499 exige los siguientespuntos para la protección catódica de acumula-dores de agua caliente mayores de 750 litros.

Exigencia de una boca de hombre adecua-da para acceder fácilmente al interior deldepósito.

Posibilidad de eliminar de forma correctalos gases del interior del acumulador.

Manguitos cortos, de dimensiones quepermitan su protección.

Diseño de ánodos que garantice una distri-bución de corriente uniforme.

Rectificador con una capacidad suficiente.

Puesta en marcha y mantenimiento ade-cuados.

El aspecto más importante para la automatiza-ción del sistema de protección es disponer deun electrodo de referencia fiable ante condicio-nes de velocidad variable del agua, temperatu-ras elevadas y diversos contenidos en cloruros.

Los electrodos de referencia utilizados son deltipo plata / cloruro de plata especialmente fa-bricados para esta aplicación, en los que se en-cierra una superficie de plata clorurada en unelectrolito inmóvil saturado de cloruro de plata,que se mantiene en contacto con el agua a tra-vés de unos pequeños canales. Con ello se con-sigue un método muy estable frente a las varia-ciones de velocidad y de composición del medio.

Las débiles concentraciones de iones implica-dos en el sistema electroquímico de referenciahacen que las intensidades que circulan por elelectrodo sean mínimas, por lo que deben utili-zarse sistemas de medida con amplificadores deelevada impedancia interna. La diferencia depotencial entre el electrodo y la interfase de lapared del acumulador comprende, como es sabi-do, las polarizaciones por actividad y concentra-ción, y la caída óhmica a través del líquido, quedepende a su vez de la intensidad, de la resisti-

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vidad del líquido y de la posición del electrodode referencia respecto al ánodo y al cátodo.

Para eliminar la influencia de esta caída óhmi-ca se puede recurrir a realizar medidas de po-tencial tras desconectar el sistema, a situar va-rios electrodos, o bien a corregir este factor enel momento de la puesta en marcha medianteun ajuste adecuado de los equipos de control.

Al disponer de un sistema que mantiene un ni-vel de protección estable, se superan todos losproblemas anteriores de insuficiente proteccióno sobreprotección según los casos.

Si además el equipo se instala con un diseñoadecuado, se puede asegurar una vida de áno-dos suficiente, del orden de los diez años, de-biendo tan sólo verificar el correcto funciona-miento del sistema de protección catódica y re-gularmente abrir el depósito y comprobar el es-tado del mismo, así como de los elementos de laprotección como son los ánodos, soportes, elec-trodos, etc.

Esta inspección es interesante realizarla apro-vechando las operaciones de limpieza y desin-fección de los acumuladores que debe realizarsepara prevenir la proliferación de la legionella.

CONCLUSIÓN

La protección catódica de acumuladores deACS con ánodos de sacrificio sólo es eficaz encondiciones muy especiales y no es prácticapara grandes acumuladores.

La protección catódica más adecuada para losgrandes acumuladores de ACS es mediante unsistema automático de corriente impresa dise-ñado, instalado, puesto en marcha y mantenidocorrectamente según la norma UNE-EN 12499,técnica utilizada por Guldager desde hace másde veinte años.

Con este sistema pueden darse garantíasiniciales de diez años contra la corrosión delos depósitos, que se pueden prolongar me-diante la sustitución de los ánodos cuandoésta sea necesaria.