Ânodo de haste MMO ICCP

Proteção catódica de corrente impressa Os sistemas ICCP (Proteção por Corrente Induzida) são uma das soluções de proteção contra corrosão mais eficientes e confiáveis ​​disponíveis atualmente, tornando-se a tecnologia de proteção preferida para grandes estruturas metálicas. Nesses sistemas, o ânodo auxiliar é um componente essencial, desempenhando um papel crucial na liberação da corrente protetora e na substituição do metal protegido durante o processo de corrosão. Os ânodos híbridos de óxido metálico (MMO), devido à sua estrutura composta de substrato de titânio e revestimento de óxido de metal nobre, possuem características excepcionais, como baixa taxa de consumo, baixa polarização e longa vida útil. Os ânodos MMO em formato de placa, um importante membro da família de ânodos MMO, demonstram vantagens exclusivas na proteção de estruturas metálicas planas ou com curvaturas regulares de grande área.

Tipos de ânodos MMO

A classificação de ânodos MMO em formato de placa baseia-se principalmente na formulação do revestimento, nas especificações de tamanho e no projeto da estrutura composta. Diferentes tipos de produtos têm focos distintos em termos de desempenho eletroquímico e cenários de aplicação. A seguir, apresentamos uma introdução às principais classificações e características no atual cenário industrial:

Revestimentos

Esta é a classificação principal que determina a atividade eletrocatalítica e a adaptabilidade a diferentes meios dos ânodos de MMO em formato de placa. Um tipo é o ânodo de MMO em formato de placa revestido com irídio, com IrO₂ como componente ativo principal e Ta₂O₅ como componente estabilizador. Sua formulação típica contém de 10% a 30% de IrO₂. Esse tipo de ânodo apresenta baixa sobretensão de evolução de oxigênio e é estável em ambientes neutros e alcalinos. Sua taxa de consumo é de apenas 2 a 6 mg/A·ano, sendo adequado para água do mar, água doce e concreto, e uma escolha comum para aplicações como pontes sobre o mar e conveses de navios. Outro tipo é o ânodo MMO em formato de placa revestida à base de rutênio, com RuO₂ como componente ativo e componentes estabilizadores compostos, como TiO₂. Possui excelente atividade catalítica na evolução de cloro e é mais adequado para ambientes ácidos com altas concentrações de íons cloreto. Sua vantagem reside no menor custo em comparação com os ânodos à base de irídio, tornando-o comumente utilizado em tanques de armazenamento de produtos químicos e na proteção de dutos em solos ácidos. No entanto, sua estabilidade é ligeiramente menor em ambientes fortemente alcalinos.

Dimensões:

Os ânodos MMO em formato de placa podem ser divididos em tipos padrão e personalizados. As especificações comuns para ânodos MMO padrão em formato de placa são 300 mm × 500 mm e 500 mm × 1000 mm, com uma espessura tipicamente entre 2 e 5 mm. A matriz de titânio representa mais de 80% da espessura, tornando-os adequados para instalações padronizadas, como tanques de armazenamento convencionais e estruturas de aço comuns em fábricas. Os ânodos MMO em formato de placa personalizados podem ser cortados em tamanhos irregulares de acordo com as necessidades de engenharia, como placas estreitas para se ajustarem a juntas de dilatação de pontes ou placas curvas para se adaptarem às paredes de tanques de armazenamento curvos. Alguns produtos também possuem furos de montagem pré-perfurados ou pontos de solda para atender às necessidades de proteção de estruturas irregulares complexas.

Estruturas compostas

Os ânodos de MMO em formato de placa evoluíram para duas estruturas compostas: tipo simples e tipo integrado. Os ânodos de MMO em formato de placa do tipo simples consistem apenas em um substrato de titânio e um revestimento de MMO, apresentando uma estrutura simples e baixo custo, sendo frequentemente utilizados para reforço de aço em concreto. Os ânodos de MMO em formato de placa integrados incorporam tiras de eletrodos condutores de titânio e terminais em um substrato de titânio. As tiras de eletrodos são dispostas em um padrão de grade para reduzir a perda de transmissão de corrente. Os terminais são selados por termocontração, proporcionando impermeabilidade e resistência à corrosão, sendo comumente utilizados em ambientes úmidos ou estruturas subaquáticas, como túneis submarinos e estações de tratamento de esgoto.

Princípio de trabalho

O mecanismo de funcionamento dos ânodos MMO em formato de placa combina o ciclo eletroquímico geral do sistema ICCP com as propriedades inerentes do material. Seu princípio fundamental é liberar corrente por meio da reação catalítica do revestimento, forçando o metal protegido a permanecer no estado catódico.

Como extremidade anódica do sistema ICCP, o ânodo MMO em formato de placa, juntamente com o potenciostato, o eletrodo de referência e a estrutura metálica protegida, forma um circuito fechado. O potenciostato, atuando como o "cérebro" do sistema, ajusta dinamicamente a corrente de saída com base no sinal de potencial retornado pelo eletrodo de referência, controlando com precisão o potencial do metal protegido dentro da faixa segura de -0.85 V a -1.1 V (em relação ao eletrodo de Ag/AgCl). O ânodo MMO em formato de placa é conectado ao terminal positivo do potenciostato. O metal protegido é conectado ao terminal negativo. Quando o sistema é iniciado, a corrente contínua liberada pelo ânodo flui através do eletrólito (solo, água do mar, argamassa condutora, etc.) até a superfície do metal protegido. Esse processo força a injeção contínua de elétrons no metal protegido, tornando-o um cátodo e inibindo completamente a reação de corrosão do aço, que oxida a íons de ferro.

O substrato de titânio serve apenas para conduzir corrente. Como o titânio forma uma película de passivação densa de TiO₂ em um ambiente oxidante, ele impede eficazmente a corrosão do substrato. A reação de oxidação na superfície do revestimento difere em diferentes ambientes eletrolíticos: em meios neutros, como água do mar e água doce, a principal reação é a de evolução de oxigênio, com a fórmula 2H₂O → O₂↑ + 4H⁺ + 4e⁻; em solos ou meios químicos contendo altas concentrações de íons cloreto, ocorre uma reação de evolução de cloreto, com a fórmula 2Cl⁻ → Cl₂↑ + 2e⁻. Ambas as reações liberam elétrons de forma estável, fornecendo uma corrente protetora contínua para o sistema ICCP.

O princípio por trás da vantagem de distribuição de corrente das estruturas em forma de placa: Comparadas aos ânodos tubulares e em forma de haste, a maior vantagem das estruturas em forma de placa reside na uniformidade plana da saída de corrente. A superfície de revestimento dos ânodos MMO em forma de placa é plana e a distância de contato com a estrutura protegida é consistente, o que evita a concentração de corrente.

Aplicações de ânodos MMO ICCP

Os ânodos de MMO em formato de placa, com suas vantagens de boa uniformidade de corrente e instalação flexível, têm sido amplamente utilizados em diversos campos, como engenharia civil, petroquímica e engenharia naval. Eles se tornaram um componente essencial para a proteção contra corrosão a longo prazo de grandes estruturas metálicas.

Concreto reforçado

O aço de reforço no concreto armado é suscetível à corrosão por íons cloreto e à carbonização, levando à ferrugem e consequente desplacamento do concreto. Ânodos MMO em formato de placa são particularmente adequados para a proteção de estruturas de concreto, como pontes, túneis e terminais portuários. Tomando como exemplo uma ponte sobre o mar, seus pilares e camadas de pavimento ficam expostos à maresia por longos períodos, onde os íons cloreto penetram facilmente na superfície do aço de reforço, danificando a película de passivação. Durante a construção, os ânodos MMO em formato de placa são colocados sobre a superfície do concreto ou embutidos em canais pré-definidos, combinados com eletrodos de referência de Ag/AgCl e um potenciostato inteligente, e a corrente é conduzida através de argamassa condutora.

Proteção de tanques de armazenamento petroquímico

As placas de fundo e as paredes de grandes tanques de armazenamento de petróleo bruto e de matérias-primas químicas são áreas de alto risco de corrosão. A umidade no solo e o vazamento de produtos químicos aceleram a corrosão do metal. Os ânodos de MMO em formato de placa são uma escolha ideal para a proteção da placa de fundo do tanque. Durante a construção, eles são dispostos uniformemente na camada de areia sob a placa de fundo do tanque, com múltiplos ânodos unidos para formar uma rede protetora completa. A condução de corrente é realizada por meio de placas de conexão de titânio. Comparados aos ânodos flexíveis, os ânodos em formato de placa possuem maior resistência à compressão, capazes de suportar a alta pressão da carga após o enchimento do tanque com líquido, e a manutenção não requer escavação; o desempenho pode ser avaliado facilmente por meio do monitoramento do potencial.

Proteção de instalações de engenharia marítima

As condições de alta salinidade e alta umidade do ambiente marinho aceleram a corrosão de metais. Ânodos de MMO em formato de placa são amplamente utilizados em conveses de navios, plataformas offshore e estruturas costeiras. Na proteção de conveses de navios, os ânodos em formato de placa podem ser instalados nivelados com a superfície do convés, e o tratamento de vedação impede a infiltração de água do mar nos pontos de fiação. Combinados com o potenciostato do sistema ICCP marítimo, o potencial do convés é controlado dentro de uma faixa segura. Os ânodos de MMO em formato de placa também podem ser soldados à base das pernas das estacas e às estruturas de suporte horizontal de plataformas offshore, formando um sistema de proteção sinérgico com outros tipos de ânodos. Nesse cenário de aplicação, os ânodos em formato de placa exibem alta resistência ao impacto da água do mar, seus revestimentos não se desprendem facilmente e sua vida útil pode ultrapassar 15 anos, muito superior à dos ânodos tradicionais.

Oleodutos enterrados

Trechos retos de dutos de longa distância e suportes metálicos em estruturas integradas de tubulação frequentemente enfrentam desafios de proteção devido à resistividade irregular do solo. Ânodos de placa MMO podem ser instalados acima ou em ambos os lados do duto utilizando métodos de enterramento superficial, formando um campo de corrente paralelo. Para trechos de dutos que atravessam solos de alta resistividade, múltiplos ânodos de placa podem ser dispostos em uma matriz, aumentando a área de saída de corrente e reduzindo as perdas por polarização.

Circuitos de Corrente Impressa (ICCP): Os ânodos de placa MMO, como um componente central altamente eficiente e duradouro para proteção contra corrosão, representam uma conquista significativa no desenvolvimento da tecnologia de proteção eletroquímica contra corrosão. Baseados em uma estrutura composta de matriz de titânio e revestimento de óxido de metal nobre, eles possuem baixa taxa de consumo, alta estabilidade e características de saída de corrente uniforme, adaptando-se perfeitamente às necessidades de proteção de estruturas metálicas de grande área e formato regular. Através da diferenciação nas formulações de revestimento e nos projetos estruturais, os ânodos de placa MMO foram desenvolvidos em diferentes tipos de produtos, como ânodos à base de irídio e à base de rutênio, para atender especificamente aos requisitos de uso em diferentes ambientes e cenários de engenharia.