Ânodo MGPS para navios de cruzeiro

Organismos marinhos como algas, moluscos e cracas, que são comuns no ambiente marinho, fixam-se e proliferam facilmente no interior dos tubos de água do mar, condensadores e refrigeradores de navios de cruzeiro, causando bioincrustação. Os riscos da bioincrustação para grandes navios de cruzeiro são duplos: primeiro, a fixação de organismos marinhos reduz a área da seção transversal dos tubos e aumenta a resistência ao fluxo de água, causando uma diminuição na eficiência da troca de calor do sistema de refrigeração em mais de 30%, levando a problemas como superaquecimento do motor e mau funcionamento do ar condicionado; segundo, as substâncias ácidas produzidas pelo metabolismo dos organismos marinhos aceleram a corrosão dos tubos, reduzem sua vida útil e aumentam o risco de vazamentos.

O processo de Sistema de Prevenção de Crescimento Marinho A tecnologia MGPS (Micro-Global Photonics System) é fundamental para solucionar o problema da bioincrustação marinha. Ela utiliza eletrólise anódica para gerar íons específicos, proporcionando dupla proteção contra bioincrustação e corrosão.

Ânodos MGPS

O tipo de ânodo MGPS precisa ser selecionado com precisão com base em fatores como a área de navegação do grande navio de cruzeiro, o material da tubulação e a vazão do sistema de água do mar. Suas funções principais giram em torno de "inibir o crescimento de organismos marinhos" e "proteger as tubulações contra a corrosão".

Ânodos de cobre (ânodo anti-incrustante central)

Ânodos de cobre Os ânodos são o componente principal do sistema MGPS para inibir o crescimento de organismos marinhos. São feitos principalmente de cobre eletrolítico de alta pureza (pureza ≥99.95%). Alguns produtos de alta qualidade podem conter pequenas quantidades de ligas de zinco e estanho para melhorar a uniformidade da dissolução do ânodo. Os ânodos de cobre estão disponíveis em diversas especificações, com diâmetros concentrados principalmente em 70 mm, 82.5 mm, 100 mm e 120 mm, e comprimentos que variam de 250 mm a 600 mm. Para alguns sistemas de tubulação especiais, podem ser fabricados produtos não padronizados com diâmetros de 3.5 a 5 polegadas e comprimentos de 12 a 36 polegadas.

A principal vantagem dos ânodos de cobre é seu efeito anti-incrustante estável. A concentração de íons de cobre gerados pela eletrólise precisa ser mantida em apenas 2 ppb (partes por bilhão) para inibir eficazmente a fixação e o crescimento de larvas de organismos marinhos, como algas, cracas e mexilhões. É especialmente indicado para águas tropicais e subtropicais com alta atividade biológica, tornando-se o ânodo anti-incrustante preferido para grandes navios de cruzeiro que realizam viagens transoceânicas.

Ânodo de alumínio (ânodo anti-incrustante com núcleo)

O processo de ânodo de alumínio Utiliza alumínio de alta pureza como material base, com adição de elementos de liga como zinco, índio e magnésio (por exemplo, liga Al-Zn-In). Sua principal função é fornecer proteção contra corrosão para tubulações de aço de água do mar em navios de cruzeiro, além de aprimorar o efeito anti-incrustante. Suas especificações são basicamente compatíveis com as do ânodo de cobre e podem ser selecionadas de forma flexível de acordo com o diâmetro da tubulação e os requisitos de corrente. Os diâmetros comuns variam de 70 mm a 120 mm e os comprimentos de 250 mm a 500 mm.

A principal função dos ânodos de alumínio é gerar floculantes de hidróxido de alumínio por meio da eletrólise. Por um lado, esse material floculante adsorve e mata larvas marinhas, aumentando a eficiência anti-incrustante dos ânodos de cobre. Por outro lado, o hidróxido de alumínio se acumula nas paredes internas dos tubos de aço, formando uma película protetora densa e estável que isola a água do mar do contato direto com a superfície do metal, inibindo a corrosão eletroquímica.

Em comparação com os ânodos de zinco, os ânodos de alumínio possuem uma capacitância teórica maior (aproximadamente 2800 Ah/kg), são mais leves e mais adequados para os requisitos de baixo peso de grandes navios de cruzeiro. Além disso, oferecem uma proteção contra corrosão mais estável em ambientes de água do mar com alta salinidade e alta velocidade. São adequados para áreas marítimas temperadas e com baixa atividade biológica, ou para sistemas de tubulação de aço para refrigeração e proteção contra incêndio em navios de cruzeiro.

Ânodos de ferro (ânodos especiais anticorrosivos)

ânodos de ferroOs ânodos ferrosos, também conhecidos como ânodos de ferro, são feitos principalmente de ferro macio e são usados ​​para proteger tubulações de materiais especiais em grandes navios de cruzeiro, especialmente tubulações de liga de cobre-níquel (comuns em sistemas de refrigeração de alta temperatura e tubulações de refrigeração de água potável em navios de cruzeiro). Suas especificações são relativamente pequenas, tipicamente de 50 mm a 80 mm de diâmetro e de 200 mm a 300 mm de comprimento, permitindo a instalação direta em pequenos filtros ou curvas de tubulação.

A principal função do ânodo de ferro é gerar íons ferrosos por meio da eletrólise, formando uma película de óxido protetora e estável na parede interna da tubulação de liga de cobre-níquel. Essa passivação na superfície da tubulação inibe a corrosão por pites e frestas da liga de cobre-níquel causada pela água do mar. Diferentemente dos ânodos de alumínio, os ânodos de ferro não possuem funções anti-incrustantes auxiliares e são focados exclusivamente na proteção contra corrosão em tubulações especiais.

Princípio de funcionamento dos ânodos MGPS

O princípio de funcionamento dos ânodos MGPS em grandes navios de cruzeiro baseia-se na eletrólise. Seu princípio fundamental é a emissão de uma corrente contínua estável e de baixa intensidade a partir do painel de controle do MGPS, que provoca uma reação de oxidação no ânodo em contato com a água do mar. Os íons liberados formam um circuito fechado com o cátodo no sistema, proporcionando dupla proteção contra incrustações biológicas e corrosão de tubulações. A reação de eletrólise dos ânodos MGPS consiste principalmente em reações de oxidação anódica e redução catódica. Diferentes materiais de ânodo produzem diferentes produtos de reação de oxidação, resultando em funções de proteção variáveis.

Reação de eletrólise de ânodos de cobre

Reação de Oxidação Anódica: Sob a ação de corrente contínua, o ânodo de cobre sofre oxidação e dissolução, liberando íons de cobre. A fórmula da reação é: Cu → Cu²⁺ + 2e⁻.

Reação de redução do cátodo: O cátodo de ferro no sistema (ou os próprios tubos de metal do navio de cruzeiro) sofre uma reação de redução. As moléculas de água na água do mar ganham elétrons, gerando gás hidrogênio e íons hidróxido. A fórmula da reação é: 3H₂O + 2e⁻ → H₂↑ + 2OH⁻.

Mecanismo anti-incrustante: Os íons de cobre (Cu²⁺) combinam-se com os íons hidróxido (OH⁻) gerados pela reação catódica para formar um coloide de óxido cuproso (Cu₂O). O óxido cuproso é altamente tóxico e pode destruir a estrutura celular das larvas marinhas, inibindo sua fixação e crescimento. Simultaneamente, os íons de cobre fluem com a água do mar através dos tubos, revestindo a parede interna e formando uma “membrana de íons tóxicos”, que impede a proliferação de organismos marinhos dentro dos tubos por um longo período.

Reações de eletrólise no ânodo de alumínio

Reação de oxidação anódica: Sob corrente contínua, o ânodo de alumínio sofre oxidação e dissolução, liberando íons de alumínio. A reação é: Al → Al³⁺ + 3e⁻.

Reação de redução do cátodo: De forma consistente com a reação do cátodo no ânodo de cobre, são gerados gás hidrogênio e íons hidróxido. A reação é: 3H₂O + 3e⁻ → 3/2H₂↑ + 3OH⁻.

Mecanismo anticorrosivo: Os íons de alumínio (Al³⁺) combinam-se com os íons hidróxido (OH⁻) para formar um precipitado floculento de hidróxido de alumínio (Al(OH)₃). À medida que a água do mar flui, esse precipitado adsorve-se gradualmente na parede interna do tubo de aço, formando uma película protetora densa que isola a superfície do metal da corrosão eletroquímica causada pela água do mar. Simultaneamente, os floculentos de hidróxido de alumínio também podem adsorver larvas marinhas, aumentando ainda mais o efeito anti-incrustante.

Tomando como exemplo um ânodo composto de cobre e alumínio, a camada externa de cobre e a camada interna de alumínio sofrem reações eletrolíticas simultâneas. Os íons de cobre são responsáveis ​​pela ação anti-incrustante, enquanto os íons de alumínio são responsáveis ​​pela prevenção da corrosão. A corrente de reação para ambos é regulada uniformemente pelo painel de controle para garantir que a concentração de íons de cobre seja mantida no nível anti-incrustante ideal de 2 ppb. A película protetora de hidróxido de alumínio adere de forma estável à parede interna da tubulação. O ânodo bifuncional em espiral, com um cátodo de ferro integrado, também proporciona proteção catódica local às tubulações adjacentes por meio de uma reação de redução catódica, reduzindo ainda mais a taxa de corrosão das tubulações.

Aplicações de ânodos MGPS

Os sistemas de água do mar de grandes navios de cruzeiro são complexos, contendo múltiplas tubulações ramificadas e equipamentos. O local de instalação dos ânodos MGPS deve obedecer aos princípios de “proteção da fonte, cobertura abrangente e facilidade de manutenção” para garantir proteção iônica uniforme desde a entrada de água do mar até o final da tubulação.

(I) Grelhas de entrada de água do mar e caixas de válvulas subaquáticas

As grelhas de entrada de água do mar e as caixas de válvulas subaquáticas são as "entradas" do sistema de água do mar do navio de cruzeiro. As larvas marinhas presentes na água do mar entram na tubulação inicialmente por esses pontos, tornando-os a principal fonte para a instalação de ânodos. Normalmente, são instaladas de 2 a 4 caixas de válvulas subaquáticas em ambos os lados do navio de cruzeiro. Cada caixa de válvulas contém de 2 a 3 conjuntos de ânodos de cobre ou ânodos compostos de cobre-alumínio. Algumas caixas de válvulas maiores são equipadas com um conjunto de ânodos de ferro (para proteção contra corrosão do corpo da caixa de válvulas em liga de cobre-níquel).

O ânodo deve ser mantido a uma distância de 10 a 15 cm da parede interna da caixa de válvulas para evitar o acúmulo de produtos da dissolução do ânodo no fundo da caixa. Deve ser fixado por soldagem ou parafusos para garantir uma resistência de contato elétrico ≤ 0.01 Ω, evitando assim que a eficiência da eletrólise seja afetada por um contato inadequado. A posição do ânodo deve evitar o canal de fluxo de água da grelha de entrada de água do mar para não interferir na captação de água do mar. A principal função do ânodo é inibir a atividade de organismos marinhos antes que entrem na tubulação, por meio de uma alta concentração de íons de cobre, reduzindo o risco de bioincrustação na origem.

(II) Filtros de água do mar múltiplos

Filtros de água do mar (incluindo filtros grossos e finos) são instalados entre a caixa de válvulas submarinas e a tubulação principal para filtrar impurezas da água do mar. Esses filtros também são importantes nós intermediários para a instalação de ânodos. Cada filtro normalmente contém de um a dois conjuntos de ânodos bifuncionais espirais ou ânodos compostos flangeados, com especificações selecionadas de acordo com o diâmetro do filtro (ânodos de 50 mm a 80 mm de diâmetro para filtros pequenos, ânodos de 100 mm a 120 mm de diâmetro para filtros grandes).

O ânodo é instalado utilizando um flange ou uma luva, fixado diretamente à tampa do filtro para facilitar a desmontagem e a substituição durante a navegação. O ânodo deve estar alinhado com a saída de fluxo de água do filtro para garantir que os íons entrem rapidamente na tubulação principal com o fluxo de água. Para filtros de PVC, deve-se selecionar um ânodo composto com um cátodo de ferro integrado para formar um circuito de eletrólise completo. A principal função do ânodo, neste caso, é aumentar ainda mais a concentração de íons na água do mar, eliminar quaisquer larvas marinhas remanescentes dentro do filtro e proteger a parede interna do filtro e as tubulações subsequentes contra corrosão.

(III) Tubulações principais de resfriamento

O sistema de refrigeração do motor, o sistema de ar condicionado, o condensador, o trocador de calor e outros equipamentos essenciais em navios de cruzeiro são áreas de alto risco para bioincrustação e corrosão. Nos tubos de entrada desses dispositivos, são normalmente instalados de 2 a 4 conjuntos de ânodos compostos de cobre-alumínio; alguns tubos de refrigeração de alta temperatura (material de cobre-níquel) também terão ânodos de ferro adicionais instalados.

O ânodo deve ser instalado em um trecho reto da tubulação, de 1 a 2 metros antes da entrada do equipamento, para garantir que os íons se difundam uniformemente no fluxo de água antes de entrarem no equipamento. Uma distância de segurança deve ser mantida entre o ânodo e o equipamento, evitando os sensores e interfaces do mesmo. Para equipamentos de grande porte, como condensadores e trocadores de calor, ânodos menores podem ser instalados na placa tubular interna do equipamento para proteção interna direta. A principal função do ânodo, nesse caso, é garantir a desobstrução da tubulação e a eficiência da troca de calor do equipamento principal, prevenindo o superaquecimento e a paralisação devido à bioincrustação.