Prefácio
Os materiais de fabricação de navios de alto mar e seus sistemas de tubulação de água do mar são basicamente aço, e a água do mar é altamente corrosiva para o aço. Sem medidas eficazes de proteção para as chapas do casco e as tubulações de água do mar, esses materiais sofrerão reações químicas e/ou eletroquímicas durante o uso, levando à corrosão, o que reduzirá significativamente a vida útil do navio. Atualmente, os métodos de proteção comuns incluem a aplicação de revestimentos anticorrosivos abaixo da linha d'água do navio, a pintura com tinta antiferrugem na parte externa das tubulações de água do mar, o revestimento das paredes internas com películas finas anticorrosivas ou o uso de revestimentos internos anticorrosivos.
No entanto, quando o navio atraca ou se afasta do cais, o casco inevitavelmente raspa contra o cais, defensas, rebocadores, etc., causando danos à tinta antiferrugem ou ao revestimento anticorrosivo do casco; ao remover organismos marinhos aderidos ao casco, a tinta antiferrugem ou a camada protetora anticorrosiva do casco pode ser danificada durante a remoção dos organismos marinhos; o casco e as tubulações de água do mar estão sujeitos a estresse térmico, estresse de torção, envelhecimento da camada protetora e minúsculos furos no revestimento; durante as operações de manutenção nas tubulações de água do mar (especialmente quando se utiliza soldagem elétrica), as camadas protetoras anticorrosivas internas e externas das tubulações são facilmente danificadas; além disso, as pás do leme, hélices e eixos das hélices do navio inevitavelmente entram em contato com a água do mar; Esses danos, defeitos e destruições acabarão por levar ao contato direto entre as partes metálicas expostas do navio e a água do mar, resultando em corrosão química e/ou eletroquímica localizada.
Para prevenir a corrosão de cascos danificados, tubulações de água do mar com camadas protetoras internas e externas comprometidas, bem como pás de leme, eixos, hélices e outras peças em contato com a água do mar, e para prolongar a vida útil do navio, surgiram dispositivos de proteção anticorrosiva, como o sistema de Proteção Catódica por Corrente Impressa (ICCP), o Dispositivo de Aterramento do Eixo e o Sistema de Prevenção de Incrustações Marinhas (MGPS).
Reações eletroquímicas
Quando dois metais ou metais contendo impurezas são colocados em um eletrólito (a água do mar é um eletrólito), o metal com maior atividade (zinco Zn na figura abaixo) tende a perder elétrons, sofrer oxidação e se tornar um ânodo consumido; o metal com menor atividade (ferro Fe na figura abaixo) ganha elétrons, sofre redução e se torna um cátodo protegido.
De acordo com as diferentes formas de fornecer corrente catódica, a proteção catódica de navios divide-se em método de ânodo de sacrifício e método de corrente impressa.
O método do ânodo de sacrifício conecta um metal mais ativo (como alumínio, zinco, etc.) à estrutura metálica a ser protegida (como aço). Através da dissolução e consumo contínuos do metal mais ativo, ele fornece corrente de proteção à estrutura metálica protegida, protegendo-a.
Para a proteção de navios contra descargas atmosféricas por ânodos de sacrifício, geralmente instala-se um certo número de blocos de liga de zinco como ânodos de sacrifício ao longo da parte externa do casco, na linha de fluxo da quilha de balanço, nas caixas de válvulas de água do mar, nos fundos duplos, nas áreas internas dos compartimentos do casco duplo e nos propulsores do leme. Se forem utilizados materiais de liga de alumínio, o efeito é melhor, mas o seu uso é proibido em áreas como casas de máquinas e tanques de óleo de carga (devido à possibilidade de faíscas causadas por uma diferença de potencial excessiva). A vida útil projetada dos ânodos de sacrifício é geralmente de 2 a 3 anos, devendo ser totalmente inspecionados e substituídos a cada docagem.
O método de corrente impressa reverte o processo de corrosão eletroquímica. Ele altera o potencial do ambiente circundante por meio de uma fonte de alimentação externa, mantendo o potencial da peça a ser protegida abaixo do potencial do ambiente, tornando-a, assim, o cátodo em todo o ambiente. Dessa forma, a peça protegida não sofrerá corrosão devido à perda de elétrons.
(Imagem: Parte Protegida – Água do Mar – Ânodo Auxiliar)
Sistema de proteção catódica por corrente impressa (ICCP)
O sistema ICCP utiliza o princípio da corrosão eletroquímica para converter corrente alternada externa em corrente contínua de baixa tensão e aplica uma certa quantidade de corrente contínua ao casco através de ânodos auxiliares. Quando o circuito é conectado, um retificador ou potenciostato é usado para manter o casco em baixo potencial. De acordo com a variação de potencial do casco na água do mar, elétrons são liberados ativamente para proteger o casco, o leme, as hélices, etc., da corrosão: o ânodo conectado à fonte de alimentação externa de corrente contínua aplica corrente diretamente ao casco protegido, fornecendo continuamente elétrons para enriquecer a superfície do casco com elétrons. Controlando o potencial do casco ou a intensidade da corrente, o casco sofre polarização catódica (transformando todo o casco em um cátodo). A corrente forma um circuito fechado desde o ânodo auxiliar através da água do mar até o casco, inibindo efetivamente o processo de corrosão e dissolução do metal na superfície do casco. Dessa forma, reduz ou até mesmo inibe completamente a corrosão eletroquímica da parte submersa do casco, podendo substituir os blocos de zinco ou alumínio do dispositivo de proteção do ânodo de sacrifício para proteger o casco.
Além disso, a corrente do dispositivo de proteção catódica também entra no leme. Para evitar a corrosão causada pela corrente que retorna ao retificador através do mancal do leme, a pá do leme é conectada ao casco por um cabo fixo, que constitui o sistema de aterramento da pá do leme.
Os principais componentes do sistema ICCP incluem a caixa de controle ICCP, uma fonte de alimentação de corrente contínua com controle inteligente, ânodos auxiliares que transmitem a corrente contínua da fonte de alimentação para o casco, eletrodos de referência para comparação, cabos de conexão relevantes e materiais de blindagem isolante. Naturalmente, a água do mar é indispensável para formar um circuito de funcionamento completo.
A caixa de controle do ICCP geralmente é instalada na casa de máquinas e contém um transformador abaixador, retificador, indutor, fusível, interruptor, ventilador de refrigeração e display LCD. Sua principal função é monitorar o potencial do casco através do eletrodo de referência e fornecer uma determinada quantidade de corrente contínua de compensação para o ânodo auxiliar. Inspeções diárias da tensão e da corrente do ICCP devem ser realizadas e registradas, e todos os parâmetros devem estar em conformidade com os requisitos do manual.
Atualmente, dois tipos de fontes de alimentação de corrente contínua são amplamente utilizados: retificadores e potenciostatos. Sua função é fornecer uma corrente estável de determinada magnitude, de acordo com as variações na área submersa do casco, na qualidade da água, etc. Quando a área submersa do casco e a qualidade da água não sofrem grandes alterações, geralmente se utiliza um retificador com controle manual; quando a área submersa do casco e a qualidade da água variam frequentemente, um potenciostato com controle automático é geralmente utilizado para controlar o potencial da parte submersa do casco dentro da faixa de potencial de proteção ideal.
O ânodo auxiliar é composto por uma placa de metal inerte (como titânio platinizado, óxido de metal misto, etc.) embutida em uma base isolante, instalada em uma cabine de isolamento estanque, com o terminal positivo conectado à caixa de controle do ICCP. Sua função é transmitir a corrente de compensação gerada pela fonte de alimentação de corrente contínua para o casco através da água do mar, mantendo o potencial do casco em um nível normal, o que pode proteger eficazmente a parte submersa do casco, que possui grande área e estrutura complexa.
O eletrodo de referência é usado para medir o potencial do casco. Com base nos resultados da medição, ele fornece sinais de controle para o retificador ou potenciostato controlado automaticamente e ajusta a corrente de saída por meio de comparação e referência para manter o casco em um bom estado de proteção. A diferença de potencial entre o eletrodo de referência e o casco é afetada por muitos fatores, como salinidade da água do mar, velocidade do navio, temperatura e correntes oceânicas. Se o eletrodo de referência for danificado ou entrar em curto-circuito, uma mensagem de erro aparecerá no painel de controle do ICCP.
Cabos de ligação: A corrente flui do polo positivo do retificador do transformador de alimentação CC, passa pelo cabo do ânodo até o ânodo auxiliar, alcança o casco danificado através da água do mar e retorna ao polo negativo da fonte de alimentação através do cabo do cátodo, formando um circuito de trabalho. De forma semelhante, a corrente flui do polo positivo do retificador do transformador de alimentação CC, passa pelo eletrodo de referência através do cabo de medição e retorna ao polo negativo da fonte de alimentação através do cabo do cátodo.
A blindagem isolante é instalada ao redor do ânodo auxiliar para garantir o isolamento elétrico completo e o isolamento do casco, inibindo a geração de corrente de corrosão e, assim, prevenindo a corrosão do casco. Ou seja, a blindagem isolante assegura que a corrente de saída do ânodo auxiliar não entre em curto-circuito próximo a ele, podendo alcançar partes mais distantes do casco.
Se o sistema ICCP falhar ou ficar desligado por um longo período, isso levará à corrosão severa das chapas do casco (especialmente das soldas entre as chapas), o que reduzirá consideravelmente a vida útil do navio.
Para garantir que o casco esteja sempre bem protegido, a alimentação elétrica deve permanecer ligada e o sistema deve operar em modo automático, geralmente sem necessidade de ajustes manuais. No entanto, quando o modo automático falhar (por exemplo, se a placa de controle precisar ser substituída) ou ao entrar em áreas de água doce, o sistema deve ser alternado para o modo manual ou desligado. Desligar o sistema por algumas horas tem pouco impacto, mas se o sistema permanecer desligado por um longo período, levará algum tempo para que ele atinja seu estado ideal de proteção após a reinicialização.
A manutenção preventiva regular prolongará a vida útil do equipamento, reduzirá o tempo de inatividade do sistema e minimizará os danos aos componentes. Durante a permanência no porto, abra as tampas de isolamento dos ânodos auxiliares e eletrodos de referência (certifique-se de que não haja pressão de água no interior) para verificar a estanqueidade com o casco, evitando vazamentos de água do mar ou acúmulo de condensação. Se as condições permitirem, inspecione visualmente os ânodos auxiliares, eletrodos de referência, blindagem de isolamento e as condições ao redor a partir do exterior.
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