ΤΙ ΕΙΝΑΙ Η ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΣΗ;
Η διάβρωση των μετάλλων είναι φαινόμενο το οποίο μπορεί να προκληθεί είτε από αίτια χημικής διαβρώσεως (μέταλλα εκτεθειμένα σε οξυγόνο ή σε όξινο ή αλκαλικό περιβάλλον), είτε από αίτια ηλεκτροχημικής διαβρώσεως, δηλαδή από ηλεκτρόλυση. Η ηλεκτρόλυση είναι φυσικό φαινόμενο διάβρωσης μεταλλικών επιφανειών. Η ηλεκτροχημική διάβρωση (ηλεκτρόλυση) δημιουργείται από την ροή ιόντων από αρνητικά φορτισμένα μέταλλα προς θετικά φορτισμένα μέταλλα όταν αυτά βρίσκονται συνδεδεμένα στο ίδιο περιβάλλον.
Έτσι δημιουργείται μεταξύ των μετάλλων μια διαφορά δυναμικού η οποία εμφανίζεται σαν ηλεκτρική τάση. Η τάση αυτή είναι ανάλογη με την ροή των προαναφερομένων ιόντων και όσο μεγαλύτερη γίνεται τόσο μεγαλύτερο είναι το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης. Το φυσικό φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης εκδηλώνεται σε μεταλλικές κατασκευές, γέφυρες, δεξαμενές και γενικά σε υδραυλικές εγκαταστάσεις, σε μηχανήματα, κινητήρες κλπ.
Οι διάφορες μέθοδοι αποφυγής της ηλεκτρόλυσης λέγονται μέθοδοι καθοδικής προστασίας.
Για την αποφυγή των ζημιών και καταστροφών επιβάλλεται καθοδική προστασία η οποία πραγματοποιείται με την τοποθέτηση μάζας δραστικού μετάλλου στο ίδιο περιβάλλον που δημιουργείται η φθορά.
Τα κυριότερα και οικονομικότερα δραστικά μέταλλα είναι ο ψευδάργυρος, το αλουμίνιο και το μαγνήσιο. Μία από αυτές είναι η μέθοδος μέσω θυσιαζόμενης εμβαπτιζόμενης ή ενταφιασμένης ανόδου, με την οποία διάφορα δραστικά μέταλλα τοποθετούνται στο ίδιο περιβάλλον ηλεκτρολυτικού κελιού όπου υπάρχει το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης.
Τα τεμάχια αυτά των δραστικών μετάλλων λέγονται ανόδια. Τα ανόδια θυσιάζονται αποβάλλοντας την μάζα τους σε μορφή ιόντων τα οποία μεταφέρονται προς τη λιγότερο δραστική μεταλλική μάζα που είναι οι διάφορες κατασκευές. Γι αυτό και η μέθοδος αυτή λέγεται καθοδική προστασία μέσω θυσιαζόμενης ανόδου.
Η μέθοδος αυτή εφαρμόζεται στη ναυτιλία, και γενικά σε υδραυλικές εγκαταστάσεις στους σωλήνες των οποίων κυκλοφορεί νερό. Στην ναυτιλία όπου εφαρμόζεται στα πλοία, συνήθως τοποθετείται μάζα ψευδαργύρου ή αλουμινίου στις πλευρές του πλοίου και σε σημεία που βρέχονται συνεχώς από νερό.
Στις εγκαταστάσεις σωληνώσεων τοποθετούνται τεμάχια μάζας μαγνησίου κυρίως εντός των σωληνώσεων που κυκλοφορεί νερό. Στις υπόλοιπες κατασκευές τοποθετείται τεμάχιο μάζας μαγνησίου μέσα στο έδαφος (ενταφιασμός), και πραγματοποιείται σύνδεση του τεμαχίου αυτού με τις εγκαταστάσεις μέσω τεμαχίου καλωδίου.
Αυτή η μέθοδος μειονεκτεί διότι απαιτεί πολλαπλά σημεία τοποθέτησης λόγω της μικρής εμβέλειας καθοδικής προστασίας που αποδίδει. Άλλο μειονέκτημά της είναι τα κατάλοιπα υλών της θυσιαζόμενης ανόδου, τα οποία δημιουργούνται και διαχέονται στις σωληνώσεις όπου προκαλούν μεγάλα προβλήματα στα παρεμβαλλόμενα εξαρτήματα.
Η ένταση της απόδοσης της καθοδικής προστασίας δεν είναι όμοια καθ’ όλη τη διάρκειά τους αλλά φθίνουσα λόγω της προοδευτικής μείωσης της μάζας. Ο ενταφιασμός δεν μπορεί να εφαρμοσθεί σε πάρα πολλές εγκαταστάσεις με αποτέλεσμα να μένουν απροστάτευτες. Η άλλη μέθοδος προστασίας είναι η μέθοδος μέσω επιβαλλόμενης τάσεως (impress current), με την οποία επιβάλλεται μία ηλεκτρική τάση στα μέταλλα που υπόκεινται στην ηλεκτρόλυση, με τροφοδοσία από εξωτερική πηγή ενέργειας.
Η τάση και η ένταση που επιβάλλονται με αυτή την μέθοδο προκύπτει από ειδικούς ανιχνευτές οι οποίοι διεγείρουν ανάλογα ηλεκτρονικά κυκλώματα σε μονάδα ελέγχου η οποία εν συνεχεία δίνει εντολή ανάλογης επιβολής τάσης και έντασης. Η τάση αυτή προέρχεται από πηγή ηλεκτρικού ρεύματος (κυρίως ρεύμα πόλεως) το οποίο έχει μετασχηματισθεί σε χαμηλή τάση και έχει ανορθωθεί σε συνεχές.
Η μέθοδος επιβολής τάσεως (impress current) είναι αποδοτικότερη σε σχέση με την προηγούμενη αλλά προϋποθέτει δικτυακή εγκατάσταση, κατόπιν προηγουμένης ηλεκτροχημικής μελέτης και εγκατάσταση από εξειδικευμένους τεχνίτες, ενώ έχει πολύ υψηλό κόστος, πράγμα που την καθιστά απαγορευτική για μικρές και μεσαίες εγκαταστάσεις και κατασκευές και απαιτεί συνεχή επιτήρηση από ειδικά καταρτισμένο επιτηρητή.
Με την παρούσα μέθοδο stopcor, καθοδικής προστασίας με επιβαλλόμενη τάση μέσω θυσιαζόμενης ανόδου της παραπάνω αυτόνομης συσκευής παρέχεται προστασία με συνδυασμό των δύο προαναφερομένων μεθόδων.Η επιβαλλόμενη τάση καλύπτει και προστατεύει μεγάλες επιφάνειες μετάλλων με πολύ μικρότερη θυσιαζόμενη μάζα δραστικού μετάλλου (ανοδίου).Το ρεύμα που επιβάλλεται παράγεται από την μεταφορά ιόντων λόγω της διαφοράς δυναμικού μεταξύ της μάζας του μαγνησίου και του δευτέρου ηλεκτρολυτικού πόλου (περιβλήματος χαλκού).Το ρεύμα είναι απολύτως συνεχές και συμβατό για την επιβολή του στα άλλα μέταλλα, διότι παράγεται με φυσικό τρόπο.Φορτίζει αρνητικά απολύτως ικανοποιητικά τα προστατευόμενα μέταλλα και έτσι με την μέθοδο αυτή ενώ η επιφάνεια ήταν άνοδος γαλβανικού στοιχείου δηλαδή αρνητικός οξειδωτικός πόλος, γίνεται κάθοδος ηλεκτρολυτικού κελιού δηλαδή αρνητικός αναγωγικός πόλος.Η προστατευόμενη επιφάνεια εξακολουθεί να είναι αρνητικά φορτισμένη αλλά η δράση της αντιστρέφεται και έχει προδιάθεση να πάθει αναγωγή και όχι οξείδωση.
Η επιβαλλόμενη τάση πρέπει να είναι άνω των 0,8 volt και άνω των 10 mA.
Σε σχέση με τις άλλες συσκευές:
- Η συσκευή είναι αυτόνομη και δεν χρειάζεται εξωτερική πηγή ενέργειας για να λειτουργήσει .
- Δεν χρειάζεται οποιαδήποτε επιτήρηση, συντήρηση, ή επισκευή διότι όταν εξαντληθεί η μάζα του ανοδίου σταματά να λειτουργεί και απορρίπτεται .
- Δεν ρυπαίνει το περιβάλλον.
- Είναι απολύτως ασφαλής .
- Δεν επηρεάζεται από οποιαδήποτε καιρικά ή άλλα φαινόμενα .
- Δεν επηρεάζει τους περιβάλλοντες χώρους όπου τοποθετείται.
- Δεν έχει επαφή με υγρά ή αν συνδεθεί με δίκτυο ύδρευσης δεν έχει επαφή με το πόσιμο νερό.
Έχει παρατηρηθεί ότι σε πολλές εγκαταστάσεις και κατασκευές υπάρχουν ιδιαιτερότητες, λόγω της μορφής των κατασκευών ή λόγω των υλικών που κυκλοφορούν σε κάποιους σωλήνες, αλλά και λόγω της ιδιομορφίας του εδάφους που είναι εγκαταστημένες.
ΙΔΙΑΙΤΕΡΕΣ ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΣΥΜΒΟΥΛΕΣ ΑΝΤΙΜΕΤΩΠΙΣΗΣ
Επιπροσθέτως ανάλογα, με τις απαιτήσεις των μεταλλικών επιφανειών για περισσότερη ένταση ή τάση, η συσκευή έχει βελτιωθεί με την σειρά stopcor plus ώστε να παρέχει πολλαπλάσια επιβαλλόμενη τάση και περισσότερη πυκνότητα ρεύματος
Με την μέθοδο αυτή τα ανόδια μπορούν να αποδίδουν πυκνότητα ρεύματος ανά συσκευή έως και 100 mA ανεβάζοντας την ένταση της επιβαλλόμενης τάσης και έτσι με τον τρόπο αυτό προστατεύεται πολλαπλάσια έκταση μεταλλικής επιφάνειας, ή ακόμα ενώ η δράση της προστασίας είναι ισχυρή ακόμα και σε μεταλλικές επιφάνειες οι οποίες βρέχονται από όξινα υγρά.
Σε κάποιες περιοχές έχει παρατηρηθεί ότι ανάλογα με την εδαφολογική μορφολογία και ενώ πραγματοποιείται καθοδική προστασία σε εγκαταστάσεις να δημιουργείται απορρόφηση της επιβαλλόμενης τάσης των ανοδίων με αποτέλεσμα η επιβολή να είναι μικρότερη του 1 volt.
Για να ανέλθει η επιβαλλόμενη τάση στα επιθυμητά επίπεδα διαμορφώνουμε την συνδεσμολογία της συσκευής εν σειρά για την ενίσχυση της επιβαλλόμενης τάσης
Για τις μεταλλικές κατασκευές που περικλείονται από νερό όπως πλοία, η ράβδος γείωσης πρέπει να είναι μέσα στο νερό. Αυτό γίνεται με μία πλάκα χαλκού στο κάτω μέρος του πλοίου μέσα στο νερό διαρκώς, μονωμένη ώστε να μην υπάρχει αγώγιμη επαφή με το υπόλοιπο πλοίο. Η πλάκα αυτή αποτελεί το σημείο γείωσης του πλοίου πάνω στο οποίο συνδέονται όλες οι ηλεκτρικές γειώσεις του. Και τέλος για την εφαρμογή σε μηχανές οχημάτων και λοιπές κατασκευές οι οποίες διαθέτουν κλειστό κύκλωμα ψύξης η γείωση γίνεται μέσω εξαρτήματος (ηλεκτρόδιο) η οποία μπαίνει σε κάποιο σημείο του κυκλώματος όπου κυκλοφορεί συνεχώς νερό. Το ηλεκτρόδιο έχει εξωτερικά ακροδέκτη ο οποίος συνδέεται με την συσκευή καθοδικής προστασίας από το πάνω μέρος με περικόχλιο.
Ο ακροδέκτης αυτός διαπερνά το ηλεκτρόδιο και εισέρχεται στο εσωτερικό μονωμένος με μόνωση η οποία σταθεροποιεί τον ακροδέκτη, χωρίς να έχει επαφή στα πλευρά του και διατηρεί τη στεγανότητα του κλειστού κυκλώματος.
Το μέταλλο της ακίδας ακροδέκτη είναι από τιτάνιο ή νιόβιο για την αποφυγή οξείδωσης
ΤΡΟΠΟΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ ΤΩΝ ΑΝΟΔΙΩΝ STOPCOR
Επιλέγουμε το σημείο τοποθέτησης στην εγκατάσταση, το οποίο καλό θα είναι να μην βρίσκεται στην άκρη της.
Καθαρίζουμε λίγο τοπικά το σημείο σύνδεσης για να γίνει καλά η επαφή.
Με ένα δράπανο κάνουμε μια τρύπα στο έδαφος κοντά στο σημείο τοποθέτησης της συσκευής και το οποίο θα είναι και το σημείο γείωσης.
Το μέγεθος της διατομής της τρύπας είναι ανάλογο του μεγέθους του μεταλλικού ούπατ που θα τοποθετήσουμε.
Τοποθετούμε λοιπόν αυτό το ούπατ καρφώνοντας το στο έδαφος, και προβαίνουμε σε μέτρηση της διαφοράς δυναμικού της εγκατάστασης με το σημείο γειώσεως που προαναφέραμε με ένα βολτόμετρο ρυθμισμένο στο σημείο ένδειξης συνεχούς ρεύματος και σε μέγεθος μέχρι 2 volt.
Η τιμή που προκύπτει σημειώνεται για την μελέτη της εγκατάστασης ως προς το μέγεθος του φαινομένου της ηλεκτρόλυσης.
Επειδή η τιμή που θα προκύψει από την μέτρηση αυτή δεν είναι σταθερή, εμείς προσπαθούμε να σημειώσουμε την μεγαλύτερη που θα μας δείξει το όργανο.
Τοποθετούμε την συσκευή κατά τα γνωστά, δηλαδή το καλώδιο από το επάνω μέρος συνδέεται στο σημείο της εγκατάστασης πού προαναφέραμε, και από την πλευρά της συσκευής συνδέουμε ένα άλλο καλώδιο στο σημείο γείωσης με το οποίο είχαμε κάνει προηγουμένως την μέτρηση. Η εργασία ολοκληρώνεται με τον έλεγχο της υγρασίας στο εσωτερικό της συσκευής, και αν αυτή δεν είναι επαρκής συμπληρώνουμε με ένα ποτήρι νερό.
Μετά την τοποθέτηση επαναλαμβάνουμε την μέτρηση διαφοράς δυναμικού όπως και προηγουμένως, με την διαφορά ότι τώρα μετρούμε το σημείο γειώσεως στο έδαφος με ένα άλλο σημείο πάνω στην εγκατάσταση λίγο πιο μακριά από το σημείο σύνδεσης. Το αποτέλεσμα της μέτρησης είναι η επιβαλλόμενη τάση του ανοδίου στην εγκατάσταση.
Παρατηρώντας τις δύο τιμές βλέπουμε ότι ενώ πριν η ένδειξη ήταν κυμαινόμενη τώρα είναι σταθερή. Επίσης η τιμή επιβολής είναι πάνω από ένα βολτ, και είναι η τιμή την οποία αποδίδει το μέταλλο του μαγνησίου.
Σπάνια μπορεί να συμβεί, στην δεύτερη αυτή μέτρηση αν προκύψει τιμή μικρότερη του ενός βολτ, τότε ενδεχομένως να απαιτείται η τοποθέτηση και δεύτερης συσκευής εν σειρά.
Περιοδικά, δύο ή και τρείς φορές το χρόνο καλό θα ήταν να κάνουμε έναν έλεγχο της συσκευής ως εξής.
Μακροσκοπικά ελέγχουμε την καλή επαφή του καλωδίου πάνω στην εγκατάσταση, την καλή επαφή της γείωσης, την πλευρική ακίδα γείωσης της συσκευής, καθώς και την υγρασία της συσκευής. Κατόπιν με ένα πολύμετρο μετράμε την επιβαλλόμενη τάση και αν είναι πάνω από ένα βολτ, σημαίνει ότι όλα είναι καλά ως προς την καλή λειτουργία του ανοδίου.
Πιθανόν η τιμή να είναι κάτω του ενός βολτ αλλά η συσκευή να είναι καλή. Για να το επιβεβαιώσουμε λοιπόν , αποσυνδέουμε το ένα άκρο της και μετράμε την συσκευή μόνη της. Τότε αν το όργανο δείξει πάνω από ένα βολτ την επανατοποθετούμε στη θέση της. Αν η συσκευή μετά την ανατοποθέτηση συνεχίζει να δείχνει τιμή μικρότερη του ενός βολτ τότε η εγκατάσταση έχει ανάγκη τοποθέτησης και δεύτερης συσκευής εν σειρά.
Αν παρατηρηθεί ότι το ηλεκτρόδιο γείωσης (ούπατ) στο τσιμέντο, είναι κατεστραμμένο από την οξείδωση και έχει κοπεί το αντικαθιστούμε κάνοντας μια νέα τρύπα παραπλεύρως και τοποθετώντας νέο.
Αν το άκρο γειώσεως της συσκευής στο πλάι είναι κατεστραμμένο ή αν ολόκληρη η συσκευή έχει καταστραφεί τότε την αντικαθιστούμε αμέσως με μία νέα. Με αυτές τις ενέργειες διαμορφώνουμε μία φροντίδα για την εγκατάστασή μας η οποία μπορεί να την διατηρήσει σε καλή κατάσταση για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα.