Método para inhibir la corrosión de metal.

Un método para reducir la tasa de corrosión de un objeto de metal (312),

que comprende:

a) cargar un condensador (308) a partir de una fuente de tensión de CC (302), donde un terminal de la fuente de tensión de CC (302) y un terminal de dicho condensador (308) están directamente conectados eléctricamente con el objeto de metal (312) en un punto común, y donde un segundo terminal de dicho condensador (308) está aislado del objeto de metal (312),

b) aislar eléctricamente el condensador cargado (308) del proceso de carga a partir de la fuente de tensión de CC (302),

c) acoplar dicho segundo terminal eléctrico procedente del condensador cargado (308) al objeto de metal (312) en una posición distante con respecto a aquella en la que dicho terminal de la fuente de tensión de CC (302) y dicho terminal eléctrico de dicho condensador (308) están directamente conectados en el punto común a la vez que se mantiene la carga del condensador cargado (308) aislada del proceso de carga desde la fuente de tensión de CC (302),

d) descargar de manera capacitiva la carga a partir del condensador cargado (308) para proporcionar unas formas de onda eléctricas conformadas que tienen unas características predeterminadas con una componente de CA variable en el tiempo para hacer que fluya una corriente superficial a lo largo de toda la superficie del objeto de metal (312), y

repetir de forma sucesiva los procesos de carga y descarga anteriores a lo largo del tiempo.

Método para inhibir la corrosión de metal

Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud es una continuación en parte de la solicitud de patente de los Estados Unidos con Nº 10/010.402 presentada el 7 de diciembre de 2001, la cual es una continuación en parte de la solicitud de patente de los Estados Unidos con Nº 09/527.552, presentada el 17 de marzo de 2000, en la actualidad la patente de los Estados Unidos con Nº 6.331.243, la cual reivindica la prioridad de la solicitud provisional de los Estados Unidos con Nº 60/044.898, presentada el 25 de abril de 1997.

Campo de la invención La presente invención se refiere, en general, a un proceso y aparato para la prevención de la oxidación de objetos de metal en un entorno oxidante. Más en particular, la presente invención se refiere a aparatos y métodos para generar corrientes superficiales en cuerpos conductores para inhibir la corrosión.

Antecedentes de la invención En un entorno oxidante, existen sustancias que, en unas condiciones adecuadas, captan electrones y quedan reducidas. Habitualmente, estos electrones provienen de los átomos de los objetos de metal expuestos al entorno oxidante. Un entorno oxidante se caracteriza por la presencia de al menos una sustancia química cuyos átomos, en ese entorno, pueden reducirse mediante la adquisición de al menos un electrón procedente de los átomos del metal.

Al “donar” un electrón, el metal queda oxidado. A medida que avanza el proceso de oxidación, un objeto de metal queda degradado hasta el punto de que deja de poder usarse para su fin previsto.

En tierra, la oxidación es predominante en, entre otras cosas, puentes y vehículos, cuando estos están expuestos a la sal que se esparce sobre las carreteras para evitar la formación de hielo en climas fríos. La sal derrite la nieve y el hielo y, al hacer esto, forma una solución acuosa de sal. El hierro o acero en los puentes o vehículos, cuando está expuesto a la solución de sal, se oxida con facilidad. La primera señal visible de la oxidación es la aparición de óxido sobre la superficie del objeto de metal. Una oxidación continuada conduce al debilitamiento de la integridad estructural de los objetos de metal. Si se permite que continúe la oxidación, en el objeto de metal aparecen perforaciones por oxidación y, finalmente, se desintegra o, en el caso del metal en puentes, queda demasiado débil

para sustentar la carga a la que está sometido. La situación se ha agravado en los últimos años al aumentar las concentraciones de contaminantes y debido a la demanda de vehículos más ligeros, con un menor consumo de combustible que requieren una chapa metálica más delgada y el abandono de la construcción de bastidores.

Una solución acuosa de sal también es la causa de corrosión en un entorno marino y es responsable de la oxidación de los cascos de los barcos, las líneas de conducción marinas y las plataformas de perforación y de producción usadas por la industria petrolífera.

Los métodos de prevención de la corrosión anteriores se basaban en la aplicación de un revestimiento protector, por ejemplo de pintura, al objeto de metal. Este evita que el metal entre en contacto con el entorno oxidante y de ese 45 modo evita la corrosión. A lo largo de un tiempo prolongado, no obstante, el revestimiento protector desaparece por desgaste y puede comenzar el proceso de oxidación del metal. La única forma de evitar que la oxidación se inicie es volver a aplicar el revestimiento. Esto puede ser un proceso costoso en la mejor de las circunstancias: es mucho más fácil revestir minuciosamente las partes de un automóvil en una fábrica, antes del montaje, que volver a aplicar el revestimiento sobre un automóvil montado. En otras circunstancias, por ejemplo, en una línea de conducción marina, el proceso de volver a aplicar un revestimiento es imposible.

Otros métodos de prevención de la oxidación incluyen los sistemas de protección catódica. En estos, el objeto de metal que va a protegerse pasa a ser el cátodo de un circuito eléctrico. El objeto de metal que va a protegerse y un ánodo están conectados con una fuente de energía eléctrica, completándose el circuito eléctrico desde el ánodo 55 hasta el cátodo a través de la solución acuosa. El flujo de electrones proporciona la fuente de electrones necesaria a las sustancias en la solución acuosa que normalmente dan lugar a la oxidación, reduciendo de ese modo la “donación” de electrones que provienen de los átomos del metal protegido (cátodo) .

La invención de Byrne (patente de los Estados Unidos con Nº 3.242.064) enseña un sistema de protección catódica en el que se suministran unos impulsos de corriente continua (CC) a la superficie de metal que va a protegerse, tal como el casco de un barco. El coeficiente de utilización de los impulsos se cambia en respuesta a condiciones variables del agua que rodea el casco del barco. La invención de Kipps (patente de los Estados Unidos con Nº 3.692.650) divulga un sistema de protección catódica aplicable a las tuberías de revestimientos de pozos y líneas de conducción enterradas en suelos conductores, las superficies interiores de depósitos que contienen sustancias 65 corrosivas y porciones sumergidas de estructuras. El sistema usa a una tensión de CC por impulsos cortos y una corriente continua ininterrumpida.

Los sistemas de protección catódica de la técnica anterior no son completamente efectivos ni siquiera para objetos o estructuras sumergidos en un medio conductor tal como agua del mar. La razón de esto es que, debido a variaciones locales en la conformación de la estructura que se está protegiendo y a concentraciones de las sustancias oxidantes en el entorno acuoso, los “puntos calientes” locales de desarrollo de corrosión no están adecuadamente protegidos y, finalmente, dan lugar a una ruptura de la estructura. Los sistemas de protección catódica son de poco uso en la protección de objetos de metal que no estén al menos parcialmente sumergidos en un medio conductor, tal como agua del mar o suelo conductor. Como resultado, las vigas maestras de metal de los puentes y la carrocería de los automóviles no pueden protegerse de forma efectiva por estos sistemas catódicos.

Cowatch (patente de los Estados Unidos con Nº 4.767.512) enseña un método dirigido a evitar la corrosión de objetos que no están sumergidos en un medio conductor. En el objeto de metal se imprime una corriente eléctrica al tratar el objeto de metal como la placa negativa de un condensador. Esto se logra mediante un acoplamiento capacitivo entre el objeto de metal y un medio para proporcionar impulsos de corriente continua. El objeto de metal que va a protegerse y el medio para proporcionar impulsos de corriente continua tienen una masa común. En su realización preferida, Cowatch divulga un dispositivo en el que se aplica una tensión de CC de 5.000 a 6.000 voltios a la placa positiva de un condensador separado del objeto de metal por un dieléctrico. Unos impulsos pequeños y de alta frecuencia (1 kilohercio) de tensión de CC se superponen a la tensión de CC estacionaria. Cowatch también hace referencia a una tensión de perforación del material dieléctrico como una tensión de aproximadamente 10 kV.

Debido a los riesgos de seguridad de tener la alta tensión aplicada en un lugar que expone a seres humanos y animales a un posible contacto con el objeto de metal o cualquier otra parte del acoplamiento capacitivo, Cowatch requiere limitaciones a la máxima salida de energía de la invención.

Cowatch divulga un dispositivo de dos fases para obtener la tensión de CC por impulsos. La primera fase proporciona salidas de una CA de tensión más alta y una CA de tensión más baja. En la segunda fase, las dos tensiones de CA se rectifican para dar una CC de alta tensión con un impulso de CC superpuesto. Cowatch usa al menos dos transformadores, uno de los cuales puede ser un transformador de núcleo saturado de contrafase. Debido al uso de los transformadores, las pérdidas de energía asociadas con la invención son altas. Sobre la base de los valores divulgados en el documento de Cowatch, la eficiencia puede ser muy baja (menor de un 10 %) . La alta disipación de calor también puede requerir un método de disipación del calor. Además, la invención requiere un medio independiente para desconectar el dispositivo durante periodos prolongados de no utilización para evitar la descarga de la batería.

Un problema relacionado en cierta medida que afecta a las estructuras sumergidas está causado por el crecimiento de organismos. Los mejillones, por ejemplo, son un grave problema para los sistemas municipales de suministro de agua y... [Seguir leyendo]

1. Un método para reducir la tasa de corrosión de un objeto de metal (312) , que comprende:

a) cargar un condensador (308) a partir de una fuente de tensión de CC (302) , donde un terminal de la fuente de tensión de CC (302) y un terminal de dicho condensador (308) están directamente conectados eléctricamente con el objeto de metal (312) en un punto común, y donde un segundo terminal de dicho condensador (308) está aislado del objeto de metal (312) , b) aislar eléctricamente el condensador cargado (308) del proceso de carga a partir de la fuente de tensión de CC (302) , c) acoplar dicho segundo terminal eléctrico procedente del condensador cargado (308) al objeto de metal (312) en una posición distante con respecto a aquella en la que dicho terminal de la fuente de tensión de CC (302) y dicho terminal eléctrico de dicho condensador (308) están directamente conectados en el punto común a la vez que se mantiene la carga del condensador cargado (308) aislada del proceso de carga desde la fuente de tensión de CC (302) , d) descargar de manera capacitiva la carga a partir del condensador cargado (308) para proporcionar unas formas de onda eléctricas conformadas que tienen unas características predeterminadas con una componente de CA variable en el tiempo para hacer que fluya una corriente superficial a lo largo de toda la superficie del objeto de metal (312) , y

repetir de forma sucesiva los procesos de carga y descarga anteriores a lo largo del tiempo.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de descargar de manera capacitiva la carga procedente del condensador cargado (308) se realiza por conexión eléctrica de dicho segundo terminal con el objeto 25 de metal (312) .

3. El método de la reivindicación 2, en el que la polaridad de la fuente de tensión de CC (302) se invierte en cada uno de los procesos de carga y descarga repetidos de forma sucesiva.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la etapa de descargar de manera capacitiva el condensador cargado (308) comprende descargar a una placa de condensador asociada con dicho objeto de metal

(312) para cargar la placa de condensador y hacer que fluyan corrientes superficiales en un sentido en el objeto de metal (312) , y entonces mediante la descarga de la placa de condensador cargada con el objeto de metal (312) hacer que fluyan corrientes superficiales en un sentido opuesto en el objeto de metal (312) .

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las formas de onda eléctricas tienen una conformación propicia para generar la componente de CA.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las formas de onda

eléctricas incluyen una frecuencia de resonancia del objeto de metal y/o tienen un tiempo de subida y de bajada de aproximadamente 200 nanosegundos.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que las formas de onda eléctricas derivan de formas de onda eléctricas de CC unipolar o formas de onda eléctricas de CC bipolar. 45

8. Un circuito para reducir la tasa de corrosión de un objeto de metal (312) , que comprende:

un condensador (308) que va a cargarse a partir de una fuente de tensión de CC (302) donde un terminal de la fuente de tensión de CC (302) y un terminal del condensador (308) están directamente conectados 50 eléctricamente entre sí, para, durante el uso, la conexión con el objeto de metal (312) en un punto común, mientras que otro terminal de dicho condensador (308) está aislado del objeto de metal (312) , un circuito de generación de corriente para acoplar el otro terminal del condensador (308) con el objeto de metal

(312) en una posición distante con respecto a aquella en la que dicho terminal de la fuente de tensión de CC

(302) y dicho terminal del condensador (308) están, durante el uso, directamente conectados eléctricamente con 55 el objeto de metal (312) en un punto común a la vez que se aísla el condensador cargado (308) del proceso de carga desde la fuente de tensión de CC (302) , con el fin de conformar una descarga capacitiva del condensador cargado (308) al objeto de metal (312) para tener una componente de CA variable en el tiempo y para hacer que fluya una corriente superficial en un sentido a lo largo de toda la superficie del objeto de metal (372) , permitiendo dicho circuito de generación de corriente un funcionamiento cíclico repetido de dicha carga de dicho condensador

(308) y dicha descarga capacitiva conformada.

9. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 7, que además comprende un circuito de conmutación para acoplar el condensador (308) a la fuente de tensión de CC (302) para cargarlo, y para acoplar el condensador cargado (308) con el objeto de metal (312) para una descarga capacitiva.

10. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 8 o la reivindicación 9, que además comprende un conmutador de polaridad para invertir la polaridad de la fuente de tensión de CC (302) en cada carga y descarga repetidas sucesivas.

11. Un circuito de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende un condensador distribuido (356) para acoplar de manera capacitiva con el objeto de metal (312) en dicha posición distante con respecto a dicho punto común para posibilitar que dicha corriente superficial fluya en dicho un sentido, comprendiendo también dicho circuito un circuito de descarga para descargar una carga del condensador distribuido (356) al objeto de metal (312) para inducir que una corriente superficial fluya en dicho objeto de metal (312) en un 10 sentido opuesto a dicho un sentido.

12. Un circuito de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dicho circuito de descarga comprende un segundo dispositivo de impedancia acoplado entre el condensador distribuido (356) y un circuito de conmutación adicional, permitiendo dicho circuito de conmutación adicional que la carga del condensador distribuido (356) pase a través de dicha segunda impedancia durante el flujo de dicha corriente superficial en dicho objeto de metal (312) en el sentido opuesto.

13. El circuito de la reivindicación 12, en el que el condensador distribuido (356) incluye al menos dos placas individuales conectadas en paralelo. 20

14. El circuito de la reivindicación 13, en el que cada una de dichas al menos dos placas individuales conectadas en paralelo tiene un área superficial diferente de la de la otra.