La protección catódica es un método para proteger las estructuras metálicas de la corrosión. Los metales a partir de los cuales se fabrican estas estructuras, comúnmente acero, son propensos a la corrosión a través de una reacción de oxidación cuando están en contacto frecuente con el agua. La reacción implica que el metal ceda electrones y es promovida por trazas de sales disueltas en el agua, lo que hace que el agua actúe como un electrolito. Por tanto, la corrosión puede verse como un proceso electroquímico. La protección catódica convierte la estructura metálica en un cátodo, un electrodo cargado positivamente, al configurar una celda electroquímica que utiliza un metal más electropositivo como ánodo, de modo que la estructura no pierda electrones en su entorno.
Este método de protección se puede utilizar en tuberías y tanques subterráneos; estructuras sobre el suelo, como torres de alta tensión; y estructuras parcialmente sumergidas, como barcos y plataformas de perforación. También se puede utilizar para proteger las varillas de acero en hormigón armado. Los metales que son más resistentes a la corrosión tienden a ser más costosos que el acero y pueden carecer de la resistencia necesaria, por lo que el acero protegido contra la corrosión suele ser la mejor opción, aunque otros metales que pueden corroerse también pueden protegerse de esta manera.
El acero se compone principalmente de hierro, que tiene un potencial redox de -0.41 voltios. Esto significa que tenderá a perder electrones en un entorno que tenga un potencial redox menos negativo, como el agua, que puede entrar en contacto con este metal en forma de lluvia, condensación o suelo circundante húmedo. Las gotas de agua en contacto con el hierro forman una celda electroquímica en la que el hierro se oxida por la reacción Fe -> Fe2 + + 2e-. Los iones de hierro II (Fe2 +) se disuelven en el agua, mientras que los electrones fluyen a través del metal, y en el borde del agua, una interacción de los electrones, el oxígeno y el agua produce iones de hidróxido (OH-) por la reacción: O2 + 2H2O + 4e- -> 4OH-. Los iones de hidróxido negativos reaccionan con los iones de hierro II positivos en el agua, formando hidróxido de hierro II insoluble (Fe (OH) 2), que luego se oxida a óxido de hierro III (Fe2O3), más conocido como óxido.
Hay dos métodos principales de protección catódica que buscan prevenir esta corrosión proporcionando una fuente alternativa de electrones. En la protección galvánica, un metal con un potencial de potencial redox más negativo que el metal a proteger se conecta a la estructura mediante un alambre aislado, formando un ánodo. El magnesio, con un potencial redox de -2.38 voltios, se utiliza a menudo para este propósito; otros metales de uso común son el aluminio y el zinc. Este procedimiento configura una celda eléctrica con una corriente que fluye desde el ánodo a la estructura, que actúa como cátodo. El ánodo pierde electrones y se corroe; por esta razón, se le conoce como «ánodo de sacrificio».
Un problema con la protección catódica galvánica es que, eventualmente, el ánodo se corroerá hasta el punto en que ya no brinda protección y necesita ser reemplazado. Un sistema de protección catódica alternativo es la protección catódica de corriente impresa (ICCP). Esto es similar al método galvánico, excepto que se utiliza una fuente de alimentación para generar una corriente eléctrica desde el ánodo a la estructura a proteger. Se requiere una corriente continua (CC), a diferencia de la corriente alterna (CA), por lo que se utiliza un rectificador para convertir CA en CC. Este método proporciona una protección mucho más duradera ya que la corriente se suministra externamente en lugar de ser generada por la reacción del ánodo con su entorno, de modo que la vida útil del ánodo aumenta considerablemente.