Indagine sulla protezione catodica all'interno di scaldacqua domestici per la produzione di acqua sanitaria

In this work, the efficiency of a combined cathodic protection system, composed by a magnesium sacrificial anode and an impressed current anode of titanium, both installed inside domestic boilers of 60 L and 100 L, was studied. The system was examined varying the specific conductivity of the water (50 μS/cm, 250 μS/cm, 500 μS/cm, 750 μS/cm, 1000 μS/cm, 1180 μS/cm and 3260 μS/cm) and the temperature (20 °C, 50 °C and 75 °C). For assessing the cathodic protection efficiency, six localized probes were developed and located on the critical points of the boiler tank such as welded joints. These probes were able to verify the efficiency of the cathodic protection system through localized measurement of potentials in correspondence of the simulated defects placed on the internal walls of the tank. A monitoring workstation was set up to measure continuously the potentials in correspondence of the six probes, the heating element flange and the tank walls. The study showed that the protection system was able to protect all the metallic parts of the boiler in each experimental condition. Furthermore, an overprotection condition of the system, determining a possible hydrogen evolution, was observed. In order to eliminate this issue and to guarantee a good management of the combined cathodic protection system, it could be helpful to decrease the current supplied by the impressed current anode or to use other alloys for the sacrificial magnesium anode such as zinc alloys, high temperature resistant, or aluminum-indium alloys. Finally, in this study two calculation approaches were proposed, an empirical one and one based on finite element method, which can be considered substantial tools for the cathodic protection design.

In questo lavoro di ricerca, è stato studiato il grado di protezione catodica offerto da un sistema combinato di anodi, costituito da un anodo sacrificale di magnesio e da un anodo a corrente impressa di titanio attivato, installati all’interno di un boiler di capacità volumetrica di 60 L e 100 L. L’efficacia di tale sistema è stata esaminata in funzione della conducibilità specifica dell’acqua (50 μS/cm, 250 μS/cm, 500 μS/cm, 750 μS/cm, 1000 μS/cm, 1180 μS/cm e 3260 μS/cm) e della temperatura (20 °C, 50 °C e 75 °C). A tale scopo, sono state realizzate sei sonde poste nei punti critici del serbatoio come le zone di saldatura. Esse hanno permesso di studiare l’efficacia della protezione catodica del boiler “in modo localizzato”, tramite misure di potenziale relative a difetti simulati. Allo scopo è stata sviluppata una stazione di monitoraggio attraverso cui venivano misurati in continuo i potenziali delle sei sonde, della flangia porta-resistenza elettrica e del serbatoio del boiler. Da questo studio, è emerso che il sistema di protezione esaminato ha protetto tutte le componenti metalliche del boiler, in tutte le condizioni sperimentali. Inoltre, è stata osservata anche la sovraprotezione del sistema esaminato con probabile sviluppo di idrogeno. Al fine di eliminare questo problema e di garantire una buona gestione della protezione catodica del boiler, è possibile utilizzare il sistema combinato ma con l’anodo di titanio operante a corrente più bassa o utilizzando, per l’anodo sacrificale di magnesio, altri tipi di leghe come leghe di zinco adatte alle alte temperature (quindi che non subiscano l’inversione di coppia tipica degli anodi di zinco) e leghe di alluminio contenenti percentuali di magnesio ed indio; queste sono leghe con potenziali di lavoro più elevati rispetto alle tipiche leghe di magnesio impiegate all'interno dei serbatoio ad accumulo, e quindi possono dare meno problemi di sovraprotezione. Infine, in questo studio sono stati proposti due approcci di calcolo, uno empirico e uno agli elementi finiti, che si sono dimostrati dei validi strumenti per la progettazione dei sistemi di protezione catodica.