Quiz di Livello 2 – A

L’Autorizzazione ad operare è un attestato scritto rilasciato dal datore di lavoro e basato sulla competenza della persona nel campo della protezione catodica, come espresso nel Regolamento sulla Qualificazione e certificazione del Personale addetto alla protezione catodica, e riportato nella normativa UNI EN 15257 “Protezione catodica - Livelli di competenza e certificazione del personale nel campo della protezione catodica”.

Le sigle indicano: I interrate, M mare, C calcestruzzo; S superfici interne.

Il Regolamento sulla qualificazione e certificazione del personale addetto alla protezione catodica, come riportato nella normativa UNI EN 15257 “Protezione catodica - Livelli di competenza e certificazione del personale nel campo della protezione catodica”, fornisce i tempi minimi di addestramento. Un candidato privo di certificazione di livello 1, che vuole accedere direttamente all’esame di livello 2, deve effettuare un addestramento di 80 ore.

La progettazione è compito di una persona certificata di Livello 3. Il regolamento CICPND stabilisce che il livello 2 coadiuva con il livello 3 nelle fasi progettuali dei sistemi di protezione catodica.
Nello specifico il tecnico di Livello 2, in aggiunta alle competenze del livello 1, deve essere in grado di: eseguire, controllare e dare assistenza alle operazioni del livello 1; definire i limiti di applicabilità dei metodi di prova; convertire le norme e le specifiche in istruzioni tecniche scritte; far funzionare le attrezzature di misurazione e di prova e verificarne la messa a punto; organizzare e annotare i risultati delle misurazioni e dei controlli; interpretare e valutare i risultati alla luce delle norme, delle raccomandazioni e delle specifiche applicabili, determinare gli interventi correttivi di tipo ordinario.

Nella normativa UNI EN ISO 5088 per corrosione si intende: “Interazione chimico-fisica tra un metallo e un ambiente acquoso, che si traduce in un cambiamento delle proprietà del metallo e che spesso porta a perdita della funzionalità del metallo, dell’ambiente o del sistema di cui questi due fanno parte”.

La corrosione a umido di un materiale metallico può essere schematizzata dalla reazione:
metallo + acqua + agente ossidante  prodotti di corrosione
Nella corrosione a umido tale reazione è la risultante di due reazioni elettrochimiche:

• una reazione anodica, che provoca la dissoluzione del materiale metallico e rende disponibili elettroni nella fase metallica
• una reazione catodica, che sottrae (utilizza) tali elettroni dalla fase metallica per ridurre una o più specie chimiche presenti nell'ambiente, ad esempio l’ossigeno.

Il processo di corrosione completo dà luogo, oltre alle due reazioni elettrodiche, ad altri due processi: 1) il trasporto degli elettroni all’interno della fase metallica dalla zona anodica, dove sono prodotti, alla regione catodica, dove sono utilizzati (siccome gli elettroni sono cariche di segno negativo, nasce una corrente convenzionale in senso opposto); 2) la circolazione di corrente all’interno dell'elettrolita, portata questa volta dagli ioni, dalla regione anodica a quella catodica.

Il grafico rappresenta due curve caratteristiche di Evans: la caratteristica anodica di un metallo attivo, in cui al crescere del potenziale aumenta la corrente, e la caratteristica catodica dell’ambiente ossidante, in cui la corrente catodica cresce al diminuire del potenziale. Le due curve descrivono pertanto la velocità con cui gli elettroni sono “prodotti” all’anodo e “consumati” dalla reazione catodica. Poiché il numero di elettroni prodotti deve essere uguale al numero di elettroni consumati, in assenza di cadute ohmiche, il punto di incontro delle due curve individua le condizioni di corrosione del materiale metallico nell’ambiente corrosivo, pertanto consente di individuare il potenziale di corrosione libera e la velocità di corrosione.

La corrosione per contatto galvanico, detta anche corrosione bimetallica, si produce quando due materiali metallici immersi nella medesima soluzione elettrolitica sono tra loro in contatto elettrico. I fattori che influenzano tale tipo di corrosione sono: differenza di nobiltà pratica dei due metalli, conducibilità dell’elettrolita, rapporto area anodica e catodica e presenza di una reazione catodica. La corrosione si localizza sul metallo meno nobile.

Nei terreni la corrente è trasportata dagli ioni sia positivi che negativi: gli ioni positivi si muovono nella stessa direzione delle linee di corrente, mentre gli ioni negativi in senso opposto. Gli elettroni invece sono responsabili della circolazione di corrente all’interno dei materiali metallici.

La seconda Legge di Ohm afferma che la resistenza elettrica di un conduttore è pari al prodotto della resistività elettrica del conduttore moltiplicato il rapporto tra la lunghezza e la sezione del conduttore. Pertanto se diminuisce la lunghezza, anche la resistenza elettrica deve diminuire. La prima Legge di Ohm afferma invece che la tensione è direttamente proporzionale al prodotto tra la resistenza elettrica del conduttore e la corrente circolante.

Il campo magnetico generato all’interno e/o all’esterno di un solenoide è proporzionale al numero totale delle spire e all’intensità di corrente, mentre è inversamente proporzionale alla lunghezza del solenoide. La relazione che consente di calcolare il modulo del vettore induzione magnetica, B, è:

dove μ è la permeabilità magnetica del mezzo (attitudine di un mezzo a lasciarsi magnetizzare), N è il numero totale delle spire ed L la lunghezza del solenoide.

Il valore efficace, detto anche valore quadratico medio (nel mondo anglosassone il valore efficace è definito RMS, dalle parole Root Mean Square, radice della media dei quadrati) di una grandezza elettrica in corrente alternata è un parametro che ha lo scopo di semplificare i calcoli ingegneristici evitando di analizzare ogni istante infinitesimo che costituisce la forma d'onda. Equivale al valore di corrente che in regime di tensione continua svilupperebbe la stessa potenza. Un segnale variabile periodico, infatti, non ha un valore definito di tensione o corrente come nel caso della corrente continua, ma varia istante per istante.

Le norme sono documenti che definiscono le caratteristiche (dimensionali, prestazionali, ambientali, di sicurezza, di organizzazione) di un prodotto, processo o servizio, secondo lo stato dell’arte e sono il risultato del lavoro di esperti che rappresentano le parti interessate (produttori, utilizzatori, centri di ricerca, pubblica amministrazione). La certificazione di prodotto, rilasciata da organismi terzi, serve per accertare la costante rispondenza di una produzione a norme tecniche di prodotto, che fissano limiti di prestazione a fronte di specifiche prescrizioni e prove.

La sigla UNI o CEI contraddistingue una norma elaborata da un organismo nazionale: nel caso sia l’unica sigla presente, significa che la norma è stata elaborata direttamente dalle commissioni tecniche UNI, dagli Enti federati o dal CEI.
La presenza della sigla EN identifica una norma elaborata dal CEN o dal CENELEC. Le norme EN devono essere recepite dai Paesi membri e la loro sigla di riferimento diventa, nel caso dell’Italia UNI EN o CEI EN. La sigla ISO o IEC individua le norme elaborate dall’ISO o dall’IEC. Queste norme sono un riferimento applicabile in tutto il mondo e ogni Paese può decidere di rafforzarle ulteriormente adottandole come proprie norme nazionali. In questo caso, in Italia la sigla diventa UNI ISO o CEI IEC e se la norma è stata recepita anche a livello europeo, la sigla diventa UNI EN ISO o CEI EN IEC.
Altre forme di pubblicazione di documenti tecnici emessi dagli organismi di normazione internazionali, europei e nazionali, sono: la Specifica Tecnica (CEN/TS) che è un documento tecnico ad applicazione volontaria che rappresenta uno stato dell’arte non ancora consolidato di prodotti, processi e servizi e che è sottoposto ad un periodo di applicazione e di verifica delle conoscenze e validità; il Rapporto Tecnico (CEN/TR) che è un documento tecnico a carattere informativo ad applicazione volontaria il quale ha lo scopo di fare cultura normativa e descrivere diversi approcci e prassi in uso.

Le normative di riferimento sono: CEI EN 50162 Protezione contro la corrosione da correnti vaganti causate dai sistemi elettrici a corrente continua; CEI EN 50122-2 Applicazioni ferroviarie, tranviarie, filoviarie e metropolitane - Impianti fissi. Parte 2: Protezione contro gli effetti delle correnti vaganti causate da sistemi di trazione a corrente continua. Esiste anche una specifica tecnica relativa alla corrente alternata UNI CEN/TS 15280 Valutazione della probabilità di corrosione da corrente alternata di tubazioni interrate. Applicazione a tubazioni protette catodicamente.

Per tradurre in termini di tensioni i valori di corrente pericolosi per le persone si deve valutare l’impedenza che il corpo umano offre al passaggio della corrente. Il corpo umano è visto come un bipolo resistivo, e la sua impedenza dipende da molte variabili: punti di contatto; superfici di contatto; pressione di contatto; durata del contatto; pelle, tessuti e organi interni.

Il Dispositivo di Protezione Individuale è appunto qualsiasi attrezzatura destinata ad essere indossata e tenuta dal lavoratore allo scopo di proteggerlo contro uno o più rischi suscettibili di minacciarne la sicurezza o la salute durante il lavoro, nonché ogni complemento o accessorio destinato a tale scopo. Non si intendono DPI: gli indumenti/uniformi di lavoro ordinarie; le attrezzature di soccorso e salvataggio; le attrezzature di protezione individuale delle forze armate, di polizia e del personale di servizio dell’ordine pubblico; gli apparecchi portatili per individuare rischi e fattori nocivi.

Un potenziale di rotaia sempre negativo rispetto alla struttura indica che la rotaia assorbe corrente e la tubazione cede corrente al terreno. Questa è la situazione tipica che si riscontra in prossimità delle sottostazioni ed è ideale per la realizzazione di un drenaggio unidirezionale. Viceversa se il potenziale della rotaia è costantemente positivo rispetto a quello della struttura, la corrente nel terreno circola dalla rotaia verso la tubazione che assorbe corrente ed è quindi in protezione: in tal caso il drenaggio non è necessario.

Nei terreni, la PC con anodi galvanici è realizzata, nella maggioranza dei casi, con anodi di magnesio e, più raramente, con quelli di zinco. In entrambi i casi, data l’elevata resistività dei terreni e per migliorare il funzionamento degli anodi, sono utilizzati opportuni letti di posa che svolgono varie funzioni:

1. diminuiscono gli effetti di caduta ohmica poiché dotati di bassa resistività (di regola inferiore a 3 Ω m);
2. diminuiscono gli effetti di polarizzazione e impediscono l’insorgenza di fenomeni di passivazione, bloccando l’arrivo dei sali in grado di formare film passivanti, quali fosfati, carbonati e bicarbonati;
3. aumentano il rendimento degli anodi favorendone un consumo uniforme. Il letto di posa è di solito costituito da una miscela di gesso, bentonite e solfato di sodio. Il gesso mantiene attivo l’anodo; la bentonite assorbe l’umidità del terreno circostante e consente di mantenere condizioni umide attorno all’anodo conservarne anche nei periodi di siccità; l’aggiunta di solfato di sodio diminuisce la resistività elettrica del letto di posa.

In presenza di un campo elettrico in un terreno si generano delle superficie equipotenziali dipendenti dalla circolazione della corrente stessa. Ponendo due elettrodi di riferimento identici in due punti differenti nel terreno, sono intercettate due differenti superfici equipotenziali: pertanto la misura della caduta di tensione diversa da zero indica la presenza di correnti che circolano nel terreno. La misura del potenziale redox fornisce indicazioni circa la capacità del terreno di favorire la crescita dei batteri solfato riduttori.

Nel momento del passaggio del treno, a causa della dispersione di corrente nel terreno, la tubazione assorbe corrente; localmente si instaurano condizioni d protezione catodica e il potenziale della tubazione di abbassa. Viceversa, laddove la corrente lascia la tubazione per tornare alla sottostazione si ha corrosione e il potenziale diventa più positivo

In un sistema di protezione catodica a corrente impressa possono essere impiegati diverse tipologie di generatori di corrente continua. Un alimentatore automatico a corrente costante consente di mantenere costante nel tempo la corrente erogata al valore prefissato. Un alimentatore automatico a potenziale costante consente invece di regolare la corrente di uscita in modo tale da non permettere al potenziale della struttura di assumere valori più positivi rispetto al valore di potenziale prefissato. Infine un alimentatore automatico a potenziale costante con corrente di base consente di erogare con continuità una corrente minima prefissata, e regolare la corrente erogata di modo da non permettere al potenziale di struttura di assumere valori più positivi rispetto al potenziale prefissato.

La rotaia vicina al punto B è sempre negativa e quindi riceve corrente dal terreno. La struttura è perciò interferita, con la zona B fortemente anodica (tanto più anodica quanto la distanza AB, in direzione perpendicolare alla rotaia, è grande). Questa situazione si presta al drenaggio. In linea di principio, il drenaggio semplice sarebbe perfettamente applicabile, ma rischioso; inoltre è da considerare anche la distanza dalla rotaia. Più sicuro un drenaggio unidirezionale, ma quando la rotaia assume il potenziale intorno a -1,0 V il drenaggio non innesca perché non c’è sufficiente lavoro motore (occorre sempre sottrarre la tensione di soglia del diodo che in genere è almeno 0,6 V: in pratica il drenaggio funziona solo per potenziali della rotaia più negativi di -1,6 V). La soluzione è perciò alimentatore automatico a potenziale costante con corrente di base nel punto B che eroga una corrente superiore a quella di soglia, quando la rotaia si avvicina a -1,0V. La corrente di soglia è necessaria per i periodi in cui non vi è passaggio dei treni e la rotaia non è negativa.

La soluzione ottimale dal punto di vista tecnico-economico è l’applicazione di un rivestimento esterno isolante abbinato alla protezione catodica che va a proteggere i difetti presenti. Il rivestimento organico ha funzione di barriera fisica, ossia isola il materiale metallico dall’ambiente aggressivo. Non sono invece da utilizzare rivestimenti metallici in associazione alla protezione catodica. La protezione catodica controlla o annulla la corrosione laddove sono presenti difetti nel rivestimento. Non è invece economicamente vantaggioso applicare solo la protezione catodica, in quanto si dovrebbe erogare una elevata corrente. Il rivestimento consente di ridurre la corrente di protezione erogata proporzionalmente alla sua efficienza. Non è comunque pensabile applicare solo un rivestimento perfetto, esente da difetti: i costi di controllo qualità per garantire efficienza 100% sono elevati.

La preparazione superficiale costituisce la fase principale dell’applicazione di un rivestimento. La norma ISO 8501-1 fornisce indicazioni in merito alla valutazione della pulizia della superficie (grado di pulizia) mediante un confronto visivo. La Norma ISO 8502-3 fornisce indicazioni in merito alla contaminazione da polvere. La norma ISO 8503 fornisce indicazioni in merito alla rugosità (profilo superficiale) dopo pulizia.
Il grado Sa 2 ½ indica la pulizia della superficie interessata dalla riparazione da ogni sostanza estranea e con una sabbiatura a getto molto pesante; la superficie metallica deve presentarsi a metallo quasi bianco senza colorazioni di nessun tipo.
Il grado Sa 2 indica di pulire la superficie interessata dalla riparazione da ogni sostanza estranea e con una sabbiatura a getto pesante; la superficie metallica deve presentare una lucentezza metallica. La preparazione della superficie di grado di pulitura St 3 indica di pulire la superficie interessata dalla riparazione da ogni sostanza estranea e con una molto accurata spazzolatura con utensili; la superficie metallica deve presentare una lucentezza metallica.

Lo stato elettrico naturale, o stato elettrico di corrosione libera, permette di rilevare i valori di potenziale della struttura prima dell’entrata in servizio degli impianti di protezione a corrente impressa o con anodi galvanici e di valutare la presenza di eventuali interferenze elettriche da parte di strutture estranee. È costituito dall’insieme dei parametri elettrici che caratterizzano la situazione elettrica della struttura ad impianti di protezione catodica disinseriti; la misura del potenziale di corrosione libera è eseguita nei seguenti posti di misura: posti di misura, impianti di protezione catodica e impianti con anodi galvanici, incroci o stretta vicinanza con altre strutture metalliche interrate (se possibile, si dovrebbe rilevare anche il potenziale della struttura estranea), giunti isolanti (di linea e utenze), impianti di terra di linea, opere di protezione meccanica, posti di misura in presenza di dispersori di terra.

La norma UNI EN 13509 “Tecniche di misurazione per la protezione catodica” stabilisce che l’interruttore ciclico deve garantire un periodo on maggiore del periodo off. Di solito si eseguono cicli di interruzione della corrente di protezione in cui il tempo del ciclo on abbia una durata pari a 4 volte il ciclo off.

La presenza di un difetto nel rivestimento può essere individuata con diverse tecniche, tra cui metodi elettromagnetici (che non richiedono un contatto metallico con la struttura) e metodi elettrochimici, che offrono invece risultati di qualità superiore. Tra questi ultimi vi è il metodo dei gradienti trasversali, combinato anche con il profilo dei potenziali on-off. La presenza di un difetto comporta la concentrazione della caduta ohmica in un punto nel terreno, per cui la corrente interessa solo una piccola superficie metallica. Utilizzano due elettrodi di riferimento, uno in prossimità della struttura e una in posizione remota 20-40 m e misurando con un voltmetro il potenziale della struttura in entrambe le posizioni, sia in condizioni on che in condizioni off, è possibile individuare le zone protette e quelle non protette. La falla è localizzata laddove la differenza tra le due misure raggiunge il picco massimo: nel caso in esame alla progressiva 35 m.

L’elettrodo rame/solfato di rame saturo è utilizzato per monitorare lo stato di corrosione e/o protezione catodica di strutture metalliche interrate o delle armature nel calcestruzzo. Non è invece utilizzabile per strutture a mare perché l’ingresso dei cloruri nella soluzione dell’elettrodo favorisce la passivazione del rame. Se correttamente preparare e mantenuto, è un elettrodo molto stabile. È costituito da una barretta di rame immersa in soluzione di colore blu satura di solfato di rame. La barretta di rame non deve essere ossidata. Sul fondo dell’elettrodo devono essere presenti cristalli di solfato di rame che garantiscono condizioni di saturazione. Un tappo di legno o di materiale ceramico costituisce il ponte salino e garantisce il contatto elettrolitico con il terreno o il calcestruzzo.