Quiz di Livello 1 – B

La norma UNI EN 15257 “Protezione catodica - Livelli di competenza e certificazione del personale di protezione catodica”, specifica i livelli di competenza del personale addetto alla protezione catodica nonché i requisiti in termini di istruzione, esperienza e addestramento ai fini dell’ammissione agli esami per la certificazione. Per l’addestramento è necessaria la prova documentata del periodo di addestramento, come l’attestato di partecipazione e il diario presenze, in conformità a programmi approvati dall’organismo di certificazione. Per i candidati ai livelli 1 e 2 la durata minima del periodo di addestramento è di 40 h; nel caso il candidato ritiene di accedere direttamente all’esame di livello 2 ed è privo di certificazione di livello 1 la durata dell’addestramento richiesto è di 80 h.

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. Per il primo livello, è richiesto almeno 1 anno di esperienza lavorativa continuativa, un addestramento di almeno 40 ore e un adeguato titolo di studio.

Nel periodo di validità della certificazione, l’Organismo di Certificazione attua, nei tempi e modi ritenuti opportuni, una sorveglianza sul personale certificato al fine di verificare la permanenza dei requisiti originali e l'uso corretto della certificazione stessa.
La sorveglianza é effettuata mediante la verifica del rispetto del codice di etica professionale, l'esame e la valutazione della documentazione che il personale certificato presenta in occasione del rinnovo della ricertificazione. La dichiarazione rilasciata dal datore di lavoro che attesta la continuità lavorativa per i livelli 1 e 2, deve essere controfirmata da un livello 3 che ha il compito di accertare l'effettiva continuità di lavoro del candidato e la presenza di eventuali reclami.

Conformemente alle regole previste nella norma, gli esami di qualificazione sono così articolati:

• una prova scritta generale con trenta domande a risposta multipla, per verificare il possesso delle conoscenze generali riguardanti i principi base di elettrotecnica, i fenomeni di corrosione dei metalli, i rivestimenti, la protezione catodica, gli aspetti normativi e di sicurezza applicabile alla protezione catodica;
• una prova scritta specifica settoriale con venti domande a risposta multipla, per verificare il possesso delle conoscenze specifiche attinenti, le apparecchiature e dispositivi, le misurazioni, le interferenze elettriche, le verifiche e controlli dei sistemi di protezione;
• una prova pratica settoriale.

Una generica reazione di corrosione a umido per un materiale metallico M può essere schematizzata in questo modo
M + ambiente aggressivo → prodotti di corrosione di M
Ad esempio per il ferro in un elettrolita nel quale è disciolto ossigeno,
ferro + ossigeno + acqua → prodotti di corrosione
La reazione procede con un meccanismo elettrochimico in cui sono coinvolti gli elettroni del materiale metallico ed è la somma di due processi elettrodici complementari:

• un processo anodico di ossidazione del materiale metallico, che rende disponibili elettroni nella fase metallica;
• un processo catodico che utilizza tali elettroni.

Poiché deve essere mantenuta l’elettroneutralità, le due reazioni devono prodursi simultaneamente e con la stessa velocità.

La presenza di due materiali a diversa nobiltà può dar luogo a corrosione per contatto galvanico. Il materiale meno nobile, cioè quello che nell’ambiente ha un potenziale più elettronegativo, assume un comportamento anodico e si corrode con velocità maggiore di quella in assenza di contatto elettrico con il materiale più nobile, che assume un comportamento catodico prevalente.
I fenomeni di accoppiamento galvanico sono favoriti da:

• elevata differenza di nobiltà pratica
• aree anodiche piccole e aree catodiche grandi
• ambienti dotati di conducibilità elettrica elevata.

Quindi nell’esempio la corrosione per contatto galvanico è favorita in ambienti di bassa resistività (elevata conducibilità).

Si definisce interferenza l'alterazione del campo elettrico provocato dalla presenza di strutture estranee, siano esse metalliche o isolanti o relative all'ambiente. Si distinguono due situazioni:

• interferenza stazionaria (si verifica ad esempio quando la struttura si trova immersa in un campo elettrico stazionario, generato da un dispersore di un impianto di protezione catodica)
• interferenza non stazionaria, come nel caso tipico delle correnti vaganti, disperse dai sistemi di trazione a corrente continua (treni, tram e metropolitane); gli effetti di interferenza, e quindi di corrosione, si manifestano solo durante il passaggio del treno.

In entrambi i casi, le zone anodiche, dove avviene la dissoluzione del metallo (e quindi la corrosione) sono localizzate dove la corrente esce dal metallo verso l’elettrolita (terreno).

L'ossidazione di un metallo (corrosione) avviene solo se il metallo si trova a un potenziale più elevato di quello di equilibrio: il lavoro motore disponibile per il prodursi del processo anodico, è dato dalla differenza tra il potenziale di corrosione, E_corr, e quello di equilibrio, E_eq, del metallo. Per rallentare la velocità di corrosione del metallo si può agire riducendo il lavoro motore, quindi abbassando il potenziale del metallo fino a portarlo in condizioni di immunità (al di sotto del potenziale di equilibrio) o di quasi immunità (in prossimità dello stesso potenziale). Questo è il principio della protezione catodica di un materiale attivo come l’acciaio al carbonio nei terreni.

La corrente elettrica è costituita da un flusso di carica nell’istante di tempo. Nei conduttori (ad esempio materiali metallici) la corrente è trasportata esclusivamente dagli elettroni liberi, per cui si parla di conduzione elettronica. Gli ioni (positivi o negativi ) sono responsabili della conduzione di corrente negli elettroliti (acqua, terreno, calcestruzzo,…); in questi ambienti si parla di conduzione ionica.

Se si applica la prima legge di Ohm a due o più resistenze in serie, la corrente circolante è la stessa e la tensione totale è data dalla somma delle tensioni a cavallo delle resistenze; si ottiene:
U = U1 + U2 + U3 = R1I + R2I + R3I
Quindi R_t = R₁ + R₂ + R₃ = Σ_nRn
Applicando la legge di Ohm a due (o più) resistenze in parallelo, la corrente totale è la somma delle correnti circolanti attraverso le resistenze e la tensione ai capi delle resistenze è la stessa; si ottiene:
I= I1 + I2 + I3 = U/R1 + U/R2 + U/R3 = U (1/R1+1/R2+1/R3) quindi


Nel caso in esame, la resistenza totale equivalente alle resistenze in parallelo (R_{t, parallelo}) è:

Sommando a questo valore in valore della resistenza R1, si ottiene una resistenza totale di 8 Ω

I diodi sono dispositivi che consentono il passaggio di corrente nella direzione diretta impedendola nella direzione inversa. Quando la tensione in c.a. tra i punti A e C è positiva, i rami AB e CD funzionano come un corto circuito mentre i rami BC e AD si comportano come un interruttore aperto, quindi la tensione tra i punti B e D è positiva e in valore assoluto uguale alla tensione in c.a. Quando la tensione c.a. tra i punti A e C è negativa, i rami BC e AD funzionano come un corto circuito mentre i rami AB e CD si comportano come un interruttore aperto, quindi la tensione tra B e D è positiva e uguale alla tensione in c.a.

Il potenziale di un elettrodo metallico in un elettrolita può essere misurato solamente per combinazione con una seconda semipila di f.e.m. nota. L’elettrodo di riferimento (o semipila), al quale è stato attribuito convenzionalmente il potenziale standard pari a zero, è l’elettrodo all’idrogeno (SHE), il quale non è adatto per le misurazioni in campo. Per tale motivo, sono stati preferiti altri tipi d’elettrodi di riferimento di facile reperibilità, costruzione e impiego, facilmente riproducibili e con caratteristiche fisiche molto stabili. L’elettrodo di riferimento impiegato nei terreni è l’elettrodo al rame-solfato di rame saturo (Cu-CuSO4).
La misura di potenziale di una struttura metallica nel terreno deve essere effettuata collegandola al polo positivo (morsetto rosso) del voltmetro, mentre l’elettrodo di riferimento deve essere collegato al polo negativo/comune (morsetto nero).
Nel caso in esame, i collegamenti sono stati fatti invertendo le polarità, quindi il potenziale della struttura rispetto all’elettrodo di riferimento vale - 450 mV.

La norma non è obbligatoria ed equivale al concetto di “regola dell’arte” previsto dal Codice Civile. Lo stato dell’arte trova una sua definizione nella norma UNI CEI EN 45020 secondo cui esso è lo “stadio dello sviluppo, raggiunto in un determinato momento, dalle capacità tecniche relative a prodotti, processi e servizi basato su pertinenti scoperte scientifiche tecnologiche e sperimentali”. L’aspetto della volontarietà permette di distinguere le “norme tecniche” dalle “regole tecniche”, poiché queste ultime, al pari delle norme tecniche, sono specifiche che definiscono le caratteristiche e/o i requisiti tecnici di prodotti, processi o servizi, ma hanno natura obbligatoria, essendo contenute o citate come obbligo in atti (leggi, decreti, ecc.) emanati da un’autorità avente potere legislativo o regolamentare (Parlamento, Governo, Regioni, Comuni).

Nell’ambito delle misurazioni nella protezione catodica la norma europea, che ha sostituito le norme UNI, indica i metodi di misurazione da utilizzare nell’accertamento dell’efficacia della protezione catodica ed i parametri da controllare e le misurazioni da effettuare (potenziale, gradiente di potenziale, corrente e resistenza) per assicurare il corretto funzionamento degli impianti e la loro efficacia sull'intera struttura.
Le tecniche di misurazione descritte sono riferite alle condotte, ma possono essere applicate ad altri tipi di strutture interrate o immerse, escluse quelle in mare aperto.

• UNI EN 13509:2004 Tecniche di misurazioni nella protezione catodica
• UNI 10405:1995 Localizzazione del tracciato, di falle nel rivestimento e di contatto con strutture estranee

CEN, (European Committee for Standardization), è uno degli enti di normazione più importanti a livello europeo insieme a CENELEC, (European Committee for Electrotechnical Standardization) per il settore elettrico ed elettronico. Ai due organismi aderiscono gli enti di normazione dei paesi membri della CE (UNI e CEI per l'Italia). ISO, (International Organization for Standardization) si occupa dell’attività normativa in tutti i settori ad eccezione di quelli elettrico ed elettronico, che fanno capo all’IEC, (International Electrotechnical Commission).

Le principali sigle che caratterizzano le norme sono:

• UNI o CEI, contraddistingue tutte le norme nazionali italiane e, nel caso sia l’unica sigla presente, significa che la norma è stata elaborata direttamente dalle commissioni UNI ed enti federati o dal CEI.
• EN, identifica le norme elaborate dal CEN o dal CENELEC. Le norme EN devono essere obbligatoriamente recepite dai Paesi membri del CEN e la loro sigla di riferimento diventa, nel caso dell’Italia UNI EN o CEI EN.
• ISO o IEC, individua le norme elaborate dall’ISO o dall’IEC. Queste norme sono un riferimento applicabile in tutto il mondo. Ogni Paese può decidere se rafforzare ulteriormente il ruolo adottandole come proprie norme nazionali, nel qual 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.

Toccando un elemento metallico in tensione (parte attiva) si stabilisce una d.d.p. tra i due punti di contatto (mano e piedi) e può fluire una corrente attraverso il corpo umano (contatto diretto). Elementi metallici non intenzionalmente in tensione possono accidentalmente andare in tensione in seguito ad un guasto verso terra (contatto indiretto).

Lo scopo delle protezioni è quello di proteggere l’impianto da sovracorrenti, che superano il valore nominale (portata). Una sovracorrente può essere determinata da un sovraccarico o da un cortocircuito.
Fusibile: l’operazione di interruzione del circuito viene svolta mediante la fusione dell’elemento fusibile quando viene raggiunta la temperatura di fusione Interruttore magnotermico: viene utilizzato sia come dispositivo di manovra che come sistema di protezione dalle sovracorrenti. Gli interruttori automatici incorporano dei dispositivi (detti sganciatori) che azionano il meccanismo di sgancio e quindi l’apertura dei contatti quando la corrente del circuito su cui sono posti supera un valore prefissato. La protezione dai cortocircuiti è realizzata mediante l’uso di un elettromagnete mentre quella dai sovraccarichi è ottenuta impiegando un elemento termico detto bimetallo (o bilama). Assicura un’efficace protezione dai contatti indiretti e anche per la protezione addizionale dai contatti diretti. Ha un tempo di intervento relativamente lungo e quindi per garantire la sicurezza umana deve essere associato a un interruttore differenziale.
Interruttore differenziale: dispositivo sensibile alla somma algebrica delle correnti nella sezione dell’impianto in cui viene inserito e quindi rileva la corrente che, in conseguenza di un guasto a terra, si richiude attraverso il terreno e non attraverso l’impianto.

Le parti metalliche normalmente non in tensione dell’impianto elettrico devono essere collegate all’impianto di messa a terra, per impedire contatti indiretti.

Laddove è presente un potenziale rischio è obbligatorio affiggere dei cartelli: all’ingresso di un locale, in prossimità di un macchinario. Nel caso specifico, all’interno delle custodie degli impianti di protezione catodica alimentati in c.a., deve essere esposta una tabella con le istruzioni relative ai soccorsi da prestare ai colpiti da corrente elettrica, oltre a un segnale di divieto di eseguire lavori su elementi in tensione dell’impianto. All’esterno delle custodie invece si deve segnalare il divieto dell’utilizzo di acqua per lo spegnimento di incendi oltre ovviamente ad avvertire della presenza di tensione elettrica.

Un metodo efficace e risolutivo per eliminare gli effetti dell’interferenza è il drenaggio. Esso consiste nel collegamento metallico tra struttura interferita e il binario alla sottostazione di alimentazione dove il binario è sempre negativo. Per evitare pericolose inversioni della corrente, quando ad esempio sono disattivate momentaneamente alcune sottostazioni, si impiega il drenaggio polarizzato, cioè un diodo.
I drenaggi unidirezionali devono avere le caratteristiche previste da UNI 10428 “Protezione catodica di condutture metalliche interrate. Impianti di drenaggio unidirezionale”. Si può fare riferimento anche alla norma UNI 11094 “Impianti per la riduzione delle interferenze da linee di trazione a corrente continua”

La PC a corrente impressa utilizza un generatore di forza elettromotrice, il cui polo positivo è collegato a un opportuno dispersore di corrente, in genere costituito da anodi insolubili (per esempio titanio attivato) mentre il polo negativo è collegato alla struttura da proteggere. I sistemi a corrente impressa sono necessari negli ambienti resistivi, come i terreni e il calcestruzzo e sono preferiti per la protezione di strutture estese, quando è richiesto un limitato numero di anodi.

Si tratta di un tipico caso di interferenza stazionaria, che accade quando una struttura metallica si trova immersa in un campo elettrico costante; in questo caso l’impianto di protezione catodica può provocare comunque effetti di interferenza su altre strutture metalliche. Gli effetti dell’interferenza sono tanto più elevati quanto più la struttura estranea (non protetta) è vicina al dispersore.

La norma UNI EN 13509 descrive gli strumenti di misura da utilizzare per la misurazione del potenziale. I voltmetri in corrente continua sono di due tipi:

• analogici: l’errore si esprime come percentuale del valore di fondo scala (per uno strumento di classe 1,5 l’errore massimo su una scala di 10 V è di 150 mV)
• digitali: l’errore è espresso come percentuale della lettura, aumentata di un’unità (per uno strumento con precisione dell’1%, l’errore massimo su una lettura 1000 V è di 10 V).

Di seguito sono riportati i principali requisiti per un rivestimento di tubazione interrata. Caratteristiche meccaniche: aderenza, resistenza all'urto, resistenza all'impronta, resistenza alla compressione, piegabilità, allungamento, resistenza a trazione, resistenza alle sollecitazioni del terreno. Caratteristiche elettriche: resistenza di isolamento, resistività del rivestimento, resistenza al distacco catodico.
Caratteristiche fisiche e chimiche: impermeabilità all'acqua, all'ossigeno e al vapore d'acqua, inerzia chimica, resistenza ai microorganismi, comportamento al calore, invecchiamento termico, stabilità alla radiazione solare.

Se il potenziale del metallo è portato al di sotto di quello di equilibrio (E < E_eq) il processo di ossidazione del metallo (cioè il processo anodico) non può avvenire. Queste condizioni sono dette di immunità termodinamica. Se il potenziale si trova nell’intervallo tra E_eq e E_corr la velocità di corrosione è diminuita ma non annullata. Queste condizioni sono dette di quasi immunità.
Il potenziale di protezione per ciascun materiale metallico è ottenuto, in pratica, con una procedura sperimentale che determina a quale potenziale si ottiene una velocità di corrosione accettabile dal punto di vista ingegneristico; nei terreni questo valore per l’acciaio al carbonio è di -850 mV rispetto all’elettrodo Cu-CuSO₄ saturo in condizioni normali, di -950 mV rispetto allo stesso elettrodo in condizioni anaerobiche.

Il potenziale-on, E_on, contiene un contributo di caduta ohmica che rende difficile la deduzione del potenziale vero. Per eliminare il contributo di caduta ohmica dovuto alla corrente di protezione (ed in assenza di correnti disperse) è possibile utilizzare la tecnica on-off, che si basa sul seguente fatto sperimentale: se si interrompe la corrente, il contributo di caduta ohmica si annulla in un tempo molto breve, dell’ordine di 10_-6 secondi.
Altre tecniche sono disponibili nei casi in cui la misurazione del potenziale off non sia adeguata: si veda la normativa UNI EN 13509.

In presenza di un potenziale di rotaia positivo, la struttura interferita presente nelle vicinanze riceve corrente dal terreno: quindi la corrente entra nella tubazione nel punto 5 e percorre il percorso 4-3.

Per accertare il regolare funzionamento degli impianti di protezione catodica a corrente impressa devono essere eseguiti alcuni controlli, tra questi:

• la corrente erogata;
• il potenziale on in prossimità del punto di alimentazione;
• l’efficienza di dispositivi di protezione dell’alimentatore;
• l’efficienza dei dispositivi di regolazione automatica dell’alimentatore, se presenti.

Nel caso in esame l’alimentatore dovrebbe funzionare imponendo che il potenziale della struttura sia non superiore al valore impostato. È possibile che, in assenza di connessione del circuito di misura l’alimentatore imponga la corrente massima. Non è possibile che manchi la connessione alla struttura o al dispersore, in questo caso l’amperometro da quadro indicherebbe una corrente erogata nulla.

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 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.