یکی ازمشکلاتی که دارندگان استخر با آن مواجه هستند، خوردگی و پوسیدگی در تاسیسات استخر است. در این مطلب قصد داریم دباره تاثیر حفاظت کاتدی، علل خوردگی الکتروشیمیایی در فلزات علی الخصوص استخرها، نقش آند و کاتد در الکترولیت ها و راه های جلوگیری از خوردگی و پوسیدگی در تاسیسات استخر را بررسی نماییم.
در تاسیسات فلزی استخر، خوردگی چیست؟
به طور کلی خوردگی در فلزات و تاسیسات فلزی استخر به دلیل جابجایی الکترون‌ها از یک فلز به فلز دیگر انجام می‌شـود. همانطـــور که می‌دانید تمام فلزات استخر از طریق آب استخر با یکدیگر ارتباط الکتریکی دارند.
آب استخر به دلیل دارا بودن نمک‌های کلسیم و سدیم، یک الکترولیت مناسب و رسانا است و مسیری برای جابجایی الکترون‌ها است.
می‌توان گفت که خوردگی در فلزات و تاسیسات استخرهای آب شور به دلیل بالاتر بودن غلظت نمک در آب، بیشتر است.
بهترین روش محافظت در برابر خوردگی فلزات که در تماس با مایعات الکترولیتی نظیر آب نمک هستند، روش حفاظت کاتدیک است.
آند و کاتد چیست؟
همانطور که می‌دانید، هنگامی که دو فلز با دو جنس متفاوت در یک مایع الکترولیت قرار می‌گیرند، جریان از سمت فلزی که تمایل بالاتری برای ارسال الکترون دارد به سمت فلز دیگر، برقرار می‌شود. در این حالت، فلزی که از آن الکترون خارج می‌شود، آند نام دارد و فلزی که الکترون دریافت می‌کند، نقش کاتد را دارد.
حفاظت کاتدی چیست؟
حفاظت کاتدی فرآیند پیچیده‌ای نیست و تنها یک فرایند الکتروشیمیایی برای جلوگیری از خوردگی است و هدف آن جلوگیری از ایجاد جریان از فلزات در حال حفاظت به فلزات دیگر است.
در حقیقت با اعمال این روش، تمام فلزاتی که در حال خورده شدن هستند و نقش آند را باز می‌کنند، به یک کاتد تبدیل می‌شوند. جریان از یک آند از پیش تعیین شده، وارد الکترولیت می‌شود و بر روی فلزات دیگر تخلیه و مانع خوردگی آنها می‌شود.
تاریخچه و کاربرد سیستم حفاظت کاتدی
سیستم محافظت کاتدی، به طور گسترده برای کنترل خوردگی در سازه‌ها و تاسیسات فلزی در خاک، آب دریا، آب شیرین و استخرها کاربرد دارد. همچنین محیط‌های شیمیایی مانند لوله‌های فولادی، کابل‌ها، پایه‌های فولادی، کشتی‌ها، مخازن، کولرها و .. استفاده می‌شود.
در این قسمت به طور خلاصه به تاریخچه توسعه و کاربرد حفاظت کاتدیک، می پردازیم.
این روش از اوایل سال 1823 برای حفاظت از فلزات در الکترولیت اعمال شد. در سال 1834 مایکل فارادی پایه و اساس اصل حافظت کاتدی را بنا نهاد. سال 1890 ادیسون پیشنهاد عبور جریان برای محافظت از کشتی ها را داد. سال 1905 ایالات متحده آمریکا از اصل برای محافظت از دیگ بخار استفاده کرد. در سال 1913، به نام حفاظت الکتروشیمیایی شناخته شد. سال 1924، از شبکه های لوله های زیرزمینی امکان پذیر شد. این سیستم در سال 1973 با موفقیت در حفاظت از بتن اعمال شد
انواع مختلف حفاظت کاتدی
دو نوع حفاظت کاتدی وجود دارد. در ادامه با هر کدام از آنها بیشتر آشنا می‌شویم.
آند گالوانیکی و یا آند قربانی (Sacrificial Anode)
حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر
نحوه عملکرد انواع حفاظت کاتدی و مراحل آن
در نوع آند گالوانیکی و یا آند قربانی، ابتدا یک فلز که دارای ظرفیت الکترونی بالاتری نسبت به تمام فلزات داخل الکترولیت هست، داخل الکترولیت قرار می‌گیرد و باعث می‌شود تمام فلزات دیگر نقش کاتد را بازی را کنند. سپس تمامی کاتدها و همچنین آند قرار گرفته در الکترولیت، خارج از الکترولیت، هم پتانسیل می‌شوند. جریان از آند تعبیه شده به تمامی کاتدها برقرار می‌شود؛ تنها در آند گالوانیکی یا قربانی خوردگی ایجاد می‌شود و از بقیه فلزات در مقابل خوردگی محافظت می‌شود.
در نوع سیستم حفاظت کاتدی جریان تحت تاثیر، نیازی نیست فلز جدیدی در داخل الکترولیت قرار گیرد و صرفا با اعمال ولتاژ و ایجاد اختلاف پتانسیل بین فلزات به گونه‌ای که خوردگی صرفا روی فلز مورد نظر ایجاد شود، از دیگر فلزات محافظت می‌شود. بدین ترتیب یک جریان خارجی بر روی سطح فلزی که در حال خورده شدن بوده است، ایجاد و به آن را به کاتد تبدیل می‌کند؛ در حقیقت مهاجرت الکترون از فلز مربوطه، مهار شده و از خوردگی آن جلوگیری می‌شود.
روشی که دستگاه اسمارت پول برای محافظت از خوردگی در تاسیسات استخر استفاده می نماید، حفاظت گالوانیک یا آند قربانی است.
مزایای حفاظت کاتدی اسمارت پول
مزیت روش حفاظت گالوانیک یا حفاظت کاتدی با آند قربانی عدم نیاز به یک منبع ولتاژ ثانویه است و تنها ایراد این روش نیاز به تعویض فلز آند پس از ایجاد خوردگی در آن است، که البته هزینه بسیار ناچیزی دارد.
چه زمانی باید از حفاظت کاتدی استفاده کرد؟
هرگاه که دو فلــز از دو جنس متفاوت درون یک الکترولیت قرار گیرند، از فلز با ظرفیــت الکترونی بالاتــر، جریان به سمت دیگر فلزات ایجاد می گردد و به تدریج در فلزی که از آن جریان خارج می شود، خوردگی ایجاد می گردد. در این زمان می توان از طریق سیستم حفاظت کاتدی از فلز در حال خورده شدن محافظت به عمل آید.
نکات مهم در استفاده از حفاظت کاتدی
اگر تصمیم به استفاده از آند سکریفیشیال یا آند قربانی اسمارت پول را دارید، مهم است که وضعیت فلز داخل آند گالوانیک را به طور متناوب بررسی نمایید و در صورت شکستگی یا تخریب، آن را تعویض کنید. علاوه بر آن مهم است که اتصال الکتریکی آند قربانی با تمامی فلزات که با آب استخر در تماس هستند، همیشه برقرار باشد.
سخن آخر
در این مقاله از سایت، با اینکه حفاظت کاتدی چیست و چه تاثیری روی عدم خوردگی تاسیسات استخر دارد آشنا شده‌اید.در طراحی دستگاه کلرزن نمکی اسمارت پول توجه ویژه‌ای به مقوله حفاظت کاتدی و آند قربانی شده است تا استفاده از این دستگاه، باعث ایجاد هیچگونه آسیبی به سیستم تاسیسات نگردد.
سوالات متداول
- حفاظت کاتدی چگونه مانع از خوردگی می شود؟
سیستم حافظت کاتدی، یک سیستم الکتریکی با ولتاژ خارجی صفر است که با قرار دادن یک فلز خاص به عنوان آند در الکترولیت مشترک، باعث ایجاد یک جریان الکتریکی به سمت دیگر فلزات در آن الکترولیت می گردد و از خوردگی آنها جلوگیری می نماید.
- چه سازه هایی به حفاظت کاتدی نیاز دارند؟
به طور کلی هرگاه فلزات متفاوتی در داخل یک محلول رسانا مانند آب قرار گیرند، نیاز است تا از خوردگی آنها محافظت به عمل آید و بهترین و کارامد ترین روش، استفاده از حفاظت کاتدی است.