Τεχνικά Θέματα
Διάβρωση και Ηλεκτρόλυση
29/06/10


Συγγραφέας : Μάνος Κουμιώτης
Εμφανίσεις   : 10758

Ηλεκτρόλυση, διάβρωση και ανόδεια είναι όροι σχεδόν συνώνυμοι με τα σκάφη αναψυχής και τις συζητήσεις που τα περιβάλουν. Ας ρίξουμε λίγο φως
στην περίεργη σχέση όλων αυτών με το ηλεκτρικό ρεύμα και τους τρόπους που θα μας εξασφαλίσουν ασφάλεια και ησυχία.
 
Σταθμός στην ιστορία της ναυπηγικής τέχνης ήταν η καθέλκυση του Vendenesse, του πρώτου σκάφους από αλουμίνιο, ολικού μήκους 17,40 μέτρων, στις 6 Φεβρουαρίου του 1893! Το τέλος αυτού του σκάφους ήρθε απρόσμενα γρήγορα από διάβρωση του μετάλλου, ή «ηλεκτρόλυση» όπως θα λέγαμε σήμερα. Τότε, θεωρήθηκε ότι το αλουμίνιο ως υλικό κατασκευής δεν ήταν η καλύτερη επιλογή. Στη συνέχεια έγινε κατανοητό ότι ο λόγος για τον οποίο καταστράφηκε ήταν άλλος, απλός στην εξήγησή του για τα σημερινά δεδομένα και αποκαλύπτοντας ότι η διάβρωση των μεταλλικών τμημάτων ενός σκάφους λόγω ηλεκτρόλυσης είναι ένα παλιό πρόβλημα. Το Vendenesse ήταν πλαγιοδετημένο πάνω σε ένα μεγαλύτερο, ξύλινο σκάφος, που είχε στην γάστρα του επένδυση χαλκού, όπως άλλωστε συνηθιζόταν εκείνη την εποχή. Η κοντινή παρουσία των δύο διαφορετικών υλικών μέσα στη θάλασσα είχε ως αποτέλεσμα μέσα σε τρεις μήνες η διάβρωση να προχωρήσει σε επικίνδυνο βαθμό!
 
Κατανοώντας το πρόβλημα
Το ζήτημα της διάβρωσης των μεταλλικών τμημάτων ενός σκάφους εξακολουθεί σήμερα να είναι από τα συχνότερα θέματα συζήτησης μεταξύ των ιδιοκτητών τους. Στην ουσία όμως πρόκειται για δύο ξεχωριστά προβλήματα, τα οποία όμως τα αντιμετωπίζουμε λανθασμένα ως ένα. Αναφερόμαστε στην γαλβανική διάβρωση και την ηλεκτρόλυση. Στο μόλο, οι περισσότεροι συνηθίζουν να μιλούν για ηλεκτρόλυση, χωρίς να αντιλαμβάνονται ότι στην ουσία αναφέρονται στη διάβρωση. Αυτό δεν είναι πρόβλημα βέβαια αν κανείς γνωρίζει τι ακριβώς συμβαίνει και πως αυτό αντιμετωπίζεται. Ας προσπαθήσουμε να κατανοήσουμε λίγο τα δύο αυτά ηλεκτροχημικά φαινόμενα, χωρίς όμως να εισέλθουμε σε αυστηρά επιστημονικά δεδομένα.
 
Γαλβανική διάβρωση
Η γαλβανική διάβρωση εμφανίζεται ως ηλεκτρική τάση που προκαλείται όταν δύο ανόμοια μέταλλα βρεθούν μέσα σε έναν ηλεκτρολύτη (υγρό με αγώγιμες ιδιότητες όπως το θαλασσινό νερό). Είναι φυσικό φαινόμενο που οφείλεται στη διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ διαφορετικών μετάλλων. Αυτή έχει ως αποτέλεσμα την διάβρωση του ενός εκ των δύο μετάλλων έναντι του δεύτερου ώστε να εξισορροπηθεί τελικά η μεταξύ τους διαφορά δυναμικού. Το πιο εκ των δύο μετάλλων θα διαβρωθεί έναντι του δεύτερου εξαρτάται από τη σχετική μεταξύ τους θέση στο πίνακα ηλεκτροθετικότητας. Η διαδικασία αυτή, που δημιουργεί ηλεκτρικό ρεύμα, αξιοποιήθηκε μετά την ανακάλυψη της και αποτελεί τη βασική αρχή της λειτουργίας των μπαταριών.
 
Ηλεκτρόλυση
Αντίθετα, η ηλεκτρόλυση είναι η διάσπαση μιας ουσίας στα στοιχεία που την αποτελούν με τη βοήθεια ηλεκτρικού ρεύματος. Ως φαινόμενο, προκειμένου να δημιουργηθεί απαιτείται να υπάρχει εξωτερική πηγή, η οποία να προσφέρει ρεύμα στο σύστημα. Για να εξηγήσουμε πως λειτουργεί πρέπει να αντιληφθούμε ότι υπάρχουν χημικές ενώσεις, οι οποίες όταν βρεθούν μέσα σε διάλυμα ηλεκτρολύτη, διασπώνται σε θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Έτσι όταν συνδέσουμε με μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος δύο ηλεκτρόδια μέσα στον ηλεκτρολύτη, τα θετικά φορτισμένα σωματίδια θα τα έλξει το αρνητικό ηλεκτρόδιο (κάθοδος), ενώ τα αρνητικά φορτισμένα το θετικό ηλεκτρόδιο (άνοδος). Έτσι με το φαινόμενο της ηλεκτρόλυσης είναι δυνατόν να διασπαστεί μια ένωση στα στοιχεία που περιέχει, μια και τα ιόντα χάνουν το φορτίο τους στα ηλεκτρόδια και μετατρέπονται συνήθως σε ουδέτερα άτομα. Η ηλεκτρόλυση βρίσκει πρακτική εφαρμογή στην εξαγωγή καθαρών μετάλλων από τα μεταλλεύματα τους αλλά και για τον "γαλβανισμό" υλικών (δηλαδή την επίστρωση - κάλυψη τους από άλλα υλικά). Εάν λοιπόν θελήσουμε να συνοψίσουμε, η γαλβανική διάβρωση δημιουργεί ρεύμα, ενώ η ηλεκτρόλυση χρειάζεται ρεύμα. Είναι και οι δύο ηλεκτροχημικές αντιδράσεις με διαφορετικά χαρακτηριστικά.
 
Πρακτικά
Η παραπάνω απλή διαπίστωση μας δίνει ένα στίγμα για το που πρόκειται να έχουμε πρόβλημα πάνω σε ένα σκάφος. Όλα τα μεταλλικά αντικείμενα πάνω σε ένα σκάφος, τα οποία συνδέονται μέσο του νερού, (ακόμα και εάν είναι πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας λόγω της υγρασίας) μπορούν να παρουσιάσουν γαλβανική διάβρωση. Κάθε μέταλλο έχει διαφορετικό βαθμό ηλεκτροθετικότητας και έτσι όταν δύο ή περισσότερα μεταλλικά αντικείμενα βρεθούν μέσα στο θαλασσινό νερό που δρα ως ηλεκτρολύτης, θα δημιουργηθεί διαφορά δυναμικού με μορφή ηλεκτρικής τάσης με τέτοιο τρόπο ώστε κάθε μέταλλο να λάβει ρόλο ηλεκτροδίου. Ένα από αυτά θα λειτουργήσει ως άνοδος ενώ το δεύτερο ως κάθοδος. Ποιο ρόλο θα παίξει το καθένα ώστε να έχουμε διάσπαση και όχι εναπόθεση ιόντων πάνω του, ρυθμίζει η σχετική τους θέση στον πίνακα ηλεκτροθετικότητας. Πως αντιμετωπίζουμε όμως το φαινόμενο το οποίο μπορεί να οδηγήσει μέχρι και στη βύθιση σκάφους με την διάβρωση και πιθανή καταστροφή τμημάτων του όπως through hull fittings, βάνες ή ακόμη και ολόκληρης της γάστρας στα μεταλλικά σκάφη;
 
Αντιμετώπιση
Η απάντηση στο παραπάνω ερώτημα έρχεται με την κατανόηση και εκμετάλλευση του φυσικού φαινομένου. Εφόσον η γαλβανική διάβρωση είναι φυσικό φαινόμενο για το οποίο δεν υπάρχει τρόπος απόλυτης εξουδετέρωσης, καλύτερα να το εκμεταλλευτούμε και να αποφασίσουμε εμείς πιο μεταλλικό αντικείμενο του σκάφους μας θα διαβρωθεί αφήνοντας ανεπηρέαστα τα υπόλοιπα. Αυτό γίνεται ευκολότερο εάν συνδέσουμε μεταξύ τους όλα τα μεταλλικά τμήματα του σκάφους και στη συνέχεια, φροντίσουμε για την σύνδεση τους με ένα ανόδιο που συνηθέστερα για το θαλασσινό νερό είναι από ψευδάργυρο (ενώ για το γλυκό νερό λιμνών ή πλωτών ποταμών που έχει διαφορετική αγωγιμότητα είναι συνηθέστερα από μαγνήσιο). Συνήθως στα περισσότερα σκάφη ήδη όλα τους τα βρεχόμενα μεταλλικά μέρη συμπεριλαμβανομένων της αρματωσιάς και του κινητήρα θα είναι ήδη συνδεδεμένα, δηλαδή γειωμένα. Αυτό δεν γίνεται μόνο για την προστασία τους από την γαλβανική διάβρωση καθώς όσο μεγαλύτερη είναι η επιφάνεια των μετάλλων που βρίσκονται μέσα στον ηλεκτρολύτη τόσο μικραίνει η αποτελεσματικότητα της διάβρωσης, αλλά και για την προστασία του πληρώματος από ηλεκτροπληξία και του σκάφους από πυρκαγιά σε περίπτωση που αυτό χτυπηθεί από κεραυνό. Καθώς ο ψευδάργυρος είναι από τα ηλεκτροθετικότερα μέταλλα, είναι αυτός που θα διαβρωθεί πρώτος έναντι των άλλων μεταλλικών τμημάτων του σκάφους μας. Ουσιαστικά, θυσιάζεται υπέρ της αντοχής από διάβρωση των υπόλοιπων βρεχάμενων μεταλλικών τμημάτων του σκάφους μας. Καθώς διαβρώνεται λόγω της διαφοράς δυναμικού μεταξύ των υπολοίπων μεταλλικών τμημάτων του σκάφους, ιόντα του ψευδαργύρου επικάθονται δημιουργώντας πατίνα πάνω στις επιφάνειες των υπολοίπων μεταλλικών τμημάτων. Εάν δεν υπάρχουν ειδικοί λόγοι (για τους οποίους θα μιλήσουμε στην συνέχεια) η δυναμική ισορροπία που δημιουργούμε με την τοποθέτηση του ανοδίου θα προστατεύσει το σκάφος μας με τη σταδιακή του διάβρωση για ένα με δύο χρόνια οπότε και θα πρέπει να αντικατασταθεί. Το ανόδιο συνήθως παίρνει τη μορφή βολβού στη γάστρα ή κώνου στον άξονα της προπέλας του σκάφους ή και τα δύο μαζί. Επίσης για τον ίδιο λόγο και οι περισσότεροι κινητήρες (τόσο οι εξωλέμβιοι όσο και οι εσωλέμβιοι) φέρουν ανόδιο προστασίας.
 
Αλήθεια χρειαζόμαστε ανόδια;
Σε μια ιδανική κατάσταση τα ανόδια δεν θα ήταν απαραίτητα στο μέσο όρο των σκαφών καθώς τα μεταλλικά βρεχόμενα τμήματα τους είναι λίγα και η διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ τους απειροελάχιστη ώστε να προκαλέσει πραγματικά ζημιά. Η τοποθέτηση τους μέχρι πριν λίγες δεκαετίες γινόταν μόνο για να λειτουργήσουν αυτά ως προειδοποίηση ότι κάτι δεν πάει καλά με το ηλεκτρικό τους κύκλωμα και πως εξαιτίας ενός πιθανού βραχυκυκλώματος στο ηλεκτρικό τους κύκλωμα, παρουσιαζόταν ηλεκτρόλυση και όχι ουσιαστικά γαλβανική διάβρωση. Τα πράγματα όμως έχουν αλλάξει τα τελευταία χρόνια. Αφενός λόγω του γεγονότος ότι πολλά σκάφη βρίσκονται σε κοντινές μεταξύ τους αποστάσεις (ιδιαίτερα στις μαρίνες έναντι αρόδου παλαιότερα) και έτσι εκτός από την διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ των ανόμοιων μεταλλικών τμημάτων ενός σκάφους έχουμε πλέον και αυτή που προκαλούν τα αντίστοιχα των κοντινών σκαφών. Αφετέρου λόγω του γεγονότος ότι τα σκάφη παραείναι πλέον φορτωμένα με ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές που συχνότερα από ότι νομίζουμε παρουσιάζουν μικρό-διαρροές ρεύματος που μας επιστρέφει στο ζήτημα της ηλεκτρόλυσης. Το σημαντικότερο όμως πρόβλημα πηγάζει από την χρήση ηλεκτρικού ρεύματος από την ξηρά.
 
Περιπλοκές
Τα πράγματα στη ζωή σπάνια είναι απλά ώστε να αντιμετωπιστούν με ευκολία και έτσι υπάρχουν μερικές λεπτομέρειες που προστίθενται στο παζλ δυσκολεύοντας τη προστασία από τη διάβρωση. Το μεγαλύτερο πρόβλημα παρουσιάζεται στις μαρίνες που διαθέτουν στο μόλο τους παροχές ηλεκτρικού ρεύματος από τις οποίες τροφοδοτούνται για διάφορες χρήσεις τα σκάφη. Το αρχικό πρόβλημα που αντιμετωπίζει το σκάφος μας είναι στη διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού με τον ίδιο τον μόλο που επιταχύνει την διάβρωση των ανοδείων αλλά και στο γεγονός ότι πολλά «σκουπίδια» του βυθού είναι μεταλλικά αντικείμενα (είναι γνωστό για παράδειγμα ότι στο Μικρολίμανο δεκάδες παλαιές μπαταρίες έχουν «κατά λάθος» πέσει στο βυθό). Το χειρότερο όμως αφορά στη χρήση του ηλεκτρικού ρεύματος από οποιοδήποτε κοντινό μας σκάφος. Ας εξηγήσουμε γιατί. Για να είναι ασφαλής η χρήση του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος που παίρνουμε από το μόλο, το σκάφος μας πρέπει να διαθέτει το αντίστοιχο σύστημα διανομής που αποτελείται από τρία καλώδια. Φάση, ουδέτερο και γείωση. Για να προφυλάξουμε τις ανθρώπινες ζωές πάνω στο σκάφος από το ενδεχόμενο ηλεκτροπληξίας σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, η γείωση του εναλλασσόμενου ρεύματος που παίρνουμε από την ξηρά πρέπει να συνδέεται στην γείωση του σκάφους που επίσης ενώνει όλα τα μεταλλικά του τμήματα με την θάλασσα. Αυτό γίνεται έτσι ώστε σε περίπτωση βραχυκυκλώματος να ενεργοποιηθεί η ασφάλεια του ηλεκτρικού ρεύματος στην ξηρά και να διακόψει την παροχή, σώζοντας μας από ηλεκτροπληξία. Εδώ πρέπει να σημειώσουμε ότι η χρήση μιας απλής ηλεκτρικής μπαλαντέζας πάνω στο σκάφος δεν είναι ασφαλής καθώς δεν παρέχει άμεσα ούτε γείωση ούτε και ασφαλοδιακόπτη που θα ενεργοποιηθεί σε ενδεχόμενο βραχυκυκλώματος. Εάν χρησιμοποιούμε ηλεκτρικό εξοπλισμό και συσκευές πάνω στο σκάφος όπως φορτιστές μπαταριών κλπ, θα πρέπει να εγκαταστήσουμε το ανάλογο σύστημα διανομής και διατάξεις ασφαλείας (που κατά προτίμηση θα περιλαμβάνουν και τον ουδέτερο εκτός από τη φάση) και να μην επαφιέμεθα μόνο στον εξοπλισμό του μόλου, την κατάσταση του οποίου δεν γνωρίζουμε. Καθώς ολοένα είναι και περισσότερα είναι τα σκάφη που μένουν μόνιμα συνδεδεμένα με το ηλεκτρικό ρεύμα στο μόλο, εδώ δημιουργείται το πρόβλημα, καθώς η γείωση τους φέρνει σε επαφή τα μεταλλικά τμήματα του σκάφους μας με τα δικά τους μέσω του καλωδίου της γείωσης. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να αλλάζει δραματικά η ηλεκτρική ισορροπία του σκάφους και τα ανόδεια να καταναλώνονται πιο γρήγορα. Επίσης συχνά παρατηρούνται προβλήματα στις καλωδιώσεις των μόλων με αποτέλεσμα τα σκάφη στην κυριολεξία να τροφοδοτούνται με ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του ουδέτερου ή και χειρότερα μέσω της γείωσης με αποτέλεσμα καθώς τα σκάφη είναι γειωμένα μεταξύ τους λόγω της φύσης του θαλασσινού νερού, να δημιουργείται αμέσως ένα κύκλωμα ηλεκτρόλυσης το οποίο σε πρώτη φάση λιώνει τα ανόδια και στη συνέχεια τα υπόλοιπα μεταλλικά τμήματα των σκαφών.
 
Υπάρχει λύση;
Λύση υπάρχει και αφορά στη διακοπή του ηλεκτρικού κυκλώματος που καταναλώνει τα ανόδια μας. Πως όμως αυτό επιτυγχάνεται ώστε αφενός την ίδια ώρα να υπάρχει ηλεκτρικό ρεύμα στο σκάφος ώστε να λειτουργούν οι απαραίτητες συσκευές αλλά ταυτόχρονα να υπάρχει και γείωση που θα μας προφυλάξει στο ενδεχόμενο βραχυκυκλώματος; Η λύση για τα μεγάλα σκάφη ακούει στο όνομα isolating transformers που ουσιαστικά πρόκειται για μετασχηματιστές οι οποίοι διακόπτουν την φυσική επαφή με το μόλο καθώς λειτουργούν με το μετασχηματισμό ηλεκτρικής ενέργειας σε μαγνητισμό και στη συνέχεια πάλι σε ηλεκτρισμό. Η χρήση τους όμως από τα μικρά σκάφη δεν είναι δυνατή λόγω μεγέθους και κόστους. Για τα μικρά σκάφη η λύση αφορά στους Galvanic Isolators ή γαλβανικούς απομονοτές γνωστούς και ως Zinc Savers δηλαδή διασώστες ψευδαργύρου, οι οποίοι τοποθετούνται στο καλώδιο της γείωσης του ρεύματος που παίρνουμε από το μόλο και πριν τη σύνδεση του με τη γείωση του σκάφους. Αυτοί διαθέτουν διατάξεις ηλεκτρονικών διόδων οι οποίες είναι κατά τέτοιο τρόπο σχεδιασμένες ώστε να διακόπτουν τη δίοδο των μικροποσοτήτων ρεύματος που οφείλονται στην διαφορά ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ ανομοιογενών μεταλλικών επιφανειών των σκαφών αποτρέποντας την ηλεκτρόλυση, αλλά σε περίπτωση βραχυκυκλώματος του ηλεκτρικού ρεύματος από το μόλο, να επιτρέπουν την επαφή έτσι ώστε να προφυλάξουν από ηλεκτροπληξία αλλά και να ενεργοποιήσουν τους ασφαλοδιακόπτες οι οποίοι θα διακόψουν την παροχή ηλεκτρικής τάσης.
 
Αντί συμπεράσματος
Η προστασία από γαλβανική διάβρωση αλλά και ηλεκτρόλυση είναι το αποτέλεσμα επίπονης προσπάθειας για ηλεκτρική ισορροπία σε ένα σκάφος. Ισορροπία που δυστυχώς δεν αφορά μόνο στα τμήματα που το απαρτίζουν αλλά και στα γειτονικά σκάφη όπως και τις «αμαρτίες» που σημειώνονται στις ηλεκτρικές εγκαταστάσεις σκαφών και μαρινών. Η διαρκής συντήρηση των ηλεκτρικών κυκλωμάτων ώστε να είναι σε άψογη κατάσταση καθώς και η τοποθέτηση ανοδείων στο σκάφος είναι η λύση για την προστασία τους από τη γαλβανική διάβρωση που προκαλούν τα ίδια τους τα μεταλλικά τμήματα. Αντίστοιχα, ο εφοδιασμός του δικού μας και των γειτονικών σκαφών με έναν γαλβανικό απομονωτή, η λύση για την προστασία από την ηλεκτρόλυση που προκαλεί η συσσώρευση πολλών σκαφών σε μικρό χώρο και η χρήση ηλεκτρικής ενέργειας από το μόλο.
 
0
Η βαθμολογία σας
Διαβάστε επίσης