Τι είναι τα ανόδια (τσίγκοι); Είδη και επιλογή

Τι είναι τα ανόδια; Ονομασίες και όροι

Ανόδιο, ή θυσιαζόμενο ανόδιο, λέγεται το κομμάτι ενεργού κράματος που συνδέεται ηλεκτρικά με μια μεταλλική κατασκευή μέσα στο νερό και διαβρώνεται αντί γι' αυτήν. Το DNV-RP-B401 το περιγράφει ως χύτευση από ηλεκτροχημικά ενεργό κράμα, συνήθως με βάση το αλουμίνιο, τον ψευδάργυρο ή το μαγνήσιο, που είναι ταυτόχρονα η πηγή του ρεύματος προστασίας και καταναλώνεται· γι' αυτό λέγεται και γαλβανικό.

Στις μαρίνες και στα ναυπηγεία ακούγεται συχνά η λέξη «τσίγκοι», από τη λαϊκή ονομασία του ψευδαργύρου, ακόμη κι όταν το κράμα είναι αλουμίνιο ή μαγνήσιο. Δεν πρέπει να συγχέονται με τα ανόδια των συστημάτων ICCP, που τροφοδοτούνται με ρεύμα και δεν φθείρονται. Ο οδηγός αφορά σκάφη, πλοία και θαλάσσιες κατασκευές· δεν καλύπτει τα ανόδια θερμοσιφώνων και ηλιακών, ούτε φυσικά τους τσίγκους στέγης.

Πώς λειτουργούν; Γαλβανική προστασία και ICCP

Όταν δύο διαφορετικά μέταλλα συνδέονται ηλεκτρικά μέσα σε έναν ηλεκτρολύτη, όπως το θαλασσινό νερό, διαβρώνεται εκείνο με το πιο αρνητικό δυναμικό και το άλλο προστατεύεται. Τα κράματα ψευδαργύρου, αλουμινίου και μαγνησίου έχουν πιο αρνητικό δυναμικό από τον χάλυβα· έτσι, μόλις συνδεθούν με το πλοίο, η διάβρωση γίνεται σε αυτά και όχι στη γάστρα. Ο χάλυβας γίνεται η κάθοδος του γαλβανικού στοιχείου, δηλαδή προστατεύεται καθοδικά.

Για χάλυβα σε αεριζόμενο θαλασσινό νερό, κριτήριο προστασίας είναι δυναμικό −0,80 V ή πιο αρνητικό ως προς ηλεκτρόδιο αναφοράς Ag/AgCl/θαλασσινό νερό. Τα καθαρά μέταλλα δεν είναι κατάλληλα: το καθαρό αλουμίνιο παθητικοποιείται από το στρώμα οξειδίου στην επιφάνειά του και το καθαρό μαγνήσιο αυτοδιαβρώνεται γρήγορα, γι' αυτό χυτεύονται κράματα. Το γαλβανικό ανόδιο αναλώνεται όσο δουλεύει· την ίδια προστασία δίνουν τα συστήματα ICCP με ανόδια που δεν φθείρονται και έναν ανορθωτή.

Από τι φτιάχνονται τα ανόδια; Ψευδάργυρος, αλουμίνιο, μαγνήσιο

Τα ανόδια χυτεύονται από τρεις οικογένειες κραμάτων: ψευδάργυρο (Zn-Al-Cd), αλουμίνιο (Al-Zn-In) και μαγνήσιο (Mg-Al-Zn ή Mg-Mn). Την επιλογή καθορίζουν η αλατότητα του νερού, η θερμοκρασία και το βάρος.

Τα ανόδια ψευδαργύρου δίνουν σταθερό και προβλέψιμο ρεύμα προστασίας στο θαλασσινό νερό. Το όριο ενέργειας πτώσης των 275 J, που ισχύει για το αλουμίνιο στα δεξαμενόπλοια, δεν αφορά τον ψευδάργυρο· κατά το DNV μάλιστα μπορεί να θεωρηθεί πιο αξιόπιστος από το αλουμίνιο σε ίζημα βυθού και σε κλειστά διαμερίσματα με έντονη βακτηριακή δράση.

Τα ανόδια αλουμινίου έχουν τη μεγαλύτερη ικανότητα ανά κιλό: για τις ίδιες αμπερώρες, με τις τιμές σχεδιασμού, ο ψευδάργυρος χρειάζεται περίπου 2,6 φορές μεγαλύτερη μάζα. Στην υπεράκτια βιομηχανία το αλουμίνιο είναι κατά κανόνα το προτιμώμενο κράμα και λειτουργεί και σε υφάλμυρο νερό. Ένα ανόδιο αλουμινίου ίδιου μεγέθους ζυγίζει περίπου το 39 % ενός ανοδίου ψευδαργύρου· κατά τον δικό μας υπολογισμό, με τις τιμές σχεδιασμού το φορτίο ανά όγκο είναι σχεδόν ίδιο, άρα το πραγματικό κέρδος είναι το βάρος.

Τα ανόδια μαγνησίου έχουν την υψηλότερη τάση οδήγησης, δηλαδή τη μεγαλύτερη διαφορά δυναμικού ως προς τον χάλυβα. Κατά τον ABS, λόγω της υψηλής αγωγιμότητας του θαλασσινού νερού, αυτό οδηγεί σε υπερπροστασία και πολύ γρήγορη κατανάλωση στο αλμυρό νερό· γι' αυτό το μαγνήσιο προορίζεται μόνο για γλυκό νερό.

Ψευδάργυρο από αλουμίνιο ξεχωρίζετε από το βάρος και από τη σήμανση: το DNV ζητά σε κάθε ανόδιο το όνομα ή το σύμβολο του κατασκευαστή, το γράμμα του υλικού (A για αλουμίνιο, Z για ψευδάργυρο) και τους αριθμούς χύτευσης και σειράς.

Ποιο ανόδιο για ποιο νερό;

• Θαλασσινό νερό: αλουμίνιο ή ψευδάργυρος. Η Volvo Penta συνιστά αλουμίνιο και, αν δεν είναι διαθέσιμο, ψευδάργυρο.
• Υφάλμυρο νερό και εκβολές ποταμών: αλουμίνιο. Ο ψευδάργυρος μπορεί να παθητικοποιηθεί στο υφάλμυρο νερό.
• Γλυκό νερό (ποτάμια, λίμνες): μαγνήσιο. Ο ψευδάργυρος και το αλουμίνιο καλύπτονται εκεί από υπόλευκη κρούστα οξειδίου και σταματούν να λειτουργούν.
• Ζεστά κυκλώματα: ο τυπικός ψευδάργυρος χρησιμοποιείται έως 50 °C· η ικανότητα του αλουμινίου πέφτει από 2.500 Ah/kg στους 25 °C σε 500 Ah/kg στους 80 °C.

Για σκάφη που κινούνται μεταξύ θάλασσας και εκβολών, το αλουμίνιο είναι η πιο ευέλικτη επιλογή. Ο ABS σημειώνει ότι το μαγνήσιο δεν χρησιμοποιείται σε αλουμινένιες γάστρες ποντοπόρων πλοίων· σε μικρά αλουμινένια σκάφη γλυκού νερού χρησιμοποιείται σύμφωνα με τον κατασκευαστή του σκάφους ή του κινητήρα. Στις εξωλέμβιες και στις έσω-έξω (sterndrive) μηχανές ακολουθείτε επίσης τον κατασκευαστή: η Mercury, για παράδειγμα, διαθέτει κιτ ανοδίων μαγνησίου για τα πόδια MerCruiser με την ένδειξη «μόνο για γλυκό νερό».

Πού τοποθετούνται τα ανόδια σε πλοία και σκάφη;

Το ISO 20313 καλύπτει την καθοδική προστασία πλοίων στη γάστρα, στις δεξαμενές έρματος, στο πηδάλιο, στην έλικα, στον άξονα, στους προωστήρες, στα κιβώτια θαλάσσης (sea chests) και στις εισαγωγές θαλασσινού νερού. Οι κύριες θέσεις και οι κανόνες του οδηγού ABS:

• Γάστρα: τα ανόδια κατανέμονται ομοιόμορφα στα ύφαλα· πολλά μικρά προστατεύουν αποδοτικότερα από λίγα μεγάλα. Στο μέσο του πλοίου, στο κύρτωμα του πυθμένα (bilge), απέχουν μεταξύ τους 6–8 m, και περίπου 5 m σε νερά χαμηλής ειδικής αντίστασης και στους τροπικούς. Δεν τοποθετούνται στην περιοχή της άγκυρας ούτε σε μεγάλα ελάσματα χωρίς ενίσχυση, και στερεώνονται επίπεδα πάνω στη γάστρα για μικρότερη αντίσταση ροής.
• Έλικα, άξονας και πηδάλιο: δεν μπαίνουν ανόδια στη ζώνη 0,4D–1,1D μπροστά από την έλικα (D: διάμετρος έλικας), ενώ στο πηδάλιο τοποθετούνται και στις δύο πλευρές. Ο περιστρεφόμενος άξονας είναι ηλεκτρικά μονωμένος από τη γάστρα λόγω της μεμβράνης λαδιού στα έδρανα, γι' αυτό η έλικα συνδέεται με τη γάστρα μέσω διάταξης γείωσης άξονα ή προστατεύεται με δακτύλιο ψευδαργύρου στον άξονα ή στην πλήμνη.
• Κιβώτια θαλάσσης: ένα ανόδιο έξω από ένα άνοιγμα προστατεύει το εσωτερικό του μόνο σε βάθος 1–2 φορές τη διάμετρό του, γι' αυτό τοποθετούνται ανόδια και μέσα στο κιβώτιο.
• Πρωραίοι και πρυμναίοι προωστήρες: τα ανόδια μπαίνουν όσο το δυνατόν πιο κοντά στις ευάλωτες περιοχές, και στη σήραγγα στερεώνονται με συγκόλληση, όχι με βίδες.
• Δεξαμενές έρματος: αρκετά μικρά ανόδια αντί για ένα μεγάλο, κυρίως στο κάτω μέρος της δεξαμενής· λειτουργούν μόνο όπου υπάρχει νερό τουλάχιστον στο 50 % του χρόνου. Το μαγνήσιο δεν γίνεται δεκτό, και στα δεξαμενόπλοια το αλουμίνιο σε δεξαμενές δίπλα στο φορτίο περιορίζεται σε ενέργεια πτώσης 275 J.
• Συμπυκνωτές και εναλλάκτες θερμότητας: ψευδάργυρος ή αλουμίνιο στην πλευρά του θαλασσινού νερού, μαγνήσιο στην πλευρά του γλυκού.
• Λιμάνι και ανοιχτή θάλασσα: πάσσαλοι προβλητών, δελφίνια πρόσδεσης, πασσαλοσανίδες και πλωτές εξέδρες (ISO 13174), καθώς και σταθερές υπεράκτιες πλατφόρμες, όπου κατά το DNV προτιμάται συνήθως η γαλβανική προστασία, επειδή είναι απλή, στιβαρή και δεν χρειάζεται τροφοδοσία.

Αν το πλοίο θα προστατεύεται με γαλβανικά ανόδια, αυτά τοποθετούνται πριν από την καθέλκυση.

Πώς στερεώνονται; Συγκολλητά και βιδωτά ανόδια

Το κράμα χυτεύεται γύρω από ένα χαλύβδινο ένθετο, δηλαδή από λιγότερο ενεργό μέταλλο, που κρατά την αντοχή και την ηλεκτρική συνέχεια μέχρι το τέλος της ζωής του ανοδίου. Δεν συγκολλάται το ίδιο το κράμα αλλά αυτό το ένθετο.

• Συγκολλητά: το ένθετο συγκολλάται στη γάστρα ή στην κατασκευή της δεξαμενής και δεν χρειάζεται επιπλέον καλώδιο συνέχειας. Σε λεπτά ελάσματα μπαίνει ενισχυτικό έλασμα (doubler) που εξέχει 20 mm περιμετρικά.
• Βιδωτά: το DNV-RP-B401 ζητά για κάθε μη συγκολλημένο ανόδιο καλώδιο συνέχειας τουλάχιστον 16 mm², ενώ η αντίσταση προς την κατασκευή δεν πρέπει ποτέ να ξεπερνά τα 0,1 Ω.
• Σύνδεση με καλώδιο: ο ABS ζητά περισσότερα από ένα πολύκλωνα καλώδια διατομής τουλάχιστον 10 mm². Ήλοι που καρφώνονται με πιστόλι δεν επιτρέπονται.
• Δακτύλιοι άξονα, δίσκοι και θόλοι: σε σκάφη, για τον άξονα, το πηδάλιο και τον καθρέφτη. Ο δακτύλιος δεν πρέπει να διαταράσσει τη ζυγοστάθμιση του άξονα ούτε να περιορίζει τη ροή νερού προς τα έδρανα.
• Για μη τυποποιημένες θέσεις το ανόδιο μπορεί να χυτευτεί σε καλούπι βάσει σχεδίου και διαστάσεων: ανόδια ειδικών διαστάσεων και χυτεύσεις.

Με κάθε μέθοδο, η επαφή με την κατασκευή πρέπει να μένει χαμηλής ηλεκτρικής αντίστασης σε όλη τη διάρκεια ζωής. Τα πρότυπα περιγράφουν συγκόλληση, βίδες και καλώδιο· η στερέωση με κόλλα δεν είναι μία από αυτές.

Οι τσίγκοι δεν βάφονται, γιατί η βαφή τους μονώνει και σταματά την προστασία. Στις εργασίες βαφής προστατεύονται και κάθε πιτσίλισμα αφαιρείται· μόνο η πίσω πλευρά των επίπεδων ανοδίων, αυτή που βλέπει την κατασκευή, επιτρέπεται να επικαλυφθεί.

Πότε αλλάζουν οι τσίγκοι; Έλεγχος και φθορά

Κατά τον οδηγό ABS, το ανόδιο αντικαθίσταται όταν έχει καταναλωθεί περίπου κατά 50 % ή περισσότερο· και η Volvo Penta συνιστά αλλαγή όταν έχει φθαρεί στο μισό του αρχικού μεγέθους. Στα πλοία η απόφαση λαμβάνεται στον δεξαμενισμό: αν το υπόλοιπο δεν φτάνει μέχρι τον επόμενο, τα ανόδια ανανεώνονται. Στα σκάφη ισχύει το ίδιο με ορίζοντα την επόμενη ανέλκυση.

Η διάρκεια ζωής δεν δίνεται σε χρόνια· εξαρτάται από τη μάζα, την ικανότητα του κράματος και το ρεύμα που απορροφά η κατασκευή. Στον σχεδιασμό μετράει μόνο το μέρος της μάζας που ορίζει ο συντελεστής χρησιμοποίησης (κατά το DNV 0,80–0,90, ανάλογα με το σχήμα)· πέρα από αυτό η απόδοση ρεύματος γίνεται απρόβλεπτη. Στην αντικατάσταση μένετε στο ίδιο κράμα, γιατί το σύστημα έχει σχεδιαστεί για αυτό.

• Δεν φθείρεται καθόλου: το κράμα μπορεί να έχει παθητικοποιηθεί επειδή δεν ταιριάζει στο νερό, η ηλεκτρική επαφή να έχει χαθεί, η επιφάνεια να έχει βαφτεί ή το κράμα να περιέχει ακαθαρσίες όπως σίδηρο και χαλκό. Τότε αρχίζει να θυσιάζεται το επόμενο πιο ενεργό μέταλλο του συστήματος σύνδεσης.
• Φθείρεται άνισα: με ίση αντίσταση εξαντλείται πρώτα το ελαφρύτερο ανόδιο, με ίση μάζα εκείνο με τη μικρότερη αντίσταση. Το DNV ζητά ο λόγος ρεύματος προς μάζα στα ανόδια της ίδιας κατασκευής να μη διαφέρει περισσότερο από 50 %.
• Φθείρεται πολύ γρήγορα: το μαγνήσιο εξαντλείται πολύ γρήγορα στο αλμυρό νερό, ενώ στο αλουμίνιο η κατανάλωση ανεβαίνει από 3,5 kg/A·έτος στους 25 °C σε 17,5 kg/A·έτος στους 80 °C.

Πόσα κιλά χρειάζονται; Υπολογισμός μάζας ανοδίων

Πρώτα υπολογίζεται το ρεύμα προστασίας που χρειάζεται η κατασκευή και μετά η καθαρή μάζα κράματος που θα το δίνει σε όλη τη διάρκεια σχεδιασμού. Το DNV-RP-B401 και ο ABS χρησιμοποιούν τον ίδιο τύπο· στο πλοίο διάρκεια σχεδιασμού είναι το διάστημα μεταξύ δύο δεξαμενισμών.

• Απαιτούμενο ρεύμα: I = A × i × f. A η προστατευόμενη επιφάνεια (m²), i η πυκνότητα ρεύματος σχεδιασμού για γυμνό χάλυβα (A/m²), f ο συντελεστής φθοράς της επικάλυψης, με μέση τιμή f = a + b × t/2.
• Καθαρή μάζα: M = I × t × 8760 / (u × ε). t η διάρκεια σχεδιασμού (έτη), 8760 οι ώρες του έτους, u ο συντελεστής χρησιμοποίησης, ε η ικανότητα του κράματος (Ah/kg).

Ενδεικτικό παράδειγμα (όχι μελέτη): νερό 12–20 °C, βάθος 0–30 m, 1.000 m² βαμμένου χάλυβα, μέση πυκνότητα ρεύματος 0,080 A/m², επικάλυψη κατηγορίας II και 5 έτη. f = 0,05 + 0,025 × 5/2 = 0,1125· I = 1.000 × 0,080 × 0,1125 = 9,0 A. Με μακριά επίπεδα ανόδια (u = 0,85) η καθαρή μάζα είναι για αλουμίνιο 9,0 × 5 × 8760 / (0,85 × 2.000) ≈ 232 kg και για ψευδάργυρο ≈ 595 kg. Η μέθοδος αυτή του DNV αφορά σταθερές υπεράκτιες κατασκευές· οι γάστρες πλοίων υπολογίζονται κατά ABS ή ISO 20313.

Αφήστε τον υπολογισμό σε εμάς: στείλτε μέσω της φόρμας επικοινωνίας τον τύπο του πλοίου, τη βρεγμένη επιφάνεια ή την επιφάνεια των δεξαμενών, την επικάλυψη, το διάστημα δεξαμενισμού και το νερό λειτουργίας, και θα σας δώσουμε υπολογισμό καθοδικής προστασίας, διάταξη ανοδίων και πρόβλεψη διάρκειας ζωής.

Από τι εξαρτάται η τιμή των ανοδίων;

Η τιμή δεν μπορεί να δοθεί με έναν μόνο αριθμό. Οι κύριοι παράγοντες:

• Κράμα: ψευδάργυρος, αλουμίνιο και μαγνήσιο διαφέρουν και στην τιμή του μετάλλου και στη σύσταση του κράματος.
• Βάρος και διαστάσεις: ένα ανόδιο αλουμινίου ίδιου μεγέθους ζυγίζει περίπου το 39 % ενός ψευδαργύρου, γι' αυτό συγκρίνετε το κόστος ανά παρεχόμενη αμπερώρα και όχι μόνο την τιμή ανά κιλό.
• Τύπος και στερέωση: συγκολλητό, βιδωτό, δακτύλιος άξονα ή δίσκος· χαλύβδινο ένθετο και ανάγκη για ειδικό καλούπι.
• Ποσότητα: μέγεθος παραγγελίας και παρτίδας.
• Έγγραφα: η έγκριση τύπου νηογνώμονα που ζητείται, η έκθεση ανάλυσης παρτίδας και το εύρος των δοκιμών. Το DNV-RP-B401 προβλέπει ηλεκτροχημική δοκιμή ποιότητας για παραγγελίες άνω των 15.000 kg.

Για τρέχουσα τιμή στείλτε τη λίστα διαστάσεων, τις ποσότητες και τα στοιχεία του πλοίου ή του σκάφους, και θα σας ετοιμάσουμε προσφορά.

Παραγωγή στη Detay: το χυτήριό μας στην Τούζλα

Σε λειτουργία από το 2006, η Detay Group παράγει ανόδια και κάθε είδους χυτά στην Τούζλα της Ισταμπούλ. Τον ψευδάργυρο και το αλουμίνιο τα χυτεύουμε στο δικό μας χυτήριο, και κάθε παρτίδα αποστέλλεται με έκθεση χημικής ανάλυσης.

• Ανόδια ψευδαργύρου: έγκριση τύπου LR και CCS· συγκολλητά ή βιδωτά, για γάστρες, κιβώτια θαλάσσης, δεξαμενές έρματος, πρωραίους και πρυμναίους προωστήρες.
• Ανόδια αλουμινίου: κράμα με έγκριση τύπου LR, για δεξαμενές έρματος, γάστρες, υπεράκτιες πλατφόρμες, πασσάλους προβλητών και λιμανιών.
• Ανόδια μαγνησίου, που προμηθεύουμε: μοντέλα γάστρας, δακτυλίου άξονα, δίσκου και θόλου για σκάφη και κυκλώματα γλυκού νερού.
• Ανόδια ειδικών διαστάσεων: καλούπι βάσει σχεδίου και διαστάσεων, από μεμονωμένα κομμάτια έως σειρές.
• Διανομή ανοδίων Polcor και MARPO· υπολογισμός καθοδικής προστασίας, διάταξη ανοδίων και πρόβλεψη διάρκειας ζωής.

Η έγκριση τύπου πιστοποιεί ότι ένα αντιπροσωπευτικό δείγμα πληροί τα κριτήρια σχεδιασμού και δεν αντικαθιστά τις κανονικές επιθεωρήσεις· γι' αυτό μετράει η έκθεση ανάλυσης κάθε παρτίδας. Για ICCP, MGPS και γείωση άξονα δείτε τα προϊόντα μας.