ES2347135T3 - DEVICE FOR THE PROTECTION OF METAL DEPOSITS AGAINST CORROSION, IN PARTICULAR BOILERS. - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositivo para la protección de depósitos metálicos contra la corrosión, en particular calderas.Deposit protection device metal against corrosion, in particular boilers.
La presente invención se refiere a un dispositivo para la protección de depósitos metálicos contra la corrosión, en particular calderas.The present invention relates to a device for the protection of metallic deposits against corrosion, in particular boilers.
En el caso de las calderas, tanto las que funcionan con gas como las que funcionan con energía eléctrica, y asimismo en el caso de cualquier aparato con una composición metálica similar basada en el hierro que se diseña para contener agua caliente o agua a calentar, la corrosión que se produce en las superficies interiores de dicho depósito de agua constituye un problema importante.In the case of boilers, both those that they run on gas like the ones on electric power, and also in the case of any device with a composition similar iron-based metal that is designed to contain hot water or water to heat, the corrosion that occurs in the interior surfaces of said water tank constitutes a Important problem.
Dicha corrosión se debe evidentemente al contacto entre el agua y el material ferroso y resulta más agresiva, en dicho aparato, con una temperatura elevada del agua.Such corrosion is evidently due to contact between water and ferrous material and is more aggressive, in said apparatus, with an elevated water temperature.
En el caso de las calderas, se ha de indicar que, incluso las que presentan generalmente la superficie interior del depósito de agua cubierta con porcelana o con unos medios de revestimiento similares, la corrosión se produce igualmente.In the case of boilers, it must be indicated that, even those that generally present the inner surface of the water tank covered with porcelain or with a means of Similar coating, corrosion occurs equally.
Durante algún tiempo, se han utilizado generalmente dos métodos de protección eléctrica para evitar, o por lo menos limitar, la corrosión: un tipo de protección denominada "anódica" y otro denominado "catódica".For some time, they have been used generally two methods of electrical protection to avoid, or by at least limit, corrosion: a type of protection called "anodic" and another called "cathodic".
La protección anódica se realiza proporcionando a la estructura de la caldera un valor de potencial superior a otro electrodo hasta que se alcanza un valor de pasivación y en este caso la estructura a proteger actúa como ánodo.Anodic protection is performed by providing to the boiler structure a potential value greater than another electrode until a passivation value is reached and in this case The structure to be protected acts as an anode.
Dicha protección catódica se obtiene haciendo que el potencial de la estructura de la caldera sea más negativo que el de los medios agresivos, representándose en el caso en cuestión por el agua sanitaria.Such cathodic protection is obtained by doing that the potential of the boiler structure is more negative that of aggressive media, representing in the case in issue for sanitary water.
Con dicho tipo de protección, se hace circular corriente continua, mediante el agua almacenada, desde un ánodo hasta un cátodo constituido por las paredes del depósito de la caldera. El elemento que actúa como ánodo se consume gradualmente mientras se utiliza la caldera y, por consiguiente, dicho ánodo se denomina "de protección fungible".With this type of protection, it is circulated direct current, through stored water, from an anode to a cathode constituted by the walls of the tank of the boiler. The element that acts as an anode is gradually consumed while using the boiler and, consequently, said anode is called "fungible protection".
La corriente eléctrica se puede hacer circular asimismo mediante un generador externo, y en este caso se hace referencia al método de protección como "protección catódica por diferencia de potencial eléctrico".The electric current can be circulated also by an external generator, and in this case it is done reference to the protection method as "cathodic protection by difference in electrical potential. "
El sistema de protección anódica adolece del inconveniente de que el voltaje que hace falta aplicar es un valor extremadamente preciso y, por lo tanto, si dicho valor no se respeta con exactitud, las paredes de la estructura a proteger no se protegen contra la pasivación y el desarrollo destructor de la corrosión es rápido.The anodic protection system suffers from inconvenient that the voltage that needs to be applied is a value extremely accurate and, therefore, if that value is not respected exactly, the walls of the structure to be protected are not protect against passivation and destructive development of the corrosion is fast.
Por este motivo, debido a que el valor del voltaje se ha de verificar tan cuidadosamente, realmente no se recomienda la protección anódica para calentar sistemas de agua sanitaria en un ámbito doméstico.For this reason, because the value of voltage has to be checked so carefully, I really don't know recommends anodic protection to heat water systems Health in a domestic environment.
Con respecto a la protección catódica, el denominado sistema "anódico de protección fungible" adolece del inconveniente de que se consume el ánodo, lo que tiene como resultado que es necesario cambiar periódicamente dicho ánodo. Si no se realiza dicha sustitución, inmediatamente se iniciará la corrosión.With regard to cathodic protection, the called the "anodic fungible protection system" suffers from inconvenient that the anode is consumed, which has as result that it is necessary to periodically change said anode. Yes no such substitution is made, immediately the corrosion.
En lo que se refiere a la protección catódica en el denominado método de 'protección catódica por diferencia de potencial eléctrico', este tipo de protección se está utilizando cada vez más pero las soluciones propuestas hasta la fecha adolecen de inconvenientes que consisten sustancialmente en unos costes elevados y en una dificultad persistente para garantizar la distribución uniforme de la protección catódica por diferencia de potencial eléctrico, así como en unas operaciones complicadas de montaje del electrodo.As regards cathodic protection in the so-called 'cathodic protection method by difference of electrical potential ', this type of protection is being used more and more but the solutions proposed to date suffer of drawbacks that consist substantially of costs high and in a persistent difficulty to guarantee the uniform distribution of cathodic protection by difference of electrical potential, as well as in complicated operations of electrode assembly.
El electrodo se realiza con diversos materiales conductores eléctricos que difícilmente se corroen, por ejemplo, barras de aleación de titanio, y existen procedimientos físicos o químicos habitualmente conocidos para proteger parte de la superficie exterior de dichas barras de tal modo que las partes de la superficie no emitan corriente eléctrica.The electrode is made with various materials electrical conductors that hardly corrode, for example, titanium alloy bars, and there are physical procedures or chemicals commonly known to protect part of the outer surface of said bars such that the parts of The surface does not emit electric current.
El documento anterior EP 0 771 889 presenta el elemento tubular constituyendo una cubierta para los sensores termostáticos como soporte del electrodo. Las funciones de cierre hermético y de aislamiento eléctrico entre el electrodo y el elemento tubular se realizan mediante un soporte apropiado.The previous document EP 0 771 889 presents the tubular element constituting a cover for the sensors thermostatic as electrode holder. Closing functions Hermetic and electrical insulation between the electrode and the Tubular element are made using an appropriate support.
La solicitud de patente italiana n.º AN99A000003 presenta un detalle interesante en la conexión eléctrica entre el electrodo y el depósito de la caldera que consiste en que la conexión se realiza sin cables eléctricos. Ello se puede aplicar, por lo menos, en la sección entre dicho electrodo y la superficie exterior de dicha caldera.Italian patent application No. AN99A000003 presents an interesting detail in the electrical connection between the electrode and the boiler tank which consists in that the Connection is made without electrical wires. This can be applied, at least in the section between said electrode and the surface exterior of said boiler.
Dicho documento anterior considera un electrodo sólido incorrosible que se introduce y conecta eléctricamente con el extremo de la cubierta de los sensores termostáticos. La cubierta, a su vez, se fija a la base con una junta realizada con un material aislante para evitar el contacto eléctrico entre el electrodo y el depósito a proteger. Debido a que dicho soporte tubular se realiza con un metal corrosible, se ha de proteger eficientemente a lo largo de toda su longitud e incluso se ha de proteger el punto de introducción del electrodo de dicha cubierta.Said previous document considers an electrode incorrigible solid that is introduced and electrically connected with the cover end of the thermostatic sensors. The cover, in turn, is fixed to the base with a joint made with an insulating material to avoid electrical contact between the electrode and the tank to protect. Because such support Tubular is made with a corrosive metal, it has to be protected efficiently along its entire length and even has to protect the electrode insertion point of said cover.
Dicha doble necesidad de protección contra la corrosión provoca un primer inconveniente de naturaleza funcional, ya que se pueden formar imperfecciones en la cubierta protectora del soporte tubular mencionado anteriormente y asimismo en el área de introducción del electrodo del propio soporte.This double need for protection against corrosion causes a first inconvenience of a functional nature, since imperfections can form on the protective cover of the tubular support mentioned above and also in the area of introduction of the electrode of the support itself.
Un segundo inconveniente se refiere a la construcción de dicho aparato, teniendo en cuenta los procedimientos técnicos implicados tanto en la conexión entre el soporte tubular y el electrodo como en la producción de la cubierta protectora mencionada anteriormente.A second drawback concerns the construction of said apparatus, taking into account the procedures technicians involved in both the connection between the tubular support and the electrode as in the production of the protective cover mentioned above.
En ambas patentes mencionadas anteriormente, la altura mínima para disponer el electrodo viene condicionada por la longitud mínima de la cubierta que, a su vez, viene condicionada por la altura en la que se disponen los sensores. Sería, por lo tanto, imposible disponer el electrodo en el centro de gravedad en la mitad del depósito.In both patents mentioned above, the minimum height to arrange the electrode is conditioned by the minimum length of the roof which, in turn, is conditioned by the height at which the sensors are arranged. It would, therefore, impossible to arrange the electrode in the center of gravity in half of the deposit.
El objetivo de la presente invención es superar todos los inconvenientes mencionados anteriormente. El dispositivo para la protección de depósitos metálicos contra la corrosión, en particular calderas (siendo dicho dispositivo del tipo que aplica el principio de protección catódica mediante un electrodo infungible) tal como se describe en las reivindicaciones independientes 1, 4 y 6. En particular, se utiliza como electrodo la superficie exterior de un elemento tubular, desempeñando dicho elemento tubular unas funciones adicionales en el depósito a proteger, tal como, por ejemplo, las funciones de contener y/o proteger otros medios presentes en el depósito, y estando realizado dicho elemento tubular, o por lo menos una parte de su capa superficial, de titanio o de otro material apto para actuar como electrodo y que es factible y mecánicamente resistente, características que resultan necesarias para las aplicaciones posibles de la presente invención. Éstas y otras características se pondrán más claramente de manifiesto en la descripción siguiente de dos formas de realización preferidas de la presente invención que se presentan en forma de ejemplos no limitativos con los dibujos adjuntos, en los que:The objective of the present invention is to overcome All the above mentioned inconveniences. The device for the protection of metallic deposits against corrosion, in particular boilers (said device being the type that applies the principle of cathodic protection by means of an electrode Inflatable) as described in the claims independent 1, 4 and 6. In particular, the electrode is used as outer surface of a tubular element, said saying tubular element additional functions in the tank a protect, such as, for example, the functions of containing and / or protect other means present in the deposit, and being carried out said tubular element, or at least a part of its layer surface, titanium or other material suitable to act as electrode and that is feasible and mechanically resistant, features that are necessary for applications Possible of the present invention. These and other features are will be more clearly shown in the following description of two preferred embodiments of the present invention that they are presented in the form of non-limiting examples with the drawings Attachments, in which:
la figura 1 representa, según una primera forma de realización posible de la presente invención, una sección del depósito metálico con, penetrando en el mismo, una cubierta para los sensores termostáticos; la superficie exterior de dicha cubierta actúa, por lo menos en parte, como electrodo;Figure 1 represents, according to a first form of possible embodiment of the present invention, a section of the metal tank with, penetrating into it, a cover for thermostatic sensors; the outer surface of said cover acts, at least in part, as an electrode;
la figura 2 representa, según una segunda forma de realización posible de la presente invención, una sección de un depósito metálico con, penetrando en el mismo, un conducto para extraer el agua caliente cubierta con una resistencia eléctrica impresa con estarcido, que, a su vez, se protege mediante una envoltura antiabrasiva; la superficie exterior de dicha envoltura actúa, por lo menos en parte, como electrodo.Figure 2 represents, according to a second form of possible embodiment of the present invention, a section of a metal tank with, penetrating into it, a conduit for extract the hot water covered with an electric heater printed with stencil, which, in turn, is protected by a anti-abrasive wrap; the outer surface of said envelope It acts, at least in part, as an electrode.
Haciendo referencia a dichos dibujos, la referencia numérica 1 indica un depósito de almacenamiento de una caldera eléctrica, que no se representa.Referring to these drawings, the numerical reference 1 indicates a storage tank of one electric boiler, which is not represented.
Se fija una base 2 en la parte inferior del depósito y unido indirectamente a dicha base (mediante un manguito 3 realizado con un material dieléctrico) se encuentra un elemento tubular 4, cuya superficie exterior, por lo menos en parte, se realiza con titanio o con un material con unas características anticorrosivas similares. Dicha superficie exterior actúa como electrodo.A base 2 is fixed at the bottom of the deposit and indirectly attached to said base (by means of a sleeve 3 made with a dielectric material) is an element tubular 4, whose outer surface, at least in part, is made with titanium or with a material with characteristics similar anticorrosive Said outer surface acts as electrode.
La base 2 se diseña asimismo para que soporte el elemento calefactor eléctrico, no representado.Base 2 is also designed to support the electric heating element, not shown.
El enlace entre dicho elemento tubular 4 y dicha base 2 se realiza de tal modo que garantice, con unos medios habitualmente conocidos, la estanqueidad y, tal como se ha mencionado anteriormente, se mantenga el elemento tubular aislado eléctricamente de dicha base 2 y asimismo, por lo tanto, del depósito de almacenamiento 1 a proteger.The link between said tubular element 4 and said base 2 is carried out in a way that guarantees, with some means usually known, the tightness and, as it has been mentioned above, keep the tubular element isolated electrically of said base 2 and also, therefore, of storage tank 1 to protect.
Con unos medios cualesquiera habitualmente conocidos, tales como por ejemplo tratamientos químicos o la aplicación de materiales dieléctricos, una parte 5a de la superficie exterior del elemento tubular 4 se puede aislar eléctricamente de tal modo que no emita corrientes hacia el depósito 1. Obviamente, puede existir más de una parte 5a en el mismo elemento tubular 4; la parte superior de la superficie del elemento tubular 4, sin embargo, que no se recubre con tratamientos o materiales aislantes, constituye una parte activa 5b de dicho elemento tubular 4 y puede, por lo tanto, emitir corriente eléctrica. Naturalmente, puede existir asimismo más de una parte activa 5b. La opción de realizar una o más partes 5a y 5b de la superficie exterior del elemento tubular 4 inactivas y activas puede resultar útil, en determinadas aplicaciones de la presente invención, para distribuir mejor la protección catódica por diferencia de potencial eléctrico en el interior del depósito 1 a proteger.With any means usually known, such as for example chemical treatments or the application of dielectric materials, a part 5a of the outer surface of tubular element 4 can be isolated electrically so that it does not emit currents to the tank 1. Obviously, there may be more than one part 5a in it tubular element 4; the upper part of the element surface tubular 4, however, that is not coated with treatments or insulating materials, constitutes an active part 5b of said tubular element 4 and can, therefore, emit current electric Naturally, there may also be more than one part active 5b. The option of making one or more parts 5a and 5b of the outer surface of the inactive and active tubular element 4 may be useful, in certain applications of the present invention, to better distribute cathodic protection by difference in electrical potential inside the tank 1 a to protect.
Representado en el interior del elemento tubular 4, que, tal como se ha mencionado anteriormente, actúa como cubierta para los sensores termostáticos, se encuentra un sensor térmico 6 (de tipo bombilla).Represented inside the tubular element 4, which, as mentioned above, acts as cover for thermostatic sensors, there is a sensor Thermal 6 (bulb type).
Un generador de corriente eléctrica 7 se conecta eléctricamente con el elemento tubular 4 mediante un primer conductor 8 y con la base 2 mediante un segundo conductor 9; la base 2, a su vez, se conecta eléctricamente con el depósito 1 utilizando unos medios cualesquiera habitualmente conocidos (no representados). Alternativamente, el conductor 9 se podría conectar eléctricamente directamente con el depósito 1.An electric current generator 7 is connected electrically with the tubular element 4 by a first conductor 8 and with base 2 by a second conductor 9; base 2, in turn, is electrically connected to tank 1 using any commonly known means (not shown). Alternatively, the conductor 9 could be electrically connected directly with deposit 1.
El dispositivo en cuestión de la presente invención según la forma de realización que se acaba de ilustrar funciona de un modo muy sencillo: la conexión eléctrica entre la parte superior 5b de la superficie del elemento tubular 4 y el depósito 1 realizado mediante dicho elemento tubular 4, el primer conductor 8, el generador de corriente eléctrica 7, el segundo conductor 9 y, potencialmente, la base 2, permiten establecer una circulación de corriente eléctrica, a través del agua contenida en el depósito, entre la parte superior 5b de la superficie del elemento tubular 4 que actúa como ánodo y las superficies húmedas del depósito de almacenamiento 1 que actúan como cátodo.The device in question here invention according to the embodiment just illustrated It works very simply: the electrical connection between the upper part 5b of the surface of the tubular element 4 and the reservoir 1 made by said tubular element 4, the first conductor 8, the electric current generator 7, the second driver 9 and, potentially, base 2, allow to establish a circulation of electric current, through the water contained in the tank, between the top 5b of the surface of the tubular element 4 that acts as anode and wet surfaces of storage tank 1 that act as cathode.
Haciendo referencia a la figura 2, aparte de los elementos ya descritos con respecto a la figura 1, existe un conducto de extracción 10 representado que extrae o proporciona agua caliente o fría desde o hacia el depósito 1; dicho conducto 10 se fija al depósito 1 con unos medios habitualmente conocidos tales como, por ejemplo, un manguito 11 atornillado en una tuerca redonda 12; dicho conducto 10 soporta un elemento tubular 4.1 que constituye el electrodo en dicha segunda forma de realización de la presente invención; ya se ha descrito anteriormente la composición de dicho electrodo y, asimismo en este caso, pueden existir diversas secciones de la superficie exterior 5a y 5b, que sean respectivamente pasivas y activas. Se puede disponer una capa aislante 13, cuya composición puede ser tal como se describirá posteriormente, entre el conducto 10 y el elemento tubular 4.1.Referring to figure 2, apart from the elements already described with respect to figure 1, there is a Extraction duct 10 shown that draws or provides water hot or cold from or to the tank 1; said conduit 10 is fixed to the tank 1 with commonly known means such such as a sleeve 11 screwed into a round nut 12; said conduit 10 supports a tubular element 4.1 that constitutes the electrode in said second embodiment of the present invention; the composition has been described previously of said electrode and, also in this case, there may be various outer surface sections 5a and 5b, which are respectively passive and active. A layer can be arranged insulator 13, the composition of which can be as described subsequently, between the conduit 10 and the tubular element 4.1.
Existe una técnica habitualmente conocida en la que se realizan unos circuitos eléctricos resistivos impresos para la producción de elementos calefactores eléctricos.There is a technique commonly known in the that printed resistive electrical circuits are made to The production of electric heating elements.
En dicha técnica, se depositan una o más primeras capas de un material dieléctrico en una base realizada de un metal apto (imprimiéndose dichas capas utilizando, por ejemplo, un procedimiento de impresión con estarcido) con una resistencia eléctrica, que a continuación se aísla externamente con una o más segundas capas de material dieléctrico. Existen asimismo unos medios conocidos realizados utilizando dicha técnica que se utilizan para conectar dichos circuitos impresos con cables eléctricos.In said technique, one or more are deposited first layers of a dielectric material in a base made of a suitable metal (printing said layers using, for example, a stencil printing procedure) with a resistor electric, which is then isolated externally with one or more second layers of dielectric material. There are also some known means made using said technique that are used to connect said printed circuits with electrical cables.
Se ha presentado una solicitud de patente independiente en la que dicha técnica se utiliza para realizar resistencias calefactoras eléctricas impresas en las superficies exteriores de conductos dispuestos en el interior del depósito de una caldera eléctrica. Según dicha solicitud de patente, puede resultar ventajoso utilizar una cubierta protectora antiabrasiva para las capas eléctricas exteriores.A patent application has been filed independent in which said technique is used to perform electric heating resistors printed on surfaces outer ducts arranged inside the tank An electric boiler According to said patent application, you can it is advantageous to use a protective anti-abrasive cover for the outer electrical layers.
La estructura completa de dichas primeras capas dieléctricas, la resistencia eléctrica impresa con estarcido y las segundas capas de material dieléctrico puede constituir lo que se ha indicado, en conjunto, la capa aislante 13 de la figura 2. Al mismo tiempo que los elementos tubulares 4.1 realizan la doble función de electrodo y de envoltura protectora antiabrasiva para dicha capa aislante 13, dicha capa aislante 13 garantiza, a su vez, el aislamiento eléctrico entre dicho elemento tubular 4.1 y los conductos 10. Además, el elemento tubular 4.1, no necesita una conexión eléctrica directa con el depósito 1; dicha conexión se puede realizar utilizando unos medios cualesquiera habitualmente conocidos, por ejemplo, construyendo el manguito 11 utilizando un material dieléctrico, mientras que la conexión eléctrica entre dicha cubierta 4.1 y el generador de corriente eléctrica 7 se realiza tal como se ha descrito anteriormente para la primera forma de realización posible de la presente invención, con el añadido de que, sin embargo, una parte de la conexión eléctrica (desde el interior hacia el exterior del depósito, ascendiendo hasta el primer conductor 8) se puede realizar según la segunda técnica que se acaba de mencionar resumidamente utilizando las resistencias eléctricas impresas con estarcido o, alternativamente, se puede extender dicha cubierta 4.1 para que alcance el exterior del depósito 1 para conectarse directamente con el primer conductor 8.The complete structure of said first layers dielectric, electrical resistance printed with stencil and second layers of dielectric material can constitute what has been together, indicated the insulating layer 13 of figure 2. At the same time that the tubular elements 4.1 perform the double function of electrode and anti-abrasive protective wrap for said layer insulating 13, said insulating layer 13 guarantees, in turn, the electrical insulation between said tubular element 4.1 and the ducts 10. In addition, the tubular element 4.1 does not need a direct electrical connection with tank 1; said connection is can perform using any means usually known, for example, by constructing the sleeve 11 using a dielectric material, while the electrical connection between said cover 4.1 and the electric current generator 7 are performs as described above for the first form of possible embodiment of the present invention, with the addition of that, however, a part of the electrical connection (from the inside to the outside of the tank, ascending to the first conductor 8) can be performed according to the second technique that just mentioned briefly using the resistors electrical printed with stencil or, alternatively, you can extend said cover 4.1 to reach the outside of the tank 1 to connect directly to the first conductor 8.
Naturalmente, nada evita, según una tercera forma de realización posible simplificada de la presente invención, que el elemento tubular 4.1 realice la única función de electrodo y que la capa aislante 13 desempeñe el único papel de elemento de separación entre el elemento tubular 4.1 y los conductos 10 o la cubierta de los sensores termostáticos, mientras que las funciones y características de los elementos restantes, tales como los elementos de aislamiento y las conexiones eléctricas, pueden ser exactamente tal como se ha descrito anteriormente.Of course, nothing prevents, according to a third simplified possible embodiment of the present invention, that the tubular element 4.1 performs the only electrode function and that the insulating layer 13 plays the sole role of element of separation between the tubular element 4.1 and the ducts 10 or the thermostatic sensor cover while functions and characteristics of the remaining elements, such as Insulation elements and electrical connections, can be exactly as described above.
Una primera ventaja del dispositivo en cuestión de la presente invención es que no hay necesidad alguna de realizar soportes especiales para los elementos tubulares 4 ó 4.1 diseñados para que actúen como electrodos no fungibles.A first advantage of the device in question of the present invention is that there is no need to perform special supports for the 4 or 4.1 tubular elements designed to act as non-fungible electrodes.
Una segunda ventaja importante de la presente invención, excepto en el caso de la tercera forma de realización simplificada de la presente invención, es que dichos electrodos constituidos por los elementos tubulares 4 ó 4.1 se realizan utilizando medios mecánicos tales como una cubierta de los sensores termostáticos o una envoltura protectora antiabrasiva, que es ya una parte esencial del depósito 1.A second important advantage of the present invention, except in the case of the third embodiment simplified of the present invention, is that said electrodes constituted by tubular elements 4 or 4.1 are made using mechanical means such as a sensor cover thermostatic or anti-abrasive protective wrap, which is already an essential part of the deposit 1.
Otra ventaja de la presente invención consiste en que dichos elementos tubulares 4 ó 4.1 se pueden extender libremente para cubrir la longitud entera del depósito o en que la protección catódica por diferencia de potencial eléctrico se puede suministrar a secciones de la superficie 5a a fin de distribuir mejor dicha protección catódica por diferencia de potencial eléctrico.Another advantage of the present invention is wherein said tubular elements 4 or 4.1 can be extended freely to cover the entire length of the deposit or in which the Cathodic protection by difference in electrical potential can be supply to surface sections 5a in order to distribute better said cathodic protection by potential difference electric.
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