corrosión y protección catódica

SARGA-Zaragoza

Marzo, 2017

Corrosión y Protección Catódica

Curso personal de MTO y gestores de

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Ingeniero técnico Industrial

Dirección técnica GULDAGER ELECTRÓLISIS

10 años de experiencia en Protección catódica

CERTIFICACIÓN PC: Cathodic Protection Technician NACE-CP 2

Presentación y Contacto

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Mario Díaz Álvarez

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• Fundada en 1983.

• Con Casa Matriz ubicada en Barcelona, España

• Especializada en la lucha contra la corrosión mediante

Protección Catódica

• Colabora activamente con CEN (Comité Europeo de

Normalización), CEOCOR (Comité Europeo de Estudios de la

Corrosión y PC), EUROCORR y CEFRACOR en la redacción

de normativas europeas e internacionales (ISO)

• A la vanguardia en sistemas y técnicas para prevenir la

corrosión

• Plantilla de más de 30 empleados, entre ingenieros y

técnicos.

• Personal certificado AFNOR y NACE

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Departamento

Industrial

Departamento

Agua Caliente

Sanitaria

• Gas y

Petróleo

• Agua

• Eléctricas

• Industria

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OBJETIVO

El principal objetivo de la presentación es:

- Introducción conceptos básicos de CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA

- Introducción conceptos básicos de PC

- Aplicaciones prácticas de sistemas de PC

- Casos prácticos corrosión en el mundo industrial

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

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Definición

Corrosión Electroquímica:

Ataque que experimentan los metales por la

acción del medio (Electrolito) en el que se

encuentran (atmósfera, agua, suelo, Etc.)

Corrosión

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Definición Corrosión

La corrosión de los metales

es un fenómeno natural, que

provoca una degradación de

los mismos, con pérdida de

sus propiedades y

destrucción gradual de su

estructura.

Los minerales representan la

situación estable de los

metales en la naturaleza,

siendo la composición del

mineral de hierro existente en

las minas similar a la de los

óxidos de hierro

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• Zona más electronegativa : ANODO

• Zona más electropositiva : CATODO

CORROSION, de origen electroquímico: flujo de

electrones entre dos puntos de la superficie

metálica de diferente potencial, en contacto con

un electrolito o medio conductor.

Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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HETEROGENEIDADES QUE DAN LUGAR A DIFERENCIAS

DE POTENCIAL EN LA SUPERFICIE DE UN METAL

DEBIDAS AL METAL

DEBIDAS A LAS CONDICIONES FÍSICAS

DEBIDAS AL ELECTROLITO

Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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Debidas al Metal

Impurezas del metal o de la aleación

Diferente acabado superficial

Deformación de la estructura cristalina:

soldaduras, deformaciones en caliente.

Tensiones internas (ej. Soldaduras)

Diferente temperatura sobre la superficie

Contacto con otros materiales

Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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Diferente composición

química

• Concentración de sales

• pH

• Etc.

Diferente concentración de

oxígeno; diferente

permeabilidad del terreno

Velocidad / Aireación

Debidas al Electrolito

Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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Suelo húmedo: Corrosión exterior de tuberías y tanques.

Agua de mar: Corrosión exterior de estructuras

sumergidas, barcos, corrosión interior de tuberías y

tanques.

Agua dulce: Corrosión exterior de estructuras

sumergidas, corrosión interior de tuberías de agua de

refrigeración y tanques.

Corrosión atmosférica: Corrosión exterior por el aire

húmedo.

Corrosión Electrolito = Medio Agresivo

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Pila Geológica

Ejemplo pila por Electrolito

Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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Corrientes Vagabundas (DC)

Corriente alterna

Corrientes telúricas

Corrietes de compensación

Debidas a Condiciones

Físicas

Corrosión Zonas de Diferente Potencial

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Corrosión Reacciones Electroquímicas

Sentido de los

Electrones

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Reacción de

Oxidación Fe Fe++ + 2e-

ÁNODO CORROSIÓN

Reacción de

Reducción Electrolito neutro:

O2 + 2H2O + 4e- 4OH-

Electrolito ácido:

2H+ + 2e- H2

CÁTODO NO

CORROSIÓN

Corrosión Reacciones Electroquímicas

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Es la pila de corrosión que tiene lugar

cuando se conectan dos materiales.

El material mas electronegativo será el

ÁNODO y sufrirá la CORROSIÓN y el más

positivo el CÁTODO y no tendrá

corrosión.

Corrosión Pila Galvánica de Corrosión

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Ordenación

Algunos

Metales por su

Potencial

Electroquímico

Corrosión Pila Galvánica de Corrosión

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REACCIÓN OXIDACIÓN

Fe Fe +++2e

REACCIÓN REDUCCIÓN

4e +02+2H20 40H

Corrosión Pila Galvánica de Corrosión

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Corrosión Pila Galvánica de Corrosión

-1,6 -1,4 -1,2 -1,0 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2

Grafito

Platino

Aleación Ni-Cr-Mo

Titanio

Acero Inoxidable Tipo Aisi 316

Acero Inoxidable Tipo Aisi 304

Plata

Niquel 200

Aleaciones cobre plata

Bronce Ni-Alu

Cuproniquel 70-30

Plomo

Acero Inoxidable Tipo Aisi 430

Cuproniquel 80-20

Cuproniquel 90-10

Plata Niquel

Acero Inoxidable Tipo 410

Bronce Estaño

Bronce Manganeso

Latón Aluminio

Cobre

Estaño

Latón Naval

Bronce Aluminio

Acero dulce

Aleación Aluminio

Zinc

Magnesio

Pila galvánica entre

dos metales

distintos El potencial de un

metal puede variar

según las condiciones.

Pila de corrosión

entre dos puntos del

mismo metal

Pila de corrosión en

el acero inoxidable

entre la zona pasiva y

la zona activa

Inox Pasivo

Inox Activo (sin

capa protectora

de oxido de Cr)

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Relación de superficies

Corrosión Pila Galvánica de Corrosión

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Corrosión habitual en la Industria

Corrosión Pila Galvánica de Corrosión

Estructura metálica Corrosión Electrolito (medio agresivo)

Vista (atmosférica) Externa Humedad y agua sobre el metal

Sumergida Externa Agua dulce o agua de mar

Contiene líquido Interna Agua dulce o agua de mar

Tubería o tanque enterrado Externa Suelo mas o menos húmedo

Base de tanque vertical Externa Suelo mas o menos húmedo

Hormigón armado aéreo Externa El propio hormigón

Hormigón armado sumergido Externa El hormigón y el agua

Hormigón armado enterrado Externa El hormigón y el suelo

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Puesta a Tierra de Equipos

p.a.t. de Cu

Válvula motorizada

Corrosión Pilas Galvánicas Típicas

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Acero

Enterrado

Cable Cobre

Enterrado

Corrosión del

Acero Enterrado

Puesta a Tierra de Equipos

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Acero

Enterrado

Acero

Embebido en

Hormigón

Entre Acero Enterrado y

Acero en Hormigón

Corrosión Pilas Galvánicas Típicas

PASIVADO

POCO

ELECTRONEGATIVO

CATÓDICO

P.NATURAL

MAS

ELECTRONEGATIVO

ANÓDICO

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Tubería Acero

Enterrado

Arqueta de

Hormigón

Armado

Entre Acero Enterrado y

Acero en Hormigón

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Acero

Enterrado

Corrosión del

Acero Enterrado

Acero

Embebido en

Hormigón

Entre Acero Enterrado y

Acero en Hormigón

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Entre Acero Sumergido y

Acero en Hormigón

Corrosión Pilas Galvánicas Típicas

Acero Embebido

en Hormigón

(pasivo)

Acero Sumergido

(activo)

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Corrosión del

Acero Carbono

Flange Acero

Carbono

Perno Acero

Inoxidable

Entre Acero al Carbono y

Acero Inoxidable

Corrosión Pilas Galvánicas Típicas

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AGUA

ACERO AL CARBONO ACERO INOXIDABLE

Entre Acero al Carbono y

Acero Inoxidable

Corrosión Pilas Galvánicas Típicas

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Entre Acero al Carbono y

Acero Inoxidable

Corrosión

Corrosión interna del tubo galvanizado debido a la

pila galvánica con el filtro de acero inoxidable

Pilas Galvánicas Típicas

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Corrosión Otros casos

No siempre las armaduras embebidas en el

hormigón se pasivan. En este caso aparece la

corrosión

Armadura de hormigón

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Corrosión Riesgo de corrosión

Contacto directo o indirecto con cobre, acero embebido en

hormigon u otros materiales catódicos enterrados

Suelos de baja resistividad

Suelos especialmente agresivos

Pilas geològicas

Revestimientos dañados o despegados

Corrientes vagabundas

Interferencias por corriente alterna

Sistemas de protección catódica deficientes o mal mantenidos

Principales factores de riesgo de corrosión en

estructuras industriales:

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Corrosión Riesgo de corrosión

Diferencia de potencial entre ánodo y cátodo

Conductividad del electrolito

Relación superficies ánodo / cátodo

Oxigeno disuelto

Factores que influyen en la velocidad de corrosión

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Corrosión Modos de Evitar las Corrosión

Diseño adecuado de materiales

Metales resistentes a la corrosión

Tratamiento del agua

Revestimientos superficiales

Protección catódica Evitar la salida de corriente de

las zonas anódicas

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Evitar la salida

de corriente de

las zonas

anódicas

Revestimientos :

Aumentar la resistencia

eléctrica para impedir el

paso de la corriente. El

riesgo son los defectos del

revestimiento

Corrosión Modos de Evitar las Corrosión

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Corrosión Modos de Evitar las Corrosión

Selección adecuada de materiales

Evitar en lo posible las pilas galvánicas

Atención especial a la relación de superficies ánodo cátodo

Considerar los riesgos de que la geometría pueda facilitar los

fenómenos de corrosión (recovecos, etc)

Preveer desde el principio los sistemas más adecuados de

protección contra la corrosión en cada caso (atención a las

Normas Técnicas existentes)

o Revestimientos

o Tratamiento del agua

o Protección catódica

Diseño adecuado

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Corrosión Modos de Evitar las Corrosión

Solución metalúrgica : Seleccionar un metal noble o

pasivable que no forme zonas anódicas y catódicas en las

condiciones de trabajo

Actuar sobre el electrolíto : Modificar el medio agresivo

para lograr la pasivación. Circuitos cerrados, pH alcalino

en los morteros, tratamientos de agua etc

Revestimientos : Aumentar la resistencia eléctrica para

impedir el paso de la corriente. El riesgo son los defectos

del revestimiento

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

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Protección Catódica

Concepto

La protección catódica consiste en evitar que se

produzcan reacciones anódicas, que originan la

disolución del metal por un proceso de corrosión,

sobre la superficie de la estructura a proteger.

Con una protección catódica correcta la

velocidad de corrosión es inferior a 10 micras

por año

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A base de enviar electrones, convierte toda la

superficie del metal en CÁTODO, donde sólo

existirán Reacciones de Reducción y por lo tanto no

habrá corrosión.

Será preciso que en todos los fallos del

revestimiento entre corriente continua procedente

del terreno.

Para ello se necesitará un “suministrador” de

electrones.

Protección Catódica

Concepto

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

ató

dic

a

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Normalmente

la PC es el

complemento

del

revestimiento

en los fallos

del mismo

Protección Catódica

Concepto

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

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Ordenación de

Algunos

Metales según

su Potencial

Electroquímico

Protección Catódica

Concepto

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

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• Se basa en aprovechar la diferencia de

potencial (pila galvánica) entre el tubo

de acero y el ánodo de sacrificio

• Así se logra la circulación de corriente

continua del ánodo a los defectos del

revestimiento del tubo a través del

suelo

Tipos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

Corr

osi

ón y

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ALEACIÓN

Magnesio

Aluminio

Zinc

MEDIO UTILIZADO

Tierra, Agua Dulce

Agua Salobre, Agua de Mar

Agua de Mar

Materiales Ánodo de

Sacrificio

Tipos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

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REACCIÓN REDUCCIÓN

4e +02+2H20 40H

REACCIÓN OXIDACIÓN

Mg Mg +++2e

Tipos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

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Tipos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

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i = V Mg V Fe prot. = 0,55 a 0,85 V = i pequeña

R R

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Por Ánodos de Sacrificio

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• Desaconsejables para ρ >10.000 Ω cm

• Deberían instalarse con caja de conexiones

• Cierta incertidumbre para vidas importantes

de ánodos

• Coste de sustitución de ánodos

• La corriente de cada ánodo será diferente en

función del tipo de terreno en el que se haya

enterrado.

Inconvenientes

Tipos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

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Tipos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

Capacidad electroquímica de los ánodos de Magnesio

Si los ánodos de sacrificio de Magnesio

sacan poca corriente se pasivan.

Por debajo de 200 mA/m2 baja mucho su

capacidad de corriente electroquímica

ISO 15589-1

Densidad de corriente anódica en µA/cm2

Cap

acid

ad

de c

orr

ien

te e

n A

.h/K

g

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• La tensión de una Fuente de Poder Externa

(Rectificador) fuerza la circulación de

corriente continua del lecho de ánodos a

los defectos del revestimiento del tubo a

través del suelo

• Es importante seleccionar el tipo de ánodo

para lograr una vida importante de los

mismos

Tipos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Ánodo de Sacrificio Corriente Impresa

Tipos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Tipos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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• Gran capacidad de corriente

• Adecuación a todos los tipos de suelos

• Posibilidades de regulación

• Vida útil muy importante del sistema

Ventajas

Tipos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

Contenidor

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Campos de Aplicación

Protección Catódica

Todas las estructuras metálicas enterradas o

sumergidas en agua dulce o agua de mar.

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• Gas, producto

(pequeño

diámetro)

• Agua riego,

abastecimiento

(gran diámetro)

Campos de Aplicación

Tuberías Enterradas

Wilson Walton

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• Acero enterrado /

sumergido

(siempre provisto

de revestimiento)

• Acero embebido

en hormigón

Campos de Aplicación

Tuberías Enterradas

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• Hormigón

armado con

camisa de

chapa

• Acero

galvanizado

• Acero

inoxidable

• Fundición

(Dúctil)

Campos de Aplicación

Tuberías Enterradas

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• Gasolineras

• Parque de tanques empresas

químicas (acero, inox.)

Campos de Aplicación

Depósitos/Tanques Enterrados

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Campos de Aplicación

Depósitos/Tanques Enterrados

• Esferas de

almacenamiento

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• Exterior: Base

en contacto

con suelo o

cimentaciones

• Interior:

Paredes y base

Campos de Aplicación

Tanques de Almacenamiento Verticales

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• Agua dulce: En

Embalses

• Agua de mar:

Emisarios,

gasoductos

(sea-lines)

Campos de Aplicación

Tuberías Sumergidas (Exterior)

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• Agua dulce o de mar.

• Tuberías de refrigeración de

Centrales Térmicas

Campos de Aplicación

Tuberías Agua (Interior)

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• Pilotes

pantalanes

(Puertos)

• Compuertas

• Filtros y

bombas, etc.

(Interior

Cantara)

Campos de Aplicación

Estructuras Sumergidas

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• Grandes depósitos

acumuladores de agua

caliente sanitaria

(hoteles, hospitales, etc.)

• Cajas de agua de

condensadores y

enfriadores

• Intercambiadores de

calor

• Filtros de arena

Campos de Aplicación

Interior de Recintos (Llenos de Agua)

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Campos de Aplicación

Interior de Recintos (Llenos de Agua)

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Campos de Aplicación

Interior de Recintos (Llenos de Agua)

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• Tuberías de aspiración

• Camisa exterior

Campos de Aplicación

Pozos de Extracción de Agua

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• Estructuras

hormigón

armado, pilares,

etc.

• Tableros

autopistas

Campos de Aplicación

Estructuras Aéreas Embebidas en Hormigón

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• Red de tuberías,

tanques, puestas

a tierra, etc., en el

interior de Plantas

Industriales o

Similares

Campos de Aplicación

Estructuras Complejas

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

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• Control y conservación del buen

estado del revestimiento

• Aislamiento eléctrico de la estructura

La importancia de ambos requisitos reside en la

escasa corriente de protección catódica que se

utiliza y que cualquier inobservancia de alguno de

ellos puede anular su eficacia.

Requisitos Protección Catódica

Indispensables

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• Selección de un revestimiento de gran

calidad.

• Durante el montaje:

Control visual y eléctrico (holiday detector)

Revestimiento de las uniones soldadas

Reparación de los inevitables defectos

según instrucciones del fabricante.

• Solo tuberías: Revisión del revestimiento una

vez tapadas (DCVG / ACVG)

Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

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• Antiguamente: revestimientos a base de

pinturas o bituminosos

• En la actualidad: revestimientos a base de

materiales termoplásticos de polietileno o

polipropileno.

Sistemas tricapas (capa de epoxi en

polvo+adhesivo+capa de PE o PP)

Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Revestimientos Gran Calidad

en Tuberías

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Sistemas DCVG (Direct Current Voltage

Gradient) o ACVG (Alternating Current Voltage

Gradient), permiten detectar con exactitud la

localización de defectos del revestimiento de

cualquier tamaño, una vez tapada la tubería.

Requisitos Protección Catódica

Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Detección de Defectos/Fallos

en Tuberías ya Tapadas

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Detección de Defectos/Fallos

en Tuberías ya Tapadas

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Mal estado del revestimiento

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Mal estado del revestimiento

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Mal estado del revestimiento

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

Mal estado del revestimiento

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

CORROSIÓN EN ARQUETAS

Arqueta inundable.

Corrosión externa

habitual

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

CORROSIÓN EN ARQUETAS

Dentro de la arqueta corrosión

generalizada debida a la atmósfera

húmeda o a la inmersión eventual

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

REVESTIMIENTO ARQUETAS

SISTEMA WAX-TAPE

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

REVESTIMIENTO ARQUETAS

SISTEMA WAX-TAPE

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

REVESTIMIENTO ARQUETAS

SISTEMA WAX-TAPE

Sistema a base de cera microcristalina, altamente

resistente a la corrosión, ajustable y moldeable a

cualquier tipo de superficie irregular.

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Requisitos Protección Catódica

Control y Conservación del Revestimiento

REVESTIMIENTO ARQUETAS

SISTEMA WAX-TAPE

Principales ventajas: Aplicación muy sencilla. No requiere ni maquinaria ni mano de obra

especializada.

La preparación de superficie es simplificada: No requiere limpieza a metal

blanco o casi-blanco.

No requiere de ventilación para su aplicación. y puede ser aplicado con la

superficie húmeda.

No hay necesidad de esperar a que la temperatura ambiental sea caliente o

seca.

No requiere de tiempos de curado.

Penetra el óxido superficial.

Resistente a químicos y bacterias comúnmente encontradas en el suelo.

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Requisitos Protección Catódica

Aislamiento Eléctrico de la Estructura

• Instalación de Juntas aislantes en extremos,

derivaciones o conexiones con otras

estructuras metálicas que no se desean

proteger (solo tuberías).

• Aislamiento de armaduras embebidas en

hormigón.

• Sistemas de puesta a tierra.

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Juntas Aislantes (Tuberías)

Requisitos Protección Catódica

Existen dos (2) tipos:

Tipo Embridado (Flangeada)

• Constituida por diversos elementos de material

aislante.

• Instalación entre bridas (flanges) metálicas.

Tipo Monoblock (Monolítica)

• Carrete de tubo con elementos aislantes

encapsulados.

• Instalación, intercalada en la tubería mediante

soldadura de ambos extremos.

Aislamiento Eléctrico de la Estructura

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Requisitos Protección Catódica

Tipo Embridado

Juntas Aislantes (Tuberías)

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Requisitos Protección Catódica

Tipo Embridado

Juntas Aislantes (Tuberías)

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Requisitos Protección Catódica

Tipo Monoblock

Juntas Aislantes (Tuberías)

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Juntas Aislantes

Requisitos Protección Catódica

Tipo Monoblock

Juntas Aislantes (Tuberías)

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Requisitos Protección Catódica

Ubicación:

• Instalación en el interior de una arqueta estanca.

Construcción de nueva arqueta o

aprovechamiento de arqueta existente. (Longitud

aproximada junta aislante monoblock 1,5 metros)

• Instalación a la intemperie (Protección en el caso

de junta tipo embridado).

• No recomendable instalación enterrada.

Juntas Aislantes (Tuberías)

Aislamiento Eléctrico de la Estructura

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Aislamiento de Armaduras

Requisitos Protección Catódica

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Aislamiento de Armaduras

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Aislamiento de Armaduras

Requisitos Protección Catódica

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Aislamiento Sistemas de

Puesta a Tierra

Requisitos Protección Catódica

Aislamiento Eléctrico de la Estructura

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Aislamiento Sistemas de

Puesta a Tierra

Requisitos Protección Catódica

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Aislamiento Sistemas de

Puesta a Tierra

Requisitos Protección Catódica

Aislamiento Eléctrico de la Estructura

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

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Normativa de Protección Catódica

Normativa Europea

• UNE-EN-12954 “Protección catódica de

estructuras metálicas enterradas o sumergidas.

Principios generales y aplicación para tuberías”.

• UNE-EN-12696 “Protección catódica del acero en

hormigón”.

• UNE-EN-13509 “Técnicas de medida en protección

catódica”.

• UNE-EN-14505 “Protección catódica de

estructuras complejas”

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Normativa de Protección Catódica

Normativa Europea

• UNE-EN-15280 “Evaluación del riesgo de

corrosión por corriente alterna de las tuberías

enterradas con protección catódica”.

• UNE-EN-50162 “Protección contra la corrosión

debida a corrientes vagabundas provenientes de

sistemas de corriente continua”.

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Normativa de Protección Catódica

ISO (International Organization for Standarization)

• ISO 15589-1 Protección catódica de sistema de

tuberías de transporte – Parte I: Tuberías

enterradas.

• ISO 15589-2 Protección catódica de sistema de

tuberías de transporte – Parte I: Tuberías offshore.

• ISO 18086 Criterio de protección – Determinación

de la corrosión AC – Corrosión en metales y

aleaciones.

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

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Diseño Protección Catódica

Cálculo de la Corriente de Protección

I (mA) = δ(mA/m2) x S (m2)

Siendo:

δ .- densidad de corriente

S .- superficie metálica a proteger

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El valor de la densidad de corriente a aplicar

depende de la calidad del revestimiento y de la

corrosividad del electrolito.

Diseño Protección Catódica

Densidad de la Corriente de Protección

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Valores orientativos de la densidad de corriente necesaria para la PC según el tipo y

estado del revestimiento exterior:

• Polietileno extruido tricapa 0,05 a 0,1 mA/m2

• Acero con revestimiento de brea 0,3 a 0,6 mA/m2

• Pintura epoxi 0,5 a 2,0 mA/m2

• Pinturas bituminosas 0,5 a 5,0 mA/m2

• Acero desnudo 20,0 a 30,0 mA/m2

• Materiales nobles (inox, cobre…) > 40,0 mA/m2

• Acero desnudo en agua de mar en calma 50 a 80 mA/m2

Diseño Protección Catódica

Densidad de la Corriente de Protección

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MAYOR GASTO EN

REVESTIMIENTO

(PROTECCIÓN PASIVA)

MENOR COSTE DE

PROTECCIÓN CATÓDICA

(PROTECCIÓN ACTIVA)

Diseño Protección Catódica

Protección Catódica como Complemento del

Revestimiento

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

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Elementos de Protección Catódica

General

Sistema de Ánodos de Sacrificio

• Ánodos de sacrificio (magnesio, zinc, etc.)

• Cajas de toma de potencial (Test Stations)

Sistema de Corriente Impresa

• Rectificador

• Lecho o camada anódica

• Electrodo referencia permanente

• Cajas de toma de potencial (Test Stations)

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Elementos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

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Elementos de Protección Catódica

Por Ánodos de Sacrificio

Caja de Toma

de Potencial

(Conexiones)

Tubería

Ánodo de

Sacrificio

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Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Rectificador

Lecho

Anódico

Tubería

En una Tubería

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Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Rectificador

Lecho

Anódico

Base Tanque

En una Base de Tanque

TANQUE

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• Acometida eléctrica

• Tipos de rectificadores: Enfriados por Aire o

Aceite.

• Modo de funcionamiento

– Manual

– Automático

Rectificadores

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Ubicación del armario

teniendo en cuenta:

• Necesidad de

alimentación eléctrica.

• Potencia de la acometida

• Cableado desde cuadro

general, interruptor

identificado, Etc.

Rectificadores

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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En interior:

• Sala eléctrica BT en EB, Etc.

En exterior:

• Construcción de

caseta, bancada de

hormigón, Etc.

Rectificadores

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Rectificadores

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Entrada a.c.

Transformador

Puente Rectificador

Control Salida d.c.

Esquema Eléctrico

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Modos de operación:

• Manual

– Mantiene constante la intensidad

• Automático

– Mantiene constante el potencial

Rectificadores

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Potencial

Rectificadores

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Intensidad

Manual Automático

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Elemento de Protección Catódica que requiere

de un estudio más completo:

Cálculo

Diseño

Ubicación

Instalación

Mantenimiento

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Cálculo del lecho

• Resistencia:

– R lecho < R máx admisible = V rect x K

I rect

R lecho = f (ρ, N, , l, L, …)

• Vida

– Ánodos

– Backfill

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Lechos más frecuentes o típicos:

Horizontal:

• Continuo:

- Zanja L x 1,5m (h) x 0,3m (a), coque de petróleo y

ánodos.

• Discontinuo:

- Ánodos individuales separados entre sí.

En Pozo Profundo:

Perforación diámetro 220 a 300m. Profundidad > a 40 mts.

Materiales habituales:

• Ánodo de titanio activado (MMO metal mixed oxides)

• Coque de petróleo calcinado C > 98%

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Horizontal Continuo:

• Longitud zanja: (R admisible)

• Nº de ánodos

– Intensidad

– Realimentación backfill

• Profundidad 1,5 a 1,8 metros

• Longitud zanja = longitud activa

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Suelo Al

Rectificador Conexión

Aislada

Backfill

Ánodo C.I.

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Horizontal Continuo

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CRA 168

ANODO

AL RECTIFICADOR

CABLE GENERAL ANODICO AL (+) DEL RECTIFICADOR

CONEXIÓN A CABLE GENERAL

VERTICAL DISCONTINUO.DETALLE INSTALACIÓN LECHO ANÓDICO

1

1

CONEXIÓN CABLE-CABLE

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Ánodo C.I.

ensacado

con backfill

Conexión

Aislada

Horizontal Discontinuo

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Lecho Anódico Horizontal:

Ventajas:

• Construcción fácil (zanja, pozos de 1,5m

profundidad)

• Económico

Inconvenientes:

• Ubicación: separación 40 metros de la tubería.

Posibles expropiaciones de terreno.

• Riesgo de influencias a estructuras ajenas.

…

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

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Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

En Pozo Profundo

Longitud Activa =

Ánodos C.I. +

Backfill

Longitud

Inactiva

Rectificador

Tubería

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

ató

dic

a

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Lecho Anódico en Pozo Profundo:

• Gran ventaja técnica

• Coste económico

• Limitaciones de corriente ≤ 25A

• Dificultades construcción

• Heterogeneidad terrenos

• Elevada exigencia en una sección muy pequeña

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

ató

dic

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Lecho Anódico en Pozo Profundo:

• Carbón

• Cable

• Centradores

• Tubo venteo

• Lastre

• Caja cables anódicos

Otros

Componentes

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

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dic

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Lecho Anódico en Pozo Profundo:

Ventajas:

• Ubicación dentro de zona expropiada para

construcción de la tubería.

• No influencias estructuras ajenas

Inconvenientes:

• Dificultad de construcción del pozo en

determinados tipos de terreno.

• Costoso.

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

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ató

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Factores que pueden afectar la correcta

operación de un Lecho Anódico en Pozo

Profundo (agotamiento prematuro):

• Desecación del entorno

• Efecto electro-osmótico

• Gases superficie del ánodo

Lecho Anódico

Elementos de Protección Catódica

Por Corriente Impresa

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

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A ser instalados en puntos específicos de la

estructura para:

• Conexión de ánodos de sacrificio (cierre de

circuito)

• Punto de medición para controlar la efectividad de

la protección catódica y posibles influencias

externas

Elementos de Protección Catódica

Puntos de Control (Tomas de Potencial)

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

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Elementos de Protección Catódica

Puntos de Control (Tomas de Potencial)

Componentes:

• Caja de conexiones (metálicas o no-metálicas)

• Conexión de referencia a estructura (cable +

pletina)

• Electrodo de referencia permanente (con o sin

probeta) – Solo cuando aplique

Ubicación de las Tomas de Potencial:

• Fácil o cómodo acceso.

• Seguridad.

Corr

osi

ón y

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En interior:

• Arquetas o cámaras

existentes.

En exterior:

• Poste o bastidor de

acero

Elementos de Protección Catódica

Puntos de Control (Tomas de Potencial)

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

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Elementos de Protección Catódica

Puntos de Control (Tomas de Potencial)

Caja de

Conexiones

Conexión de

Referencia a

Tubería

Electrodo de

Referencia

Corr

osi

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• Varios tipos según su instalación:

- Portátil

- Permanente (con/sin probeta)

• Varios tipos según electrolito:

- Cu/SO4Cu (tierra)

- Ag/ClAg (tierra y agua de mar)

- Zinc (agua de mar)

- Calomelanos (tierra)

Elementos de Protección Catódica

Electrodo de Referencia

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

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V+-

Conexión

Cable

Tubería

Electrodo

Tester externo

Caja toma potencial

referenciapermanente

Portátil

Elementos de Protección Catódica

Electrodo de Referencia

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

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V+-

Tubería

Tester externo

Caja toma potencial

20 cm

Electrodoreferenciapermanente

Conexión

Permanente

Elementos de Protección Catódica

Electrodo de Referencia

Corr

osi

ón y

Pro

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Permanente

Elementos de Protección Catódica

Electrodo de Referencia

En Corriente Impresa

Corr

osi

ón y

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• Cable – estructura

• Cable – ánodo

• Cable – cable

• Cable – otros

• Soldadura aluminotérmica directa sobre la

estructura.

• Teja o pletina + cable con aluminotérmica

• Pletina acero + tornillo

• Soldadura química (adhesivo conductor)

• Aluminotérmica controlada

• Habitualmente conexión mecánica.

• Mecánica, con conector metálico

• Soldadura aluminotérmica.

Elementos de Protección Catódica

Conexiones

Cualidades de una buena conexión: Mínima

Resistencia y Máximo Aislamiento

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

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• Necesidad : siempre

• Tipo de aislamiento : dependerá de su

criticidad

Circuito anódico : criticidad ALTA

Circuito catódico : criticidad BAJA

Otros elementos : criticidad BAJA

Aislamiento

Elementos de Protección Catódica

Conexiones

Corr

osi

ón y

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

Corr

osi

ón y

Pro

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Cuando se haya modificado el potencial de la

tubería hasta salir de la zona de Corrosión y

entrar en la de Inmunidad en el Diagrama de

Pourbaix.

Este valor de potencial es medido respecto al

electrodo de referencia de Cu/SO4Cu.

Control de la Protección Catódica

¿Cómo Sabemos la Cantidad de Electrones Necesarios para

eliminar la Corrosión?

Corr

osi

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Control de la Protección Catódica

Diagrama de Pourbaix

Corr

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Cuando el potencial de la estructura medido

respecto a un electrodo de referencia alcanza un

potencial suficientemente negativo, se cumple el

Criterio de Protección Catódica y se considera

que la velocidad de corrosión ha descendido a

valores aceptables.

El potencial de la estructura debe medirse libre

de caídas de tensión IxR

Control de la Protección Catódica

Criterios de Protección

Corr

osi

ón y

Pro

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n C

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Control de la Protección Catódica

Criterios de Protección

UNE EN 12954

Todos los potenciales están libres de caída óhmica IR y se

refieren a un electrodo de referencia cobre/sulfato de cobre

saturado Ecu=EH - 0,32 V.

Corr

osi

ón y

Pro

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Control de la Protección Catódica

Técnicas de Medición

Corr

osi

ón y

Pro

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Control de la Protección Catódica

Errores de Medida

Variación del potencial medido según la situación del

electrodo de referencia.

Corr

osi

ón y

Pro

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V LEIDO EN TESTER = V REAL EN A + IPC x RT

IPC = 0 VLEIDO = VREAL

(-1,20 V) (-0,7 V) (-0,5 V)

Control de la Protección Catódica

Errores de Medida

Corr

osi

ón y

Pro

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Electrodo referencia permanente + probeta de

acero = Cuando no es posible eliminar todas

las influencias

• La probeta simula un defecto del

revestimiento.

• Permite la medición de potenciales libres de

caídas IxR, de acuerdo a lo exigido por la

normativa.

• Se mide el potencial de la probeta.

Control de la Protección Catódica

Electrodo de Referencia con Probeta

Corr

osi

ón y

Pro

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V+-

Cable tubería

Tubería

Tester externo

Caja toma potencial

20 cm

Cable probeta

Cable electrodo

Electrodoreferenciaprobeta

Control de la Protección Catódica

Electrodo de Referencia con Probeta

Corr

osi

ón y

Pro

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Control de la Protección Catódica

Electrodo de Referencia con Probeta

Fiabilidad

de la

medida

también en

presencia

de

corrientes

vagabundas

Corr

osi

ón y

Pro

tecció

n C

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Registros de Potenciales

ON/OFF en Probetas

Control de la Protección Catódica

Electrodo de Referencia con Probeta

Corr

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

Corr

osi

ón y

Pro

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• Focos mas frecuentes:

– Sistemas de tracción por corriente continua

– Sistemas de protección catódica por

corriente impresa

• Corrosión:

– Zonas de salida de la corriente continua del

metal enterrado al suelo

Corrientes Vagabundas

Concepto

Corr

osi

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Pro

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Corrientes Vagabundas

Sistema de Tracción

Corr

osi

ón y

Pro

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Corrientes Vagabundas

Sistema de Tracción

Corr

osi

ón y

Pro

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n C

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Corrientes Vagabundas

Sistema de Tracción

Variaciones diurnas importantes del

potencial de la tubería y pequeña

actividad nocturna

Corr

osi

ón y

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Corrientes Vagabundas

Otras Tuberías

Influencias con otros sistemas de protección

catódica

Corr

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Corrientes Vagabundas

Otras Tuberías

Control de las

influencias

Corr

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Corrientes Vagabundas

Corrosión acelerada

Salida corriente DC

Corr

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ón y

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

Corr

osi

ón y

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2 Tipos de influencias eléctricas por corriente AC:

Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

CONDUCCIÓN INDUCCIÓN

CORTA DURACIÓN LARGA DURACIÓN

Corr

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• Tensión por Conducción: aproximación a

apoyos de líneas eléctricas de alta y media

tensión.

daños mecánicos revestimiento y tubería

Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

CONDUCCIÓN

Corr

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Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

• Frente a los apoyos de las líneas eléctricas de alta

tensión.

• Gradiente generado en el terreno por la corriente de

defecto a través de la puesta a tierra del apoyo.

• Si el valor del gradiente en el revestimiento es superior

a la máxima tensión admisible en el mismo, puede

ocasionarle desperfectos o incluso en el caso de

elevados valores de tensión, afectar a la tubería.

CONDUCCIÓN

Corr

osi

ón y

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tecció

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Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

CONDUCCIÓN

• Ejemplo típico de corrosión o daño por

Conducción:

Corr

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Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

Vx

Vx = f ( V, p, d, e )

SI Vx > V MÁX. REVESTIMIENTO DESPERFECTO REVESTIMIENTO

SI Vx >> V MÁX. REVESTIMIENTO DAÑO SOBRE TUBERÍA

TIERRA

CONDUCCIÓN

Corr

osi

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Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

TUBERÍA

CAJA CONEXIONES

CON VIA CHISPAS

PICAS DE ZINC

CONDUCCIÓN

SISTEMA DE MITIGACIÓN:

Corr

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sobretensiones peligrosas

seguridad del

personal

• Tensión por Inducción permanente: por

paralelismo con líneas eléctricas de alta

tensión

Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

CORROSIÓN

INDUCCIÓN

Corr

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Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

INDUCCIÓN

• Ejemplo típico de corrosión por inducción:

Corr

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Influencias por Alterna

Riesgos sobre Tuberías enterradas bien Revestidas

Si Vx permanente 24 Voltios Sistema puesta a tierra

Vx = f ( V,d,p,l )

l 2 Km.

Vx

d

TUBERIA

AC/DC

DISCRIMINADOR

Sistema puesta a tierra

LINEA ELECTRICA ALTA TENSION

INDUCCIÓN

SISTEMA DE MITIGACIÓN:

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Contenidor Corrosión

Protección Catódica

Tipos de Protección Catódica

Campos de Aplicación

Requisitos para la Protección Catódica

Normativa de Protección Catódica

Diseño de Protección Catódica

Elementos de Protección Catódica

Control de la Protección Catódica

Corrientes Vagabundas

Influencias por Alterna

Estructuras Complejas

Corr

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Estructuras Complejas

Definición

Estructura constituida por instalaciones de

distintos metales, con continuidad eléctrica,

provistos de diferentes tipos y/o calidades de

revestimiento o ausencia del mismo y

posiblemente enterradas en distintos electrolitos.

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Estructuras Complejas

Diversidad de una estructura compleja

• Diferentes instalaciones: tuberías, tanques enterrados,

bases de tanques, cimentaciones, tablestacas, pilares de

estructuras, sistemas de puesta a tierra, etc.

• Diversos metales: acero al carbono, inoxidable, acero

galvanizado, cobre, etc.

• Varios tipos de revestimiento: pintura, encintado, PE, PP,

sin revestimiento, etc.

• Diferentes electrolitos: suelo (tierra, arena, grava)

hormigón, agua, etc.

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Estructuras Complejas

P.C. DE Estructuras complejas

Define criterios para:

- Requisitos para aplicar un sistema de

P.C.

- Diseño del sistema de P.C.

- Criterios de P.C.

- Dimensionamiento del sistema de P.C.

Norma UNE-EN 14505

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Requisitos de aplicación de PC

Continuidad eléctrica entre las diferentes

estructuras que las componen.

Evitar riesgos de corrosión por corrientes

vagabundas.

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Dificultades de la Protección Catódica

• Obliga a aplicar importantes cantidades de corriente:

– Debido a la ausencia o mala calidad de los

revestimientos.

– Presencia de pilas galvánicas

• Mala distribución de la corriente:

– Apantallamientos

– Resistencias a tierra muy diferentes. Caminos

preferentes de la corriente, sistemas de puesta a

tierra, etc.

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Estructuras Complejas

Zonas críticas de una Estructura Compleja

Zona crítica: zona con dificultad de conseguir el

criterio de protección.

Pilas galvánicas:

- Acero enterrado y cobre

- Acero enterrado y acero embebido en

hormigón

- Acero al carbono e inoxidable

Apantallamientos

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Dimensionamiento sistema PC

Dificultad cálculo corriente protección

Propuesta norma: 1ª estimación de corriente,

definir lechos anódicos, poner en marcha y

reforzar localmente zonas desprotegidas.

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Dimensionamiento sistema PC

Dimensionamiento rectificadores

Distribución lechos anódicos

Instalación puntos de control. Electrodos probeta

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Estructuras Complejas

Criterio de Protección

1- Criterio según UNE-EN 12954

2- Criterios según UNE-EN 14505: Tres métodos:

a) Método de medición de potencial

Potencial ON -1,2V ó -0,8V en zonas críticas

b) Método de la corriente

Incremento potenciales ON 300 mV ó

Corriente o variación potencial probeta

c) Método de medición de la polarización

Despolarización probetas (VOFF) 100 mV

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Estructuras Complejas

Riesgos por PC

• Falta de continuidad eléctrica:

Corrientes vagabundas

• Circulación de corriente por instalaciones

Chispas por apertura circuitos en zonas riesgo

explosión

• Sobreprotección por proximidad a lechos

anódicos

Presentación

Corrosión y Protección Catódica

PREGUNTAS

Muchas Gracias

por vuestra

atención!