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MEMORIAS CON DERECHOS RESERVADOS DE AUTOR -- ING. MIGUEL ANGEL CARDENAS ORGANIZACIÓN: FUNDARECUADOR Y/O FUNDACION PRODESARROLLO BOGOTACONTACTOS ECUADOR (02) 2249376 – 099 922071 – BOGOTA PBX. 3216397E-MAIL: [email protected]

CONCEPTOS DE INTRODUCCIÓN

ELECTROQUÍMICA

La corrosión, descrita anteriormente, es el ataque destructivo de un metal cuando reacciona química o electroquímicamente con el medio donde se encuentra. Básicamente, por ser la corrosión un proceso electroquímico, su entendimiento, estudio y análisis es importante para diseñar los planes de mantenimiento preventivo de ductos, ya sea que estén enterrados o sean superficiales.

El fenómeno de corrosión ocurre átomo por átomo, es decir en un período corto de tiempo una gran cantidad de átomos se corroen en la interfase del metal y el medio que lo rodea, proceso que ocurre generalmente en la superficie del metal pero también se puede presentar en grietas, picaduras o poros; en la superficie metálica. El átomo se ioniza por la pérdida de electrones y entra al electrolito como ión metálico, en un segundo este proceso se repite literalmente millones de veces, por ejemplo en una superficie de 10 cm² de hierro corroído se pierden 62 trillones de átomos de hierro por segundo, cuando se tiene una tasa de corrosión de 5 miligramos por decímetro cuadrado por día, 1 mpy. Los electrones que permanecen en el metal incrementan la carga negativa y esto se traduce en un incremento en el potencial, estos electrones se pueden mover libremente a través del metal o de cualquier otro metal que esté en contacto eléctrico con el metal corroído. Los iones metálicos formados permanecen en el electrolito o pueden reaccionar con otros materiales presentes en el electrolito para formar productos de corrosión.

El mecanismo de corrosión en tuberías metálicas se asimila al comportamiento de una celda electroquímica o galvánica, donde deben existir cuatro condiciones para que se presenten los fenómenos de corrosión descritos anteriormente. Estas son::

1. Deben estar presentes dos electrodos, uno denominado ánodo y el otro denominado cátodo.

2. Debe haber una diferencia de potencial eléctrico entre el ánodo y el cátodo, potencial que depende básicamente del tipo de material y de ciertas condiciones particulares de cada ducto.

3. Debe existir un trayecto metálico que conecte eléctricamente los dos electrodos, ánodo y cátodo. En el caso de los sistemas de transporte de hidrocarburos, esta conexión es la misma tubería.

4. Por último, tanto el ánodo como el cátodo deben estar inmersos en un electrolito conductor eléctricamente, es decir que este ionizado en cargas positivas y cargas negativas. Generalmente, el agua y los suelos húmedos que rodean las tuberías cumplen estos requisitos.

Una vez se tienen estas condiciones, un flujo de corriente eléctrica se genera y los metales se consumirán en el ánodo. En la siguiente figura se esquematiza como es el proceso de corrosión cuando se tiene un ánodo de hierro sumergido en un electrolito, allí se puede apreciar como la presión ejercida por la diferencia de potencial entre el ánodo y el cátodo genera una migración de electrones del ánodo al cátodo, a través de la conexión eléctrica entre ellos.

Una reacción electroquímica se define como una reacción química donde se involucra la transferencia de electrones, es también una reacción química donde ocurre un proceso de oxidación – reducción.

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Celda Electroquímica

En el ánodo, los átomos de hierro cargados positivamente se combinan con los iones negativos del

electrolito para formar el hidróxido ferroso que posteriormente reacciona para formar el hidróxido férrico, conocido como herrumbre.

En el cátodo, un exceso de electrones procedente del ánodo llega para combinarse con los iones hidrógeno del electrolito, cargados positivamente, para formar hidrógeno gaseoso. Este hidrógeno es la base de la película de polarización, muy utilizada cuando se refiere a los sistemas de protección contra la corrosión. Debido a la generación de hidrógeno en el cátodo, se presenta entonces un exceso de iones hidroxilo (OH-), creando un ambiente alcalino en la vecindad del cátodo.

Es importante tener en cuenta desde el punto de vista práctico algunas convenciones especiales cuando de flujo de corriente se trata. El concepto convencional de flujo de corriente es de positivo a negativo, pero puede ser confuso debido a que tal como se describió anteriormente el flujo de electrones es en sentido opuesto, por lo tanto se debe recordar que:

El flujo convencional de corriente va de positivo a negativo, es decir del cátodo al ánodo, en el circuito metálico.

El flujo de corriente, de positivo a negativo, va del ánodo al cátodo en el electrolito.

El metal se consume o degrada, donde la corriente sale para entrar al electrolito.

El metal que recibe la corriente del electrolito no se corroe y por lo tanto se protege, excepto algunos metales como el aluminio y el plomo, que pueden llegar a corroerse si reciben un exceso de corriente.

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ÁNODO

CÁTODO

Electrolito

+

__

Flujo de Iones

Flujo de Electrones Ruta Metálica


Una reacción de oxidación típica generalmente se indica por el incremento de la valencia o en otras palabras por el incremento en la producción de electrones, en forma similar una reacción de reducción se manifiesta por la disminución de la valencia o el consumo de electrones.

Zn Zn +² + 2e- oxidación

2H + 2e- H2 reducciónEn un proceso de corrosión, la reacción de oxidación se conoce como una reacción anódica, mientras que la reacción de reducción se conoce como reacción catódica, por lo tanto el fenómeno de corrosión consiste al menos, de una reacción de oxidación y una de reducción.

En resumen, para que ocurra un fenómeno de corrosión debe haber una formación de iones y la liberación de electrones en una superficie anódica donde ocurre la oxidación o deterioro del metal, simultáneamente debe haber una aceptación en la superficie catódica de los electrones generados en el ánodo, de esta manera los electrones tomados neutralizan los iones positivos de hidrógeno.

Las reacciones anódicas y catódicas suceden al mismo tiempo y a velocidades equivalentes. Sin embargo, el proceso corrosivo ocurre únicamente en las áreas que actúan como ánodos.

TABLA SERIE ELECTROMOTRIZ

Metal Producción de Iones Emf (Voltaje)(Hidrógeno = 0.000)

Magnesio Mg++ -2.400Aluminio Al++- -1.700Zinc Zn-- -0.762Cromo Cr++ -0.557Hierro Fe -0.441Cadmio Cd -0.401Níquel Ni -0.231Estaño Sn -0.136Plomo Pb -0.122Hidrógeno H 0.000Cobre Cu -0.334Plata Ag -0.798Platino Pt -0.863Oro Au -1.500

Metales como el magnesio y el aluminio tienen un nivel alto de energía, por lo tanto cuando reaccionan entregan una gran cantidad de energía, lo contrario sucede con metales como el oro y el platino que tienen niveles bajos de energía y la corrosión no es espontánea en muchos ambientes.

En agua pura, metales con fuerza electromotriz mas negativa que el hidrógeno tienden a corroerse espontáneamente y son estables cuando ésta fuerza es mas positiva que la del hidrógeno; sin embargo, debemos recordar que la serie electromotriz es teórica y que por la naturaleza del medio, se pueden encontrar efectos distintos en la práctica.

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A manera de ejemplo, el aluminio y el cromo con altas energías negativas se corroen lentamente en varios medios debido a la formación de una película delgada de productos de corrosión, cuando los productos formados son estables, la película aísla el metal del medio, a este efecto se le conoce como pasivación.

Los diagramas de Pourbaix son representaciones gráficas de la termodinámica teórica de las reacciones químicas importantes en la corrosión, allí se observan zonas donde las reacciones específicas son espontáneas. El potencial del metal y el pH se consideran como variables independientes, bajo ciertas condiciones la energía libre de la reacción es positiva y el metal es estable, sin embargo, en otras condiciones los productos solubles de la reacción son estables y las reacciones espontáneas y la corrosión pueden presentarse, aún bajo condiciones diferentes, productos insolubles son estables y las películas insolubles pueden conducir a la pasividad del metal.

AMBIENTE ENTERRADO

Los metales, como ya se ha mencionado, tienen la tendencia a corroerse por su posición relativa en la serie electromotriz. Como en los ambientes enterrados nos ocuparemos del caso de tuberías de acero–carbón, es importante observar el comportamiento del hierro como el principal componente de este material.

Las tuberías enterradas en suelos secos se puede afirmar que no tienen problemas de corrosión, sin embargo, debido a la lluvia, fuentes naturales de agua, ríos, etc., los terrenos tienen algo de humedad que combinada con el material minero soluble del suelo puede crear ambientes corrosivos. Si no hay minerales por disolver con el agua lluvia, la corrosión será prácticamente nula.

Un factor importante a considerar es la conductividad eléctrica del medio que rodea la tubería. El agua es un conductor muy pobre, sin embargo, cuando hay sustancias disueltas en ella, en especial aquellas que se ionizan, la conductividad se incrementa enormemente.

CLASES DE CORROSIÓN POR SUELOS

Existen tres clases principales de corrosión que se presentan en tuberías enterradas, a saber:

- corrosión galvánica.- corrosión electrolítica o por corrientes “vagabundas”.- corrosión bacteriológica.

CORROSIÓN GALVÁNICA

Es una reacción natural entre un metal y el medio que lo rodea. El voltaje entre el ánodo y el cátodo es generado por las diferencias entre dos estructuras o entre dos lugares en la misma estructura .

Las diferentes celdas galvánicas que se presentan en las estructuras enterradas, son las siguientes:

METALES DIFERENTES

De igual forma que en la pila de una linterna, cuando ponemos en contacto dos metales diferentes, se origina un flujo de corriente entre los dos elementos.

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En la serie electromotriz de los metales, tabla 1.1, se colocaron los metales ordenados respecto a su actividad frente a un electrodo de hidrógeno. Sin embargo, para efectos prácticos, los ingenieros de corrosión han elaborado una serie basada en los metales y sus aleaciones más conocidas; esta nueva serie se llama la serie galvanica y es la mas usada por todas las personas que tienen que ver con el control de la corrosión. Esta se encuentra en la tabla 1.2.:

TABLA 1.1.

METAL VOLTAJE(voltios)

Magnesio -2.37Aluminio -1.66Zinc -0.76Hierro -0.44Estaño -0.14Plomo -0.13Hidrógeno 0.00Cobre +0.34 a –0.52Plata +0.80Oro +1.50 a 1.68

TABLA 1.2.

METALES VOLTAJE(Voltios)

Magnesio comercial puro -1.75Aleación de Magnesio -1.60Zinc -1.10Aleación de Aluminio -1.05Aluminio Puro -0.80Acero dulce (limpio y brillante) -0.5 a – 0.8Acero dulce -0.2 a – 0.5Hiero colado -0.5Plomo - 0.5Acero dulce en concreto - 0.2Cobre, bronce, latón - 0.2Hierro colado con silicón - 0.2Laminado en acero - 0.2Carbón, grafito, coque + 0.3

Como podemos observar en las tablas, los metales que se encuentran en la parte superior de la serie son los más electronegativos (más reactivos) y por lo tanto al ponerlos en contacto con algún otro metal colocado por debajo de él en la tabla, habrá un flujo de corriente del metal con voltaje más negativo al metal con voltaje mas positivo. De este modo, y de acuerdo con lo que ya hemos discutido en el análisis hecho a la celda de corrosión, el metal que está por encima será anódico con respecto a todos aquellos que están por debajo de la celda galvánica.

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Esto quiere decir que los metales más bajos en un par galvánico, serán los cátodos y por lo tanto no se corroerán.

Los valores de la tabla anterior fueron observados en suelos neutros y en agua, y medidos con respecto al electrodo de sulfato de cobre.

SUPERFICIES DIFERENTES

La corrosión galvánica también resulta de condiciones de superficies diferentes. Por ejemplo, rasguños en las tuberías, causados por las maquinarias, pueden ser anódicos con respecto al resto de la tubería.

Una condición similar a la que se observó en la corrosión causada por metales diferentes, se presenta cuando un tramo nuevo de tubería se coloca entre dos tramos viejos. Figura 1.3.

Esto se ha experimentado en sistemas de distribución, cuando ha sido necesario reemplazar tramos de tubería que se han deteriorado por corrosión.Cuando se espera que el tramo nuevo dure tanto o más que la línea actual, éste falla mas pronto de lo que se cree. Es simplemente una aplicación de lo expuesto en la serie galvánica, tabla 1.2.

En esta grafica 1.3 podemos notar como el potencial entre el acero nuevo (brillante) es marcadamente diferente de aquel del acero viejo oxidado. Esto es, el acero nuevo es anódico y se corroe.CORROSIÓN POR SUELOS DISÍMILES

Otra causa de corrosión común en tuberías enterradas, es la diferencia en los suelos por donde pasan las líneas de conducción. Esto se ilustra en la Fig.1.4.

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TUBERIA VIEJA

TUBERIA NUEVA TUBERIA VIEJA

-0.4 -0.6 -0.3

+

+

+

__

__

__


Figura 1.4.

SUELOS DIFERENTES

En la figura 1.4. podemos ver como el potencial del tubo con respecto al suelo A, es ligeramente mayor que el potencial obtenido en el suelo B. Esta condición hace que el tubo en el suelo A sea anódico con respecto al del suelo B y por lo tanto se corroerá cuando la corriente fluya hacia el cátodo.

En la práctica podemos encontrar porciones de tubería en suelos arenosos y a continuación de estos encontramos terrenos arcillosos, lo que nos crea una celda de corrosión que comúnmente se conoce con el nombre de celdas de larga línea por encontrarse a lo largo de toda la extensión de la tubería.

CELDAS DE AIREACIÓN DIFERENCIAL

Otra fuente importante de celda de corrosión es la condición referida como aireación diferencial. Supongamos que tenemos una tubería enterrada en un suelo uniforme, pero en algunas áreas de la línea

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CATODO ANODO

-0.4 -0.1 -0.5

+

+

+

__ __ __

SUELO B

( -)

SUELO A

(+)

CATODOºANODOCATODOº

ANODOCÁTODO

SUBESTACION

RIELES


existe un suministro de oxigeno (bien aireada) mientras en otras áreas existe deficiencia de oxigeno (pobremente aireada). Bajo estas condiciones, la tubería en el suelo bien oxigenado, será catódica y el tubo en el suelo pobremente aireado será anódica y se corroerá. Figura 1.5.

CORROSION POR AIREACIÓN DIFERENCIAL

La Figura 1.5. nos muestra una tubería que pasa bajo un camino pavimentado donde esta en contacto con el suelo que tiene un suministro de oxigeno restringido, comparado con la tubería al otro lado del camino en donde el suelo no tiene esa superficie de sellado. La corrosión bajo el pavimento puede ser severa.

CORROSIÓN ELECTROLÍTICA

Esta clase de corrosión difiere de la corrosión galvánica en que la corriente corrosiva viene de una fuente externa a la estructura afectada. Las corrientes errantes o “vagabundas”, como se les conoce, pueden provenir de trenes electrificados operaciones de soldadura o platinado, sistema de protección catódica y algunas otras fuentes de corriente directa. Estas corrientes viajan por la tierra y son recogidas en algún punto por una tubería enterrada y luego es descargada en otro punto con el consiguiente problema de corrosión.

Existen dos clases de corrientes erradas: dinámicas y estáticas.

CORRIENTES ERRADAS DINÁMICAS

También denominadas corrientes fluctuantes, se encuentran en áreas donde la fuente involucra una corriente variable. Son comunes alrededor de trenes operados con corriente directa, maquinas de soldadura, minas y en otros lugares donde la corriente varia en un periodo de tiempo.

Figura 1.6.

En el ejemplo de la figura 1.6, sistemas de trenes eléctricos, tranvías, podemos observar el ejemplo típico en este tipo de corrosión electrolítica. La corriente varia debido a que la carga esta cambiando constantemente cuando el tren acelera y desacelera, por lo tanto la corriente que entra a la tierra está fluctuando.

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También se presenta en algunas plantas industriales donde la corriente directa se genera en un lugar y luego se distribuye utilizando varias maquinas.

Las corrientes erradas son más evidentes cuando el negativo del sistema eléctrico es puesto a tierra. Los sistemas de corriente directa que no están puestos a tierra generalmente no crean una cantidad apreciable de corrientes erradas.

CORRIENTES ERRADAS ESTÁTICAS

Corrientes estáticas o estacionarias, son aquellas que fluctúan, es decir permanecen casi constates con el tiempo.

Figura 1.7.

La fuente más común es “la interferencia” originada por los sistemas de protección catódica mediante corriente impresa. Figura 1.7.

En el diagrama se puede observar claramente como cualquier estructura enterrada puede recoger corriente de un equipo de protección catódica; pero que al no estar dentro el mismo circuito del equipo, esa corriente recogida trata de regresar para cerrar el circuito y en el sitio donde la línea extraña se cruza con la línea protegida, se presentan los problemas por corrosión.

CORROSIÓN BACTERIOLÓGICA

La riqueza de los suelos en los pantanos y en los lugares de mercado, se debe a la presencia de materia descompuesta y la descomposición es el resultado de la actividad bacterial.

Atacando la tubería o el revestimiento, la bacteria causa cambios en el suelo cuyo resultado tiene efectos en las condiciones corrosivas del medio.

Como todos los organismos vivientes, las bacterias necesitan oxigeno para vivir. En suelos que no tengan mucho oxigeno libre, tienen la habilidad de obtener oxigeno de los compuestos químicos que están en el suelo, tales como el sulfato, los subproductos que en este proceso se forman son extremadamente corrosivos y por lo tanto corroen la tubería.

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Estas bacterias también pueden destruir la película de polarización de hidrógeno que se ha formado en las áreas catódicas durante el proceso de protección catódica. Por lo tanto, si una tubería atraviesa pantanos o pasa cerca de tanques sépticos lo más probable es que se presenten problemas por corrosión bacterial.

VELOCIDAD DE CORROSIÓNEs la velocidad o la rapidez con que se puede desarrollar un proceso de corrosión, depende generalmente de la cantidad de corriente generada, del material de la estructura involucrada y del medio ambiente que lo rodea.

La ley que rige la rata de corrosión, conocida como Ley de Ohm, es:

VI =

R

En donde:I = Intensidad de corriente. V = Voltaje.R = Resistencia.

El potencial involucrado depende de la naturaleza del ánodo y el cátodo, y de su ubicación en la serie galvánica.

La resistencia de la celda de corrosión, en el caso de la tubería enterrada es la suma de: la resistencia del metal, la resistencia del electrolito y la resistencia de las películas del ánodo y del cátodo.Para un flujo dado de corriente, la rata de corrosión de un metal esta regida por la Ley de Faraday.

W = K * I * TEn donde:W = Peso del metal perdido.K = Equivalente electroquímico.I = Corriente.T = Tiempo.

Para fines prácticos la perdida de peso de un metal se expresa generalmente en libras por amperio por año. Tabla 1.3.

METAL VELOCIDAD DE CORROSIÓN(Libras / amperio – año)

Hierro ó acero 20Plomo 74Cobre 45Zinc 23Aluminio 6.4Carbón 2.5

En la tabla 1.3 se presentan algunas velocidades de corrosión para los metales mas comúnmente utilizados.

De la tabla anterior podemos concluir que si en una tubería de acero se descarga un (1) amperio en un periodo de un (1) año, se perderán 20 libras de acero. Esto nos da una idea del peligro que sé presentaría de no combatir o controlar la corrosión a tiempo.

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MODIFICACIÓN DEL AMBIENTELas técnicas de modificación del medio ambiente se orientan básicamente al cambio de las condiciones del electrolito ó a la instalación de barreras de protección, películas aisladoras formadas por productos químicos. Estos son conocidos como inhibidores de corrosión.

Un inhibidor es una sustancia que retarda o vuelve mas lenta una reacción química cuando se adiciona a un medio corrosivo, disminuyendo la velocidad de ataque a la superficie metálica. Estos productos son adicionados comúnmente en pequeñas cantidades en medios ácidos, aguas de enfriamiento o cualquier otro medio bien en forma continua o intermitente para prevenir problemas de corrosión.

Algunos inhibidores retardan la corrosión por adsorción, formando una película delgada sobre la superficie metálica, otros forman precipitados voluminosos visibles que recubren el metal y lo protegen del ataque. Otro mecanismo común consiste en corroer el metal de tal forma que la combinación de adsorción y productos de corrosión forman una capa pasiva de protección.

De los cuatro elementos componentes de una celda de corrosión, ánodo, cátodo, electrolito y conductor electrónico, tres pueden ser afectados por un inhibidor que retarde la corrosión. El inhibidor puede causar:

Incremento en la polarización del ánodo, inhibición anódica.

Incremento en la polarización del cátodo, inhibición catódica.

Incremento en la resistencia eléctrica del circuito, formando un deposito grueso sobre la superficie del metal. La resistencia del conductor electrónico que conecta los ánodos y cátodos (generalmente la resistencia del metal mismo) es muy baja y no puede ser cambiada por los inhibidores de corrosión.

TIPOS DE INHIBIDORES

Existen seis clases o tipos de inhibidores utilizados para modificar el medio ambiente agresivo, dentro de los sistemas de transporte. Todos ellos pretenden aislar estos medios de la pared interior de la tubería previniendo el ataque corrosivo. Los tipos de inhibidores, son:

INHIBIDORES DE PASIVACIÓN ANÓDICOS. Estos inhibidores causan un cambio grande en el potencial de corrosión, lo que se conoce como pasivación. Son también conocidos como inhibidores peligrosos, en razón a que cuando se usan en concentraciones insuficientes causan picadura y en algunos casos incrementan la velocidad de corrosión. Se conocen dos tipos de inhibidores: aniones oxidantes como los cromatos, nitratos y nitritos que pueden pasivar el acero en ausencia de oxigeno y los iones no oxidantes como fosfatos y molibdatos que requieren la presencia de oxigeno para pasivar el acero. Los cromatos son aceleradores de corrosión a bajas concentraciones por lo que son muy buenos depolarizadores catódicos. La película de oxido pasiva es conductiva y catódica al acero; por lo tanto el acero pasivado consiste completamente de áreas catódicas. Cuando la película formada se rompe o penetra por la acción de los equipos de limpieza o por disolución, y la concentración de cromatos no es suficiente para reparar la película, el acero expuesto se convierte en un área anódica pequeña resultando picaduras en el metal.

INHIBIDORES CATÓDICOS. Inhibidores que retardan la reacción catódica o precipitan selectivamente en áreas catódicas incrementando la resistencia del circuito y restringiendo la difusión de especies reductoras en el cátodo. La reacción catódica es con frecuencia la reducción de iones hidrógeno para formar hidrógeno gaseoso. Algunos inhibidores catódicos dificultan la descarga de

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hidrógeno gaseoso. Compuestos de arsénico y antimonio son ejemplos de esta clase de inhibidores. Otros inhibidores catódicos utilizan el incremento de la alcalinidad en áreas catódicas precipitando compuestos insolubles sobre la superficie metálica. Hay tres categorías principales identificadas en esta clase de inhibidores que afectan la reacción catódica: venenos catódicos, precipitados catódicos y secuestrantes de oxigeno.

INHIBIDORES DE RESISTENCIA OHMICA. Inhibidores que incrementan la resistencia del circuito del electrolito mediante la formación de películas. En razón a que no es prácticamente utilizado el incremento en la resistencia del volumen del electrolito ésta se consigue por la formación de una película de micropulgadas de espesor. Si la película se deposita selectivamente en áreas anódicas, los cambios en el potencial de corrosión se vuelven más positivos; si se deposita en áreas catódicas los cambios de potencial son más negativos y si la película cubre ambas áreas anódicas y catódicas los cambios en el potencial son apenas perceptibles.

INHIBIDORES ORGÁNICOS. Los cuales se adsorben de acuerdo a la carga ionica del inhibidor y la carga sobre la superficie metálica. Inhibidores catiónicos, cargados positivamente, tales como aminas o inhibidores aniónicos cargados negativamente como los sulfonatos serán adsorbidos preferencialmente sobre el metal de acuerdo con la naturaleza de las cargas. Inhibidores orgánicos solubles forman una capa protectora de solo unas pocas moléculas de espesor, pero si un inhibidor orgánico insoluble se adiciona por dispersión en pequeñas partículas, la película se volverá más gruesa. Estas películas tienen muy buena persistencia, es decir continúan su inhibición de corrosión por un periodo de tiempo largo a pesar de que se haya suspendido la inyección del inhibidor. Persistencia es una propiedad importante cuando los inhibidores se inyectan intermitentemente, (por parcelas).

INHIBIDORES DE PRECIPITACIÓN. Productos que inducen la formación de películas protectoras sobre la superficie metálica y por lo tanto interfieren indirectamente sobre ánodos y cátodos, los inhibidores mas comunes de esta clase son los silicatos y fosfatos. Ambos forman depósitos sobre el acero con incremento en la polarización catódica. Estos productos no consiguen el grado de protección obtenida con los cromatos y nitritos; sin embargo son muy utilizados en situaciones donde se requieren aditivos no tóxicos.

INHIBIDORES FASE VAPOR (VPI). Inhibidores que también llamados inhibidores de corrosión volátiles y son compuestos transportados en un sistema cerrado al sitio de corrosión por volatilización desde una fuente. En contacto con una superficie metálica el inhibidor se condensa e hidroliza por la humedad presente liberando iones nitrito, benzoato ó bicarbonato, debido a la presencia de oxigeno estos iones pueden pasivar el acero. Es deseable para un VPI proveer una inhibición lo suficientemente rápida y a su vez dejar un efecto remanente. Por lo tanto el compuesto deberá tener una alta volatilidad para saturar todos los espacios accesibles al vapor lo más rápido posible, pero al mismo tiempo, no debería ser tan volátil porqué se perdería rápidamente a través de fugas en el empaque o recipiente en el cual se este utilizando, luego la presión de vapor del VAP debe ser suficiente para mantener una concentración de inhibidor en todas las superficies metálicas expuestas.

RECUBRIMIENTOS

La primera línea de defensa contra el ataque por corrosión en tuberías enterradas o sumergidas en un electrolito es la aplicación de revestimientos o recubrimientos de protección. Con esta técnica se elimina un elemento vital de la celda de corrosión que es el contacto entre el electrolito y la superficie metálica es decir

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que al no haber medio ambiente se elimina el flujo de corriente entre las áreas anódicas y catódicas minimizando o eliminando el proceso corrosivo.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

Mucho se ha escrito sobre la importancia de una buena preparación de la superficie y a pesar de ello impera un descuido general, que da al traste con todos los principios y planteamientos de una buena protección.

Para que la pintura adquiera una buena adherencia a la superficie, es imprescindible que nada se oponga a esta adherencia. Las partículas sueltas de toda especie, tales como el polvo, la suciedad grasosa, los aceites, el óxido y todo cuanto es ajeno a la superficie sólida y firme, constituye un impedimento para lograr una buena adherencia.

Es frecuente que la preparación de la superficie resulte mas larga y costosa que la aplicación de la pintura y generalmente esto ocurre cuando el mantenimiento desde un principio no ha sido correctamente realizado.

Pero cualquiera que sea el costo, esa buena preparación es la base de todo buen sistema de protección y la seguridad de que la inversión total realizada no resultará en pérdidas de tiempo y dinero.

Lo primero que se debe hacer es examinar la superficie que se desea preparar y determinar los obstáculos que deben ser separados.

PREPARACIÓN DE LAS SUPERFICIES POR MÉTODOS MECÁNICOS

Los principales métodos mecánicos empleados en la preparación de las superficies, son:

CORROSIONPodemos definirla como la propiedad que tienen los metales de retornar a su estado natural, abandonando el estado en que se encuentra, es decir, es la destrucción o deterioro de un material debido a una reacción química o electroquímica.

Reacción química o en seco: ocurre por contacto con vapores o gases, sin la presencia de líquidos y está asociada a menudo con altas temperaturas, por ejemplo los quemadores de gas.

Electroquímica o en humedad, se presenta en medios líquidos por rociado o inmersión, por ejemplo la quilla de los buques.

GRADOS DE CORROSIONEn los metales la corrosión muestra diversas formas que van desde el ataque uniforme y generalizado, hasta el ataque aislado en determinadas áreas de la superficie.

Para clasificar los grados de corrosión, se han creado dos grandes opciones:

Superficies nuevas, o recién construidas.

Superficies tratadas.

El primer grupo comprende cuatro (4) subdivisiones que son:

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GRADOS DE PREPARACIÓN

NORMAS SSPC. Steel Structures Painting Council.

Estas especificaciones fueron originalmente preparadas en 1952, revisadas en 1962 y actualizadas en 1971, en orden a incorporar las superficies que miembros de su comité hicieron durante el transcurso de este periodo.

Adjuntamos una copia de los miembros que integran su comité para que se pueda apreciar la cantidad de gremios y asociaciones que contribuyen a su preparación y edición.

SIS Swedish Standards Organization

NACE National Association of Corrosion Engineers

AWWA American Water Works Association

COMPARACION DE ESTANDARES PARA LIMPIEZA DE ACERO

Describimos a continuación los grados de preparación de superficie de acuerdo con las normas SSPC. (Steel Structures Painting Council)

SSPC-SP-1: LIMPIEZA CON SOLVENTES.

Es un procedimiento para remover materiales extraños perjudiciales, tales como aceites, grasa, manchas y otros contaminantes de la superficie, mediante el uso de solventes, emulsiones, limpieza con vapor, los cuales determinan una acción solvente limpiadora. Se usa para preparación de superficies removiendo herrumbre, cascarilla de laminado o pintura vieja, grasa, polvo, y otros materiales contaminantes semejantes.

Generalmente se utiliza para superficies de acero, en las cuales la cascarilla de laminado está intacta y en superficies similares en las que únicamente se requiere una limpieza suave.

El material de limpieza puede aplicarse por impregnación y frotación con cepillos y estopas, por pulverización o vaporización y por inmersión de tanques.

De todos los casos él ultimo debe hacerse con disolventes y agua limpia, según el método utilizado.

Este método se puede utilizar antes de la aplicación de pinturas o como tratamiento previo a otro método de limpieza, manual, mecánica, o de chorro de arena.

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SSPC-SP-2. LIMPIEZA MANUAL

La limpieza manual es un método de preparar superficies metálicas para pintarlas, removiendo la cascarilla de laminado desprendida, herrumbre y pintura desprendida, con cepillo manual, limpiado manual, raspado manual o por la combinación de estos métodos.

Este tipo de limpieza es un método aceptable de preparación para superficies expuestas en atmósferas normales de contaminación nula, al interior o exterior como preparación para la aplicación de películas alquídicas y oleoresinosas de buena capacidad de humectación.

La limpieza manual requiere una remoción previa de grasas y aceites con un disolvente adecuado y un tratamiento posterior con líquidos transformadores de oxido para inhibir ó pasivar el oxido firme que no pudo eliminarse.

Se aplica generalmente en zonas pequeñas, como retoques o reparcheos en mantenimiento.

SSPC-SP-3. LIMPIEZA CON HERRAMIENTAS ELECTRICAS O NEUMÁTICAS

La limpieza con herramientas mecánicas es un método para preparar superficies metálicas para pintar, removiendo la cascarilla de laminado desprendida, la herrumbre y la pintura desprendida, con cepillos eléctricos o neumáticos, impacto eléctrico o neumático, esmeril eléctrico o neumático o la combinación a estos métodos.

Este método es más eficiente y más económico que los anteriores y proporciona un mejor sustrato a la pintura que la preparación de tipo manual.

SSP-SP-4. LIMPIEZA DE ACERO NUEVO CON LLAMA

Es un método para preparar superficies de metales no pintadas, pasando la llama de oxiacetileno a gran temperatura y velocidad sobre la superficie total y luego cepillando para remover las cascarillas y el herrumbre desprendidos.

Se intenta que toda la cascarilla y el oxido desprendido sean removidos por este proceso dejando una superficie caliente y seca a la cual se le aplica la pintura corrosiva antes de que la superficie se enfríe.

Previo a la aplicación de la llama deben eliminarse las grasas, aceites y capas sueltas de oxido y otros materiales por medio de disolventes y/o herramientas manuales mecánicas, así mismo, después del tratamiento con llama deben rasparse los materiales sueltos.

La limpieza con llama solamente remueve un parte de cascarilla de laminación.

SSPC-SP-5. LIMPIEZA POR CHORRO A METAL BLANCO

La limpieza por chorro es un método de preparación de superficies metálicas, para pintar, removiendo toda la cascarilla de laminado, oxido, pintura o materiales extraños mediante el uso de un abrasivo impulsado a través de una tobera o por rueda centrífugas.

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Una superficie preparada a metal blanco se define como una superficie con color uniforme gris blanco metálico. Este grado de limpieza es el que ofrece mayor garantía de durabilidad a la pintura y se utiliza en superficies que después de pintadas van a estar sumergidas en productos químicos, sales, ácidos o agua destilada.

SSPC-SP-6. LIMPIEZA POR CHORRO GRADO COMERCIAL

Se define así el método para preparar superficies de metal, para pintar removiendo la cascarilla de laminado, el oxido o materias extrañas por el uso de abrasivos impulsados a través de toberas.

El acabado final de una superficie limpiada por chorro de arena grado comercial, se define como una superficie libre de aceite, grasa, suciedad, cascarilla de laminado y herrumbre, pintura vieja, excepto ligeras sombras, rayas o decoloraciones causadas por manchas de herrumbre, ligeras cascarillas de lamina, delgados residuos de herrumbre y pintura que puedan encontrarse en el fondo de las picaduras, al menos 2/3 de cada pulgada de superficie estará limitada por pequeñas decoloraciones.

Este grado de preparación se recomienda para superficies sumergidas en agua o expuestas en atmósferas industriales, húmedas y marinas.

La ventaja de la limpieza grado comercial consiste en el costo inferior para una preparación satisfactoria que funciona bien en un gran numero de condiciones de servicios.

SSPC-SP-7. LIMPIEZA POR CHORRO ”BRUSH OFF”

Es un método de preparación de superficies de metal para pintarlas por rápida remoción de la cascarilla de laminado desprendida, por impacto con abrasivos impulsados a través de una tobera por el aire comprimido o por una rueda centrífuga.

El acabado final de una superficie limpiada con chorro de arena “Brush Off”, se define como aquel en el que todo el aceite, grasa, suciedad, cascarilla de laminado desprendida, herrumbre desprendida, sean removidos completamente, pero no cascarillas delgada ni herrumbre adherida ni pintura en buen estado. Y bien adherida.

Es útil en la remoción de pintura suelta o deteriorada en superficies de mampostería y en el grabado de superficies ya pintadas.

SSPC-SP-8. “PICKLING”

Es un método para preparar superficies metálicas para pintarlas removiendo completamente la cascarilla de laminado y el oxido por reacción química o por electrolisis, o por lo dos métodos combinados.

Se entiende que una superficie preparada por este método deberá estar completamente libre de toda cascarilla de laminado, óxido, y materias extrañas. También, deberá estar libre de ácidos o álcalis inactivos y de tizne.

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SSPC-SP-9. CORROSION PRODUCIDA POR LA ATMÓSFERA, SEGUIDA POR LIMPIEZA CON CHORRO

Es un método para remover y desprender la cascarilla de laminado por oxidación natural de la superficie del acero; por exposición a la atmósfera se corroe el acero con debilitamiento y desprendimiento de la cascarilla, después que la cascarilla se ha desprendido, la superficie puede ser limpiada con chorro de arena mas fácilmente.

SSPC-SP-10. LIMPIEZA CON CHORRO GRADO CERCA DE METAL BLANCO

Es un método de preparación de superficies metálicas para pintarlas removiendo toda la cascarilla de laminado, la herrumbre, la pintura y las materias extrañas por el uso de un abrasivo impulsado a través de una tobera, o por una rueda centrífuga.

El acabado final de una superficie limpiada con chorro cerca al grado de metal blanco, se define como aquella en la cual, todo el aceite, grasa, suciedad, cascarilla de laminado, herrumbre, productos de corrosión, pinturas y otros materiales extraños se han removido completamente de la superficie, excepto ligeras sombras o rayas, o ligeras decoloraciones causadas por manchas de herrumbre o residuos delgados de pintura. Por lo menos un 95% de la superficie estará libre de residuos visibles y el resto se limita a las decoloraciones ya mencionadas.

APLICACIÓN

Debido a que la corrosión de la tubería es una reacción electroquímica entre el hierro y el medio que lo rodea, se entiende por que es necesario revestir la tubería con algo que la aísle del suelo y de esta manera evitando la corrosión.

Un buen sistema de recubrimiento es la primera línea de defensa contra la corrosión por los suelos en la tubería. Es por esta razón que todas las líneas enterradas deben revestirse con materiales especiales que se calculan para proteger la tubería durante su vida útil estimada.

CARACTERÍSTICAS DE LOS RECUBRIMIENTOS

Un buen sistema de revestimiento debe poseer ciertas características destacables que deben ser mantenidas durante el tiempo de vida normal de un ducto. Estas características son:

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BAJA ABSORCIÓN DE HUMEDAD. El objeto de esta característica es prevenir el movimiento de la humedad al metal y no facilitar conductos para la corriente eléctrica que causen la corrosión electroquímica. Un revestimiento que tenga una rata de absorción elevada permitirá que con el tiempo se produzcan fallas en su aislamiento y por lo tanto la tubería quede expuesta a la corrosión de los suelos.

BUEN AISLAMIENTO ELÉCTRICO. Es necesario para prevenir el intercambio de la corriente eléctrica entre la tubería y el suelo, tal como la corriente galvánica, corrientes erradas, corrientes de largo alcance y resistir el flujo de la corriente de protección catódica. Por lo tanto un buen revestimiento, con una resistencia eléctrica elevada, es muy efectivo además de reducir los costos de operación. Generalmente, este buen aislamiento eléctrico se toma como la resistencia efectiva del revestimiento y está, normalmente, expresado en unidades de resistencia eléctrica por unidad de área.

RESISTENCIA A LA PRESIÓN DEL SUELO. Todas las tuberías enterradas están sujetas a presiones grandes y dispares del suelo debido al peso de la tubería y su contenido, al peso del relleno del suelo, los cambios en el volumen del suelo con cambios en su contenido de humedad, incluyendo rocas, arcillas y otros elementos. Estas presiones o fuerzas están comúnmente relacionadas con los esfuerzos del suelo y tienen la tendencia de deformar o desplazar el revestimiento de la tubería. La resistencia a estas fuerzas, se obtiene algunas veces incluyendo materiales de refuerzo en los sistemas de revestimiento.

RESISTENCIA QUÍMICA. Como las tuberías atraviesan todo tipo de terrenos, como pantanos y tierras negras donde se encuentran ácidos o zonas áridas y suelos livianos generalmente alcalinos, los sistemas de revestimiento utilizados deben ser inertes a la acción de estos químicos. También los ductos encontrados en campos petroleros, en refinerías o en general en áreas industriales, en donde los suelos pueden estar contaminados por escapes de crudo, destilados de gas natural o residuos industriales, deben tener un recubrimiento resistente a estos productos, lo que nos lleva a la quinta característica.

RESISTENCIA A LA ACCIÓN DE LOS SOLVENTES. La tubería puede ser dañada por equipos industriales, trafico pesado, o un inadecuado sistema de protección catódica. En el primer caso, el recubrimiento debe resistir los contaminantes del petróleo en el suelo y en el caso de una fuga no debe ser afectado por los hidrocarburos que rodean la tubería en la zanja y viajan a lo largo de el en distancias considerables. El costo de reparar los revestimientos que fallan bajo estas condiciones, es con frecuencia igual al costo de la construcción original para bajar la parte de la línea donde falló el revestimiento.

RESISTENCIA A LAS BACTERIAS. La sexta característica de un buen revestimiento, es la resistencia al deterioro bacteriano. Las bacterias son probablemente los organismos vivos mas ampliamente distribuidos. Muchas clases de estas bacterias utilizan los hidrocarburos así como otros compuestos orgánicos en sus procesos de vida. Los materiales caracterizados por su bajo absorción de humedad y que son químicamente inertes son también resistentes a la acción de las bacterias.

BUENA ADHESIÓN AL METAL. Para garantizar una adherencia permanente a la tubería, todo revestimiento debe ir acompañado de un imprimante aplicado en frío. Este agente debe ser totalmente compatible con el sistema de revestimiento utilizado, de modo que al aplicar el recubrimiento final, éste funda con el imprimante y se adhiera al metal.

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FACILIDAD DE APLICACIÓN. La octava característica, facilidad en la aplicación, impone muchas limitaciones en los materiales que puedan usarse, el revestimiento debe asumir rápidamente su estado final para permitir el manejo de la tubería casi inmediatamente después de la operación de revestimiento. La aplicación debe progresar a velocidades iguales a las tasas usuales de construcción de la tubería.

ENVEJECIMIENTO. Un buen sistema de revestimiento debe mantener sus propiedades inalterables durante la vida esperada de la tubería, debido a que no son accesibles para inspecciones periódicas, ya que una vez instalada se espera que estén en servicio por 50 años o más. En el revestimiento debe ser continua su resistencia a la humedad, a la presión del suelo, descomposición bacterial, acción de los solventes y de otras fuerzas que tienden a acortar su vida efectiva.

Un buen sistema de revestimiento que tenga estas nueve características, deberá garantizar un aislamiento efectivo de por lo menos un 98%. Sin embargo, es necesario que para cumplir con este requisito, además de utilizarse el mejor sistema, se tengan en cuenta los mejores procedimientos en las practicas de construcción y revestimiento.

PROCEDIMIENTOS PARA LA APLICACIÓN DE REVESTIMIENTOS

Todo buen sistema de revestimientos, debe tener en cuenta los siguientes procedimientos para asegurar una buena calidad del recubrimiento utilizado.

PREPARACIÓN DE LA SUPERFICIE

La preparación de la superficie metálica es un factor fundamental en el comportamiento del revestimiento durante su aplicación y envejecimiento. Esta limpieza se clasifica en diferentes grados, dependiendo del material que va a usarse como revestimiento para la tubería.

Sin embargo, en términos generales debe removerse toda la grasa y aceite mediante limpieza con solventes, el oxido, la herrumbre, las escamas y cualquier otro material extraño debe quitarse mediante abrasivos a presión, si la limpieza es en planta o fabrica.

Cuando se efectúa la limpieza directamente en el sitio de trabajo, ésta se debe efectuar mediante maquinas equipadas con cepillos metálicos y raspadores. Inmediatamente después de pasar la maquina limpiadora todo el polvo residual se debe quitar mediante trapos y estopas, dejando así la tubería libre de cualquier material que pueda afectar la efectividad tanto del imprimante como del revestimiento.

De cualquier modo el grado de preparación de superficie debe ser como mínimo el recomendado por el fabricante del revestimiento a utilizar.

Se deben tener en cuenta los grados estipulados en las siguientes normas:

NACE National Association of Corrosion Engineers.

SSPC Steel Structures Painting Council.

SIS Swedish Standards Institution.

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IMPRIMACIÓN

La mayoría de los revestimientos usados en tuberías enterradas, requieren o se comportan mejor, con un imprimante diseñado por el fabricante para darle mejor adherencia practica entre el revestimiento y el metal de la tubería. La aplicación del imprimante se debe efectuar inmediatamente después de limpiar la tubería.

Debe tenerse especial cuidado de aplicar el imprimante en condiciones ambientales favorables porque, por ejemplo, de aplicar el “primer” cuando está lloviendo, o en general en condiciones de alta humedad, éste pierde sus características de buena adherencia al revestimiento.

APLICACIÓN ADECUADA DE LOS REVESTIMIENTOS

El material de revestimiento usado debe ser aplicado en estricto cumplimiento de las recomendaciones del fabricante. La aplicación solo debe permitirse en la tubería limpia, adecuadamente imprimada y seca.

Con varios materiales, la humedad en la tubería impedirá una buena adherencia. En el caso de materiales aplicados en caliente, la humedad de la superficie de la tubería se puede vaporizar y originar vacíos en el revestimiento.

Un sistema de recubrimiento consiste de una o varias capas de material de protección aislante, reforzado con felpas envolventes de fibra de vidrio o telas asfálticas.

CUIDADO DE LOS MATERIALES. ALMACENAMIENTO Y MANEJO

Los materiales del revestimiento deben almacenarse, antes de su aplicación, bajo condiciones que aseguraren su permanencia limpia y seca.

Durante su aplicación, especialmente en la operación en campo debe tenerse mucho cuidado para manejarlo de modo que permanezca limpio y no sufra daños que generen una imperfección en el revestimiento.

Cualquier imperfección que se genere en el revestimiento debe ser reparada antes de colocar la tubería en la zanja.

INSPECCIÓN

Una buena inspección es tan importante como unas buenas especificaciones. La adecuada inspección asegurará el mantenimiento de las normas de aplicación de los revestimientos de acuerdo con las especificaciones establecidas y sirve como el sondeo básico para la aceptación o el rechazo del revestimiento.

Únicamente el personal experimentado debería inspeccionar el revestimiento. Ellos deben tener los equipos adecuados, de modo que puedan asegurar la aplicación y el manejo de detalles de acuerdo con las especificaciones.

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La inspección visual por una persona entrenada, será efectiva para muchos requisitos de inspección; sin embargo, el espesor del revestimiento, la temperatura de aplicación, la adherencia, y otros requisitos específicos, deben chequearse periódicamente con equipos de prueba adecuados y compararse con las especificaciones.Anterior al bajado de la tubería, es necesario verificar la continuidad en el revestimiento, mediante un equipo localizador de imperfecciones. Este equipo se conoce como “Holiday Detector” y por medio del suministro de un voltaje determinado, que dependiendo del espesor, del revestimiento, dispara una alarma cuando el circuito se cierra en un vacío o “holiday” del revestimiento.

CLASES DE REVESTIMIENTOS

Existen dos grandes grupos dentro de los cuales podemos clasificar la gran mayoría de los revestimientos utilizados para proteger las tuberías contra la corrosión, son los revestimientos aplicados en caliente y los aplicados en frío.

REVESTIMIENTOS APLICADOS EN CALIENTE

Esta clase de recubrimientos se caracterizan por necesitar una fuente externa de calor para su aplicación sobre la superficie metálica. Los revestimientos típicos son los fabricados con esmaltes de alquitrán de hulla o asfalto. Estos se utilizan generalmente reforzados con fibra de vidrio y tela asfáltica. Se requieren equipos especiales de calentamiento con instrumentos adecuados para controlar la temperatura de aplicación.

El espesor aproximado para un revestimiento de ese tipo es el de orden de 3 /32” + 1/32”.

Esta clase de revestimiento puede ser aplicada en el sitio de trabajo o en la planta. Luego de limpiar la tubería, se procede con la aplicación del imprimante, éste se deja secar durante el tiempo recomendado por el fabricante, enseguida se aplica una capa de esmalte, luego una capa de fibra de vidrio, más esmalte y por último una capa de tela asfáltica.

Debe tenerse un cuidado especial durante la operación de manejo de tubería revestida, para evitar daños en el revestimiento. Cualquier defecto encontrado en el revestimiento debe ser reparado inmediatamente con el mismo material que está siendo utilizado.

Algunos fabricantes producen otros revestimientos fabricados en caliente, usando una base de cera microcristalina. El comportamiento de estos es similar a los esmaltes de asfalto y alquitrán de hulla. Generalmente se aplican en capas más delgadas que en los esmaltes y usan también papeles de refuerzo para aumentar la resistencia mecánica.

Para la aplicación de estos revestimientos se debe tener en cuenta el procedimiento establecido en la norma AWWA C- 203, ultima versión.

REVESTIMIENTOS APLICADOS EN FRÍO

Todos aquellos materiales que no necesiten calentarse para su aplicación se pueden considerar como recubrimientos de esta clase.

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Los revestimientos más representativos son las cintas plásticas. Estas cintas son fabricadas de películas plásticas, como el polietileno y el P.V.C., con un adhesivo que se adhiere a la superficie imprimada para obtener resultados favorables.

Las cintas tienen espesores delgados y pueden variar en un rango entre 10 y 30 mils. Estas se colocan generalmente en 2 capas, una interna “ inmerwrap” y la exterior “ outerwrap” lo que nos garantiza una excelente protección mecánica.

Una ventaja en los sistemas de aplicación de cintas es que en campo requieren menos equipos y por lo tanto menor cantidad de personal que el sistema de revestimiento en caliente.

REVESTIMIENTO DE AVANZADA

Existen otros tipos de materiales cuyo desarrollo ha sido reciente en la utilización como revestimientos de protección. Dentro de ellos podemos encontrar las resinas epoxicas que consisten en la mezcla de dos componentes, uno de los cuales es una agente químico que acelera el curado de la resina. Los espesores promedios en esta clase de materiales son del orden de 5 mils.

También podemos considerar los plásticos extruídos como el polietileno. Son materiales que al estar completamente ajustados no sufren ningún daño por mal manejo. Su espesor es aproximadamente de 15 mils.

Por ultimo, y no por ser los menos importantes, tenemos los revestimientos comúnmente conocidos como FBE, Fusión Bonded Epoxi – Coating, y los polietileno tricapa, los cuales tienen un excelente comportamiento en cualquier clase de terreno, necesitan menos requerimientos de corriente de protección. Los revestimientos tipo FBE se deben aplicar de acuerdo con la norma canadiense CAN / CSA –Z245 20 – M92 “ External Fusion Bond Epoxy Coating For Steel Pipe” ó similares.

REVESTIMIENTOS PARA JUNTAS SOLDADAS

Con el propósito de conseguir una continuidad en la acción protectora de las tuberías se prefiere, en lo posible, que el revestimiento utilizado para recubrir las juntas soldadas sea igual al de los tubos. Esto es muy común o práctico realizarlo cuando el revestimiento es totalmente aplicado en campo; sin embargo, cuando la tubería es revestida en planta o es comprada recubierta, una muy buena alternativa es el uso de mangas termoencogibles.

ENSAYOS Y CONTROLES

Durante la aplicación del revestimiento, tanto en la planta como en el campo, así como en la tubería revestida previa a bajar a la zanja, se requieren efectuar ensayos y pruebas de tal forma que se garantice la calidad del producto y el procedimiento de instalación de acuerdo con las recomendaciones del fabricante y del dueño de la tubería.

Las pruebas más relevantes son:

ADHERENCIA. Permite conocer la fuerza de cohesión entre el sustrato metálico y el revestimiento, entre mayor sea esta fuerza, menor el requerimiento de corriente complementaria.

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ESPESORES DE PELÍCULA HÚMEDA Y SECA. Se efectúan con el fin de verificar si el espesor recomendado es el obtenido para garantizar una barrera de protección adecuada durante la vida útil del ducto.

ENSAYO DE CONTINUIDAD. Permite conocer si existen discontinuidades o poros en el recubrimiento que posteriormente pueden ser focos generadores de procesos de corrosión severa. La corriente aplicada depende del tipo de revestimiento y de acuerdo con lo estipulado en la norma NACE Standard RP O2-74 “High Voltage Electrical Inspection Of Pipeline Coating Prior To Installation”.

PROTECCIÓN CATÓDICA

La mayoría de los metales, existen en la naturaleza en su forma combinada químicamente, y cuando se desea liberarlos de sus compuestos, debemos suministrarles energía; además, una vez en su forma metálica, si se les expone a un ambiente natural por ejemplo atmósfera húmeda, retornarán a su estado inicial de una manera espontánea.

M + O MO ∆H ( - )

MO M + O ∆H (+ )

Es por el sistema de aplicación de energía que podemos prevenir la reacción de degradación, llamada también de oxidación ó más generalmente de corrosión. Aun cuando la corrosión es inevitable, su control es posible, y un método eficiente es el de la protección catódica.

El primer intento de aplicación se remonta a 1824 cuando Sir Humphrey Davy utilizó tacos de zinc y puntillas de hierro para proteger los cascos de los barcos los cuales eran de madera protegidos con láminas de cobre. El éxito obtenido en la protección se redujo con la aparición de algas marinas y la disminución de velocidad del barco. El método sin embargo está limitado al control de la degradación de los metales y en un medio eléctricamente conductor (agua, suelo, soluciones acuosas). Se debe por tanto estudiar la naturaleza de la corrosión acuosa con el fin de entender la protección catódica. Consideremos la disolución del hierro en ácido clorhídrico diluido:

Fe + 2HCL FeCl2 + H2

Fe + 2H+ + 2Cl- Fe ++ + H2 + 2Cl-

El ácido y el cloruro férrico se hallan totalmente ionizados, por lo cual se puede concluir que el ión activo es el hidrógeno en al reacción que produce cationes hierro solubles y gas hidrógeno. La reacción anterior es la compuesta por una reacción de oxidación y una de reducción con balance de cargas eléctricas.

Cuando ocurre la reacción de corrosión, el metal adquiere un potencial de electrodo y siendo la velocidad de oxidación igual a la de reducción, no hay acumulación o desequilibrio en las cargas de electrones, lo cual es muy importante porque podemos moderar la velocidad de reacción, interfiriendo cualquier reacción parcial.

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La solución de ácido clorhídrico contiene una alta concentración de ión hidrógeno, pero el agua con una concentración de 10-7 g – ión / litro a 25ºC, también puede suministrar los iones necesarios para la reacción de reducción y si está en presencia de oxígeno, se origina otra reacción adicional:

4 H + + O2 + 4e 2 H2O

2 Fe + O2 + 4 H+ 2 Fe++ + 2 H2O

En ambientes naturales son posibles como reacciones catódicas la evolución del hidrógeno y la reducción del oxígeno. Es posible que ocurran simultáneamente varias reacciones anódicas y catódicas.

Aplicando el principio de Chatellier, si se acelera la reacción catódica suministrándole electrones de una fuente, el equilibrio se desplazará en el sentido de disminuir la velocidad de la reacción anódica. Si se le quitan electrones al hierro, se acelerará la reacción anódica produciendo más elctrones pero la velocidad catódica disminuye consumiendo menos electrones. Cuando el hierro se disuelve más rápidamente, pierde electrones y aumenta su potencial de electrodo; cuando se acelera la reacción catódica, el potencial del electrodo se hace más negativo (mayor reducción). El principio de la protección catódica es pues el suministro de electrones.

Quienes trabajan en la industria le han dado al termino “protección catódica” el carácter de algo misterioso, principalmente para quienes no están totalmente identificados con los medios para controlar la corrosión.

En la actualidad, la idea básica de corrosión catódica es muy simple y algunas complicaciones se resuelven durante la aplicación de esta idea básica. Sin embargo, los ingenieros de corrosión entrenados, están equipados con los conocimientos necesarios para aplicar el concepto básico de la protección catódica en las tuberías y obtener un alto nivel en la efectividad del control de la corrosión.

En este capitulo se describirá la teoría de la protección catódica, los criterios de protección, clases de sistemas, programación de los trabajos de protección catódica, su aplicación y las restricciones que se deben tener en cuenta para lograr una lucha efectiva contra la corrosión.

TEORÍA BÁSICA DE PROTECCIÓN CATÓDICA

En él capitulo anterior, discutimos todas las condiciones necesarias para que se presentara el proceso de corrosión. En cada caso se presentaban áreas anódicas y catódicas. Se notaba que en las áreas anódicas, donde la tubería se corroe, la corriente fluye desde el acero de la tubería hacia el electrolito y en el área catódica, la tubería se protege cuando la corriente fluye desde el electrolito hacia la estructura metálica.

Por lo tanto es obvio que si todas las partes de una estructura pudieran recoger corriente, no se presentaría corrosión, ya que toda la tubería seria catódica. Esto es exactamente lo que busca la protección catódica. La corriente directa fluye forzadamente desde una fuente externa a la tubería sobre toda la superficie metálica. Cuando la cantidad de corriente se ajusta adecuadamente, esta se sobrepondrá a la corriente que se descarga a todas las áreas anódicas y habrá un flujo neto de corriente sobre toda la tubería; luego la tubería será catódica y la protección se completara.

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En la anterior figura se ilustra esquemáticamente este concepto.

Se puede notar que la corriente es forzada para que fluya sobre la tubería en las áreas que fueron previamente anódicas; el voltaje aplicado de sistema de protección catódica debe ser mayor que el voltaje producido en las celdas de corrosión que se han formado.

Para que el sistema de protección catódica actúe la corriente se debe descargar de una conexión a tierra (cama anódica). Al descargarse la corriente a tierra los materiales de la cama anódica estarán sujetos a corrosión y como el propósito de esta cama es drenar corriente, se deben usar materiales cuyas ratas de consumo sean mas bajas que las de los materiales usados en las tuberías.

Resumiendo, podemos decir que la protección catódica necesariamente no elimina la corrosión, lo que hace es remover la corrosión de la estructura que está siendo protegida y concentrarla en otra localización conocida. En esta nueva localización, la corriente que se descarga de la cama anódica, puede diseñarse para lograr una vida útil mayor. También se puede chequear periódicamente y reemplazarla cuando se desee terminar su vida útil sin afectar la tubería que se está protegiendo.

SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

Existen dos clases de sistemas de protección catódica dependiendo de la disponibilidad de una fuente de energía o de la facilidad de acceso a un sitio determinado en donde se pueden efectuar revisiones periódicas. Estos son: ÁNODOS DE SACRIFICIO. Como su nombre lo indica, son elementos que se sacrifican a expensas

de la protección de otros. Generalmente se conocen como ánodos galvánicos y los mas utilizados son los de magnesio, aluminio y zinc.

En el diagrama se observa la configuración típica de una instalación de protección catódica con ánodos de sacrificio.

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En este tipo de sistema se forma una celda galvánica entre la estructura y el ánodo. Como el ánodo es la fuente de electrones, su potencial debe ser menor que el de la estructura por proteger. La estructura por ser cátodo, soportará la reacción catódica en su superficie, mientras que el ánodo soporta la reacción de disolución. Mientras que en el método de corriente impresa se necesitan voltajes de hasta 100V, en el de sacrificio la necesidad se reduce a la diferencia de potencial en circuito abierto entre la estructura y el ánodo de sacrificio, no excediendo su valor de 1 V.

El zinc ha sido siempre el material anódico clásico y recientemente su uso se ha incrementado a causa de un mejor conocimiento y control de los factores que pueden ser el origen de la pasividad.

Los ánodos de aleaciones de magnesio han sido también utilizados con éxito. Generalmente, el magnesio es más utilizado en instalaciones donde se requiere un potencial elevado, para conseguir una polarización rápida de estructuras sumergidas alternativamente o en presencia de electrolitos de resistividad elevada como en el caso de tuberías enterradas.

Por sus características electroquímicas el aluminio es también un material anódico de gran interés. Sin embargo, el desarrollo de aleaciones de aluminio adecuadas para ánodos de sacrificio ha sido más lenta que para los otros dos metales, solo recientemente han comenzado a tener estos ánodos un uso más amplio.

PROPIEDADES DE UN MATERIAL ANÓDICO. De acuerdo con la serie electromotriz de los metales, un metal tendrá carácter anódico con relación a otro, si se encuentra por encima de él en esta serie. Así, por ejemplo, el hierro será anódico con relación al cobre y catódico con relación al zinc. El metal que actúa de ánodo se sacrifica a favor del que actúa de cátodo, por eso éste sistema se le conoce como protección catódica por ánodos de sacrificio.

Según lo expuesto, el hierro podría en principio protegerse con cualquiera de los metales que tiene por encima en la serie electroquímica, sin embargo, en la práctica no es así, ya que un metal para que pueda utilizarse como ánodo de sacrificio, tanto desde un punto de vista técnico como económico, tiene que reunir una serie de propiedades esenciales, que son las siguientes:

Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo para paralizar la estructura de acero a 0.8 voltios. Sin embargo, el potencial no debe ser excesivamente negativo ya que motivaría un gasto superfluo con un innecesario paso de corriente. La variación práctica de potenciales debe de estar comprendida entre - 0.95 a - 1.5 voltios.

El ánodo debe presentar una tendencia pequeña a la polarización, es decir, no debe desarrollar películas pasivantes u obstructoras con los productos de la corrosión, y tener una fuerte sobre tensión de hidrógeno.

El material debe tener un elevado rendimiento eléctrico en amperios / hora / kg.

El ánodo deberá corroerse uniformemente.

El metal será de fácil adquisición y deberá poder fundirse en diferentes formas y tamaños.

El metal deberá tener un costo razonable de modo que en conjunción con unas correctas características electroquímicas, puede conseguirse la protección a un costo bajo por amperio / año.

CARACTERÍSTICAS ELECTROQUIMICAS DE LOS ANODOS.

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METALES Gr / A x H Kg / A x año A x H / Kg.Zinc 1,220 10,70 820

Magnesio 0,454 3,98 2204Aluminio 0,335 2,94 2981

Estos valores consideran que el metal no sufre autocorrosión, es decir, que se utiliza íntegramente en producción de corriente. Para un rendimiento de corriente del 100%, es el aluminio al que tendría una pérdida de peso más pequeña, al suministrar una misma intensidad de corriente, esta pérdida sería de 27.5% de la del zinc y 73.8% de la del magnesio.

CAMPOS DE UTILIZACIÓN DE ESTOS METALES.

La gran utilización del zinc como ánodo de sacrificio está justificada porqué fue el primer metal que se empleó para este fin y puede considerarse como el ánodo clásico, el que todos conocen, pero además, sus propiedades electroquímicas le hacen muy estimable. El valor relativamente elevado de su potencial de disolución, le implica un alto re4ndimiento de corriente, una disminución muy controlada del potencial de la estructura a proteger y una alcalinización muy pequeña del medio en contacto con esa estructura.

Uno de los factores que más puede limitar la utilización del zinc es la resistividad del medio agresivo, es aconsejable que su empleo quede limitado para resistividades inferiores a los 5000 ohmios / cm.

También hay que cuidar su utilización, en presencia de aguas dulces a temperaturas por encima de 65ºC, ya que en estas condiciones puede invertir su polaridad y hacerse catódico con relación al acero.

Como ánodo de sacrificio se utilizan masivamente sobre todo para la realización de la protección catódica en agua de mar, buques, andenes marítimos, refuerzos metálicos, diques flotantes, boyas, plataformas de perforación de petróleo, depósitos de agua, etc.

Por su situación en la serie electromotriz el aluminio es el metal más idóneo para la realización de la protección catódica, intermedio entre el zinc y el magnesio, con una elevada capacidad de corriente. Su utilización, debido a que el desarrollo de las, aleaciones adecuadas es todavía reciente, está en un desarrollo ascendente, siendo en construcción naval donde se está ya utilizando en forma masiva.

Su elevada capacidad de corriente hace que un solo ánodo de aluminio pueda ejercer la acción de tres de iguales características de zinc, para una misma duración del ánodo. Estas circunstancias han motivado que estos ánodos estén siendo utilizados para la protección catódica de tanques de lastre y carga – lastre de petroleros. Aunque el precio del aluminio es algo más elevado que el zinc, al tener que colocar menos ánodos, esta diferencia se compensa; pero además, si se considera el ahorro en mano de obre de instalación de los ánodos de aluminio, pueden llegar incluso ser más económicos.

El campo de utilización de estos ánodos es en principio semejante al de los de zinc, siendo altamente satisfactorio su comportamiento en la protección catódica de estructuras sumergidas en agua dulce.

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La utilización del magnesio y sus aleaciones resulta del valor bastante bajo de su potencial de disolución, lo que implica un bajo rendimiento de corriente, una densidad de corriente elevada, una disminución a veces bastante grande del potencial de la estructura a proteger y una alcalinización relativamente fuerte del medio en contacto con esa estructura.

El magnesio puede ser utilizado para la protección catódica de estructuras provistas de revestimientos de mala calidad, situadas en un medio de resistividad elevada, mayor de 10.000 ohmios – cm, tal como un suelo arenosos.

No son recomendables estos ánodos para su utilización en agua de mar, ya que su elevada auto corrosión hace que los rendimientos sea muy bajos, siendo su mejor campo de utilización en medios de resistividad elevada, pudiendo estar comprendida entre los 5.000 y 25.000 ohmios – cm.

Estos ánodos se instalan a lo largo del recorrido de la tubería, en un número y peso que dependen básicamente de las condiciones del terreno, del diámetro de la tubería y de la longitud a proteger.

El peso de estos ánodos varia entre 9 y 50 libras para los de magnesio y entre 18 y 40 libras para los de zinc.

COMPOSICIÓN TIPICA DE LOS ÁNODOS GALVÁNICOS

MATERIAL COMPOSICIÓN% en peso

POTENCIAL EFICIENCIA DENSIDAD TASA CONSUMO

Lbs. / amp. - año

NOTAS

Zinc, alta pureza

99.99 -1.10 90 0.258 26.2 Suelos, agua fresca

Zinc 0.2 Al 0.004 Cd -1.10 95 0.258 24.8 Agua de mar

Magnesio 6.0 Al – 3.0 Zn -1.55 50 0.065 17.5 SuelosMagnesio alto

potencial1.4 Mn -1.75 50 0.065 17.5 Suelos

Aluminio – Mercurio

0.45 Zn – Hg 0.1

-1.10 95 0.098 6.8 Agua de mar

Aluminio - Indio 0.015 In -1.10 85 0.100 7.6 Agua de mar

CORRIENTE IMPRESA. En esta clase de sistemas es necesario contar con una fuente de energía que imprime la corriente necesaria para proteger la tubería. Con frecuencia se instala donde hay corrientes alternas de 13.200 voltios, siendo necesario colocar un transformador y una unidad rectificadora para generar la corriente directa al ducto.

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El sistema de corriente impresa se desarrolló aproximadamente cien años después que el de los ánodos de sacrificio. Este procedimiento consiste en unir eléctricamente la estructura que se trata de proteger al polo negativo de una fuente de alimentación de corriente continua (pura o rectificada) y el positivo a un electrodo auxiliar que cierra el circuito.

La figura muestra que la corriente eléctrica proviene de una fuente D.C., a través de un ánodo auxiliar. La estructura actuará como un cátodo en la celda, y en presencia de un ambiente acuoso anaeróbico, originará la reacción de reducción de iones hidrógeno; si la solución es aireada, ocurrirá la reducción del oxígeno, posiblemente en unión de la de los iones hidrógeno según el potencial de reacción. El electrodo auxiliar será el ánodo de la celda, y su reacción será la disolución del metal si el ánodo es consumible, o la oxidación del ambiente si es inerte:

M M2 + 2e

2 H2O O2 + 4 H+ 4 e ácido

2 Cl- Cl2 + 2e salino

los ánodos consumibles son baratos pero deben reemplazarse a intervalos, contaminan el ambiente con sus productos de disolución, y como no pueden soportar altas densidades de corriente, sus dimensiones deben ser grandes. Los ánodos no consumibles son aleaciones de Pb – Sb – Ag, Pt – Ti, Pt – Ta; los ánodos semiconsumibles son de Fe – Si – Mo, y grafito; los ánodos consumibles son la chatarra de hierro y la fundición.

La magnitud del voltaje requerido en el rectificador, depende de tres factores:

Conductividad eléctrica del electrolito, alta conductividad requiere bajo voltaje.

Área de la estructura que se requiere proteger, poca área, bajo voltaje requerido.

La naturaleza de la reacción en el ánodo, siendo la menos importante.

CHATARRA DE HIRRO. Por ser lo más económico, es con frecuencia utilizada la chatarra de hierro como ánodo auxiliar. Dentro de los perfiles es el carril viejo el más utilizado, y dentro de las fundiciones, la tubería.

Este tipo de ánodo puede ser aconsejable en terrenos de resistividad elevada dentro de un relleno artificial constituido por carbón de coque. El consumo medio de las camas constituidas por perfiles de acero viene a ser de 5 Kgs. / amperio – año, y de 8 – 10 Kgs. / amperio – año para tubería de fundición.

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FERROSILICIO. Este ánodo es recomendable en terrenos de media y baja resistividad, se coloca en el suelo hincado o tumbado, rodeado generalmente de un relleno de carbón coque. A intensidades de corriente bajas, 1 amperio, su vida es prácticamente ilimitada, siendo su capacidad máxima de salida de corriente de unos 12 a 15 amperios por ánodo. Su consumo oscila a intensidades de corriente altas, entre 0.1 a 0.3 Kg. / amperio – año.

Su dimensión normal es la correspondiente a 1500 mm de longitud, 75 mm de diámetro, con un peso aproximado de 60 kgs. Es enormemente frágil debido a su estructura cristalina, por lo tanto debe tenerse especial cuidado en su embalaje y transporte.

GRAFITO. Se puede utilizar en terrenos de resistividad media dentro de un relleno de grafito o carbón de coque. Al igual que los ánodos de ferro silicio son frágiles y su transporte y embalaje se deben hacer con mucho cuidado.

Sus dimensiones son variables, oscilando su longitud entre 1000 - 2000 mm, y su diámetro entre 60 – 100 mm, son más ligeros de peso que los anteriores.

La salida máxima de corriente es de 3 a 4 amperios por ánodo y su desgaste oscila entre 0.5 y 1 kg. / amperio – año.

TITANIO – PLATINADO. Es un ánodo especialmente indicado para instalaciones en agua de mar, aunque es perfectamente utilizable en aguas dulces e incluso suelos. Su característica más relevante es que a pequeños voltajes, 12 voltios, se pueden sacar intensidades de corriente elevadas, siendo su desgaste apenas perceptible. En agua de mar tiene, sin embargo, limitaciones en la tensión a aplicar, que nunca puede pasar de 12 voltios, debido a que a tensiones mayores se podría despegar la capa de óxido de titanio y por lo tanto el deterioro del ánodo. En aguas dulces, que no tengan cloruros, pueden actuar estos ánodos entre 40 – 50 voltios.

Su salida máxima de corriente es de 3.000 amperio / metro cuadrado, siendo su desgaste en las condiciones más severas de 0.01 gramos / amperio – año. Su forma es diversa, pueden estar constituidos por barra maciza, tubo, chapa, alambre, etc.

El platinado puede ser continuo o a intervalos, según las necesidades y los espesores de platino de 2.5 y 5 micrones. La vida de los ánodos con 2.5 micrones de espesor de platino es de 10 años y con 5 micrones entre 20 y 25 años. Su resistencia mecánica es pequeña y por simple abrasión, puede ser el caso de un buque, hace que el platino desaparezca quedando el ánodo pasivado o inservible.

TANTALO – PLATINADO. Es semejante al anterior, presentando como ventaja que en agua de mar puede trabajar a tensiones altas, 50 – 60 voltios, sin embargo, su adquisición es menos fácil y su precio más elevado. Dado que en agua de mar a voltajes bajos sacamos grandes intensidades de corriente, el uso de este ánodo, en general, no esta del todo justificado.

PLOMO – PLATA. Esta aleación esta constituida por 1% de plata y una pequeña cantidad de antimonio. El peróxido de plomo que se forma al actuar anódicamente, del color del cacao, tiene propiedades más elevadas debido a los elementos de aleación que se traducen en un mejor funcionamiento y duración del electrodo. Su utilización más frecuente es en agua de mar, donde

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la corriente máxima de salida no debe ser superior a los 270 amperios / m 2. Su desgaste esta entre los 50 – 200 gramos / amperio – año.

TITANIO – OXIDO DE TITANIO Y OXIDO DE RUTENIO. Estos ánodos desarrollados en 1968, están constituidos por una combinación de óxido de titanio y óxido de rutenio, sobre soporte de titanio, estando el proceso controlado a elevada temperatura, 700ºC. Como resultado se obtiene una estructura cristalina y dura, superficie muy rugosa, lo que aminora los problemas de resistencia y facilita el proceso electroquímico.

Su capacidad máxima de corriente son 1.100 amperios / m2, lo que lo pone a la altura de los ánodos de titanio – platinado, siendo su costo un 20% menor.

MATERIALES ANODOS CORRIENTE IMPRESA.MATERIAL CONSUMO - CORRIENTE NOTAS

Acero – chatarra 9 kg. / amperio – año Uso en agua o suelosFundición 9 kg. / amp. Año Uso en agua o suelos

Ferro silicio 5 – 50 amp./ m2

< 1 kg. / amp. – añoUso agua o suelo, frágil

Grafito 2.5 10 amp. / m2 Suele ser atacado por cloroPlomo – Plata < 300amp. / m2 Protegidos por película de

óxidoPlatino < 2000 amp. / m2

Titanio - tantalo < 1000 amp. / m2

Este sistema consta de un rectificador y una cama de ánodos inertes, generalmente una relación de hierro y silicio.

La corriente involucrada en esta clase de sistemas es bastante alta comparada con la de los ánodos de sacrificio.

VENTAJAS ÁNODOS DE SACRIFICIO. Operan independientemente de una fuente de corriente externa.

Simples de instalar, y si la protección es inadecuada, se instalan más ánodos.

No hay posibilidades de conexión incorrecta.

Fácil de obtener potencial uniforme a lo largo de la tubería o tanque.

Difícil de obtener potenciales muy bajos p puntos de potencial mínimo.

VENTAJAS SISTEMA CORRIENTE IMPRESA. Es posible cubrir grandes distancias con una sola instalación y en ambientes de alta

resistividad.

Necesita pocos ánodos.

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El voltaje puede controlar todo el sistema.

DESVENTAJAS ÁNODOS DE SACRIFICIO. Poca diferencia de voltaje, restringe su uso a ambientes conductores, estructuras

recubiertas.

DESVENTAJAS SISTEMA CORRIENTE IMPRESA.

Posibilidad de errores en conexión.

Posibilidad de sobre potenciales.

Distribución no uniforme del potencial.

CONSIDERACIONES DE DISEÑO

Para cualquier tubería enterrada o sumergida que requiera el diseño de un sistema de protección catódica se deben seguir consideraciones establecidas en la norma NACE RP-01-98, última versión “Control Of External Corrosión Underground Or Submerjeb Metallic Piping Systems“.esencialmente es necesario conocer la siguiente información:

Longitud y diámetro de la línea a proteger. Tipo de recubrimiento utilizado. Estudio de resistividad de los terrenos por donde cruza la tubería. Facilidad para suministro de energía eléctrica. Existencia de otras tuberías, posibles interferencias con otros sistemas generadores de energía. Garantizar en cualquier punto de la tubería un potencial máximo de –850 mv con respecto al

electrodo de cobre sulfato de cobre.

CUANDO USAR LA PROTECCIÓN CATÓDICA.

Es innecesario proteger metales inmunes o pasivados, económicamente indeseable cuando los requisitos de corriente son muy altos, por ejemplo en ambientes ácidos. Se aplica extensivamente al hierro y al acero, principalmente, aunque algunas veces al plomo, aluminio y cobre.

NORMAS DE OPERACIÓN CON ÁNODOS DE SACRIFICIO.

Para embarcaciones, en protección exterior e interior se usan ánodos de magnesio, zinc y aluminio, con pequeños porcentajes de otros elementos, que le aseguran operación adecuada. El zinc y el aluminio se utilizan para protección en agua de mar, el magnesio en agua fresca y en suelos, para tuberías enterradas y tanques de almacenamiento.

CORRIENTE REQUERIDA.

I = área protegida (pies o metros)² x densidad de corriente (mA/m²)1000

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PESO TOTAL DE ÁNODOS REQUERIDOS.

W = corriente (A) x vida de diseño (años) x 8760 Capacidad del material (amp. Hrs / kg.)

NÚMERO REQUERIDO DE ÁNODOS.

No. de ánodos = corriente requerida (A) corriente por ánodo

No. de ánodos = peso requerido peso de un ánodo

Los ánodos de zinc y de aluminio se usan en agua de mar, los de zinc tienen una vida de 1 a 3 años y los de aluminio, debido a su mayor capacidad eléctrica se diseñan para un tiempo de hasta 4 años. La densidad de corriente aplicad varía entre 1 a 10 mA / m², dependiendo de la clase de revestimiento utilizado, alcanzando algunas veces hasta 40 mA / m².

NORMAS DE OPERACIÓN CON CORRIENTE IMPRESA.

El diseño de las camas anódicas con corriente impresa se basa en los mismos principios que el de los ánodos de sacrificio, pero con la diferencia principal en la velocidad de consumo, en las variaciones geométricas de la localización de los ánodos y en el suministro de corriente. La fuente de corriente normalmente tendrá una salida ajustable de voltaje, cuyo valor con la resistencia de la cama anódica y de los cables, determinará la corriente disponible para protección catódica.

La resistencia de la cama anódica es crítica en la formulación de la protección efectiva, la corriente requerida y características del potencial de estructura. Las camas anódicas en tubería o estructuras enterradas se construyen como una sección horizontal continua de relleno carbonaceo, en el cual se entierran ánodos de hierro, silicio, grafito o cualquier otro material.

La resistencia a tierra remota de una cama anódica continua horizontal que comprende una sección de 300 mm de diámetro de relleno carbonaceo en el cual se localizan los ánodos, a una profundidad de 1.2 metros en suelo de 1000 ohmio - cm se puede ver en la siguiente gráfica.

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PARAMETROS DE PROTECCIÓN.

Aun cuando la estructura esté recibiendo la corriente calculada para protección, el único parámetro que asegura protección es el potencial de estructura en todas sus partes. En la tabla siguiente se muestra una relación aproximada entre el potencial de la estructura y su posibilidad de corrosión o protección en varios rangos. Se recomienda un potencial de - 0.85 voltios para el acero en condiciones aeróbicas y de -0.95 voltios en condiciones anaeróbicas por la posibilidad de corrosión microbiana.

POTENCIAL ELECTRODO COBRE

GRADO PROTECCIÓN

ELECTRODO HIDRÓGENO

ELECTRODO ZINC

-0.5-0.6

CORROSIÓN INTENSA

-0.18-0.28

+0.6+0.5

-0.6-0.7

CORROSIÓN LIBRE -0.28-0.38

+0.5+0.4

-0.7-0.8

ALGUNA PROTECCIÓN

-0.38-0.48

+0.4+0.3

-0.8-0.9

ZONA DE PROTECCIÓN

CATÓDICA

-0.48-0.58

+0.3+0.2

-0.9-1.0

ALGUNA SOBREPROTECCIÓN

-0.58-0.68

+0.2+0.1

-1.0 SOBREPROTECCIÓN -0.68 +0.1

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-1.1 INCREMENTADA -0.78 0.0-1.1-1.2

SOBREPROTECCIÓN SEVERA

-0.78-0.88

0.0-0.1

-1.2-1.3

ROTURA DE REVESTIMIENTO

-0.88-0.98

-0.1-0.2

-1.3-1.4

PELIGRO DE FRAGILIZACIÓN

-0.98-1.08

-0.2-0.3

POTENCIALES RECOMENDADOS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA

METAL A PROTEGER POTENCIAL Cu / CuSO4Hierro - acero (aeróbico) -0.85

Hierro - acero (anaeróbico) -0.95Plomo -0.6

Plomo aleación base cobre -0.5 a -0.65Aluminio límite positivo -0.95Aluminio límite negativo -1.2

En la siguiente tabla se muestran los requerimientos de corriente necesarios para proteger el acero de las tuberías en varias condiciones de operación.

CONDICIONES CORRIENTE REQUERIDA (ma /pie²)

Acero desnudo en agua de mar. 10 a 15

Acero desnudo en agua de mar (quieta). 5 a 8

Acero desnudo en suelos. 1 a 3

Acero bien revestido en suelo o agua. 0.0003 o menos

7.3.1.4. MONITOREO DEL SISTEMA

Una vez puesto en operación el sistema de protección catódica, ya sea ánodos de sacrificio o corriente impresa, es importante establecer un programa de monitoreo y control el cual permite establecer la efectividad del sistema instalado.

Para tal fin se deben colocar, a una distancia establecida previamente, por ejemplo cada kilómetro, postes de medida de potencial o estaciones de prueba, donde se pueden tomar lecturas periódicas, verificando los niveles de protección alcanzados, permitiendo con esto tomar los correctivos necesarios, si es del caso.

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corrosion

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