criterios de diseño para protección catódica

PDVSA N° TÍTULO

REV. FECHA DESCRIPCIÓN PAG. REV. APROB. APROB.

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 4–I

� PDVSA, 1983

HA–201 CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DEPROTECCIÓN CATÓDICA

PARA APROBACIÓN

Luis Tovar Ernesto ValeryABR.05 ABR.05

ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

JUL.93

ABR.05 L.T.1

0

REVISIÓN GENERAL 77

28

E.V.

L.T.

MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO

ESPECIALISTAS

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REVISION FECHA


CRITERIOS DE DISEÑOPARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA ABR.051

PDVSA HA–201

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

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Índice1 OBJETIVO 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Petróleos de Venezuela – PDVSA 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 American Society for Testing and Materials (ASTM) 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 American Petroleum Institute (API) 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Aislamiento Eléctrico 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Ánodo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Ánodo Galvánico/Ánodo de Sacrificio 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Bacterias Sulfatoreductoras 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Juntas Aislantes 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Caída IR 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Cátodo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Corriente Impresa 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Corrosión 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10 Densidad de Corriente 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11 Electrodo de Cobre/Sulfato de Cobre 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12 Electrodo de Referencia 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.13 Electrolito 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.14 Estación de Prueba (Punto de Medición) 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.15 Interconexión 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.16 Interferencia 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.17 Lecho de Ánodos Profundos 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.18 Lecho de Ánodos Superficial 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.19 Potencial Natural 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.20 Potencial OFF (Potencial Polarizado) 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.21 Potencial ON 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.22 Potencial de Protección 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.23 Protección Catódica 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.24 Recubrimiento/Revestimiento 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.25 Revestimiento + Protección Catódica 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.26 Relleno o Backfill 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.27 Sobreprotección 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓNCATÓDICA 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Protección Catódica 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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5.2 Requerimientos 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Criterios de Protección Catódica 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Revestimientos 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 BASES DE DISEÑO 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al Diseño 14. . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Efectos de Interferencia Eléctrica 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO 22. . . . . 7.1 General 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Aplicaciones de los Ánodos de Sacrificio 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Material de los Ánodos 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA 26. . . . . . . . 8.1 General 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Fuentes de Corriente 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Material de los Ánodos 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 CÁLCULOS DE DISEÑO 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 Ánodos Galvánicos 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Corriente Impresa 36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 AISLAMIENTO ELÉCTRICO 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1 Sistemas de Protección de los Accesorios Aisladores 49. . . . . . . . . . . . . . . .

11 INTERFERENCIA ELÉCTRICA 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 UBICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE SPC 51. . . .

13 PROTECCIÓN DE TUBERÍAS ENTERRADAS 51. . . . . . . . . . . . . . . . . 13.1 General 51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2 Opción de Sistema 52. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3 Aterramiento de Tubería 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 PROTECCIÓN DE TUBERÍAS O ESTRUCTURAS SUMERGIDAS 54

15 PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.1 General 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2 Determinación de las Necesidades de Protección Catódica 56. . . . . . . . . . . 15.3 Condiciones del Suelo y Fundaciones 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4 Factores que deben ser Considerados 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.5 Tipos de Protección Catódica Aplicables 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.7 Puesta en Marcha y Prueba 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CON PRODUCCIÓNDE PETROLEO Y GAS 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1 General 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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16.2 Procedimiento para el Diseño de Sistemas de Protección Catódica deEstructuras Costa Afuera 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16.3 Tipos de Sistemas para Protección Catódica 65. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4 Factores que Determinan el Requerimiento Total de Corriente para

Sistemas de Protección Catódica 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 PROTECCIÓN DE EMBARCACIONES 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 70. . . . . . . . . 18.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers) 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 SUPERFICIE EXTERNA DE CAMISAS DE POZOS PARA LAEXTRACCIÓN DE PETROLEO Y GAS 71. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.1 General 71. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.2 Determinación de las Necesidades de Protección Catódica 71. . . . . . . . . . . 19.3 Objetivos del Diseño de Protección Catódica 73. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.4 Métodos para Determinar los Requerinientos de Corriente de Diseño 73. . 19.5 Tipos de Sistemas de Protección Catódica 74. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.6 Consideraciones para el Diseño de Sistemas por Corriente Impresa 74. . . 19.7 Consideraciones de Diseño para la Aplicación de Protección Catódica

a Varios Pozos 75. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 PRECAUSIONES DE SEGURIDAD 76. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 CONSIDERACIONES ECONÓMICAS 76. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 REGISTROS 77. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 BIBLIOGRAFÍA 77. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 OBJETIVOEstablecer una guía para el diseño de un sistema de protección catódica yhomologar los criterios y procedimientos mínimos para el diseño de los mismosa nivel corporativo.

2 ALCANCEEste documento establece los principios básicos para el control de la corrosiónde estructuras metálicas enterradas o sumergidas, mediante el uso de proteccióncatódica, y a su vez describe los requerimientos y procedimientos mínimosnecesarios para el diseño de los sistemas.

3 REFERENCIAS

3.1 Petróleos de Venezuela – PDVSAO–201 “Selección y Especificaciones de Aplicación de Pinturas

Industriales”.PI–05–03–04 “Protección Catódica Galvánica en Cascos de Gabarras”Ver Tabla 2 de esta norma.

3.2 American Society for Testing and Materials (ASTM)G 57 “Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity

Using the Wenner Four–Electrode Method”.

3.3 American Petroleum Institute (API)RP 651 “Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks

Second Edition”.

4 DEFINICIONES

4.1 Aislamiento EléctricoDescribe la condición de estar eléctricamente aislado de otra estructura metálica,mediante el uso de empacaduras, juntas aislantes y otros dispositivos.

4.2 ÁnodoElectrodo de una celda electrolítica en el que se produce la oxidación o corrosión.

4.3 Ánodo Galvánico/Ánodo de SacrificioMetal que, debido a su ubicación relativa en la serie electromotriz, suministracorriente directa de protección a metales que son más nobles en dicha serie,cuando ambos están acoplados en el electrólito y eléctricamente. Estos ánodosconstituyen la fuente de corriente en la protección catódica por ánodosgalvánicos.

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4.4 Bacterias SulfatoreductorasGrupo de bacterias presentes en suelos y aguas naturales, pero activassolamente en condiciones anaeróbicas y de pH cerca del neutro. Estas bacteriasaumentan el requerimiento de potencial de protección debido a la despolarizaciónresultante de la producción de sulfuros.

4.5 Juntas AislantesAccesorio constituido de un material aislante que se intercala entre estructurasmetálicas para separarlas eléctricamente. Estas incluyen bridas aislantes y juntasmonolíticas.

4.6 Caída IRVoltaje a través de una resistencia de acuerdo con la Ley de Ohm.

4.7 CátodoElectrodo de una celda electrolítica en el que se produce la reacción de reduccióny prácticamente no sufre corrosión.

4.8 Corriente ImpresaCorriente directa suministrada por una fuente de poder externa al componenteanódico. Entre las fuentes de poder típicas, tenemos: rectificadores, módulossolares, generadores de motores eléctricos, baterias y molinos de viento (energíaeólica).

4.9 CorrosiónDeterioro de un metal, o de sus propiedades, debido a su reacción electroquímicacon el medio ambiente.

4.10 Densidad de CorrienteCorriente directa que circula hacia o desde la superficie de un electrodo porunidad de área, generalmente expresada como A/m2 o mA/m2, mA/ft2. Ladensidad de corriente óptima para obtener protección catódica varíadependiendo del ambiente y de la estructura a ser protegida.

4.11 Electrodo de Cobre/Sulfato de CobreElectrodo de referencia muy estable, utilizado para medir niveles de proteccióncatódica de un metal. Está formado por una barra de cobre de alta pureza, encontacto eléctrico con una solución saturada de sulfato de cobre.

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4.12 Electrodo de ReferenciaMedia celda reversible con potencial de circuito abierto constante bajocondiciones similares de medida que se puede utilizar en forma permanente oportátil. Se utiliza para medir potenciales metal/electrolito, siendo los máscomunes los electrodos de cobre/sulfato de cobre, plata/cloruro de plata y cinc.

Fig 1. CELDA DE REFERENCIA

Conexión para Instrumento deMedición

MetalMetalMetal

Solución

Tapón deMaterial Poroso

4.13 ElectrolitoMedio en el cual se encuentran el ánodo y el cátodo. Sustancia química o mezcla,usualmente líquida o sólida, que contiene iones que migran en un campoeléctrico. Para efectos de este manual, el término electrolito se refiere al suelo olíquido adyacente y en contacto con la estructura metálica enterrada o sumergida,incluyendo humedad, sales y otros químicos contenidos en él.

4.14 Estación de Prueba (Punto de Medición)Dispositivo superficial al cual llegan uno o más cables soldados a la estructura.Se instalan en la trayectoria de la estructura con la finalidad de obtenermediciones de potencial para evaluar el nivel de protección, patrones deinterferencia y drenaje de corriente de las estructuras.

4.15 InterconexiónConductor eléctrico, usualmente de cobre, utilizado para interconectarestructuras diferentes, a fin de evitar cambios apreciables en el potencial de unpunto con respecto al otro o nivelarlos.

4.16 InterferenciaEfecto adverso causado sobre estructuras no conectadas a los sistemas deprotección catódica por corriente impresa, generando corrosión acelerada de lasmismas.

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4.17 Lecho de Ánodos ProfundosGrupo de ánodos instalados en un hoyo vertical, cuya profundidad es mayor a20 m. Los objetivos que se persiguen con este tipo de lecho son obtener bajaresistencia en el sistema, distribuir uniformemente la corriente y minimizar lainterferencia eléctrica anódica.

4.18 Lecho de Ánodos SuperficialGrupo de ánodos instalados en un hoyo horizontal, vertical o direccional, cuyaprofundidad es menor a 20 m.

4.19 Potencial NaturalPotencial espontáneo (sin impresión de corriente eléctrica directa) que adquiereuna estructura metálica al estar en contacto con un electrolito, tambiéndenominado potencial de corrosión.

4.20 Potencial OFF (Potencial Polarizado)Suma del potencial de corrosión y la polarización catódica medidoinmediatamente después de haber interrumpido el flujo de corriente (descartandola caída IR).

4.21 Potencial ONPotencial medido con la corriente de protección aplicada. Representa la suma detodas las caídas de potencial del circuito de medición.

4.22 Potencial de ProtecciónPotencial mínimo requerido para que una estructura metálica esté protegidacatódicamente.

4.23 Protección CatódicaTécnica mediante la cual se controla la corrosión de superficies metálicasinmersas en un medio conductivo o electrolítico, alterando el potencial natural delmetal hacia valores catódicos por medio de la aplicación de corrientes impresaso galvánicas.

4.24 Recubrimiento/RevestimientoMaterial que se aplica sobre la superficie de un metal para aislarlo del medioambiente o del electrolito.

4.25 Revestimiento + Protección CatódicaCombinación ideal (costo/calidad) para controlar la corrosión en estructurasmetálicas enterradas o sumergidas.

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4.26 Relleno o BackfillMaterial absorbedor de humedad, de baja resistencia eléctrica, que rodea alánodo enterrado, utilizado con el propósito de incrementar el área efectiva decontacto con el suelo, y por lo tanto, reducir la resistencia de contacto con elmismo.

4.27 SobreprotecciónTérmino utilizado cuando el potencial de protección causa pérdidas de energía,desgaste prematuro de los ánodos, desprendimiento del revestimiento y enalgunos casos la fragilidad de la estructura por penetración de hidrógeno.

5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓNCATÓDICA

5.1 Protección CatódicaTodas las estructuras metálicas enterradas o sumergidas están sujetas acorrosión, por lo cual deben adoptarse procedimientos adecuados para el controlde la misma y asegurar la integridad mecánica para una operación segura yeconómica.

La protección catódica, es una técnica de control de corrosión, la cual tiene comofundamento la polarización, a potenciales más negativos, de cualquier superficiemetálica hasta alcanzar un grado de polarización, en el cual se acepta que dichasuperficie metálica es inmune a la corrosión. Esta polarización se alcanzamediante el empleo de una fuente externa. Existen dos métodos diferentes paralograr la protección catódica; el primero, conectando la superficie metálica que setrata de proteger a un metal menos noble que ésta, es decir, más negativo en laserie electroquímica, este procedimiento es conocido como sistema deprotección catódica por ánodos galvánicos, ya que se forma una pila galvánica.

El segundo, es denominado, sistema de protección catódica por corrienteimpresa, el cual consiste en conectar un conjunto de ánodos a la superficiemetálica por medio de una fuente de energía externa, obligando a drenarcorriente entre la superficie a proteger y el conjunto de ánodos alcanzando lospotenciales de protección.

5.2 Requerimientos

5.2.1 Los controles de corrosión externa deben ser considerados durante el diseño delsistema (estructura) y de las primeras defensas contra la corrosión externa debenser los revestimientos y la selección de materiales. Los revestimientos perfectosno son posibles por lo cual la protección catódica debe combinarse con éstos.

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5.2.2 Se instalará un sistema de protección catódica para toda estructura enterrada osumergida a fin de contrarrestar la corrosión que podría ocasionar fallasestructurales. Así mismo, se desarrollarán los procedimientos de monitoreo paradeterminar si se ha obtenido una protección catódica adecuada.

5.2.3 Todas las estructuras de acero, enterradas o sumergidas, deben contar con unsistema de protección catódica permanente en un plazo no mayor a un añoposterior a la finalización de su construcción. En el caso que ya exista el sistemade protección catódica, la nueva estructura se conectará al mismo, si éste tuviesela capacidad adecuada o se puede adecuar ampliándolo.

5.2.4 Los planos de ingeniería deberán definir claramente la ubicación del equipo deprotección catódica incorporado en la tubería, así como la ubicación de otrasinstalaciones o estructuras, bien sean a la vista o enterradas, que pudiesenafectar o ser afectadas por el sistema de protección catódica. El diseño delsistema se hará para el tiempo de vida útil de la instalación.

5.2.5 El sistema de protección catódica seleccionado deberá ser diseñado de forma talque se evite cualquier efecto corrosivo adverso en estructuras cercanas (equipos,tuberías, cables, etc.).

5.2.6 Los materiales y equipos cumplirán con las normas citadas o serán aprobados porel ingeniero del proyecto para los requerimientos especiales. Cuando se requiera,se suministrará al ingeniero del proyecto un grupo de materiales de muestra paraensayos destructivos, para la inspección de control de calidad y su respectivaaprobación antes de que se envíen los materiales. Se incluirá una copia de losresultados del ensayo, junto con la muestra. Cualquier otro equipo estará sujetoa una inspección de aceptación por parte del ingeniero del proyecto.

5.2.7 La aplicación de esta norma debe estar bajo la dirección de especialistasdesignados por PDVSA, quienes por conocimiento de los principios físicos,matemáticos y de ingeniería, adquiridos por educación y experiencia prácticarelacionada, estén capacitados para dedicarse a la práctica de control decorrosión de estructuras metálicas enterradas o sumergidas.

5.3 Criterios de Protección CatódicaDebido a que, a diversos niveles de polarización catódica se puede controlar lacorrosión externa en estructuras de acero enterradas o sumergidas en un medioeléctricamente conductor, se recomienda tomar en cuenta los siguientes criteriosde protección:

5.3.1 Criterio del Potencial Mínimo: El valor mínimo de polarización catódica paracontrolar la corrosión es de – 850 mV. Este valor es medido respecto al electrodode referencia de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) en contacto con el electrolito,con la protección catódica aplicada (Potencial ON).

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5.3.2 Para medios anaeróbicos o condiciones especiales, puede requerirse un valormás negativo. Tal es el caso de medios con bacterias sulfatoreductoras, en losque se requiere un potencial mínimo de –950 mV con respecto al electrodo deCu/CuSO4.

5.3.3 Criterio del Cambio de Potencial: La diferencia de los potenciales de referenciamedidos en OFF y Natural de la estructura debe ser como mínimo de –100 mV.

5.3.4 Criterio – 850 mV Polarizado (Potencial OFF): cuando existe un potencialpolarizado negativo de al menos 850 mV con respecto al electrodo de referenciade cobre/sulfato de cobre en contacto con el electrolito.

5.4 RevestimientosLa corrosión pudiera prevenirse cubriendo la totalidad de la estructura enterradao sumergida con un recubrimiento impermeable no conductivo, lo cual sería ideal,pero casi imposible de llevar a cabo a un costo razonable. En general losrecubrimientos sufren daños en el transporte al sitio de instalación. En sueloscorrosivos, la más pequeña discontinuidad del revestimiento protector puederedundar en corrosión local severa. Prácticamente, todo tipo de revestimientodesarrolla imperfecciones, y se produce corrosión en las pequeñas áreas demetal expuesto donde se rompe la barrera de aislamiento. El revestimiento es unaherramienta muy efectiva en el control de la corrosión, y cuando se utiliza juntocon la protección catódica, se puede obtener un control completo con un mínimode corriente aplicada.

Los revestimientos casi nunca son afectados por la aplicación correcta de laprotección catódica; sin embargo, potenciales muy negativos, con referencia alelectrodo de Cu/CuSO4 pueden dañar el revestimiento causando evolución dehidrógeno en la superficie del metal. La Tabla 1 muestra los límites de potencialON recomendados, en el punto de inyección, para estructurasenterradas/sumergidas, para evitar el desprendimiento del revestimiento porexceso de corriente de protección catódica.

TABLA 1. LÍMITES DE POTENCIAL ON RECOMENDADOS, EN EL PUNTO DEINYECCIÓN, PARA ESTRUCTURAS ENTERRADAS/SUMERGIDAS (REFERIDOS AL

ELECTRODO DE COBRE/SULFATO DE COBRE)

Tipo de revestimiento Potencial (V) vs Cu/CuSO4

Resina epóxica en polvo, aplicada por fusiónelectrostática

–1.5

Esmalte asfáltico –2.0

Alquitrán de hulla –1.5

Polietileno –1.0

Cinta adhesiva –1.5

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6 BASES DE DISEÑOEl diseño de un sistema de protección catódica deberá basarse en informaciónobtenida de la inspección de instalaciones similares, en ambientes similares y/ode un estudio detallado de las condiciones en sitio. Las condiciones a determinaren sitio son:

a. Resistividad, pH y composición química del medio

b. Continuidad eléctrica de la estructura

c. Proximidad de otras estructuras

d. Potenciales de Referencia de estructuras adyacentes

e. Disponibilidad de energía eléctrica

f. Condición y tipo de revestimiento

g. Facilidad de acceso para construcción y mantenimiento

h. Clasificación de áreas

i. Seguridad en sitio de los equipos en cuanto a hurto

j. Planos y especificaciones de construcción

k. Tiempo de vida útil de la estructura (activa)

l. Histórico de inspecciones de tuberías o estructuras adyacentes

El diseño de un sistema de protección catódica debe considerar los aspectosantes mencionados u otros que no permitan interferencia a las estructurasadyacentes.

El diseño de un sistema de protección catódica no deberá contemplar lainstalación en áreas peligrosas de equipos de suministro de energía eléctrica,cajas de conexiones, etc., cuando sea posible. Cuando la instalación debarealizarse en este tipo de áreas clasificadas, se deberán utilizar los materialescorrespondientes especificados para tal fin (Ver Tabla 2).

TABLA 2. MANUALES DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE MATERIALES – PDVSA

Código Título

EM–22–01/01 ALAMBRES Y CABLES MONOPOLARES AISLADOSCON TERMOPLASTICOS PARA 600V

EM–22–05/01 CABLES PARA INSTRUMENTACION Y CONTROL

EM–24–11/01CAJAS Y ACCESORIOS PARA INSTALACIONESELECTRICAS DE USO EN LUGARES(CLASIFICADOS) PELIGROSOS

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Código Título

EM–28–07/01 ANODOS DE ALUMINIO (AL) PARA PROTECCIONCATODICA

EM–28–07/02 ANODOS DE MAGNESIO (MG) PARA PROTECCIONCATODICA

EM–28–07/03COQUE METALURGICO PARA USO EN LECHOS DEANODOS PARA SISTEMAS DE PROTECCIONCATODICA CON CORRIENTE IMPRESA

EM–28–07/04ANODOS DE HIERRO–SILICIO Y HIERRO – SILICIO –CROMO PARA PROTECCION CATODICA PORCORRIENTE IMPRESA

EM–28–07/05 TRANSFORMADOR / RECTIFICADOR DEPROTECCION CATODICA

EM–01–00/01 RESINA EPOXICA EN POLVO PARA TUBERIAMETALICA

EM–01–01/03 REVESTIMIENTO INTERNO CON EPOXI ADUCTOAMINA PARA TANQUES Y TUBERIAS

EM–01–01/04 REVESTIMIENTO DE ZINC SOBRE PRODUCTOS DEHIERRO Y ACERO

EM–01–01/05REVESTIMIENTO INTERNO DE EQUIPOS CONPLASTICO REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO(PRFV)

EM–01–01/06RESINA POLIESTER ISOFTALICA PARA ELREVESTIMIENTO Y FABRICACION DE TANQUES YTUBERIAS

EM–01–01/07RESINA POLIESTER BIFENOLICA PARA ELREVESTIMIENTO Y FABRICACION DE TANQUES YTUBERIAS

EM–01–01/08RESINA EPOXI POLIAMIDA PARA ELREVESTIMIENTO Y FABRICACION DE TANQUES YTUBERIAS

EM–01–01/09 RESINA FURANICA PARA EL REVESTIMIENTO YFABRICACION DE TANQUES Y TUBERIAS

EM–01–01/10 RESINA VINIL ESTER PARA EL REVESTIMIENTO YFABRICACION DE TANQUES Y TUBERIAS

EM–01–01/11 FIBRA DE VIDRIO PARA EL REVESTIMIENTO YFABRICACION DE TANQUES Y TUBERIAS

EM–01–01/16SISTEMA MULTICAPA EPOXI–POLIOLEFINAREVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA A ALTASTEMPERATURAS

EM–01–01/17 RESINA EPOXICA EN POLVO PARA REVESTIMIENTODE TUBERIA METALICA, A ALTAS TEMPERATURAS

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Código Título

EM–01–01/18CINTAS DE POLIOLEFINAS PARA ELREVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA A ALTASTEMPERATURAS

EM–01–01/19RESINA EPOXICA REFORZADA CON FIBRA DEVIDRIO PARA REVESTIMIENTO EXTERNO DETUBERIA METALICA A ALTAS TEMPERATURAS

EM–01–02/01BREA EPOXICA (COALTAR EPOXY) CURADA CONPOLIAMIDA PARA EL REVESTIMIENTO DE TUBERIAMETALICA

EM–01–02/02BREA EPOXICA (COAL TAR EPOXY) CURADA CONAMINA PARA EL REVESTIMIENTO DE TUBERIAMETALICA

EM–01–02/03BREA EPOXICA (COAL TAR EPOXY) CURADA CONADUCTOAMINA PARA EL REVESTIMIENTO DETUBERIA METALICA

EM–02–11/01ACEITES MINERALES AISLANTES CON INHIBIDORDE OXIDACION PARA USO EN TRANSFORMADORESE INTERRUPTORES

EM–04–02/01 MORTERO DE CEMENTO PARA EL REVESTIMIENTODE TUBERIA METALICA

EM–04–05/01 POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD EXTRUIDO PARAEL REVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA

EM–04–05/02 POLIPROPILENO EXTRUIDO PARA ELREVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA

EM–04–10/01CINTAS DE POLIETILENO APLICADAS EN FRIO Y/OEN CALIENTE PARA EL REVESTIMIENTO DETUBERIA METALICA

EM–04–11/01MANGAS TERMOCONTRACTILES PARAPROTECCION DE JUNTAS Y/O REPARACIONES DEREVESTIMIENTOS DE TUBERIA METALICA

EM–04–11/02

MANGAS TERMOCONTRACTILES PARAPROTECCION DE JUNTAS Y/O REPARACIONES DEREVESTIMIENTOS DE TUBERIA METALICA A ALTASTEMPERATURAS

EM–04–13/01 CAUCHO POLICLOROPRENO (NEOPRENO) PARAEL REVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA

FUENTE: Manuales de Especificaciones Técnicas de Materialeswww.intevep.pdv.com/santp

Todas las estructuras enterradas o sumergidas en un corredor deberán tener unsistema de protección catódica integrado, cualquiera sea el tipo de revestimientode las estructuras existentes.

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http://www.intevep.pdv.com/santp

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Se podrá utilizar la capacidad disponible de los sistemas de protección catódicaexistentes, siempre y cuando su desempeño no sea afectado en forma adversa.

Se requieren consideraciones especiales de diseño para tuberías enterradasdentro del área de plantas, refinerías, etc. Lechos de ánodos galvánicos o inertes,distribuidos, deberán instalarse en estas áreas para complementar la protección.Se deberán instalar puntos de prueba adicionales para monitorear los niveles deprotección de estas secciones de tubería.

6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al Diseño

La adecuada recopilación de datos en campo es obligatoria. Además de lamedición eléctrica, la información incluirá fechas, estado del tiempo, descripcióny condición del terreno, vías de acceso, fuentes potenciales de energía eléctrica,ubicación adecuada para lechos de ánodos o ánodos de sacrificio, seguridad, asícomo cualquier otra información pertinente.

Los datos obtenidos en las mediciones indicarán también la ubicación de todaslas estructuras enterradas o sumergidas adyacentes a la obra, la condición de lassuperficies metálicas expuestas y la calidad del aislamiento del revestimiento endichas estructuras.

Los sitios posibles de ubicación detallada de los sistemas de protección catódica,serán localizados con mediciones detalladas tomando como referencia puntosfijos establecidos usando el método de triangulación.

El especialista preparará un diseño detallado del sistema de protecciónpropuesto, el cual tomará en consideración las siguientes proposiciones:

a. Estará basado en una continua operación del sistema para la vida útilespecificada en el diseño de la estructura o equipo a ser protegido.

b. Considerará los requerimientos para la instalación de cualquierinterconexión necesaria entre estructuras que puedan estar sujetas ainterferencia catódica.

c. Incluirá detalles para la puesta en marcha del sistema, el diseño y laubicación de bridas con aislamiento y puntos de medición.

6.1.1 Caracterización del Medio

Para el diseño de sistemas de protección catódica de estructuras enterradas osumergidas es importante la realización de mediciones de campo que permitanla caracterización del medio, para así evaluar la factibilidad de instalar un sistemade protección catódica.

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La resistividad del electrolito representa la investigación preliminar másimportante al momento de diseñar un sistema de protección catódica. En suelosla resistividad puede variar con el contenido de agua y sales disueltos en estosy por lo tanto, se ve influenciada por las lluvias. Aún cuando la resistividad solano indica la corrosividad de un medio, existe cierta relación entre las dospropiedades, como se muestra en la Tabla 3.

TABLA 3. CLASIFICACIÓN DEL MEDIO ELECTROLITO DE ACUERDO CON SURESISTIVIDAD

Resistividad del medio (ohm–cm) Corrosividad

Menos de 500 Muy corrosivo

Entre 500 y 1.000 Corrosivo

Entre 1.000 y 2.000 Moderadamente Corrosivo

Entre 2.000 y 10.000 Ligeramente Corrosivo

Mayores a 10.000 Progresivamente menos corrosivo

FUENTE: API RP 651

La medición de la resistividad del suelo se realizará utilizando el método de loscuatro electrodos (método de Wenner), según procedimiento especificado en lanorma ASTM G 57.

Donde se requieran mediciones de la resistividad a lo largo de la tubería, éstasse harán a intervalos máximos de 1 Km (o menos cuando las condiciones delsuelo cambien), utilizando una separación entre electrodos equivalente a laprofundidad de la estructura o a la profundidad requerida.

Se tomarán lecturas de resistividad en las ubicaciones propuestas para los lechosde ánodos a fin de elaborar mapas de contornos para cada una de ellas. Laslecturas de resistividad serán corregidas para considerar condiciones máscríticas, es decir, en época de verano.

Cuando se presenten factores que puedan alterar las características del medio,se tomarán muestras del suelo para determinar características adicionales delmismo, tales como sales solubles, contenido de humedad, pH, etc. Sedeterminará el contenido de sulfatos a fin de detectar la presencia de bacteriassulfatoreductoras.

6.1.2 Pruebas de Drenaje de Corriente

Se obtendrán parámetros de diseño completos al instalar un sistema deprotección temporal, el cual permitirá medir la cantidad de corriente requeridapara proteger adecuadamente una estructura enterrada o sumergida. El sistemade protección catódica temporal estará conformado por:

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a. Un lecho de ánodos temporal, el cual estará ubicado en el lugarseleccionado para la instalación permanente propuesta. Este lechotemporal estará constituido por tubería de desecho, estructuras metálicasenterradas o sumergidas abandonadas, etc. El cableado temporal,necesario para conectar los lechos de ánodos, tendrá aislamiento suficientepara prevenir fugas de corriente no controladas y garantizar la seguridad delpersonal. A su vez, se deberá contar con un interruptor adecuado para llevara cabo de forma eficiente y eficaz las pruebas de drenaje de corriente.

b. Una fuente de energía temporal, la cual consistirá de generadoresimpulsados por motores, acumuladores estacionarios, unidades deprotección catódica existentes, rectificadores portátiles combinados conenergía comercial disponible, etc. Este equipo suministrará una corrientedirecta constante, bien regulada, de una tensión e intensidad en lasmagnitudes requeridas durante el ensayo.

Una vez que el sistema se ha estabilizado en los niveles de protección requeridos,se harán mediciones del drenaje de corriente del sistema temporal y seconsiderará la resistencia total del circuito de inyección de –1000 mV conrespecto a Cu/CuSO4, esto para cálculo de diseño.

La Tabla 4 indica un estimado de las densidades de corriente mínimas requeridaspara la protección catódica de acero desnudo en diferentes medios, atemperatura ambiente de 15 a 25 °C.

TABLA 4. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCIÓNCATÓDICA DE ACERO DESNUDO EN DIVERSOS MEDIOS (@Tambiente =15 a 25 �C)

Medio Densidad de Corriente(mA/m2)

Suelos * 10 a 30 (1)

Suelos neutro o estéril ** 5 a 17

Suelo aereado y seco ** 5 a 17

Suelo húmedo 28 a 66

Suelo muy ácido 56 a 170

Suelo con baterías 450

Agua Dulce y Zonas Fangosas *** 11 a 32

Agua Dulce estancada ** 56

Agua Dulce en movimiento ** 56 a 66

Agua Dulce, turbulenta ** 56 a 170

Agua Salada * 50 a 80

Agua Salada en movimiento * 100 a 150

Lago de Maracaibo * 50 a 100

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Medio Densidad de Corriente(mA/m2)

Plataforma Continental Venezolana(agua) *

80

Plataforma Continental Venezolana(barro) *

30

FUENTE:

* Manual de Protección Catódica: Diseño y Aplicaciones. Jorge Goldin.

** www.biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx. Ciencias química. “Más allá de laherrumbre II”.

*** Cathodic Protection Manual. Royal Dutch / Shell Group:

(1) En suelos anaeróbicos, transcurren algunos meses antes de que severifique la polarización completa.

(2) Los valores dependen de la velocidad del agua.

Las densidades de corriente mínimas para la protección catódica de estructurasmetálicas revestidas se especifican en la Tabla 5.

TABLA 5. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCIÓNCATÓDICA DE ESTRUCTURAS METÁLICAS REVESTIDAS

Tipo de Revestimiento Densidad de Corriente(mA/m2 )

Cinta 1.25

Resina Epóxica en polvo 0.10

Polietileno Extruido 0.10

Brea Epoxy (Coal Tar) 0.75

FUENTE: Manual de Ingeniería de Diseño de Sistemas de ProtecciónCatódica de estructuras enterradas/sumergidas, PDVSAOccidente, 1998 (RP–PC–001–98).

Cuando no pueda ser determinada a través de una prueba de drenaje decorriente, la selección final de los requerimientos de corriente será unacombinación de los factores indicados anteriormente. Para estructurasrevestidas, es necesario estimar la superficie total sobre la cual el revestimientono es efectivo (% de área desnuda) y en base a ésta, determinar losrequerimientos de corriente.

La Tabla 6 muestra valores de eficiencia del revestimiento, que deben serconsiderados para determinar la superficie total a proteger.

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TABLA 6. EFICIENCIA DEL REVESTIMIENTO

Años de servicio de lainstalación

Deterioro delrevestimiento (%)

0 1.01

1 1.16

2 1.32

3 1.51

4 1.73

5 1.98

6 2.27

7 2.60

8 2.97

9 3.40

10 3.89

11 4.45

12 5.09

13 5.82

14 6.66

15 7.63

16 8.73

17 9.99

18 11.43

19 13.07

20 14.96

FUENTE: Manual de Ingeniería de Diseño de Sistemas de ProtecciónCatódica de estructuras enterradas/sumergidas, PDVSAOccidente, 1998 (RP–PC–001–98).

6.1.3 Medición de Potenciales

La medición de potencial entre la estructura y el medio electrolito se obtendrá entodos los terminales de medición, a ambos lados de las bridas o uniones conaislamiento, en los cruces con otras estructuras metálicas enterradas osumergidas o cualquier estructura similar próxima a la estructura que esté siendoprotegida; asimismo, en cualquier otro punto donde se considere necesariodeterminar la efectividad del sistema de protección catódica propuesto, y evitarla corrosión por corrientes de fuga a estructuras que no estén incluidas dentro delsistema de protección.

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Todas las lecturas de potencial serán registradas con precisión de milivoltios(mV), utilizando instrumentos adecuados y electrodos de referencia decobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) o plata/cloruro de plata (Ag/AgCl).

Las lecturas de potencial serán tomadas a intervalos suficientes para prevenir laomisión de alguna zona no protegida, o en proceso de corrosión de la estructuraa ser protegida. Las lecturas también se obtendrán para asegurar que el sistemade protección catódica que se está diseñando no ocasionará problemas deinterferencia no controlables en otras estructuras. En áreas clasificadaspeligrosas, tales como estaciones y patios de tanques, se tomarán lecturasadicionales necesarias que permitan detectar cualquier situación de peligro quepueda originarse de la instalación de la protección catódica.

Para el diseño del sistema de protección catódica se realizarán las siguientesmediciones de potencial:

a. Potencial Natural: se tomará el potencial de la estructura sin aplicación decorriente. Para ello se deben desconectar todos los sistemas de proteccióncatódica que puedan estar ocasionado alguna influencia sobre la estructurabajo estudio y esperar un tiempo prudencial para que se produzca ladespolarización de la estructura.

b. Nivel Mínimo de Protección: utilizando el sistema de protección catódicatemporal, se drenará suficiente corriente a fin de lograr la protección de todala estructura, alcanzando los niveles mínimos aceptables aplicables paralos criterios que sean utilizados.

c. Nivel Máximo de Protección: una vez que se hayan determinado los nivelesmínimos de corriente de protección, la salida de corriente del sistema deprotección catódica temporal se incrementará hasta que se alcancen losniveles máximos de protección aceptables. En esta condición se medirá laatenuación de la protección a través de toda la estructura.

6.2 Efectos de Interferencia EléctricaLas corrientes de interferencias (corrientes parásitas) asociadas con losproblemas de corrosión son, como su nombre lo indica, corrientes directas quefluyen en la tierra desde una fuente asociada con la línea afectada. Para causarcorrosión en la tubería, la corriente directa debe fluir desde una fuente externahacia un área de la tubería, viajar a través de ésta hacia otra área y salir de latubería para volver a entrar al medio (resultando en corrosión), completando elcircuito al regresar a la fuente de poder original. Las corrientes de interferenciapueden ser estáticas o dinámicas.

Las fuentes típicas de corrientes parásitas son:

a. Sistemas de protección catódica por corriente impresa

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b. Sistemas de transporte masivo operados por electricidad (trenes)

d. Torres de alta tensión

e. Corrientes telúricas

En ocasiones, las corrientes AC fluyen a la tierra de sistemas de distribucióneléctrica, pudiendo convertirse en pequeños problemas de interferencia demenor grado.

Los sistemas de protección catódica por corriente impresa pueden causarcorrientes de interferencia en tuberías adyacentes dependiendo de la ubicacióndel lecho de ánodos, localización exacta de la tubería y las característicasoperacionales del sistema.

Cualquier acción que se tome para prevenir la entrada de corriente al electrolitodisminuirá la posibilidad de que las corrientes parásitas afecten una estructuraenterrada o sumergida, razón por la cual, la presencia de corrientes parásitasdebe ser tomada en cuenta durante el diseño de los sistemas de proteccióncatódica, así mismo, el diseño de instalaciones para protección catódica debeminimizar la interferencia con otras estructuras.

En los puntos donde se presume puedan existir problemas de interferencia sedará revestimiento adecuado y/o aislamiento a fin de minimizar el flujo de estascorrientes.

El diseño también debe considerar, cuando sea necesario, la instalación depuentes adecuados, entre las estructuras enterradas y/o sumergidas, a fin deprevenir el efecto corrosivo de las corrientes parásitas.

Se deberán mantener registros o mapas actualizados para mostrar la localizaciónde los sistemas de protección catódica propios y foráneos, las tuberíasprotegidas, las tuberías interconectadas, etc.; a fin de mantener un estricto controlsobre la protección catódica de las estructuras correspondientes.

Se deberán realizar pruebas y mediciones de potenciales en áreas donde sepiense diseñar un sistema de protección catódica para verificar la posiblepresencia de corrientes de interferencia, para lo cual se podrá usar cualquiera ouna combinación de los métodos de ensayo descritos en los puntos 6.2.1 al 6.2.4de la presente norma.

Algunos de los métodos utilizados para reducir o eliminar las interferencias porcorrientes parásitas desde instalaciones de protección catódica, incluyen:

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6.2.1 Interconexiones

Cuando se tiene que una tubería está siendo afectada por otra que tieneprotección catódica, el método comúnmente usado para corregir esta situaciónconsiste en conectar una resistencia entre las dos tuberías. Esta resistencia enla interconexión debe estar ajustada para que drene sólo la corriente suficientedesde la línea afectada para eliminar la condición de daño. Normalmente, estaoperación es realizada en conjunto con el representante de la línea afectada obajo su consentimiento, preferiblemente por escrito. El establecimiento exacto decuando ha sido eliminado el efecto de las corrientes de interferencia es crítico.Para determinarlo, la conexión se ajusta con el interruptor de corriente en elrectificador de la línea que causa la interferencia con un voltímetro preparadopara medir el potencial de la línea afectada con respecto al electrodo decobre–sulfato de cobre en el punto de cruce o en el punto de mayor exposición.La resistencia de la conexión se hace de manera que el potencial de la líneaafectada con el rectificador ON sea la misma que la observada antes de lainstalación de la conexión.

El propósito principal de la interconexión es evitar la corriente de interferenciamediante el balance de los potenciales de referencia de las estructurasconectadas.

6.2.2 Revestimientos

Algunas interferencias no pueden ser resueltas mediante la interconexión, tal esel caso de interferencia producto de cruces de tuberías poco revestidas odesnudas. Si se sabe relativamente la densidad de corriente que entra en latubería desnuda a través del suelo, se localizará la zona en la cual se reduce elpotencial de la tubería que se quiere proteger, una solución sería disminuir el flujode la densidad de corriente a la tubería desnuda en el área de cruce. Esto puedeser logrado a través de la aplicación de revestimientos de calidad en el área decruce en la tubería que causa la interferencia; obteniéndose como resultado unareducción del flujo de corriente desde el suelo hacia la línea que produce lainterferencia.

6.2.3 Uso de Ánodos Galvánicos

Otra medida para corregir las interferencias implica el uso de ánodos galvánicosconectados a la línea afectada en el área de interferencia producto de la líneaforánea protegida catódicamente.

Para muchas aplicaciones de este tipo, una línea simple de ánodos entre la líneaafectada y la causante de la interferencia, será suficiente para mitigar los efectosdañinos. Los ánodos más fuertes serán usados en los puntos de mayorexposición en los cruces de tuberías y los más débiles en cualquier otra zona. Losánodos de magnesio son usados exitosamente porque tienen un campo degradiente de potencial anódico mas alto que los de cinc. La longitud de la ristra

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de ánodos depende de la longitud del área de potencial caído en la línea afectada.Se deberá instalar un punto de prueba para monitorear periódicamente la salidadel ánodo y facilitar la medición de potenciales.

6.2.4 Uso de Escudos Eléctricos

En lugares donde una línea pasa cerca del área de influencia de un lecho deánodos circundante, es posible reducir la cantidad de corriente de interferenciaque la línea recoge mediante el uso de “escudos eléctricos”. Los escudos reducenla absorción de corrientes de interferencia pero no las eliminan por completo. Sepuede esperar que la corriente de interferencia aún fluya desde el área deabsorción hasta algún punto de descarga donde ocurrirá la corrosión. Este flujode corriente necesita ser revertido y se puede hacer a través de ánodosgalvánicos o interconexiones, si el escudo ha reducido razonablemente laabsorción de corrientes de interferencia.

Para los escudos se utiliza tubería desnuda, de diámetros pequeños (una tuberíade 1/4 pulgada podría ser satisfactorio en muchos casos), para mantener lademanda de corriente entre lo razonable. Previo a la instalación de los escudosse debe realizar un estudio económico, para determinar la factibilidad de sucolocación o de reubicar el lecho de ánodos.

7 PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS DE SACRIFICIO

7.1 GeneralCon este método, prevalece la acción galvánica para proveer corriente deprotección. La superficie de la estructura se hace catódica conectándola a unmetal menos noble (ánodo) en un electrolito común. Los elementos más usadospara este fin son el magnesio, el aluminio y el cinc. Estos ánodos comúnmentese conocen como ánodos de sacrificio porque la protección de la estructura vaacompañada del consumo simultáneo de los ánodos por corrosiónelectroquímica.

7.2 Aplicaciones de los Ánodos de SacrificioLos ánodos de sacrificio se utilizan principalmente cuando se requieren corrientesrelativamente pequeñas en sitios con muy baja resistividad eléctrica. Los sistemas de protección catódica por ánodos de sacrificio son utilizadosprincipalmente para:

7.2.1 Proteger pequeñas secciones de tubería con revestimiento en buenascondiciones o fondos de tanques, que requiera una cantidad moderada decorriente.

7.2.2 Complementar localmente la falta de protección de una estructura ya protegidapor un sistema de corriente impresa.

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7.2.3 Proteger temporalmente una estructura durante su construcción, hasta que seainstalado el sistema de protección catódica por corriente impresa.

7.2.4 Corregir interferencias que puedan presentarse por corrientes parásitas de bajaintensidad producidas por un sistema de protección catódica por corrienteimpresa u otra fuente de corriente continua (este tipo de situación se producegeneralmente en los cruces de tuberías).

7.2.5 Controlar corrientes de interferencia en áreas congestionadas y en áreasurbanas.

7.2.6 Proteger estructuras donde no se disponga de ninguna fuente de energíaeléctrica.

7.2.7 Aunque no represente una aplicación de protección catódica, los ánodos desacrificio pueden ser utilizados como tomas de tierra en estaciones para eliminarpuntos de tensión AC sobre los equipos.

7.3 Material de los ÁnodosLos ánodos de sacrificio se fabrican principalmente de magnesio, aluminio y cinc.Las principales características de estos ánodos se presentan en la Tabla 7.

TABLA 7. CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO

Aleación MedioConsumo

(kg/A–año)(1)

CapacidadTeórica(A–h/kg)

(2)

Eficiencia(%)(3)

CapacidadPráctica(A–h/kg)

(4)

Magnesio

0.5–1.3% Mn Suelo/Agua dulce 3,98 2.200 50 1.100

5–7% Al / 2–4% Zn Suelo/Agua dulce

Cinc

0.3–0.5% Al / 0.025–0.1 % Cd Agua de mar 10,69 820 90–95 (5) 740–780

Aluminio (6)

0.35–0.5% Zn Agua de mar

6–8% Zn/0.1–.02% Sn Fango de mar 2,94 2.980 85–95 2.540–2.830

2–5%Zn/0.02–0.05%In/0.5–1% Mg Fango de mar

(1) El consumo fue calculado a partir de la siguiente expresión:

W � M * t * l�n * F * 1000

donde:

W : Consumo (kg/A*año)

M : Peso atómico del material anódico (gr)

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t : Tiempo (3.1536x107 s/año)

l : Flujo de corriente promedio (A) en el tiempo t.

n : Número de electrones transferidos por átomo de material anódico (Estadode oxidación o Valencia).

F : Constante de Faraday (96490 coulombios/equiv.gr.material anódico).

(2) La capacidad teórica fue calculada a partir de la siguiente expresión:

Ct � �8760�W�

donde:

Ct : Capacidad Teórica de drenaje de corriente del material anódico (A*h/kg).

W : Consumo (kg/A*año)

(3) WAGNER, John: Cathodic Protection Design I. NACE International. Abril,1993.PEABODY, A.W. : Control of Pipeline Corrosion. NACE. Houston, 1967.

(4) La capacidad práctica fue calculada a partir de la siguiente expresión:

Cp � Ct * Eficiencia

donde:

Cp: Capacidad Práctica (A*h/kg)

Ct: Capacidad Teórica (A*h/kg)

(5) La eficiencia del cinc es razonablemente constante para salidas de corrientebajas a muy altas, en términos de mA/pie2 de superficie del ánodo. Estoaplica cuando se emplean ánodos de cinc de alto grado de pureza. Unaeficiencia de 90% es conservadora.

(6) A regulaciones ambientales, los ánodos de aluminio no deben contenermercurio (Hg).

Los ánodos de magnesio pueden utilizarse económicamente en medios de másalta resistividad (mayor de 3.000 ohm–cm), en comparación con los ánodos decinc de aluminio. No deben utilizarse en aguas salobres a temperaturas mayoresde 30°C o en aguas frescas a temperaturas mayores de 45°C, dado que laautocorrosión de los ánodos se acentúa a altas temperaturas, disminuyendo asísu eficiencia.

Para aplicar protección catódica con ánodos de magnesio, éstos deben tener unaalta pureza.

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Los ánodos de cinc no son una alternativa económica en medios de resistividadmayor de 1.500 ohm–cm. Su principal uso se circunscribe al agua de mar, ocuando la corriente requerida es baja, pero constante y se desea un largo tiempode servicio. El cinc puede utilizarse en aguas de altas temperaturas (30 – 60 °C),en las cuales las aleaciones de magnesio se corroen rápidamente. Sin embargo,no deben emplearse ánodos de cinc a temperaturas superiores a 60en algunos tipos de aguas, a 70 °C aproximadamente, su polaridad cambia denegativa a positiva con respecto al acero, promoviendo el ataque del mismo enlugar de protegerlo. Tampoco se recomienda en los ambientes donde haypresencia de carbonatos o bicarbonatos.

Los ánodos de aleación de aluminio no se recomiendan para otro servicio que nosea agua de mar o aguas salobres, preferiblemente si la aleación está activadacon indio. Las aleaciones de aluminio no se emplean en suelos por cuanto serecubren de una capa de óxido de aluminio que las inactiva, es decir, las pasiva;por el contrario, al ser sometidas a la acción de agua de mar, o de aguas consuficiente contenido de cloruros (mayor de 3.000 ppm), éstos rompen la capapasiva activando nuevamente la aleación. Es por ello que el aluminio sólo puedeser empleado cuando el contenido de cloruros es suficientemente alto como paradespasivar la superficie del ánodo y permitir el drenaje de corriente.

En instalaciones subterráneas, para asegurar su buen funcionamiento, losánodos de magnesio y cinc se emplean con una mezcla de relleno preparado quelos cubre completamente. Este relleno, por su baja resistividad (50 ohm–cm) y porla solubilidad de sus componentes, tiene un efecto de acondicionamiento sobrela resistividad del suelo adyacente, y como resultado se obtiene una resistividadmás baja sobre varios metros alrededor del ánodo. Así mismo, el relleno aumentala superficie efectiva del ánodo, reduciendo la resistencia entre el ánodo y elsuelo.

La mezcla comúnmente utilizada como relleno para los ánodos de magnesio ycinc es la siguiente:

75% yeso hidratado (CaSO4.2H2O)

20% arcilla de bentonita

5% sulfato de sodio (Na2SO4)

Los ánodos galvánicos serán instalados en grupos en puntos distribuidos a lolargo de la tubería a fin de suministrar una protección total y para facilitar lainspección y el mantenimiento.

Los suelos con la mejor combinación de baja resistividad eléctrica, altaconcentración química y máximo contenido de humedad, serán seleccionadospara la ubicación del ánodo galvánico. La distancia hasta la estructura enterradadeberá estar entre 1,0 m y 6,0 m, dependiendo de la resistividad del medio.

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En sistemas mixtos (ánodos galvánicos/corriente impresa), la ubicación de losánodos dependerá del perfil de potenciales de la estructura.

La selección de los ánodos galvánicos estará restringida a los de magnesio o decinc de alta pureza que se consigan en el mercado.

Los ánodos de cinc se utilizarán solo en medios electrolitos de baja resistenciay donde las bajas salidas de corriente y los bajos potenciales de soluciónresultantes sean tolerables.

El tamaño del ánodo, forma, peso, pureza y relleno dependerá de losrequerimientos para cada instalación en particular, de acuerdo a los materialesespecificados en esta norma.

8 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA

8.1 GeneralCon este método, la estructura a proteger forma parte de un circuito eléctrico, conuna fuente de corriente directa y un lecho de ánodos.

El lecho de ánodos puede estar formado por grafito, hierro/silicio/cromo, chatarra,titanio platinizado, magnetita, MMO (Oxidos de Metal Mezclado), etc., cuyo costodependerá de la rata de consumo en el tiempo, factor determinante en el costodel proyecto.

Los sistemas de protección catódica por corriente impresa se utilizan cuando serequieren grandes cantidades de corriente para la protección de la estructura.

8.2 Fuentes de CorrienteLas fuentes de corriente externa utilizadas en los sistemas de protección catódicaincluyen: rectificadores/transformadores AC/DC, motores generadores,generadores termoeléctricos, generadores de viento y generadores solares, delos cuales, los rectificadores/transformadores son los utilizados con mayorfrecuencia.

En cuanto a los rectificadores se prefieren aquellas unidades estandarizadas quecumplan con las regulaciones eléctricas aplicables al área donde sean instalados.La selección del tipo se hará de acuerdo a lo siguiente:

a. Para requerimientos normales se usarán unidades monofásicas enfriadascon aire.

b. Las unidades sumergidas en aceite serán utilizadas en áreas donde sepresenten condiciones de alto grado de humedad, ambiente marino, altatemperatura ambiental, vapores corrosivos dañinos, condiciones de polvoexcesivo, vapores explosivos peligrosos o condiciones similares.

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c. Las unidades trifásicas serán usadas siempre que se disponga desuministro eléctrico trifásico.

d. Unidades montadas en bases serán utilizadas en aquellos casos en que laapariencia y/o el peso son los factores determinantes. Las fundaciones paraestas unidades las diseñará la sección de Ingeniería Civil.

e. Se utilizarán rectificadores de silicio de onda completa, los cuales seránprotegidos con limitadores de sobretensión (varactor) y pararrayosdiseñados específicamente para este uso.

Los rectificadores y/o demás fuentes de poder deberán instalarse enlocalizaciones accesibles, que faciliten su posterior mantenimiento. La ubicaciónestará determinada por los siguientes factores:

a. Cercanía a una fuente de energía eléctrica económica

b. Fuente de energía de corriente continua adyacente al lecho de ánodos

c. Área no clasificada

d. Resguardo y ventilación adecuada

e. Vías de acceso cercanas

f. Suelo de baja resistencia, bien humectado

La capacidad máxima de salida de la fuente de poder deberá ser 50% (tierra) y20% (agua) mayor que la capacidad calculada en el diseño.

Los rectificadores de protección catódica deberán espaciarse a intervalos a lolargo de la tubería. La separación estará determinada por los siguientes factores:

a. Capacidad del rectificador y el lecho de ánodos

b. Efecto de corrientes de interferencia (parásitas)

c. Potenciales permitidos en revestimientos (ver Tabla 1)

d. Cualidades dieléctricas y de aislamiento de los revestimientos de protección

e. Costos

f. Condiciones del electrolito

Los rectificadores para protección catódica deberán cumplir con la especificaciónTécnica de Materiales PDVSA EM–28–07/05 “Transformador/rectificador deProtección Catódica”.

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8.3 Material de los Ánodos

Para los sistemas de protección catódica por corriente impresa se usarán ánodosinertes (pasivos), tales como hierro–silicio–cromo, hierro fundido, grafito, titanio,MMO y otros metales recubiertos. Dichos ánodos estarán rodeados de carbónsuave compactado o coque desmenuzado, cuando sea posible, a fin de aumentarel tamaño efectivo del ánodo. En la Tabla 8 se muestran las principalespropiedades de los ánodos de corriente impresa.

TABLA 8. PROPIEDADES DE LOS ÁNODOS DE CORRIENTE IMPRESA

Ánodos de Corriente Impres

Propiedad Fe–Si–Cr Grafito Niobioplatinizado Lida Chatarra de

acero MMO

Consumo aproximado(kg/A.año)

Agua de mar 1.0 N 8.63x10–6 0.0005 9.1

Suelo 1.0 0.20 1x10–6 0.0071 9.1 1x10–6

Fondo del Lago 1.3 N 9.1

Densidad de corrienteMáxima recomendada(mA/cm2)

Agua de mar 0.5 N 40 60 L

Agua dulce 0.5 N 40 11 L

Suelo 1.0 0.15 0.15 10 0.5

Voltaje máximo permitido(voltios)

Agua de mar N/L N 60 N/L L

Agua dulce N/L N N/L N/L L

Suelo N/L N/L N/L N/L L

Factor de utilizaciónRecomendado (F utilización)

0.85 0.85 0.90 0.90 0.75

N : No recomendado

L : Si está colgado en agua, no hay límite.

N/L : Sin límite

FUENTE : Manual de Ingeniería de Diseño de Sistemas de Protección Catódica.Lagoven. Marzo, 1997.

Los ánodos de hierro–silicio–cromo son usados comúnmente para lechossuperficiales, sin embargo también pueden ser utilizados para lechos profundos.

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El relleno de coque utilizado para la construcción del lecho de ánodos deberátener una resistividad no mayor de 25 ohm–cm a presión atmosférica, así mismo,deberá cumplir con la norma PDVSA EM–28–07/03 “Coque Metalúrgico para usoen Lechos de Ánodos para Sistemas de Protección Catódica por CorrienteImpresa”. Por otro lado, debe poseer una granulometría de 90% finos menor de1 mm, bajo contenido de S < 2 ppm en peso, para Fe–Si–Cr. Para el MMO, elcoque debe ser de muy baja resistividad eléctica < 2 ohm–cm.

La colocación de los ánodos en el lecho será diseñada de forma tal que permitauna descarga uniforme de corriente.

Los ánodos en los lechos superficiales normalmente se colocarán en posiciónvertical a menos que se presenten rocas o alguna otra obstrucción. En tal casopodrán ser instalados en posición horizontal de manera de aprovechar lascondiciones del suelo.

Los ánodos de Titanio y MMO se instalarán de forma directa a la estructura desoporte o como lechos flotantes, para el caso de estructuras sumergidas.Para la ubicación del lecho de ánodos se deben tomar en cuenta los siguientesfactores:

a. Facilidades de corriente: los lechos de ánodos estarán ubicados de talmodo de utilizar al máximo la corriente de protección con un flujo mínimo decorriente de interferencia.

b. Accesibilidad: el diseño debe procurar minimizar los problemas deobtención de derecho de paso a la vez que se suministre accesibilidad parala instalación, la inspección y el mantenimiento.

c. Suelo: se preferirá para la ubicación de los lechos de ánodos los suelos quecontengan la mejor combinación de baja resistividad eléctrica, altaconcentración química y máximo contenido de humedad.

d. Potencial estructura–electrolito: el lecho de ánodos estará localizado deforma que el potencial entre la superficie recubierta y el electrolito no excedalos valores reportados en la Tabla 9.

TABLA 9. POTENCIAL MÁXIMO ENTRE LA SUPERFICIE RECUBIERTA Y ELELECTROLITO, MEDIDO RESPECTO AL ELECTRODO DE Cu/CuSO4

Condición Potencial Máximo (V

Suelo de alta resistencia, revestimiento de altaadherencia

3,0

Suelo de alta resistencia, revestimiento de bajaadherencia

2,5

Suelo de baja resistencia 2,0

Agua de mar 1,3

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La selección del tipo de lecho de ánodos a utilizar (horizontal, vertical, profundo),dependerá de ciertas variables, tales como: precipitación anual, condiciones delsuelo, problemas de interferencia y costos del derecho de paso e inversión inicial.

Los lechos de ánodos de corriente impresa remotos (sencillos o distribuidos)deberán utilizarse de acuerdo con los requerimientos mínimos de diseño y lasconsideraciones económicas a que haya lugar.

Las distancias recomendadas del lecho de ánodos de corriente impresa a latubería será definida de acuerdo con lo indicado en la Tabla 10.

TABLA 10. DISTANCIA MÍNIMA DEL LECHO DE ÁNODOS A LA TUBERÍA

Capacidad de corriente del lecho

(A)

Distancia mínima de lasestructuras enterradas

(m)

30 50

50–100 80

100–150 150

FUENTE: Manual de Ingeniería de Diseño de Sistemas de ProtecciónCatódica de Tuberías Enterradas. Lagoven. Marzo, 1997.

La separación entre ánodos de un lecho deberá ser como mínimo 7,5 m; mientraslos lechos de ánodos de corriente impresa adyacentes deberán estar separadosentre sí una distancia mínima de 50 m. Si la capacidad de salida de corriente decualquiera de ellos es mayor que 50 A, la distancia mínima será de 80 m.

La resistencia del lecho de ánodos puede ser disminuida aumentando el númerode ánodos, longitud del ánodo, diámetro, profundidad o separación ydisminuyendo la resistencia del suelo adyacente a los ánodos.

Puede incrementarse el alcance de la protección al aumentar la distancia entreel lecho y la estructura protegida, así como también, mejorando el revestimientode la estructura enterrada o sumergida adyacente al lecho de ánodos.

La salida de corriente estable del lecho puede asegurarse tomando previsionespara el reabastecimiento futuro de agua, si fuera necesario mantener la humedad.

9 CÁLCULOS DE DISEÑO

9.1 Ánodos Galvánicos

La corriente de salida, drenada por el ánodo, así como la determinación delnúmero de ánodos requeridos, su tasa de consumo y el tiempo de servicio sonfundamentales a la hora de diseñar un sistema de protección catódica.

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Para realizar los cálculos de diseño se requiere de ciertos datos técnicos, a saber:

a. Área a proteger (m2, ft2)

b. Revestimiento aplicado, en caso de estructuras nuevas

c. Resistividad del Medio (ohm–cm)

d. Temperatura promedio (°C)

e. Condición del revestimiento (% área desnuda o con daños). Ver Tabla 5.

f. Vida útil de la estructura (activo)

g. Tipo de ánodo, dimensiones

h. Eficiencia del ánodo (%)

i. Factor de utilización del ánodo (%)

j. Densidad de corriente (mA/m2)

N �Prequerido

Pcomercial

donde:

N : Número de ánodos

Prequerido : Peso total de material anódico requerido (kg)

Pcomercial : Peso del ánodo comercial (kg)

Prequerido �8.76 * Ap * i * n

Eánodo * Ct * Futilización

donde:

Prequerido : Peso total de material anódico requerido (kg)

Ap : Área a proteger (m2)

i : Densidad de corriente (mA/m2)

n : Vida útil del sistema de protección catódica (número de años)

Eánodo : Eficiencia del ánodo (%)

Ct : Capacidad teórica del ánodo (A.h/kg)

Futilización : Factor de utilización (Futilización = 0.85)

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El factor de utilización (Futilización) está determinado por la cantidad de materialanódico consumido (85%) cuando el material anódico remanente no puedeproporcionar la corriente requerida. En otras palabras, cuando el ánodo se haconsumido el 85%, requerirá reemplazo pues no hay suficiente material anódicoremanente para mantener un porcentaje razonable de su capacidad de corrienteoriginal.

Para verificar la máxima salida de corriente por ánodo, se debe calcular laresistencia eléctrica del ánodo en el medio.

9.1.1 Resistencia de un Ánodo Vertical en Suelo

Para ánodos cilíndricos, la resistencia puede ser calculada según:

Rvert �0.1592�

L�2.3 log 8L

d� 1� (Ec.deDwight)

Fuente: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:21.

donde:

Rvert : Resistencia de un ánodo vertical (ohm)

ρ : Resistividad del medio (ohm–cm)

L : Longitud del ánodo (cm)

d : Diámetro del ánodo (cm)

Para otras formas o configuraciones de ánodos, el radio efectivo puede calcularsea partir de la siguiente expresión:

r �Atransversal ánodo

��

FUENTE: Curso de Protección Catódica. Nivel Avanzado. A. Alvarez y J.Goldin. Junio 1984.

donde:

Atransversalánodo

: Área transversal del ánodo (cm2). Se calcula según laforma geométrica del ánodo en cuestión.

r : Radio efectivo del ánodo (cm)

Igualmente, puede utilizarse la ecuación de McCoy para calcular la resistencia deun ánodo no cilíndrico:

Ranodo no cilíndrico �0.315�

Aexpuesta ánodo�(Ec.de McCoy)

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��

FUENTE: Corrosion 86 Forum. Paper Number 286. R. Mollan & T.Andersen. Houston, 1986. P. 8. Curso de Protección Catódica.Nivel Avanzado. A. Alvarez y J. Goldin. Junio 1984.

donde:

Ranodo nocilíndrico

: Resistencia de un ánodo no cilíndrico (ohm)

ρ : Resistividad del medio (ohm*cm)

A expuestaánodo

: Área de superficie expuesta del ánodo (cm2)

9.1.2 Resistencia de un Ánodo Horizontal en Suelo

Rhor �0.1592�

L�2.3 log 4L

d� 2.3 log L

h� 2 � 2h

L� (Ec.de Dwight)

FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:20.

donde:

Rhor : Resistencia de un ánodo horizontal (ohm)




h : Prof. medida desde la superficie hasta el centro del ánodo (cm)

9.1.3 Resistencia de un Ánodo Colgado en Agua

Rcolgado �0.1592�

L�2.3 log 8L

d� 1� (Ec.de Dwight)


donde:

Rcolgado : Resistencia de un ánodo colgado en agua (ohm)




9.1.4 Resistencia de un Ánodo tipo Brazalete en Agua

Rbrazalete �0.315�

Aexpuesta ánodo�(Ec.de McCoy)

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��

FUENTE: Corrosion 86 Forum. Paper No. 286. R. Mollan & T. Andersen.Houston, 1986. P. 8.

donde:

Rbrazalete : Resistencia de un ánodo tipo brazalete (ohm)

ρ : Resistividad del agua (ohm*cm)

A expuestaánodo

: Área de superficie expuesta del ánodo (cm2)

9.1.5 Factor de Espaciamiento (FN)

Cuando los ánodos se colocan muy próximos uno de otro, se ofrecen interferenciaentre sí, siendo la resistencia del grupo de ánodos mayor que la de un solo ánodo.

Fn � 1 ��

�SRánodoln (0.66N)

donde:

Fn : Factor de espaciamiento (>1)


S : Distancia entre ánodos (cm)

R ánodo : Resistencia de un ánodo (ohm)


Luego, la resistencia del grupo o lecho de ánodos se determina por:

Rlecho de ánodo � FnRánodo

N

donde:

R lecho deanodos

: Resistencia de un lecho de ánodos (ohm)

Fn : Factor de espaciamiento ( > 1 )

R anodo : Resistencia de un ánodo (ohm)


A la resistencia total del sistema, debe agregarse la del cable empleado en lasconexiones de los ánodos.

La salida de corriente por ánodo es función del voltaje y la resistenciaánodo/suelo. Se determina por la Ley de Ohm:

lánodo � �VRánodo

�Eánodo � Ecátodo polarizado

Ránodo

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donde:

l ánodo : Corriente de salida del ánodo (A

R ánodo : Resistencia de un ánodo (ohm)

�V : Diferencia esperada de potencial ánodo–estructura (V)

E ánodo : Potencial del ánodo (V)

E cátodopolarizado

: Potencial del cátodo polarizado (V). (–0.85 V para el acero, o un valor más negativo)

El voltaje es la diferencia entre el potencial del ánodo, o fuerza electromotriz, yel potencial del cátodo. A medida que pasa la corriente desde el ánodo al cátodo,ocurre un cambio de potencial en ambos (polarización), y su diferencia depotencial se hace cada vez más pequeña hasta que se alcanza un valor deequilibrio, donde la cantidad de corriente que fluye es exactamente la requeridapara mantener una diferencia de potencial constante (corriente de polarización).

El valor utilizado para lanodo debe derivarse de la Ley de Ohm. Un error comúnconsiste en utilizar los requerimientos de densidad de corriente mínima,suministrados por los estándares o códigos existentes, y dividir su valor por elnúmero de ánodos para estimar la corriente individual del ánodo. Se deberecordar que las densidades de corriente dadas en los estándares son mínimas,y en la generalidad de los casos, al diseñar ánodos galvánicos por esta técnica,éstos producen más corriente bajo la mayoría de las condiciones operacionales.

Durante el diseño, el especialista utilizará factores de seguridad que le permitangarantizar que el sistema cumplirá con el objetivo planteado.

Si lanodo no es suficiente para producir el potencial de polarización deseado(potencial a circuito cerrado entre el cátodo y el electrodo de referencia), entoncesse deberá aumentar el número de ánodos.

9.1.6 Vida Útil del Ánodo

Y �M * Cpráctica * Futilización

8760 * lánodo


donde:

Y : Vida útil o tiempo de servicio estimado del ánodo (años)

M : Peso del ánodo (kg)

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C práctica : Capacidad práctica del ánodo (A.h/kg) (Ver Tabla 7)

l ánodo : Corriente de salida del ánodo (A

F utilización : Factor de utilización (Futilización = 0.85)

9.2 Corriente ImpresaPara realizar los cálculos de diseño de un sistema de protección catódica porcorriente impresa se requiere de ciertos datos técnicos, a saber:

a. Área a proteger (m2)

b. Porcentaje de deterioro del revestimiento (% de daños) (Ver Tabla 6).

c. Densidad de corriente (mA/m2)

d. Vida útil del sistema de protección catódica (número de años)

Las ecuaciones siguientes pueden utilizarse para estimar la resistencia de unlecho de ánodos convencionales profundo o superficial, constituido por ánodosverticales u horizontales en una línea central común.

9.2.1 Resistencia de un Lecho de Ánodos Vertical (Rlecho vertical):

R lecho vertical � Ránodo � Rcabezal de cables � Rcama vertical

donde:

R ánodo : Resistencia ánodo vertical–electrolito (ohm)

R cabezal decables

: Resistencia del cabezal de cables (ohm)

R cama vertical : Resistencia de la cama de ánodos vertical (ohm)

Ránodo �0.00521�

L�2.3 log 8L

d� 1� (Ec.de Dwignt)


donde:

R ánodo : Resistencia ánodo vertical–electrolito (ohm)

ρ : Resistividad del medio, medida a una profundidad correspondiente alcentro de la columna de ánodo más backfill (ohm–cm)

L : Longitud del ánodo más el backfill (pies

d : Diámetro del ánodo más backfill (pies)

La resistencia ánodo/medio de un grupo de ánodos verticales, en paralelo, yespaciados equidistantemente entre sí, en línea recta, es:

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RN � 1N

Ránodo ��FI

S

FUENTE: Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition.Marshall Parker & Edward Peattie. Gulf Publishing Company.Houston, 1995. P. 62.

donde:

RN : Resistencia del lecho de ánodos (ohm)

R ánodo : Resistencia ánodo vertical (ohm)


ρ ’ : Resistividad del medio, medida a una profundidad correspondiente alcentro de la columna de ánodo más backfill (ohm–cm)

S : Espaciamiento de los ánodos (cm

Fi : Factor de interferencia entre ánodos adyacentes. Se obtiene a partirde la Tabla 11.

TABLA 11. FACTORES DE INTERFERENCIA (Fi)

N (No. de ánodos Fi

2 0.00261

3 0.00290

4 0.00283

5 0.00268

6 0.00252

7 0.00238

8 0.00224

9 0.00212

10 0.00201

11 0.00192

12 0.00183

13 0.00175

14 0.00168

15 0.00161

16 0.00155

17 0.00150

18 0.00145

19 0.00140

20 0.00136

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N (No. de ánodos Fi

21 0.00132

22 0.00128

23 0.00124

24 0.00121

25 0.00118

26 0.00115

27 0.00112

28 0.00109

29 0.00107

30 0.00104

FUENTE: Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. MarshallParker & Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 62.

Rcabezal de cables � �N � 1) * S * Rcable principal� � N * �Lcable ánodo * Rcable ánodo

��

R : Resistencia del cabezal de cables (ohm)


S : Espaciamiento de los ánodos (cm

[ (N – 1) * S] : Longitud del cable principal (m)

R cable principal : Resistencia del cable principal (ohm/m) (Ver Tabla 12)

L cable ánodo : Longitud del cable del ánodo (m)

R cable ánodo : Resistencia del cable del ánodo (ohm/m) (Ver Tabla 12)

Se define cabezal de cables como la longitud de cable principal al cual seconectan los ánodos individuales. Comprende, asimismo, la longitud de loscables de los ánodos.

La resistencia del cabezal de cables es cero en aquellos diseños en los cualeslos ánodos se interconecten individualmente a la caja de distribución de positivos.

Rcama vertical �0.00521�

N * L�2.3 log 8L

d� 1 � 2L

S2.3 log (0.656N)� (Ec.de Sunde)


donde:

R cama vertical : Resistencia de la cama de ánodos vertical (ohm)

ρ : Resistividad del medio (ohm–cm)

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S : Espaciamiento entre ánodos (pies)

L : Longitud de un ánodo (pies)

d : Diámetro de un ánodo (incluye el relleno o backfill), (pies)

Rtotal cables � Lcable positivo * Rcable positivo � Lcable negativo * Rcable negativo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables (ohm)

L cable positivo : Longitud del cable positivo (m). Se define cable positivo comola longitud de cable que se extiende desde el ánodo No. 1 (oánodo más próximo al transformador/rectificador) hasta elpositivo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m). Se define cable negativocomo la longitud de cable que se extiende desde la estructuraprotegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

R cable positivo : Resistencia del cable positivo (ohm/m) (Ver Tabla 12).

R cable negativo : Resistencia del cable negativo (ohm/m) (Ver Tabla 12).

Esta ecuación se aplica cuando los ánodos se interconectan a un cabezal decables que luego se extiende hacia el positivo del transformador/rectificador.En aquellos diseños en los que los cables se interconectan individualmente a unacaja de distribución de positivos, la resistencia total de los cables se calcula apartir de la siguiente expresión:

Rtotal cables � Rtotal cables positivos � Rtotal cables negativos

Rtotal cable negativo � Lcable negativo * Rcable negativo

1Rtotal cable negativo

� 1R1

� 1R2

� 1R3

� ��.. � 1RN

RN � LN * Rcable positivo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables positivos y negativo (ohm). (Noincluye la resistencia del cabezal de cables, por cuanto ésta secalcula según ecuación presentada con anterioridad).

R total cablespositivos

: Resistencia de los cables positivos (ohm). Se define cablepositivo como la longitud de cable que se extiende desde cadaánodo hasta la caja de distribución de positivos.

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R total cablesnegativos

: Resistencia del cable negativo (ohm). Se define cable negativocomo la longitud de cable que se extiende desde la estructuraprotegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m)


R1, R2, RN : Resistencia del cable conectado al ánodo 1, ánodo 2, ánodo 3hasta el ánodo N respectivamente (ohm)

LN : Longitud del cable conectado al ánodo N (m). También seconoce como longitud del cable positivo asociado al ánodo N.



En el diseño de sistemas de protección catódica, es práctica común utilizar cablesde cobre aislados con polietileno, recubiertos con PVC (policloruro de vinilo),cuyas dimensiones dependen de la capacidad de corriente requerida. La Tabla12 presenta los tamaños (calibres) de cables necesarios para diversas cargas decorriente, así como las resistencias correspondientes.

TABLA 12. PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES DE COBRE(CABLEADO CLASE B, COBRE BLANDO)

CalibreAWG

Resistencia x 10–3(ohm/m)

Capacidad deCorriente (A)

18 21.4 5

16 13.4 10

14 8.45 15

12 5.32 20

10 3.342 30

8 2.102 40

6 1.322 55

4 0.8315 70

2 0.5230 95

1 0.4147 110

1/0 0.3288 125

2/0 0.2608 145

3/0 0.2069 165

4/0 0.1640 195

FUENTE: Accesorios Venezolanos, C.A. (ACCEVENCA)

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Restructura �Pprotección

Irequerida

donde:

R estructura : Resistencia de la estructura (ohm)

P protección : Potencial de protección (V)

I requerida : Corriente requerida (A)

Rcircuito � Rlecho vertical � Restructura � Rtotal cables

donde:

R circuito : Resistencia del circuito (ohm)

R lecho vertical : Resistencia del lecho vertical (ohm)



Irequerida �Ap * i1000

donde:




El voltaje de salida del transformador/rectificador será:

Vsistema � �Rcircuito * Irequerida� � 2, para definir transformador�rectificador


donde:

V sistema : Voltaje del sistema (V)


I requrida : Corriente requerida (A)

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Para establecer la salida del rectificador, se emplea la Ley de Ohm. Se adicionandos (02) voltios al voltaje del sistema debido a que si pusiéramos en contacto latubería de acero enterrada con los ánodos de hierro/silicio en su relleno de coquemetalúrgico, se formaría una pila de aproximadamente dos (02) voltios pordiferencia galvánica, en la cual los ánodos serían el cátodo de la pila, y la tubería,el ánodo correspondiente. Si deseamos drenar corriente en sentido contrario,debemos añadir al voltaje calculado estos dos voltios, necesarios para vencer lapila anterior.

A continuación se presenta un esquema de un lecho de ánodos vertical.

Fig 2. RESISTENCIA DE UN LECHO DE ÁNODOS VERTICAL

Estructura

ρ

ρS

En el caso de una fila de ánodos verticales paralelos, espaciadosequidistantemente, la resistencia total máxima del circuito será de 2 ohm. Sólo encasos excepcionales, se aceptará una resistencia máxima de 3 ohm. Elespecialista deberá definir el estrato con más baja resistividad a través delMétodo de Capas de Barnes, lo cual permitirá la ubicación de los ánodos a laprofundidad óptima.

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9.2.2 Resistencia de un Lecho de Ánodos Horizontal (Rlecho horizontal)

Rlecho horizontal � Rcabezal de cables � Rcama horizontal

donde:

R lecho horizontal : Resistencia del lecho de ánodos horizontal (ohm

R cabezal de cables : Resistencia del cabezal de cables (ohm)

R cama horizontal : Resistencia de la cama de ánodos horizontal (ohm)

Rcabezal de cables � (N � 1) * S * Rcable principal� � N * �Lcable ánodo * Rcable ánodo

��

donde:

R cabezal de cables : Resistencia del cabezal de cables (ohm)


S : Espaciamiento entre ánodos (m)

[(N–1) *S] : Longitud del cable principal (m)

R cable principal : Resistencia del cable principal (ohm/m). Ver Tabla 11

L cable ánodo : Longitud del cable del ánodo (m)

R cable ánodo : Resistencia del cable del ánodo (ohm/m). Ver Tabla 11

Se define cabezal de cables como la longitud de cable principal al cual seconectan los ánodos individuales. Comprende, asimismo, la longitud de loscables de los ánodos. La resistencia del cabezal de cables es cero en aquellosdiseños en los cuales los ánodos se interconecten individualmente a la caja dedistribución de positivos.

Rcama horizontal �0.1592�

LL�2.3 log 4LL

D� 2.3log LL

h� 2 � 2h

LL� (Ec.de Dwignt)

donde:

R cama horizontal : Resistencia de la cama horizontal (ohm)

ρ : Resistividad del medio (ohm * cm)

h : Profundidad desde la superficie hasta el centro dellecho(cm)

D : Diámetro del lecho (incluye el relleno o backfill) (cm)

LL : Longitud del lecho (cm). La longitud del lecho (LL) secalcula haciendo uso de la siguiente expresión:

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LL = N(L + S)

donde:


L : Longitud de un ánodo (cm)

S : Espaciamiento entre ánodos (cm)

Rtotal cables � Lcable positivo * Rcable positivo � Lcable negativo * Rcable negativo

donde:


L cable positivo : Longitud del cable positivo (m). Se define cable positivocomo la longitud de cable que se extiende desde el ánodoNo. 1 (o ánodo más próximo al transformador/rectificador)hasta el positivo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m). Se define cable negativocomo la longitud de cable que se extiende desde laestructura protegida hasta el negativo deltransformador/rectificador.

R cable positivo : Resistencia del cable positivo (ohm/m). Ver Tabla 11

R cable negativo : Resistencia del cable negativo (ohm/m). Ver Tabla 11

Esta ecuación se aplica cuando los ánodos se interconectan a un cabezal decables que luego se extiende hacia el positivo del transformador/rectificador.

En aquellos diseños en los que los cables se interconectan individualmente a unacaja de distribución de positivos, la resistencia total de los cables se calcula apartir de la siguiente expresión:

Rtotal cables � Rtotal cables positivos � Rtotal cable negativo

Rtotal cable negativo � Lcable negativo * Rcable negativo

1Rtotal cable negativo

� 1R1

� 1R2

� 1R3

� ��. � 1RN

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RN � LN * Rcable positivo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables positivos y negativo (ohm). (Noincluye la resistencia del cabezal de cables, por cuanto ésta secalcula según ecuación presentada con anterioridad).

R total cablespositivos

: Resistencia de los cables positivos (ohm). Se define cablepositivo como la longitud de cable que se extiende desde cadaánodo hasta la caja de distribución de positivos.

R total cablenegativo

: Resistencia del cable negativo (ohm). Se define cable negativocomo la longitud de cable que se extiende desde la estructuraprotegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m)


R1, R2, RN : Resistencia del cable conectado al ánodo 1, ánodo 2, ánodo 3hasta el ánodo N respectivamente (ohm)

LN : Longitud del cable conectado al ánodo N (m). También seconoce como longitud del cable positivo asociado al ánodo N.



Restructura �Pprotección

Irequerida

donde:


P protección : Potencial de protección (V)


Rcircuito � Plecho horizontal � Restructura � Rtotal cables

donde:


R lechohorizontal

: Resistencia del lecho vertical (ohm)


R cables : Resistencia de los cables (ohm)

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Irequerida �Ap * i1000

donde:




El voltaje de salida del transformador/rectificador será:

Vsistema � �Rcircuito * Irequerida� � 2, para definir transformador�rectificador


donde:

V sistema : Voltaje del sistema (V)



Para definir un sistema de protección catódica por corriente impresa se debeespecificar:

a. Número de ánodos

b. Dimensiones y materiales de los ánodos

c. Tipo de lecho (profundidad, longitud, referencia geográfica, diámetro de loshuecos si es vertical)

d. Espaciamiento entre ánodos

e. Capacidad del Transformador/Rectificador (T/R), características(enfriamiento con aceite/aire)

f. Alimentación AC para el T/R

g. Ubicación del Transformador/Rectificador (T/R)

h. Cantidad y calibre de los cables positivos y negativos

i. Tipo de relleno de los ánodos

A continuación se presenta un esquema de un lecho de ánodos horizontal.

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Fig 3. RESISTENCIA DE UN LECHO DE ÁNODOS HORIZONTAL

L

S h

D

10 AISLAMIENTO ELÉCTRICOEl aislamiento eléctrico es una herramienta importante para controlar ladistribución de la corriente en un sistema de protección catódica. Los dispositivosde aislamiento pueden ser utilizados para:

a. Delimitar la estructura considerada en el diseño del sistema de proteccióncatódica

b. Mejorar la confiabilidad de la protección catódica

c. Mejorar la eficiencia de la distribución de corriente

d. Controlar las corrientes de fuga

El aislamiento eléctrico consiste en la utilización de materiales de alta resistividadeléctrica para obligar a la corriente a seguir la trayectoria definida.

En el caso de instalaciones superficiales se diseñarán accesorios de aislamientoa fin de controlar el flujo de corriente. Cuando los accesorios estén enterrados,se llevarán a la superficie cables de tamaño adecuado, desde ambos lados delaislamiento, como medio de monitoreo y medición de corriente.

Puede requerirse el aislamiento de estructuras en los siguientes puntos:

a. Conexiones hacia otras estructuras no protegidas diferentes a la estructurade interés

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b. Soportes metálicos

c. Ambos extremos de válvulas operadas con motor

d. Transiciones de líneas costa afuera–costa adentro, enterrada–superficial.

e. A la salida de las plantas costa adentro

f. En la entrada y salida de instalaciones tales como: refinerías, plantas dedistribución, patio de tanques, entre otros

Los aislamientos no se instalarán en áreas enterradas de la tubería.

Se deberán instalar cajas de conexiones a través de los dispositivos deaislamiento, en lugares accesibles para mitigar interferencia eléctrica.

Todos los soportes metálicos de la tubería y anclajes deberán estareléctricamente aislados de la tubería.

Se deberá considerar la utilización de dispositivos de aislamiento en los extremosde los corredores de tuberías, cuando el aislamiento individual de soportes detuberías de gran diámetro no sea práctico y económico.

Se colocarán accesorios de aislamiento en los tramos que sea necesario a lolargo de la estructura a proteger a fin de obtener un control de la corriente. Estosaccesorios son instalados generalmente, en componentes previstos en el diseño,tales como válvulas, a fin de minimizar el costo de los aislamientos.

La selección y el diseño de los accesorios aislantes (brida o unión) que vayan aser utilizados, dependerá de los requerimientos específicos según el caso. Elmaterial será seleccionado de renglones estandarizados en función de sufabricación.

El aislamiento debe ser colocado en:

a. Líneas Principales: Se deben aislar de las estructuras, en estaciones yterminales, cruces de ríos, etc.

b. Tanques de almacenamiento: Se deben aislar de estructuras metálicas queestán conectadas al tanque

c. Líneas ajenas a la planta

d. Líneas de flujo: Se deben aislar de los pozos

e. Áreas revestidas: En el caso de tuberías revestidas, éstas serán aisladasde las estructuras adyacentes no revestidas.

f. Bridas en tanquillas y superficiales: En ambos casos deben estar aisladaselectricamente de manera que cada perno de ambas bridas debe estarcompletamente aislado.

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Existen algunos puntos que requieren de un aislamiento especial, a saber

a. Válvulas en Cajas de Válvulas: Serán aisladas en el punto de soportemediante dos láminas metálicas separadas por una lámina de materialaislante

b. Soportes sobre los Muelles: Se aislarán de las tuberías utilizando múltiplescapas de revestimiento de vidrio saturado con material impregnante o unacapa de material aislante

c. Cruce de Líneas y Líneas Paralelas: Se dejará una separación mínima de305 mm (12 pulg) fuente de este valor entre líneas que se cruzan paraefectos de aislamiento. En los casos que no se obtenga esta separación sepuede aislar utilizando láminas de material aislante. El espesor de la láminaaislante dependerá de la distancia entre líneas. Sin embargo, esta distanciano será menor de 6,35 mm (1/4 pulg). Cuando sea posible, el espacio entrelíneas paralelas iguales o mayores a 6 pulgadas será como mínimo 2,5veces el diámetro de la línea de mayor diámetro

d. Conductor de Puesta a Tierra y Tubería de Protección: Estarán aisladas delas secciones de tubería revestida. Los conductores de puesta a tierra decobre desnudo, tendrán una separación mínima de 305 mm (12 pulg) deotras estructuras enterradas de diferente metal y alejados la máximadistancia posible de sistemas de protección catódica (lechos de ánodos)

e. Estructuras metálicas enterradas de diferentes características: Seránaisladas entre ellas

10.1 Sistemas de Protección de los Accesorios Aisladores

10.1.1 Descargador de Sobretensiones para Bridas Aislantes

En los casos en que la aplicación lo permita, la brida será protegida instalando undescargador de sobretensiones en los pernos de las bridas. Se puede utilizar unpuente electrolítico tal como una celda de puesta a tierra prefabricada de cinc, afin de proteger el aislamiento de la brida.

10.1.2 Dispositivos de Descargas Atmosféricas

Donde no sea práctico instalar descargadores de sobretensiones o puenteselectrolíticos, en las bridas y en todas las uniones aisladas, se conectará unpararrayo en paralelo con la brida aislada, en un lugar accesible para fines demantenimiento.

10.1.3 Corriente Alterna

Puentes electrolíticos, tales como celdas de puesta a tierra prefabricadas deánodos de cinc, se usarán en las bridas aisladas donde se desee interrumpir sólola corriente continua.

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11 INTERFERENCIA ELÉCTRICADurante el diseño de SPC, el personal debe estar alerta o pendiente paraobservar aspectos eléctricos o físicos que pudieran indicar la presencia decorrientes de interferencia de una fuente externa, tales como:

a. Fuentes externas de corriente DC: sistemas de protección catódicaforáneos y cercanos, sistemas ferroviarios, metros, sistemas UPS, entreotros.

b. Fuentes externas de corriente AC: torres de distribución de alta tensión,subestaciones eléctricas, transformadores, entre otros.

En áreas en la cual se sospecha la presencia de corrientes de interferencia,deberán realizarse pruebas apropiadas. Todas las partes afectadas deberán sernotificadas antes de realizar cualquier prueba. Cualquiera o una combinación delos siguientes métodos de pruebas deben ser usados.

a. Sistemas cercanos y existentes: se debe realizar al menos el ensayo deClose Interval Potencial Survey (CIPS).

b. Sistemas nuevos: se deben realizar los ensayos CIPS y DCVG. Estaspruebas deben ser realizadas al culminar la fase de construcción paraestablecer un base cero de la estructura.

Se pueden aplicar como medidas preventivas en las etapas de diseño einstalación:

a. Puentes eléctricos de resistencia apropiada entre las estructurasidentificadas. El puente eléctrico conduce la corriente de interferencia deuna estructura afectada a la estructura interfiriente y/o fuente de corriente.

b. Dispositivos de control unidireccional, tales como diodos o suiches decorriente reversa, pueden requerirse en conjunto con puentes eléctricos siestán presentes fluctuaciones de corrientes. Estos dispositivos previenenel regreso del flujo de corriente.

c. Un resistor puede ser necesario en el circuito puente para controlar el flujode corriente eléctrica desde la estructura afectada a la estructurainterfiriente.

d. La colocación de puentes eléctricos puede reducir el nivel de proteccióncatódica en la estructura interfiriente. Se requerirá reforzar o ajustar estosniveles para compensar este efecto.

e. En aquellos lugares en los cuales la corriente de interferencia esta siendodescargada, la fuente de corriente de protección catódica debe sergalvánica.

f. Modificar la ruta considerada en tuberías propuestas puede evitar fuentesde corrientes de interferencia.

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g. Accesorios de aislamiento eléctrico ubicados apropiadamente en la nuevaestructura puede reducir o resolver los problemas de interferencia.

h. Refuerzos en el revestimiento externo en áreas de corrientes intensaspuede reducir o resolver los problemas de interferencia.

12 UBICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE SPCLos puntos de medición se definen como aquellos puntos a lo largo de un sistemametálico enterrado o sumergido protegido, en los cuales se harán mediciones decorriente o potencial a fin de evaluar el nivel o condición de la protección catódica.Estos puntos serán provistos, dentro de los límites de factibilidad económica ylógica, en cantidades suficientes y en intervalos apropiados a fin de minimizar laposibilidad de omitir un área de la estructura enterrada, no protegida o corroída.

En el caso de estructuras enterradas, los puntos de medición de potencialdeberán instalarse en cada: marcador de kilómetro de la tubería, cruce con casingaislado, cruce de carretera y en cualquier localización que se requiera pornecesidades operacionales. Para tuberías sumergidas, los puntos de mediciónde potencial deberán instalarse cada kilómetro.

Todos los puntos de prueba deberán completarse dentro de los treinta (30) díasdespués de enterrarse la tubería.

Los puntos de prueba y cajas de interconexión metálicas (positivos o negativos)deberán realizarse de acuerdo con los planos suministrados para tal fin. Laubicación de la misma será la indicada en los planos de construcción.

Todos los cables de las cajas de interconexión y puntos de prueba deberánidentificarse con etiquetas permanentes. El cable y el terminal deberán marcarsecon el número de la estructura a la cual están conectados.

La ubicación de las cajas de monitoreo cumplirá con las disposiciones contenidasen las normas y códigos eléctricos nacionales, considerando las clasificacionesde las áreas respectivas.

13 PROTECCIÓN DE TUBERÍAS ENTERRADAS

13.1 GeneralEn tuberías enterradas, la protección catódica debe ser considerada como lamedida complementaria para mitigar la corrosión externa. El revestimiento es elprincipal sistema de protección contra la corrosión.

El historial de corrosión de otras tuberías o estructuras de acero circunvecinasofrecen a menudo el grado de corrosión que puede ser esperado, pero aún así,un estudio del medio puede ser necesario para proveer datos suficientes a undiseño de instalación adecuado.

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En la fase de diseño de la tubería se considerará el diseño del Sistema deProtección Catódica asociado, el cual deberá ser instalado durante la ejecucióndel proyecto excepto cuando el Ingeniero encargado de protección catódicarequiera realizar pruebas adicionales antes de la instalación del SPC.

Para líneas existentes, que presenten señales de corrosión, consultar la Sección6 de esta Norma.

13.2 Opción de Sistema13.2.1 General

Para las tuberías enterradas es usual un sistema por corriente impresa, perodependiendo del precio y la disponibilidad de corriente eléctrica y el terreno através del cual esta pasa, los ánodos de sacrificios pueden ser considerados. Enotros casos, puede utilizarse otras fuentes de energía.

Una indicación de los requerimientos de densidad de corriente media paradiferentes acero se muestran en la Tabla 3, 6.1.2.

13.2.2 Sistema de Corriente Impresa

La selección del componente anódico esta determinado por las circunstancias delmedio. Las características para varios tipos de ánodos se describen en (5.3).

Los lugares más convenientes para los lechos anódicos pueden ser biendeterminados por las mediciones de resistividades del medio. La resistencia dellecho anódico debe ser lo más baja posible y por consiguiente, deben localizarseen suelos de baja resistividad .

La instalación de los rectificadores con potencial controlado debe ser consideradaen casos dónde las corrientes parásitas estén en juego.

13.2.3 Ánodos de Sacrificio

El uso de ánodos de sacrificio es preferido cuando uno o más de las siguientescondiciones apliquen:

� Falta de personal especializado para mantener los equipos eléctricos asociadoa los sistemas de corriente impresa.

� La ruta de la tubería es no es adecuada para la disposición de los cables,transformador/rectificador y los lechos de ánodos requeridos para corrienteimpresa.

� La corriente suministrada no es adecuada o la fuente está tan lejana que loscostos de los cables son excesivos.

� La protección catódica sólo será aplicada a ”puntos calientes”; por ejemplo; enuna cavidad de suelo de baja resistividad.

� Las tuberías están en áreas muy congestionadas, donde un sistema decorriente impresa podría causar interferencia con otras estructuras de aceroenterradas.

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� La tubería esta sumergida en ciénagas de baja resistividad.

13.2.4 Revestimientos

La aplicación del revestimiento debe hacerse lo más perfecto posible comoeconómicamente sea aceptable. La protección catódica nunca debeconsiderarse como un sustituto adecuado del revestimiento (Ver Norma PDSAO–201, Selección y Especificaciones de Aplicación de Pinturas Industriales).

13.2.5 Empalme de Cables

El método aceptado para unir los cables de protección catódica a una tubería oa otras estructuras es por medio de soldadura térmica. Sin embargo, para evitarefectos perjudiciales, particularmente en las tuberías de acero de alta resistencia,el cambio térmico no debe ser mayor a 15°C, como también, el área cable no debeser mayor a 16 mm2. Si es necesario unir un cable más pesado, entonces los hilosdeben separarse en grupos con una sección transversal no mayor a 16 mm2 ycada grupo debe unirse separadamente a la tubería. Podrá soldarsetérmicamente, sin restricciones, alternando el cable más pesado, a una láminadoble la cual puede unirse a la tubería por soldadura.

13.2.6 Efectos de la Corriente Alterna

Las corrientes alternas inducidas en los sistemas de tuberías con recorridoparalelo especialmente con líneas de transmisión eléctrica, no tienen influenciasobre la corrosión de las líneas protegidas catódicamente pero puede generarvoltajes que requieran mitigación.

No es raro que las tuberías y los sistemas de transmisión de poder comparten elderecho de paso. Las regulaciones y reglamentos existen para guiar elaterramiento de los sistemas de transmisión de poder y las distancias que debenser mantenidas entre éstos y las tuberías en cuestión.

Sí el recorrido de la tubería es cerca y paralela a un sistema de alto voltaje aéreoque no puede ser evitado, debe ser dirigido un estudio, por personal del áreadebidamente capacitado, para determinar cuáles secciones de la tubería soninfluenciadas por un corto circuito a tierra y hasta qué punto es afectada.

Algunas consideraciones que deben tomarse en cuenta son:

� Durante la construcción de una tubería, esta debe separarse de la proyecciónvertical de la línea de alto voltaje más cercana por lo menos 10 m por razonesde seguridad.

� Las estaciones de válvula, válvulas de alivio, y otras, no deben ser instaladasa 30 m proyectando sobre la tierra.

� Entre la tubería y el punto de aterramiento de la torre de transmisión, ladistancia mínima será 3 m adicionales para un máximo de corriente por fallade tierra de 5 kA más 0,5 m para todo kA adicional.

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Aparte de las líneas aéreas de alto voltaje AC, el peligro puede resultar de las víasférreas eléctricas y de tranvías. Para predecir la magnitud de la influencia deberárealizarse un estudio detallado por una empresa especializada.

13.3 Aterramiento de TuberíaEl lugar más efectivo para la instalación del aterramiento sobre la tuberíaenterrada está en el punto donde el voltaje inducido es el máximo. Un buenaterramiento queda establecido como un punto de servicio para anular ladistribución de voltaje exponencial local. Sin embargo, los efectos de mitigaciónde esta instalación de aterramiento son despreciables en una subida de voltajelocalizada entre 8 y 10 km. Por consiguiente, un aterramiento debe serestablecido para cada máximo de voltaje inducido.

La reducción efectiva de un potencial inducido AC sobre una tubería enterradarequiere una impedancia del aterramiento muy baja, generalmente menor a 2ohms.

14 PROTECCIÓN DE TUBERÍAS O ESTRUCTURASSUMERGIDAS

Se debe considerar los preliminares contenidos en el punto 6 para tuberías oestructuras sumergidas, esto dará como resultado el conocimiento de lasdistintas variantes que deberán tomarse en cuenta en el diseño de ProtecciónCatódica.

Igualmente, la caracterización del medio debe ser realizada como parte de losinsumos que permitirán desarrollar un diseño sólido.

La baja y uniforme resistividad de aguas marítimas trae como consecuencia otrosefectos los cuales deben considerarse en el diseño de sistemas de proteccióncatódica tanto en tuberías como en estructuras sumergidas.

En zonas con densidades altas en tuberías y estructuras donde se conozca o seestime la presencia de cruces de líneas o cercanía con estructuras, se debeconsiderar con alta relevancia el efecto de las corrientes de interferencia debidoa la baja resistividad y se debe igualmente tomar en cuenta para diseñar losmétodos propuestos para evitar o solucionar ubicados en los puntos 6.2.1, 6.2.2y 11 de esta norma.

Para tuberías desnudas o con revestimiento se debe considerar lo siguiente enrelación con la densidad de corriente:

En tuberías o estructuras sumergidas donde no se halla considerado lainstalación inicial de un sistema de protección catódica se deberá intentar larealización de pruebas de drenajes de corrientes (punto 6.1.2) para determinarla densidad de corriente real y calcular la densidad de corriente de diseño.

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Para realizar estas pruebas y desarrollar el diseño se tomará en cuenta lautilización de los materiales considerados en la Tabla 2 de esta norma.

En el caso de tuberías o estructuras por instalar se debe considerar lasdensidades de corrientes establecidas en las Tablas 4 y 5 de esta norma.

En la investigación preliminar realizada a las tuberías o estructuras se debeobtener el año de instalación de las mismas con la finalidad de usar este valor paradeterminar la eficiencia del revestimiento usando la tabla 6 de esta norma.

Todas las mediciones de potenciales se realizarán como se establece en el punto6.1.3.

Las tuberías y estructuras podrán ser protegidas a través de la utilización desistemas galvánicos, por corriente impresa o por una combinación de ambos.

Para el caso de sistemas galvánicos debe remitirse a los puntos 6.2.3, 6.2.4 y6.2.5, para el caso de sistemas por corriente impresa se debe remitir a los puntos6.2.6, 6.2.7 y 6.2.8

En el caso donde se considera una combinación de ambos y las facilidadestécnicas lo permitan se deberá considerar como primer sistema el de corrienteimpresa y el galvánico se considerará como refuerzo.

Para conocer la forma de cálculo para ambos sistemas debe remitirse a lospuntos 9.1 y 9.2.

15 PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES

15.1 General

El propósito de esta sección es presentar los procedimientos para el diseño desistemas de protección catódica y de esta manera lograr el control eficaz de lacorrosión en los fondos de tanques de acero al carbono utilizados paraalmacenamiento. Las recomendaciones dadas aquí aplican para la proteccióncatódica de los tanques de almacenamiento existentes y nuevos. En estedocumento se da por sobreentendido que la protección catódica puede ser usadaen presencia o no de recubrimientos protectores sobre la superficie metálica encontacto con el electrolito.

Este documento aplica para tanques de acero al carbono soldados, apernadoso remachados fabricados en el área operativa o en talleres. Sin embargo, noespecifica diseños para situaciones particulares debido a las variadascondiciones en las cuales va ha estar instalado el tanque no permiten laestandarización de prácticas para diseños de protección catódica. Cada diseñodebe ser desarrollado por un profesional de la ingeniería de corrosión con ampliaexperiencia comprobada en protección catódica.

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15.2 Determinación de las Necesidades de Protección CatódicaLa necesidad de protección catódica debe incluir todas las partes del sistema dealmacenamiento. Esta sección discute los parámetros particulares que deben serconsiderados, y que no fueron discutidos en la sección 5, para determinar si elfondo de un tanque de acero requiere protección catódica.

15.2.1 Limitaciones Para la Aplicación de Protección Catódica a Fondos deTanques

Muchos factores podrían reducir ó eliminar el flujo de corriente eléctrica entre elánodo y el cátodo y, por consiguiente, limitar la efectividad de la proteccióncatódica en algunos casos ó evitar su uso en otros. Tales factores incluyen:

a. Las fundaciones de concreto, asfalto ó arena con RC2.

b. Una membrana impermeable entre el fondo del tanque y los ánodos talescomo sistemas de contención secundarios.

c. Suelos con alta resistividad o fundaciones rocosas.

d. Fondos de tanques viejos dejados cuando el fondo actual fue instalado.

15.2.2 Protección Catódica Interna de Tanques

Los fluidos de hidrocarburo normalmente no son corrosivos y no requieren elcontrol de corrosión para las superficies internas. Sin embargo, basado en laexperiencia, puede ocurrir corrosión interna en tanques para almacenamientoque tienen las superficies expuestas al agua, sedimentos u otros contaminantes.Generalmente, se utilizan revestimientos para reducir ó eliminar la corrosión enestas superficies (ver Norma PDVSA O–201). Para los tanques dealmacenamiento de petróleo, el uso de protección catódica interna en conjuntocon revestimientos no es práctica común, pero en ciertas condiciones puede serefectivo y su aplicación queda a criterio del personal encargado del control decorrosión.

15.2.3 Protección Catódica Externa de Fondos de Tanques

a. Tanques Nuevos

El control de corrosión con protección catódica para los tanques nuevos dealmacenamiento debe proporcionarse en el diseño inicial del tanque, a menosque la data de corrosión recogida en campo indique que no se requiere laprotección catódica.

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b. Tanques Existentes

Se deben hacer análisis, dentro de un marco de tiempo conveniente, paradeterminar la necesidad de protección catódica. Cuando estos estudios indiquenque esa corrosión afectará el funcionamiento seguro ó la continuidad operacionaldel sistema de almacenamiento, deben utilizarse las medidas de control decorrosión adecuadas siguiendo las recomendaciones dadas en la sección 6 deeste documento.

15.3 Condiciones del Suelo y FundacionesDebido a la gran variedad de superficies, subsuperficies y las condicionesclimáticas, los tanques para almacenamiento se construyen sobre diferentestipos de fundaciones. El material sobre el cual descansa el fondo del tanque tieneun efecto significante en la corrosión externa de éste y puede influir en laefectividad y aplicabilidad de protección catódica externa. Es muy importanteasegurarse que no haya ningún desecho como madera, electrodos de soldadura,piedras ó arcilla en el material de relleno. El tamaño de las partículas de estematerial debe ser lo más uniformemente posible y con una granulometría fina quele proporcione una mayor densidad, para ayudar a reducir la entrada y salida deoxígeno desde el perímetro durante las operaciones de vaciado o llenado delmismo. Es importante también, que los tanques se construyan sobre un nivel máselevado para permitir el desagüe adecuado fuera del fondo del tanque.

15.3.1 Resistividad

La resistividad de la tierra proporciona una valiosa información sobre el nivel decorrosividad del material utilizado debajo y alrededor de un fondo de tanque. Verla sección 6.1.1 de este documento.

15.3.2 Fundación Con Placa de Concreto

a. Los fondos de tanques soportados sobre placas de concreto debidamentediseñadas y fabricadas, y en subsuelos con adecuada preparación, pueden serefectivos contra la corrosión externa eliminando la necesidad de proteccióncatódica. La preparación del suelo que soportará la placa de concreto es muyimportante ya que asegura la continuidad de ésta. Un suelo inestable puedeinducir grietas en el concreto a través del cual permeará agua y contaminanteshacia el fondo del tanque generando un ambiente corrosivo. De igual manera, laentrada de estas sustancias corrosivas puede ocurrir por la periferia del tanque.La protección catódica no es considerada un medio efectivo para combatir estacorrosión.

b. Aunque la corrosión producida por el suelo pudiera ser prevenida por la placa deconcreto, entre ésta placa y el fondo metálico del tanque podría generarse unamezcla de oxígeno, agua y otros contaminantes ocasionando un proceso decorrosión atmosférica acelerada.

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15.3.3 Fundación Con Asfalto

a. Una capa de asfalto nuevo puede proveer muchas de las mismas ventajas ydesventajas que una placa de concreto reduciendo la corrosión y eliminando lanecesidad de protección catódica. Posiblemente sea más importante para elasfalto que para el concreto un programa de mantenimiento para prevenir lasgrietas y acumulación de agua entre el pavimento y el fondo del tanque, debidoa que el asfalto no es inherentemente alcalino y, por consiguiente, no tiene lacapacidad de prevenir la corrosión en caso de existir grietas.

b. El asfalto se degrada con el tiempo y puede proporcionar un paso al agua yquímicos disueltos que harán contacto con el acero del fondo del tanque,permitiendo que ocurra la corrosión. En este caso la protección catódica, si seaplica, pueda ó no ayudar a detener la corrosión. De hecho, el asfalto dañadopuede generar un efecto pantalla en la corriente de protección catódica de lamisma manera que un revestimiento desprendido en una tubería.

15.3.4 Fundación Directa Sobre Suelo Nativo

Los análisis de suelo son a menudo una prueba útil para ayudar a determinar sila actividad del potencial de corrosión será suficientemente alta para requerirprotección catódica y si la protección catódica será práctica para prevenir lacorrosión. Estas características son indicadas en la sección 6.1.1.

15.3.5 Fundación Directa Sobre Arena Limpia Mezclada Con RC2

La arena limpia es el material más comúnmente utilizado como fundación debajode los fondos de tanques de almacenamiento. Su uso normalmente no elimina lanecesidad de protección catódica debido a que la corrosión puede ocurrir por lafiltración de agua de lluvia o un nivel freático poco profundo. En la sección 6 seindica el análisis químico para determinar los contaminantes corrosivos de laarena y la Tabla 13 presenta una guía para interpretar los datos de este análisisquímico.

TABLA 13. DATOS DE ANÁLISIS DE TIERRA

Componente Corrosivo Muy Corrosivo

pH 5,0 – 6,5 < 5,0

Cloruros 300 – 1000 PPM > 1000 PPM

Sulfatos 1000 – 5000 PPM > 5000 PPM

Fuente: API RP–651

La presencia de la mezcla de arena con RC2 bajo los fondos de los tanques, noha sido comprobada como una medida eficaz de control de corrosión y por lo tantono se elimina la necesidad de protección catódica.

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15.4 Factores que deben ser Considerados

15.4.1 Contenido del Tanque

El contenido de un tanque de almacenamiento puede influir en la corrosión delfondo del tanque. En los tanques que almacenan productos calientes puedeocurrir corrosión acelerada en la superficie externa del fondo del tanque debidoa las temperaturas elevadas y a la humedad externa. En estos casos la estructurapuede requerir un aumento en la densidad de corriente para lograr los niveles deprotección adecuados en su superficie externa. Inversamente, el calortransmitido a través del fondo del tanque hacia una fundación bien drenada podríasecar el terreno aumentando su resistividad y reduciendo la necesidad deprotección catódica.

15.4.2 Reinstalación de Fondos de Tanques

El reemplazo de los fondos de tanques, instalados sobre un fondo originalexistente es una práctica aceptada por la Industria y por las diferentes Normasy Estándares internacionales que rigen la construcción de tanques dealmacenamiento.

a. Si entre ambos fondos hay un electrolito, la experiencia industrial ha demostradoque se puede desarrollar un proceso de corrosión galvánica en detrimento delfondo nuevo, dando lugar a una falla prematura de éste.

b. En el caso que se requiera aplicar protección catódica al fondo nuevo, los ánodosy electrodos de referencia permanentes deben ser instalados entre los dos fondos(ver Fig. 1).

c. Se puede instalar una membrana impermeable no conductora sobre el fondoviejo, para reducir la actividad de la corrosión galvánica o el consumo de corrienterequerida para dar protección catódica.

d. Entre los dos fondos de tanques se puede instalar, durante la construcción delfondo nuevo, una malla de cintas de titanio que actuará como un ánodo continuodel sistema de protección catódica por corriente impresa (ver Fig. 2).

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Fig 4. CONFIGURACIÓN PARA LA INSTALACIÓN DE ÁNODOS EN TANQUES CONDOBLE FONDO

FONDO NUEVO

FONDO VIEJO

LOS ANODOS DEBEN SERINSTALADOS ENTRE LOSDOS FONDOS

CORRIENTEEN SISTEMASCONVENCIONALES DE PC, ELFONDO VIEJO ACTUA COMOESCUDO DE LA CORRIENTEHACIA EL NUEVO FONDO

LA CORRIENTE RETORNA ALRECTIFICADOR, SIN DARPROTECCIÓN AL FONDONUEVO

15.4.3 Sistemas Secundarios de Contención

Los sistemas secundarios de contención son utilizados para reducir el riesgo decontaminación ambiental en el caso de fuga. Estos métodos incluyen, pero no selimitan a:

a. Capa impermeable de arena (bentonita) en el área del dique.

b. Diseño de doble fondo.

c. Membrana no metálica impermeable.

a. Si se utiliza una membrana impermeable como sistema secundario de contenciónen forma local o sobre toda el área del dique antes de construir el nuevo tanque,la opción de un sistema de protección catódica estará severamente limitada,porque la membrana actúa como una barrera al flujo de corriente eléctricanecesaria para la protección. Otra consecuencia de estos sistemas decontención, es que pueden atrapar líquidos corrosivos que aumentan los nivelesde corrosión del fondo del tanque.

b. Si debajo del fondo del tanque se coloca una capa de bentonita como sistemasecundario de contención, ésta no afectará significativamente la operatividad delos sistemas de protección catódica convencionales.

c. Para los casos donde se aplique diseño de doble fondo, ver la sección 15.4.2.

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ANILLO ELECTRODO DE REFERENCIA

BARRAS DE ALIMENTACIÓN

ANODOS DE CINTASMETAL. REVESTIDO

RECTIFICADOR

CAJA DECONEXIÓN

11

2

3

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d. Para instalar un sistema de protección catódica por corriente impresa a un tanqueexistente, construido sobre un área con membrana de contención, una opción esinstalar los ánodos en hoyos de poca profundidad angulares (entre 30 y 45grados) u horizontales, taladrados desde la periferia del tanque. Esto es posiblesolamente si hay suficiente profundidad entre el fondo y la membrana para quela integridad de dicha membrana no se vea comprometida. En las Figuras 6 y 7se muestra una instalación típica de ánodos.

e. Los fondos de tanques nuevos construidos sobre un área para tanques conmembrana de contención pueden ser protegidos con un sistema de proteccióncatódica por corriente impresa, utilizando ánodos de malla de cintas de titanioinstalada durante la construcción (Ver Fig. 5).

Fig 5. DISEÑO TÍPICO CON ÁNODOS DE METAL REVESTIDO PARA UN TANQUENUEVO O CON DOBLE FONDO

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Fig 6. INSTALACIÓN DE LOS ÁNODOS EN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO CONMEMBRANA DE CONTENCIÓN

LOS ÁNODOS DEBEN

ESTAR INSTALADOS

ENTRE EL FONDO DEL

TANQUE Y LA MEMBRANA CABLESPOSITIVOS ALRECTIFICADOR

DIQUE

MEMBRANAIMPERMEABLE

CORRIENTE DEPROTECCIÓN CATÓDICADESDE LECHOSCONVENCIONALES

DIQUE

Fig 7. ARREGLO TÍPICO PARA LA INSTALACIÓN DE ÁNODOS EN POSICIÓNANGULAR

X

X

XX

XX

X XTANQUE

+_

CABLE DE

ALIMENTACIÓN DE

ÁNODOS

ÁNODOS

CAJA DE CONEXIÓN

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15.5 Tipos de Protección Catódica AplicablesLa protección catódica es un método ampliamente aceptado para el control de lacorrosión de fondos de tanques. Básicamente se aplican las mismas técnicas deprotección catódica que fueron tratadas en las secciones 7 y 8.

15.5.2 Consideraciones de Diseño para Ánodos Galvánicos

A continuación se dan algunas consideraciones particulares que deben tomarseen cuanta antes de iniciar el desarrollo de un sistema de protección catódicagalvánica para el fondo de tanques.

a. La instalación de los lechos o ánodos individuales debe hacerse alrededor deltanque y debajo de éste (para el caso de construcciones nuevas) uniformementedistribuidos, para lograr una mejor distribución de la corriente y una polarizaciónmás uniforme del acero.

b. El tiempo de vida útil de los sistemas de protección galvánica para fondos detanques, no debe ser menor a 20 años.

La protección catódica por corriente galvánica es indicada en la sección 7.

15.5.3 Consideraciones de Diseño para Corriente Impresa

Es la técnica de protección catódica más comúnmente usa para proteger fondosde tanques, interno y externo, ya que permite proteger una mayor área superficialpara un tiempo de vida útil más prolongado.

La protección catódica por corrientes impresa es discutida ampliamente en lasección 8 y 10.

15.6 Puesta en Marcha y PruebaCada diseño particular de protección catódica debe incluir el procedimiento parala puesta en marcha y las pruebas necesarias antes y después del arranque delsistema. Debe especificar también, el o los criterios de protección aplicables.

16 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CONPRODUCCIÓN DE PETROLEO Y GAS

16.1 GeneralEl propósito de esta sección es establecer los requerimientos mínimosnecesarios para el control de la corrosión a través de sistemas de proteccióncatódica en las estructuras de acero de muelles y plataformas marinas utilizadaspara el manejo de petróleo y gas. Estas estructuras pueden ser; acero estructuralestacionario del muelle o plataforma y la parte externa de los equipos fijados alfondo marino por gravedad, pilotes y/o cables de amarre.

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Este documento aplica para el diseño contra la corrosión de la zona sumergidaúnicamente. La protección de las zonas de salpique y atmosférica no serámencionada en esta especificación. No se dan lineamientos de diseño parasituaciones específicas por las variadas condiciones ambientales, pudiendohaber varias soluciones al problema. Cada diseño particular, bajo estaespecificación o con desviaciones de ella, debe ser desarrollado por unprofesional de la ingeniería de corrosión con amplia experiencia en proteccióncatódica.

16.2 Procedimiento para el Diseño de Sistemas de ProtecciónCatódica de Estructuras Costa Afuera

16.2.1 Consideraciones InicialesEn el diseño de un sistema de protección catódica para estructuras de muellesy plataformas marinas, las condiciones ambientales deben estarsobreentendidas pero se deben dar las siguientes consideraciones:

a. La selección de materiales, equipos y prácticas de instalación que permitan unainstalación y operación segura del sistema de protección catódica.

b. La selección de materiales y los procedimientos de instalación conformes con loscódigos y normas aplicables; Normas nacionales, especificaciones PDVSA,NACE International y API.

c. La selección y diseño del sistema de PC para su óptima y económica instalación,mantenimiento y operación.

d. Selección de un sistema que minimice las densidades de corriente de proteccióno excesivos gradientes de potencial que puedan tener efectos dañinos sobre losrevestimientos o sobre estructuras vecinas enterradas o sumergidas.

e. Iniciar la evaluación en conjunto para determinar posibles efectos de el sistemade PC propuesto sobre las estructuras de otros (o futura instalación) en lasproximidades.

16.2.2 Condiciones del Area de ConstrucciónAdemás de las dadas en la sección 6 se deben tomar en cuenta los siguientesaspectos:

a. Nivel de agua.

b. Nivel de barro.

c. Profundidad del agua, contenido de oxigeno, velocidad, turbulencia, temperatura,resistividad del agua, efectos de marea, arena y sólidos suspendidos.

16.2.3 Historial de Operación, Datos de Campo y Pruebas de CorrosiónSe deben llevar a cabo las pruebas de campo especificadas en la sección 6 deeste documento, en este caso referidas a una zona sumergida (agua de mar) yuna zona enterrada (nivel de barro).

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16.3 Tipos de Sistemas para Protección Catódica

16.3.1 Sistemas Galvánicos

a. Los ánodos galvánicos pueden ser aleaciones de Zinc, Magnesio o Aluminio,siendo este último el más utilizado por su buen rendimiento en agua de mar (enla sección 7 de esta norma se especifican los materiales para ánodos galvánicos).Estas aleaciones pueden ser de diferentes formas y tamaños, de acuerdo a ladensidad y distribución de corriente necesaria para proteger una estructuraespecífica. El método para anexar los ánodos a la estructura va ha depender deltipo y aplicación, pero se debe mantener la condición de baja resistencia en elcontacto eléctrico durante el tiempo de vida útil de los ánodos.

b. Para estructuras recubiertas, el material del ánodo galvánico debe ser capaz deentregar corriente de forma constante descargando densidades de corriente muybajas durante el tiempo de vida útil del sistema.

c. Los ánodos deben ser soldados sobre la estructura para asegurar tan prontocomo sea posible la polarización de los nodos soldados. La polarización de losnodos es de gran importancia para prevenir la formación de discontinuidadestales como socavaciones en la zona afectada por el calor y picaduras en lasoldadura. Ambos tipos de corrosión generan puntos concentradores de esfuerzoque pueden inducir agrietamiento por fatiga. Los nodos son también, zonas degran área superficial metálica y de geometría compleja que requieren una mayordensidad de corriente para su protección y vencer el efecto pantalla. Losprocedimientos de soldadura autorizados (WPS) deben estar debidamentecalificados (PQR) para asegurar la resistencia mecánica y química requeridas enla soldadura.

d. El núcleo de los ánodos debe ser estructuralmente apto para soportar el peso ylas fuerzas a las cuales el ánodo va ha estar sujeto; fuerza de las olas, tormentas,huracanes, etc. Es importante que el núcleo sea capaz de resistir a la fuerza delas olas en las etapas posteriores de consumo, cuando el cuerpo del ánodopresenta menor resistencia que el núcleo.

e. Se deben reforzar los miembros de la estructura para soportar los ánodosgalvánicos más grandes. Si es requerido, utilizar en los puntos de conexión de losánodos, pletinas de mayor espesor u otro mecanismo previamente aprobado.

f. Debido a que la eficiencia de algunas aleaciones de aluminio se ve afectadanegativamente cuando son cubiertas por el lodo, los ánodos sólo deberán serinstalados en la zona enterrada cuando se halla determinado, a través deensayos en lodos representativos o por experiencia comprobada, que el materialde los ánodos no se pasiva cuando es cubierta por el lodo. En este caso debeconsiderarse la reducción en la salida de corriente y la disminución de eficienciade los ánodos cubiertos por lodo.

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g. Con la finalidad de monitorear las condiciones mecánicas y parámetros eléctricosdel conjunto de ánodos galvánicos en una estructura, se deben instalar ánodosmonitores en las áreas de la estructura con mayor riesgo de daño mecánico parael sistema de ánodos. Estos ánodos deben ser montados sobre la estructura, conun mecanismo aislante que permita medir el drenaje de corriente desde laplataforma

16.3.2 Sistemas por Corriente Impresa

a. El material de los ánodos para corriente impresa puede ser: aleación plomo –plata, metales recubiertos con platino, mezcla de óxidos metálicos, grafito, plomo– platino o fundición de ferrosilicio (en la sección 8 de esta norma se especificanlos materiales de ánodos para corriente impresa).

b. La conexión eléctrica entre el cable conductor y el cuerpo del ánodo debe serimpermeable y mecánicamente bueno.

c. El material del aislamiento del cable y la conexión debe ser resistente al cloruro,hidrocarburos y otros agentes químicos nocivos.

d. Se deben tomar medidas preventivas de protección mecánica para el ánodo y elcable de conexión. En los sistemas de tipo suspendidos, los ánodos, individualeso cadenas de ánodos, pueden ser dotados de ”winches” u otros medios derecuperación como medidas preventivas de posibles daños durante fuertestormentas o actividades rutinarias de inspección o mantenimiento. Se debeconsiderar la pérdida de protección durante estos períodos.

e. Algunos métodos aceptados, pero no limitados, para la instalación de ánodos porcorriente impresa en instalaciones costa afuera y muelles son:

1. Los ánodos pueden ser instalados en los extremos más bajos de losconduits (el cual protege al cable de conexión). Los conduits deben serfijados a los miembros no sumergidos de la estructura y soportados en elmismo miembro en la sección sumergida. Los ánodos deben ser bajadospor dentro del conduit y permitir prolongar un accesorio terminal en el fondodel conduit. Este método permite un medio para la recuperación oreinstalación de ánodos usando el cable del ánodo, sin asistencia de unbuzo.

2. Los ánodos de configuración delgada con aislantes tipo abrazadera puedenser anexados directamente a los miembros sumergidos de la estructura,tales como tuberías verticales, las cuales puedan ser removidas para lareinstalación de ánodos. Este tipo de diseño permite la recuperación deánodos sin la asistencia de un buzo.

3. Los ánodos pueden ser fijados sobre miembros sumergidos de la estructurausando los soportes salientes anexos a la estructura. Se necesita laasistencia de un buzo para este tipo de instalación de ánodos.

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4. En casos especiales los ánodos pueden ser instalados en el fondo delocéano. Los ánodos son montados sobre rastras de concretoespecialmente diseñadas para su estabilidad, esto minimiza la posibilidadde que vayan a ser cubiertos con lodo o cieno. El acero de refuerzo en elconcreto esta sujeto a corrosión por interferencia de corriente.

f. Los ánodos de corriente impresa deben ser ubicados a una distancia adecuadade cualquier miembro de la estructura (usualmente a una distancia mínima de1,50m pero proporcional a la magnitud de corriente). Si no se puede manteneresta distancia mínima de 1,50m se debe usar una pantalla dieléctrica paraminimizar la pérdida de corriente protectora por sobreprotección localizada. Lasabrazaderas de ánodos deben ser utilizadas para eliminar esta pérdida yminimizar la posibilidad de un corto circuito entre el ánodo y la estructura. Eldesempeño satisfactorio de revestimientos usados como pantallas catódicas noha sido totalmente demostrado durante períodos largos de tiempo. El espaciadoapropiado entre el ánodo y el cátodo es el método preferido para asegurar unabuena distribución de corriente de los ánodos.

16.3.3 Combinación Entre Ambos Métodos

a. Una combinación de ambas técnicas se puede dar durante la construcción de laestructura y/o durante el tiempo que va ha permanecer inoperante el sistema porcorriente impresa.

b. Si la porción galvánica del sistema es más pequeña que un sistema convencionalde largo tiempo, éste requerirá un cuidadoso diseño para asegurar una adecuadacantidad y distribución de corriente.

16.4 Factores que Determinan el Requerimiento Total de Corrientepara Sistemas de Protección Catódica

16.4.1 Area Total a Proteger

a. Area sumergida (en contacto con el agua).

b. Area enterrada (por debajo del nivel de lodo).

c. En plataformas para perforación de pozos, el número actual y proyectado detuberías conductoras a ser instaladas.

d. Estructuras vecinas sin protección y sin aislamiento.

16.4.2 Cálculo de la Densidad de Corriente de Protección Mínima Requerida

a. Las densidades de corriente promedio empleadas históricamente para laprotección de la zona sumergida de estructuras abiertas al mar esta en el rangode 55 a 430 mA/m2. En la tabla N° 2 se dan valores típicos de varias zonas aescala mundial. Alternativamente, basado en datos de campo y resultados depruebas en laboratorio, fue propuesto (por Hartt y Lemieux) que la densidadmedia de corriente de diseño, im, puede ser calculada a través de la ecuaciónN° 1.

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(1) im � 10(a�c �)xTdb � 1

Fuente NACE RP0176

donde:

δ = desviación estándar de los datos de im

Td = tiempo de vida útil

c = factor de seguridad como múltiplo de δa y b = son constantes

Los valores para a, b y δ fueron determinados para agua fría y caliente según semuestra en la tabla N estructuras abiertas al mar esta en el rango de 55 a 430más/m2. En la tabla N° 1. El valor de c es seleccionado basándose en el factorde seguridad que esta apropiadamente ajustado con respecto a los excesos delsistema. El mismo fue presentado para que los valores im de diseño de la tabla2 en lugares de agua fría correspondan a c ~ 1, por cuanto las densidades decorriente en la tabla 2 exceden los valores de im proyectados por la ecuación 1para lugares con agua caliente aun con c = 2, que abarca 97,50 % de los datos.

En las costas venezolanas la densidad de corriente, por experiencia, paraproteger estructuras en la zona sumergida es de 80 mA/m2.

TABLA 14. PARÁMETROS DE DISEÑO SUGERIDOS PARA LA ECUACIÓN 1

Constante Caliente/AguasPoco Profundas

Frío/AguasProfundas

δ 0,233 0,229

a 3,130 2,820

b – 0,410 – 0,226

b. Los valores típicos de densidades de corriente para la zona enterrada están entre10 y 30 mA/m2.

TABLA 15. CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

Área deProducción

Resistividaddel Agua Temperatura

del Agua ( C)

Factores Ambientales Densidad de Corriente (mA/m2)Área deProducción

del Agua(ohm–cm)

Temperaturadel Agua (�C) Turbulencia Velocidad Inicial Media Final

Golfo deMexico 20 22 Moderada Moderada 110 55 75

Costa 24 15 Moderada Moderada 150 90 100

Occidental USMar del Norte 26 a 33 0 a 12 Alta Moderada 180 90 120

Golfo Arábico 15 30 Moderada Baja 130 65 90

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Área deProducción

Densidad de Corriente (mA/m2)Factores AmbientalesTemperaturadel Agua (�C)

Resistividaddel Agua

(ohm–cm)

Área deProducción FinalMediaInicialVelocidadTurbulencia

Temperaturadel Agua (�C)

Resistividaddel Agua

(ohm–cm)

Australia 23 a 30 12 a 18 Alta Moderada 130 90 90

Brasil 20 15 A 20 Moderada Alta 180 65 90

AfricaOccidental 20 A 30 5 A 21 Baja Baja 130 65 90

Indonesia 19 24 Moderada Moderada 110 55 75

Mar del SurChino 18 30 Baja Baja 100 35 35

Fuente NACE RP0176

c. En el caso de plataformas de perforación se debe considerar la carga de corrienteimpuesta por las camisas de los pozos enterradas, y asignarla a la corriente dediseño para compensar la densidad de corriente total requerida. Los valores decorriente van de 1,50 a 5 A por pozo.

d. Cuando no se conoce el espesor de la capa de lodo en las áreas de muelles, sedebe compensar la corriente de diseño incluyendo el consumo de corriente delárea enterrada de los pilotes. Los valores típicos son de 1,50 a 5 A por pilote.

16.4.3 Eficiencia en la Distribución de la Corriente

a. Se puede lograr una mayor eficiencia en la distribución de la corriente usando unmayor número de ánodos con baja salida de corriente. El uso de recubrimientossobre la estructura mejora la distribución de corriente.

b. Los sistemas galvánicos están concebidos como numerosas y pequeñas fuentesde corriente (generalmente de 3 a 6 A cada uno), logrando una máxima eficienciaen la distribución de corriente. Cuando estos ánodos son montados por lo menosa 30 cm de los miembros de la estructura, se asume, desde el punto de vista dediseño, una distribución uniforme de la corriente.

c. Los ánodos de corriente impresa son más pequeños en número y diseñados paratener una mayor capacidad de salida de corriente que los ánodos galvánicos,normalmente presenta una reducida eficiencia en la distribución de corriente.Estos ánodos pueden ser diseñados para descargar desde 30 a 200 A cada uno.Esta condición resulta en una sobreprotección de las superficies metálicascercanas. Para compensar las desviaciones en la distribución de corriente, sedebe usar un factor de eficiencia (en el rango de 67 a 80%). Los sistemas deprotección catódica por corriente impresa serán dimensionados para entregarentre 1,25 y 1,50 veces la cantidad de corriente total calculada, a través de lasáreas superficiales y la selección de densidades de corriente de diseño.

d. Para cualquier sistema, galvánico o por corriente impresa, los ánodos deben serdistribuidos horizontal y/o verticalmente de acuerdo con los requerimientos decorriente calculados.

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17 PROTECCIÓN DE EMBARCACIONESLa protección externa de los cascos de unidades flotantes (gabarras,remolcadores y lanchas) se debe principalmente a los revestimientos. Sinembargo, el recubrimiento puede ser removido en áreas localizadas debido adaños mecánicos. Algunas zonas de las embarcaciones, tales como el marco dela hélice y el borde delantero del timón, son comúnmente afectadas porproblemas de corrosión por erosión. En este sentido, es necesaria la proteccióncatódica para prevenir y reducir la corrosión.

Los aspectos y condiciones necesarias que determinan el diseño de sistemas deprotección catódica de unidades flotantes, se detallan en la norma PDVSAPI–05–03–04 ”Protección Catódica Galvánica en Cascos de Gabarras”, delManual de Inspección, Vol. 3.

18 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

18.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers)

18.1.1 General

Debido a la alta temperatura y a los altos requerimientos de corriente, un sistemade corriente galvánico es lo más recomendado para la protección catódica de lascajas enfriadoras. La cantidad de ánodos a utilizar debe ser limitada por razoneshidrodinámicas y de mantenimiento.

Los ánodos más comúnmente usados son de aluminio–indio, manteniéndose unmonitoreo continuo de desempeño para programar su reemplazo.

18.1.2 Requerimientos de Corriente

Cuando se usa agua de mar como medio de enfriamiento a temperaturas porencima de 45 °C, la densidad de corriente requerida para una adecuadaprotección catódica del acero es de 110 a 220 mA/m2; requiriendo mayor cantidadde ánodos a medida que la temperatura aumente.

Por otro parte, las paredes de una caja enfriadora normalmente se revisteninternamente de concreto o epoxi cerámico, para reducir los requerimientos decorriente.

Los puntos de medición de potenciales deben ser ubicados lo más lejano posiblede los ánodos, con el fin de verificar la protección total de la estructura.

18.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo

18.2.1 En intercambiadores de calor donde se encuentren partes de acero al carbonoy se maneje agua fresca, se deben proteger con ánodos de cinc (Zn) o Magnesio(Mg); y donde se maneje agua salada se emplearán ánodos de aluminio–indio.

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18.2.2 En enfriadores, condensadores e intercambiadores construidos de aleaciones noferrosas como Ni–Al, Al brass (latón al Al) y bronce, deben protegerse con ánodosde hierro.

Los ánodos de hierro ofrecen, además de la protección catódica, una mayorresistencia al esfuerzo de corte en la entrada del agua en la placa de tubos y enlos tubos internamente, obtienen una mayor resistencia a la erosión por efectosde la velocidad del agua.

En ambos casos (18.2.1 y 18.2.2), deben ser colocados en la zona de máximaturbulencia para mantener despolarizada la superficie.

19 SUPERFICIE EXTERNA DE CAMISAS DE POZOS PARA LAEXTRACCIÓN DE PETRÓLEO Y GAS

19.1 General

Esta sección presenta procedimientos de diseño para el control de la corrosiónexterna en camisas de acero de pozos para la producción de gas y petróleo,aplicando protección catódica. En éste documento se establecen losrequerimientos mínimos necesarios para el control de la corrosión a través desistemas de protección catódica cuando estos tienen una aplicación práctica yeconómica.

No se dan guías de diseño para situaciones específicas debido a la complejidadde algunas áreas de perforación tales como: espaciamiento entre pozos,proximidad subsuperficial entre pozos y condiciones ambientales. Cada diseñoparticular, bajo esta especificación o con desviaciones de ella, debe serdesarrollado por un profesional de la ingeniería de corrosión con ampliaexperiencia en protección catódica de camisas para pozos petroleros.

Este estándar aplica únicamente para la parte exterior de las camisas de pozosy no para corrosión interna o para el control de corrosión de otras superficies oequipos enterrados.

19.2 Determinación de las Necesidades de Protección Catódica

19.2.1 Procedimiento para Determinar la Probabilidad o Velocidad de Corrosión deun Sistema de Camisas de Pozos Determinado

a. Estudio del historial de corrosión de la camisa o de otros sistemas del mismosmaterial en ambientes similares. El historial debe incluir la frecuencia acumuladade fugas.

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b. Se debe hacer un estudio del ambiente alrededor del pozo. Una vez que sedetermine la naturaleza del ambiente, se puede determinar su corrosividad porreferencia a los niveles de corrosión en otros pozos expuestos al mismoambiente. Se debe recordar que los cambios en las formaciones de aguacausados por los métodos de producción o inyección pueden ser factorescontribuyentes a la corrosividad.

c. Las camisas de pozos deben ser inspeccionados por medios mecánicos oeléctricos para determinar la existencia de corrosión. La inspecciónelectromagnética ayuda a determinar la necesidad de protección catódica o paradeterminar la efectividad del sistema de protección catódica después deinstalado. Esta técnica se divide en dos grandes campos; inducción de un campoelectromagnético AC en la pared de la camisa y la inducción de un campoelectromagnético DC en la pared de la camisa.

d. Las camisas de pozos deben ser inspeccionadas para determinar si hay áreasanódicas. Una herramienta comúnmente utilizada para realizar estainvestigación es el medidor de perfil de potencial de la camisa del pozo.

e. Revisar los registros de mantenimiento para determinar la localización de fugasy datos de espesor de pared, los cuales pueden ser usados como una guía paralocalizar áreas de máxima corrosión.

19.2.2 Factores Físicos y Ambientales

a. La caracterización del producto que se está produciendo.

b. Localización del sistema de pozos en un área escasamente o densamentepoblada.

c. Ubicación del sistema de pozos relativa a otras facilidades.

d. Influencia de fuentes externas DC.

19.2.3 Factores Económicos

a. Costos de mantenimiento para reparación de fugas por corrosión,reacondicionamiento o reinstalación de todas las partes del sistema.

b. Costos de contingencia en los que se pueda incurrir por fallas de corrosión.

c. Los costos usuales para la protección de camisas de pozos son los costos deinstalación y operación de la protección catódica. Otros costos asociados a laprevención de la corrosión son:

a. Los inhibidores y bactericidas usados en los fluidos de perforación.

b. Materiales resistentes a la corrosión.

c. Cementación de zonas conocidas como corrosivas.

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d. Revestimientos dieléctricos sobre la superficie externa de la camisa.

19.3 Objetivos del Diseño de Protección CatódicaBásicamente, el diseño de sistemas de protección catódica para camisas depozos persigue los mismos objetivos que la protección catódica de otrasestructuras, tal y como se describe en la sección 6.

19.4 Métodos para Determinar los Requerinientos de Corriente deDiseño

19.4.1 La densidad de corriente promedio puede ser usada para calcular la cantidad decorriente requerida para prevenir la corrosión externa. La densidad de corrienteusada va ha depender de las condiciones particulares de cada pozo (prácticas decementación, formación de resistividades, salinidad del agua, etc.). La densidadde corriente usualmente varia entre 1 y 20 μA/cm2.

19.4.2 Método de E (potencial) vs Log I (corriente).

a. El principio de este método es que cuando la corriente es impresa a través de latierra hacia la camisa metálica, el potencial entre la camisa y el electrodo dereferencia es variado. El potencial que varía para un nivel de corriente dadodepende de los siguientes factores:

a. El tiempo durante el cual la corriente es aplicada.

b. La densidad de corriente, la cual es afectada por factores tales como laprofundidad del pozo, el tamaño de la camisa y la cementación.

c. Las propiedades del electrolito.

d. La polarización de la estructura.

b. Para realizar esta prueba se debe construir un sistema temporal de proteccióncatódica, imprimiendo un cierto nivel de corriente (0,1 A) durante un tiempodeterminado (3 min).

c. Se interrumpe la corriente y se toma el potencial ”instant – off”. La interrupción nodebe durar más de dos segundos.

d. La variación de los niveles de corriente deben ser más altos, generalmente de 0,1A se incrementa a 2 A. Los intervalos de tiempo se deben mantener durante todala prueba.

e. Los valores de corriente aplicada y potencial camisa – electrolito son graficadosen escala semilogarítmica, E vs Log I. La curva obtenida será una parábola comola Figura 8. La corriente requerida es el punto de intersección A o el primer puntograficado sobre el segmento de Tafel, B.

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Fig 8. EJEMPLO DEL GRÁFICO OBTENIDO POR EL MÉTODO E – Log I (NACERP0186)

0.90

0.70

0.88

0.86

0.84

0.82

0.80

0.78

0.76

0.74

0.72

0.1 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0 10.0 20.0 50.0

A

INTERSECCIÓN

B

PRIMER PUNTO SOBREEL SEGMENTO DETAFEL

CORRIENTE (A)

POTENCIAL NEGATIVO

(V)

19.5 Tipos de Sistemas de Protección CatódicaPara este manual solo serán aplicables sistemas por corriente impresa para laprotección de camisas de pozos. Y según el tipo de lechos estos podrán ser:

a. Lechos superficiales o semiprofundos y

b. Lechos profundos

19.6 Consideraciones para el Diseño de Sistemas por CorrienteImpresa

19.6.1 Ubicación de los lechos y corriente total requerida

19.6.2 Los lechos profundos pueden ser usados cuando la litología impida la distribuciónequitativa de corriente hacia la profundidad total de la camisa. Colocando losánodos en formaciones poco profundas y relativamente de baja resistividadcomparadas con formaciones profundas, podría concentrar excesiva corrientesobre las secciones superiores de la camisa y privar a las porciones profundasde suficiente corriente.

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19.6.3 Instalar los ánodos demasiado cerca de los pozos puede impedir el flujo decorriente hacia las secciones menos profundas. Si se incrementa la corrientepodría crearse interferencia de corriente con otros pozos y estructuras.

19.6.4 El desempeño de los ánodos colocados vertical u horizontalmente puede serafectado por el espaciamiento entre ellos. En un suelo de una resistenciaconocida, la salida de corriente de un lecho puede ser mejorada incrementandoel espacio entre ánodos.

19.7 Consideraciones de Diseño para la Aplicación de ProtecciónCatódica a Varios Pozos

19.7.1 Varios pozos pueden ser protegidos catódicamente como a una unidad con lasestructuras y tuberías asociadas, usando uno o más rectificadores lechos. Sedebe asegurar una distribución de corriente adecuada a lo largo de cada pozo.

a. Las camisas en un grupo pueden variar en longitud.

b. Las separaciones entre pozos pueden variar.

c. Los pozos con idéntico procedimiento de construcción e igual longitud de lascamisas pueden tener diferentes requerimientos de corriente.

19.7.2 Los requerimientos de corriente y la resistencia eléctrica de cualquier conexiónde tubería, cuando es usada como un retorno negativo al rectificador, puedelimitar la cantidad de corriente que alcanza las camisas del pozo.

19.7.3 Si se determinan interferencias eléctricas perjudiciales, cada sistema deprotección catódica debe ser diseñado para contrarrestar los efectos.

19.7.4 Los diseños de protección catódica varían de acuerdo a los parámetros decampo. Los diseños más efectivos consideran:

a. Cantidad total de corriente requerida para las camisas y otras estructuras.

b. Resistividad del suelo para la instalación de ánodos.

c. Ubicación de las camisa de los pozos con respecto a las tuberías y otrasestructuras.

d. La demanda individual de corriente de cada pozo.

19.7.5 Opciones de diseño para estos sistemas de protección catódica

a. Un rectificador y un lecho para uno o varios pozos.

b. Un rectificador y más de un lecho para varios pozos.

c. Más de un rectificador y un lecho para varios pozos.

19.7.6 Los lechos aislados eléctricamente o distantes pueden requerir un sistema deprotección catódica separado.

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20 PRECAUSIONES DE SEGURIDADComo la protección catódica hace necesario el uso de equipos eléctricos, debentomarse ciertas precauciones de seguridad en las áreas peligrosas.

Las precauciones de seguridad para el uso de rectificadores, interruptores ycables son igual que para cualquier otro equipo eléctrico. La diferencia potencialentre las estructuras de acero protegidas catódicamente y los medioscircunvecino que chocan con otra estructura de acero pueden producir unachispa. Especialmente, los interruptores de contacto, puede producir chispa. Laenergía liberada por el chispazo esta fuertemente influenciada por los parámetrosdel circuito como la inductancia, resistencia, potencial aplicado, física aplicada delas superficies en contacto, la tasa de interruptores de contacto, otros, y no esposible predecir sí una chispa incendiaria se producirá en cualquier momento. Serecomienda por lo tanto, que toda instalación de protección catódica debeconsiderarse como potencialmente peligrosa y deben tomarse las precaucionesnecesarias para evitar cualquier chispa.

Al diseñar un sistema de una protección catódica a ser instalado en una áreapotencialmente peligrosa, deberá consultarse, la última edición de cualquierrecomendación aplicable, regulaciones, código de práctica, otras, como porejemplo: el código de práctica segura en la industria petrolera” y ”la guía deseguridad para terminales petroleros internacionales” y sus requisitos orecomendaciones tomadas en cuenta para el diseño y subsecuentefuncionamiento del sistema.

Antes de separar dos partes de un sistema protegido catódicamente, el punto dequiebre debe ser puenteado por un cable para evitar las chispas. El puente semantendrá hasta las partes se vuelve a juntarse.

21 CONSIDERACIONES ECONÓMICASCuando estructuras o tuberías metálicas están enterradas en suelos agresivoso inmersas en agua salada, agua potable, o salmuera, es recomendable que laprotección catódica sea considerada como un complemento del revestimientocomo protección anticorrosiva. En el momento del diseño, o cuando seanecesario y posible, se debe considerar el uso de protección catódica.

En cualquier caso específico, la justificación económica de la protección catódicapuede ser comprobada solo por la comparación del capital y los costos deoperación, claro que este sistema contará con una estimación de costo demantenimiento de largo plazo, que podrían ser mayores si la protección catódicano fuese aplicada.

A menudo el costo de un sistema bien diseñado de protección catódica sólo esun pequeño porcentaje de la inversión total de la instalación protegida. Unporcentaje del 5 % se considera realista.

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22 REGISTROSSe deben mantener dentro de los archivos de los activos, los documentos deingeniería relacionados al diseño, construcción y puesta en marcha de los SPC,los cuales deben incluir, como mínimo:

22.1 Datos Correspondientes a la Determinación de las Necesidades de Control deCorrosión.

22.2 Registros Relativos a Facilidades Asociadas al Sistema.

22.3 Registro de los Cálculos de Diseño y Pruebas de Campos

22.4 Planos y Detalles de Construcción e Instalación.

22.5 Se deberán entregar todos los cambios realizados sobre la ingeniería oespecificaciones de construcción en planos “como construidos”.

23 BIBLIOGRAFÍAManual de Protección Catódica: Diseño y Aplicaciones. Jorge Goldin.

www.biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx. Ciencias química. “Más allá de laherrumbre II”.

Cathodic Protection Manual. Royal Dutch / Shell Group

WAGNER, John: Cathodic Protection Design I. NACE International. Abril, 1993.

PEABODY, A.W. : Control of Pipeline Corrosion. NACE. Houston, 1967.

Manual de Ingeniería de Diseño de Sistemas de Protección Catódica. Lagoven.Marzo, 1997.

Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. Marshall Parker &Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 62.

Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P. 5:20.

Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. Marshall Parker &Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 64.

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criterios de diseño para protección catódica

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