ha-201.criterios de diseño para sistemas de proteccion catodica

PDVSA N° TÍTULO

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

APROB. FECHAAPROB.FECHA

VOLUMEN 4--I

E PDVSA, 2005

HA--201 CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DEPROTECCIÓN CATÓDICA

PARA APROBACIÓN

Cesar Eizaga Luis TovarFEB.10 FEB.10

ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

JUL.93

ABR.05

FEB.10 C.E.

L.T.

2

1

0

REVISIÓN GENERAL

REVISIÓN GENERAL 74

77

28

L.T. L.T.

E.V.

L.T.

MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO

ESPECIALISTAS

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CRITERIOS DE DISEÑOPARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA FEB.102

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.Menú Principal Indice manual Indice volumen Indice norma

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Índice1 OBJETIVO 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 ALCANCE 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 REFERENCIAS 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.1 American Society for Testing and Materials – ASTM 5. . . . . . . . . . . . . . . . .3.2 American Petroleum Institute -- API 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.3 Comisión Venezolana de Normas Industriales – COVENIN 5. . . . . . . . . . .3.4 Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad –

FONDONORMA 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3.5 National Association of Corrosion Engineers -- NACE 5. . . . . . . . . . . . . . . .3.6 Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 DEFINICIONES 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.1 Aislamiento Eléctrico 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 Ánodo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.3 Ánodo Galvánico/Ánodo de Sacrificio 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.4 Bacterias Sulfatoreductoras 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.5 Juntas Aislantes 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.6 Caída IR 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.7 Cátodo 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.8 Caja de Distribución Negativos 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.9 Caja de Distribución Positivos 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.10 Corriente Impresa 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.11 Corrosión 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.12 Densidad de Corriente 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.13 Electrodo o Celda de Referencia 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.14 Electrodo de Cobre/Sulfato de Cobre 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.15 Electrodo de Zinc 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.16 Electrodo de Plata/Cloruro de Plata 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.17 Electrolito 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.18 Estación de Prueba (Punto de Medición) 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.19 Interconexión 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.20 Interferencia Eléctrica 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.21 Lecho de Ánodos Profundos 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.22 Lecho de Ánodos Superficial 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.23 Potencial Natural 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.24 Potencial Instant OFF (Polarizado) 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.25 Potencial ON 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.26 Potencial de Protección 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.27 Polarización Catódica de la Estructura 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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4.28 Protección Catódica 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.29 Revestimiento 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.30 Relleno (Coque) 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.31 Sobreprotección 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.32 Efecto Pantalla (Apantallamiento) 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.33 Resistividad 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.34 Método de Capa de Barnes 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.35 Desprendimiento Catódico 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.36 Cupón 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓNCATÓDICA 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.1 Protección Catódica 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.2 Requerimientos 14. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5.3 Criterios de Protección para Estructuras de Acero y Hierro Fundido 15. . .5.4 Revestimientos 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6 BASES DE DISEÑO 16. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al Diseño 17. . . . . . . . . . . . . . . .6.2 Interferencia Eléctrica 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7 PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS GALVÁNICOS 24. . . . . . .7.1 General 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.2 Aplicaciones de los Ánodos Galvánicos 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7.3 Material de los Ánodos 24. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA 27. . . . . . . .8.1 General 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.2 Fuentes de Corriente 27. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .8.3 Material de los Ánodos 29. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9 CÁLCULOS DE DISEÑO 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.1 Ánodos Galvánicos 31. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9.2 Corriente Impresa 36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

11 UBICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE SPC 50. . . . .

12 PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES 52. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.1 General 52. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.2 Determinación de las Necesidades de Protección Catódica 53. . . . . . . . . . .12.3 Condiciones del Suelo y Fundaciones 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.4 Factores que Deben Ser Considerados 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12.5 Tipos de Protección Catódica Aplicables 60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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12.6 Puesta en Marcha y Pruebas 60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CON PRODUCCIÓNDE PETROLEO Y GAS 60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.1 General 60. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.2 Procedimiento para el Diseño de Sistemas de Protección Catódica

de Estructuras Costa Afuera 61. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.3 Tipos de Sistemas para Protección Catódica 62. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13.4 Factores que Determinan el Requerimiento Total de Corriente

para Sistemas de Protección Catódica 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 PROTECCIÓN DE EMBARCACIONES 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 67. . . . . . . . . .15.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers) 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo 68. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 APLICACIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA PARA LA SUPERFICIEEXTERNA DE CAMISAS DE ACERO EN POZOSDE PRODUCCIÓN 68. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 PRECAUCIONES DE SEGURIDAD 68. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18 CONSIDERACIONES ECONÓMICAS 69. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 REGISTROS 69. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 BIBLIOGRAFÍA 69. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 ANEXOS 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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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 corrosióndeestructurasmetálicas enterradaso sumergidas,mediante el uso deproteccióncatódica, y a su vez describe los requerimientos y procedimientos mínimosnecesarios para el diseño de los sistemas.

3 REFERENCIAS

3.1 American Society for Testing and Materials – ASTMG57 Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity Using theWenner Four--Electrode Method.

3.2 American Petroleum Institute - APIRP 651 Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks.

3.3 Comisión Venezolana de Normas Industriales – COVENIN548--71 Recomendaciones para Clasificar Instalaciones Eléctricas en Refineríasde Petróleo.

552–92DisposicionesSobrePuesta aTierra yPuentes deUnión en Instalacionesen Áreas Peligrosas (Especialmente en la Industria Petrolera)

3.4 Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad –FONDONORMA200 Código Eléctrico Nacional.

3.5 National Association of Corrosion Engineers - NACERP0177 Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on MetallicStructures and Corrosion Control Systems.

RP0104 The Use of Coupons for Cathodic Protection Monitoring ApplicationsItem No: 21105.

RP0186 Application of Cathodic Protection for External Surfaces of Steel WellCasings.

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SP0169 Control of External Corrosion on Underground or Submerged MetallicPiping Systems Item No. 21001.

3.6 Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSACPV--E--H--03000 Detalle de Soldadura Cadweld.

EM--22--01/01 Alambres y Cables Monopolares Aislados con Termoplásticospara 600V.

EM--22--05/01 Cables para Instrumentación y Control.

EM--24--11/01 Cajas y Accesorios para Instalaciones Eléctricas de Uso enLugares (Clasificados) Peligrosos.

EM--28--07/01 Ánodos de Aluminio (Al) para Protección Catódica.

EM--28--07/02 Ánodos de Magnesio (Mg) para Protección Catódica.

EM--28--07/03 CoqueMetalúrgico para Uso en Lechos de Anodos para Sistemasde Protección Catódica con Corriente Impresa.

EM--28--07/04 Ánodos deHierro--silicio y Hierro -- Silicio -- Cromo paraProtecciónCatódica por Corriente Impresa.

EM--28--07/05 Transformador / Rectificador de Protección Catódica.

EM--01--00/01 Resina Epóxica en Polvo Para Tubería Metálica.

EM--01--01/03 Revestimiento Interno con Epoxi Aducto Amina para Tanques yTuberías.

EM--01--01/04 Revestimiento de Zinc sobre Productos de Hierro y Acero.

EM--01--01/05 Revestimiento Interno de Equipos con Plástico Reforzados conFibra de Vidrio (PRFV).

EM--01--01/06 Resina Poliester Isoftálica para el Revestimiento y Fabricación deTanques y Tuberías.

EM--01--01/07Resina Poliester Bifenólica para el Revestimiento y Fabricación deTanques d Tuberías.

EM--01--01/08 Resina Epoxi Poliamida para El Revestimiento y Fabricación deTanques y Tuberías.

EM--01--01/09 Resina Furánica para el Revestimiento y Fabricación de Tanquesy Tuberías.

EM--01--01/10Resina Vinil Ester para el Revestimiento y Fabricación de Tanquesy Tuberías.

EM--01--01/11 Fibra de Vidrio para el Revestimiento y Fabricación de Tanques yTuberías.

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EM--01--01/16 Sistema Multicapa Epoxi--Poliolefina Revestimiento de TuberíaMetálica a Altas Temperaturas.

EM--01--01/17Resina Epóxica en Polvo para Revestimiento de TuberíaMetálica,a Altas Temperaturas.

EM--01--01/18 Cintas de Poliolefinas para el Revestimiento de Tubería Metálicaa Altas Temperaturas.

EM--01--01/19Resina Epóxica Reforzada con Fibra de Vidrio para RevestimientoExterno de Tubería Metálica a Altas Temperaturas

EM--01--01--20 Resina Epóxica Líquida 100% Sólidos para el RevestimientoExterno de Tubería Metálica.

EM--01--02/01 Brea Epóxica (Coaltar Epoxy) Curada con Poliamida para elRevestimiento de Tubería Metálica.

EM--01--02/02 Brea Epóxica (Coal Tar Epoxy) Curada con Amina Para elRevestimiento de Tubería Metálica.

EM--01--02/03 Brea Epóxica (Coal Tar Epoxy) Curada con Aductoamina para elRevestimiento de Tubería Metálica.

EM--02--11/01 Aceites Minerales Aislantes con Inhibidor de Oxidación para Usoen Transformadores e Interruptores.

EM--04--02/01 Mortero de Cemento para el Revestimiento de Tubería Metálica

EM--04--05/01 Polietileno de Alta Densidad Extruido para el Revestimiento deTubería Metálica.

EM--04--05/02 Polipropileno Extruido para el Revestimiento de Tubería Metálica

EM--04--10/01 Cintas de Polietileno Aplicadas en Frió y/o en Caliente para elRevestimiento de Tubería Metálica.

EM--04--11/01 Mangas Termocontráctiles para Protección de Juntas y/oReparaciones de Revestimientos de Tubería Metálica.

EM--04--11/02 Mangas Termocontráctiles para Protección de Juntas y/oReparaciones de Revestimientos de Tubería Metálica a Altas Temperaturas.

EM--04--13/01 Caucho Policloropreno (Neopreno) para el Revestimiento deTubería Metálica.

IR--E--01 Clasificación de Areas.

O--201Selección yEspecificaciones deAplicación deSistemasAnticorrosivos dePinturas.

PI--05--03--04 Protección Catódica Galvánica en Cascos de Gabarras.

PI--05--02--010 Protección Catódica por Corriente Impresa (Fase de Instalación).

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PI--05--02--020 Protección Catódica por Corriente Impresa (Fase de Operación).

N--201 Obras Eléctricas.

4 DEFINICIONES

4.1 Aislamiento EléctricoInterrupción del flujo de corriente eléctrica entre superficies de estructurasmetálicas.

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

4.3 Ánodo Galvánico/Ánodo de SacrificioMetal activo que suministra corriente directa de protección a otros metales queson más nobles en la serie electromotriz, cuando ambos están acopladoseléctricamente en el electrolito.

4.4 Bacterias SulfatoreductorasGrupo de bacterias presentes en suelos y aguas naturales, activas solamente encondiciones anaeróbicas y de pH cerca del neutro. Estas bacterias aumentan elrequerimiento de potencial de protección debido a la despolarización resultantede la producción de sulfuros.

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

4.6 Caída IRPérdida de potencial medida en una resistencia por la cual circula una corrienteeléctrica de acuerdo con la Ley de Ohm.

4.7 CátodoElectrodo de una celda electrolítica en el que se produce la reacción dereducción.

4.8 Caja de Distribución NegativosDispositivo utilizado para distribuir y controlar la corriente proveniente de lasdiferentes estructuras conectadas al sistema de protección catódica, queretornan al conductor negativo del Transformador / Rectificador (T/R).

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4.9 Caja de Distribución PositivosDispositivo utilizado para distribuir y controlar la corriente proveniente delconductor positivo deT/R, la cual es drenada por los diferentes lechos deánodos,o por los diferentes ánodos de un mismo lecho.

4.10 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, baterías y molinos de viento(energía eólica).

4.11 CorrosiónDeterioro de un material o de sus propiedades, debido a su reacción química oelectroquímica con el medio ambiente.

4.12 Densidad de CorrienteCantidad de corriente que circula por unidad de área o superficie, generalmenteexpresada como A/m2 o mA/m2 y mA/ft2. La densidad de corriente para obtenerprotección catódica varía dependiendo del ambiente, resistividad del electrolitoy de la estructura a ser protegida.

4.13 Electrodo o Celda 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.

4.14 Electrodo de Cobre/Sulfato de CobreElectrodo de referencia muy estable, utilizado para medir niveles de potencialesde un metal en suelos y aguas salobres. Está formado por una barra de cobre dealta pureza (Cu), en contacto eléctrico con una solución saturada de sulfato decobre (CuSO4) (ver Figura 1).

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Fig 1. ELECTRODO DE CU/CUSO4

4.15 Electrodo de Zinc

Electrodo de referencia constituido por un bloque de cinc, utilizado para medirniveles de potenciales de un metal en suelos y aguas salobres (ver Figura 2).

Fig 2. ELECTRODO DE ZINC (ZN)

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4.16 Electrodo de Plata/Cloruro de PlataElectrodo de referencia, utilizado para medir niveles de potenciales de unmetalen agua de mar. Está formado por un hilo de plata (Ag) sobre el cual se depositacloruro de plata (AgCl), generalmente por vía electroquímica, en una solución decloruro de sodio (NaCl) o cloruro de potasio (KCl), en la cual el hilo de plata actúacomo ánodo (ver Figura 3).

Fig 3. ELECTRODO DE AG/AGCL

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

4.18 Estación de Prueba (Punto de Medición)Dispositivo al cual llegan uno omás cables soldados a la estructura protegida. Seinstalan en la trayectoria o cercano a la estructura con la finalidad de obtenermediciones de potencial para evaluar el nivel de protección, patrones deinterferencia, drenaje de corriente de las estructuras y condiciones derevestimiento.

4.19 InterconexiónConexión eléctrica, usualmente a través de un conductor de cobre o unaresistencia, utilizado para interconectar estructuras diferentes, a fin de evitarcambios apreciables en el potencial de un punto con respecto al otro o nivelarlos.

4.20 Interferencia EléctricaPerturbación eléctrica en una estructura metálica, producto de corrientes(alterna, continua o telúrica) que circulan por caminos distintos del circuitopropuesto.

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4.21 Lecho de Ánodos ProfundosGrupo de ánodos instalados en un hoyo vertical, cuya profundidad esmayor a 20m. 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.

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

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

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

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

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

4.27 Polarización Catódica de la EstructuraCambio del potencial natural de la estructura a uno más negativo, producto delflujo de corriente en la interfase estructura / electrolito.

4.28 Protección CatódicaTécnica mediante la cual se minimiza el proceso de corrosión en las superficiesmetálicas en unmedio electrolítico, alterando el potencial natural del metal haciavalores catódicos pormedio de la aplicación de corrientes impresas ogalvánicas.

4.29 RevestimientoMaterial que se aplica sobre la superficie de un metal para protegerlo y aislarlodel medio ambiente o del electrolito.

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4.30 Relleno (Coque)

Material de baja resistencia eléctrica (= 20 Ω--cm) que absorbe la humedad yrodea al ánodo enterrado, utilizado con el propósito de incrementar el áreaefectiva de contacto con el suelo, y, por lo tanto, reducir la resistencia de contactocon el mismo.

4.31 Sobreprotección

Cantidad excesiva de corriente de protección catódica en una estructurarecubierta, provocando el desprendimiento de hidrógeno en forma de burbujasde gas sobre la superficie de la estructura, causando daños en el revestimiento(desprendimiento catódico).

4.32 Efecto Pantalla (Apantallamiento)

Efecto que se produce cuando una estructura a proteger esta en un medio conotras estructuras metálicas o materiales dieléctricos, los cuales pueden causaruna barrera que impida el flujo de corriente de protección catódica hacia laestructura a proteger.

4.33 Resistividad

Magnitud característica que mide la capacidad de un material para oponerse alflujo de una corriente eléctrica.

4.34 Método de Capa de Barnes

Este método distingue la resistividad de las capas de la tierra. El espesor de lacapa se supone que es igual al incremento en el espaciamiento de los electrodosde medición del método Wenner (4 pines).

4.35 Desprendimiento Catódico

Destrucción de la adhesión entre el revestimiento y la superficie revestidacausada por los productos de la reacción catódica.

4.36 Cupón

Metal o aleación de igual o similar característica del material de la estructura aproteger quepermite lamedición depérdida dematerial, a fin de ubicar la relaciónentre la densidad de corriente y la velocidad de corrosión de una estructura.

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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 corriente externa (impresa o galvánica).

5.2 Requerimientos

5.2.1 Todaestructura enterrada o sumergida (con o sin revestimiento) debe contemplardesde la fase de diseño la implantación de un sistema de protección catódica,a fin de contrarrestar la corrosión que podría ocasionar fallas prematuras.

5.2.2 Se instalará sistemas de monitoreo (cupones, celdas permanentes) paracomprobar o verificar la efectividad del sistema de protección catódica.

5.2.3 Los planos de ingeniería deberán definir claramente la ubicación del sistema deprotección catódica (T/R, lecho de ánodos, cajas de distribución, entre otros), asícomo la ubicación de otras instalaciones o estructuras, bien sean a la vista oenterradas, que pudiesen afectar o ser afectadas por el sistema de proteccióncatódica. El diseñodel sistemasehará para el tiempo de vida útil de la instalación.

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

5.2.5 Los materiales y equipos deberán cumplir con las normas referenciadas en estedocumento; en caso de un requerimiento especial, éste deberá ser aprobado porel ingeniero responsable del diseño.

5.2.6 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.

5.2.7 En sitios remotos vulnerables a hurto o vandalismo de equipos, se debecontemplar la construcción de casetas tipo bunker (ver ejemplo en Anexo A).

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5.3 Criterios de Protección para Estructuras de Acero y HierroFundido

5.3.1 Se considera que una estructura está protegida, cuando existe un potencial(catódico) negativo de almenos 850mVcon la protección catódica aplicada. Estepotencial se mide con respecto a un electrodo de referencia de cobre / sulfatocobre (CSE) en contacto con el electrólito. Este criterio se basa en una caída IRconocida o despreciable en el circuito de medición. La caída IR es generalmenteinsignificante cuando la densidad de corriente y/o la resistencia son bajas.

5.3.2 Se considera que una estructura está protegida, cuando existe un potencialpolarizado negativo de al menos 850 mV con respecto a un electrodo dereferencia de cobre / sulfato cobre en contacto con el electrolito. Este criterio sebasa en la eliminación de la caída IR durante la medición. Esto se logra quitandola resistencia del electrolito o interrumpiendo la corriente. Hay que recordar quela polarización se disipará cuando se interrumpe la corriente, y la polarización esla medida de interés. Por lo tanto, cuando se interrumpe la corriente, el potencialse debe medir en el instante apagado, que se refiere al potencial después dehaber eliminado la caída IR, pero antes de que la polarización comience adisiparse. Normalmente la relación de interrupción es 3T “On” / 1T “Off”.

5.3.3 Se considera que una estructura está protegida, cuando existe unmínimo de 100mV de polarización catódica entre la superficie de la estructura y un electrodo dereferencia de cobre / sulfato de cobre. La polarización o despolarización puedeser medida para satisfacer este criterio. Se basa en conocer el potencial naturalo el potencial polarizado de la estructura. El potencial “Instant Off” (polarizado)se determina interrumpiendo momentáneamente el flujo de corriente. Si la caídadel potencial es por lo menos 100 mV más positivo el criterio es valido. Además,si el potencial “Instant off” es por lo menos 100 mVmás negativo que el potencialnatural el criterio es valido.

En algunas condiciones como la presencia de sulfuros, bacterias, temperaturaselevadas ymetales disímiles, estos criterios pueden no ser suficientes. En suelosbien aireados y suelos bien drenados, la protección de la corrosión se puedealcanzar con potenciales menos negativos. En presencia de bacterias sulfatoreductoras se recomienda un potencial polarizadomínimo de –950 mV, con el finde garantizar la protección contra la corrosión en ese tramo. Debe evitarse lasobreprotección que puede resultar en daños de revestimiento y promoverataque por hidrógeno en aceros susceptibles. El potencial sobre el cual puedeocurrir daños en el revestimiento depende de muchas variables, incluyendo lacomposición del suelo y el contenido de humedad, temperatura, tipo derevestimiento, calidad de la aplicación del revestimiento y la presencia demicroorganismos. El consenso general de la industria es evitar potenciales

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polarizados (instant OFF) más negativos que –1100 mV (respecto a una celdaCu/CuSO4).

5.4 RevestimientosLa corrosión pudiera prevenirse cubriendo la totalidad de la estructura enterradao sumergida con un revestimiento impermeable no conductivo, lo cual sería ideal,pero casi imposible de llevar a cabo a un costo razonable. En general, losrevestimientos 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 esuna herramienta muy efectiva en el control de la corrosión, y cuando se utilizajunto con la protección catódica, se puede obtener un control completo con unmínimo de corriente aplicada.

Los revestimientos casi nunca son afectados por la aplicación correcta de laprotección catódica; sin embargo, potenciales muy negativos pueden dañar elrevestimiento causando evolución de hidrógeno en la superficie del metal(sobreprotección). La Tabla 1muestra los límites de potencial ON recomendadosen el punto de potencial máximo, para estructuras enterradas/sumergidas yevitar así el desprendimiento del revestimiento por exceso de corriente deprotección catódica.

Los límites de potencial “instant off“ recomendados en el punto de potencialmáximo (punto de drenaje), será como máximo -- 1,2 V independientemente deltipo de revestimiento.

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. Caracterización del medio (Resistividad, pH y composición química).

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.

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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.

m. Cruces de líneas de alta tensión y zonas 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, entre otros, cuando seaposible. Cuando la instalación debarealizarse en este tipo de áreas clasificadas, se deberán utilizar los materialescorrespondientes especificados para tal fin (Ver Especificaciones Técnicas deMateriales PDVSA en la sección de Referencias).

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, entre otros. Lechos de ánodos galvánicoso inertes deberán instalarse en estas áreas para complementar la protección. Sedeberán instalar puntos de prueba adicionales para monitorear los niveles deprotección de estas secciones de tubería.

6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al DiseñoLa 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, condición del revestimiento y aislamientoeléctrico de las estructuras.

Los sitios posibles de ubicación de los sistemas de protección catódica, seránlocalizados con mediciones detalladas tomando como referencia la resistividaddel medio.

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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 cualquier interconexiónnecesaria entre estructuras que puedan estar sujetas a interferencia eléctrica.

c. Incluirá detalles para la puesta en marcha del sistema, el diseño y la ubicaciónde 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 el tipo de sistema de proteccióncatódica.

La resistividad del electrolito representa la investigación preliminar másimportante al momento de diseñar un sistema de protección catódica. En suelos,la resistividad puede variar con el contenido de agua y sales disueltos en éstosy 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 1.

TABLA 1. CLASIFICACIÓN DEL MEDIO ELECTROLITO DE ACUERDO CON SURESISTIVIDAD

Resistividad del medio(Ω--cm) Corrosividad

Menos de 500 Muy corrosivoEntre 500 y 1.000 CorrosivoEntre 1.000 y 2.000 Moderadamente corrosivoEntre 2.000 y 10.000 Ligeramente corrosivoMayores 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.

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Se tomarán lecturas de resistividad en las ubicaciones propuestas para loslechos de ánodos a fin de elaborar mapas de contornos (método de Capas deBarnes) para cada una de ellas. Las lecturas de resistividad serán corregidaspara considerar condicionesmás críticas, es decir, en época de verano utilizandopara ello la caja de suelos.

La profundidad de ubicación del lecho de ánodos corresponderá al punto demenor resistividad determinado por el método de Capas de Barnes.

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, sulfatos entreotros. Se deberá evaluar la presencia de bacterias sulfatoreductoras.

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:

a. Un lecho de ánodos temporal, el cual estará ubicado en el lugar seleccionadopara la instalación permanente propuesta. Este lecho temporal estará constituidopor tubería de desecho, estructuras metálicas enterradas o sumergidasabandonadas, entre otros. El cableado temporal, necesario para conectar loslechos de ánodos, tendrá aislamiento suficiente para prevenir fugas de corrienteno controladas y garantizar la seguridad del personal.

b. Una fuente de energía temporal, la cual consistirá de generadores impulsadospor motores, acumuladores estacionarios, unidades de protección catódicaexistentes, rectificadores portátiles combinados con energía comercialdisponible, paneles solares, entre otros. Este equipo suministrará una corrientedirecta constante, bien regulada, de una tensión e intensidad en las magnitudesrequeridas durante el ensayo. Adicionalmente se deberá contar con uninterruptor adecuado para llevar a cabo de forma eficiente y eficaz las pruebasde corte de corriente.

Una vez que el sistema se ha estabilizado en los niveles de protección requeridos(según el criterio seleccionado), se haránmediciones del drenaje de corriente delsistema temporal y se determinará la cantidad de corriente requerida paraalcanzar el valor del criterio seleccionado.

La Tabla 2 indica un estimado de las densidades de corrientemínimas requeridaspara la protección catódica de acero desnudo en diferentes medios, atemperatura ambiente de 15 a 25°C.

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TABLA 2. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCIÓNCATÓDICA DE ACERO

CONDICIONES AMBIENTALESDENSIDAD DE CORRIENTE

CONDICIONES AMBIENTALES mA/m2 mA/ft2

Sumergido en Agua de Mar(a)

EstacionarioBien revestido 1 a 2 0,1 a 0,2Revestimiento pobre o deteriorado 2 a 20 0,2 a 2Sin revestimiento 20 a 30 2 a 3

Velocidad Baja(b)

Bien revestido 2 a 5 0,2 a 0,5Revestimiento pobre 5 a 20 0,5 a 2Sin revestimiento 50 a 150 5 a 15

Velocidad Media(c)

Bien revestido 5 a 7 0,5 a 0,7Revestimiento pobre 10 a 30 1 a 3Sin revestimiento 150 a 300 15 a 30

Alta Velocidad (d)

Revestimiento pobre o sinrevestimiento 250 a 1000 25 a 100

Enterrado Bajo Tierra(e)

Resistividad de Suelo0,5 a 5 Ω--m 1 a 2 0,1 a 0,25 a 15 Ω--m 0,5 a 1 0,05 a 0,115 a 40Ω--m 0,1 a 0,5 0,01 a 0,05

NOTA:

(a): Estructuras o recipientes (d): Flujo turbulento(b): 0,3 a 1 m/s (1 a 3 ft/s) (e): Tuberías o estructuras, revestidas o

recubiertas(c): 1 a 2 m/s (3 a 7 ft/s)

Las densidades de corriente mínimas para la protección catódica de estructurasmetálicas revestidas se especifican en la Tabla 3.

TABLA 3. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCIÓNCATÓDICA DE ESTRUCTURAS METÁLICAS REVESTIDAS

Tipo de Revestimiento Densidad de Corriente(mA/m2 )

Cinta 1,25Resina Epóxica en polvo 0,10Polietileno Extruido 0,10Brea Epoxy (Coal Tar) 0,75

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

TABLA 4. EFICIENCIA DEL REVESTIMIENTO

Años de serviciode la instalación

Deterioro delrevestimiento (%)

0 1,011 1,162 1,323 1,514 1,735 1,986 2,277 2,608 2,979 3,4010 3,8911 4,4512 5,0913 5,8214 6,6715 7,6316 8,7317 9,9918 11,4319 13,0720 14,96

6.1.3 Medición de Potenciales

La medición de potencial entre la estructura y el medio electrolítico se obtendráen todos 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 (Close Interval Survey -- CIS), o en procesode corrosión de la estructura a ser protegida. Las lecturas también se obtendránpara asegurar que el sistema de protección catódica que se está diseñando noocasionará problemas de interferencia no controlables en otras estructuras. Enáreas clasificadas peligrosas, tales como estaciones y patios de tanques, setomarán lecturas adicionales necesarias que permitan detectar cualquiersituación de peligro que pueda originarse de la instalación de la proteccióncatódica.

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 estructura bajoestudio y esperar un tiempo prudencial para que se produzca la despolarizaciónde la estructura.

b. Nivel Mínimo de Protección: utilizando el sistema de protección catódicatemporal, se drenará suficiente corriente a fin de lograr la protección de toda laestructura, alcanzando los niveles mínimos aceptables aplicables para loscriterios 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 los nivelesmáximos de protección aceptables. En esta condición se medirá la atenuaciónde la protección a través de toda la estructura.

6.2 Interferencia EléctricaEl ingeniero responsable del diseño del SPC, debe evaluar la presencia deinterferencias eléctricas, a fin de eliminar y/omitigar este efecto, y de estamaneragarantizar la correcta polarización del sistema. En la Tabla 5, se muestran lasmediciones recomendadas para la detección de estas interferencias, así comolas acciones de mitigación y/o eliminación del mismo.

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TABLA 5. MEDICIONES Y ACCIONES DE MITIGACIÓN Y/O ELIMINACIÓN DE LOSDIFERENTES TIPOS DE INTERFERENCIA ELÉCTRICAS

TIPOS DE INTERFERENCIAS MEDICIONES ACCIONES PREVENTIVAS

ESTÁTICASS Anódicas

S Catódicas

Intervalos cortos (CIPS): Cambios depotencial estructura--electrolito de latubería interferida. (Picos positivos ynegativos que indican zonas de carga ydescarga de corriente en la tuberíainterferida).(DCVG): Evaluación y detección de fallasde revestimiento en los puntos de cargadela tubería que interfiere).Mediciones de Corriente: Cambios demagnitud y dirección de la corriente.

S Instalar puente de mitigación oconexión eléctrica entre las 2estructuras con resistencia calibrada.

S Reparar revestimiento en la zona decaptura de corriente de la tubería queinterfiere.

S Instalación de ánodos galvánicos enlas zonas de descarga de corriente dela tubería interferida.

S Corriente

S Alterna (AC)

Potenciales AC (AC=15V):Considerados como peligrosos para elpersonal, tal como lo establece NACERP0177. (Las interferencias eléctricasAC,varían en el tiempo a medida que varíanlos porcentajes de carga de las línea dealta tensión)PotencialesDC:Sonmás positivos en lospicos de voltajes AC. (Zonas de mayorimpacto).

S Instalar celdas de polarización, a fin depermitir el drenaje de corriente AC ybloqueo de la corriente DC.

S Instalación de ánodos galvánicosdistribuidos en la zona de interferencia.

S Instalación de ánodos de zinc tipo cintaen las zonas con picos de corriente AC.

DINÁMICASS Sistemasferroviarios

S Corrientestelúricas

S Operacionesde Minas

Intervalos cortos (CIPS): Cambios depotencial estructura--electrolito de latubería interferida. (Picos positivos ynegativos que indican zonas de carga ydescarga de corriente en la tuberíainterferida).(DCVG): Evaluación y detección de fallasde revestimiento en los puntos de cargadela tubería que interfiere).Mediciones de Corriente: Cambios demagnitud y dirección de la corriente.

S Instalar puente de mitigación oconexión eléctrica entre las 2estructuras con resistencia calibrada.

S Reparar revestimiento en la zona decaptura de corriente de la tubería queinterfiere.

S Instalar cupones, a fin de ubicar larelación entre la densidad de corrienteAC y la velocidad de corrosión porcorriente AC de acuerdo a loestablecido en el estándar NACEST0169.

S Instalar celdas de polarización, a fin depermitir el drenaje de corriente AC ybloqueo de la corriente DC.

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7 PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS GALVÁNICOS

7.1 General

Con 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.

7.2 Aplicaciones de los Ánodos Galvánicos

Los ánodos galvánicos se utilizan principalmente cuando se requieren corrientesrelativamente pequeñas en sitios con muy baja resistividad eléctrica.

Los sistemas de protección catódica por ánodos galvánicos son utilizadosprincipalmente para:

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

7.2.2 Proteger pequeñas secciones de tubería con revestimiento en buenascondiciones o fondos de tanques que requieran una cantidad moderada decorriente.

7.2.3 Complementar localmente la falta de protección de una estructura ya protegidapor un sistema de 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 Aunque no represente una aplicación de protección catódica, los ánodosgalvánicos pueden ser utilizados como tomas de tierra en estaciones paraeliminar puntos de tensión AC sobre los equipos.

7.3 Material de los Ánodos

Los ánodos galvánicos se fabrican principalmente de magnesio, aluminio y cinc.Las principales características de estos ánodos se presentan en la Tabla 6.

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TABLA 6. CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁNODOS GALVÁNICOS

ALEACIÓN MEDIOCONSUMO(kg/A*año)

(1)

CAPACIDADTEÓRICA(A*h/kg)

(2)

EFICIENCIA(%)(3)

CAPACIDADPRÁCTICA(A*h/kg)

(4)

Magnesio0,5--1,3% Mn ó 5--7% Al /

2--4% Zn

Suelo/Aguadulce

Agua de Mar

3,988,64

2.2001.014

501.100507

Cinc0,3--0,5% Al / 0,025--0,1 %

CdAgua de mar 10,69 –

11,30 820 -- 77690 (5)95 (5)

740 – 698780 – 737

Aluminio (6)0,35--0,5% Zn

6--8% Zn/0,1 -- 0,02% Sn2--5%Zn/0,02--0,05%In/0,5--

1%Mg

Agua de marFango de marFango de mar

3,60 -- 5,45 2.434 -- 1.6078595

2.069 – 1.3662.313 – 1.527

1. El consumo fue calculado a partir de la siguiente expresión: , donde:W= m * t * l ∕ n * F * 1000W: Consumo (kg/A*año)

M: Peso atómico del material anódico (g)

t: Tiempo (s)

l: Flujo de corriente promedio (A)

n: Número de electrones transferidos por átomo de material anódico (Estado de oxidación oValencia, equiv.g)

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

2. La capacidad teórica fue calculada a partir de la siguiente expresión: , donde:Ct= 8760∕W

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: , donde:Cp= Ct * Eficiencia

Cp: Capacidad Práctica (A*h/kg)

Ct: Capacidad Teórica (A*h/kg)

5. La eficiencia del cinc es razonablemente constante para salidas de corriente bajas a muy altas, entérminos de mA/pie2 de superficie del ánodo. Esto aplica cuando se emplean ánodos de cinc de altogrado de pureza. Una eficiencia de 90% es conservadora.

6. Debido a regulaciones ambientales, los ánodos de aluminio no deben contener mercurio (Hg).

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Los ánodos de magnesio pueden utilizarse económicamente en medios de másalta resistividad (mayor de 3.000 Ω--cm), en comparación con los ánodos de cincy de aluminio. No deben utilizarse en aguas salobres a temperaturas mayores de30°C o en agua dulce a temperaturas mayores de 45°C, dado que laautocorrosión de los ánodos se acentúa a altas temperaturas, disminuyendo asísu eficiencia.

Para aplicar protección catódica conánodos demagnesio, éstos deben tener unaalta pureza.

Los ánodos de cinc no son una alternativa económica en medios de resistividadmayor de 1.500Ω--cm. Su principal uso se circunscribe al agua demar, o cuandola corriente requerida es baja pero constante y se desea un largo tiempo deservicio. El cinc puede utilizarse en aguas de altas temperaturas (30 – 60°C), enlas cuales las aleaciones demagnesio se corroen rápidamente. Sin embargo, nodeben emplearse ánodos de cinc a temperaturas superiores a 60°C, dado queen 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/sueloscon suficiente 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.

Para asegurar el buen funcionamiento de instalaciones subterráneas, losánodos demagnesio y cinc se emplean con unamezcla de relleno preparadoquelos cubre completamente. Este relleno, por su baja resistividad (≤ 50Ω--cm) y porla solubilidad de sus componentes, tiene un efecto de acondicionamiento sobrela resistividad del suelo adyacente, y como resultado se obtiene una resistividadmásbaja sobre variosmetros alrededor del ánodo. Asímismo, 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)

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Los ánodos galvánicos serán instalados en puntos distribuidos a lo largo de latubería a fin de suministrar una protección total y para facilitar la inspección y elmantenimiento.

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

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

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 estemétodo, 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), entreotros, cuyo costo dependerá de la rata de consumo en el tiempo, factordeterminante en el presupuesto del 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 sistemasde 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 estandarizadasquecumplan con las regulaciones eléctricas aplicables al área donde seaninstalados. La selección del tipo se hará de acuerdo a lo siguiente:

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a. Lasunidades sumergidas enaceite serán utilizadasen áreasdonde sepresentencondiciones de alto grado de humedad, ambiente marino, alta temperaturaambiental, vapores corrosivos dañinos, condiciones de polvo excesivo, vaporesexplosivos o condiciones similares.

b. En los casos donde no se tengan las condiciones indicadas en a) se usaránunidades monofásicas o trifásicas enfriadas con aire.

c. 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.

d. Se utilizarán rectificadores de onda completa, los cuales serán protegidos conlimitadores de sobretensión (varactor) y pararrayos diseñados específicamentepara 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 de acuerdo al revestimiento (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 laEspecificaciónTécnica de Materiales PDVSA EM--28--07/05 “Transformador/Rectificador deProtección Catódica”.

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8.3 Material de los ÁnodosPara los sistemas de protección catódica por corriente impresa se usarán ánodosinertes (pasivos), tales como hierro--silicio--cromo, hierro fundido, grafito, titanio,óxidos demetalesmezclados (MMO) y otrosmetales recubiertos. Dichos ánodosestarán rodeados de carbón suave compactado o coque desmenuzado, cuandosea posible, a fin de aumentar el tamaño efectivo del ánodo. En la Tabla 7 semuestran las principales propiedades de los ánodos de corriente impresa.

TABLA 7. PROPIEDADES DE LOS ÁNODOS DE CORRIENTE IMPRESAÁnodos de Corriente Impresa

Propiedad Fe--Si--Cr Grafito Niobioplatinizado

TitanioActivado

Chatarrade acero MMO

Consumo aproximado(kg/A.año)Agua de mar 1,0 N 8.63x10--6 0,0005 9,1 1x10--6

Suelo 1,0 0,20 1x10--6 0,0071 9,1Fondo del Lago 1,3 N 9,1Densidad de corrienteMáxima recomendada(mA/cm2)Agua de mar 0,5 N 40 60 LSuelo 0,5 N 40 11 LFondo del Lago 1,0 0,15 0,15 10 0,5Voltaje máximopermitido (V)Agua de mar N/L N 60 N/L LSuelo N/L N N/L N/L LFondo del Lago N/L N/L N/L N/L LFactor de utilizaciónRecomendado(Futilización) 0,85 0,85 0,90 0,90 0,75

NOTA:

N: No recomendado

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

N/L: Sin límite.

El relleno de coque utilizado para la construcción del lecho de ánodos deberátener una resistividad no mayor de 30 Ω--cm a presión atmosférica, así mismo,deberá cumplir con la normaPDVSAEM--28--07/03 “CoqueMetalúrgico para usoen Lechos de Ánodos para Sistemas de Protección Catódica por CorrienteImpresa”.

Los ánodos en los lechos superficiales normalmente se colocarán en posiciónvertical a menos que se presenten rocas o alguna otra obstrucción. En tal caso

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podrán ser instalados en posición horizontal de manera de aprovechar lascondiciones del suelo.

Para el caso de estructuras sumergidas, los ánodos de Titanio y MMO seinstalarán como lechos flotantes.

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 tal modode utilizar al máximo la corriente de protección con un flujo mínimo de corrientede interferencia.

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

c. Suelo: Se preferirá para la ubicación de los lechos de ánodos los suelos quecontengan lamejor combinación de baja resistividad eléctrica, alta concentraciónde sales disueltas 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 exceda losvalores reportados en la Tabla 8.

TABLA 8. POTENCIAL MÁXIMO ENTRE LA SUPERFICIE RECUBIERTA Y ELELECTROLITO, MEDIDO RESPECTO AL ELECTRODO DE CU/CUSO4

Condición Potencial Máximo (V)Suelo de alta resistencia, revestimiento dealta adherencia

--3,0

Suelo de alta resistencia, revestimiento debaja adherencia

--2,5

Suelo de baja resistencia --2,0Agua de mar --1,3

La selección del tipo de lecho de ánodos a utilizar (horizontal, vertical, profundo),dependerá de ciertas variables, tales como: precipitación anual, resistividad delsuelo, problemas de interferencia y costos del derechode pasoe 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 mínimas del lecho de ánodos a la tubería se muestran en la Tabla9, sin embargo para determinar la distancia entre la estructura y el lecho, asícomo la separación entre ánodos, se recomienda realizar la prueba de lechos desuelos remotos a fin de determinar el área de influencia efectiva.

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TABLA 9. DISTANCIAS MÍNIMAS DEL LECHO DE ÁNODOS A LA TUBERÍACapacidad de corriente

del lecho (A)Distancia mínima de las

estructuras enterradas (m)30 50

50--100 80100--150 150

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 ánodosmediante el rellenode coque.

La resistencia total máxima del circuito será de 1Ω. Sólo en casos excepcionales,se aceptará una resistencia máxima de 2Ω. El especialista deberá definir elestrato conmás baja resistividad a través delMétodo deCapas deBarnes, lo cualpermitirá la ubicación de los ánodos a la profundidad óptima.

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 lahumedad. No se permitirá el uso de soluciones salinas para aumentar el drenajede corriente del lecho.

9 CÁLCULOS DE DISEÑO

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

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

a. Área a proteger (m2).

b. Resistividad del medio (Ω--cm).

c. Análisis químico del medio.

d. Presencia de Bacterias Reductoras de Sulfato.

e. Temperatura promedio (°C).

f. Tipo de revestimiento.

g. Condición del revestimiento (% área desnuda o con daños) (Ver Tabla 4).

h. Vida útil de la estructura (años).

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i. Vida útil del sistema de protección catódica (años).

j. Tipo de ánodo, dimensiones.

k. Eficiencia del ánodo (%).

l. Factor de utilización del ánodo (%).

m. Densidad de corriente (mA/m2)

N=PrequeridoPcomercial

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)

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.

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9.1.1 Resistencia de un Ánodo Vertical en Suelo

Para ánodos cilíndricos, la resistencia puede ser calculada según:

Rvert=0, 1592Ã

L2, 3 log 8L

d− 1 (Ec.deDwight)

donde:

Rvert : Resistencia de un ánodo vertical (Ω)ρ : Resistividad del medio (Ω--cm)L : Longitud del ánodo (cm)d : Diámetro del ánodo (cm)

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

r=Atransversal ánodo

π

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 resistenciade un ánodo no cilíndrico:

Ranodo no cilíndrico=0, 315Ã

Aexpuesta ánodo (Ec.de McCoy)

donde:

Ranodo nocilíndrico

: Resistencia de un ánodo no cilíndrico (Ω)

ρ : Resistividad del medio (Ω*cm)A expuestaánodo

: Área de superficie expuesta del ánodo (cm2)

9.1.2 Resistencia de un Ánodo Horizontal en Suelo

Rhor=0, 1592Ã

L2, 3 log 4L

d+ 2, 3 log L

h− 2+ 2h

L (Ec.de Dwight)

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donde:

Rhor : Resistencia de un ánodo horizontal (Ω)ρ : Resistividad del medio (Ω*cm)

L : Longitud del ánodo (cm)

d : Diámetro del ánodo (cm)

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

9.1.3 Resistencia de un Ánodo Colgado en Agua

Rcolgado=0, 1592Ã

L2, 3 log 8L

d− 1 (Ec.de Dwight)

donde:

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

ρ : Resistividad del medio (Ω*cm)

L : Longitud del ánodo (cm)

d : Diámetro del ánodo (cm)

9.1.4 Resistencia de un Ánodo tipo Brazalete en Agua

Rbrazalete=0, 315Ã

Aexpuesta ánodo (Ec.de McCoy)

donde:

Rbrazalete : Resistencia de un ánodo tipo brazalete (Ω)

ρ : Resistividad del agua Ω*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 ofreceninterferencia entre sí, siendo la resistencia del grupo de ánodos mayor que la deun solo ánodo.

Fn= 1+ ÃπSRánodo

ln (0, 66N)

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donde:

Fn : Factor de espaciamiento (>1)

ρ : Resistividad del medio (Ω*cm)

S : Distancia entre ánodos (cm)

R ánodo : Resistencia de un ánodo (Ω)


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

Rlecho de ánodo= FnRánodoN

donde:

R lecho de anodos : Resistencia de un lecho de ánodos (Ω)

Fn : Factor de espaciamiento ( > 1 )

R anodo : Resistencia de un ánodo (Ω)


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=ΔV

Ránodo=

Eánodo− Ecátodo polarizadoRánodo

donde:

l ánodo : Corriente de salida del ánodo (A)

R ánodo : Resistencia de un ánodo (Ω)

nV : 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, oun valor más negativo)

El voltaje es la diferencia entre el potencial del ánodo, o fuerza electromotriz, yel potencial del cátodo. Amedida 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).

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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),entonces se 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)

C práctica : Capacidad práctica del ánodo (A.h/kg) (Ver Tabla 6)

l ánodo : Corriente de salida del ánodo (AF 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. Resistividad del medio (Ω--cm).

c. Presencia de Bacterias Reductoras de Sulfato.

d. Temperatura promedio (°C).

e. Tipo de revestimiento.

f. Condición del revestimiento (% área desnuda o con daños) (Ver Tabla 4).

g. Vida útil de la estructura (años).

h. Tipo de ánodo, dimensiones.

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i. Densidad de corriente (mA/m2)

j. Vida útil del sistema de protección catódica (años)Las siguientes ecuaciones 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 (Ω)

R cabezal decables

: Resistencia del cabezal de cables (Ω)

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

Ránodo=0, 00521Ã

L2, 3 log 8L

d− 1 (Ec.de Dwight)

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:

RN=1NRánodo+

Ã′FIS

donde:

RN : Resistencia del lecho de ánodos (Ω)

R ánodo : Resistencia ánodo vertical (Ω)


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

S : Espaciamiento de los ánodos (cm)

Fi : Factor de interferencia entre ánodos adyacentes. Se obtiene a partirde la Tabla 10.

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TABLA 10. 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

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

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Rcabezal de cables= N− 1) * S * Rcable principal + N * Lcable ánodo * Rcable ánodo

R : Resistencia del cabezal de cables (Ω)


S : Espaciamiento de los ánodos (cm)

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

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

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

R cable ánodo : Resistencia del cable del ánodo (Ω/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 aquellos diseños en los cualeslos ánodos se interconecten individualmente a la caja de distribución depositivos.

Rcama vertical=0, 00521ÃN * L2, 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 (Ω)

ρ : Resistividad del medio (Ω--cm)


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 (Ω)

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.

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

R cable negativo : Resistencia del cable negativo (Ω/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 cables negativos

Rtotal cable negativo= Lcable negativo * Rcable negativo

1Rtotal cable negativo

= 1R1+ 1

R2+ 1

R3+ ..+ 1

RN

RN= LN * Rcable positivo

donde:

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

R total cablespositivos

: Resistencia de los cables positivos (Ω). Se define cablepositivo como la longitud de cable que se extiende desdecada ánodo hasta la caja de distribución de positivos.

R total cablesnegativos

: Resistencia del cable negativo (Ω). 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 (Ω)

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



Enel diseñode sistemasdeprotección 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 Tabla11 presenta los tamaños (calibres) de cables necesarios para diversas cargas decorriente, así como las resistencias correspondientes.

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TABLA 11. 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

Restructura=PprotecciónIrequerida

donde:

R estructura : Resistencia de la estructura (Ω)

P protección : Potencial de protección (V)

I requerida : Corriente requerida (A)

Rcircuito= Rlecho vertical+ Restructura+ Rtotal cables

donde:

R circuito : Resistencia del circuito (Ω)

R lecho vertical : Resistencia del lecho vertical (Ω)



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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)


I requrida : Corriente requerida (A)

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.

En la Figura 4 se presenta un esquema de un lecho de ánodos vertical.

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Fig 4. RESISTENCIA DE UN LECHO DE ÁNODOS VERTICAL

Estructura

ρ

ρ

S

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 (Ω)

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

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

Rcabezal de cables= (N− 1) * S * Rcable principal + N * Lcable ánodo * Rcable ánodo

donde:

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


S : Espaciamiento entre ánodos (m)

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

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

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

R cable ánodo : Resistencia del cable del ánodo (Ω/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, 1592Ã

LL2, 3 log 4LL

D+ 2, 3log LL

h− 2+ 2h

LL (Ec.de Dwight)

donde:

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

ρ : Resistividad del medio (Ω * 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:

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.

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

R cable negativo : Resistencia del cable negativo (Ω/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+ 1

R2+ 1

R3+ .+ 1

RN

RN= LN * Rcable positivo

donde:

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

R total cablespositivos

: Resistencia de los cables positivos (Ω). Se define cablepositivo como la longitud de cable que se extiende desdecada ánodo hasta la caja de distribución de positivos.

R total cablenegativo

: Resistencia del cable negativo (Ω). 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 (Ω)

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



Restructura=PprotecciónIrequerida

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donde:


P protección : Potencial de protección (V)


Rcircuito= Rlecho horizontal+ Restructura+ Rtotal cables

donde:


R lechohorizontal

: Resistencia del lecho vertical (Ω)


R cables : Resistencia de los cables (Ω)

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).

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d. Espaciamiento entre ánodos.

e. Capacidad del Transformador/Rectificador (T/R), características (enfriamientocon 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.

Fig 5. 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.

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c. Mejorar la eficiencia de la distribución de corriente.

d. Controlar las corrientes de fuga.

El aislamiento eléctrico consiste en la utilización demateriales 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 estructura deinterés.

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 la 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 instaladosgeneralmente, 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, entre otros.

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b. Tanques dealmacenamiento: Sedeben aislar de estructurasmetálicas queestánconectadas 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 aisladas de lasestructuras adyacentes no revestidas.

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

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

a. Válvulas en Cajas de Válvulas: Serán aisladas en el punto de soporte mediantedos láminas metálicas separadas por una lámina de material aislante.

b. Soportes sobre losMuelles: Se aislarán de las tuberías utilizandomúltiples capasde revestimiento de vidrio saturado con material impregnante o una capa dematerial aislante.

c. Cruce de Líneas y Líneas Paralelas: Se dejará una separación mínima de 305mm (12 pulg) entre líneas que se cruzan para efectos de aislamiento. En loscasos que no se obtenga esta separación se puede aislar utilizando láminas dematerial aislante. El espesor de la lámina aislante dependerá de la distancia entrelíneas. Sin embargo, esta distancia no serámenor de 6,35mm (1/4 pulg). Cuandosea posible, el espacio entre líneas paralelas iguales o mayores a 6 pulgadasserá como mínimo 2,5 veces el diámetro de la línea de mayor diámetro.

d. Conductor de Puesta a Tierra y Tubería de Protección: Estarán aisladas de lassecciones de tubería revestida. Los conductores de puesta a tierra de cobredesnudo, tendrán una separación mínima de 305 mm (12 pulg) de otrasestructuras enterradas de diferente metal y alejados la máxima distancia posiblede sistemas de protección catódica (lechos de ánodos).

e. Estructuras metálicas enterradas de diferentes características: Serán aisladasentre 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 instalandoun descargador de sobretensiones (celda de polarización) en los pernos de lasbridas. Se puede utilizar un puente electrolítico tal como una celda de puesta atierra prefabricada de cinc, a fin de proteger el aislamiento de la brida.

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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 polarización, se usarán en las bridasaisladas donde se desee interrumpir sólo la corriente continua.

11 UBICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE SPCLos puntos demedición se definen como aquellos puntos a lo largo de un sistemametálico enterrado o sumergido protegido, en los cuales se harán mediciones decorriente, potencial y resistencia a fin de evaluar el nivel o condición de laprotección catódica. Estos puntos serán provistos, dentro de los límites defactibilidad económica y lógica, en cantidades suficientes y en intervalosapropiados a fin de minimizar la posibilidad de omitir un área de la estructuraenterrada, no protegida o corroída.

En el caso de estructuras enterradas, los puntos de medición de potencialdeberán instalarse en cadamarcador de kilómetro de la tubería, cruce con casingaislado, cruce de carretera y en cualquier localización que se requiera pornecesidades operacionales. Se debe contemplar la instalación de postes IR.Para tuberías sumergidas, los puntos de medición de potencial deberáninstalarse cada kilómetro o a criterio del ingeniero de proyecto.

Todos los puntos de prueba deberán completarse durante el proceso de tendidode 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 deberánmarcarsecon el número de la estructura a la cual están conectados. Será requisitoobligatorio las pruebas demegado de todos los cables enterrados o empotrados.Para realizar soldaduras exotérmicas cable--tubo se debe utilizar el molde N° 15(ver norma PDVSA CPV--E--H--03000).

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

Se debe contemplar la instalación de cupones como se establece en la normaANSI/NACE RP--01--04.

Fig 7. VISTA PRINCIPAL DEL SISTEMA DE MONITOREO

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El ingeniero de proyecto debe contemplar la instalación del sistema demonitoreoy control remoto de los sistemas de protección catódica (SPC) desarrollado porPDVSA bajo la protección de derechos de autor Copyright © PDVSA GAS 2009,con fin de mantener la supervisión constante de los rectificadores y todos loscomponentes asociados al sistema de protección catódica y garantizar lacorrecta polarización de las estructuras protegidas de forma automática (verFiguras 6, 7 y 8).

Fig 6. SISTEMA DE MONITOREO

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Fig 8. PANEL DE CONTROL

12 PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES

12.1 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 dapor 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, empernadoso remachados fabricados en el área operativa o en talleres. Sin embargo, noespecifica diseños para situaciones particulares debido a que las variadascondiciones en las cuales va a 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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12.2 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 para determinar si el fondo de un tanque de acero requiereprotección catódica.

12.2.1 Limitaciones para la Aplicación de Protección Catódica a Fondos deTanques

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

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

b. Suelos con alta resistividad o fundaciones rocosas.

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

12.2.2 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 o 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.

12.2.3 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 con ánodosy electrodos de referencia permanentes, instalados en el fondo.

b. Tanques Existentes

Verificar operatividad del SPC y reemplazar ánodos en caso de agotamiento.

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12.3 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 hayaningún desecho comomadera, electrodos de soldadura,piedras o arcilla en el material de relleno. El tamaño de las partículas de estematerial debe ser lo más uniforme posible y con una granulometría fina que leproporcione 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 nivelmáselevado para permitir el desagüe adecuado fuera del fondo del tanque.

12.3.1 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.

12.3.2 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. La preparación del suelo que soportará laplaca de concreto es muy importante ya que asegura la continuidad de ésta. Unsuelo inestable puede inducir grietas en el concreto a través del cual permearáagua y contaminantes hacia el fondo del tanque generando un ambientecorrosivo. De igual manera, la entrada de estas sustancias corrosivas puedeocurrir por la periferia del tanque. La protección catódica no es considerada unmedio efectivo para combatir esta corrosión.

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

12.3.3 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. Posiblementesea más importante para el asfalto que para el concreto un programa demantenimiento para prevenir las grietas y acumulación de agua entre elpavimento y el fondo del tanque, debido a que el asfalto no es inherentementealcalino y, por consiguiente, no tiene la capacidad deprevenir la corrosión en casode existir grietas.

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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. De hecho, el asfalto dañado puede generarun efecto pantalla en la corriente de protección catódica de lamismamanera queun revestimiento desprendido en una tubería.

12.3.4 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 se debe a que la corrosiónpuede ocurrir por la filtración de agua de lluvia o un nivel freático poco profundo.En la Tabla 12 presenta una guía para interpretar los datos del análisis químicode pH, contenido de cloruros y sulfato.

TABLA 12. 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

Nota: La presencia de lamezcla dearena conRC2bajo los fondosde los tanques,no ha sido comprobada como una medida eficaz de control de corrosión.

12.4 Factores que Deben Ser Considerados12.4.1 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 ya 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 drenadapodría secar el terreno aumentando su resistividad.

12.4.2 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, entre los más importantes destacan:

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.

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b. Aplicar protección catódica a fondos nuevos con ánodos y electrodos dereferencia permanentes, instalados entre los dos fondos (ver Figura 9).

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 Figura 10).

Fig 9. 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 FONDO NUEVO

12.4.3 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.

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c. Membrana no metálica impermeable.

1. Si se utiliza una membrana impermeable como sistema secundario decontención en forma local o sobre toda el área del dique antes de construirel nuevo tanque, la opción de un sistema de protección catódica estaráseveramente limitada, porque la membrana actúa como una barrera al flujode corriente eléctrica necesaria para la protección. Otra consecuencia deestos sistemas de contención, es que pueden atrapar líquidos corrosivosque aumentan los niveles de corrosión del fondo del tanque.

2. Si debajo del fondo del tanque se coloca una capa de bentonita comosistema secundario de contención, ésta no afectará significativamente laoperatividad de los sistemas de protección catódica convencionales.

3. Para los casos donde se aplique diseño de doble fondo, ver la sección12.4.2.

4. Para instalar un sistema de protección catódica por corriente impresa a untanque existente, construido sobre un área con membrana de contención,una opción es instalar los ánodos en hoyos de poca profundidad angulares(entre 30 y 45 grados) u horizontales, taladrados desde la periferia deltanque. Esto es posible solamente si hay suficiente profundidad entre elfondo y la membrana para que la integridad de dicha membrana no se veacomprometida. En las Figuras 11 y 12 se muestra una instalación típica deánodos.

5. Los fondos de tanques nuevos construidos sobre un área para tanques conmembrana de contención pueden ser protegidos con un sistema deprotección catódica por corriente impresa, utilizando ánodos de malla decintas de titanio instalada durante la construcción (ver Figura 10).

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Fig 10. DISEÑO TÍPICO CON ÁNODOS DE METAL REVESTIDO PARA UN TANQUENUEVO O CON DOBLE FONDO

ANILLO ELECTRODO DE REFERENCIA

BARRAS DE ALIMENTACIÓN

ANODOS DE CINTASMETAL. REVESTIDO

RECTIFICADOR

CAJA DECONEXIÓN

11

2

3

LOS ÁNODOS DEBENESTAR INSTALADOS

ENTRE EL FONDO DELTANQUE Y LA MEMBRANA CABLES

POSITIVOS ALRECTIFICADOR

DIQUE

MEMBRANAIMPERMEABLE

CORRIENTE DEPROTECCIÓN CATÓDICADESDE LECHOSCONVENCIONALES

DIQUE

Fig 12. ARREGLO TÍPICO PARA LA INSTALACIÓN DE ÁNODOS EN POSICIÓN ANGULAR

X

X

XX

XX

X XTANQUE

+_

CABLE DE

ALIMENTACIÓN DE

ÁNODOS

ÁNODOS

CAJA DE CONEXIÓN

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Fig 11. INSTALACIÓN DE LOS ÁNODOS EN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO CONMEMBRANA DE CONTENCIÓN

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12.5 Tipos de Protección Catódica AplicablesLa protección catódica es un método ampliamente aceptado para el control dela corrosión de fondos de tanques. Básicamente se aplican las mismas técnicasde protección catódica que fueron tratadas en las secciones 7 y 8.

12.5.1 Consideraciones de Diseño para Ánodos Galvánicos

A continuación se dan algunas consideraciones particulares que deben tomarseen cuenta 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.

12.5.2 Consideraciones de Diseño para Corriente Impresa

Es la técnica de protección catódica más comúnmente usada para protegerfondos de tanques (internos y externos), ya que permite proteger unamayor áreasuperficial para un tiempo de vida útil más prolongado.

La protección catódica por corriente impresa es discutida ampliamente en lasección 8.

12.6 Puesta en Marcha y PruebasCada 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.

13 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CONPRODUCCIÓN DE PETROLEO Y GAS

13.1 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 demuelles y plataformas marinas utilizadaspara elmanejo 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.

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

13.2.1 Consideraciones Iniciales

En el diseño de un sistema de protección catódica para estructuras de muellesy plataformasmarinas, se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

a. Los diseños deben ser realizados por personal calificado, con sólidosconocimientos en ciencias físicas, matemáticas, ingeniería y experiencia en elcontrol de la corrosión externa de estructuras costa afuera.

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

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

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

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

f. Iniciar la evaluación en conjunto para determinar posibles efectos del sistema dePC propuesto sobre las estructuras de otros (o futura instalación) en lasproximidades.

13.2.2 Condiciones del Área de Construcción

Además de los dados 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 oxígeno, velocidad, turbulencia,temperatura, resistividad del agua, efectos de marea, arena y sólidossuspendidos.

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13.2.3 Historial de Operación, Datos de Campo y Pruebas de Corrosión

Se 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).

13.3 Tipos de Sistemas para Protección Catódica

13.3.1 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 ánodosgalvánicos). Estas aleaciones pueden ser de diferentes formas y tamaños, deacuerdo a la densidad y distribución de corriente necesaria para proteger unaestructura específica. El método para anexar los ánodos a la estructura va adepender del tipo y aplicación, pero se debe mantener la condición de bajaresistencia en el contacto 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 densidadesde corrientemuybajas 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 deesfuerzo que pueden inducir agrietamiento por fatiga. Los nodos son también,zonas de gran área superficial metálica y de geometría compleja que requierenuna mayor densidad de corriente para su protección y vencer el efecto pantalla.Los procedimientos de soldadura autorizados (WPS) deben estar debidamentecalificados (PQR) para asegurar la resistenciamecánica 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, entre otros. Es importante que el núcleo sea capaz de resistir a lafuerza de las olas en las etapas posteriores de consumo, cuando el cuerpo delánodo presenta 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 delos ánodos, pletinas demayor espesor u otromecanismo previamente aprobado.

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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 elmaterialde los ánodos no se pasiva cuando es cubierto por el lodo. En este caso debeconsiderarse la reducción en la salida de corriente y la disminución de eficienciade los ánodos cubiertos por lodo.

g. Con la finalidad demonitorear las condicionesmecánicas y parámetros eléctricosdel conjunto de ánodos galvánicos en una estructura, se deben instalar ánodosmonitores en las áreas de la estructura conmayor riesgo de daño mecánico parael sistema de ánodos. Estos ánodos deben sermontados sobre la estructura, conun mecanismo aislante que permita medir el drenaje de corriente desde laplataforma.

13.3.2 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, ofundición de ferrosilicio (en la sección 8 de esta norma se especifican losmateriales de ánodos para corriente impresa).

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

c. El material del aislamiento del cable y la conexión debe ser resistente al cloruro,hidrocarburos y otros agentes químicos nocivos (ver sección 310 del CódigoEléctrico Nacional).

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 poleas mecánicas u otros mediosde recuperación 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. Algunosmétodos 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.

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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 sobremiembros sumergidos de la estructurausando los soportes salientes anexos a la estructura. Se necesita laasistencia de un buzo para este tipo de instalación de ánodos.

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 de1,50 m pero proporcional a la magnitud de corriente). Si no se puede manteneresta distancia mínima de 1,50 m 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.

13.3.3 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 esmás pequeña que un sistema convencionalde largo tiempo, éste requerirá un cuidadosodiseño para asegurar unaadecuadacantidad y distribución de corriente.

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

13.4.1 Área Total a Proteger

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

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

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

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d. Estructuras vecinas sin protección y sin aislamiento.

13.4.2 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 está en el rangode 55 a 430 mA/m2. En la Tabla 2 se dan valores típicos de varias zonas a escalamundial. Alternativamente, basado en datos de campo y resultados de pruebasen laboratorio, fue propuesto (por Hartt y Lemieux) que la densidad media decorriente de diseño, im, puede ser calculada a través de la siguiente ecuación.

im= 10(a+c δ)xTdb+ 1

donde:

δ = desviación estándar de los datos de im

Td = tiempo de vida útil

c = factor de seguridad como múltiplo de δ

a y b = son constantes

Los valores para a, b ya fueron determinados para agua fría y caliente según semuestra en la Tabla 13. El valor de c es seleccionado basándose en el factor deseguridad que está apropiadamente ajustado con respecto a los excesos delsistema. El mismo fue presentado para que los valores im de diseño de la Tabla14 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 ecuaciónanterior para lugares con agua caliente aun con c = 2, que abarca 97,50% de losdatos.

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

TABLA 13. PARÁMETROS DE DISEÑO

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 dedensidades de corriente para la zonaenterrada están entre10 y 30 mA/m2.

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TABLA 14. CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

Área deResistividaddel Agua Temperatura Factores Ambientales Densidad de Corriente (mA/m2)Área de

Produccióndel Agua(Ω--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

OccidentalUS Mar del

Norte26 a 33 0 a 12 Alta Moderada 180 90 120

GolfoArábico 15 30 Moderada Baja 130 65 90

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

c. Enel caso de plataformasde 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.

13.4.3 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 unamáxima eficienciaen la distribución de corriente. Cuando estos ánodos sonmontados por lomenosa 30 cm de los miembros de la estructura, se asume, desde el punto de vista dediseño, una distribución uniforme de la corriente.

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c. Los ánodos de corriente impresa sonmás pequeñosen número y diseñadosparatener 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.

14 PROTECCIÓN DE EMBARCACIONESLa protección externa de los cascos de unidades flotantes (gabarras,remolcadores y lanchas) depende principalmente de los revestimientos. Sinembargo, el recubrimiento puede ser removido en áreas localizadas debido adañosmecánicos. 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”.

15 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

15.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers)15.1.1 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 ánodosmás comúnmente usados son de aluminio--indio, manteniéndose unmonitoreo continuo de desempeño para programar su reemplazo.

15.1.2 Requerimientos de CorrienteCuando 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 de110a220mA/m2; requiriendomayor cantidadde ánodos a medida que la temperatura aumente.

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

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

15.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo

15.2.1 En intercambiadores de calor donde se encuentren partes de acero al carbonoy semaneje agua fresca, se deben proteger con ánodos de zinc (Zn) o magnesio(Mg); y donde se maneje agua salada se emplearán ánodos de aluminio--indio.

15.2.2 Enenfriadores, condensadores e intercambiadores construidos de aleacionesnoferrosas comoNi--Al, Al brass (latón al Al) y bronce, debenprotegerse conánodosde 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 lostubos internamente obtienen una disminución a la erosión por efectos de lavelocidad del agua.

En ambos casos (15.2.1 y 15.2.2), deben ser colocados en la zona de máximaturbulencia para mantener despolarizada la superficie.

16 APLICACIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA PARA LASUPERFICIE EXTERNA DE CAMISAS DE ACERO ENPOZOS DE PRODUCCIÓN

Los procedimientos y requerimientos mínimos de diseño para el control decorrosión externa de camisas de acero en pozos de producción aplicandoprotección catódica son referidos a la práctica recomendada NACE RP--0186.

Estos diseños deben ser realizados por personal calificado, con sólidosconocimientos en ciencias físicas, matemáticas, ingeniería y experiencia en elcontrol de la corrosión externa en camisas de pozos.

17 PRECAUCIONES DE SEGURIDADEn los sistemas de protección catódica se hace necesario el uso de equiposeléctricos, por lo tanto, se deben cumplir las normativas de seguridad en las áreaspeligrosas.

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Los rectificadores, interruptores y cables son equipos eléctricos que puedengenerar chispas o arcos eléctricos debido a una falla o falso contacto. En esesentido es mandatorio aplicar las consideraciones expresadas en las normasPDVSA IR--E--01 “CLASIFICACION DE AREAS”, N--201 “Obras Eléctricas”,COVENIN 548--71 “Recomendaciones para clasificar instalaciones eléctricas enrefinerías de petróleo”, COVENIN 552 – 92 “Disposiciones sobre Puesta a Tierray Puentes de Unión en Instalaciones en Áreas Peligrosas (Especialmente en laIndustria Petrolera)” y FONDONORMA 200 “Código Eléctrico Nacional”.

18 CONSIDERACIONES ECONÓMICASEl costo de protección catódica un sistema bien diseñado sólo es un pequeñoporcentaje de la inversión total de la instalación protegida. Preferiblemente esteporcentaje no debe exceder del 5 %.

19 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:

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

19.2 Registros Relativos a Facilidades Asociadas al Sistema.

19.3 Registro de los Cálculos de Diseño y Pruebas de Campo.

19.4 Planos y Detalles de Construcción e Instalación.

19.5 Se deben conservar los cambios realizados sobre la ingeniería oespecificaciones de construcción en planos “como construidos”.

20 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.

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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.

21 ANEXOS

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ANEXO A CONSTRUCCIÓN DE CERCA TIPO JAULALa construcción incluye toda la mano de obra, materiales, servicios y equiposnecesarios e incidentales para su ejecución, con la finalidad de resguardar losequipos periféricos del SPC (generalmente ubicados fuera de estaciones demanejo de gas) (ver Figura 13). Todo lo anterior, deberá realizarse cumpliendolas normas técnicas aplicables vigentes y mejores prácticas.

Fig 13. CERCA JAULA PROTECTORA

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ANEXO A: CONSTRUCCIÓN DE CERCA TIPO JAULA (CONT.)

La ejecución de esta actividad, contempla lo siguiente:

A.1 Manipulación y transporte de materiales y equipos.

A.2 Construcción de cerca protectora con puerta. La misma será fabricada contubería recuperada de perforación preferiblemente de diámetro 3½” y 1½”. Loselementos verticales de la cerca serán de diámetro 3½”, tendrán una alturaaproximada entre 2,50 y 3,50m; todos los accesos deberán construirse (puertasy ventanas para accesos) con tubería de diámetro 1½”.

Se deben considerar la soldadura de tapas en el extremo superior del tubo, lalámina debe ser estriada o lisa de espesor 5/16”.

A.3 Para el empotramiento de los tubos verticales de ∅ 3½”, se requiere unaexcavación de zanja de una profundidad de 0,60 m por 0,40 m de ancho.Inicialmente se colocará un primer relleno de concreto de 0,1 m de profundidad(resistencia Rc = 200 kg/cm2), donde una vez seco se colocará una tuberíaacostada de∅1½”, sobre esta tubería se unirán con soldadura el extremo inferiorde las tuberías de ∅ 3½”. Culminado lo anterior, se colocará otro relleno deconcreto de una profundidad de 0,30 m. Finalmente el resto de la zanja serellenará con tierra. En las Figuras 14 y 15, se indican detalles para laconstrucción de la cerca tipo jaula.

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Fig 14. DETALLE CONSTRUCCIÓN CERCA TIPO JAULA

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Fig 15. DETALLE CONSTRUCCIÓN CERCA TIPO JAULA

ha-201.criterios de diseño para sistemas de proteccion catodica

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