parte 22 la corrosión y la protección de las ... · pdf fileespeciﬁ caciones...

Parte 22La corrosión y la protección de las instalaciones de gas

Preparado: E. Alberto Hernández MartínResponsable Calidad

Firma y fecha: 2008.10.16

Revisado: Ana María García GascóDirector de certifi cación


Aprobado: Ana María García GascóSecretaria Consejo de Administración


Especifi caciones técnicas CONAIF-SEDIGAS para la certifi cación de instaladores de gas. Materias específi cas Tipo A

Parte 22. La corrosión y la protección de las instalaciones de gas

Revisión 0

Octubre 2008

Página 1 de 35



Revisión 0

Octubre 2008

Página 2 de 35

22.1. Introducción .......................................................................................................................... 4

22.2. Conceptos básicos de la corrosión ......................................................................................... 4 22.2.1. Estructura del átomo ................................................................................................ 4 22.2.2. Corriente eléctrica .................................................................................................... 5 22.2.3. Iones ........................................................................................................................ 5 22.2.4. Electrolito ................................................................................................................. 6 22.2.5. Potencial electroquímico ........................................................................................... 6 22.2.6. Pila electroquímica o galvánica. Corrientes galvánicas ............................................... 8

22.3. Causas por las que se produce la corrosión en las tuberías de acero enterradas ...................... 10 22.3.1. Corrosión por ataque directo. Corrosión química ...................................................... 10 22.3.2. Corrosión electroquímica .......................................................................................... 11 22.3.2.1. Corrosión por disimilitud de materiales ...................................................... 12 22.3.2.2. Corrosión uniforme de un metal.

Zonas catódicas y anódicas adyacentes ...................................................... 12 22.3.2.3. Corrosión por disimilitud de electrólitos ..................................................... 13 22.3.2.3.1. Pilas de oxigenación diferencial ............................................... 13 22.3.2.3.2. Pilas geológicas ....................................................................... 14 22.3.2.4. Corrosión por corrientes vagabundas ........................................................ 15 22.3.3. Corrosión bacteriana................................................................................................. 15

22.4. Formas en que se presenta la corrosión .................................................................................. 15

22.5. Tipos de protección ............................................................................................................... 16 22.5.1. Protecciones pasivas.................................................................................................. 16 22.5.1. Protecciones activas. Protección catódica .................................................................. 16

22.6. Procedimientos de protección pasiva ..................................................................................... 17 22.6.1. Pinturas .................................................................................................................... 17 22.6.2. Revestimiento con cintas plásticas ............................................................................. 17 22.6.2.1. Propiedades .............................................................................................. 17 22.6.2.2. Tipos de cintas .......................................................................................... 18 22.6.2.3. Normas de aplicación de los revestimientos con cintas plásticas ................. 18 22.6.2.3.1. Aplicación en frío de bandas plásticas autoadhesivas ............... 18 22.6.2.3.2. Aplicación en frío de bandas plásticas no adhesivas

con imprimación ..................................................................... 19 22.6.2.3.3. Aplicación de productos termorretráctiles ................................ 19 22.6.3. Juntas dieléctricas o aislantes .................................................................................... 20 22.6.3.1. Tipos de juntas dieléctricas o aislantes ....................................................... 21

22.7. Procedimientos de protección activa ...................................................................................... 22 22.7.1. Protección por ánodos reactivos o de sacrifi cio .......................................................... 22 22.7.2. Protección por corriente impuesta ............................................................................. 24



Revisión 0

Octubre 2008

Página 3 de 35

22.7.3. Procedimientos para eliminar los efectos de las corrientes vagabundas ...................... 25 22.7.3.1. Drenajes unidireccionales .......................................................................... 25 22.7.3.2. Drenajes indirectos o dirigidos ................................................................... 25 22.7.4. Control del potencial de protección .......................................................................... 25 22.7.4.1. Electrodo de referencia cobre/sulfato de cobre (Cu/Cu So4) ........................ 27

22.8. La corrosión en las tuberías de cobre y su protección ............................................................ 28

22.9. Puesta a tierra ...................................................................................................................... 28

22.10. Disposiciones reglamentarias de protección contra la corrosión de las instalaciones receptoras de gas ................................................................................................................. 28

22.11. Recomendaciones prácticas .................................................................................................. 29 22.11.1. Tuberías de acero ................................................................................................... 29 22.11.2. Tuberías de cobre ................................................................................................... 34

22.12. Cualifi cacion del personal y competencias ............................................................................ 35



Revisión 0

Octubre 2008

Página 4 de 35

22.1. INTRODUCCIÓNEn este capítulo se dan unas nociones básicas sobre el fenómeno de la corrosión y las formas de proteger las estructuras metálicas. Es de aplicación exclusiva para los instaladores de Categoría A.

El problema de la corrosión es uno de los más graves con que se enfrenta actualmente la in-dustria, dado que las pérdidas que causa directamente son enormes. Con todo, las pérdidas indirectas, si bien difíciles de evaluar, son todavía superiores.

Las conducciones de acero para gas no son ajenas a este problema, sino que más bien son pro-picias a la corrosión a causa del medio en que se encuentran, con el agravante de que en ellas el ataque queda circunscrito a pequeñas zonas, de forma que la masa del material afectado es insignifi cante respecto a la totalidad de la conducción, pero en estas zonas la alteración se halla concentrada, formando picaduras que obligan a la sustitución de importantes tramos de con-ducción. Si esta corrosión hubiera tenido lugar de modo uniforme, habría pasado desapercibida durante mucho tiempo, no afectando al buen servicio de la conducción.

La sustitución o reparación de un tramo afectado entraña elevados gastos, en los que en la ma-yoría de los casos el coste propio de los tubos signifi ca un -gasto menor frente a los asociados, tales como apertura de zanjas, maniobras de ex plotación, permisos, daños a terceros, etc.

22.2. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA CORROSIÓNCon la excepción de algunos metales nobles, tales como el oro y el platino, la mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza en forma de minerales (óxidos o sales) que constituyen las formas estables de estos metales.

Para obtener los metales en condiciones aptas para las aplicaciones industriales, se han de “puri-fi car” sus minerales sometiéndolos a una serie de transformaciones metalúrgicas que destruyen su equilibrio natural.

Los metales puros así obtenidos (por ejemplo el hierro) abandonados a la acción de la naturale-za, (canalizaciones enterradas o sumergidas o simplemente expuestas a la intemperie), se trans-forman más o menos rápidamente hasta alcanzar el estado estable de los minerales naturales: óxidos o sales.

Esta degradación, el retorno a su estado natural, es la corrosión.

22.2.1. Estructura del átomo

De manera simplifi cada se puede representar el átomo por un núcleo con una determinada carga eléctrica positiva rodeado por una nube de electrones con la misma carga eléctrica nega-tiva. El conjunto núcleo-nube de electrones es eléctricamente neutro, es decir, se encuentra en equilibrio eléctrico.

En este modelo se representa la nube electrónica como una sucesión de capas u órbitas con-céntricas de electrones en cuyo centro se encuentra el núcleo. La última capa de electrones, la más exterior y alejada del núcleo, es prácticamente la única activa, por ello es particularmente importante en los fenómenos de la corrosión y de la protección, así como de la conducción de la electricidad en el caso de los metales.

MANUAL PARA INSTALADORES AUTORIZADOS DE GAS Vol. 2 4



Revisión 0

Octubre 2008

Página 5 de 35

22.2.2. Corriente eléctrica

Los electrones de la última órbita de los átomos de los metales tienen gran movilidad, pudiendo desplazarse de unos átomos a otros cuando se somete al metal a una diferencia de potencial.

Este desplazamiento de electrones se denomina corriente eléctrica.

22.2.3. Iones

Los átomos de los metales puros son eléctricamente neutros. Sin embargo, debido al número y distribución de los electrones en las órbitas, son inestables y por ello, de forma natural, evolucio-nan para adquirir otra estructura más estable.

En esta evolución los átomos de los metales pueden ceder uno o varios de los electrones de su última órbita quedando el átomo eléctricamente activo. En el caso de los metales, al haber per-dido electrones predomina la carga positiva de su núcleo. Es decir, el átomo se convierte en una partícula con carga eléctrica positiva.

Por el contrario, existen otras sustancias que para adquirir una estructura más estable toman uno o varios electrones, que añaden a los de su última órbita, convirtiéndose con ello en una partícula con carga eléctrica negativa.

Tales partículas, denominadas iones, son más estables que sus átomos neutros, diferenciándose de éstos en el número de electrones de su última órbita, siendo por tal motivo eléctricamente activos.

Bien de forma natural o por otras causas, los átomos pueden tomar o perder electrones en su úl-tima órbita para convertirse en el correspondiente ion, diciéndose por ello que el átomo se ioniza.

Ejemplo:

Al introducir una barra de hierro puro (Fe) en agua, algunos de sus átomos se ionizan, formán-dose el ion ferroso con carga eléctrica positiva.

Hierro puro → Ion Ferroso + Electrones cedidos

Fe (en agua) → Fe2+ + 2e-

Por su carga eléctrica los iones responden a las diferencias de po tencial, siendo atraídos por el polo eléctrico opuesto al de su signo. Así los iones positivos son atraídos por el polo (o electrodo) negativo y los iones negativos lo son por el polo (o electrodo) positivo.

Ion positivo Ion negativo



Revisión 0

Octubre 2008

Página 6 de 35

22.2.4. Electrolito

Un electrolito es un líquido o un sólido capaz de conducir la co rriente eléctrica. Esta conducción es de naturaleza iónica, mientras que la conducción de los metales es de carácter electrónico.

Los electrólitos que aquí nos ocupan son los de tipo acuoso o húmedos, tales como agua, solu-ciones salinas, humedad de la atmósfera y de los suelos, en los que se encuentran inmersos las conducciones y depósitos de gas.

El suelo es un medio complejo que contiene tanto sales minerales como orgánicas (humus, por ejemplo), además de ácidos y bases, junto con gases como el oxígeno y, sobre todo, agua, que disuelve todos los productos antes citados y facilita la ionización de los metales para formar un medio conductor. Por su comportamiento el suelo es un electrolito.

El agua pura es eléctricamente neutra. En realidad una gota de agua está compuesta por mu-chos millones de moléculas de agua H2O, iones hidroxilo OH- e iones hidrógeno H+, en la misma proporción, cuyas cargas eléctricas se neutralizan entre sí:

agua pura = H2O + OH- + H+

22.2.5. Potencial electroquímico

Al introducir un metal en un electrolito adecuado algunos átomos del metal pasan al líquido, ce-diendo electrones para tomar la confi guración más estable de ion positivo. Cuando esto ocurre, parte del metal se disuelve como ion positivo y la parte metálica no disuelta se queda con los electrones cedidos, por lo que se carga negativamente actuando de electrodo.

Entre los electrones en exceso (cargas negativas) que tiene el electrodo y los iones positivos del metal que pasan al electrolito se establecen fuerzas de atracción electrostática. Estas fuerzas se oponen a la formación de nuevos iones de metal y a la dispersión de los formados en el electrolito, es decir, se establecen fuerzas eléctricas opuestas entre el metal, sus iones y sus electrones, lo que se traduce en la existencia de un potencial del metal en el electrolito denominado potencial electroquímico.

Este potencial de equilibrio es distinto para cada metal, dependiendo también del tipo de electrolito.

Para asignar valores al potencial electroquímico que alcanza cada metal, ha de establecerse una referencia, habiéndose convenido asignar el valor O (cero) al potencial del electrodo de hidróge-no (consistente en una plaquita de platino inmersa en una atmósfera de hidrógeno).

Electrólito

Batería

Electrólito

Metal M+ iones metale- electrones libres



Revisión 0

Octubre 2008

Página 7 de 35

Tomando esta referencia se puede preparar una tabla con los valores de potencial electroquímico correspondientes a cada metal.

Potenciales electroquímicos de los principales metales

Símbolo Electrones cedidos

Nombre del metalPotencial electroquímico

(Voltios)Metal Ion

Au Au+++ + 3e- Oro + 1,42 más noble

menos noble

Pt Pt++ + 2e- Platino + 1,20

Ag Ag+ + e- Plata + 0,80

Cu Cu++ + 2e- Cobre + 0,34

H2 2H+ + 2e- Hidrógeno - 0.00

Pb Pb++ + 2e- Plomo - 0,13

Sn Sn++ + 2e- Estaño - 0,14

Ni Ni++ + 2e- Níquel - 0,25

Fe Fe++ + 2e- Hierro - 0,44

Cr Cr~+ + 3e- Cromo - 0,71

Zn Zn++ + 2e- Cinc - 0,76

Al Al ~+ + 3e- Aluminio - 1,67

Mg Mg++ + 2e- Magnesio - 2,34

De la tabla anterior el magnesio es el metal menos noble, es decir, el de menor potencial electro-químico, y el oro el más noble, es decir, el de mayor potencial electroquímico.

Los siguientes términos son equivalentes:

Más noble = de mayor potencial electroquímico = más electropositivo = menos electronegativo = menos activo

Menos noble = de menor potencial electroquímico = menos electropositivo = más electronega-tivo = más activo

Cobre + 0’34

Nivel de referencia

DPE 1’1 V

Hierro - 0’44DPE 0,78 V

DPE 0,32 V

Cinc - 0’76

DPE = Diferencia depotencial electroquímicoentre dos materiales



Revisión 0

Octubre 2008

Página 8 de 35

El hierro es menos noble que el cobre pero más noble que el cinc, ya que es más electronegativo que el cobre y menos que el cinc.

22.2.6. Pila electroquímica o galvánica. Corrientes galvánicas

Si se sumergen dos metales distintos en una misma solución, éstos, tras ceder iones al electrolito, alcanzarán sus potenciales respectivos, existiendo entre ellos una diferencia de potencial eléctri-co susceptible de ser medida con un voltímetro o incluso de ser aprovechada para alimentar un aparato eléctrico. En este fenómeno se basa el principio de la pila electroquímica.

Aparte de la fuerza electromotriz (F.E.M.) generada por los dos metales, si se cortocircuitan los dos metales por el exterior del electrolito mediante un cable conductor, sucede que:

ß En el electrodo formado por el metal de potencial más electronegativo habrá salida de electrones a través del conductor exterior hacia el otro metal, y al mismo tiempo, sus iones positivos se precipitarán en el electrolito, corroyéndose y deteriorándose por ello el metal. Este electrodo constituye el ÁNODO del proceso y su polaridad es POSITIVA.

ß Debido a sus cargas eléctricas, los dos iones presentes en el electrolito, hidroxilo, OH-, e hidrógeno, H+, se desplazarán hacia los electrodos de polaridad opuesta.

ß Los iones desprendidos del metal que hace de ánodo, M++, reaccionarán con los iones hidroxilo presentes en el electrolito, dando lugar a una molécula de hidróxido del metal, M(OH)2, el cual si es soluble, se disolverá en el electrolito, y si no lo es, precipitará como sólido.

M++ + 2 OH M (OH)2

ß Los iones hidrógeno buscarán el electrón que les falta en el otro electrodo, en el cual hay exceso de electrones procedentes del ánodo, formando átomos de hidrógeno y éstos a su vez molécu las, con lo que habrá desprendimiento de hidrógeno en forma de gas sobre la superfi cie de este metal. Este electrodo constituye el CÁTODO del proceso y su polaridad es NEGATIVA.

Como se ha visto, al establecerse la pila electroquímica en el conductor exterior se genera una corriente eléctrica y a su vez, en el electrolito otra corriente, denominadas corrientes galvánicas, cuya naturaleza es diferente de la eléctrica. La corriente eléctrica es debida al desplazamiento en un solo sentido de los electrones en el seno de un conductor generalmente metálico. Las corrien-tes galvánicas se deben al desplazamiento en ambos sentidos de los iones positivos y negativos en el seno de un electrolito.



Revisión 0

Octubre 2008

Página 9 de 35

ß Químicamente, en el ánodo tiene lugar una oxidación (pérdida de electrones)

Metal Metal++ + 2 e-

y en el cátodo una reducción (ganancia de electrones):

2 H+ + 2 e- H2 (gas)

Obsérvese que es el ánodo el que sufre corrosión, mientras que el cátodo se mantiene protegido a expensas de aquél.

Ejemplo: Si en una conducción enterrada de acero se hace una aco metida de cobre, debido a la diferencia de potencial electroquímico entre ambos materiales y a la acción del suelo, que actúa como electrolito, se crea una pila en la que la canalización de acero hace de ánodo, corroyéndo-se, y la acometida de cobre de cátodo.

a) Inicio de proceso. b) Oxidación en el ánodo.

c) Las partículas reaccionan. d) Reducción en el cátodo. Desprendimiento de hidrógeno. Disolución del metal del ánodo.

Ánodo Cátodo

Tubería de cobre

Tubería de acero

Cátodo

Ánodo



Revisión 0

Octubre 2008

Página 10 de 35

El efecto contrario tendrá lugar si a la conducción de acero se le hace una acometida con un tubo de acero galvanizado (acero recubierto de una película de cinc) La tubería de acero actuará de cátodo y el cinc de la acometida de ánodo. El cinc terminará disolviéndose en el electrolito.

22.3. CAUSAS POR LAS QUE SE PRODUCE LA CORROSIÓN EN LAS TUBERÍAS DE ACERO ENTERRADAS

Al entrar en contacto una tubería de acero con un electrolito, se inicia en su superfi cie, de forma espontánea, la ionización de las moléculas de hierro.

Imaginemos por un momento que el electrolito no interviniera en el proceso:

El metal de la tubería se iría cargando negativamente por los electrones cedidos en la formación de los iones de hierro y, a la inversa, el electrolito se cargaría positivamente por los iones de metal en el disuelto. El proceso continuará hasta alcanzar el equilibrio que defi ne el potencial electroquímico. En este momento se detendría el proceso de ionización del metal y con ello su disolución en el electrolito, con otras palabras, se detendría la corrosión del acero.

Visto de este modo, el equilibrio depende de que no desaparezcan los electrones de la superfi cie de la tubería.

En general, la realidad es muy distinta. Al enterrar una tubería, el metal se encuentra inmerso en un electrolito húmedo, muy complejo, compuesto por una enorme cantidad de iones, más o me-nos activos, es decir necesitados de electrones, entre los que tienen lugar multitud de reacciones con la consiguiente captación de electrones que imposibilitan el supuesto equilibrio. Lo normal es que dicho equilibrio no se alcance nunca, es decir, que el proceso de corrosión continúe hasta la total corrosión de la tubería en un plazo de tiempo más o menos largo.

Según donde se produzca la captación de los electrones del hierro por los iones del electrolito se distinguen dos tipos de corrosión:

ß Corrosión química o por ataque directo

ß Corrosión electroquímica.

22.3.1. Corrosión por ataque directo. Corrosión química

La corrosión química se caracteriza por que los electrones cedidos por el ion del metal son cap-tados en el mismo sitio en que este se formó, es decir, no hay un desplazamiento de electrones en el interior del metal.

Tubería de cobre

Tubería de acero

Cátodo

Ánodo



Revisión 0

Octubre 2008

Página 11 de 35

El terreno en el que se encuentra inmersa una tubería enterrada es un electrolito más o menos húmedo y oxigenado, formado por tie rras que, como compuestos químicos que son, tienen un marcado carácter ácido o alcalino, capaz de oxidar el hierro y provocar la corrosión química de las tuberías de acero.

22.3.2. Corrosión electroquímica

En las pilas electroquímicas, en el ánodo se origina un fl ujo de electrones (corriente eléctrica) que se desplaza por todo el circuito eléctrico hasta alcanzar el cátodo donde los electrones son captados por iones del electrolito.

Salvo algunas excepciones, en este proceso el metal del cátodo no sufre ningún desgaste, sino más bien todo lo contrario, ya que es protegido a expensas del ánodo que se va disolviendo en forma de iones metálicos en el electrolito. Con otras palabras, en las pilas electroquímicas el cátodo se encuentra protegido por el ánodo y este sufre una corrosión electroquímica.

Al enterrar una tubería de acero en un electrolito tan complejo como el suelo, es muy probable que entre unas partes y otras de la tubería se formen distintos tipos de pilas electroquímicas. Unos tramos de la canalización se comportarán como cátodos y estarán protegidos y otros como ánodos y sufrirán corrosión electroquímica.

La corrosión electroquímica es la que en mayor medida sufren las tuberías enterradas. Es con-veniente destacar que ciertas circunstancias y disposiciones de los elementos de una instalación favorecen este tipo de corrosión. Al objeto de preverlas y evitarlas en la medida de lo posible, en los siguientes apartados se describen los más importantes.

a) Se inicia la ionización del hierro en medio ácido

b) La molécula de hierro se ioniza cediendo dos electrones a la vez que se disuelve en el electrolito

c) Los iones H+ del electrolito captan los electrones para formar un átomo de hidrógeno

d) Dos átomos de hidrógeno se unen para dar una molécula de hidrógeno gaseoso



Revisión 0

Octubre 2008

Página 12 de 35

22.3.2.1. Corrosión por disimilitud de materiales

Se forman pilas por la diferencia de potencial electroquímico entre distintos materiales. El metal más electronegativo se convierte en el ánodo de la pila y se corroe, y el otro metal actúa de cátodo y queda protegido.

Es de destacar en este tipo de corrosión la importancia de la superfi cie de los electrodos. Cuando en las pilas formadas la superfi cie del cátodo es mucho mayor que la del ánodo, este sufre un proceso de corrosión muy intenso destruyéndose en poco tiempo.

El metal de la soldadura (M1) es más electronegativo que el de la tubería (M2). M1 actuará de ánodo corroyéndose rápidamente debido a que su superfi cie es mucho más pequeña que la de la tubería.

22.3.2.2. Corrosión uniforme de un metal. Zonas catódicas y anódicas adyacentes

Dado que para que se produzca corrosión electroquímica se precisan dos metales diferentes conectados entre sí y sumergidos en un electrolito, cabría preguntarse como una conducción formada por tubos de un sólo metal puede corroerse electroquímicamente.

El acero de los tubos no es perfectamente homogéneo en su constitución ni en su estructura cris-talina debido al proceso de fabricación, a su aleación y a los trabajos realizados posteriormente en él, tanto en frío como en caliente. Todo ello provoca que en su superfi cie se formen pequeñas zonas anódicas respecto a otras adyacentes catódicas, dando lugar a micropilas. El fenómeno es reversible, de tal modo que las zonas anódicas se pasivan convirtiéndose en catódicas, y así indefi nidamente. Debido a ello, en la superfi cie del acero se produce una corrosión más o menos uniforme. En estos casos el electrolito es la humedad existente en la superfi cie del metal.

Fe++ Fe++

Acero Latón Acero

Cátodo

soldadura M1

M2 M2

Zonas catódicas

Zonas anódicas



Revisión 0

Octubre 2008

Página 13 de 35

22.3.2.3. Corrosión por disimilitud de electrólitos

Una conducción enterrada en un suelo determinado tiene un potencial normal determinado. Si esta conducción atraviesa diferentes terrenos, sus potenciales locales serán diferentes. Esto provoca la formación de pilas, con sus respectivos ánodos y cátodos.

22.3.2.3.1. Pilas de oxigenación diferencial

La formación de zonas de distinta concentración de oxígeno en el electrolito da lugar a las de-nominadas pilas de oxigenación diferencial.

En la práctica, los casos de corrosión por diferencia de oxigenación del electrolito son muy fre-cuentes. Contrariamente a lo que pudiera parecer, la zona donde existe mayor concentración de oxígeno se convierte en cátodo y queda protegida a expensas de la zona menos oxigenada convertida en ánodo.

Esta diferente oxigenación se origina generalmente en cavidades, en la superfi cie de juntas de recubrimiento, bajo depósitos de suciedad, bajo la cabeza de tornillos o roblones, etc.

Bridas de acero

Son particularmente nocivas las adherencias al metal de ma teriales tales como madera, plásticos, etc., que provocan la oxidación del metal en la zona cubierta.

Este tipo de corrosión se presenta con frecuencia en las conducciones enterradas en las que la tierra de recubrimiento, por el simple hecho de haber sido removida, es más porosa y por tanto está más aireada que la del terreno que circun da la zanja. Cuando la conducción descansa direc-tamente sobre el fondo de la zanja (terreno no removido y por tanto poco oxigenado) la tubería se corroe por su parte inferior.

Problemas de corrosión diferencial también se pueden pre sentar en cualquier parte de la tubería que esté en contacto con terreno mal compactado o con materiales de relleno de distinta com-posición.

Estos tipos de problemas se pueden reducir bastante pro curando la máxima homogeneidad del material de relleno y mediante un adecuado compactado del mismo y en especial procurando una buena uniformidad del que esta en con tacto con la tubería.

Tornillo

Metal corroído

Junta de goma

Metal corroído

Menor corrosión

Tierra removida

Tierra sin remover



Revisión 0

Octubre 2008

Página 14 de 35

Un caso particular de corrosión por oxigenación diferencial es el siguiente:

Supuesto un terreno con unas características determinadas, por el simple hecho de cubrirlo en parte con un pavimento impermeable, como por ejemplo asfalto, se modifi ca su comportamiento como electrolito. El grado de penetración de la humedad y del oxígeno es distinto según que el terreno se encuentre o no bajo el pavimento impermeable. Una tubería enterrada en este terre-no, con algunos tramos bajo el pavimento y otros fuera, estará sometida a problemas de corro-sión por oxigenación diferencial localizados en los tramos de tubería situados bajo el pavimento.

22.3.2.3.2. Pilas geológicas

En la práctica, es frecuente que la tubería pase por terrenos de naturaleza muy variada en los que tomará potenciales locales diferentes. Ello provocará la formación de pilas geológicas en las que las zonas anódicas serán aquellas en las que el metal presente el potencial más negativo. En los terrenos arenosos y secos, el potencial del acero es más elevado que en los terrenos arcillosos y húmedos. Por esta razón las zonas anódicas serán las que correspondan a los terrenos arcillosos y húmedos y las zonas catódicas estarán situadas preferentemente en los terrenos secos y arenosos.

La corrosión se presentará en la parte de la tubería enterra da en la arcilla

En general, en un terreno intervienen multitud de fenómenos, unos físicos y otros químicos, que determinan su comportamiento como electrolito ante un metal determinado. En los casos, como el expuesto en el apartado anterior en que se consideran terrenos de diferente composición, cada uno de dichos fenómenos incide en un cierto grado y de forma relativa en el comporta-miento global. Entre otros, se destacan los siguientes fenómenos como causantes de la disimi-litud del electrolito: diferencias en el grado de humedad y de oxigenación, en la higroscopia de los materiales y su composición química (arcillas, calizas, yesos, etc.), en las sustancias químicas en ellas disueltas, en la granulometría y compactado del terreno, etc.

Tierra

Tubería

Pavimento impermeable

Asfalto

Zona catódica Zona anódica Zona catódica

ArenaArcilla Arena

Fe++

Fe++



Revisión 0

Octubre 2008

Página 15 de 35

22.3.2.4. Corrosión por corrientes vagabundas

Si independientemente de la circulación entre ánodos y cátodos de formación natural en la conducción, o de la circulación impuesta por la protección catódica que se halle instalada, existe un campo eléctrico en el electrolito que defi ne unas zonas de entrada y unas zonas de salida de corriente continua, las primeras se verán favorecidas con una protección catódica suplementaria, y las segundas verán acelerado su proceso de corrosión.

Estos campos eléctricos pueden tener su origen en un conductor de corriente continua al que le falla el aislamiento, pasando la corriente al suelo (electrolito) y de éste a la conducción de gas, encontrando en ésta un camino más fácil de retorno que el propio conductor.

Las fuentes de corriente continua que pueden causar pro blemas son los transportes electrifi ca-dos tales como trenes, tranvías, metros y transportes de minas, los procesos electrolíticos indus-triales, las protecciones catódicas de terceros y los transportes.

Estas corrientes, que reciben la denominación de corrientes vagabundas debido a que no se conoce exactamente su recorrido a través del electrolito, no son constantes, ya que dependen de factores variables como la resistividad del terreno, lluvias, vertidos industriales, tráfi co de los transportes electrifi cados y utilización de las fuentes de corriente continua.

22.3.3. Corrosión bacteriana

La corrosión bacteriana es debida a la acción conjugada de diversos tipos de bacterias. Las que a nosotros nos afectan son las sulfato reductoras, que son anaerobias y realizan el ciclo Fe-S dentro de sus reacciones metabólicas, oxidando el medio circundante y adhiriéndose al acero en forma de pústulas.

22.4. FORMAS EN QUE SE PRESENTA LA CORROSIÓNLa superfi cie de un metal se puede corroer de muy diversas formas:

ß Uniforme. Un metal localizado en un medio corrosivo homogéneo se corroerá general-mente de un modo uniforme, es decir, la pérdida de espesor será idén tica en cada punto de la superfi cie del material.

ß Localizada. Esta forma de corrosión se dará en los casos ya estudiados de corrosión de tubería enterrada, por formación de pilas, por disimilitud de electrólitos, por corrosión bac-teriana y por corrientes vagabundas.

Tubería positiva(zona anódica)

Tubería negativa(zona catódica)

Tubería positiva(zona anódica)

Zona en peligro de corrosión

Sub - estación Fuerza motriz Sub - estación



Revisión 0

Octubre 2008

Página 16 de 35

ß Picaduras. Se caracteriza por la formación de picaduras profundas de pequeño diámetro, pudiendo llegarse a la perforación rápida de tuberías de bastante espesor. Entre otras cau-sas, pueden ser originadas por poros en el revestimiento de la tubería.

ß Corrosión selectiva. Se produce en las aleaciones polifásicas (metales alea dos) y sucede porque uno de los componentes de la aleación se corroe con más facilidad que los otros (aleaciones Cu-Zn).

22.5. TIPOS DE PROTECCIÓNHabitualmente se emplean dos tipos de protección

ß Protección pasiva

ß Protección activa

22.5.1. Protecciones pasivas

La protección pasiva consiste en:

ß Aislar eléctricamente la tubería del electrolito, es decir, interrum pir el circuito iónico tubería-electrolito, para lo cual se emplea uno de los siguientes procedimientos:

– Pinturas – Revestimiento con cintas plásticas – Revestimiento externo de tuberías con polietileno extrudido en fábrica.

ß O bien interrumpir longitudinalmente el circuito de electrones a lo largo de la tubería aislan-do tramos y/o ramales mediante juntas aislantes o dieléctricas del tipo brida, acoplamientos aislantes monobloque o manguitos dieléctricos.

22.5.1. Protecciones activas. Protección catódica

En apartados anteriores se trató sobre las pilas electroquímicas y los efectos que se producen en los electrodos. Como resumen de todo ello se destaca que el electrodo que actúa de ánodo se disuelve en el electrolito (se corroe) y el que hace de cátodo se protege.

La protección catódica consiste en crear las condiciones precisas para que la conducción o el depósito se convierta en un enorme cátodo (de ahí su nombre de protección catódica) a fi n de que de esta forma quede protegido, al mismo tiempo que otra pieza de escaso valor, que actúa como ánodo, se consuma en el electrolito en que ambos están inmersos.

Existen dos métodos principales de protección catódica que se diferencian en el suministro de la corriente eléctrica a la conducción:

ß Protección por ánodos reactivos o de sacrifi cio

ß Protección por corriente impuesta o impresa

Como complemento a estos métodos se puede considerar un tercero:

ß Protección por drenaje de las corrientes vagabundas.

Todos estos métodos están basados en descender el potencial de la estructura que se va a pro-teger respecto al electrolito en el que está inmersa.

Como referencia, y para profundizar en los principios y técnicas de medida de la protección ca-tódica, se pueden consultar las normas siguientes:

ß UNE EN 12954 Protección catódica de estructuras metálicas enterradas o sumergidas. Prin-cipios generales y aplicación a tuberías.

ß UNE EN 13509 Técnicas de medida en protección catódica

ß UNE EN 13636 Protección catódica de tanques metálicos enterrados y de las tuberías aso-ciadas.



Revisión 0

Octubre 2008

Página 17 de 35

22.6. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCIÓN PASIVA

22.6.1. Pinturas

Este procedimiento se emplea en las superfi cies de depósitos, tube rías y sus apoyos que van a estar expuestas a la acción atmosférica.

El procedimiento se divide en cuatro actuaciones diferenciadas pero complementarías, de tal manera que la acción de una o dos de ellas no es imaginable sin la de las otras, siendo:

a) Limpieza y preparación de superfi cies.

Para conseguir unos buenos resultados interesa trabajar sobre el metal limpio. La limpieza es uno de los factores más importantes a la hora de valorar la protección. Es más, la lim-pieza debe ser siempre la mejor posible.

b) Imprimaciones anticorrosivas. Una vez realizada la preparación de la superfi cie que se va a pintar se trata con una im-

primación de carácter anticorrosivo. Es de gran importancia la elección adecuada del pro-ducto, ya que si la imprimación perdiese adherencia o fallase por cualquier circunstancia, fallaría conjuntamente todo el sistema de pintado aplicado sobre ella.

Las principales características que deben cumplir las imprimaciones son:

ß Adherencia, constituyéndose en base de anclaje para el sistema que se aplique posteriormente.

ß Compatibilidad con las pinturas que sobre ella se apliquen

ß Resistencia a la intemperie, a la humedad, al repintado y a la niebla salina.

ß Protección catódica. El aporte en la imprimación de sales (cromatos, fosfatos) de zinc, aluminio o magnesio, provoca un intercambio electrónico entre estos metales y el acero, volviéndose éste catódico respecto a los otros que se disuelven en el medio, autosacrifi cán-dose así para evitar la corrosión del acero.

c) Capa intermedia Su función es rellenar el sistema aportando espesor y servir de puente entre la imprimación

y la capa de acabado.

d) Acabado La función de estas capas fi nales es proteger contra las agresiones exteriores y a la vez dar

un aspecto externo agradable de brillo y color a la estructura.

22.6.2. Revestimiento con cintas plásticas

Según sus características de aplicación se pueden clasifi car:

ß Bandas plásticas de aplicación en frío. Estas podrán ser autoadhesivas o no adhesivas.

ß Productos termorretráctiles con aplicación de calor

22.6.2.1. Propiedades

Las cintas plásticas más comúnmente utilizadas, las autoadhesivas, están constituidas en general por elastómeros (re sinas sintéticas o cauchobutílicas) con soporte exterior plástico (PE o PVC).

Las propiedades que deberán reunir son las siguientes:

a) Correcta adherencia a la superfi cie metálica que ha de proteger y a la propia cintab) Elevada resistencia a choquesc) Adecuada dureza, elasticidad y porosidadd) Elevado poder dieléctrico



Revisión 0

Octubre 2008

Página 18 de 35

e) Sufi ciente inercia químicaf) Elevada estabilidad bioquímica frente a los hongos, bacterias y microorganismos que pue-

dan degradar los com ponentes externos de las cintas, así como los productos de fi jación. Las cintas de PE son las que mejor resisten estos ataques.

g) Admitir sin alterarse un amplio margen de temperaturas (entre -20 °C y 100 °C)

22.6.2.2. Tipos de cintas

Atendiendo al sistema utilizado para su fi jación, las bandas plásticas podrán ser:

De aplicación en frío, pudiendo ser autoadhesivas o contar con imprimación adhesiva. Son no-torias las ventajas de las primeras (autoadhesivas), ya que en la zona de so lape se consigue un sellado perfecto que evita la entrada de humedad procedente del suelo.

De productos termorretráctiles con aplicación de calor.

22.6.2.3. Normas de aplicación de los revestimientos con cintas plásticas

El uso y aplicación variarán en función de los diferentes tipos de bandas.

Como norma general para la aplicación de cualquier tipo de banda plástica se exige que ésta se realice en atmósfera seca y en ausencia de polvo. Por tanto, no podrán aplicarse en caso de lluvia, niebla o viento excesivo.

22.6.2.3.1. Aplicación en frío de bandas plásticas autoadhesivas

Son las de empleo más fácil y rápido. Se presentan en forma de rollos de anchura comprendida entre 50 y 200 mm, siendo variable su espesor (cuando la tubería ya viene revestida de fábrica, el espesor de la cinta, incluyendo el solape, no debe ser inferior al del revestimiento.

Exigen una buena preparación del tubo a proteger, cuya superfi cie deberá estar exenta de óxido, polvo, grasa y calamina. Una limpieza idónea puede conseguirse a base de cho rro de arena o granallado, si bien ésta generalmente sólo es posible cuando se realiza en taller. Para su realiza-ción en obra se considera correcto el rascado con cuchillos y cepillado con máquina rotativa.

La aplicación de la banda se efectúa ejerciendo una tensión constante, con un ángulo idóneo que varía de 10° a 30° según el diámetro de la tubería, para mantener el solape correcto sin que queden bolsas de aire. El solape mínimo exigido es del 50%. En las tuberías revestidas en fábrica, previa a la aplicación de la banda, se ha de realizar el biselado del revestimiento (15° a 20°).



Revisión 0

Octubre 2008

Página 19 de 35

22.6.2.3.2. Aplicación en frío de bandas plásticas no adhesivas con imprimación

La principal característica es la utilización de una imprimación adhesiva líquida que se extiende a mano con brocha.

Estas bandas se presentan en rollos de medidas similares a las autoadhesivas y exigen la misma preparación de las superfi cies que se van a proteger, antes de proceder a la imprimación.

Tras la aplicación de la imprimación y antes de que ésta alcance un secado excesivo, se procede-rá a la aplicación de la banda. El encintado se efectúa siguiendo las instruccio nes del apartado anterior correspondiente a las bandas autoadhesivas.

Una variante de este tipo de cintas podría ser la de bandas saturadas de grasas y parafi nas, que exigen la utilización posterior de bandas de protección mecánica.

22.6.2.3.3. Aplicación de productos termorretráctiles

En este caso, es necesaria la aplicación de calor, evitando temperaturas demasiado frías, las cua-les disminuyen la adherencia, o excesivamente elevadas, que podrían ocasionar su coquización, con la correspondiente pérdida de propiedades mecánicas.

Básicamente existen tres tipos utilizados en tubería con revestimiento de fábrica a base de PE extrudido. Estas tres versiones son:

ß Manguitos cerrados

ß Manguitos abiertos

ß Bandas termorretráctiles

Todos ellos están constituidos por una gruesa capa de PE provista de una capa de masilla no endurecible, las cuales al aplicarles calor, se adhieren fuertemente al metal base y a sus propias espiras, evitando la entrada de humedad a través de ellas.

Aparte de la limpieza exigida para todo tipo de bandas y el biselado a 45° del revestimiento de fábrica, su aplicación exige las operaciones siguientes:

1 Precalentamiento del tubo.

2 Colocación y centrado del manguito.

3 Calentamiento del manguito a la temperatura adecuada, percibida generalmente por su cambio de color.



Revisión 0

Octubre 2008

Página 20 de 35

22.6.3. Juntas dieléctricas o aislantes

La función de las juntas aislantes es provocar una discontinuidad eléctrica longitudinal en una conducción enterrada, ya sea a efectos de protección catódica, o para separar eléctricamente las partes enterradas de la conducción de sus partes aéreas.

Se recomienda instalar juntas aislantes en los siguientes puntos de una instalación:

a) En la unión de una red nueva de acero con otra más antigua

b) En la unión de dos tuberías cuyos revestimientos sean diferentes

c) En los puntos geográfi cos en los que las curvas de resistividades de los terrenos presenten discontinuidades muy relevantes (cruces de ríos, canales, autopistas, etc.)

d) A la entrada de ramales y redes derivadas de las conducciones principales.

e) A ambos lados de los cruces de la tubería enterrada con vías de ferrocarriles electrifi cados.

f) A ambos lados de los cruces de la tubería enterrada con líneas eléctricas de alta tensión, cuando las condiciones del cruce y/o las características constructivas y tensión de servicio de la línea así lo aconsejen.

g) A ambos lados de los cruces de la tubería enterrada con otra conducción ajena a la propie-dad que disponga de protección catódica y que no permita una interacción conjunta con la protección catódica de la primera.

1. Limpieza2. Precalentamiento3. Colocación banda4. Colocación banda solapa5. Calentamiento fi nal



Revisión 0

Octubre 2008

Página 21 de 35

h) En el punto de transición de una conducción enterrada a una instalación de superfi cie, tal como: trampas de rascadores, estaciones de regulación y medida, cruces aéreos de tube-rías con ríos y viales (cuando los cruces se realicen sobre estructuras metálicas parcialmente sumergidas en agua), etc., con el fi n de evitar perturbaciones sobre la protección catódica, por causa de las instalaciones de puesta a tierra de las partes metálicas no enterra das.

i) En los extremos de infl uencia de dos o más estaciones de pro tección catódica.

j) A la salida de cada acometida para abonados.

22.6.3.1. Tipos de juntas dieléctricas o aislantes

Existen dos tipos de juntas aislantes: uno de ellos utiliza bri das convencionales y el otro lo cons-tituye un acoplamiento aislante monobloque (manguito dieléctrico).

ß Bridas aislantes

Se obtiene el aislamiento utilizando una junta de material dieléctrico, así como arandelas y casquillos aislantes para los bulones

Pueden montarse en obra o fábrica. Se recomienda el premontaje en fabrica para controlar mejor los pares de apriete.

En una instalación enterrada deben cubrirse con un material aislante para evitar el puenteo externo por la suciedad o el terreno. Este recubrimiento es también recomendable en las juntas no enterradas.

ß Acoplamientos monobloque o manguitos dieléctricos

Este tipo de acoplamiento se monta siempre en fábrica. Limitándose en obra a su soldadura en el punto elegido.

Ofrecen una gran seguridad, ya que salen de fábrica ensayados tanto eléctrica como hidráulica-mente. Su comportamiento mecánico es igualmente fi able, y son fáciles de montar en obra.



Revisión 0

Octubre 2008

Página 22 de 35

Una vez instalada la junta dieléctrica debe verifi carse su grado de aislamiento mediante un “tes-ter” (voltímetro - ohmímetro).

22.7. PROCEDIMIENTOS DE PROTECCIÓN ACTIVAEl objetivo de la protección catódica es convertir en cátodo la superfi cie total de la estructura que se desea proteger.

Para ello se provoca mediante el dispositivo eléctrico adecuado el descenso de su potencial res-pecto al electrolito en el que está inmerso.

Para el hierro se admite un valor del potencial de polarización de -850 mV con referencia al electrodo de cobre / sulfato de cobre, Cu/SO4Cu, o de -800 mV con referencia al electrodo de plata/cloruro de plata, Ag/CI Ag. Para el caso de corrosión por bacterias se rebaja el potencial de la estructura de hierro a proteger por debajo de -950 mV medidos respecto al electrodo de CU/SO4CU.

22.7.1. Protección por ánodos reactivos o de sacrifi cio

La protección catódica por el método de ánodos reactivos consiste en la creación de una pila en la que el cátodo es la estructura metálica que se va a proteger y el ánodo otro metal más electronegativo. Si estos dos metales se unen eléctricamente y se sumergen o entierran en un mismo electrolito se establece un paso de corriente del metal más electropositivo al más elec-tronegativo, y dentro del electrolito en sentido contrario, es decir, del metal más electronegativo

Junta aislante accesible

a) Aérea b) Visitable

Junta aislante enterrada

juntaaislante

Masilla de protección

Aplicar un revestimiento comparable al de canalización

Encintado conbanda aislante

Tapa con llave

Cables soldados para verifi car la junta

Aplicar un revestimiento comparable al de canalización

Junta aislante



Revisión 0

Octubre 2008

Página 23 de 35

(ánodo) al metal más electropositivo (cátodo) cerrándose el circuito y disolviéndose el metal del ánodo (corrosión) en el electrolito, quedando así protegido el metal del cátodo.

Los ánodos más empleados para estructuras enterradas suelen ser a base de cinc (Zn), y de mag-nesio (Mg) y aluminio (Al).

Para presentar una menor resistencia a tierra y una mayor dispersión de corriente, los ánodos van empaquetados en un relleno de material conductor y conservante de la humedad (polvo de carbón, bentonita, etc.) denominado backfi ll. Los ánodos de magnesio ya se facilitan comercial-mente con este backfi ll.

Este método tiene la ventaja de ser relativamente económico y de instalación sencilla, pero en cambio tiene las desventajas de no proporcionar potenciales elevados, ya que el magnesio puede dar como máximo -1,55 V respecto al electrodo Cu/CuSO4, y de que las cantidades de corriente generadas son reducidas, de forma que si ha de protegerse una red de considerable extensión han de instalarse bastantes ánodos. Una de sus principales aplicaciones es la protec-ción de tramos cortos, derivaciones y acometidas, aislados de la red protegida cuando no hay posibilidad de efectuar una derivación con ésta.

Un caso particular de este tipo de protección activa es el galvanizado de las tuberías de acero. Dicha protección consiste en recubrir toda la superfi cie de acero con una fi na película de cinc. Esta película protege a la tubería de acero de dos formas:

ß Aislándola del ambiente exterior: se podría decir que en este caso actúa como una protec-ción pasiva

ß Actuando de ánodo, por ser más activo que el acero, corroyéndose, pudiéndose considerar como ánodo de sacrifi cio

En el caso de que se produzca una pequeña rotura en la película de cinc que deje el acero al descubierto, entre ambos metales se forma una pila en la que el cinc, al actuar de ánodo, sigue prote giendo al acero. Según se va disolviendo el cinc. el punto defectuo so se va extendiendo y agrandando hasta que adquiere un cierto tamaño y se inicia la corrosión directa del acero. De todos modos con el galvanizado se alarga la vida útil de las tuberías de acero. El empleo de las tuberías de acero galvanizado está limitado a los tramos aéreos de las instalaciones.

Conexión ánodo-tubería

Ánodo

Ánodos Ánodos

TuberíaBackfi ll



Revisión 0

Octubre 2008

Página 24 de 35

22.7.2. Protección por corriente impuesta

Cuando es insufi ciente el potencial generado por ánodos reactivos y es importante la extensión de la red que ha de protegerse, ha de recurrirse al empleo de la denominada corriente impuesta. Esta co rriente, que es continua, se obtiene a partir de la red de baja tensión en corriente alterna (380, 220 ó 125 voltios) transformada a una tensión más baja y rectifi cada.

Todo este proceso se realiza en unos aparatos llamados transforrectifi cadores (también llama-dos estaciones de protección catódica o EPC), cuyo polo positivo va unido a un lecho dispersor (ánodo), y su polo negativo conectado a la estructu ra que se va a proteger (cátodo), hallándose todo ello (ánodo y cátodo) inmerso en un electrolito (tierra, agua de mar, etc.).

En el caso que más nos interesa (tuberías enterradas), el polo posi tivo va unido a un lecho dispersor de corriente formado por varios ánodos, y el polo negativo a la tubería que se va a proteger.

El funcionamiento del sistema es el siguiente: la corriente que sale por el polo positivo del trans-forrectifi cador pasa al suelo (electrolito)a través del lecho dispersor formado por uno o varios ánodos, y de ahí a la tubería (cátodo), a través de la cual retorna hacia el polo negativo de dicho transforrectifi cador, cerrándose el circuito eléctrico.

De esta forma se crea una diferencia de potencial entre la conducción y los ánodos, la cual nor-malmente varía entre 5 y 50 voltios, dando lugar al paso de una corriente determinada que a su vez hará que la conducción alcance el nivel de potencial de protección preestablecido respecto a su electrolito, es decir, el terreno.

En este tipo de protección el material anódico puede ser cualquier metal, ya que se le fuerza a que se comporte como ánodo. En la práctica, por razones económicas y de rendimiento, los

Red baja tensión

Corrientealterna

Corrientecontinua

EPC

Electrodo de referencia

Tubería a proteger

Ánodos de sacrifi cio



Revisión 0

Octubre 2008

Página 25 de 35

materiales principalmente empleados son chatarra de hierro o raíles, grafi to y ferrosilicio. Tiene considerable importancia el tipo de terreno donde se hayan de enterrar los ánodos para la elec-ción de su tipo.

22.7.3. Procedimientos para eliminar los efectos de las corrientes vagabundas

Si los métodos expuestos para suministrar corriente a la conducción se aplican adecuadamente, se conseguirá evitar la corrosión natural de la misma.

No obstante, si existen corrientes vagabundas, los métodos anteriormente expuestos no pueden compensar, sin peligro de sobreinyecciones de corriente, las salidas de corriente de la conduc-ción, debiéndose entonces recurrir a uno de los siguientes métodos:

ß Drenajes unidireccionales (directos o francos)

ß Drenajes indirectos o dirigidos

22.7.3.1. Drenajes unidireccionales

La mejor solución para evitar los efectos perjudiciales de las corrientes vagabundas es retornar-las al ferrocarril a través de una conexión eléctrica directa tubo-carril, evitando de esta forma la salida de corriente a través del terreno, con la consiguiente pérdida de iones del material de la conducción.

Para evitar el que posibles potenciales positivos existentes en el carril puedan provocar circula-ción de corriente en sentido contrario, se intercala en serie con la conexión eléctrica un diodo, de forma que la corriente tan sólo pueda circular en un sentido: tubo → carril.

22.7.3.2. Drenajes indirectos o dirigidos

Lamentablemente muchas veces no es posible esta conexión eléctrica directa entre conducción y carril, tanto por proble mas administrativos o legales como técnicos. Entonces se recurre a otras soluciones tales como la ya antes mencionada de seccionar la conducción mediante juntas ais-lantes, o a instalar algún drenaje anódico, o apantallamiento entre la conducción y el carril en la zona de entrada de las corrientes.

22.7.4. Control del potencial de protección

El instrumento empleado para medir los potenciales entre la canalización del gas y el electrolito es un voltímetro para corriente continua cuyos polos se conectan al electrodo de referencia y a la canalización.

Sentido de la corriente

Conexión

Subestación

Diodo



Revisión 0

Octubre 2008

Página 26 de 35

El electrodo de referencia se pondrá en contacto con el electrolito (tierra) a través del puente salino (tapón poroso) del electrodo de referencia.

Los voltímetros aptos para realizar estas medidas deben disponer de una elevada resistencia interna (50kΩ como mínimo), para reducir los errores de lectura que podrían enmascarar los potenciales que deseamos conocer.

No obstante si tuviéramos que medir potenciales con un aparato más corriente, el potencial real será igual al leído multiplicado por un factor de corrección (F) que será:

F = R + R V real = V medido × F

R

siendo F el factor de corrección, Ra la resistencia del aparato y Re la resistencia del circuito exter-no (tubería + cables + electrodo).

La toma de potencial puede realizarse en cualquier punto accesible en el que exista una co-nexión conductora hasta la tubería enterrada o en las cajas instaladas para tal efecto.

Para obtener una mejor conexión y disminuir resistencia es práctica habitual humedecer el lugar en donde va a emplazarse el electrodo de referencia, ya que en general la resistencia del electro-do respecto al suelo es la más elevada del circuito externo.

Tubería revestida




Revisión 0

Octubre 2008

Página 27 de 35

Para una correcta lectura del potencial, el electrodo de referencia se situará en la vertical de la tubería.

Se asegura la protección catódica de la tubería enterrada cuando el potencial medido entre esta y el suelo alcanza un valor igual o inferior a -0'85 V medidos respecto al electrodo de referencia de cobre sulfato de cobre.

22.7.4.1. Electrodo de referencia cobre/sulfato de cobre (Cu/Cu SO4)

Este electrodo es en realidad media pila formada por una barra de cobre sumergida en una so-lución saturada de sul fato de cobre. Todo ello se encuentra en un recipiente cilíndrico cerrado por un lado por un tapón poroso, que es el que se pone en contacto con el suelo, saliendo por el otro lado el cable de conexión al voltímetro.

Existen otros electrodos de referencia, pero el más empleado es de Cu/Cu SO4.

Cuando se mide el potencial de la conducción respecto al electrodo de referencia, se forma una pila electroquímica completa, uno de cuyos electrodos es el de referencia y el otro la tubería, ac-tuando el suelo de electrolito y cerrándose el circuito exterior a través de los cables y el voltímetro.

Milivoltímetro

Tubería


Cable de conexión

Barra de cobre

Tubo de P.V.C.

Solución saturada

de SO4 Cu

Cristales

de SO4 Cu

Tapón poroso



Revisión 0

Octubre 2008

Página 28 de 35

22.8. LA CORROSIÓN EN LAS TUBERÍAS DE COBRE Y SU PROTECCIÓNEl cobre tiene un excelente comportamiento frente a los agentes atmosféricos, a la mayoría de los materiales de construcción y a los gases combustibles, recubriéndose rápidamente de una película de óxido casi imperceptible que lo protege reduciendo notablemente la velocidad de corrosión.

El cobre resiste perfectamente la corrosión y puede ser utilizado, por consiguiente, en las tube-rías enterradas en toda clase de terrenos de cualquier formación geológica (arcilla, arena, greda, lodo, etc.).

En tuberías enterradas, el cobre no tiene más que dos enemigos: las escorias sulfurosas y los productos amoniacales.

El tubo de cobre enterrado ha de colocarse en una zanja sobre lecho de arena, aislándolo me-diante cinta adhesiva de polietileno con un solapado mínimo del 25%. La tensión de la cinta ha de ser uniforme y en su colocación no debe tener plie gues ni arrugas.

El encintado se puede realizar a máquina o a mano.

De lo anteriormente expuesto se deduce que las tuberías de cobre no precisan protección activa.

Respecto a los materiales empleados en la construcción, los casos en que puede existir peligro de corrosión son raros y muy específi cos. Se trata, en particular, de los suelos de tipo “terrazo” y los hormigones ligeros especiales emulsionados con productos amoniacales. En estos casos se utilizarán tubos de cobre aislados mediante cinta adhesiva o macarrón de PVC.

En todos los demás casos (hormigón, yeso, cemento, ladrillos, piedra) no hay riesgo alguno de corrosión de las tuberías de cobre bajo la acción de estos materiales.

22.9. PUESTA A TIERRATodas las partes metálicas de la instalación deben ser puestas a tierra. Esta puesta a tierra debe ser independiente de cualquier otra. Las masas metálicas enterradas dotadas de protección ca-tódica deben aislarse del resto de la instalación.

Para evitar riesgos de corrosión, o para permitir una protección catódica correcta, los depósitos y tubos de acero enterrados no se deben unir a un sistema de puesta a tierra en el que existan me-tales galvánicamente desfavorables para el acero (como puede ser el cobre) en contacto directo con el terreno. Sólo se deben unir a la red general de tierra de la instalación de gas, si no existe riesgo galvánico por estar ésta construida en cable galvanizado o cable de cobre recubierto y picas de zinc o zincadas

22.10. DISPOSICIONES REGLAMENTARIAS DE PROTECCIÓN CONTRA LA CORROSIÓN DE LAS INSTALACIONES RECEPTORAS DE GAS

Las canalizaciones de acero enterradas deben estar protegidas contra la corrosión externa mediante un revestimiento continuo plástico o de otro material de forma que la resistencia eléctrica, adhe-rencia al metal, impermeabilidad al aire y al agua, resistencia a los agentes químicos del suelo, plas-ticidad y resistencia mecánica, satisfagan las condiciones a las que se verá sometida la canalización.

Inmediatamente antes de ser enterrada la canalización se debe comprobar el buen estado del revestimiento, mediante un detector de rigidez dieléctrica por salto de chispa tara a 10 kV como mínimo u otro procedimiento similar, quedando registro de esta prueba.

En los puntos de la red en los que las canalizaciones de acero se encuentren protegidas por vainas o tubos de protección metálicos, se asegurará un perfecto aislamiento eléctrico entre la canalización y dicha vaina, o, para tramos que operen a MOP > 5 bar, se incluirá ésta en el sistema de protección catódica.



Revisión 0

Octubre 2008

Página 29 de 35

Las partes de canalización de acero aéreas se deben proteger contra la corrosión externa por medio de pintura u otro sistema apropiado.

Como complemento del revestimiento externo, todas las canalizaciones de acero enterradas deben disponer de un sistema de protección catódica que garantice que el potencial entre la canalización y el suelo sea igual o inferior a -0,85 V, medido respecto al electrodo de referencia cobre-sulfato de cobre. Dicho potencial será de -0,95 V como máximo cuando haya riesgo de corrosión por bacterias sulfato reductoras.

En aquellos casos en que existan corrientes vagabundas, ya sea por proximidad a líneas férreas, líneas eléctricas de alta tensión u otras causas, deben adoptarse medidas especiales para la pro-tección catódica de la canalización, según las exigencias de cada caso.

Cuando las características del terreno lo exijan, las canalizaciones de cobre enterradas deben protegerse de la corrosión externa mediante un revestimiento de protección adecuado.

Todos los tramos enterrados dotados de la correspondiente protección catódica estarán aislados mediante juntas dieléctricas. Estas juntas aislantes se instalarán aéreas, lo más cerca posible del punto donde la tubería emerge de la zona enterrada, los tramos de tubería comprendidos entre el nivel del suelo y las citadas juntas deberán protegerse con un adecuado revestimiento aislante. Los tramos enterrados entre juntas aislantes deberán tener continuidad eléctrica.

La acometida interior quedará siempre aislada de la ERM por medio de una junta dieléctrica.

En los casos en que la acometida interior se encuentre unida eléctricamente a la red de la Em-presa Distribuidora, deberá instalarse una junta dieléctrica en la llave del usuario.

22.11. RECOMENDACIONES PRÁCTICASVistos los métodos de que se dispone para dotar a las conducciones de una protección contra la corrosión, convendrá estudiar una serie de factores fundamentales para que la protección sea realmente efi caz.

Si se desea proteger una instalación debidamente, ha de actuarse consecuentemente ya en la fase de proyecto y posteriormente en las de construcción y mantenimiento. Ha de considerarse que al propio tiempo que se canaliza una conducción de gas se canaliza una conducción eléc-trica. Por tanto han de evitarse zonas en las que el tubo sin protección aislante se encuentre en contacto con el terreno, anclajes, uniones a otras estructuras que no cuenten con el adecuado aislamiento e instalaciones de tierra, así como conexiones eléctricas conectadas indiscrimina-damente, juntas aislantes inútiles por hallarse cortocircuitadas por tomas de presión u otros accesorios, etc.

A continuación se relacionan algunas de las causas de corrosión y los procedimientos que deben tenerse en cuenta en el momento del diseño y realización de las instalaciones de gas, enterradas o no, con el fi n de evitar la corrosión prematura de las tuberías y accesorios.

22.11.1. Tuberías de acero

ß Todos los tramos de tubería enterrada deben contar con protección catódica.

ß Los métodos activos de protección contra la corrosión, para que actúen con plena efi cien-cia, siempre deben ir acompañados de sistemas de protección pasiva.

ß Los tramos aéreos, es decir, aquellos en los cuales la conducción no se encuentra inmersa en el terreno, considerándose como tales, además de los montantes e instalaciones interio-res, las instalaciones en pozos de válvulas, en las cámaras reguladoras subterráneas, etc., al no encontrarse inmersos en el electrolito (suelo) no estarán protegidos por la protección catódica con la que cuenta la instalación.



Revisión 0

Octubre 2008

Página 30 de 35

– En estos tramos habrá de preverse actuar con protecciones pa sivas que deberán comple-mentarse con un buen mantenimiento a base de pintados periódicos, ya que en otro caso la corrosión podría ser importante.

– En los tramos aéreos sujetos a estructuras, puentes, etc., deberá tenerse en cuenta, ade-más del pintado, el buen aislamiento eléctrico de los soportes para evitar que derive la corriente procedente de la protección catódica, así como evitar las entradas y salidas de corrientes ajenas a aquélla.

ß Los recintos subterráneos de una red tales como cámaras reguladoras, pozos de válvulas, etc., deben proyectarse, construirse y mantenerse pensando también en la corrosión.

– Básicamente ha de evitarse en ellos cualquier estancamiento de agua y acumulación de suciedad. Deberán contar con unos drenajes sufi cientemente dimensionados, que ade-más permitan, si así se precisa, la instalación de un electrodo para efectuar lecturas de potencial, y con una aireación adecuada. Asimismo habrá de establecerse un manteni-miento de limpieza periódico.

ß El encintado de la conducción y de sus elementos enterrados aún siendo un punto funda-mental de protección, no deja de ser un elemento de protección pasivo y en muchos casos es insufi ciente por sí mismo para ofrecer una protección total al tubo.

En el caso de que la protección pasiva presente defectos, se dis tinguen dos situaciones:

a) La conducción no cuenta con protección catódica b) La conducción cuenta con protección catódica

– En el primer caso, el hecho es grave, ya que cualquier proceso de corrientes que tenga lugar en la conducción y en el terreno dará lugar a que la corriente fl uya por el lugar del defecto en el aislamiento. Por tanto, en estas zonas la canalización actuará como ánodo de sacrifi cio al salir la corriente por dicho punto, produciéndose una corrosión importante y rápida, tanto mayor cuanto mejor sea la calidad general del revestimiento.

Tramo sin protección

Tramo protegido Tramo protegido

Corrosión



Revisión 0

Octubre 2008

Página 31 de 35

– En el segundo caso, la importancia radica en que serán mayores los consumos de corrien-tes eléctrica y de material anódico, y en que se dañará el revestimiento en las zonas adya-centes debido a las reacciones de reducción del electrolito que se producirán sobre el me-tal, que redundarán en que se desprenda paulatinamente el revestimiento de la tubería.

ß La cinta de revestimiento deberá quedar perfectamente adherida a la conducción y a los elementos de la misma. En caso contrario pueden existir minitramos de corrosión aéreos por cinta mal adherida

Si no se consigue esta perfecta adherencia de la cinta protectora sobre el metal, se forma una zona en la que se pierde el contacto con el electrolito y se crea un "minitramo" aéreo, quedando este punto sin protección catódica, con el agravante de que pueden formarse en él concentraciones de humedad, dando lugar a una mayor corrosión.

Antes que un encintado mal adherido a un elemento de la conducción, es mejor una au-sencia de encintado. No obstante, cuando no sea posible esta perfecta adherencia a causa de la confi guración del elemento, la mejor medida será recubrir éste con masilla adecuada, a fi n de lograr una superfi cie lisa sobre la que se pueda encintar correctamente.

Ánodo

EPC

Corrosión

Masilla



Revisión 0

Octubre 2008

Página 32 de 35

A este respecto, un problema especial es el del vástago de las válvulas enterradas, que a la larga se corroe difi cultando las operaciones de apertura y cierre.

ß En los tramos aéreos vistos la contaminación atmosférica de las zonas industriales, así como el polvo que se puede depositar sobre las tuberías y accesorios, junto con la humedad ambiente, constituyen un electrolito que facilita los procesos de corrosión por oxigenación diferencial.

– Estas causas de corrosión se pueden evitar con el pintado de las tuberías y un buen man-tenimiento posterior de la pintura.

ß El aire metanado o propanado tienen en su composición oxígeno y humedad (vapor de agua). Estos dos componentes pueden provocar la corrosión interior de las tuberías. Sus efectos se ven incrementados cuando el gas circula a gran velocidad (superior a 10 m/s) lo que produce la erosión y el desprendimiento de la capa de óxido existente. Las partículas de óxido en forma de virutas y polvo se acumulan en los codos y en las partes bajas de los montantes. Si bien esta corrosión interior de las tuberías de acero no pone en peligro la resistencia y estanquidad de los tubos, puede llegar a provocar su obstrucción por acu-mulación de las partículas de óxido en las partes bajas de los montantes provocando la consiguiente perdida de carga, además de crear problemas en el funcionamiento de los contadores, aparatos, etc.

– Esta corrosión se puede evitar impidiendo el contacto directo acero-gas mediante el empleo de tuberías de acero galvanizado, o bien protegiendo el interior de la tubería con recubrimientos de pintura o plástico, o empleando un acero más resistente a la co-rrosión. Mediante un diseño adecuado de las instalaciones se puede disminuir el número de codos, reducciones de diámetro, etc., en los que las partículas de óxido se acumulan y además, mediante el correcto dimensionado de los diámetros, evitar que el gas alcance velocidades superiores a los 10 m/s.

ß En las instalaciones interiores se debe impedir el contacto directo, metal a metal, de las tuberías de acero con las de cualquier instalación metálica, y en especial con las de cobre, ya que en los puntos de contacto se podrían originar pilas químicas por disimilitud de los metales y oxigenación diferencial.

– Este problema se previene mediante un cuidadoso tendido de las tuberías. Si a pesar de ello no se pudieran evitar los puntos de contacto, en ellos las tuberías de acero se habrán de aislar mediante encintado.

ß Al igual que en el caso anterior, en las uniones mecánicas se pueden producir pilas por la disimilitud de los metales puestos en contacto y por oxigenación diferencial en el interior de las roscas y uniones. Para completar el circuito eléctrico de dichas pilas se precisa la presencia de un electrolito. Podría actuar como tal la humedad ambiente favorecida por la presencia de polvo y suciedad en el interior y sobre las uniones.

Producto de corrosión poroso Partícula de polvo

Películas de agua

Corrosión

METAL



Revisión 0

Octubre 2008

Página 33 de 35

– Este tipo de corrosión se evita eliminando la formación del electrolito en el interior y so-bre las partes metálicas de la unión, mediante la limpieza de las piezas y roscas antes de efectuar su unión y, después de ésta, por un correcto encintado de la misma. Si por la geometría de las piezas ello fuera preciso, también aplicando una masilla adecuada.

ß Las uniones soldadas son zonas propensas a la corrosión puesto que sobre ellas inciden dis-tintos factores en los que intervienen tanto el metal de aporte de la soldadura como el de la tubería. Dichos factores son producidos, entre otras causas, por las acciones térmicas y mecá-nicas a las que se ven sometidos dichos materiales y por un efecto electroquímico debido a la diferente composición y potencial entre los citados metales. Además, todo ello puede verse agravado por la gran diferencia entre la superfi cie anódica y catódica cuando el metal de la soldadura es el más electronegativo. En las soldaduras a solape también se puede pre sentar la corrosión por oxigenación diferencial en los intersticios que quedan entre los metales.

– La corrosión en las soldaduras se puede paliar tomando las medidas siguientes: Reducien-do las tensiones mecánicas por un posicionado correcto de las piezas a unir; empleando un metal de aporte cuya composición y potencial electroquímico sea el más parecido posible al del metal base, y que sea más electropositivo que este; siempre que sea posi-ble realizando la soldadura a tope, y si ello no fuera posible, en las soldaduras a solape procurando un buen drenaje y ventilación de las zonas unidas que asegure la ausencia de electrolito y una buena accesibilidad para la posterior aplicación del acabado protector, pintura o encintado; realizando un correcto relleno del cordón de soldadura sin enfria-mientos bruscos y evitando la formación de incrustaciones y acumulación de escorias, eliminado además los restos de fundente; evitando el excesivo calentamiento de la tu-bería en las zonas próximas a las soldaduras; protegiendo la unión soldada del ambiente exterior mediante pintura o encintado.

En la siguiente fi gura se muestra como se deben realizar las sol daduras a tope y a solape.

Difícil acceso

EVITAR CORRECTO

Resquicios



Revisión 0

Octubre 2008

Página 34 de 35

ß En el caso de tuberías empotradas se ha de evitar el contacto directo de las tuberías de acero con el yeso debido a la gran ca pacidad que tiene éste de absorber la humedad. El hormigón, por contra, ejerce una acción protectora.

22.11.2. Tuberías de cobre

Como ya se ha mencionado en apartados anteriores, el cobre en circunstancias normales forma en su superfi cie una película de óxido protector, casi imperceptible, que atenúa notablemente su velocidad de corrosión.

ß Cuando el gas circula a velocidades superiores a los 15 m/s puede arrancar la capa interior de oxido protector, produciéndose el fenómeno erosión-corrosión, por lo que la corrosión en su superfi cie interior avanza a velocidad considerable.

– Este tipo de corrosión se puede prevenir con el correcto dise ño de la instalación y el di-mensionado del diámetro de las tu berías que aseguren velocidades inferiores a 15 m/s.

ß Cuando las tuberías de cobre discurren a través de paredes y techos no deben ponerse en contacto con objetos de diversos materiales metálicos y no metálicos, tales como pasamu-ros, tuberías de agua, barandillas, tejados, suelos, desagües, etc., que son potenciales focos de corrosión.

– El correcto tendido de las tuberías evita este tipo de problemas. Los pasamuros deberán de ser de cobre o de plástico. Las vainas de protección, si son de acero, deberán estar aisladas de todo contacto con el cobre mediante separadores aislantes, en cintado y ma-sillado de los extremos.

ß En la realización de las soldaduras de cobre o latón es necesaria una desoxidación previa mediante una sustancia decapante. Esta, en la mayoría de los casos, está formada por com-ponentes agresivos que son altamente corrosivos para las tuberías y accesorios de cobre o latón y que, además, afean su aspecto externo (color verdoso en el cobre).

– Este tipo de corrosión se evita limpiando con un paño húmedo los restos de decapante una vez realizada la soldadura o unión y antes del pintado de la tubería.

ß Al realizar las soldaduras fuertes se han de evitar recalentamien tos por encima de 800 °C.

ß El amoníaco y sus derivados son muy agresivos con el cobre al que corroen muy rápida-mente.

– Se ha de evitar que la tubería de cobre entre en contacto con productos amoniacales, aguas residuales, salpicaduras de orina, productos de limpieza, suelos, zonas bajas de pasillos, bajo fregaderos, etc.

ß Tanto en el caso de instalaciones interiores como exteriores, cuando la tubería de cobre se fi ja con sujeciones de acero se están poniendo en contacto dos metales con distinto potencial electroquímico, pudiéndose crear la correspondiente pila cuando la instalación está situada en ambiente húmedo y contaminado, expuesta a la acción de la lluvia, polvo, suciedad, etc.

El cobre acelera la corrosión del acero y éste, una vez oxidado, contaminará al cobre, pu-diendo generar picaduras en la tubería.

El empleo de soportes de acero galvanizado solamente retrasará este fenómeno, lográndo-se únicamente que la duración de la su jeción sea algo mayor.

– Este problema se evita empleando soportes de plástico, latón o cobre y, en el caso de que sean de acero u otro material, ais lando la tubería mediante un recubrimiento de material sintético protector.

ß Cuando se entierra una tubería de cobre el contacto con los materiales de relleno de la zanja, pueden dar origen a la corrosión de la superfi cie exterior de la tubería.

– Para evitar esta corrosión todas las tuberías de cobre enterradas deben estar debidamente encintadas.

ß El cobre resiste muy bien el contacto con la mayoría de los materiales empleados en la cons-trucción: cal, hormigón, cemento, yeso, ladrillo, piedra. Sin embargo los suelos tipo terrazo y los hormigones ligeros emulsionados con productos amoniacales lo pueden atacar.

– Cuando se prevea que por su recorrido la tubería de cobre pueda estar en contacto con estos materiales (salpicaduras, pegotes, etc.) se debe proteger la tubería de cobre, me-diante encintado o con macarrón de PVC, no estando autorizado empotrar directamente tubería de cobre.

22.12. CUALIFICACION DEL PERSONAL Y COMPETENCIASPara la realización de los procedimientos de protección contra la corrosión indicados en los apar-tados anteriores no se precisa que el instalador tenga una cualifi cación, precisándose, tan solo, experiencia en este tipo de protecciones.

El diseño y dimensionado de las instalaciones de protección catódica, por las implicaciones que se pudieran derivar sobre la propia instalación y sobre otros servicios que pasen por su proximidad, es recomendable que se encargue a una empresa especializada en este tipo de protección.

El control de la protección catódica, concretamente la lectura de aparatos, es competencia de los instaladores autorizados de gas categoría A.

35 Vol. 2 MANUAL PARA INSTALADORES AUTORIZADOS DE GAS



Revisión 0

Octubre 2008

Página 35 de 35

parte 22 la corrosión y la protección de las ... · pdf fileespeciﬁ caciones...

Documents