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PROCEDIMIENTO ESPECÍFICO

PE-CIDIM-DU-01INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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CONVENIOS DE INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO DE INTEGRIDAD MECÁNICA


CIDIM – IPN – DU – 01

MEDICIÓN DE LA RESISISTIVIDAD DEL SUELOPOR EL MÉTODO DE WENNER DE LOS CUATRO

ELECTRODOS

T.S.U.- HUMBERTO ALARCÓN FERNÁNDEZ ING. RICARDO LÁZARO BÁEZ DR. JOSÉ MANUEL HALLEN LÓPEZ

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MEDICIÓN DE LA RESISISTIVIDAD DEL SUELO POR EL MÉTODO DE WENNER DE LOS CUATRO ELECTRODOS

ÍNDICE

TEMA PÁGINA

1. OBJETIVO 3

2. DEFINICIONES 3

3. ALCANCES 4

4. RESPONSABILIDADES 4

5. INTERACCIÓN CON OTRAS ÁREAS 4

6. METODOLOGÍA 4

7. REGISTRO DE CONTROL DE CAMBIOS 7

T.S.U.- HUMBERTO ALARCÓN FERNÁNDEZ ING. RICARDO LÁZARO BAEZ DR. JOSÉ MANUEL HALLEN LÓPEZ




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1. OBJETIVO

Determinar los datos fundamentales de diseño de protección catódica mediante la resistividad de suelo y

la aplicación de criterios, tanto del diseño como la construcción del sistema de acuerdo a los

conocimientos y experiencia de campo.

2. DEFINICIONES

Corriente.- Flujo de cargas eléctricas a través de un conductor. Cantidad de electricidad que fluye por un

conductor en la unidad de tiempo. Su unidad es el Ampere.

Corrosividad.- Tendencia de un medio ambiente a causar corrosión.

Corrosividad del (medio) suelo. Un término simplemente empleado para identificar el grado de

corrosión natural que puede ocasionar cierto tipo de suelos (electrolito). El término está usualmente

relacionado a la resistividad del suelo (electrolito) y este depende de la actividad bacterial, del nivel (la

concentración química) de sales, pH y humedad.

Densidad de corriente.- La corriente eléctrica que fluye desde o hacia un electrodo por unidad de área.

Electrolito.- Una sustancia química que contiene iones que migran en un campo eléctrico. Para los

propósitos de este procedimiento se refiere al suelo o liquido adyacente, que esta en contacto con un

sistema de tuberías metálicas enterradas o sumergidas, que contiene humedad y otros químicos.

Interferencia.- Cualquier disturbio eléctrico sobre una estructura metálica como resultado de una

corriente parásita.

Polarización.- Es el cambio del potencial de corrosión de una estructura como resultado del paso de una

corriente eléctrica entre dicha estructura y el electrolito.

Resistividad.- Es la resistencia por unidad de longitud de una sustancia con sección transversal

uniforme. Mide la habilidad de un electrolito a resistir el flujo de una carga eléctrica.





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Resistividad del terreno.- Es la resistencia eléctrica específica de un terreno, se expresa en Ω-cm.

ALCANCES

Definir y entender problemas en líneas enterradas empleando técnicas superficiales sin contacto

con la tubería es complejo. Los datos obtenidos con mediciones superficiales no son absolutos

ya que están influenciados o relacionados por una serie de parámetros tales como la profundidad

del suelo, resistividad del terreno, humedad, pH, entre otros. Estos factores deben ser tomados

en cuenta para mejorar la precisión de cualquier tipo de resultado y relacionar la variación de

resultados a lo largo de la línea.

Tanto para la aplicación como la interpretación de los resultados de las técnicas indirectas, es

sumamente importante reunir la mayor cantidad de información acerca de la línea, datos de

construcción, datos históricos, de mantenimiento, rehabilitación, así como los relacionados con

los sistemas de protección catódica que influyen directamente sobre la integridad del ducto.

Previo a la aplicación de esta técnica, debe existir un respaldo de información técnica para que la

aplicación e interpretación de los resultados se lleve acabo de manera confiable.

Las diferentes técnicas de levantamiento, pueden tener diferentes puntos de inicio los cuales

deben ser identificados para utilizarlos como referencia, y puedan ser correlacionados en

actividades posteriores. Estos puntos establecidos de correlación, deben ser mandatarios para

todos los levantamientos. El éxito del análisis de los resultados y de la interpretación estará en

función de una buena correlación y alineación de datos.

Con el objetivo de alcanzar la mayor precisión en los datos de cualquier medición, este

procedimiento requiere previamente la localización precisa e identificación del ducto enterrado,

así como también de otras estructuras aledañas dentro del derecho de vía.





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Este procedimiento asume que el operador esta completamente informado y cuenta con todos

los permisos de trabajo necesarios aprobados, acceso a derecho de vía de la línea y

entrenamiento eléctrico para el manejo de los sistemas de protección catódica.

Este procedimiento requiere que el operador, registre claramente la distancia empleando un

método de medición (equipo GPS, odómetro, cinta métrica, etc.), así como también la dirección

del levantamiento.

La medición de resistividad del suelo se realizará en ductos de cada 100 m

El equipo empleado para realizar la medición de resistividad utiliza el método Wenner de los

cuatro electrodos. Las puntas de los electrodos serán colocadas en dos rangos de

espaciamiento, de tal manera que las dos lecturas cubran la profundidad a la que se encuentra

enterrada la tubería. la primera punta será colocada a una distancia igual o mayor a la

profundidad de enterrado, las puntas formarán una línea perpendicular al eje de la tubería.

En zonas lacustres la medición de resistividad se realizará en los márgenes de dichos sitios.

Los resultados de estos estudios contendrán los kilometrajes donde fueron realizadas las

mediciones, los valores obtenidos en ohm-cm, la clasificación del resultado de acuerdo a la

normatividad vigente y una grafica del perfil de resistividad en todo el trayecto del ducto.

Este procedimiento se realiza para detectar la resistividad de suelos mediante mediciones en los

derechos de vía de los sistemas de líneas de procesamiento, recolección y transporte de

hidrocarburos.

El método de Wenner de los cuatro electrodos determinara el valor de la resistividad y

conductividad eléctrica del terreno en contacto con la estructura metálica, este valor debe

considerarse en el diseño de los sistemas de protección catódica.





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4. RESPONSABILIDADES

Este documento se revisará y actualizará al menos cada cinco años, o antes si las sugerencias o

recomendaciones de cambio lo justifican.

No es responsabilidad, ni la intención de este procedimiento, cubrir todo lo concerniente con la

seguridad necesaria para realizar el trabajo adecuadamente, es responsabilidad del personal

que trabaja en una instalación que transporta hidrocarburos o maneja equipo eléctrico, el estar

informado de las medidas de seguridad establecida, y aplicarlas.

5. INTERACCIÓN CON OTRAS ÁREAS

Este procedimiento es aplicable para la evaluación directa de corrosión externa (ECDA, External

Corrosion Direct Assesment); proceso de evaluación internacional que es considerado por documentos

oficiales, como una manera global de determinar la integridad de un ducto.

6. REQUERIMIENTOS DEL EQUIPO PARA REALIZAR LAS MEDICIONES

I. GENERALIDADES

El equipamiento requerido para realizar con precisión las mediciones de resistividad en campo

consiste en un equipo digital medidor de resistividad del suelo, cuatro electrodos, y el cable

necesario para hacer las conexiones mostradas en la Fig. 1.

Equipo medidor – Una fuente de AC, usualmente de 97 Hz, es preferible desde el uso de CD

causara polarización de muchos electrodos metálicos, resultando en error. La corriente puede

proveerse de otras fuentes de generación de AC o un equipo vibrador de CD. Una fuente de CD

inalterable puede usarse si los electrodos son raspados a metal brillante antes de la inmersión, la

polaridad es regularmente reversible durante las mediciones, y las mediciones son promedio de

cada polaridad.





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Electrodos fabricados de acero bajo en carbono 0.475 a 0.635 (3/16 a ¼ de pulg.) en el diámetro

y de 30 a 60 cm (1 o 2 pie) de longitud son satisfactorios para muchas de las mediciones en

campo. Ambos materiales tienen tratamiento térmico, dado que son suficientemente rígidos para

insertarse en suelos secos o en grava. Los electrodos tienen un maneral y con una terminal para

su conexión con los cables.

Cableado, cable de hilos de cobre aislado de calibre 18 a 22. Las terminales deberán ser de

buena calidad para asegurar que exista baja resistencia de contacto entre los electrodos y el

medidor. En estudios con espaciamiento combinados de los electrodos, puede utilizarse un cable

multiconductor con terminales permanentemente localizadas en los intervalos requeridos.

7. METODOLOGÍA

I. RECOPILACIÓN DE INFORMACIÓN.

Antes de comenzar cualquier trabajo de levantamiento, es importante reunir toda la información

posible acerca de la línea que será inspeccionada. La información colectada debe incluir (pero

no estará limitada a):

a. Material de la línea incluyendo el grado de acero (especificación).

b. Diámetro de la línea y espesores de pared.

c. Tipos de recubrimiento a lo largo de toda la línea.

d. Mapas de ruta con tantos datos como sea posible.

e. Localización (distancia) y voltaje de operación de todas las fuentes de poder de protección

catódica.

f. Localización de posibles fuentes de corrientes parasitas.

g. Dificultad de acceso en áreas, cruces de ríos, cruces de carreteras etc.

h. Cualquier cambio a lo largo del derecho de vía.

i. Ubicación de postes de registros R o RA.





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II. ANTES DE REALIZAR CUALQUIER INSPECCIÓN

Todo el equipo empleado para las mediciones de resistividad deberá ser inspeccionado y

aprobado para su uso por el encargado de realizar los trabajos. Debe estar en buen estado con

baterías completamente cargadas.

Los equipos que sean empleados para la inspección estarán identificados con números de serie

únicos para permitirles ser distinguidos en el campo. Esto es para asegurar que todas las

mediciones eléctricas, sean tomadas empleando los mismos instrumentos.

En el caso de que existan reportes anteriores, se realizara la revisión de estos registros, la cual

debe proveer una lista de las áreas que han mostrado previamente zonas con alta corrosividad

de suelos, De la lista obtenida, se debe de programar un trabajo adicional a la medición realizada

normalmente.

III. GENERALIDADES DE LA MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD

El método de Wenner de los cuatro electrodos requiere que los cuatro electrodos metálicos se

coloquen con igual separación en una línea recta sobre la superficie del suelo a una profundidad

que no exceda el 5% de la separación mínima de los electrodos. La separación de los electrodos

deberá seleccionarse considerando el estrato del suelo de interés. La medición resultante

representa el promedio de resistividad del hemisferio del suelo de un radio igual a la separación

de los electrodos.

La resistencia especifica del suelo se calcula siguiendo la siguiente fórmula:





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Donde:

a = separación de los electrodos, y

R = resistencia, Ω.

Usando un análisis dimensional, la unidad correcta para la resistividad es ohm-centímetro.

Un voltaje es impreso entre los electrodos exteriores, causando un flujo de corriente, y la caída

de voltaje entre los electrodos interiores es medida a través del equipo medidor, dando así la

resistividad en forma directa.

Seleccione una alineación de los electrodos en las mediciones que incluya la topografía uniforme

del terreno. No incluya materiales no conductivos tales como suelos congelados, bases de

concreto, banquetas, etc., las cuales no son representativas del suelo de interés, en la

colocación de los electrodos. Las estructuras conductivas tales como tubos o cables no deberán

estar dentro del tramo de los electrodos a menos que estén en el ángulo derecho del tramo.

Seleccione el espaciamiento de los electrodos con respecto a la estructura de interés. Ya que

muchas tuberías están instaladas a profundidades desde 1.5 a 4.5 m (5 a 15 pie), el

espaciamiento de los electrodos de 1.5, 3.0 y 4.5 m. (5, 10 y 15 pie) son comúnmente usados. El

espaciamiento será igual a la profundidad máxima de interés.

Imprima un voltaje a través de los electrodos exteriores. Mida la caída de voltaje entre los

electrodos interiores y registre ambos la corriente y la caída de voltaje si un amperímetro o

voltímetro por separado son usados. Cuando se usa un medidor digital de resistencia, la

resistividad se lee directamente y regístrela.

Registre el espaciamiento de los electrodos y la medición de la resistividad. Fecha, hora,

topografía del suelo, drenes, e indicaciones de contaminación para facilitar interpretación

posterior.





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IV. CONFIGURACIÓN GENERAL

Debido a que existen tensiones o ruido de corriente en el sistema de tierra causados por alguna

red de voltaje en algún lugar de las proximidades, estas deben ser sometidas a comprobación. la

frecuencia de la tensión de red en México es de 60 Hz. Con el fin de obtener resultados estables,

independientemente de los niveles de ruido, introducir la frecuencia nominal del sistema de

alimentación. Una vez que se ha configurado la frecuencia esta permanece guardada, incluso

después de la sustitución de las pilas.

Para introducir la frecuencia de la tensión de red (60 Hz) y la unidad del parámetro de la

resistividad del suelo (Ω cm/ Ω pie), siga las siguientes indicaciones en el panel, ver Fig. 2, del

equipo medidor digital:

o Apague el instrumento (posición OFF)

o Mantenga la tecla apretada mientras enciende el instrumento (posición ON) hasta que el

mensaje Fr seguido del valor 50 o 60 (el último seleccionado) comience a parpadear.

o Seleccione la frecuencia de tensión de red adecuada

o Confirme la frecuencia. La unidad m o ft (la última seleccionada), utilizada en la

medición de la resistividad de tierra, comienza a parpadear.

o Seleccione la unidad adecuada.

o Confirmación de la “Selección de unidad”. El instrumento está listo para las mediciones

habituales.



Fr 50 Hz

LEn m

ST

ST



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V. MEDICIONES DE RESISTIVIDAD EN CAMPO.

Conecte los cables de prueba al instrumento y a los electrodos de prueba, de acuerdo a la Fig. 1.

Sitúe el selector de funciones en la posición ρEARTH , aparecerá en pantalla el siguiente menú:

Establezca la distancia “a” entre los electrodos de prueba. La distancia debe ser la misma que la

utilizada en la medición práctica, si no el resultado no será correcto:

o Entrar en el “Modo de ajuste del valor de la distancia”, aparecerá en pantalla el siguiente

menú:

o Las distancias posibles son de 1 a 30 m o de 1 a 90 pie en intervalo de 1 m/pie.

o Establecer la distancia “a” adecuada. Una sola presión aumentará / disminuirá el valor en

un intervalo, mientras que una presión continua lo aumentará / disminuirá de manera

continua.

o Regresar al “Menú inicial de resistividad de tierra”

Ver el resultado de la prueba (si desea realizar mas de una medición pulse la tecla START y

manténgala apretada hasta que el resultado se estabilice, entonces suelte la tecla. El último

resultado permanecerá en la pantalla)

Repita la medición situando los electrodos de prueba en distintas direcciones con diferentes

distancias entre ellas. Compruebe o corrija la distancia correcta “a” introducida en el instrumento

antes de cada medición.



- - - Ωm

10 m

ST

ST



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VI. INTERPRETACIÓN.

La interpretación de los resultados de los estudios de resistividad dependerá de la experiencia de

las personas involucradas. Los valores promedio o medianos de resistividad indicaran la

corrosividad general del suelo. Los cambios bruscos en la resistividad en diferentes distancias se

debe a variaciones apreciables en el contenido de humedad y drenado de cuerpos de agua y son

indicativos de condiciones locales severas.

Debe reconocerse que las condiciones subsuperficiales puede variar grandemente en distancias

cortas, particularmente donde otras estructuras han sido instaladas. La contaminación superficial

tiende a concentrarse en zanjas con superficies que se deslavan, apreciándose resistividad muy

baja por debajo del nivel natural. Ya que las zanjas de tubería no pueden incluirse en el tramo de

mediciones, deberán obtenerse muestras para “soil box” donde exista la oportunidad.

Los resultados obtenidos por este procedimiento se grafican en un diagrama que represente la

longitud de la línea (Fig. 3). La escala de resistividad es logarítmica, ya que es más importante la

relación de resistividades que sus diferencias. A partir de estos diagramas se pueden localizar

fácilmente los "puntos calientes" o sea las áreas de mayor corrosividad del suelo.

De acuerdo con los rangos establecidos por la norma NRF-047-PEMEX-047, la corrosividad de

un terreno, debe ser clasificada conforme a la siguiente tabla:

Resistividad del suelo (Ω cm) Corrosividad del suelo

0 – 1,000 Altamente corrosivo

1,001 – 5,000 Corrosivo

5,001 – 10,000 Poco corrosivo

10,001 – en adelante Muy poco corrosivo





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Figura 1. Conexión de cables de 20 m estándar..





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8. REGISTRO DE CONTROL DE CAMBIOS.

DESCRIPCIÓN REVISIÓN FECHASin Cambios

0 Abril / 09



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