proyecto proteccion catodica
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941 DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA
ALUMNA: SANDRA GARCIA CASTILLO
MATRICULA: TE060676
CARRERA: INGENIERIA MECATRONICA.
EMPRESA: PEMEX (ZONA INDUSTRIAL COMALCALCO TAB.)
PERIODO: 24 DE EMERO AL 24 DE JUNIO DEL 2011.
ASESOR INTERNO: ASESOR EXTERNO:
ING. ALEJANDRO PEREGRINO M. ING. RAFAEL ALEGRIA GARCIA.
COMALCALCO, TABASCO. A 4 DE JULIO DEL 2011
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INDICE
Capitulo 1: Generalidades.
1.1. Introducción………………………………………………………………………..……..5
1.2. Justificación………………………………………………………………………..…..…7
1.3. Objetivos…………………………………………………………………………….……8
1.4. Problemática………………………….……………………………………………..……9
1.5. Alcances y limitaciones……..…………………………………………………………10
1.6. Descripción de la empresa……………………………………………………….……16
1.7. Cronograma de actividades…………………………………………………………...18
Capitulo 2: Estado del arte de los sistemas de protección catódica
2.1. Antecedentes de los sistemas de protección………………………………………….19
2.2. Corrosion………………………………………………………………………………..…19
2.3. Clases de corrosión…………………………………………………………………….. .20
2.3.1. Corrosión química…………………………………………………………………….. .20
2.3.2. Corrosión electroquímica…………………………………………………………..…..21
2.4. Protección catódica…………………………………………………………………….…22
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2.5. Fundamentos de la protección catódica………………………………………………..23
2.6. Tipos de sistemas de protección catódica……………………………………………..23
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2.7. Ánodos galvánicos de sacrificio…………………………………………………………25 2.8.
Vida de los ánodos………………………………………………………………….…….26
2.9. Corriente impresa……………………………………………………………………...
….27 2.10 fuentes de
corriente…………………………………………………………………..….28
2.11 diseño (consideraciones generales)……………………………………………………33
2.12. Procedimiento de cálculo para el diseño de protección catódica con ánodos galvánicos
para ductos terrestres…………………………………………………………….34
2.13. Instalación para sistemas con ánodos galvánicos para ductos terrestres………...34
2.14. Instalación para sistemas de corriente impresa……………………………………...39 2.15.
Inspección………………………………………………………………………………..41
2.16. Mantenimiento…………………………………………………………………………...44
Capitulo 3: Elementos que conforman y son más vandalizado en un SPC.
3.1.Elementos que integran un sistema de protección catódica…………………………46
3.2. Nuevas tecnologías aplicables a los sistemas de protección catódica…………...48
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Capitulo 4: Diseño del nuevo sistema de protección catódica subterráneo.
4.1. Diseño propuesto……………………………………………………………………….…
52 4.2.desarrollo del diseño del nuevo sistema de protección
catódica……………………..55
Conclusión…………………………………………………………………………………..…63
Bibliografía…………………………………………………………………………………..…65
Anexos…………………………………………………………………………………….……69
Glosario……………………………………………………………………………………….…73
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1.1. INTRODUCCION
Es de conocimiento general que las estructuras o tuberías de acero enterradas
y/o expuestas al aire presentan muchas formas de corrosión, producto de diferentes
causas que inciden en el deterioro del metal, esto se debe a que diversos factores
afectan sustancialmente, el tipo y velocidad de corrosión en una estructura en
contacto con el suelo.La protección catódica es, quizás, el método más importante
para conseguir el control de la corrosión, en los casos en que su aplicación es posible.
Mediante una corriente eléctrica aplicada exteriormente, desde unos ánodos
situados en el mismo electrolito que la estructura, la corrosión se reduce virtualmente a
cero y se puede mantener una superficie metálica en un medio corrosivo, sin sufrir
deterioro durante un tiempo indefinido. Por ello, el metal a proteger debe alcanzar
un determinado potencial respecto a un electrodo de referencia, denominado
Potencial de Protección. Su campo clásico de aplicación es en protección externa
de estructuras metálicas sumergidas o enterradas, y en protección interna de
depósitos y grandes tubos que contengan agua.
Pueden utilizarse recubrimientos inorgánicos como vitrificados, silicatos de zinc,
cemento, o bien recubrimientos orgánicos aplicados en frío o en caliente, siendo
estos últimos los más empleados en estructuras enterradas.
En el capítulo 1 se muestran las generalidades del proyecto las cuales constituyen
la introducción, justificación, objetivos generales y específicos, la descripción de la
empresa, la problemática, los alcances y limitaciones.
En el capítulo 2 se muestra el estado del arte de los sistemas de protección catódica,
lo que es un sistema de protección catódica, los diferentes tipos de corrosión a los
cuales están expuestos los ductos, el diseño, instalación, mantenimiento de los SPC.
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En el capítulo 3 se encuentran los elementos que conforman y son más vandalizados
en un sistema de protección catódica actual y posibles propuestas de nuevas
tecnologías o tipos de seguridad que se pueden implementar en los sistemas de
protección catódica.
En el capítulo 4 se realiza el desarrollo del nuevo diseño de protección catódica
propuesto para evitar los vandalismos mostrando cada una de las características
con las que contara este diseño.
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1.2. JUSTIFICACION
La protección catódica está basada en un fenómeno electroquímico de la
naturaleza, que el hombre actualmente utiliza como una tecnología anticorrosiva para
la protección o conservación de estructuras metálicas enterradas o sumergidas. A
nivel mundial, la conducción y transporte de hidrocarburos del petróleo y sus
derivados petroquímicos, se efectúa utilizando tuberías de acero y altas presiones
de operación. Se ha establecido como una norma a nivel internacional la
utilización de los sistemas de protección catódica (ya se a base de ánodos
galvánicos o de corriente impresa) para garantizar en las tuberías una operación
segura y confiable.
En nuestro país, esta tecnología se ha venido utilizando en instalaciones
petroleras aproximadamente. Desde el año de 1955, las tecnologías de protección
catódica utilizan diversos metales de muy alta pureza y en muy importantes
cantidades, como elementos básicos de conducción y disipación de corriente de
protección hacia las tuberías. El alto costo de estos metales en nuestro país, los ha
situado como el objetivo principal de los actos vandálicos que culminan con el robo de
estos metales.
Una vez llevados a cabo estos actos vandálicos, la protección catódica en los
sistemas de ductos que transportan hidrocarburos y petroquímicos deja de funcionar,
quedando las tuberías expuestas al ataque directo de la corrosión externa. Durante el
tiempo que quedan desprotegidos los ductos quedan en condiciones de muy alta
riesgo a la seguridad de las personas, instalaciones, medo ambiente y grandes
pérdidas económicas.
El desarrollo del diseño del sistema de protección catódica que se muestra en la
siguiente tesis tiene el objetivo de disminuir, los riesgos, las perdidas económicas
y mantener los sistemas en un alto funcionamiento impidiendo que estos se han
vandalizado por los materiales que utiliza, debido a que al utilizar materiales más
económicos y a la vez, implementar alarma de seguridad satelital disminuirá la
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posibilidad de que se han propensos a ser robados.
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1.3. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL: Diseñar un sistema de protección catódica anti vandalismo.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Describir en qué consiste la protección catódica
Mostrar cómo se realiza la instalación de un sistema de protección catódica.
Implementar nuevas medidas de seguridad para evitar que los SPC sean vandalizados.
Desarrollar el nuevo diseño de sistema de protección catódica.
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1.4. PROBLEMÁTICA
El principal problema a resolver mediante el diseño propuesto es el robo de algunos de
los materiales con los que cuentan los sistemas de protección catódica, como son
los cablesde cobre que son utilizados principalmente para las conexiones de los
ánodos, rectificadores y transformadores.
También se tiene como objetivo disminuir las anomalías que se tienen al realizar
inspecciones físicas a los sistemas tales como, traslado al sitio, uso de
herramientas manuales con errores de calibración, exposición del personal a riesgos y
riesgo de error de transición de datos entre otros.
1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES
El diseño propone una nueva forma de construir los sistemas de protección
catódica, sumergiendo toda la estructura bajo tierra para que así se pueda impedir el
acceso a los ladrones, mediante los costados de dicha estructura, y así poder evitar el
acceso para que sea vandalizada. La solución incluye el monitoreo remoto, captura
de información (datos), generación de alarmas, análisis e interpretación de los
resultados, en un informe que se presenta de forma mensual, el cual contiene un
listado priorizado de recomendaciones necesarias para evitar las fallas. Este análisis
es realizado por especialistas utilizando para ello los datos provenientes directamente
desde los equipos de medición Los datos son transportados de manera segura al
Centro de Datos de Monitoreo donde son convertidos en información crítica para
toma de decisiones generada por una plataforma de reporte basada en Web.
Modificación en línea de umbrales y niveles de alarma. Evaluación de estatus de
equipo y datos de auditoría en una pantalla. Seguimiento y análisis a eventos de
paro. Identifica y responde a problemas potenciales antes de que ocurran. No
requiere software especial, sólo Internet.
Las limitaciones que podrían existir para dicho diseño podría ser la falla de internet
o desastre naturales.
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1.6. DESCRIPCION DE LA EMPRESA
HISTORIA DE PEMEX
Pemex tiene sus orígenes desde que en 1919, Shell tomó el control de la
Mexican Eagle Petroleum Company y en 1921 formó Shell-Mex Limited, la cual
comerciaba productos bajo las marcas “Shell” e “Eagle” en el Reino Unido. En 1931,
parcialmente en respuesta a las difíciles condiciones económicas de aquellos
tiempos, Shell-Mex fusionó sus operaciones de mercado en el Reino Unido con las de
la British Petroleum y creó la Shell-Mex and BP Ltd., una compañía que funcionó
hasta que las marcas se separaron en 1975.
En 1935, las compañías petroleras que operaban en territorio mexicano (que en
ese entonces se encontraban en manos de capital extranjero) se negaron e
intentaron impedir la creación de sindicatos de trabajadores petroleros. Sin embargo,
pese a los esfuerzos de estas empresas se logró crear al Sindicato Único de
Trabajadores Petroleros, este sindicato comenzó una huelga para mejorar las
condiciones de trabajo e incrementar los salarios de los trabajadores. Ese mismo año
el entonces Presidente de México Lázaro Cárdenas intervino para mediar la
situación. Ya que el problema entre los trabajadores y las compañías no se resolvía y
esto afectaba grandemente a la economía de todo el país, en 1938 Lázaro Cárdenas
se unió a las peticiones de los trabajadores y se exigió el incremento en los
salarios y una mejora en los servicios sociales de los trabajadores.
Desafortunadamente las compañías británicas y norteamericanas se negaron a esto
y los inversionistas extranjeros amenazaron con irse del país llevándose todo su
capital.
¿QUE ES PEMEX?
Petróleos Mexicanos (Pemex)(antes PETROMEX) es una e m p r esa pú b l i ca
pa r aest a t a l m e x i cana pet r o l e r a , creada en 1938, que cuenta con un régimen
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constitucional para la explotación de los recursos energéticos (principalmente pet r ó l e o
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gas nat u r a l ) en territorio mexicano, aunque también cuenta con diversas
operaciones en el extranjero. Esta empresa actúa bajo la supervisión de un
consejo de administración, cuyo presidente es el S ec r e t a r io de E ne r gí a , actualmente
el Dr. José A nt o n i o M eade K u r i b r e ñ a . El Director General de Pemex (el cual es el
encargado de las operaciones diarias) es J u an J o sé S u á r ez C o ppe l .
Pemex es además la compañía estatal encargada de administrar la exploración,
explotación y ventas del petróleo, siendo la mayor empresa de México. Fue la
mayor compañía Latinoamericana hasta mediados del 20 0 9 , antes de ser superada
por la petrolera brasileña P et r o b r a s .1 2 3 4 5 Pemex tiene ventas superiores a los
106.000 millones USD al año, una cifra incluso superior al PIB de algunos de los
países de Latinoamérica. Su sede de administración está ubicada en la avenida
Marina Nacional
#329 en la colonia Huasteca en C i u dad d e M é x i co donde concentra todas sus
áreas administrativas en la llamada T o rr e E j ecut i va P e m e x y en edificios contiguos
alberga sus sistemas informáticos.
MISIÓN
Maximizar el valor económico a largo plazo de las reservas de crudo y
gas natural del país, garantizando la seguridad de sus instalaciones y su
personal, en armonía con la comunidad y el medio ambiente.
VISIÓN
Ser reconocida como la mejor inversión de los mexicanos, como una
empresa líder de exploración y producción en el ámbito internacional,
comprometida con el desarrollo integral de su personal y con los más altos
estándares de eficiencia, ética profesional, protección al medio ambiente y
seguridad.
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FILOSOFÍA
Creemos que las actividades para la explotación de los hidrocarburos son una labor
de equipo y que en la ejecución cotidiana se deben optimizar y utilizar racionalmente
los recursos asignados, dentro de un clima de respeto, orgullo, pertenencia, ética,
probidad e integridad, sustentando económicamente todas las acciones y decisiones
emprendidas, cuidando el entorno ecológico y social, sosteniendo un estrecho
vínculo entre tecnología y modernización.
VALORES
En PEP reconocemos la dignidad que cada quien tiene por el hecho de ser persona
y nos comprometemos a reconocer ese valor en nuestros compañeros, clientes y
proveedores, así como en las comunidades en donde trabajamos y a la sociedad a
la que servimos.
Competitividad: Nuestro compromiso con la competitividad supone tener
objetivos claros y dar lo mejor de nosotros mismos al realizar nuestras tareas
con empeño y dedicación, ser productivos, rentable y exitosos, así como estar
capacitados y dispuestos a atender con rapidez y calidad las demandas
de nuestros clientes.
Integridad: Nuestro compromiso es trabajar éticamente, luchar por el
desarrollo humano actuando con honestidad, de buena fe, empeñando nuestra
palabra y cumpliendo nuestros compromisos a plenitud.
Innovación: En PEP queremos trabajar con creatividad en el desarrollo de
nuevos productos, tecnologías, servicios y procesos para generar crecimiento
en lo personal, organizacional y social. Aceptamos el reto de imaginar nuevas
formas de hacer las cosas, el de ser flexibles y adaptarnos a los cambios que
demanda el entorno, el de no conformarnos con lo establecido.
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Sustentabilidad: Ser sustentable significa estar comprometido con el largo
plazo, con el medio ambiente y con el cuidado de los recursos en beneficio
de las generaciones venideras. Para ser una organización sustentable es
necesario que todas nuestras decisiones y actividades consideren el impacto a
largo plazo. En PEP hemos apostado por el futuro y queremos comprometernos
con él.
Compromiso Social: En PEP estamos comprometidos a devolver en bienes,
servicios y productos la riqueza que la sociedad mexicana nos ha
confiado. Sabemos que nuestras acciones deben redundar en servicio, lealtad
y cuidado para nuestra sociedad
OBJETIVOS ESTRATÉGICOS
Identificar las ventajas estratégicas y competitivas en el corto, mediano y
largo plazo que ayuden a mejorar el desempeño operativo y financiero de la
Región.
Determinar iniciativas de corto, mediano y largo plazo que generen valor en los
Activos y en la Región en general.
Asegurar que las iniciativas identificadas estén alineadas con el Plan de
negocios de PEP.
Implantar mecanismos de seguimiento, retroalimentación y difusión del plan
estratégico de la Región.
Fortalecer el liderazgo como productor y proveedor de
hidrocarburos. Integrar una cartera de proyectos de alta calidad y
rentabilidad.
Asegurar la suficiencia y oportunidad de recursos de inversión.
Lograr la ejecución eficiente de proyectos.
Alcanzar niveles internacionales de eficiencia en costos, seguridad y protección
ambiental.
Fortalecer las capacidades profesionales y evaluar el desempeño en función de
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generación de valor.
Mejorar los términos de relación con la sociedad y el gobierno.
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POLÍTICAS GENERALES
Cuidar que las estrategias de producción estén dirigidas al cumplimiento de la
misión y objetivos de Pemex Exploración y Producción.
Vigilar que el cumplimiento de metas y aspiraciones de PEP sean de acuerdo al
Plan de Negocios 2002-2010.
Lograr el fortalecimiento hacia el liderazgo como productor y proveedor de
hidrocarburos.
Mantener la integración de una cartera de proyectos de alta calidad y
rentabilidad.
Asegurar la suficiencia y oportunidad de los recursos de inversión.
Impulsar la ejecución eficiente de proyectos.
Contribuir al logro de niveles internacionales de eficiencia en costos, seguridad y
protección ambiental.
Fortalecer las capacidades profesionales y evaluar el desempeño en función de
la generación de valor.
Propiciar que las relaciones con la sociedad y el gobierno se den dentro de un
marco de respeto y cordialidad.
Procurar que la incorporación de reservas se efectúe optimizando la relación
costo beneficio.
Consolidar el liderazgo en los mercados de crudo pesado y mantener el
nivel actual de producción.
Impulsar el incremento de la producción de crudo ligero.
Contribuir a satisfacer la demanda de gas natural.
Mantener y asegurar la cantidad y oportunidad en los recursos de
inversión. Fortalecer la capacidad de ejecución de proyectos de inversión.
Fortalecer a los Activos como Unidades de Negocio con enfoque en actividades
sustantivas.
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Fortalecer y mantener el proceso de toma de decisiones y la rendición de
cuentas.
Coadyuvar en el fortalecimiento de las especialidades relacionadas con la
Ingeniería Petrolera, incentivando su capacitación, actualización profesional,
promoción y ubicación en Proyectos que requieran y se ajusten al perfil de
cada profesionista.
Impulsar el diseño y ejecución de proyectos de recuperación secundaria y
mejorada, particularmente el de doble desplazamiento, así como la aplicación
de procesos para incrementar la recuperación final de los yacimientos de
aceite volátil y de gas y condensado.
Promover la adquisición, integración y el análisis integral de la información
técnica necesaria, con objeto de aplicar las mejores prácticas
internacionales, que permitan maximizar su rentabilidad mediante su explotación
racional.
Documentar proyectos de explotación, en la medida de lo posible, para la
totalidad de la base de reservas probadas.
Impulsar la estrategia tecnológica incorporando al Instituto Mexicano del
Petróleo y nuevas opciones tecnológicas en proyectos de inversión.
Promover reuniones de trabajo periódicas donde se presenten programas,
avances, problemática y alternativas de solución, además de enfocar e
integrar los esfuerzos a las actividades estratégicas.
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1.8. CRONOGRAMA DE RESIDENCIA PROFESIONAL
Nombre: SANDRA GARCIA CASTILLONo. de Control: TE060676Carrera: INGENIERIA MECATRONICAProyecto: DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CATODICA
NOMBRE DE TAREAS INICIO FIN
2011
E F M A M J J A
Definir el nombre del proyecto01/01/11 14/01/11 X
Definir el obj.gral y específicos24/01/11 31/01/11 X
Investigar referente al tema02/02/11 07/02/11
x
Buscar información del capítulo 107/02/11 12/02/11 x
Terminar capitulo 115/02/11 03/03/11 X
Investigar para el capitulo 2:elementos que conforman y son más vandalizados en un sistema de protección catódica actual. 22/03/11 07/04/11
x
Terminar el capitulo 2: elementos que conforman y son más vandalizados en un sistema deprotección catódica actual. 09/04/11 11/04/11
x
Iniciar capitulo 3: diseno del nuevosistema de protección catódica.
09/04/11 11/04/11x
Investigar y revisar capitulo 3: diseño del nuevo sistema de proteccióncatódica.
13/05/11 20/05/11x
Terminar capitulo 3: diseño delnuevo sistema de protección catódica.
23/05/11 31/05/11x
conclusión01/05/11 18/05/11 x
Revisar la conclusión y corregirdetalles.
18/05/11 23/05/11x
Realizar los anexos25/05/11 03/06/11 x
Proyecto terminado28/06/11 x
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CAPITULO 2: ESTADO DE
ARTE DE LOS SISTEMAS
DE PROTECCIÓN
CATÓDICA.
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2.1. ANTECEDENTES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA.
Las masas (tuberías, tanques de almacenamiento, etc.), se encuentran sujetos a
los campos electromagnéticos, con transformación a cargas electrostáticas, con
intercambios de iones, que traen como consecuencias su deterioro molecular parcial
o total en algunas ocasiones.Es fundamental, que en todo diseño de estructuras,
se consideren estos efectos resonantes electromagnéticos, en base a la longitud de
onda de la longitud física de los tramos (ductos o tuberías).
Las estructuras (tanques de almacenamiento, ductos o tuberías, etc.), no están
diseñadas para la neutralización o drenaje de las cargas electrostáticas originadas
por los campos electromagnéticos, esto inducidos naturalmente o artificialmente, para
lograr completar el actual diseño de protección catódica, es fundamental y necesario,
además de los principios químicos y electroquímicos, el electromagnético,
considerado el análisis en que las masas a proteger son un “plasma en
movimiento” por lo que su estudio estará soportado en ecuaciones hidrománticas.
Con esto, al referirlo como un plasma, se relaciona con el estudio de los fluidos,
los cuales obedecen las leyes de la hidrodinámica, sin olvidar que los fluidos se
consideran conductores de energía eléctrica y que las fuerzas de los campos
electromagnéticos resultan de gran importancia. Aproximadamente la protección
catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphrey
Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con
h i e r r o o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a
pesar de que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferación de
organismos marinos, habiéndose rechazado el s i st e m a por p r o ble m as de navegación.
En 1850 y después de un largo período de estancamiento la marina Canadiense
mediante un empleo adecuado de pinturas con antiorganismos y anticorrosivos
demostró que era factible la protección catódica de embarcaciones con mucha
econo m ía en los co s t o s y en el mantenimiento. [10]
21
2. 2 CORROSIÓN.
Se entiende por corrosión la destrucción o deterioro de los materiales por
procesos químicos o electroquímicos. En el caso del hierro y del acero, se habla
indistintamente de corrosión o de oxidación. La corrosión comienza en la superficie
de la pieza; con ello, en dicha superficie se forma generalmente una capa de un
compuesto químico del metal con el elemento atacante, por ejemplo el oxígeno. Si
dicho compuesto no es poroso ni soluble en agua, él mismo actúa como un
revestimiento protector, como es el caso del óxido de aluminio sobre el aluminio; con
ello termina la corrosión. Si dicha capa es porosa, soluble en agua o incluso
hidrófila, como por ejemplo el óxido de hierro, acelera la corrosión. [6]
2.3. CLASES DE CORROSIÓN.
Se distinguen la corrosión química, la corrosión electroquímica y la
electromagnética (todas interactuando).
Razones termodinámicas motivan que los metales que se han obtenido a partir de
sus minerales en la naturaleza tiendan, en su uso normal, a volver al estado
combinado. El fenómeno que conduce al deterioro progresivo de las propiedades
metálicas queda designado por el término corrosión.
La corrosión es casi siempre de naturaleza electroquímica, esto es, una corriente
eléctrica que circula entre determinadas zonas de la superficie del metal, conocidas
con el nombre de ánodos y cátodos, a través de una solución llamada electrolito capaz
de conducir dicha corriente. Este conjunto constituye micro o macro pilas en las
que la zona anódica es la que sufre los efectos de la corrosión. Cuando los átomos del
ánodo se disuelven para formar iones, los electrones que dejan libres hacen al ánodo
negativo con respecto a la solución. Sus electrones pasan al cátodo a través de la masa
metálica y allí neutralizan a los iones positivos. La corrosión, por tanto, es
sostenida por procesos simultáneos anódicos y catódicos. [6]
22
2.3.1. CORROSIÓN QUÍMICA.
En el caso de la corrosión química, se forman compuestos de los metales por la
acción de sustancias atacantes. Esta corrosión de tipo electroquímico, característica
de estructuras sumergidas o enterradas, es sumamente peligrosa, no por la pérdida
de metal en si, que suele ser pequeña, sino por tratarse de una corrosión localizada
que puede ser origen de picaduras profundas. Para que exista corrosión hemos
visto la necesidad de que existan simultáneamente ánodos, cátodos y un electrolito.
Estos ánodos y cátodos son micro o macropilas con una diferencia de potencial
entre sus dos semielementos. Las micropilas pueden tener su origen en el metal o
en el electrolito, siendo en cada caso provocadas por varios motivos.
El acero caliente se oxida, al recocer por ejemplo el acero, tres átomos de hierro
se combinan con cuatro átomos de oxígeno formando óxido ferroso-férrico Fe3O4
(cascarilla). Los contactos de plata se ennegrecen, si el aire está contaminado
con humos sulfurados: se forma sulfuro de plata (Ag2S). El cobre de un
conductor en manguera de goma se puede combinar con el azufre del aislamiento
de la goma, si dicho cobre no está protegido por galvanizado. El cobre se puede
combinar también con el ácido acético, dando lugar a la formación de cardenillo,
venenoso. El cobre se combina con los elementos componentes del aire, formando
una pátina insoluble en agua. Sometido a la acción del aire, el aluminio se cubre
de una capa de óxido de aluminio (A12O3). El aluminio es atacado también por los
álcalis. Incluso los morteros húmedos son perjudiciales para el aluminio, puesto que
contienen caliza y la caliza combinada con agua puede formar un álcali. Asimismo
el plomo es atacado por los álcalis. [10]
2.3.2. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA.
La corrosión electroquímica presupone la existencia de un electrolito (líquido
conductor de la electricidad). Normalmente, dicho electrolito es agua (agua de lluvia,
23
corriente o de mar, humedad del aire, sudor corporal).
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También los aceites y las grasas pueden actuar como electrolitos, si se han
vuelto rancios bajo la acción del aire y del calor o si por cualquier motivo no están
libres de ácidos y álcalis. Los procesos que se presentan en la corrosión
electroquímica son similares a los producidos en el interior de un elemento galvánico.
Cuando un metal se disuelve en un electrolito y debido a la cesión de electrones por
parte de los átomos, se produce un exceso de electrones en el metal, al abandonar
los iones la superficie de dicho metal (Fig.2.3.2). La tendencia del metal a disolverse
se llama tensión de disolución. Sumergidos en un electrolito, los metales cuya
tensión de disolución es elevada presentan un gran exceso de electrones y metales
cuya tensión de disolución es baja, un pequeño exceso de electrones. El metal que
forma el polo negativo resulta deteriorado al ceder iones; se dice que es el metal
menos noble. [6]
Figura 2.3.2. Formación de la carga negativa en una placa de Zinc, debido a la formación de iones.
2.4. PROTECCIÓN CATÓDICA.
La protección catódica es una técnica de cont r o l de la corrosión, que está siendo
aplicada cada día con mayor é x i to en el mundo entero, en que cada día se
hacen necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar pe t r ó l e o ,
p r o duct o s terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables
eléctricos y telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes.
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En la práctica se puede aplicar protección catódica en m et a l es como ace r o ,
c o b re , plomo, latón, y a l u m i n i o , contra la corrosión en todos los suelos y, en casi
todos los m ed i os acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por
corrosión bajo tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques
generalizados. Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto
a proteger y del elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto
eléctrico e inmerso en un electrolito. [5]
2.5. FUNDAMENTO DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA.
Si cada fracción del metal expuesto de una tubería o una estructura construida de tal
forma de coleccionar corriente, dicha estructura no se corroerá porque sería un
cátodo. La protección catódica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente
de una fuente externa, sobre toda la superficie de la estructura. Mientras que la
cantidad de corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente venciendo la corriente
de corrosión y, descargándose desde todas las áreas anódicas, existirá un flujo neto de
corriente sobre la superficie, llegando a ser toda la superficie un cátodo. Para que
la corriente sea forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia de
potencial del sistema aplicado sea mayor que la diferencia de potencial de las
microceldas de corrosión originales. La protección catódica funciona gracias a la
des c a rg a de corriente desde una ca m a de ánodos hacia t i e rr a y dichos materiales
están sujetos a corrosión, por lo que es deseable que dichos materiales se
desgasten (se corroan)a menores velocidades que los materiales que protegemos.
Teóricamente, se establece que el mecanismo consiste en polarizar el cátodo,
llevándolo mediante el empleo de una corriente externa, más allá del potencial de
corrosión, hasta alcanzar por lo menos el potencial del ánodo en circuito abierto,
adquiriendo ambos el mismo potencial eliminándose la corrosión del sitio. La
protección catódica no elimina la corrosión, éste remueve la corrosión de la estructura
a ser protegida y la concentra en un punto donde se descarga la corriente. Para su
funcionamiento práctico requiere de un electrodo auxiliar (ánodo), una fuente de
26
corriente continua cuyo terminal positivo se conecta al
27
electrodo auxiliar y el terminal negativo a la estructura a proteger, fluyendo la
corriente desde el electrodo a través del electrólito llegando a la estructura.
Influyen en los detalles de diseño y c o nst r uc c i ón parámetro de geo m et r ía y tamaño
de la estructura y de los ánodos, la resistividad del medio electrólito, la fuente de
corriente, etc. [5]
2.6. TIPOS DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA.
Existen dos tipos de sistemas de protección catódica que pueden utilizarse
individualmente o combinados, siendo éstos los siguientes: Corriente impresa y
Ánodos galvánicos (de sacrificio).
2.7. ÁNODOS GALVÁNICOS DE SACRIFICIO
Un metal tendrá carácter anódico respecto de otro si se encuentra arriba de él en
dicha serie. Así, por ejemplo, el hierro será anódico con relación al cobre y catódico
respecto al zinc. El metal que actúa como ánodo se "sacrifica" (se disuelve) en favor
del metal que actúa como cátodo; por esto el sistema se conoce como protección
catódica con ánodos de sacrificio. Lo anterior se ilustra en un esquema de la figura
(1.8).
Figura 2.7. Mecanismo de protección catódica con ánodo de sacrificio
28
LAS PROPIEDADES QUE DEBE REUNIR UN MATERIAL ANÓDICO SON LAS
SIGUIENTES:
1) Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo como para polarizar la
estructura de acero (que es el metal que normalmente se protege) a -0.80 V. Sin embargo, el
potencial no debe ser excesivamente negativo ya que eso motivaría un gasto innecesario de
corriente. El potencial práctico de disolución puede estar comprendido entre - 0.95 V y - 1.7 V.
2) Cuando el metal actúe como ánodo debe presentar una tendencia pequeña a la
polarización, no debe desarrollar películas pasivantes protectoras y debe tener un elevado
sobre potencial para la formación de hidrógeno.
3) El metal debe tener un elevado rendimiento eléctrico, expresado en amperes-hora por
kg. de material (Ah/kg.) lo que constituye su capacidad de drenaje de corriente.
4) En su proceso de disolución anódica, la corrosión deberá ser uniforme.
5) El metal debe ser de fácil adquisición y deberá de poderse fundir en diferentes
formas y tamaños.
6) El metal deberá tener un costo razonable, de modo que en conjunción con las
características electroquímicas correctas, pueda lograrse una protección a un costo bajo por
ampere-año.
Estas exigencias ponen de manifiesto que solamente el zinc, el magnesio y el
aluminio y sus respectivas aleaciones pueden ser considerados como materiales para
ser utilizados prácticamente como ánodos de sacrificio.
29
2.8. VIDA DE LOS ÁNODOS.
Un factor importante que se debe tener en cuenta es la duración o vida" de los
ánodos. La vida para cada valor de intensidad de corriente será una función del peso
del ánodo (ley de Faraday) y no del número de ánodos que se coloquen. Si se conoce
la intensidad que es capaz de suministrar un ánodo (1) y su peso (kg), teniendo en
cuenta su capacidad de corriente calculada teóricamente (Cuadro 6) así como su
rendimiento y su factor de utilización, se puede calcular fácilmente su duración. El
factor de utilización puede ser de 85%, ya que, cuando un ánodo se ha consumido,
este porcentaje debe sustituirse, pues el material que queda es insuficiente para
mantener un porcentaje adecuado de la intensidad de corriente que inicialmente era
capaz de suministrar. En la figura 2.8 se muestra una tabla con los valores
electroquímicos para el cálculo de la vida de los ánodos.
METAL ANODICO CAPACIDAD
CORRIENTE TEORICA
(A-año/kg)
RENDIMIENTO
%
FACTOR
UTILIZACION
%
Zinc (Zn) 0.094 90 85
Aluminio (Al) 0.340 90 85
Magnesio (Mg) 0.251 50 85
Figura 1.5.1.2 valores electroquímicos para el cálculo de la vida de los ánodos
La vida del ánodo puede calcularse mediante la fórmula que se muestra a
continuación en la (figura 1.5.1.3). [18]
Figura 2.8. Fórmula para calcular la vida de los ánodos.
30
2.9. CORRIENTE IMPRESA.
El sistema de protección catódica con corriente impresa se llevó a cabo
aproximadamente cien años después que el de ánodos galvánicos. En este sistema
de protección catódica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua
para imprimir la corriente necesaria para la protección de una estructura. Este
procedimiento consiste en unir eléctricamente la estructura que se trata de proteger
con el polo negativo de una fuente de alimentación de corriente continua (pura o
rectificada) y el positivo con un electrodo auxiliar que cierra el circuito. Los
electrodos auxiliares se hacen de chatarra de hierro, aleación de ferrosilicio, grafito,
titanio platinado, etc. Es completamente indispensable la existencia del electrolito
(medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice el proceso electrolítico.
Este sistema de protección catódica tiene la característica de que utiliza
como ánodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metálicos
que en mayor o menor grado se consumen con el paso de la corriente. Sin
embargo, el intercambio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a
través de reacciones electroquímicas, las cuales dependen tanto del material
anódico, como del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de
corriente que éste suministra como se muestra en la figura (1.10). [10]
Figura 2.9. Esquema de protección catódica con corriente impresa de una tubería enterrada.
31
2.10 FUENTES DE CORRIENTE.
El sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua,
no importa de dónde provenga, a condición de que se mantenga pese al paso
del tiempo. Un sistema de corriente impresa debe de poder funcionar de forma
permanente al menos durante diez años.
Rectificadores: Los aparatos que permiten el paso de la corriente en un
solo sentido se conocen con el nombre de rectificadores. Estos aparatos se
alimentan con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monofásico (Figura
2.10), estará constituido por un transformador monofásico T, alimentado en el
primario a 110 o
220 V (tensión de la red de distribución). La tensión de salida puede
ajustarse según las necesidades. Un puente monofásico reductor P, compuesto
por 4 diodos o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos
alternancias de la corriente monofásica. El selenio es más barato, pero también es
más frágil que el silicio.
Figura 2.10. Esquema de un transforrectificador monofásico.
Un voltímetro permite controlar la tensión de salida y un amperímetro la
intensidad total. La tensión de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o
por medio de un "variac", el cual permite una regulación continua desde el 0 al
32
valor máximo.
33
Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es más económico
utilizar rectificadores alimentados con corriente trifásica de 380 V.
Dinamo con motor térmico: Permite la protección catódica en donde no existe
posibilidad de suministrar energía eléctrica, como en el caso de los desiertos
o zonas selváticas. El motor térmico puede estar alimentado, ya sea
directamente a partir de la conducción que se desea proteger, ya sea por un
depósito que se llena periódicamente. [10]
2.11. DISEÑO (CONSIDERACIONES GENERALES).
Recubrimiento anticorrosivo - Las estructuras metálicas enterradas o
sumergidas, con excepción de las subestructuras de las plataformas marinas, deben
protegerse con un recubrimiento anticorrosivo con propiedades dieléctricas. Las
tuberías nuevas enterradas y/o sumergidas deben recubrirse externamente y
protegerse conforme a lo indicado en la NRF-026-PEMEX-2001. En los ductos
ascendentes y ejes de las plataformas marinas en la zona de mareas y oleaje, se les
debe aplicar un sistema de recubrimiento anticorrosivo de acuerdo con la NRF-053-
PEMEX-2005.
Aislamiento eléctrico - Los ductos y estructuras metálicas a proteger, deben
aislarse eléctricamente a la salida y llegada de las instalaciones de proceso. Cualquier
otro tipo de estructuras de metal o de concreto, que formen parte del arreglo de la
tubería que transporte el fluido, deben ser consideradas en el diseño del sistema
de protección catódica.
Criterios para protección catódica – Para proteger catódicamente a las
estructuras enterradas o sumergidas, se debe cumplir como mínimo con uno de los
criterios indicados a continuación.
34
a) Un potencial estructura-electrolito (catódico) mínimo de - 0,850 V, de CD, medido
respecto de un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO), en
contacto con el electrolito en estructuras enterradas. La determinación de este voltaje se
debe hacer con la corriente eléctrica aplicada; 4
b) Un potencial de protección estructura-electrolito (catódico) de - 0,950 V, medido
respecto de un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO). Cuando el
área circundante de la tubería se encuentre en condiciones anaeróbicas y estén presentes
microorganismos asociados al fenómeno de corrosión como las bacterias sulfato-
reductoras, para una interpretación válida se debe efectuar la corrección a que haya
lugar, debido a la caída de voltaje originada durante la medición.
c) Un cambio de potencial de polarización mínimo de - 0,100 V, medido entre la superficie
de la tubería y un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO) en
contacto con el electrolito. El cambio de potencial de polarización se debe determinar
interrumpiendo la corriente eléctrica de protección y midiendo el abatimiento de la polarización.
Los periodos de suspensión de corriente eléctrica de protección, durante los cuales se puede
realizar dicha medición están en el rango de 0,1 a 3,0 segundos.
Potencial permisible estructura/electrolito para evitar daño al recubrimiento
anticorrosivo - Este valor se debe fijar de acuerdo a las características particulares
del recubrimiento anticorrosivo de la tubería, no debe exceder al potencial de
desprendimiento catódico o a valores de potencial más negativos que originen
desprendimiento del recubrimiento. En caso de no conocerse el valor del potencial
permisible, éste no debe ser más negativo de -1.1 V (Cu/CuSO4) en la condición
de apagado instantáneo.
35
Consideraciones de diseño - Se debe seleccionar el sistema de protección
catódica para cada caso particular, de tal manera que: se proporcione una corriente
eléctrica que satisfaga la demanda, se distribuya uniformemente la misma en la
estructura por proteger, se eviten interferencias y daños en el recubrimiento
anticorrosivo. El diseño del sistema de protección, debe estar en función de la vida útil
de la estructura e incluir todos los accesorios metálicos y líneas que vayan a ser
conectados eléctricamente al ducto, tales como curvas de expansión, interconexiones,
acometidas, entre otras. Los sistemas de protección catódica para ductos terrestres
que utilicen ánodos galvánicos, deben usar ánodos de magnesio que cumplan con
la NRF-110-PEMEX-2003. Los sistemas de protección catódica para ductos en
zonas lacustres que utilicen ánodos galvánicos, pueden utilizar ánodos de zinc que
cumplan con esta norma; siempre y cuando su desempeño garantice el cumplimiento
de los criterios de protección mediante un estudio previo. Las estructuras y ductos
marinos, deben contar con un sistema de protección catódica permanente instalado
simultáneamente en la fase de construcción. Deben emplearse ánodos base aluminio
que cumplan con la NRF126-PEMEX-2005 o zinc que cumplan con lo indicado en
esta norma de referencia y sus respectivas aleaciones sin contenido de mercurio,
según se especifique.
Información mínima para el diseño de los sistemas de protección catódica
en ductos enterrados, lacustres y marinos:
a) Planos de trazo y perfil o planos de alineamiento (con coordenadas geográficas UTM).
b) Fecha de construcción.
c) Especificaciones de la tubería, conexiones y otros accesorios.
d) Tipo y calidad del recubrimiento anticorrosivo dieléctrico.
36
e) Instalaciones adyacentes, cruces entre tuberías e interconexiones.
37
f) Cruces encamisados.
g) Aislamientos eléctricos.
h) Puenteos eléctricos entre ductos.
i) Requisitos de seguridad.
j) Cruzamientos con vías terrestres y fluviales.
k) Temperatura de operación de la tubería.
l) Sistemas de protección catódica existentes o propuestos.
m) Posibles fuentes de interferencia.
n) Condiciones especiales del ambiente.
o) Vida útil del ducto.
p) Estructuras metálicas enterradas vecinas.
q) Accesibilidad a las áreas de trabajo.
r) Disponibilidad de energía eléctrica.
s) Factibilidad de aislamiento eléctrico de las estructuras vecinas.
t) Corrientes de agua.
u) Uso y ocupación del suelo.
v) Pruebas de requerimiento de corriente y número total de puntos de drenaje.
w) Perfil de resistividad del electrolito.
x) Estadística de fallas de la tubería.
38
y) Perfil de potenciales estructura-electrolito.
z) Análisis físico-químicos y microbiológicos del electrolito.
Juntas aislantes - Las juntas aislantes que se utilicen para aislar eléctricamente
la estructura a proteger, deben cumplir con lo indicado en 1.6 de la NRF-096-
PEMEX- 2004.
Planos de diseño - Los planos aprobados para construcción se deben
elaborar mostrando con detalle y precisión, el sistema de protección catódica y
cumplir con la NOM-008-SCFI-2002, así como la especificación de los
materiales empleados. La relación de los planos debe incluir lo siguiente:
a) Datos de la tubería por proteger, como: diámetro, espesor, tipo de acero, servicio,
longitud, estructuras vecinas enterradas o sumergidas, aislamiento eléctrico, espesor y tipo
recubrimiento.
b) Ubicación del sistema (casetas, camas anódicas, postes de señalamiento, registro y
puenteo), mediante posicionamiento en coordenadas geográficas UTM considerando el DATUM
WGS84.
c) Acceso a las instalaciones.
d) Cable y soldadura.
e) Número, tipo, peso, espaciamiento y profundidad de ánodos, si van empacados o no.
f) Perfil de resistividad del terreno.
39
g) Nombre del (los) propietario(s) del terreno donde se localiza la instalación de protección catódica.
h) Capacidad y tipo del rectificador o de la fuente de energía empleada.
40
i) Capacidad de la subestación eléctrica.
j) Caseta de protección para el rectificador.
k) Cantidad, tipo y ubicación de postes de señalamiento y registro.
l) Gráfica para determinar la tierra remota.
m) Medición de potenciales a todo lo largo de la tubería antes y después de la
instalación del sistema de protección catódica. [15]
2.12. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE PROTECCIÓN
CATÓDICA CON ÁNODOS GALVÁNICOS PARA DUCTOS TERRESTRES.
Para el diseño de un sistema con ánodos galvánicos se deben considerar los
puntos siguientes:
a) Selección del material de los ánodos.
b) Arreglo para la instalación de los ánodos.
c) Propiedades electroquímicas y rendimiento del ánodo indicadas en la siguiente tabla.1.13.
d) Consumo de ánodos de magnesio y zinc.[11]
METAL ANODICO CAPACIDAD
CORRIENTE TEORICA
(A-año/kg)
RENDIMIENTO
%
POTENCIAL A
CIRCUITO ABIERTO
(V)
Zinc (Zn) 0.094 95 -1.1 vs Cu/CuSO4
Aluminio (Al) 0.340 90 -1.03 vs Ag/AgCl
Magnesio (Mg) 0.251 50 -1.78 vs Cu/CuSO4
Fig.2.12. se muestran las propiedades electroquímicas y rendimiento del ánodo
41
2.13. INSTALACIÓN PARA SISTEMAS CON ÁNODOS GALVÁNICOS.
a) Los ánodos galvánicos deben alojarse en agujeros con dimensiones tales que permitan
que el ánodo quede cubierto por una capa de material de relleno, con un espesor mínimo de
cinco centímetros en su periferia.
b) El cable de los ánodos debe soldarse a la estructura por proteger.
c) La colocación de los ánodos de sacrificio tipo brazalete para protección de tuberías
sumergidas (Marinas), debe hacerse removiendo el revestimiento de concreto, dejando una
cavidad de longitud aproximada al ancho del brazalete, con una tolerancia máxima de un
centímetro y procurando no dañar el recubrimiento anticorrosivo. En caso de que ocurra algún
daño, dicha protección debe resanarse o restituirse.
d) El brazalete debe colocarse sobre el recubrimiento anticorrosivo por el procedimiento que
el proyecto indique.
e) En el caso de líneas submarinas no deben instalarse ánodos de brazalete en las juntas
de campo.
f) Para fines de rehabilitación de la protección catódica en líneas submarinas en operación,
se deben considerar ánodos tipo trapezoidal para ser instalados en línea regular y tipo
brazalete en ducto ascendente. [3]
2.14. INSTALACIÓN PARA SISTEMAS DE CORRIENTE IMPRESA.
Fuentes de energía - La fuente de energía debe contar con los elementos
necesarios para medir y controlar voltaje y amperaje, pueden ser accionadas por
42
corriente alterna, celdas solares, generadores de combustión interna, eólicos o por
medios térmicos:
43
a) Corriente alterna, (cuando aplique).
b) Corriente directa.
Camas anódicas - La figura 2.14. muestra un arreglo típico de un sistema de
protección a base de corriente impresa.
Figura 2.14. Arreglo típico de un sistema de protección a base de corriente impresa.
Instalación y conexión de ánodos para corriente impresa - Para un sistema
de protección mediante corriente impresa, la colocación de los ánodos debe hacerse
de acuerdo a lo indicado en la ingeniería del proyecto, en cuanto a la localización
para su instalación y separación entre los ánodos.
El circuito del sistema de protección, sobre todo cuando protege más de un
ducto, debe ser capaz de controlar la corriente drenada por ducto, de tal forma que
solo se suministre a cada ducto la corriente necesaria para alcanzar alguno de los
44
criterios de protección indicados en la figura 2.14.
45
Opcionalmente, los ánodos pueden ser conectados individualmente en una caja
de conexiones a través de una resistencia variable, como se muestra en la figura
1.15. Cuando se opte por usarla, la caja de conexiones con resistencias variables se
debe instalar entre el rectificador y la cama de ánodos. La colocación de los ánodos
debe hacerse de acuerdo a lo indicado en el proyecto.
Instalación y pruebas comunes a ambos sistemas de protección: Previo a la
aplicación de cualquier tipo de soldadura se debe medir el espesor del ducto
para confirmar que se encuentre dentro del espesor permisible.
Medición de potenciales – Estas mediciones deben hacerse con voltímetros o
multímetros digitales con las siguientes características mínimas:
a) Impedancia de entrada de 10 MΩ.
b) Exactitud de ± 1 porcentaje +1.
c) Sensibilidad de 2 V.
d) Resolución de 0,0001 V.
Adicionalmente, los voltímetros o multímetros, deben ser calibrados por un
laboratorio acreditado .Los electrodos de referencia que deben usarse en trabajos
de protección catódica son los siguientes:
a) Cobre / Sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO saturado).
b) Plata (Ag) / cloruro de plata (AgCl).
c) Calomel (Hg2Cl2) saturado con cloruro de potasio (KCl).
46
Medición de la resistividad – Se debe medir la resistividad del electrolito conforme a
lo indicado en ASTM G57-95a-2001, o equivalente en donde se localizará el sistema
de protección catódica y los valores obtenidos, deben ser usados para el diseño del
mismo.
Clasificación de medios corrosivos en función de su resistividad.
Aislamiento de las conexiones - Las conexiones deben ser aisladas con resina
epóxica líquida, vertida en un molde desechable.
Conexión por aluminotermia - La soldadura por aluminotermia se debe emplear en
las conexiones siguientes:
a) Entre el elemento de medición del poste de registro y amojonamiento y la estructura por
proteger.
b) Entre el cable catódico y la estructura por proteger.
c) En puenteos.
A las soldaduras efectuadas por el procedimiento de aluminotermia se les debe
aplicar una “carga”. La cual debe estar en función del calibre del conductor, según lo
indica la tabla 16 de este documento.
Soldadura eléctrica - Para la fijación de ánodos que cuenten con alma o
soportes metálicos, el alma o soporte, debe soldarse a la estructura por proteger, de
acuerdo al código AWS D1.1/D1.1M 2004, o equivalente y la calificación de los
soldadores conforme a la NRF-020-PEMEX-2005.
Postes de señalamiento y registro - Los postes deben contener los requerimientos
47
mínimos especificados en las figuras que se muestra en los anexos, pero se aceptan
48
Postes con diferente configuración y materiales, siempre y cuando cumplan con
la función, requerimientos de identificación, resistencia y durabilidad.
Los postes debe ser instalados estratégicamente donde se registren los valores
de potencial más representativo como: antes y después de cuerpos de agua, vías
de comunicación, zonas de interface, cruce con líneas de alta tensión, cruces con
vías de tren, cruce con otros ductos o estructuras metálicas, en terrenos con
presencia de bacterias sulfato reductoras, en zonas urbanas a una distancia no mayor
a 500 metros y en zonas rurales de acuerdo a lo que se indica en los incisos a, b y c de
este numeral.
Poste tipo “R” Se deben instalar con espaciamiento máximo de 1 kilómetro, a lo
largo de la(s) tubería(s) por proteger, o donde lo indique el proyecto.
Poste tipo “RA” Se deben instalar con espaciamiento máximo de 5 km, a lo largo
de la(s) tubería(s) por proteger, o donde lo indique el proyecto.
Poste de puenteo eléctrico entre ductos que se cruzan Se debe interconectar
mediante una resistencia conocida a dos ductos que se cruzan y poder registrar
sus niveles de protección catódica. Estos postes pueden ser “R” o “RA”.
Aislamiento y parchado El resane y aislamiento de la conexión a la estructura
por proteger, debe hacerse con materiales dieléctricos compatibles con el
recubrimiento original de la estructura.
Aislamientos eléctricos Los aislamientos eléctricos deben ser instalados durante
la construcción de la línea, de acuerdo con el diseño. Para el suministro e instalación
de las juntas aislantes, se debe cumplir con 8.6 de la NRF-096-PEMEX-2004
49
Pruebas - Una vez construido el sistema de protección catódica, debe obtenerse un
perfil de potenciales a intervalos cercanos encendido-apagado (on-off) a todo lo largo
de la tubería, para verificar que se cumpla con alguno de los criterios de protección
establecidos en esta norma. . [6]
2.15. INSPECCIÓN.
En los sistemas con corriente impresa, las fuentes de energía no controladas en
forma remota, se deben inspeccionar cada 30 días máximo o antes si las
condiciones lo requieren, para asegurar su operación continúa. En las zonas
donde se presenten actos vandálicos recurrentes y regiones conflictivas, las
inspecciones deben realizarse cada semana. Durante la inspección realizar las
mediciones siguientes:
a) El voltaje y la corriente alterna de alimentación.
b) El voltaje y la corriente directa aplicado a la estructura protegida.
c) El potencial estructura-electrolito en el punto de drenaje.
Inspección de sistemas con supervisión a control remoto - Los sistemas con
supervisión a control remoto, deben inspeccionarse al menos seis veces al año.
Si el sistema de transmisión de datos llegara a interrumpirse por un tiempo mayor a
un mes, la frecuencia de inspección es la indicada para los no controlados.
En ambos casos se deben de llevar registros mensuales de las condiciones
de operación, de cualquier ajuste de las variables mencionadas, así como el
cálculo de la eficiencia de la fuente de energía y de la resistencia de circuito
calculada con los parámetros de corriente directa.
50
Inspección de camas de ánodos inertes - Las camas de ánodos inertes,
se deben inspeccionar como mínimo una vez al año. Cuando existan
conexiones individuales para cada ánodo la inspección se debe realizar
mediante medición directa de corriente. En caso contrario, se usará la medición
de potencial sobre cada ánodo.
Levantamiento de potenciales a intervalos cercanos - Se debe realizar un
levantamiento de potenciales a intervalos cercanos (CIS) encendido-apagado,
máximo cada 5 años o cuando se modifique el sistema de protección catódica,
para verificar que el nivel de protección cumple con los criterios establecidos
en este documento.
Perfil de potenciales - Se debe levantar un perfil de potenciales de la
estructura completa con las frecuencias indicadas a continuación:
a) Para ductos terrestres, al menos cada seis meses donde la tubería se encuentre en
clases de localización 1 y 2, y cada tres meses para clase de localización 3 y 4.
b) Para ductos marinos en línea regular (no incluye ducto ascendente), debe ser cada cinco
años como máximo.
c) Para ductos ascendentes, subestructuras de plataformas marinas, cada tres años como
máximo.
Recubrimiento anticorrosivo del ducto - Se debe de realizar una inspección
del recubrimiento anticorrosivo en las zonas donde se tengan indicios de una falla
masiva del recubrimiento por medio de técnicas como los gradiente de voltaje de
corriente directa (DCVG), métodos inductivos o conductivos, con la finalidad de
detectar si existen fallas y en su caso repararlas para hacer más eficiente el sistema
de protección catódica.
51
Se deben llevar registros del estado del recubrimiento anticorrosivo de la
estructura por proteger, cada vez que se tenga la oportunidad de verificar
visualmente la estructura, registrando la ubicación del punto y las condiciones en que
éste se encuentre, para lo cual se debe contar con un formato específico para este fin.
De aquellos ductos que se inspeccionen con equipo instrumentado, se debe revisar el
informe de la inspección para comprobar que las pérdidas de metal exterior, no
sean causadas por fallas en el sistema de protección catódica o del recubrimiento
dieléctrico y en su caso tomar las medidas correctivas necesarias.
Levantamiento de perfil de resistividades.- Cada 10 años se debe realizar el
levantamiento del perfil de resistividades del suelo a lo largo del derecho de vía. [7]
2.16. MANTENIMIENTO.
Rectificador, dispositivos de protección y conexiones eléctricas - Las
conexiones eléctricas tanto internas del rectificador como las de alimentación de
corriente alterna o de cualquier fuente de energía de corriente directa, se deben
limpiar, ajustar y proteger una vez al año, para mantener bajas resistencias de
contacto y evitar sobrecalentamiento. Cualquier defecto en los componentes del
sistema debe de eliminarse o corregirse.
Fuente de energía - Cuando se requiera, debe aplicarse recubrimiento anticorrosivo
a la cubierta de las fuentes de energía, transformador de la subestación eléctrica y
a todas las partes metálicas de la instalación.
Caseta – Cada dos años se debe aplicar recubrimiento a la caseta y componentes de
la misma; así como su rotulación.
52
Postes de registro y conexión eléctrica ducto-poste - Los postes de registro R y
RA, deben rehabilitarse cada vez que se detecte que están desconectados,
derribados o fuera de la vertical y pintarse cada 2 años, de acuerdo con las
especificaciones del anexo. [5]
53
CAPITULO 3:
ELEMENTOS QUE
CONFORMAN Y SON
MÁS VANDALIZADOS EN
UN SISTEMA DE
PROTECCIÓN CATÓDICA.
44
3.1. ELEMENTOS QUE INTEGRAN UN SISTEMA DE PRETECCION CATODICA
Para el diseñar del nuevo sistema de protección catódica es necesario analizar
cada uno de los elementos que integran el sistema actual y convencional de
protección catódica de corriente impresa, su importancia en el sistema y cuáles de
ellos son los más destruidos por el vandalismo. como se muestra en la figura 3.1.
Figura. 3.1. Elementos que integran el sistema actual y convencional de protección catódica de corriente impresa.
Zo n a 1. I n t e r c o n exi o n es d el r e c t i f i ca d o r a l a s es t ru c t ur as p o r p r ot e g e r : Es la
corriente negativa (-) que el rectificador suministra a los ductos (estructuras por
proteger).
Zo n a 2. d i s p o s i t i v o d e t i e rr a d el si st e m a d e p r ot e cci ó n ca t ód i c a : Es aquella que
sirve como soporte para cuando haya una descarga eléctrica, ya que esta ayuda a que
los componentes del sistema no sufran daño.
45
Zo n a 3. I n t e r c o n exi o n es e n t r e r ec t i f i c a do r y d i spo si t i v o a n ód i c o : ES El enlace
de corriente entre el ánodo y rectificador.
Zo n a 4. Dis p o si t i v o a n ód i c o e I n t e r c o n exi o n es i n t e rn a s : son las conexiones entre
ánodos y ánodos.
Zo n a 5 . r ec t i f i c a do r d e C. A : es el elemento o circuito que permite convertir
una S eñal e léct r i ca alterna en una continua.
Zo n a 6. T r a n s fo rm a do r : que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel
de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de
un campo magnético
Zo n a 7 . S i s t e m a d e t r a n s m i s i ó n d e a l t a t e n si ó n : aqu e l l a que genera la
e n e r gía e l éc t r i ca utilizada para suministrar la energía al transformador.
Los principales elementos que son objetos de vandalismo en los sistemas de
protección catódica son los cables de cobre, los ánodos y el rectificador. Como se
muestra en la figura 3.1.1.
Figura 3.1.1 Robo de cables, ánodos, rectificador
46
3.2 NUEVAS TECNOLOGIAS APLICABLES A LOS SISTEMAS DE PROTECCION
CATODICA.
Se investigo el estado actual de la tecnología tanto de la generación de
energía eléctrica, como la de la transferencia de energía eléctrica.
LA GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA, para sistemas de protección catódica,
continúa siendo a base de:
Aerogeneradores.
Colectores solares
Generadores de gas
Termogeneradores
TRANSFERENCIA DE ENERGIA ELECTRICA: el estado de la tecnología actual de la
transferencia de energía eléctrica sin conductores o por superconductores, se
encuentra aun en un nivel que no es razonablemente practico ni económico, adaptarla
a los sistemas de protección catódica; por lo que se debe de utilizar inteligentemente
los recursos para adaptarlos a las necesidades parea combatir el vandalismo.
Posteriormente se analiza los elementos que no pueden ser cambiados por sus
propiedades o limitaciones como se muestra en la figura 3.2.
Figura 3.2. Elementos necesarios para crear un circuito eléctrico
47
En la figura 3.2.1 se muestra el fenómeno electroquímico que ocurre en un sistema
de protección catódica, el cual consiste en corriente iónica y la corriente electrónica.
Figura 3.2.1. Figura del fenómeno electroquímico entre la corriente electrónica e iónica.
FLUJO ELECTRICO A TRAVES DE UN CIRCUITO DE PROTECCION CATODICA
FUENTE DE PODER: dispositivo que proporciona la fuerza electromotriz para
establecer la diferencia de potencial que impulsa la corriente eléctrica a través de
los componentes del circuito.
CONDUCTORES: los tipos de materiales y al naturaleza de las reacciones
electroquímicas que participan en la conducción eléctrica en un circuito son muy
variados y tienen muy importantes efectos sobre los resultados de la resisten cia
del circuito.
CONDUCTIVIDAD ELECTRICA: es el movimiento de la carga eléctrica la habilidad
de diferentes substancias para permitir el flujo eléctrico en un sistema de protección
48
Catódica, está determinada por la movilidad de los electrones y los iones que
contengan los materiales y las substancias
TIPOS DE CONDUCTORES EN UN CIRCUITO DE PROTECCION CATODICA
CONDUCTORES DE PRIMER ORDEN: estos poseen una conductancia eléctrica en
la cual los portadores de la carga son electrones, se caracterizan por tener una
conducción sin transferencia substancial de masa (conductores metálicos).
CONDUCTORES DE SEGUNDO ORDEN: estos poseen conductancia iónica o
electrolítica y los portadores de la carga son los iones. En este tipo de conductores
se tiene transferencia de masa asociada con el flujo eléctrico (suelos, sales y
soluciones).
CONDUCTORES DE TERCER ORDEN (MIXTOS): estos poseen tanto conductancia
iónica como electrónica, generalmente domina su conductancia es demasiado baja
en general (óxidos metálicos y algunos metales).En la figura 3.2.2. Se muestra el
análisis del comportamiento de los metales en un sistema de protección catódica de
corriente impresa.
Figura 3.2.2 análisis del comportamiento de los metales en un sistema de protección catódica de corriente impresa.
49
En la figura 3.2.3 se muestra una grafica donde se hace una comparación de la
resistencia relativa entre el cobre y otros metales.
Figura 3.2.3 Resistencia relativa de diferentes metales en comparación con el cobre.
En la figura 3.2.4 se muestran los precios que se pagan por cable de cobre y s
realiza una comparación con el de aluminio.
En la figura 3.2.4 .análisis económico sobre los precios que se pagan por el cable de cobre en comparación con el de
aluminio.
50
En la figura 3.2.5 se muestran dos tipos de cable conductores diferentes al cobre y en la
figura 3.2.6. Se muestra la estructura de dichos cables.
En la figura 3.2.5 tipos de cable conductores diferentes al cobre
Figura 3.2.6. Estructura de conductores metálicos diferentes al cobre.
51
CAPITULO 4: DISEÑO DEL NUEVO SISTEMA DE
PROTECCION CATODICA SUBTERRANEO.
52
4.1. DISEÑO PROPUESTO
Con la finalidad de proporcionar una visión del lugar que ocuparan los equipos en
el diseño subterráneo, se realizó un croquis el cual muestra la (figura 4.1). En la cual
se muestran las conexiones y ubicaciones del nuevo sistema de protección catódica
Anti
vandalismo.
Antena satelital
Dispositivo de venteo
Transformador
Cama anódica
Recolector de datos
Rectificador
Acceso a la caseta
Poste de CFE
Acometida eléctrica
Caja unión
Figura 4.1. Conexiones y ubicaciones del nuevo sistema de protección catódica Antivandalismo.
Tubería a proteger
La función que tiene el presente diseño es proteger los ductos por donde circula el gas
,petróleo(crudo) o aceite, entre otros materiales, suministrando una corriente máxima
de 95 amperes que es lo que requiere la tubería para su protección, evitar que este
se ha dañado evitando que se oxide y se tenga perdida fugas en dichos ductos.
Transformador: es el que convertirá la tensión alterna de entrada en otra tensión
alterna del valor que se requiere para proporcionar la energía que se necesita para
que funcione el sistema.
Rectificador: es el que se va a encargar de convertir la corriente alterna que viene
del transformador en corriente continua.
53
Caja general de protección: también denominada caja unión cuenta con unas
conexiones las cuales van conectada al rectificador, otra va dirigida al ducto donde es
soldada (puenteo de ductos) y otra más al transformador. Este es un elemento
muy importante en nuestro diseño, ya que es la encargada de mantener unidos, la
mayoría de los elementos básicos del sistema.
Acometida eléctrica: en esta parte del diseño se realizara una excavación para
instalar las líneas que bajaran del transformador para suministrar la corriente que
requiere el rectificador.
Cama anódica: esta permitirá proporcionar una corriente positiva (corriente directa),
al rectificador.
Dispositivo de venteo: se conectara al rectificador exhibe una cámara interna
que contiene un primer fluido y un segundo fluido, en el que dicho dispositivo
comprende: una primera trayectoria de venteo adecuada para comunicar dicha
cámara interna del rectificador con el exterior donde será monitoreada vía satelital
junto con el control de los datos del spc.
La solución también incluye el monitoreo remoto, captura de información (datos),
generación de alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un informe que
se presenta de forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de
recomendaciones necesarias para evitar las fallas. Este análisis es realizado por
especialistas utilizando para ello los datos provenientes directamente desde los
equipos de medición. El sistema que se instalara consta de los siguientes elementos.
-Transductores de señal
-Equipo terminal remoto
-Equipo de transmisión satelital
-Servicio de
hosting
-Acceso web a la información.
Dada la tecnología de transmisión (satelital) el sistema ofrece cobertura total de
las mediciones desde cualquier ducto. Además que se contaría con
fflexibilidad o disponibilidad para transmitir las variables en tiempo real de un SPC por
Corriente Impresa y proporcionaría datos e información a tiempo para la toma de
decisiones y acciones.Lo cual aportara el beneficio de tener estos spc bajo
supervisión remota permanente para la toma de decisiones oportunas que lo
mantengan bajo condiciones normales de trabajo.
La solución incluye el monitoreo remoto, captura de información (datos), generación
de alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un informe que se
presenta de forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de
recomendaciones necesarias para evitar las fallas. Este análisis es realizado por
especialistas utilizando para ello los datos provenientes directamente desde los
equipos de medición.
También contara con un dispositivo de comunicación de campo está diseñado de
manera compacta para ser instalado internamente en el medidor y recibe
alimentación de energía directamente del mismo, o por batería. La solución
recolecta a través de medidores, datos claves de operación de los equipos en campo,
construye su historia y codifica y consolida estos datos para una transferencia
eficiente vía satélite. Los datos son transportados de manera segura al Centro de
Datos de Monitoreo donde son convertidos en información crítica para toma de
decisiones generada por una plataforma de reporte basada en Web.
Esta información es analizada por un equipo de expertos para recomendar las
acciones adecuadas a profesionistas claves y tomadores de decisiones designados
quienes pueden visualizar dicha información 24 horas diarias, 7 días a la semana
como si se estuviera en sitio.
La finalidad de este diseño es evitar los robos a través de los muros, debido a que
esto estará enterrado bajo tierra pues disminuye la posibilidad de que acecen a través
de los muros o paredes de la caseta como se muestra en la (figura 4.1.1). Donde se
muestran como son cometidos los actos vandálicos a los sistemas de protección
catódica que actualmente se encuentran funcionando.
Figura 4.1.1.vandalismo a través de los muros.
4.2. ASPECTOS QUE DEBEN DE TOMARSE ENCUENTA PARA REALIZAR UN DISEÑO
DE PROTECCION CATODICA.
Una vez que se haya elegido el ducto al cual aplicar la protección catódica es
necesario llevar a cabo una limpieza y desmonte del área elegida donde será
instalada la caseta la cual consistirá en la remoción y disposición de toda la
vegetación y desechos dentro de las áreas que se indiquen, exceptuando los
objetos que sean señalados para permanecer en sus sitios.
El Desmonte consistirá en la remoción y disposición de toda la vegetación y
desechos dentro de las áreas que se indiquen, sin incluir desraigue. Estos
trabajos también incluirán la debida protección a toda la vegetación y objetos
destinados a preservarse.
Tanto en la Limpieza y Desraigue como en el Desmonte, se entenderá como remoción
y disposición de “desechos” todo tipo de material orgánico o inorgánico, natural o
fabricado por el hombre, como lo son chatarras de todo tipo, rocas, troncos, etc.,
que afecten la ejecución satisfactoria del trabajo.
Una vez llevada a cabo la actividad anteriormente mencionada se procede a realizar la
excavación en el área que se ha limpiado la excavación llevara una medida de 3m x 3
m como se muestra en la (figura 4.2).
3m
3m
Figura 4.2. Detalles de las medidas que debe de llevar la excavación.
Una vez que se comience a escarbar, es necesario sumarle a las medidas 40
centímetros más, es decir, se suman los 40 centímetros para al largo y ancho, y
esta serán las medidas de la excavación que es el grosor del concreto que debe de
llevar la caseta para evitar que la presión que ejerce el suelo sobre la construcción
puede ocasionar que esta se colapse por eso es necesario tomar en cuenta estas
consideraciones de diseño.
Figura 4.2.1. Vista frontal de las especificaciones de concreto del diseño.
Es indispensable que se sumen estos cuarenta centímetros, ya que si no se toma en
cuenta, las medidas de la excavación disminuirán. Como se muestra en la (figura
4.2.1).
40cm
3m
3m
Después de realizar la construcción de la caseta, es necesario ubicar el lugar donde se
encuentra el último ducto que pasa por ese lugar, debido a que la ubicación de la
cama anódica debe de ir a 60m de distancia.
CAMA ANODICA: el tipo de ánodos que se utilizaran para este diseño son llamados
ánodos PROTE-CAT diseñados por la compañía HC industrial, s.a de C.V son
ánodos de fierro-silicio y cromo.
Para determinar el número de ánodos, es necesario determinar mediante pruebas
de campo los requerimientos de corriente de las estructuras a proteger (ductos),
debido a que el presente diseño no ha sido aplicado se realizara para drenar una
corriente máxima de 95 Amps. Con base a ese dato se realizaran los cálculos y
aplicación de las fórmulas para su diseño.
Con el objeto de tener una base aproximada del numero de nodos PROTE-CAT
por emplear en un determinado punto de drenaje, tomaremos los 95 Amp, dividida
entre la capacidad máxima recomendada de drenaje de corriente por cada ánodo,
que para el caso de los ánodos PROTE-CAT es de 4 Amp por ánodo. Entonces (95
Amp / 4 Amp= 23.75) lo que nos ayuda a determinar que para el siguiente diseño
se requieren 24 ánodos PROTE-CAT.
Una vez que determinamos el número de ánodos que debe de llevar la cama
anódica, se debe de trazar la ubicación de la cama, como se muestra en la (figura
4.2.2). La siguiente figura, es un ejemplo de cómo se debe de realizar el trazado de
las medidas de la cama anódica, la cual debe de tener una profundidad de 2m por
200m de largo.
Figura 4.2.2.trazo de las medidas de la cama anodica
Despues de concluir con la excavacion de la cama anodica, se hacen unos hoyos
con un cava hoyos, para realizar la instalacion de los anodos, la distancia entre
anodo y anodo es de 7m. La profundidad del hoyo para instalar el anodo es de 2 m
asta llegar al agua, como se muestra en la (figura 4.2.3). Los anodos deben ir
instalados en el agua
debido a que el agua es conductora de corriente,la corriente que se necesita obtener de
la cama anodica es corriente positiva.
.
Figura 4.2.3.excavacion para instalar el anodo.
Una vez que se instalan los anodos, se realiza un empalme de anodos. El cual
consiste en quitar una parte del recubrimiento del cable que sale del anodo y del cable
que viene de la caja union que da al rectificador, para hacer la conexión.Una vez que
los recubrimientos de los cables han sido retirados, se utiliza un conector para unir
los cables y se les coloca un molde como se muestra en la (figura 4.2.4). Despues
se coloca cinta electrica y se vierte resina scotchcast, la cual seca en menos de
15 minutos,realizado esto se concluye con el empalme de los anodos.
Figura 4.2.4. Empalme de ánodos.
Concluido el empalme de ánodos, se realiza una elaboración y vaciado de
mezcla sobre el cable, como se muestra en la (figura 4.2.5) para concluir con el
tapado de la excavación.
Figura 4.2.5 vaciado de mezcla sobre el cable.
Después que concluimos la instalación de la cama anódica, el cable que viene de
la cama, se conecta al rectificador que está dentro de la caseta subterránea y
posteriormente, se realiza lo que se llama un puenteo de ductos. El cual consiste
en aplicar soldadura, sobre un área del ducto más cercano a la caseta, en el
cual se remueve parte de la pintura, para poder soldar el cable al ducto, como se
muestra en la (figura 4.2.6).
Figura 4.2.6. Puenteo de ductos
El tipo de corriente que se obtiene del puenteo es negativa y el cable que sale del
ducto soldado, es colocado en la caja union que esta conectada al rectificador.
El rectificador que se utlizara es un rectificador que no tiene cobre, esta fabricado con
devanados de aluminio, esto para evitar que sea vandalizado como en los sistemas
de proteccion catodica.
El rectificador se encarga de mandar una capa o pelicula de corriente de 20 volts,
que lo protege de la corrosion y el desgaste. En la (figura 4.2.7) se muestra el
tipo de rectificador que debe utilizarse para este diseño.
Figura (4.2.7)rectificador con devanados de aluminio.
Despues que se termino con el puenteo y empalme de anodos, se realiza la
instalacion de la acometida electrica. La cual consiste en realizar otra excavacion,
hacia el poste donde se instalara el transformador, como se muestra en la (figura
4.2.8)
Figura 4.2.9.instalacion de acometida electrica.
Cuando se termina con la instalacion de la acometida electrica, se instala el
tranformador en el poste y conecta al rectificador para proporcionar el voltaje par que
funcione el diseño.
63
CONCLUSION
Del desarrollo del sistema anteriormente descrito en el capítulo 4 se puede concluir
que dada la tecnología de transmisión (satelital) el sistema ofrece cobertura total de
las mediciones desde cualquier ducto. Además flexibilidad para transmitir las variables
en tiempo real de un SPC por Corriente Impresa. Proporcionando datos e
información a tiempo para la toma de decisiones y acciones. Lo cual aportara el
beneficio de tener los sistemas de protección catódica bajo supervisión remota
permanente para la toma de decisiones oportunas que lo mantengan bajo condiciones
normales de trabajo.
La solución incluye el monitoreo remoto, captura de información (datos), generación
de alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un informe que se presenta
de forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de recomendaciones
necesarias para evitar las fallas. Este análisis es realizado por especialistas utilizando
para ello los datos provenientes directamente desde los equipos de medición
El dispositivo de comunicación de campo está diseñado de manera compacta para
ser instalado internamente en el medidor y recibe alimentación de energía
directamente del mismo o por batería. La solución recolecta a través de medidores,
datos claves de operación de los equipos en campo, construye su historia y codifica
y consolida estos datos para una transferencia eficiente vía satélite.
Los datos son transportados de manera segura al Centro de Datos de Monitoreo
donde son convertidos en información crítica para toma de decisiones generada por
una plataforma de reporte basada en Web. Esta información es analizada por un
equipo de expertos para recomendar las acciones adecuadas a profesionistas claves y
tomadores de decisiones designados por quienes pueden visualizar dicha
información 24 horas diarias, 7 días a la semana como si se estuviera en sitio.
64
El diseño anterior muestra 2 grandes soluciones la primera es evitar que sean
vandalizados debido a que al no utilizar cable de cobre disminuye la posibilidad del
robo del mismo y como la caseta es subterránea el acceso atravez del rompimiento
de dicha estructura como en los otros diseños existentes es menos improbable, y la
otra es que por medio del monitoreo satelital estos pueden estar en constante
revisión sin necesidad de tantas visitas a campo y al mismo tiempo estar al
pendiente que la protección que está generando la protección catódica está trabajando
al 100%.
65
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Autor: Lo r eto C o rr ea V e r a , T anya I m aña S e r r an o , W . M a r tín A ñez R ea
Editorial nueva imagen
5ta edición 1978
18.-P r ot e c c i ó n c a t ó d i c a a p l i cada a e s t r uct u ra s e nt e r r adas y s u m e r g i das
Autor: Jo r g e A lb er to V i d a les Ra n g e l
Editorial limusa
3ra edicion 1678
69
Figuras
ANEXOS
Las grabaciones en las caras de los postes deben ser bajo-relieve.
Los postes deben ser pintados de color naranja y las grabaciones de color negro.
Los postes de concreto deben ser tipo V, con una resistencia a la compresión (f´c)
igual a 150 kg/cm2,reforzados con varillas de 9,5 mm (3/8 pulg) y estribos de 6,3
mm (1/4 pulg).
Figura anexos. Acabados y grabados para postes de señalamiento y reghistro tipo RA
Figura anexos. Arreglo tipico de un sistema de proteccion a base de anodos galvanicos.
SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS
A Ampere
a Espaciamiento entre electrodos del Método de Wenner para medir resistividad
de suelos (cm)
Ag Plata
Ag/AgCl Plata-Cloruro de Plata
Al Aluminio
ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas
y Materiales)
AWG American Wire Gauge (Calibre de Cable Americano).
BS British Standard (Norma Británica)
oC Grado Celsius
CD Corriente directa
cm Centímetro
Cu/CuSO4 Cobre-Sulfato de Cobre
DNV Det Norske Veritas (Norma Noruega)
E Potencial ó diferencia de potencial eléctrico
U Vida útil material anódico (factor de utilización)
h Hora
I Corriente eléctrica
Ic Valor desconocido de la corriente que circula en un circuito
In Indio
km Kilómetro
m Metro
M Mega
mA Miliamperes
NACE National Association of Corrosion Engineers (Asociación Nacional de Ingenieros
en Corrosión).
N.T.N. Nivel de terreno natural
Porcentaje de IR Parámetro obtenido en mediciones de gradientes de potencial de
corriente directa.
R Resistencia eléctrica (Ω)
Rs Valor de la resistencia (shunt) (Ω)
s Segundo
V Volt
Vs Caída de potencial medida entre los extremos de la resistencia (shunt) (V)
Zn Zinc
ρ Resistividad (Ω - cm)
Ω Ohm
ISO International Organization for Standardization (Organización Internacional para
la Estandarización)
GLOSARIO
Alma del ánodo - Varilla, solera o tubo de acero colocado en el centro del
ánodo galvánico, utilizado para la sujeción o fijación del mismo.
Ánodo - El electrodo de una celda electrolítica en el cual la principal reacción
que ocurre es la de oxidación.
Ánodo galvánico o de sacrificio - Es un metal con potencial normal de
oxidación mayor que el de la estructura metálica por proteger, de tal forma, que al
emitir corriente de protección se consume.
Ánodo inerte - Es aquél que no produce corriente eléctrica y su consumo no
es directamente proporcional a la corriente de protección.
Caída de voltaje IR - Cambio de potencial debido al paso de una corriente eléctrica
“I” en un circuito de resistencia “R”. Esta caída debe ser considerada para una
interpretación válida en la medición de potenciales en los sistemas de protección
catódica.
Cambio de potencial - Diferencia entre el potencial estructura – medio
(electrolito), medido después de suspender la corriente de un sistema de protección
catódica y el potencial instantáneo en estado apagado.
Cátodo - Es el electrodo de una celda electroquímica, en el cual la principal
reacción que ocurre es la de reducción.
Corriente de protección - Es la corriente eléctrica directa, necesaria para obtener
los valores de potenciales de protección catódica de una estructura metálica
enterrada o sumergida en un electrolito.
Corrosión - Es la reacción electroquímica de un metal con su ambiente, resultando
en un deterioro gradual y progresivo del metal y sus propiedades. Esta
especificación se refiere a la corrosión como una acción electroquímica.
Densidad de corriente - Es la corriente eléctrica directa por unidad de área de
superficie de un electrodo, expresada en mili ampere por metro cuadrado.
Ducto ascendente - Tramo de tubería ascendente que conecta la trampa de diablos
o tubería de cubierta con la curva de expansión de la línea regular que se instala en
el lecho marino.
Electrodo de Referencia - Electrodo con potencial estable y reproducible, el cual
se usa en la medición de potenciales estructura – medio (electrolito).
Electrolito - Conductor iónico de corriente eléctrica directa. Se refiere al subsuelo o
al agua en contacto con una tubería metálica enterrada o sumergida.
Factor de daño del recubrimiento (ƒc) - Es el cociente que resulta de dividir la
relación de la densidad de corriente requerida para polarizar una superficie metálica
de acero recubierta, entre la densidad de corriente de la superficie metálica del
acero desnudo.
Factor de utilización - Es la proporción de material anódico considerada en el
diseño, que puede ser consumida en un ánodo.
Fuente de energía (Rectificador) - Es cualquier dispositivo que permite imprimir
gradualmente, la corriente eléctrica necesaria para la protección de una estructura
a través de energía eléctrica continua.
Masa neta total - Es la masa que se requiere para satisfacer la demanda de
corriente media, sin considerar la masa adicional del alma o soportes.
Polarización - Es la magnitud de variación de potencial de circuito abierto de
un electrodo, causado por el paso de una corriente eléctrica.
Poste de señalamiento y registro - Es aquél que indica la trayectoria y localización
de las estructuras metálicas por proteger, sirviendo además para medir el potencial
de la estructura al electrolito.
Potencial de estructura-electrolito - Es la diferencia de tensión, entre una
estructura metálica enterrada o sumergida y un electrodo de referencia, en contacto
con el electrolito.
Potencial en estado encendido - Potencial estructura–medio (electrolito), medido
con la corriente de protección catódica circulando.
Potencial de polarización - Potencial estructura–medio (electrolito), medido
inmediatamente después de interrumpir las fuentes de energía de protección
catódica. Es el potencial real de protección de la estructura.
Protección catódica - Procedimiento eléctrico para proteger las estructuras
metálicas enterradas o sumergidas contra la corrosión exterior, el cual consiste en
establecer una diferencia de potencial para que convierta a las estructuras en cátodo,
mediante el paso de corriente eléctrica directa proveniente del sistema de protección
seleccionado.
Resistencia (shunte) - Resistencia de valor conocido, la cual permite determinar
la corriente eléctrica, mediante la obtención de diferencias de potenciales fijas, cuando
es insertada en un circuito que transporta carga eléctrica.
Resistividad del terreno - Es la resistencia eléctrica específica de un terreno,
se expresa en Ω-cm.
Soldadura por aluminotermia - Procedimiento para soldar conductores eléctricos a
estructuras metálicas, consiste de una mezcla pulverizada de óxidos de cobre y
aluminio con polvo de arranque, que se activa mediante una chispa, dentro de
un molde.