sistemas de protección catódica (día 2)

REPASO¿Qué es la corrosión?

“La corrosión es el deterioro de un material, generalmente un metal, que resulta de una reacción química o electroquímica con su entorno.” Fuente: NACE SP0169 (2013)

¿Cuánto cuesta la corrosión?

Costos Directos: Diseño, manufactura y construcciónGestión de la corrosión (Inspección, Mantenimiento, Reparaciones, Sustitución de piezas)

Costos Indirectos: Pérdida de productividad debido a las interrupciones, retrasos, fracasos y litigios.

3,1% PIB

2

3,5% PIB

REPASO¿Cuánto cuesta la corrosión? Perdidas Irreversibles de material

Perdida de funcionalidad del material

Causa de daños a terceros, lo que implica riesgos a la seguridad masiva.

Trastornos en la calidad de vida

Perdidas económicas. Hasta 3 y 4% del PIB de las principales economías.

Comité NACE TG 200 - Economics of Corrosion Standard

Tomando las previsiones necesarias se pueden reducir las consecuencias hasta un 30% con los Sistemas de Protección Catódica.

REPASOHISTORIA

1.300 AC ya los pueblos antiguos utilizaban el acero para fabricar sus herramientas y armamento (Hititas y Griegos).

400 AC Platón (sabio griego) ya había definido el óxido de hierro como herrumbre.

Siglo XIII – edad media. Se descubre como fabricar el acero.

Siglo XV / XVI – inicio de racionalismo. Georg Bauer (científico alemán) redefine la herrumbre como ferrugo o rubigo. Bauer es considerado padre de la mineralogía.

Año 1824 – Edad Moderna. Sir Humphry Davy (Químico Inglés) considerado uno de los padres de la electroquímica a solicitud de la Marina de guerra Real inventa la técnica de protección catódica para proteger el metal del casco de los barcos.

Año 1855. Henry Bessemer perfecciona la fabricación del acero.

2

REPASO¿Cómo ocurre la corrosión?Todos los medios son corrosivos: Suelo, agua, atmósfera.

CORROSIÓN

Electrólito

Metal anódico Metal catódico

Contacto eléctricoTriángulo deLa Corrosió n

El ánodo y el cátodo tienen diferentes poténciales, creando una diferencia de voltaje entre ambos.

La diferencia de potencial es la fuerza impulsora del proceso de corrosión.

ElectrolitoCátodoÁnodo

Conductor eléctricoFlujo de electrones

iones iones ++

iones iones --

Celda Electroquímica

La corrosión en condiciones ambientales normales es un proceso electroquímico (también llamado corrosión galvánica).

REPASO¿Cómo ocurre la corrosión?

La tendencia del metal a corroerse en una celda galvánica es determinado por su posició n en la “serie galvánica ” (o serie electroquímica).

ánodoánodocátodocátodo

Flujo de electrones e-Flujo de electrones e-

electrolitoelectrolito

M M ↔↔ Mn+ + ne- Mn+ + ne- Mn+ + ne- Mn+ + ne- ↔↔ M MLos metales se corroen a través de la aparición simultánea de reacciones de oxidación y reducción.

LA CORROSIÓN GALVÁNICA es la acción electroquímica de dos metales diferentes (tanto en composición química, tratamiento térmico, sistemas de recubrimiento o pintura en cada material, etc), que están en contacto mediante un conductor eléctrico y en presencia de un medio corrosivo.

Serie Galvánica

Catódicos

Anódicos

Aceros inoxidables

Bronces y latones

Hierro y acero

REPASO

DIAGRAMAS DE POURBAIX o de Pontencial vs pH, representaciones gráficas de la estabilidad de un metal y sus productos de corrosión en función del potencial y el pH de la solución acuosa.

El metal permanece en forma metálica

El metal pasa a una forma iónica.

El metal forma capas de productos con el Oxígeno y el Hidrógeno, que podrían inhibir el proceso corrosivo.

-0,85

-1,10

2H+= H2 + 2e-

Fe2O3

Fe3O4

Fe

Fe2+

Fe3+

H2

Si el pH disminuye, aumenta la concentración de los iones H+ entonces aumenta la corrosión

Si el pH disminuye, aumenta la concentración de los iones H+ entonces aumenta la corrosión

CORROSIÓN

REPASO

REPASO

La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos. (EJEMPLO átomo de Cobre)

La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. Se mide en (A) amperios.

El voltaje es el diferencial de potencial eléctrico entre dos puntos (∆E), al establecer un contacto del flujo de electrones ocurre una transferencia de energía de un punto al otro, debido a que los electrones (de carga negativa) son atraídos por protones (con carga positiva), y a su vez, que los electrones son repelidos entre sí por contar con la misma carga. Se mide en (V) Voltios.

Resistencia es la medición de la propiedad de los cuerpos de conducir y oponerse al paso de la corriente eléctrica. Se mide en (Ω) Ohmios.

Nociones básicas

REPASO

celda galvánica o pila. Si la celda electroquímica produce energía eléctrica, causada por el consumo de energía química.

celda electrolítica. Si la celda electroquímica consume corriente de una fuente de corriente externa, almacenando como consecuencia energía química.

celda de corrosión. Es una celda o pila galvánica en la cual las reacciones electroquímicas que tienen lugar conducen a la corrosión.

La La celda electroquímica es un sistema o arreglo mediante el cual la energía es un sistema o arreglo mediante el cual la energía se manifiesta en la forma de electricidad a raíz de reacciones químicas se manifiesta en la forma de electricidad a raíz de reacciones químicas espontáneas o viceversa, la energía eléctrica origina reacciones químicas no espontáneas o viceversa, la energía eléctrica origina reacciones químicas no espontáneas.espontáneas.

La fem Es la máxima diferencia de potencial entre dos electrodos de una celda galvánica, cuya medida es entonces la fuerza directriz de las reacciones de la celda y que determinan el trabajo que realiza como generador de energía. El consumo de energía química se manifiesta como energía eléctrica y se mide como sabemos en Voltios.

REPASOFundamentos de Protección Catódica

Relación entre el potencial y la corriente

Diagrama de Evans

Pot

enci

al

(Log)Corriente

(-V)

(A)

Ea0

Ec0

Ea

Ec

co

rrie

nte

de

co

rro

sió

n

co

rrie

nte

de

pro

tec

ció

n t

ota

l

co

rrie

nte

p

rote

cc

ión

pa

rcia

l

ic

ia ip

Ecorr

Ic = ia + ip

Ia = 0

Entonces: ic = ip y Ec = Ea0

Ic = ia + ip

Ia = 0

Entonces: ic = ip y Ec = Ea0

Sistemas deProtecció n Cató dica

Sistemas de Protecció n Cató dica

La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que se basa en los principios de electroquímica para proteger estructuras, comúnmente de acero (puede haber variante en otro tipo de materiales), por medio de un conjunto de accesorios o elementos que se combinan con la misma estructura para inducir su protección contra el fenómeno de la corrosión (galvánica principalmente) y constituyéndose así como un sistema de protección catódica.

¡¡¡ Importante !!!La protección catódica se aplica a la superficie o área expuesta del metal, y no tiene relación con su volumen o espesor, por lo mismo, los recubrimientos o pinturas anticorrosivas son un complemento indispensable de los sistemas de protección catódica

3


Tipos de Sistemas de Protecció n Cató dica

Ánodos Galvánicos

Aprovechan el potencial natural de la estructura.

Funciona mejor en electrolitos de baja resistividad.

Ideal para estructuras de difícil acceso.

No requieren de fuentes de poder externas.

Corriente Impresa

El potencial de protección es inducido por medio de una fuente de poder externa.

Son versátiles, pues su potencial puede ser modificado según las condiciones eventuales, pueden ser automatizados.

2

Sistema de Protecció n Cató dica por Ánodos Galvánico (AG)


ÁnodoGALVÁNICOMg o Zn

Backfilldel ánodo

EstructuraEstructura((tubería))

Cable conectado a la estructura

Cable al ánodo o lecho de ánodos

Poste de prueba

shunt

Base terminalCaja de interconexión

Conector de prueba

FLUJO DE CORRIENTE

Distancia del lecho a la estructuraDistancia del lecho a la estructura

Nivel del suelo

Backfilldel lecho

Los ánodos galvánicos no son rellenados con coque como los ánodos por corriente impresa porque surge una celda entre el material del ánodo y el coque que destruiría el ánodo rápidamente y por lo tanto estos no cumpliría su función.

2

8

SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS GALVÁNICOS (EJEMPLO TANQUES)

Sistemas de Protecció n Cató dicaSistema de Protecció n Cató dica por Corriente Impresa (CI)

COQUE BACKFILL

Fuente: Hanbook of CATHODIC CORROSIÓN PROTECTION. W. Von Baeckmann

9

PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESAFUNCIONAMIENTO

10

PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA(ELEMENTOS SUPERFICIE / BAJO TIERRA)

PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA(EJEMPLO EN EL CASCO DE UN BARCO)

20

PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA(EJEMPLO EN EL CASCO DE UN BARCO)

Principios y consideraciones de diseñ o

VENTAJASNo requiere de una fuente de alimentación externa es necesaria.

La instalación es relativamente fácil.

Los costos son bajos para los casos que requieren baja corriente.

Los costos de mantenimiento son mínimos después de la instalación.

Los problemas de interferencia (corrientes parásitas) en estructuras distintas de la protegida son raros.

Los ánodos de sacrificio pueden venir unidos directamente a tanques nuevos de fabrica.

El método es eficaz para la protección de pequeñas estructuras eléctricamente aislados.

DESVENTAJASLa conductividad de potencial es limitada, y la salida de corriente es baja.

El método puede no ser práctico para su uso en suelos con muy alta o muy baja resistividad.

El método no es aplicable para la protección de grandes estructuras de acero desnudo.

La vida del ánodo puede ser corta cuando se trata de la protección de grandes superficies de acero desnudo.

Ánodos galvánicos o de sacrificio

Fuente: API RP 1632 (2010)

Corriente Impresa

VENTAJASDisponibilidad de potencial de conducción grande.

Salida alta de corriente capaz de proteger estructuras de acero subterráneo con un bajo costo de operación.

Posibilidad de un control flexible de salida de corriente.

Aplicabilidad a casi cualquier resistividad del suelo.

Capacidad de proteger grandes estructuras de acero desnudo.

DESVENTAJASPueden causar problemas de interferencia (corrientes parásitas) en estructuras extranjeras.

La corriente puede ser deliberadamente o involuntariamente desconectado y protección eliminado.

Los sistemas deben ser monitoreados y mantenidos en un horario regular.

Los sistemas pueden dañar los revestimientos si el nivel de salida de corriente es demasiado alta.

En comparación con los sistemas de ánodo de sacrificio, los costes de mantenimiento y de funcionamiento son más altos.



30

CORRIENTES PARÁSITAS

Se deben considerar a los siguientes factores en el desarrollo de diseños de protección catódica para estructuras enterradas:

Resistividad del suelo.

Requisitos actuales y futuras.

La vida del sistema de protección catódica en relación con la vida prevista de las estructuras a proteger.

Presencia de corrientes parásitas de otras fuentes.

Ubicación de los ánodos para proporcionar corriente de protección uniforme.

Condición de las estructuras a ser protegidas (nueva o vieja, cubierta o desnuda).

Minimizar la salida de corriente excesiva que puede dañar los revestimientos de la estructura o que pueda producir interferencias con estructuras cercanas enterradas.

La fiabilidad de los componentes del sistema de protección catódica.



En algunos casos, en el sitio puede ser necesarios hacer sondeos para obtener la información necesaria para diseños específicos. En otros casos, los diseños pueden ser lo suficientemente versátiles como para cubrir un amplio rango de las condiciones que pudieran encontrarse.

La instalación de los sistemas de protección catódica implica el uso de conductores de alambre que conectan a los ánodos con las estructuras, a los ánodos con las estaciones de prueba, y a los ánodos con los rectificadores.

La ubicación exacta del cableado y los ánodos debe identificarse cuidadosamente en un plano, tanto del terreno como de la instalación, y una copia del mismo debe ser mantenida por el propietario o custodio de la infraestructura.



ÁNODOS

Los diversos tipos de materiales que se utilizan como ánodos se escogen en función de sus prestaciones y del medio donde serán colocados. Deben poseer las propiedades siguientes:

1. Bajo consumo, lo cual se traduce en un costo razonable de amperios/año.

2. Densidad de corriente elevada, es decir, debe tener un elevado rendimiento eléctrico (A.h/Kg).

3. Pequeñas dimensiones y versatilidad geométrica.

4. Baja resistividad, y desgaste homogéneo.

5. Buena resistencia mecánica.

6. Potencial de disolución suficiente para polarizar la estructura (-0,8 V en el caso del acero).

CARACTERÍ STICAS DE LOS ÁNODOS GALVÁNICOS

Fuente: PDVSA HA-201 - 2010

PDVSA EM–28–07/01

MIL-A-21412A -1995

ASTM B843-13


ASTM B418-12

MIL-DTL-18001L-13

ASTM F1182-13

NACE TM0190

3

ÁNODOS DE ALUMINIO

TrapezoidalesTrapezoidales

Forma de gotasForma de gotas

BotonesBotones CollaresCollares

DiscosDiscos

AG

ÁNODOS DE ZINC

BarrasBarras

BloquesBloques

Tubulares empaquetadosTubulares empaquetados

BrazaletesBrazaletesCollaresCollares

BotonesBotones

AG

ÁNODOS DE MAGNESIO AG

Nota: N: No recomendado

L : Si está colgado en agua, no hay límite

N/L: Sin límite

PROPIEDADES DE LOS ÁNODOS DE CORRIENTE IMPRESA

PDVSA PI–05–02–04

NACE TM0108-2012


PDVSA PI–05–02–03

ASTM A518_A518M-2012ASTM A518_A518M-2012MIL-DTL-24625A

MIL-A-18279C-1984

5

Fuente: PDVSA HA-201 - 2010

ÁNODOS DE Fe-Si-Cr

CI

ÁNODOS DE GRÁFITO CI

ÁNODOS DE TITANIO

CI

LECHO DE ÁNODOS

Lecho profundo de ánodos se define cuando un ánodo o grupo de ánodos se encuentran enterrados 15 metros (50 pies) por debajo de la superficie de la tierra.

Lecho profundo de ánodos se define cuando un ánodo o grupo de ánodos se encuentran enterrados 15 metros (50 pies) por debajo de la superficie de la tierra.

NACE SP0572-2007

PDVSA EM–28–07/03-1990

Conexión soldada aislada AS/NZS 2832.1:2015

3

11

Soldadura Exotérmica

21

Soldadura Exotérmica(Procedimiento)

22

TAMAÑOS Y TIPOS DE CABLE

LECHO DE ÁNODOS

Horizontal

LECHO DE ÁNODOS

VerticalLecho Profundo

Mobile Drill

23

MOBILE DRILL

La protección catódica por corriente impresa

requiere de una fuente de corriente externa,

normalmente la corriente se suministra al sistema

de protección catódica a través de un

rectificador/transformador AC/DC.

Como condición sine qua non la impresión de

corriente debe mantenerse constante pese al paso

del tiempo.

Un sistema de corriente impresa debería poder

funcionar permanentemente al menos durante 10

años.

FUENTES DE CORRIENTE

Son equipos convertidores de corriente ac/dc, basado en diodos de Son equipos convertidores de corriente ac/dc, basado en diodos de silicio.silicio.

Permiten el ajuste manual o electrónicoPermiten el ajuste manual o electrónicode corriente y la tensión de salida.de corriente y la tensión de salida.

Para protección catódicaPara protección catódicanormalmente se utilizan delnormalmente se utilizan deltipo monofásicos.tipo monofásicos.

Los rectificadores enfriadosLos rectificadores enfriadospor por aireaire manejan un rango manejan un rangomáximo de tensión y corrientemáximo de tensión y corrientedesde 10 VDC Hasta 120 VDCdesde 10 VDC Hasta 120 VDCy desde 10 Amp hasta 200 Amp. y desde 10 Amp hasta 200 Amp.

Los rectificadores enfriadosLos rectificadores enfriadospor por aceiteaceite manejan un rango máximo manejan un rango máximode tensión y corriente DCde tensión y corriente DCdesde 10 hasta 150 VDC y desde 10 hasta 250 Amp. desde 10 hasta 150 VDC y desde 10 hasta 250 Amp.

TRANSFORMADORES RECTIFICADORES (TR)

Permiten el paso de la corriente en un solo sentido. Permiten el paso de la corriente en un solo sentido.

Estos aparatos se alimentan con corriente alterna. Estos aparatos se alimentan con corriente alterna.

Si se trata de un rectificador monofásico estará constituido por un Si se trata de un rectificador monofásico estará constituido por un

transformador monofásicotransformador monofásico, alimentado en el primario a , alimentado en el primario a 110 o 110 o

220 V220 V (tensión de la red de distribución). (tensión de la red de distribución). La tensión de salida La tensión de salida

puede ajustarsepuede ajustarse según las necesidades. Un según las necesidades. Un puente monofásico puente monofásico

reductorreductor, compuesto por , compuesto por 4 diodos4 diodos o grupos de diodos de selenio o o grupos de diodos de selenio o

silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente

monofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágil monofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágil

que el silicio. que el silicio.

Un voltímetroUn voltímetro permite controlar la permite controlar la tensión de salidatensión de salida y y unun

amperímetro la intensidad totalamperímetro la intensidad total. La tensión de salida puede ser . La tensión de salida puede ser

regulada con ayuda de regletas o por medio de un "regulada con ayuda de regletas o por medio de un "variadorvariador", el ", el

cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo.cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo.

TRANSFORMADORES RECTIFICADORES (TR)

PDVSACPV–E–H–02600

Negativo (-)

Lechos de ánodos Positivo (+)

CORRIENTE DIRECTA

Estructura

CAJA DE DISTRIBUCIÓN

RECTIFICADOR


NEMA 250-2014

Transformer monophasic

CORRIENTE ALTERNA

CORRIENTE ALTERNA

110/220V

(input)

Bridge monophasic4 diodes

output voltage output current intensity

variac variac

2

12

TRANSFORMADOR / RECTIFICADOR

Criterios deSelecció n

CRITERIO DE SELECCIÓN DE LOS SPC VS TIPO DE ESTRUCTURAESTRUCTURA Tipo SPC Observación Estándar recomendado

Fondos de Tanques de almacenamiento

CISi el tanque es muy pequeño se puede emplear AG.

API RP 651-2014NACE RP0193-2001PDVSA HA-201 2010

Interior de tanques de almacenamiento de agua

AG o CI NACE SP0196-2011NACE SP0388-2014ANSI/AWWA D104-2011ANSI/AWWA D106-2010

Tanque enterrado AG o CI NACE SP0285-2011

Tuberías de gas/crudo o agua sumergida o enterrada

CI NACE SP0169-2013ASME B31.4-2012 (Refer)PDVSA HA-201 2010DNV-RP-B401-2010 (offshore)DNV-RP-F103-2010 (offshore)ISO 15589-1 (on-land) ISO 15589-2 - 2004(offshore)NORSOK M-503 2007 (offshore)

Cruces de carreteras AG PDVSA H–201–O-1998API RP1102-2007

Tuberías de distribución de gas AG PDVSA HA-201 (2010)NACE SP0169-2013ASME B31.8-2012 (Refer)DNV-RP-F103-2010 (offshore)

Muelles, Pilotes AG o CI PDVSA HA-201 2010NACE SP0176-2007 (offshore)NACE Publication 7L198

Tablaestacas AG o CI En canales de agua de mar se utiliza CI, muelle frente al mar se utiliza AG

PDVSA HA-201 2010NACE SP0176-2007 (offshore)NACE Publication 7L198-2009

Barcos AG o CI PDVSA HA-201 2010UNE -EN 16222 (2013)API RP 14F (2013)

Gabarras AGsi la gabarra posee fuente de energía también se puede utilizar CI

PDVSA HA-201 (2010)PDVSA PI–05–03–04 (2002)UNE -EN 16222 (2013)API RP 14F (2013)

Pozos de hidrocarburos o agua CI PDVSA HA-201 2010API Spec 17D (2013)

tuberías de revestimientos o casings

AG NACE SP0186-2007NACE TPC 5-1999

Plataformas offshore AG o CI DNV-RP-B401-2010ISO 15589-2 - 2004(offshore)NACE SP0176-2007 (offshore)NACE Publication 7L198-2009

TEXTOS SAGRADOS DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA

NACE SP0169

DNV RP B-401

PDVSA HA-201

15

CRITERIOS DE PROTECCIÓN CATÓDICANACE SP 0169

DNV RP B401 3

PDVSA HA-201 4

NACE RP0169NACE RP0169 / / ISO 15589-1 ISO 15589-1

Estructuras enterradas en suelos de alta resistividad pueden ser usados potenciales menos negativos que –850 mV EDR-Cu/CuSO4

100 mV EDR-Cu/CuSO4 de Polarización ( E∆ ) pueden ser suficientes para alcanzar el control de la corrosión entre la superficie del metal y el electrolito

750 mV EDR-Cu/CuSO4 para resistividad de suelos entre 10.000 a 100.000 Ω.cm

650 mV EDR-Cu/CuSO4 para resistividad de suelos mayor a 100.000 Ω.cm

En presencia de BSR puede ser usado potenciales más negativos que –950 mV EDR-Cu/CuSO4

Para evitar daños en el revestimiento el potencial no debe ser más negativo de –1200 mV EDR-Cu/CuSO4

Criterios de Funcionamiento de la Protecció n Cató dica

Pasos para laimplantació n

Cálculos

ANODOS GALVÁNICOSANODOS GALVÁNICOS CORRIENTE IMPRESACORRIENTE IMPRESASPCSPC

VIABILIDADVIABILIDAD

ECONÓMICAECONÓMICA

VIABILIDADVIABILIDAD

ECONÓMICAECONÓMICA

RECOLECCIÓN DATARECOLECCIÓN DATA

RESISTIVIDAD AGUA/SUELORESISTIVIDAD AGUA/SUELO

COMPOSICIÓN QUÍMICA, BSRCOMPOSICIÓN QUÍMICA, BSR

pH y CONTENIDO DE CLORUROSpH y CONTENIDO DE CLORUROS

TIPO DE ESTRUCTURATIPO DE ESTRUCTURA

ÁREA A PROTEGER / UBICACIÓNÁREA A PROTEGER / UBICACIÓN

REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO)REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO)

RECOLECCIÓN DATARECOLECCIÓN DATA

RESISTIVIDAD AGUA/SUELORESISTIVIDAD AGUA/SUELO

COMPOSICIÓN QUÍMICA, BSRCOMPOSICIÓN QUÍMICA, BSR

pH y CONTENIDO DE CLORUROSpH y CONTENIDO DE CLORUROS

TIPO DE ESTRUCTURATIPO DE ESTRUCTURA

ÁREA A PROTEGERÁREA A PROTEGER

REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO)REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO)

11 11

Selección tipo de ÁNODOSelección tipo de ÁNODO

UUBICACIÓNBICACIÓN Y C Y CANTIDADANTIDAD

Selección tipo de ÁNODOSelección tipo de ÁNODO

UUBICACIÓNBICACIÓN Y C Y CANTIDADANTIDAD

Cálculo RESISTENCIA CircuitoCálculo RESISTENCIA Circuito

RECTIFICADORRECTIFICADOR

VVOLTAJEOLTAJE, U, UBICACIÓN, BICACIÓN, EENFRIAMIENTONFRIAMIENTO

22 22

PREPARAR DOCUMENTOSESPECIFICACIONES Y PLANOS

33

5

Dem

and

a d

e C

orr

ien

te(A

)

Resistividad del Suelo(Ω-cm)

SELECCIÓN DEL SPC

Corriente Impresas

Ánodos Galvánicos (Mg)

0

1.0

2.0

3.0

2000 4000 6000 8000 100000

RECOLECCIÓN DE DATA 1TIPO DE ESTRUCTURA


1

RECOLECCIÓN DE DATA 1

Asentamiento de un tanque

Superficie expuestade una tubería (h)

CAPS de recipientes o tanques enterradosEn los programas de diseño computarizado se pueden calcular el

área de superficies de formas complejas, por ejemplo: el área en contacto, sumergida o de la obra viva del casco de un barco

En los programas de diseño computarizado se pueden calcular el área de superficies de formas complejas, por ejemplo: el área en

contacto, sumergida o de la obra viva del casco de un barco

ÁREA A PROTEGER CÁLCULOSCÁLCULOS

4

RECOLECCIÓN DE DATA 1% ÁREA DESNUDA (SIN REVESTIMIETO)

“Para estructuras revestidas, es necesario estimar la superficie total sobre la cual el revestimiento no es efectivo (% de área desnuda) y en base a ésta, determinar los requerimientos de corriente.”

Ref.: PDVSA HA-201(2010)

* Depende del tipo de revestimiento

Área a Proteger = Área calculada x % Área DesnudaÁrea a Proteger = Área calculada x % Área Desnuda

CÁLCULOSCÁLCULOS

2

16

IMPORTANCIA DEL TAMAÑODE LA ESTRUCTURA


DENSIDAD DE CORRIENTE

Cantidad de corriente que circula por unidad de área o superficie, generalmente expresada como A/m² o mA/m² y mA/ft² , que sirve para obtener protección catódica. Varía dependiendo del ambiente, resistividad del electrolito y de la estructura a ser protegida.

DENSIDAD DE CORRIENTE

Cantidad de corriente que circula por unidad de área o superficie, generalmente expresada como A/m² o mA/m² y mA/ft² , que sirve para obtener protección catódica. Varía dependiendo del ambiente, resistividad del electrolito y de la estructura a ser protegida.


1

Resistencia dieléctrica Fuerte adhesión Resistencia Alcalina Resistencia Iónica Resistencia al paso de electrones Óptimo espesor.

USO DE REVESTIMIENTOS EN PROTECCIÓN CATÓDICA

“Un revestimiento protector es cualquier material o sistema que aísla eléctrica y químicamente el sustrato conductor”.

Propiedades físicas y químicas para su efectividad:

RECOLECCIÓN DE DATA

Problemas especiales

Recubrimientos inorgánicos

Materiales vinílicos

1

CONSECUENCIAS DE UN REVESTIMIENTOS MAL SELECCIONADO Y/O APLICADO

Ampollamiento por hidrógeno

Delaminación por depósitos calcáreos


En revestimientos porosos o con alta transferencia de humedad (ej FBE) se puede formar una capa de agua entre la interfase metal-revestimiento, entonces, los electrones presentes reaccionan con los iones hidrógenos libres formando hidrogeno gas. Este hidrógeno al tratar de escapar a la superficie, genera ampollas en el revestimiento.

En revestimientos porosos o con alta transferencia de humedad (ej FBE) se puede formar una capa de agua entre la interfase metal-revestimiento, entonces, los electrones presentes reaccionan con los iones hidrógenos libres formando hidrogeno gas. Este hidrógeno al tratar de escapar a la superficie, genera ampollas en el revestimiento.

2

Los depósitos calcáreos formados por la reacción entre iones hidroxil y electrones que pasan a través del revestimiento, son neutralizados en la interfase metal-revestimiento, empujando hacia fuera el revestimiento fracturándolo y astillándolo.

Los depósitos calcáreos formados por la reacción entre iones hidroxil y electrones que pasan a través del revestimiento, son neutralizados en la interfase metal-revestimiento, empujando hacia fuera el revestimiento fracturándolo y astillándolo.


Densidades de corrientes requeridas para protección catódica de estructuras metálicas revestidas

Tipo de RevestimientoDensidad de Corriente

(mA / m2)

Tricapa de Poliolefinas (3LPE / 3LPP) 0.03

FBE (Resina Epóxica en polvo) 0.10

Polietileno Extruido 0.10

Brea Epóxica 0.75

Cinta de Polietileno (Polyken) 1.25

Sin revestimiento 10 - 30

(1) PDVSA HA 201-2010. Criterios de diseño para sistemas de protección catódica

(2) NACE SP0169-2013. Especificación de ingeniería criterios de diseño para sistemas de protección catódica

USO DE REVESTIMIENTOS EN PROTECCIÓN CATÓDICA

Ref.: NACE SP0176 (2007)


3030 Plataforma continental Venezuela (barro)

Plataforma continental Venezuela (barro)

8080 Plataforma continental Venezuela (agua)

Plataforma continental Venezuela (agua)

50 a 10050 a 100 Lago de Maracaibo Lago de Maracaibo

mA/m2mA/m2 Región Región

1

17

CONDUCTIVIDAD DEL ELECTRÓLITO



RESISTIVIDAD DE SUELO

RESISTIVIDAD ES LO INVERSO A LA CONDUCTIVIDAD

RESISTIVIDAD ES LO INVERSO A LA CONDUCTIVIDAD

1

Ref.: DNV RP B401 (2011) – Anexo A


1

RECOLECCIÓN DE DATA 1RESISTIVIDAD DE SUELO

Diagrama típico de estudio de resistividad de suelo

1000 Ω = K Ω

100 cm = 1 m

Ωm = 10xK Ωcm

m ó km

2

18

RESISTIVIDAD DEL ELECTRÓLITO(INFLUENCIA DE LA HUMEDAD)

Ref.: PEABODY’S Control of Pipeline Corrosion. Second edition - 2001

RECOLECCIÓN DE DATA 1COMPOSICIÓN QUÍMICA DE SUELO


1

RECOLECCIÓN DE DATA 1BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS

Estas bacterias aumentan el requerimiento de potencial de protección debido a la despolarización resultante de la producción de sulfuros (FeS).

BSR

Ref.: UHLIG’S CORROSION HANDBOOK. 2000Ref.: UHLIG’S CORROSION HANDBOOK. 2000

Es un factor que puede alterar las características del electró lito

Las BSR aparecen preferiblemente en ambientes cuyo pH varía entre 6 y 8 (cercano al pH neutro).

Para el conteo de BSR se utilizan los procedimientos estandarizados y descritos en la normas de referencia:• API RP-38 “Recommended Practice for Biological Analysis of Subsurface Injection Waters”

• NACE TM0194 “Field Monitoring of Bacterial Growth in Oil and Gas Systems”

• NACE TM106 “Detection, Testing, and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) on External Surfaces of Buried Pipelines”

• ASTM D4412 “Sulfate-Reducing Bacteria in Water and Water-Formed Deposits”

Para el conteo de BSR se utilizan los procedimientos estandarizados y descritos en la normas de referencia:• API RP-38 “Recommended Practice for Biological Analysis of Subsurface Injection Waters”

• NACE TM0194 “Field Monitoring of Bacterial Growth in Oil and Gas Systems”

• NACE TM106 “Detection, Testing, and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) on External Surfaces of Buried Pipelines”

• ASTM D4412 “Sulfate-Reducing Bacteria in Water and Water-Formed Deposits”

1

SELECCIÓN DE ANODOS 2GALVÁNICOS o CORRIENTE IMPRESA

Corriente = Área a x Densidad de Corriente = Área a x Densidad deProteger CorrienteRequerida

Vida útilÁnodo

CapacidadDrenaje de

Corriente delÁnodo

Peso delÁnodo

RendimientoFactor de

Utilización

Intensidad de Corriente=

x x x

1 año = 8.760 horas

CÁLCULOSCÁLCULOSRef.: PDVSA HA-201(2010) – Sección 9

ÁnodosÁnodosGalvánicosGalvánicos

Ánodos por Ánodos por CorrienteCorrienteImpresaImpresa

SELECCIÓN DE ANODOS 2GALVÁNICOS o CORRIENTE IMPRESA

Número deÁnodos

Corriente TotalRequerida

Corriente drenadaPor Ánodo

=

CÁLCULOSCÁLCULOS

ResistenciaSPC

ResistenciaEstructura/suelo

ResistenciaEstructura

ResistenciaResistenciaÁnodosÁnodos

ResistenciaCables= + + +

Ref.: PDVSA HA-201(2010) – Sección 9

1

RECTIFICADOR 2CORRIENTE IMPRESA

Voltaje Rectificador

Corriente Requerida

Resistencia SPC= x

CÁLCULOSCÁLCULOS

Ref.: PDVSA EM-28-07/05 (1990) – Sección 4

19

ZONAS PELIGROSASPARA INSTALACCIÓN DEL RECTIFICADOR

DOCUMENTOS ESPECIFICACIONES Y PLANOS

3LISTA DE DOCUMENTOS QUE DEBE TENER UN PROYECTO DE PC

3

CÓMPUTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS

CÓMPUTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS

El costo del personal equivale ~ 70% del presupuestoEl costo del personal equivale ~ 70% del presupuesto

1

CÓMPUTOS DE OBRAS A EJECUTAR

VIABILIDAD ECONÓMICA

“El costo de protección catódica un sistema bien diseñado sólo es un pequeño porcentaje de la inversión total de la instalación protegida. Preferiblemente este porcentaje no debe exceder del 5 %.”

Ref.: PDVSA HA-201(2010) – Sección 18

Ref.: CORROSIÓN CONTROL Vol 2. L.L. Sheir, R.A. Jarman, G.T. Burstein

En el diseño de protección catódica se busca lograr un equilibrio económico entre los costos de instalación, los costos de mantenimiento, el costo inicial de las unidades de energía y el consumo de energía. En este último punto debido a que tanto el costo del rectificador como el costo de la energía eléctrica consumida son circunstanciales sobre la tensión de funcionamiento del sistema, es necesario mantener la tensión de funcionamiento lo más baja posible; y por esta misma razón, contar con un lecho anódico de baja resistencia cuando sea económicamente posible.

3

sistemas de protección catódica (día 2)

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