Diseño Pc Pdvesa

PDVSA

MANUAL DE INGENIERÍA DE DISEÑO

VOLUMEN 4 I

ESPECIFICACIÓN DE INGENIERÍA

2 FEB.10 REVISIÓN GENERAL 74 C.E. L.T. L.T.

1 ABR.05 REVISIÓN GENERAL 77 L.T.

E.V.

0 JUL.93 PARA APROBACIÓN 28

L.T.

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

APROB. Cesar Eizaga FECHA FEB.10 APROB. Luis Tovar FECHA FEB.10

E PDVSA, 2005 ESPECIALISTAS

HA 201 CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

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CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

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“La información contenida en este documento es propiedad de Petróleos de

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1 OBJETIVO

2 ALCANCE

Índice

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.1 American Society for Testing and Materials – ASTM . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.2 American Petroleum Institute API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.3 Comisión Venezolana de Normas Industriales – COVENIN

3.4 Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad –

. . . . . . . . . . . 5

FONDONORMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.5 National Association of Corrosion Engineers NACE . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3.6 Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4 DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.1 Aislamiento Eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.2 Ánodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.3 Ánodo Galvánico/Ánodo de Sacrificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.4 Bacterias Sulfatoreductoras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.5 Juntas Aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.6 Caída IR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.7 Cátodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.8 Caja de Distribución Negativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4.9 Caja de Distribución Positivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.10 Corriente Impresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.11 Corrosión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.12 Densidad de Corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.13 Electrodo o Celda de Referencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.14 Electrodo de Cobre/Sulfato de Cobre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4.15 Electrodo de Zinc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.16 Electrodo de Plata/Cloruro de Plata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.17 Electrolito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.18 Estación de Prueba (Punto de Medición) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.19 Interconexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.20 Interferencia Eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

4.21 Lecho de Ánodos Profundos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.22 Lecho de Ánodos Superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.23 Potencial Natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.24 Potencial Instant OFF (Polarizado) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.25 Potencial ON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.26 Potencial de Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.27 Polarización Catódica de la Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12


4.28 Protección Catódica

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.29 Revestimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

4.30 Relleno (Coque)

4.31 Sobreprotección

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.32 Efecto Pantalla (Apantallamiento) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.33 Resistividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.34 Método de Capa de Barnes

4.35 Desprendimiento Catódico

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

4.36 Cupón . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.1 Protección Catódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.2 Requerimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

5.3 Criterios de Protección para Estructuras de Acero y Hierro Fundido . . . 15

5.4 Revestimientos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6 BASES DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . 17

6.2 Interferencia Eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

7 PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS GALVÁNICOS . . . . . . . 24

7.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7.2 Aplicaciones de los Ánodos Galvánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

7.3 Material de los Ánodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

8 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA . . . . . . . . 27

8.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

8.2 Fuentes de Corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

8.3 Material de los Ánodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

9 CÁLCULOS DE DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

9.1 Ánodos Galvánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

9.2 Corriente Impresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10 AISLAMIENTO ELÉCTRICO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

10.1 Sistemas de Protección de los Accesorios Aisladores . . . . . . . . . . . . . . . . 49

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

12 PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

12.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

12.2 Determinación de las Necesidades de Protección Catódica . . . . . . . . . . . 53

12.3 Condiciones del Suelo y Fundaciones

12.4 Factores que Deben Ser Considerados

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

12.5 Tipos de Protección Catódica Aplicables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

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

13 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CON PRODUCCIÓN DE PETROLEO Y GAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

13.1 General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 13.2 Procedimiento para el Diseño de Sistemas de Protección Catódica

de Estructuras Costa Afuera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

13.3 Tipos de Sistemas para Protección Catódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

13.4 Factores que Determinan el Requerimiento Total de Corriente para Sistemas de Protección Catódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

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

15 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR . . . . . . . . . . 67

15.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

15.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

16 APLICACIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA PARA LA SUPERFICIE EXTERNA DE CAMISAS DE ACERO EN POZOS DE PRODUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

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

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

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

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

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


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1 OBJETIVO

Establecer una guía para el diseño de un sistema de protección catódica y

homologar los criterios y procedimientos mínimos para el diseño de los mismos

a nivel corporativo.

2 ALCANCE

Este documento establece los principios básicos para el control de la corrosión

de estructuras metálicas enterradas o sumergidas, mediante el uso de protección

catódica, y a su vez describe los requerimientos y procedimientos mínimos

necesarios para el diseño de los sistemas.

3 REFERENCIAS

3.1 American Society for Testing and Materials – ASTM

G57 Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity Using the

Wenner Four Electrode Method.

3.2 American Petroleum Institute - API

RP 651 Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks.

3.3 Comisión Venezolana de Normas Industriales – COVENIN

548 71 Recomendaciones para Clasificar Instalaciones Eléctricas en Refinerías

de Petróleo.

552–92 Disposiciones Sobre Puesta a Tierra y Puentes de Unión en Instalaciones

en Áreas Peligrosas (Especialmente en la Industria Petrolera)

3.4 Fondo para la Normalización y Certificación de Calidad – FONDONORMA

200 Código Eléctrico Nacional.

3.5 National Association of Corrosion Engineers - NACE

RP0177 Mitigation of Alternating Current and Lightning Effects on Metallic

Structures and Corrosion Control Systems.

RP0104 The Use of Coupons for Cathodic Protection Monitoring Applications

Item No: 21105.

RP0186 Application of Cathodic Protection for External Surfaces of Steel Well

Casings.


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SP0169 Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic

Piping Systems Item No. 21001.

3.6 Petróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA

CPV E H 03000 Detalle de Soldadura Cadweld.

EM 22 01/01 Alambres y Cables Monopolares Aislados con Termoplásticos

para 600V.

EM 22 05/01 Cables para Instrumentación y Control.

EM 24 11/01 Cajas y Accesorios para Instalaciones Eléctricas de Uso en

Lugares (Clasificados) Peligrosos.

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

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

EM 28 07/03 Coque Metalúrgico para Uso en Lechos de Anodos para Sistemas

de Protección Catódica con Corriente Impresa.

EM 28 07/04 Ánodos de Hierro silicio y Hierro Silicio Cromo para Protección

Catódica por Corriente Impresa.

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

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

EM 01 01/03 Revestimiento Interno con Epoxi Aducto Amina para Tanques y

Tuberías.

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

EM 01 01/05 Revestimiento Interno de Equipos con Plástico Reforzados con

Fibra de Vidrio (PRFV).

EM 01 01/06 Resina Poliester Isoftálica para el Revestimiento y Fabricación de

Tanques y Tuberías.

EM 01 01/07 Resina Poliester Bifenólica para el Revestimiento y Fabricación de

Tanques d Tuberías.

EM 01 01/08 Resina Epoxi Poliamida para El Revestimiento y Fabricación de

Tanques y Tuberías.

EM 01 01/09 Resina Furánica para el Revestimiento y Fabricación de Tanques

y Tuberías.

EM 01 01/10 Resina Vinil Ester para el Revestimiento y Fabricación de Tanques

y Tuberías.

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

Tuberías.


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EM 01 01/16 Sistema Multicapa Epoxi Poliolefina Revestimiento de Tubería

Metálica a Altas Temperaturas.

EM 01 01/17 Resina Epóxica en Polvo para Revestimiento de Tubería Metálica,

a Altas Temperaturas.

EM 01 01/18 Cintas de Poliolefinas para el Revestimiento de Tubería Metálica

a Altas Temperaturas.

EM 01 01/19 Resina Epóxica Reforzada con Fibra de Vidrio para Revestimiento

Externo de Tubería Metálica a Altas Temperaturas

EM 01 01 20 Resina Epóxica Líquida 100% Sólidos para el Revestimiento

Externo de Tubería Metálica.

EM 01 02/01 Brea Epóxica (Coaltar Epoxy) Curada con Poliamida para el

Revestimiento de Tubería Metálica.

EM 01 02/02 Brea Epóxica (Coal Tar Epoxy) Curada con Amina Para el


EM 01 02/03 Brea Epóxica (Coal Tar Epoxy) Curada con Aductoamina para el


EM 02 11/01 Aceites Minerales Aislantes con Inhibidor de Oxidación para Uso

en Transformadores e Interruptores.

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

EM 04 05/01 Polietileno de Alta Densidad Extruido para el Revestimiento de

Tubería Metálica.

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

EM 04 10/01 Cintas de Polietileno Aplicadas en Frió y/o en Caliente para el


EM 04 11/01 Mangas Termocontráctiles para Protección de Juntas y/o

Reparaciones de Revestimientos de Tubería Metálica.

EM 04 11/02 Mangas Termocontráctiles para Protección de Juntas y/o

Reparaciones de Revestimientos de Tubería Metálica a Altas Temperaturas.

EM 04 13/01 Caucho Policloropreno (Neopreno) para el Revestimiento de

Tubería Metálica.

IR E 01 Clasificación de Areas.

O 201 Selección y Especificaciones de Aplicación de Sistemas Anticorrosivos de

Pinturas.

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

PI 05 02 01 Protección Catódica por Corriente Impresa (Fase de Instalación).


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

N 201 Obras Eléctricas.

4 DEFINICIONES

4.1 Aislamiento Eléctrico

Interrupción del flujo de corriente eléctrica entre superficies de estructuras

metálicas.

4.2 Ánodo

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

4.3 Ánodo Galvánico/Ánodo de Sacrificio

Metal activo que suministra corriente directa de protección a otros metales que

son más nobles en la serie electromotriz, cuando ambos están acoplados

eléctricamente en el electrolito.

4.4 Bacterias Sulfatoreductoras

Grupo de bacterias presentes en suelos y aguas naturales, activas solamente en

condiciones anaeróbicas y de pH cerca del neutro. Estas bacterias aumentan el

requerimiento de potencial de protección debido a la despolarización resultante

de la producción de sulfuros.

4.5 Juntas Aislantes

Accesorio constituido de un material aislante que se intercala entre estructuras

metálicas para aislarlas eléctricamente. Estas incluyen bridas aislantes y juntas

monolíticas entre otras.

4.6 Caída IR

Pérdida de potencial medida en una resistencia por la cual circula una corriente

eléctrica de acuerdo con la Ley de Ohm.

4.7 Cátodo

Electrodo de una celda electrolítica en el que se produce la reacción de

reducción.

4.8 Caja de Distribución Negativos

Dispositivo utilizado para distribuir y controlar la corriente proveniente de las

diferentes estructuras conectadas al sistema de protección catódica, que

retornan al conductor negativo del Transformador / Rectificador (T/R).


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4.9 Caja de Distribución Positivos

Dispositivo utilizado para distribuir y controlar la corriente proveniente del

conductor positivo de T/R, la cual es drenada por los diferentes lechos de ánodos,

o por los diferentes ánodos de un mismo lecho.

4.10 Corriente Impresa

Corriente directa suministrada por una fuente de poder externa al componente

anódico. Entre las fuentes de poder típicas, tenemos: rectificadores, módulos

solares, generadores de motores eléctricos, baterías y molinos de viento

(energía eólica).

4.11 Corrosión

Deterioro de un material o de sus propiedades, debido a su reacción química o

electroquímica con el medio ambiente.

4.12 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. La densidad de corriente para obtener protección catódica varía dependiendo del ambiente, resistividad del electrolito y de la estructura a ser protegida.

4.13 Electrodo o Celda de Referencia

Media celda reversible con potencial de circuito abierto constante bajo

condiciones similares de medida que se puede utilizar en forma permanente o

portátil. Se utiliza para medir potenciales metal/electrolito, siendo los más

comunes los electrodos de cobre/sulfato de cobre, plata/cloruro de plata y cinc.

4.14 Electrodo de Cobre/Sulfato de Cobre

Electrodo de referencia muy estable, utilizado para medir niveles de potenciales

de un metal en suelos y aguas salobres. Está formado por una barra de cobre de

alta pureza (Cu), en contacto eléctrico con una solución saturada de sulfato de

cobre (CuSO4) (ver Figura 1).


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Fig 1. ELECTRODO DE CU/CUSO4

4.15 Electrodo de Zinc

Electrodo de referencia constituido por un bloque de cinc, utilizado para medir

niveles de potenciales de un metal en suelos y aguas salobres (ver Figura 2).

Fig 2. ELECTRODO DE ZINC (ZN)


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4.16 Electrodo de Plata/Cloruro de Plata

Electrodo de referencia, utilizado para medir niveles de potenciales de un metal

en agua de mar. Está formado por un hilo de plata (Ag) sobre el cual se deposita

cloruro de plata (AgCl), generalmente por vía electroquímica, en una solución de

cloruro de sodio (NaCl) o cloruro de potasio (KCl), en la cual el hilo de plata actúa

como ánodo (ver Figura 3).

Fig 3. ELECTRODO DE AG/AGCL

4.17 Electrolito

Medio en el cual se encuentran el ánodo y el cátodo. Sustancia química o mezcla,

usualmente líquida o sólida, que contiene iones que migran en un campo

eléctrico. Para efectos de esta norma, el término electrolito se refiere al suelo o

líquido adyacente y en contacto con la estructura metálica enterrada o

sumergida, incluyendo humedad, sales y otros químicos contenidos en él.

4.18 Estación de Prueba (Punto de Medición)

Dispositivo al cual llegan uno o más cables soldados a la estructura protegida. Se

instalan en la trayectoria o cercano a la estructura con la finalidad de obtener

mediciones de potencial para evaluar el nivel de protección, patrones de

interferencia, drenaje de corriente de las estructuras y condiciones de

revestimiento.

4.19 Interconexión

Conexión eléctrica, usualmente a través de un conductor de cobre o una

resistencia, utilizado para interconectar estructuras diferentes, a fin de evitar

cambios apreciables en el potencial de un punto con respecto al otro o nivelarlos.

4.20 Interferencia Eléctrica

Perturbación eléctrica en una estructura metálica, producto de corrientes

(alterna, continua o telúrica) que circulan por caminos distintos del circuito

propuesto.


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4.21 Lecho de Ánodos Profundos

Grupo de ánodos instalados en un hoyo vertical, cuya profundidad es mayor a 20

m. Los objetivos que se persiguen con este tipo de lecho son obtener baja

resistencia en el sistema, distribuir uniformemente la corriente y minimizar la

interferencia eléctrica anódica.

4.22 Lecho de Ánodos Superficial

Grupo de ánodos instalados en un hoyo horizontal, vertical o direccional, cuya

profundidad es menor a 20 m.

4.23 Potencial Natural

Potencial espontáneo (sin impresión de corriente eléctrica directa) que adquiere

una estructura metálica al estar en contacto con un electrolito, también

denominado potencial de corrosión.

4.24 Potencial Instant OFF (Polarizado)

Suma del potencial de corrosión y la polarización catódica medido

inmediatamente después de haber interrumpido el flujo de corriente

(descartando la caída IR).

4.25 Potencial ON

Potencial medido con la corriente de protección aplicada. Representa la suma de

todas las caídas de potencial del circuito de medición.

4.26 Potencial de Protección

Potencial mínimo requerido para que una estructura metálica esté protegida

catódicamente.

4.27 Polarización Catódica de la Estructura

Cambio del potencial natural de la estructura a uno más negativo, producto del flujo de corriente en la interfase estructura / electrolito.


Técnica mediante la cual se minimiza el proceso de corrosión en las superficies

metálicas en un medio electrolítico, alterando el potencial natural del metal hacia

valores catódicos por medio de la aplicación de corrientes impresas o galvánicas.

4.29 Revestimiento

Material que se aplica sobre la superficie de un metal para protegerlo y aislarlo del medio ambiente o del electrolito.


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4.30 Relleno (Coque)

Material de baja resistencia eléctrica (= 20 cm) que absorbe la humedad y

rodea al ánodo enterrado, utilizado con el propósito de incrementar el área

efectiva de contacto con el suelo, y, por lo tanto, reducir la resistencia de contacto

con el mismo.

4.31 Sobreprotección

Cantidad excesiva de corriente de protección catódica en una estructura

recubierta, provocando el desprendimiento de hidrógeno en forma de burbujas

de gas sobre la superficie de la estructura, causando daños en el revestimiento

(desprendimiento catódico).

4.32 Efecto Pantalla (Apantallamiento)

Efecto que se produce cuando una estructura a proteger esta en un medio con

otras estructuras metálicas o materiales dieléctricos, los cuales pueden causar

una barrera que impida el flujo de corriente de protección catódica hacia la

estructura a proteger.

4.33 Resistividad

Magnitud característica que mide la capacidad de un material para oponerse al

flujo de una corriente eléctrica.

4.34 Método de Capa de Barnes

Este método distingue la resistividad de las capas de la tierra. El espesor de la

capa se supone que es igual al incremento en el espaciamiento de los electrodos

de medición del método Wenner (4 pines).

4.35 Desprendimiento Catódico

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

4.36 Cupón

Metal o aleación de igual o similar característica del material de la estructura a

proteger que permite la medición de pérdida de material, a fin de ubicar la relación

entre la densidad de corriente y la velocidad de corrosión de una estructura.


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5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA


Todas las estructuras metálicas enterradas o sumergidas están sujetas a

corrosión, por lo cual deben adoptarse procedimientos adecuados para el control

de la misma y asegurar la integridad mecánica para una operación segura y

económica.

La protección catódica es una técnica de control de corrosión, la cual tiene como

fundamento la polarización a potenciales más negativos de cualquier superficie

metálica, hasta alcanzar un grado de polarización en el cual se acepta que dicha

superficie metálica es inmune a la corrosión. Esta polarización se alcanza

mediante el empleo de una corriente externa (impresa o galvánica).

5.2 Requerimientos

5.2.1 Toda estructura enterrada o sumergida (con o sin revestimiento) debe contemplar

desde la fase de diseño la implantación de un sistema de protección catódica,

a fin de contrarrestar la corrosión que podría ocasionar fallas prematuras.

5.2.2 Se instalará sistemas de monitoreo (cupones, celdas permanentes) para

comprobar o verificar la efectividad del sistema de protección catódica.

5.2.3 Los planos de ingeniería deberán definir claramente la ubicación del sistema de

protección catódica (T/R, lecho de ánodos, cajas de distribución, entre otros), así

como la ubicación de otras instalaciones o estructuras, bien sean a la vista o

enterradas, que pudiesen afectar o ser afectadas por el sistema de protección

catódica. El diseño del sistema se hará para el tiempo de vida útil de la instalación.

5.2.4 El sistema de protección catódica seleccionado deberá ser diseñado de forma tal

que se evite cualquier efecto corrosivo adverso en estructuras cercanas

(equipos, tuberías, cables, entre otros).

5.2.5 Los materiales y equipos deberán cumplir con las normas referenciadas en este

documento; en caso de un requerimiento especial, éste deberá ser aprobado por

el ingeniero responsable del diseño.

5.2.6 La aplicación de esta norma debe estar bajo la dirección de especialistas

designados por PDVSA, quienes por conocimiento de los principios físicos,

matemáticos y de ingeniería adquiridos por educación y experiencia práctica

relacionada, estén capacitados para dedicarse a la práctica de control de

corrosión de estructuras metálicas enterradas o sumergidas.

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


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5.3 Criterios de Protección para Estructuras de Acero y Hierro Fundido

5.3.1 Se considera que una estructura está protegida, cuando existe un potencial

(catódico) negativo de al menos 850 mV con la protección catódica aplicada. Este

potencial se mide con respecto a un electrodo de referencia de cobre / sulfato

cobre (CSE) en contacto con el electrólito. Este criterio se basa en una caída IR

conocida o despreciable en el circuito de medición. La caída IR es generalmente

insignificante cuando la densidad de corriente y/o la resistencia son bajas.

5.3.2 Se considera que una estructura está protegida, cuando existe un potencial

polarizado negativo de al menos 850 mV con respecto a un electrodo de

referencia de cobre / sulfato cobre en contacto con el electrolito. Este criterio se

basa en la eliminación de la caída IR durante la medición. Esto se logra quitando

la resistencia del electrolito o interrumpiendo la corriente. Hay que recordar que

la polarización se disipará cuando se interrumpe la corriente, y la polarización es

la medida de interés. Por lo tanto, cuando se interrumpe la corriente, el potencial

se debe medir en el instante apagado, que se refiere al potencial después de

haber eliminado la caída IR, pero antes de que la polarización comience a

disiparse. Normalmente la relación de interrupción es 3T “On” / 1T “Off”.

5.3.3 Se considera que una estructura está protegida, cuando existe un mínimo de 100

mV de polarización catódica entre la superficie de la estructura y un electrodo de

referencia de cobre / sulfato de cobre. La polarización o despolarización puede

ser medida para satisfacer este criterio. Se basa en conocer el potencial natural

o el potencial polarizado de la estructura. El potencial “Instant Off” (polarizado)

se determina interrumpiendo momentáneamente el flujo de corriente. Si la caída

del potencial es por lo menos 100 mV más positivo el criterio es valido. Además,

si el potencial “Instant off” es por lo menos 100 mV más negativo que el potencial

natural el criterio es valido.

En algunas condiciones como la presencia de sulfuros, bacterias, temperaturas

elevadas y metales disímiles, estos criterios pueden no ser suficientes. En suelos

bien aireados y suelos bien drenados, la protección de la corrosión se puede

alcanzar con potenciales menos negativos. En presencia de bacterias sulfato

reductoras se recomienda un potencial polarizado mínimo de –950 mV, con el fin

de garantizar la protección contra la corrosión en ese tramo. Debe evitarse la

sobreprotección que puede resultar en daños de revestimiento y promover

ataque por hidrógeno en aceros susceptibles. El potencial sobre el cual puede

ocurrir daños en el revestimiento depende de muchas variables, incluyendo la

composición del suelo y el contenido de humedad, temperatura, tipo de

revestimiento, calidad de la aplicación del revestimiento y la presencia de

microorganismos. El consenso general de la industria es evitar potenciales


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polarizados (instant OFF) más negativos que –1100 mV (respecto a una celda

Cu/CuSO4).

5.4 Revestimientos

La corrosión pudiera prevenirse cubriendo la totalidad de la estructura enterrada

o sumergida con un revestimiento impermeable no conductivo, lo cual sería ideal,

pero casi imposible de llevar a cabo a un costo razonable. En general, los

revestimientos sufren daños en el transporte al sitio de instalación. En suelos

corrosivos, la más pequeña discontinuidad del revestimiento protector puede

redundar en corrosión local severa. Prácticamente, todo tipo de revestimiento

desarrolla imperfecciones, y se produce corrosión en las pequeñas áreas de

metal expuesto donde se rompe la barrera de aislamiento. El revestimiento es

una herramienta muy efectiva en el control de la corrosión, y cuando se utiliza

junto con la protección catódica, se puede obtener un control completo con un

mínimo de corriente aplicada.

Los revestimientos casi nunca son afectados por la aplicación correcta de la

protección catódica; sin embargo, potenciales muy negativos pueden dañar el

revestimiento causando evolución de hidrógeno en la superficie del metal

(sobreprotección). La Tabla 1 muestra los límites de potencial ON recomendados

en el punto de potencial máximo, para estructuras enterradas/sumergidas y

evitar así el desprendimiento del revestimiento por exceso de corriente de

protección catódica.

Los límites de potencial “instant off“ recomendados en el punto de potencial

máximo (punto de drenaje), será como máximo 1,2 V independientemente del

tipo de revestimiento.

6 BASES DE DISEÑO

El diseño de un sistema de protección catódica deberá basarse en información

obtenida de la inspección de instalaciones similares, en ambientes similares y/o

de un estudio detallado de las condiciones en sitio. Las condiciones a determinar

en sitio son:

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

b. Continuidad eléctrica de la estructura.

c. Proximidad de otras estructuras.

d. Potenciales de referencia de estructuras adyacentes.

e. Disponibilidad de energía eléctrica.

f. Condición y tipo de revestimiento.


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g. Facilidad de acceso para construcción y mantenimiento.

h. Clasificación de áreas.

i. Seguridad en sitio de los equipos en cuanto a hurto.

j. Planos y especificaciones de construcción.

k. Tiempo de vida útil de la estructura (activa).

l. Histórico de inspecciones de tuberías o estructuras adyacentes.

m. Cruces de líneas de alta tensión y zonas adyacentes.

El diseño de un sistema de protección catódica debe considerar los aspectos

antes mencionados u otros que no permitan interferencia a las estructuras

adyacentes.

El diseño de un sistema de protección catódica no deberá contemplar la

instalación en áreas peligrosas de equipos de suministro de energía eléctrica,

cajas de conexiones, entre otros, cuando sea posible. Cuando la instalación deba

realizarse en este tipo de áreas clasificadas, se deberán utilizar los materiales

correspondientes especificados para tal fin (Ver Especificaciones Técnicas de

Materiales PDVSA en la sección de Referencias).

Se podrá utilizar la capacidad disponible de los sistemas de protección catódica

existentes, siempre y cuando su desempeño no sea afectado en forma adversa.

Se requieren consideraciones especiales de diseño para tuberías enterradas

dentro del área de plantas, refinerías, entre otros. Lechos de ánodos galvánicos

o inertes deberán instalarse en estas áreas para complementar la protección. Se

deberán instalar puntos de prueba adicionales para monitorear los niveles de

protección de estas secciones de tubería.

6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al Diseño

La adecuada recopilación de datos en campo es obligatoria. Además de la

medición eléctrica, la información incluirá fechas, estado del tiempo, descripción

y condición del terreno, vías de acceso, fuentes potenciales de energía eléctrica,

ubicación adecuada para lechos de ánodos o ánodos de sacrificio, seguridad, así

como cualquier otra información pertinente.

Los datos obtenidos en las mediciones indicarán también la ubicación de todas

las estructuras enterradas o sumergidas adyacentes a la obra, la condición de las

superficies metálicas expuestas, condición del revestimiento y aislamiento

eléctrico de las estructuras.

Los sitios posibles de ubicación de los sistemas de protección catódica, serán

localizados con mediciones detalladas tomando como referencia la resistividad

del medio.


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El especialista preparará un diseño detallado del sistema de protección

propuesto, el cual tomará en consideración las siguientes proposiciones:

a. Estará basado en una continua operación del sistema para la vida útil especificada en el diseño de la estructura o equipo a ser protegido.

b. Considerará los requerimientos para la instalación de cualquier interconexión necesaria entre estructuras que puedan estar sujetas a interferencia eléctrica.

c. Incluirá detalles para la puesta en marcha del sistema, el diseño y la ubicación de bridas con aislamiento y puntos de medición.

6.1.1 Caracterización del Medio

Para el diseño de sistemas de protección catódica de estructuras enterradas o

sumergidas es importante la realización de mediciones de campo que permitan

la caracterización del medio, para así evaluar el tipo de sistema de protección

catódica.

La resistividad del electrolito representa la investigación preliminar más

importante al momento de diseñar un sistema de protección catódica. En suelos,

la resistividad puede variar con el contenido de agua y sales disueltos en éstos

y por lo tanto, se ve influenciada por las lluvias. Aún cuando la resistividad sola

no indica la corrosividad de un medio, existe cierta relación entre las dos

propiedades, como se muestra en la Tabla 1.

TABLA 1. CLASIFICACIÓN DEL MEDIO ELECTROLITO DE ACUERDO CON SU

RESISTIVIDAD

Resistividad del medio (--cm)

Corrosividad

Menos de 500

Entre 500 y 1.000

Entre 1.000 y 2.000

Entre 2.000 y 10.000

Mayores a 10.000

Muy corrosivo

Corrosivo

Moderadamente corrosivo

Ligeramente corrosivo

Progresivamente menos corrosivo

Fuente: API RP 651

La medición de la resistividad del suelo se realizará utilizando el método de los

cuatro electrodos (método de Wenner), según procedimiento especificado en la

norma ASTM G 57.

Donde se requieran mediciones de la resistividad a lo largo de la tubería, éstas

se harán a intervalos máximos de 1 km (o menos cuando las condiciones del

suelo cambien), utilizando una separación entre electrodos equivalente a la

profundidad de la estructura o a la profundidad requerida.


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Se tomarán lecturas de resistividad en las ubicaciones propuestas para los

lechos de ánodos a fin de elaborar mapas de contornos (método de Capas de

Barnes) para cada una de ellas. Las lecturas de resistividad serán corregidas

para considerar condiciones más críticas, es decir, en época de verano utilizando

para ello la caja de suelos.

La profundidad de ubicación del lecho de ánodos corresponderá al punto de

menor resistividad determinado por el método de Capas de Barnes.

Cuando se presenten factores que puedan alterar las características del medio,

se tomarán muestras del suelo para determinar características adicionales del

mismo, tales como sales solubles, contenido de humedad, pH, sulfatos entre

otros. Se deberá evaluar la presencia de bacterias sulfatoreductoras.

6.1.2 Pruebas de Drenaje de Corriente

Se obtendrán parámetros de diseño completos al instalar un sistema de

protección temporal, el cual permitirá medir la cantidad de corriente requerida

para proteger adecuadamente una estructura enterrada o sumergida. El sistema

de protección catódica temporal estará conformado por:

a. Un lecho de ánodos temporal, el cual estará ubicado en el lugar seleccionado para la instalación permanente propuesta. Este lecho temporal estará constituido por tubería de desecho, estructuras metálicas enterradas o sumergidas abandonadas, entre otros. El cableado temporal, necesario para conectar los lechos de ánodos, tendrá aislamiento suficiente para prevenir fugas de corriente no controladas y garantizar la seguridad del personal.

b. Una fuente de energía temporal, la cual consistirá de generadores impulsados por motores, acumuladores estacionarios, unidades de protección catódica existentes, rectificadores portátiles combinados con energía comercial disponible, paneles solares, entre otros. Este equipo suministrará una corriente directa constante, bien regulada, de una tensión e intensidad en las magnitudes requeridas durante el ensayo. Adicionalmente se deberá contar con un interruptor adecuado para llevar a cabo de forma eficiente y eficaz las pruebas de corte de corriente.

Una vez que el sistema se ha estabilizado en los niveles de protección requeridos

(según el criterio seleccionado), se harán mediciones del drenaje de corriente del

sistema temporal y se determinará la cantidad de corriente requerida para

alcanzar el valor del criterio seleccionado.

La Tabla 2 indica un estimado de las densidades de corriente mínimas requeridas para la protección catódica de acero desnudo en diferentes medios, a

temperatura ambiente de 15 a 25C.


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TABLA 2. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA DE ACERO

CONDICIONES AMBIENTALES DENSIDAD DE CORRIENTE

mA/m2 mA/ft2

Sumergido en Agua de Mar(a)

Estacionario

Bien revestido

Revestimiento pobre o deteriorado

Sin revestimiento

Velocidad Baja(b)

Bien revestido

Revestimiento pobre

Sin revestimiento

Velocidad Media(c)

Bien revestido

Revestimiento pobre

Sin revestimiento

Alta Velocidad (d)

Revestimiento pobre o sin revestimiento Enterrado Bajo Tierra(e)

Resistividad de Suelo

0,5 a 5 --m

5 a 15 --m

15 a 40--m

1 a 2

2 a 20

20 a 30

2 a 5

5 a 20

50 a 150

5 a 7

10 a 30

150 a 300

250 a 1000

1 a 2

0,5 a 1

0,1 a 0,5

0,1 a 0,2

0,2 a 2

2 a 3

0,2 a 0,5

0,5 a 2

5 a 15

0,5 a 0,7

1 a 3

15 a 30

25 a 100

0,1 a 0,2

0,05 a 0,1

0,01 a 0,05

NOTA:

(a): Estructuras o recipientes (d): Flujo turbulento

(b): 0,3 a 1 m/s (1 a 3 ft/s) (e): Tuberías o estructuras, revestidas o recubiertas

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

Las densidades de corriente mínimas para la protección catódica de estructuras

metálicas revestidas se especifican en la Tabla 3.

TABLA 3. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA DE ESTRUCTURAS METÁLICAS REVESTIDAS

Tipo de Revestimiento Densidad de Corriente

(mA/m2 )

Cinta 1,25

Resina Epóxica en polvo 0,10

Polietileno Extruido 0,10

Brea Epoxy (Coal Tar) 0,75


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Cuando no pueda ser determinada a través de una prueba de drenaje de

corriente, la selección final de los requerimientos de corriente será una

combinación de los factores indicados anteriormente. 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.

La Tabla 4 muestra valores de eficiencia del revestimiento, que deben ser

considerados para determinar la superficie total a proteger.

TABLA 4. EFICIENCIA DEL REVESTIMIENTO

Años de servicio de la instalación

Deterioro del revestimiento (%)

0 1,01 1 1,16

2 1,32

3 1,51

4 1,73

5 1,98

6 2,27

7 2,60

8 2,97

9 3,40

10 3,89

11 4,45

12 5,09

13 5,82

14 6,67

15 7,63

16 8,73

17 9,99

18 11,43

19 13,07

20 14,96

6.1.3 Medición de Potenciales

La medición de potencial entre la estructura y el medio electrolítico se obtendrá

en todos los terminales de medición a ambos lados de las bridas o uniones con

aislamiento, en los cruces con otras estructuras metálicas enterradas o

sumergidas o cualquier estructura similar próxima a la estructura que esté siendo

protegida; asimismo, en cualquier otro punto donde se considere necesario

determinar la efectividad del sistema de protección catódica propuesto, y evitar

la corrosión por corrientes de fuga a estructuras que no estén incluidas dentro del

sistema de protección.


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Todas las lecturas de potencial serán registradas con precisión de milivoltios

(mV), utilizando instrumentos adecuados y electrodos de referencia de

cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) o plata/cloruro de plata (Ag/AgCl).

Las lecturas de potencial serán tomadas a intervalos suficientes para prevenir la

omisión de alguna zona no protegida (Close Interval Survey CIS), o en proceso

de corrosión de la estructura a ser protegida. Las lecturas también se obtendrán

para asegurar que el sistema de protección catódica que se está diseñando no

ocasionará problemas de interferencia no controlables en otras estructuras. En

áreas clasificadas peligrosas, tales como estaciones y patios de tanques, se

tomarán lecturas adicionales necesarias que permitan detectar cualquier

situación de peligro que pueda originarse de la instalación de la protección

catódica.

Para el diseño del sistema de protección catódica se realizarán las siguientes

mediciones de potencial:

a. Potencial Natural: se tomará el potencial de la estructura sin aplicación de corriente. Para ello se deben desconectar todos los sistemas de protección catódica que puedan estar ocasionado alguna influencia sobre la estructura bajo estudio y esperar un tiempo prudencial para que se produzca la despolarización de la estructura.

b. Nivel Mínimo de Protección: utilizando el sistema de protección catódica temporal, se drenará suficiente corriente a fin de lograr la protección de toda la estructura, alcanzando los niveles mínimos aceptables aplicables para los criterios que sean utilizados.

c. Nivel Máximo de Protección: una vez que se hayan determinado los niveles mínimos de corriente de protección, la salida de corriente del sistema de protección catódica temporal se incrementará hasta que se alcancen los niveles máximos de protección aceptables. En esta condición se medirá la atenuación de la protección a través de toda la estructura.

6.2 Interferencia Eléctrica

El ingeniero responsable del diseño del SPC, debe evaluar la presencia de

interferencias eléctricas, a fin de eliminar y/o mitigar este efecto, y de esta manera

garantizar la correcta polarización del sistema. En la Tabla 5, se muestran las

mediciones recomendadas para la detección de estas interferencias, así como

las acciones de mitigación y/o eliminación del mismo.


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

TIPOS DE INTERFERENCIAS MEDICIONES ACCIONES PREVENTIVAS

ESTÁTICAS

S

S

Anódicas

Catódicas

Intervalos cortos (CIPS): Cambios de potencial estructura electrolito de la tubería interferida. (Picos positivos y negativos que indican zonas de carga y descarga de corriente en la tubería interferida).

(DCVG): Evaluación y detección de fallas de revestimiento en los puntos de carga de la tubería que interfiere).

Mediciones de Corriente: Cambios de magnitud y dirección de la corriente.

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

S Reparar revestimiento en la zona de captura de corriente de la tubería que interfiere.

S Instalación de ánodos galvánicos en las zonas de descarga de corriente de la tubería interferida.

S

S

Corriente

Alterna (AC)

Potenciales AC (AC=15V): Considerados como peligrosos para el personal, tal como lo establece NACE RP0177. (Las interferencias eléctricas AC, varían en el tiempo a medida que varían los porcentajes de carga de las línea de alta tensión)

Potenciales DC: Son más positivos en los picos de voltajes AC. (Zonas de mayor impacto).

S Instalar celdas de polarización, a fin de permitir el drenaje de corriente AC y bloqueo de la corriente DC.

S Instalación de ánodos galvánicos distribuidos en la zona de interferencia.

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

DINÁMICAS

S

S

S

Sistemas ferroviarios

Corrientes telúricas

Operaciones de Minas

Intervalos cortos (CIPS): Cambios de potencial estructura electrolito de la tubería interferida. (Picos positivos y negativos que indican zonas de carga y descarga de corriente en la tubería interferida).

(DCVG): Evaluación y detección de fallas de revestimiento en los puntos de carga de la tubería que interfiere).

Mediciones de Corriente: Cambios de magnitud y dirección de la corriente.

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

S Reparar revestimiento en la zona de captura de corriente de la tubería que interfiere.

S Instalar cupones, a fin de ubicar la relación entre la densidad de corriente AC y la velocidad de corrosión por corriente AC de acuerdo a lo establecido en el estándar NACE ST0169.

S Instalar celdas de polarización, a fin de permitir el drenaje de corriente AC y bloqueo de la corriente DC.


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7 PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS GALVÁNICOS

7.1 General

Con este método, prevalece la acción galvánica para proveer corriente de

protección. La superficie de la estructura se hace catódica conectándola a un

metal menos noble (ánodo) en un electrolito común. Los elementos más usados

para este fin son el magnesio, el aluminio y el cinc.

7.2 Aplicaciones de los Ánodos Galvánicos

Los ánodos galvánicos se utilizan principalmente cuando se requieren corrientes

relativamente pequeñas en sitios con muy baja resistividad eléctrica.

Los sistemas de protección catódica por ánodos galvánicos son utilizados

principalmente para:

7.2.1 Proteger estructuras donde no se disponga de ninguna fuente de energía

eléctrica.

7.2.2 Proteger pequeñas secciones de tubería con revestimiento en buenas

condiciones o fondos de tanques que requieran una cantidad moderada de

corriente.

7.2.3 Complementar localmente la falta de protección de una estructura ya protegida

por un sistema de corriente impresa.

7.2.4 Corregir interferencias que puedan presentarse por corrientes parásitas de baja

intensidad producidas por un sistema de protección catódica por corriente

impresa u otra fuente de corriente continua (este tipo de situación se produce

generalmente en los cruces de tuberías).

7.2.5 Controlar corrientes de interferencia en áreas congestionadas y en áreas

urbanas.

7.2.6 Aunque no represente una aplicación de protección catódica, los ánodos

galvánicos pueden ser utilizados como tomas de tierra en estaciones para

eliminar puntos de tensión AC sobre los equipos.

7.3 Material de los Ánodos

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


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TABLA 6. CARACTERÍSTICAS DE LOS ÁNODOS GALVÁNICOS

ALEACIÓN

MEDIO

CONSUMO (kg/A*año)

(1)

CAPACIDAD TEÓRICA (A*h/kg)

(2)

EFICIENCIA (%) (3)

CAPACIDAD PRÁCTICA (A*h/kg)

(4)

Magnesio

0,5--1,3% Mn ó 5--7% Al / 2--4% Zn

Suelo/Agua dulce

Agua de Mar

3,98

8,64

2.200

1.014

50

1.100

507

Cinc

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

Agua de mar

10,69 – 11,30

820 -- 776

90 (5)

95 (5)

740 – 698

780 – 737

Aluminio (6)

0,35--0,5% Zn

6--8% Zn/0,1 -- 0,02% Sn

2--5%Zn/0,02--0,05%In/0,5--

Agua de mar

Fango de mar

Fango de mar

3,60 -- 5,45

2.434 -- 1.607

85

95

2.069 – 1.366

2.313 – 1.527

1%Mg

1. El consumo fue calculado a partir de la siguiente expresión: W = m * t * l ∕ n * F * 1000, donde:

W: Consumo (kg/A*año)

M: Peso atómico del material anódico (g)

t: Tiempo (s)

l: Flujo de corriente promedio (A)

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

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

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

Ct: Capacidad Teórica de drenaje de corriente del material anódico (A*h/kg).

W: Consumo (kg/A*año)

3. WAGNER, John: Cathodic Protection Design I. NACE International. Abril, 1993.

PEABODY, A.W. : Control of Pipeline Corrosion. NACE. Houston, 1967.

, donde:

4. La capacidad práctica fue calculada a partir de la siguiente expresión:Cp = Ct * Eficiencia , donde:

Cp: Capacidad Práctica (A*h/kg)

Ct: Capacidad Teórica (A*h/kg)

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

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


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Los ánodos de magnesio pueden utilizarse económicamente en medios de más

alta resistividad (mayor de 3.000 cm), en comparación con los ánodos de cinc y de aluminio. No deben utilizarse en aguas salobres a temperaturas mayores de

30C o en agua dulce a temperaturas mayores de 45C, dado que la autocorrosión de los ánodos se acentúa a altas temperaturas, disminuyendo así su eficiencia.

Para aplicar protección catódica con ánodos de magnesio, éstos deben tener una

alta pureza.

Los ánodos de cinc no son una alternativa económica en medios de resistividad

mayor de 1.500 cm. Su principal uso se circunscribe al agua de mar, o cuando la corriente requerida es baja pero constante y se desea un largo tiempo de

servicio. El cinc puede utilizarse en aguas de altas temperaturas (30 – 60C), en las cuales las aleaciones de magnesio se corroen rápidamente. Sin embargo, no

deben emplearse ánodos de cinc a temperaturas superiores a 60C, dado que

en algunos tipos de aguas, a 70 C aproximadamente, su polaridad cambia de negativa a positiva con respecto al acero, promoviendo el ataque del mismo en lugar de protegerlo. Tampoco se recomienda en los ambientes donde hay presencia de carbonatos o bicarbonatos.

Los ánodos de aleación de aluminio no se recomiendan para otro servicio que no

sea agua de mar o aguas salobres, preferiblemente si la aleación está activada

con indio. Las aleaciones de aluminio no se emplean en suelos por cuanto se

recubren de una capa de óxido de aluminio que las inactiva, es decir, las pasiva;

por el contrario, al ser sometidas a la acción de agua de mar, o de aguas/suelos

con suficiente contenido de cloruros (mayor de 3.000 ppm), éstos rompen la capa

pasiva activando nuevamente la aleación. Es por ello, que el aluminio sólo puede

ser empleado cuando el contenido de cloruros es suficientemente alto como para

despasivar la superficie del ánodo y permitir el drenaje de corriente.

Para asegurar el buen funcionamiento de instalaciones subterráneas, los

ánodos de magnesio y cinc se emplean con una mezcla de relleno preparado que

los cubre completamente. Este relleno, por su baja resistividad ( 50 cm) y por

la solubilidad de sus componentes, tiene un efecto de acondicionamiento sobre

la resistividad del suelo adyacente, y como resultado se obtiene una resistividad

más baja sobre varios metros alrededor del ánodo. Así mismo, el relleno aumenta

la superficie efectiva del ánodo, reduciendo la resistencia entre el ánodo y el

suelo.

La mezcla comúnmente utilizada como relleno para los ánodos de magnesio y

cinc es la siguiente:

75% yeso hidratado (CaSO4.2H2O)

20% arcilla de bentonita

5% sulfato de sodio (Na2SO4)


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Los ánodos galvánicos serán instalados en puntos distribuidos a lo largo de la

tubería a fin de suministrar una protección total y para facilitar la inspección y el

mantenimiento.

Los suelos con la mejor combinación de baja resistividad eléctrica, alta

concentración química y máximo contenido de humedad, serán seleccionados

para la ubicación del lecho de ánodo galvánico. La distancia hasta la estructura

enterrada deberá estar entre 1,0 m y 6,0 m, dependiendo de la resistividad del

medio.

En sistemas mixtos (ánodos galvánicos/corriente impresa), la ubicación de los

ánodos dependerá del perfil de potenciales de la estructura.

Los ánodos de cinc se utilizarán solo en medios electrolitos de baja resistencia

y donde las bajas salidas de corriente y los bajos potenciales de solución

resultantes sean tolerables.

El tamaño del ánodo, forma, peso, pureza y relleno dependerá de los

requerimientos para cada instalación en particular, de acuerdo a los materiales

especificados en esta norma.

8 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA

8.1 General

Con este método, la estructura a proteger forma parte de un circuito eléctrico, con

una fuente de corriente directa y un lecho de ánodos.

El lecho de ánodos puede estar formado por grafito, hierro/silicio/cromo,

chatarra, titanio platinizado, magnetita, MMO (Oxidos de Metal Mezclado), entre

otros, cuyo costo dependerá de la rata de consumo en el tiempo, factor

determinante en el presupuesto del proyecto.

Los sistemas de protección catódica por corriente impresa se utilizan cuando se

requieren grandes cantidades de corriente para la protección de la estructura.

8.2 Fuentes de Corriente

Las fuentes de corriente externa utilizadas en los sistemas de protección catódica

incluyen: rectificadores/transformadores AC/DC, motores generadores,

generadores termoeléctricos, generadores de viento y generadores solares, de

los cuales, los rectificadores/transformadores son los utilizados con mayor

frecuencia.

En cuanto a los rectificadores se prefieren aquellas unidades estandarizadas que

cumplan con las regulaciones eléctricas aplicables al área donde sean

instalados. La selección del tipo se hará de acuerdo a lo siguiente:


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a. Las unidades sumergidas en aceite serán utilizadas en áreas donde se presenten condiciones de alto grado de humedad, ambiente marino, alta temperatura ambiental, vapores corrosivos dañinos, condiciones de polvo excesivo, vapores explosivos o condiciones similares.

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

c. Unidades montadas en bases serán utilizadas en aquellos casos en que la apariencia y/o el peso son los factores determinantes. Las fundaciones para estas unidades las diseñará la sección de Ingeniería Civil.

d. Se utilizarán rectificadores de onda completa, los cuales serán protegidos con limitadores de sobretensión (varactor) y pararrayos diseñados específicamente para este uso.

Los rectificadores y/o demás fuentes de poder deberán instalarse en

localizaciones accesibles, que faciliten su posterior mantenimiento. La ubicación

estará determinada por los siguientes factores:

a. Cercanía a una fuente de energía eléctrica económica.

b. Fuente de energía de corriente continua adyacente al lecho de ánodos.

c. Área no clasificada.

d. Resguardo y ventilación adecuada.

e. Vías de acceso cercanas.

f. Suelo de baja resistencia, bien humectado.

La capacidad máxima de salida de la fuente de poder deberá ser 50% (tierra) y 20% (agua) mayor que la capacidad calculada en el diseño.

Los rectificadores de protección catódica deberán espaciarse a intervalos a lo

largo de la tubería. La separación estará determinada por los siguientes factores:

a. Capacidad del rectificador y el lecho de ánodos.

b. Efecto de corrientes de interferencia (parásitas).

c. Potenciales permitidos de acuerdo al revestimiento (ver Tabla 1).

d. Cualidades dieléctricas y de aislamiento de los revestimientos de protección.

e. Costos.

f. Condiciones del electrolito.

Los rectificadores para protección catódica deberán cumplir con la Especificación

Técnica de Materiales PDVSA EM 28 07/05 “Transformador/Rectificador de

Protección Catódica”.


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8.3 Material de los Ánodos

Para los sistemas de protección catódica por corriente impresa se usarán ánodos

inertes (pasivos), tales como hierro silicio cromo, hierro fundido, grafito, titanio,

óxidos de metales mezclados (MMO) y otros metales recubiertos. Dichos ánodos

estarán rodeados de carbón suave compactado o coque desmenuzado, cuando

sea posible, a fin de aumentar el tamaño efectivo del ánodo. En la Tabla 7 se

muestran las principales propiedades de los ánodos de corriente impresa.

TABLA 7. PROPIEDADES DE LOS ÁNODOS DE CORRIENTE IMPRESA

Ánodos de Corriente Impresa

Propiedad Fe--Si--Cr Grafito Niobio

platinizado Titanio

Activado Chatarra de acero

MMO

Consumo aproximado (kg/A.año)

Agua de mar 1,0 N 8.63x10--6 0,0005 9,1 1x10--6

Suelo 1,0 0,20 1x10--6 0,0071 9,1 Fondo del Lago 1,3 N 9,1 Densidad de corriente Máxima recomendada (mA/cm2)

Agua de mar 0,5 N 40 60 L Suelo 0,5 N 40 11 L Fondo del Lago 1,0 0,15 0,15 10 0,5 Voltaje máximo permitido (V)

Agua de mar N/L N 60 N/L L Suelo N/L N N/L N/L L Fondo del Lago N/L N/L N/L N/L L Factor de utilización Recomendado (Futilización)

0,85

0,85

0,90

0,90

0,75

NOTA:

N: No recomendado

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

N/L: Sin límite.

El relleno de coque utilizado para la construcción del lecho de ánodos deberá

tener una resistividad no mayor de 30 cm a presión atmosférica, así mismo,

deberá cumplir con la norma PDVSA EM 28 07/03 “Coque Metalúrgico para uso en Lechos de Ánodos para Sistemas de Protección Catódica por Corriente Impresa”.

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


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podrán ser instalados en posición horizontal de manera de aprovechar las

condiciones del suelo.

Para el caso de estructuras sumergidas, los ánodos de Titanio y MMO se

instalarán como lechos flotantes.

Para la ubicación del lecho de ánodos se deben tomar en cuenta los siguientes

factores:

a. Facilidades de Corriente: Los lechos de ánodos estarán ubicados de tal modo de utilizar al máximo la corriente de protección con un flujo mínimo de corriente de interferencia.

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

c. Suelo: Se preferirá para la ubicación de los lechos de ánodos los suelos que contengan la mejor combinación de baja resistividad eléctrica, alta concentración de sales disueltas y máximo contenido de humedad.

d. Potencial Estructura Electrolito: El lecho de ánodos estará localizado de forma que el potencial entre la superficie recubierta y el electrolito no exceda los valores reportados en la Tabla 8.

TABLA 8. POTENCIAL MÁXIMO ENTRE LA SUPERFICIE RECUBIERTA Y EL

ELECTROLITO, MEDIDO RESPECTO AL ELECTRODO DE CU/CUSO4

Condición Potencial Máximo (V)

Suelo de alta resistencia, revestimiento de --3,0 alta adherencia Suelo de alta resistencia, revestimiento de --2,5 baja adherencia Suelo de baja resistencia --2,0

Agua de mar --1,3

La selección del tipo de lecho de ánodos a utilizar (horizontal, vertical, profundo),

dependerá de ciertas variables, tales como: precipitación anual, resistividad del

suelo, problemas de interferencia y costos del derecho de paso e inversión inicial.

Los lechos de ánodos de corriente impresa remotos (sencillos o distribuidos)

deberán utilizarse de acuerdo con los requerimientos mínimos de diseño y las

consideraciones económicas a que haya lugar.

Las distancias mínimas del lecho de ánodos a la tubería se muestran en la Tabla

9, sin embargo para determinar la distancia entre la estructura y el lecho, así

como la separación entre ánodos, se recomienda realizar la prueba de lechos de

suelos remotos a fin de determinar el área de influencia efectiva.


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TABLA 9. DISTANCIAS MÍNIMAS DEL LECHO DE ÁNODOS A LA TUBERÍA

Capacidad de corriente del lecho (A)

Distancia mínima de las estructuras enterradas (m)

30

50 100

100 150

50

80

150

La resistencia del lecho de ánodos puede ser disminuida aumentando el número

de ánodos, longitud del ánodo, diámetro, profundidad o separación y

disminuyendo la resistencia del suelo adyacente a los ánodos mediante el relleno

de coque.

La resistencia total máxima del circuito será de 1. Sólo en casos excepcionales,

se aceptará una resistencia máxima de 2. El especialista deberá definir el estrato con más baja resistividad a través del Método de Capas de Barnes, lo cual permitirá la ubicación de los ánodos a la profundidad óptima.

Puede incrementarse el alcance de la protección al aumentar la distancia entre

el lecho y la estructura protegida, así como también mejorando el revestimiento

de la estructura enterrada o sumergida adyacente al lecho de ánodos.

La salida de corriente estable del lecho puede asegurarse tomando previsiones

para el reabastecimiento futuro de agua, si fuera necesario mantener la

humedad. No se permitirá el uso de soluciones salinas para aumentar el drenaje

de corriente del lecho.

9 CÁLCULOS DE DISEÑO

9.1 Ánodos Galvánicos

La corriente de salida, drenada por el ánodo, así como la determinación del

número de ánodos requeridos, consumo y el tiempo de servicio son

fundamentales a la hora de diseñar un sistema de protección catódica.

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

a. Área a proteger (m2).

b. Resistividad del medio ( cm).

c. Análisis químico del medio.

d. Presencia de Bacterias Reductoras de Sulfato.

e. Temperatura promedio (C).

f. Tipo de revestimiento.

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

h. Vida útil de la estructura (años).


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

j. Tipo de ánodo, dimensiones.

k. Eficiencia del ánodo (%).

l. Factor de utilización del ánodo (%).

m. Densidad de corriente (mA/m2)

Prequerido

N = P

comercial

N : Número de ánodos

Prequerido : Peso total de material anódico requerido (kg)

Pcomercial : Peso del ánodo comercial (kg)

Prequerido = E

8, 76 * Ap * i * n * C * F

ánodo t utilización

donde:

Prequerido : Peso total de material anódico requerido (kg)

Ap : Área a proteger (m2)

i : Densidad de corriente (mA/m2)

n : Vida útil del sistema de protección catódica (número de años)

Eánodo : Eficiencia del ánodo (%)

Ct : Capacidad teórica del ánodo (A.h/kg)

Futilización : Factor de utilización (Futilización = 0,85)

El factor de utilización (Futilización) está determinado por la cantidad de material

anódico consumido (85%) cuando el material anódico remanente no puede proporcionar la corriente requerida. En otras palabras, cuando el ánodo se ha consumido el 85%, requerirá reemplazo pues no hay suficiente material anódico

remanente para mantener un porcentaje razonable de su capacidad de corriente

original.

Para verificar la máxima salida de corriente por ánodo, se debe calcular la

resistencia eléctrica del ánodo en el medio.


8L

R =

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9.1.1 Resistencia de un Ánodo Vertical en Suelo

Para ánodos cilíndricos, la resistencia puede ser calculada según:

Rvert = 0, 1592Ã

2, 3 log L d

− 1 (Ec.deDwight)

donde:

Rvert : Resistencia de un ánodo vertical ()

: Resistividad del medio ( cm)

L : Longitud del ánodo (cm)

d : Diámetro del ánodo (cm)

Para otras formas o configuraciones de ánodos, el radio efectivo puede

calcularse a partir de la siguiente expresión:

Atransversal ánodo

donde:

Atransversal

ánodo

r = π

: Área transversal del ánodo (cm2). Se calcula según la forma geométrica del ánodo en cuestión.

r : Radio efectivo del ánodo (cm)

Igualmente, puede utilizarse la ecuación de McCoy para calcular la resistencia de un ánodo no cilíndrico:

0, 315Ã

anodo no cilíndrico Aexpuesta ánodo

(Ec.de McCoy)

donde:

Ranodo no

cilíndrico

: Resistencia de un ánodo no cilíndrico ()

: Resistividad del medio (*cm)

A expuesta

ánodo

: Área de superficie expuesta del ánodo (cm2)

9.1.2 Resistencia de un Ánodo Horizontal en Suelo

0, 1592Ã 4L L 2h

Rhor = L

2, 3 log d + 2, 3 log

h − 2 +

L (Ec.de Dwight)


8L

R = (

n πSR

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donde:

Rhor : Resistencia de un ánodo horizontal ()




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

9.1.3 Resistencia de un Ánodo Colgado en Agua

Rcolgado = 0, 1592Ã

2, 3 log L d

− 1 (Ec.de Dwight)

donde:

Rcolgado : Resistencia de un ánodo colgado en agua ()




9.1.4 Resistencia de un Ánodo tipo Brazalete en Agua

0, 315Ã brazalete Ec.de McCoy)

Aexpuesta ánodo

donde:

Rbrazalete : Resistencia de un ánodo tipo brazalete ()

: Resistividad del agua *cm)

A expuesta

ánodo

: Área de superficie expuesta del ánodo (cm2)

9.1.5 Factor de Espaciamiento (FN)

Cuando los ánodos se colocan muy próximos uno de otro, se ofrecen

interferencia entre sí, siendo la resistencia del grupo de ánodos mayor que la de

un solo ánodo.

F = 1 + Ã

ánodo

ln (0, 66N)


R

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donde:

Fn : Factor de espaciamiento (>1)


S : Distancia entre ánodos (cm)

R ánodo : Resistencia de un ánodo ()


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

Ránodo

donde:

Rlecho de ánodo = Fn N

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

Fn : Factor de espaciamiento ( > 1 )

R anodo : Resistencia de un ánodo ()


A la resistencia total del sistema, debe agregarse la del cable empleado en las

conexiones de los ánodos.

La salida de corriente por ánodo es función del voltaje y la resistencia

ánodo/suelo. Se determina por la Ley de Ohm:

Eánodo − Ecátodo polarizado

donde:

lánodo = ΔV = ánodo

Ránodo

l ánodo : Corriente de salida del ánodo (A)

R ánodo : Resistencia de un ánodo ()

nV : Diferencia esperada de potencial ánodo--estructura (V)

E ánodo : Potencial del ánodo (V)

E cátodo

polarizado

: Potencial del cátodo polarizado (V). (--0,85 V para el acero, o un valor más negativo)

El voltaje es la diferencia entre el potencial del ánodo, o fuerza electromotriz, y

el potencial del cátodo. A medida que pasa la corriente desde el ánodo al cátodo,

ocurre un cambio de potencial en ambos (polarización), y su diferencia de

potencial se hace cada vez más pequeña hasta que se alcanza un valor de

equilibrio, donde la cantidad de corriente que fluye es exactamente la requerida

para mantener una diferencia de potencial constante (corriente de polarización).


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El valor utilizado para lanodo debe derivarse de la Ley de Ohm. Un error común

consiste en utilizar los requerimientos de densidad de corriente mínima, suministrados por los estándares o códigos existentes, y dividir su valor por el número de ánodos para estimar la corriente individual del ánodo. Se debe

recordar que las densidades de corriente dadas en los estándares son mínimas,

y en la generalidad de los casos, al diseñar ánodos galvánicos por esta técnica,

éstos producen más corriente bajo la mayoría de las condiciones operacionales.

Durante el diseño, el especialista utilizará factores de seguridad que le permitan

garantizar que el sistema cumplirá con el objetivo planteado.

Si lanodo no es suficiente para producir el potencial de polarización deseado

(potencial a circuito cerrado entre el cátodo y el electrodo de referencia),

entonces se deberá aumentar el número de ánodos.

9.1.6 Vida Útil del Ánodo

M * Cpráctica * Futilización Y =

8760 * l ánodo

donde:

Y : Vida útil o tiempo de servicio estimado del ánodo (años)

M : Peso del ánodo (kg)

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

l ánodo : Corriente de salida del ánodo (A

F utilización : Factor de utilización (Futilización = 0,85)

9.2 Corriente Impresa

Para realizar los cálculos de diseño de un sistema de protección catódica por

corriente impresa se requiere de ciertos datos técnicos, a saber:

a. Área a proteger (m2).

b. Resistividad del medio ( cm).

c. Presencia de Bacterias Reductoras de Sulfato.

d. Temperatura promedio (C).

e. Tipo de revestimiento.

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

g. Vida útil de la estructura (años).

h. Tipo de ánodo, dimensiones.


8L

N

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i. Densidad de corriente (mA/m2)

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

Las siguientes ecuaciones pueden utilizarse para estimar la resistencia de un

lecho de ánodos convencionales profundo o superficial, constituido por ánodos

verticales u horizontales en una línea central común.

9.2.1 Resistencia de un Lecho de Ánodos Vertical (Rlecho vertical):

R lecho vertical = Ránodo + Rcabezal de cables + Rcama vertical

donde:

R ánodo : Resistencia ánodo vertical--electrolito ()

R cabezal de

cables

: Resistencia del cabezal de cables ()

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

Ránodo = 0, 00521Ã

2, 3 log L d

− 1 (Ec.de Dwight)

donde:

R ánodo : Resistencia ánodo vertical--electrolito (ohm)

: Resistividad del medio, medida a una profundidad correspondiente al centro de la columna de ánodo más backfill (ohm--cm)

L : Longitud del ánodo más el backfill (pies)

d : Diámetro del ánodo más backfill (pies)

La resistencia ánodo/medio de un grupo de ánodos verticales, en paralelo, y

espaciados equidistantemente entre sí, en línea recta, es:

Ã′FI

donde:

RN = 1 Ránodo +

RN : Resistencia del lecho de ánodos ()

R ánodo : Resistencia ánodo vertical ()


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

S : Espaciamiento de los ánodos (cm)

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

S


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TABLA 10. FACTORES DE INTERFERENCIA (Fi)

N (No. de ánodos) Fi

2 0,00261

3 0,00290

4 0,00283

5 0,00268

6 0,00252

7 0,00238

8 0,00224

9 0,00212

10 0,00201

11 0,00192

12 0,00183

13 0,00175

14 0,00168

15 0,00161

16 0,00155

17 0,00150

18 0,00145

19 0,00140

20 0,00136

21 0,00132

22 0,00128

23 0,00124

24 0,00121

25 0,00118

26 0,00115

27 0,00112

28 0,00109

29 0,00107

30 0,00104


1

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

R : Resistencia del cabezal de cables ()


S : Espaciamiento de los ánodos (cm)

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

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

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

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

Se define cabezal de cables como la longitud de cable principal al cual se

conectan los ánodos individuales. Comprende, asimismo, la longitud de los

cables de los ánodos.

La resistencia del cabezal de cables es cero en aquellos diseños en los cuales

los ánodos se interconecten individualmente a la caja de distribución de positivos.

Rcama vertical = 0, 00521Ã

2, 3 log

N * L

8L

d − +

2L 2, 3 log (0, 656N) (Ec.de Sunde) S

donde:

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

: Resistividad del medio (--cm)


S : Espaciamiento entre ánodos (pies)

L : Longitud de un ánodo (pies)

d : Diámetro de un ánodo (incluye el relleno o backfill), (pies)

Rtotal cables = Lcable positivo * Rcable positivo + Lcable negativo * Rcable negativo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables ()

L cable positivo : Longitud del cable positivo (m). Se define cable positivo como la longitud de cable que se extiende desde el ánodo No. 1 (o ánodo más próximo al transformador/rectificador) hasta el positivo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m). Se define cable negativo como la longitud de cable que se extiende desde la estructura protegida hasta el negativo del transformador/rectificador.


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

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

Esta ecuación se aplica cuando los ánodos se interconectan a un cabezal de cables que luego se extiende hacia el positivo del transformador/rectificador.

En aquellos diseños en los que los cables se interconectan individualmente a una

caja de distribución de positivos, la resistencia total de los cables se calcula a

partir de la siguiente expresión:

Rtotal cables = Rtotal cables positivos + Rtotal cables negativos

Rtotal cable negativo = Lcable negativo * Rcable negativo

1 Rtotal cable negativo

= 1 + 1 R1 R2

+ 1 + .. + 1

R3 RN

RN = LN * Rcable positivo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables positivos y negativo (). (No incluye la resistencia del cabezal de cables, por cuanto ésta se calcula según la ecuación presentada con anterioridad).

R total cables

positivos

R total cables

negativos

: Resistencia de los cables positivos (). Se define cable positivo como la longitud de cable que se extiende desde cada ánodo hasta la caja de distribución de positivos.

: Resistencia del cable negativo (). Se define cable negativo como la longitud de cable que se extiende desde la estructura protegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m)


R1, R2, RN : Resistencia del cable conectado al ánodo 1, ánodo 2, ánodo 3 hasta el ánodo N respectivamente ()

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



En el diseño de sistemas de protección catódica, es práctica común utilizar cables

de cobre aislados con polietileno, recubiertos con PVC (policloruro de vinilo),

cuyas dimensiones dependen de la capacidad de corriente requerida. La Tabla

11 presenta los tamaños (calibres) de cables necesarios para diversas cargas de

corriente, así como las resistencias correspondientes.


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TABLA 11. PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES DE COBRE (CABLEADO CLASE B, COBRE BLANDO)

Restructura =

Pprotección

I requerida

donde:

R estructura : Resistencia de la estructura ()

P protección : Potencial de protección (V)

I requerida : Corriente requerida (A)

Rcircuito = Rlecho vertical + Restructura + Rtotal cables

donde:

R circuito : Resistencia del circuito ()

R lecho vertical : Resistencia del lecho vertical ()

R estructura : Resistencia de la estructura () R

total cables : Resistencia total de los cables ()

Resistencia x 10 3 Capacidad de AWG (ohm/m) Corriente (A)

18 5

16 10

14 15

12 20

10 3,342 30

8 40

6 55

4 0,8315 70

2 0,5230 95

1 0,4147 110

1/0 0,3288 125

2/0 0,2608 145

3/0 0,2069 165

4/0 0,1640 195


=

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I Ap * i

requerida 1000

donde:




El voltaje de salida del transformador/rectificador será:

Vsistema = Rcircuito * Irequerida + 2, para definir transformador∕rectificador

donde:

V sistema : Voltaje del sistema (V)


I requrida : Corriente requerida (A)

Para establecer la salida del rectificador, se emplea la Ley de Ohm. Se adicionan

dos (02) voltios al voltaje del sistema debido a que si pusiéramos en contacto la

tubería de acero enterrada con los ánodos de hierro/silicio en su relleno de coque

metalúrgico, se formaría una pila de aproximadamente dos (02) voltios por

diferencia galvánica, en la cual los ánodos serían el cátodo de la pila, y la tubería,

el ánodo correspondiente. Si deseamos drenar corriente en sentido contrario,

debemos añadir al voltaje calculado estos dos voltios, necesarios para vencer la

pila anterior.

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


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Fig 4. RESISTENCIA DE UN LECHO DE ÁNODOS VERTICAL

Estructura

S

9.2.2 Resistencia de un Lecho de Ánodos Horizontal (Rlecho horizontal)

Rlecho horizontal = Rcabezal de cables + Rcama horizontal

donde:

R lecho horizontal : Resistencia del lecho de ánodos horizontal ()

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

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

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

donde:

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


S : Espaciamiento entre ánodos (m)


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

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

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

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

Se define cabezal de cables como la longitud de cable principal al cual se

conectan los ánodos individuales. Comprende, asimismo, la longitud de los

cables de los ánodos. La resistencia del cabezal de cables es cero en aquellos

diseños en los cuales los ánodos se interconecten individualmente a la caja de

distribución de positivos.

0, 1592Ã 4LL LL 2h

Rcama horizontal = LL

2, 3 log D + 2, 3log

h − 2 +

LL (Ec.de Dwight)

donde:

R cama horizontal : Resistencia de la cama horizontal (

: Resistividad del medio ( * cm)

h : Profundidad desde la superficie hasta el centro del lecho(cm)

D : Diámetro del lecho (incluye el relleno o backfill) (cm)

LL : Longitud del lecho (cm). La longitud del lecho (LL) se calcula haciendo uso de la siguiente expresión:

LL = N(L + S)

donde:


L : Longitud de un ánodo (cm)

S : Espaciamiento entre ánodos (cm)

Rtotal cables = Lcable positivo * Rcable positivo + Lcable negativo * Rcable negativo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables ()

L cable positivo : Longitud del cable positivo (m). Se define cable positivo como la longitud de cable que se extiende desde el ánodo No. 1 (o ánodo más próximo al transformador/rectificador) hasta el positivo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m). Se define cable negativo como la longitud de cable que se extiende desde la estructura protegida hasta el negativo del transformador/rectificador.


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

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

Esta ecuación se aplica cuando los ánodos se interconectan a un cabezal de

cables que luego se extiende hacia el positivo del transformador/rectificador.

En aquellos diseños en los que los cables se interconectan individualmente a una

caja de distribución de positivos, la resistencia total de los cables se calcula a

partir de la siguiente expresión:

Rtotal cables = Rtotal cables positivos + Rtotal cable negativo

Rtotal cable negativo = Lcable negativo * Rcable negativo

1 Rtotal cable negativo

= 1 + 1 + 1 R1 R2 R3

+ . + 1

RN

RN = LN * Rcable positivo

donde:

R total cables : Resistencia total de los cables positivos y negativo (). (No incluye la resistencia del cabezal de cables, por cuanto ésta se calcula según ecuación presentada con anterioridad).

R total cables

positivos

R total cable

negativo

: Resistencia de los cables positivos (). Se define cable positivo como la longitud de cable que se extiende desde cada ánodo hasta la caja de distribución de positivos.

: Resistencia del cable negativo (). Se define cable negativo como la longitud de cable que se extiende desde la estructura protegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

L cable negativo : Longitud del cable negativo (m)


R1, R2, RN : Resistencia del cable conectado al ánodo 1, ánodo 2, ánodo 3 hasta el ánodo N respectivamente ()

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



Restructura =

Pprotección

I requerida


=

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donde:


P protección : Potencial de protección (V)


Rcircuito = Rlecho horizontal + Restructura + Rtotal cables

donde:


R lecho

horizontal

: Resistencia del lecho vertical ()


R cables : Resistencia de los cables ()

I Ap * i

requerida 1000

donde:




El voltaje de salida del transformador/rectificador será:

Vsistema = Rcircuito * Irequerida + 2, para definir transformador∕rectificador

.

donde:

V sistema : Voltaje del sistema (V)



Para definir un sistema de protección catódica por corriente impresa se debe

especificar:

a. Número de ánodos.

b. Dimensiones y materiales de los ánodos.

c. Tipo de lecho (profundidad, longitud, referencia geográfica, diámetro de los huecos si es vertical).


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d. Espaciamiento entre ánodos.

e. Capacidad del Transformador/Rectificador (T/R), características (enfriamiento con aceite/aire).

f. Alimentación AC para el T/R.

g. Ubicación del Transformador/Rectificador (T/R).

h. Cantidad y calibre de los cables positivos y negativos.

i. Tipo de relleno de los ánodos.

A continuación se presenta un esquema de un lecho de ánodos horizontal.

Fig 5. RESISTENCIA DE UN LECHO DE ÁNODOS HORIZONTAL

10 AISLAMIENTO ELÉCTRICO El aislamiento eléctrico es una herramienta importante para controlar la

distribución de la corriente en un sistema de protección catódica. Los dispositivos

de aislamiento pueden ser utilizados para:

a. Delimitar la estructura considerada en el diseño del sistema de protección catódica.

b. Mejorar la confiabilidad de la protección catódica.

L

S h

D


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c. Mejorar la eficiencia de la distribución de corriente.

d. Controlar las corrientes de fuga.

El aislamiento eléctrico consiste en la utilización de materiales de alta resistividad

eléctrica para obligar a la corriente a seguir la trayectoria definida.

En el caso de instalaciones superficiales se diseñarán accesorios de aislamiento

a fin de controlar el flujo de corriente. Cuando los accesorios estén enterrados,

se llevarán a la superficie cables de tamaño adecuado, desde ambos lados del

aislamiento, como medio de monitoreo y medición de corriente.

Puede requerirse el aislamiento de estructuras en los siguientes puntos:

a. Conexiones hacia otras estructuras no protegidas diferentes a la estructura de interés.

b. Soportes metálicos.

c. Ambos extremos de válvulas operadas con motor.

d. Transiciones de líneas costa afuera costa adentro, enterrada superficial.

e. A la salida de las plantas costa adentro.

f. En la entrada y salida de instalaciones tales como: refinerías, plantas de distribución, patio de tanques, entre otros.

Los aislamientos no se instalarán en áreas enterradas de la tubería.

Se deberán instalar cajas de conexiones a través de los dispositivos de

aislamiento, en lugares accesibles para mitigar la interferencia eléctrica.

Todos los soportes metálicos de la tubería y anclajes deberán estar

eléctricamente aislados de la tubería.

Se deberá considerar la utilización de dispositivos de aislamiento en los extremos

de los corredores de tuberías, cuando el aislamiento individual de soportes de

tuberías de gran diámetro no sea práctico y económico.

Se colocarán accesorios de aislamiento en los tramos que sea necesario a lo

largo de la estructura a proteger a fin de obtener un control de la corriente. Estos

accesorios son instalados generalmente, en componentes previstos en el diseño,

tales como válvulas, a fin de minimizar el costo de los aislamientos.

La selección y el diseño de los accesorios aislantes (brida o unión) que vayan a

ser utilizados, dependerá de los requerimientos específicos según el caso. El

material será seleccionado de renglones estandarizados en función de su

fabricación.

El aislamiento debe ser colocado en:

a. Líneas Principales: Se deben aislar de las estructuras, en estaciones y terminales, cruces de ríos, entre otros.


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b. Tanques de almacenamiento: Se deben aislar de estructuras metálicas que están conectadas al tanque.

c. Líneas ajenas a la planta.

d. Líneas de flujo: Se deben aislar de los pozos.

e. Áreas revestidas: En el caso de tuberías revestidas, éstas serán aisladas de las estructuras adyacentes no revestidas.

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

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

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

b. Soportes sobre los Muelles: Se aislarán de las tuberías utilizando múltiples capas de revestimiento de vidrio saturado con material impregnante o una capa de material aislante.

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

d. Conductor de Puesta a Tierra y Tubería de Protección: Estarán aisladas de las secciones de tubería revestida. Los conductores de puesta a tierra de cobre desnudo, tendrán una separación mínima de 305 mm (12 pulg) de otras estructuras enterradas de diferente metal y alejados la máxima distancia posible de sistemas de protección catódica (lechos de ánodos).

e. Estructuras metálicas enterradas de diferentes características: Serán aisladas entre ellas.

10.1 Sistemas de Protección de los Accesorios Aisladores

10.1.1 Descargador de Sobretensiones para Bridas Aislantes

En los casos en que la aplicación lo permita, la brida será protegida instalando

un descargador de sobretensiones (celda de polarización) en los pernos de las

bridas. Se puede utilizar un puente electrolítico tal como una celda de puesta a

tierra prefabricada de cinc, a fin de proteger el aislamiento de la brida.


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10.1.2 Dispositivos de Descargas Atmosféricas

Donde no sea práctico instalar descargadores de sobretensiones o puentes

electrolíticos, en las bridas y en todas las uniones aisladas, se conectará un

pararrayo en paralelo con la brida aislada en un lugar accesible para fines de

mantenimiento.

10.1.3 Corriente Alterna

Puentes electrolíticos, tales como celdas de polarización, se usarán en las bridas

aisladas donde se desee interrumpir sólo la corriente continua.

11 UBICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE SPC Los puntos de medición se definen como aquellos puntos a lo largo de un sistema

metálico enterrado o sumergido protegido, en los cuales se harán mediciones de

corriente, potencial y resistencia a fin de evaluar el nivel o condición de la

protección catódica. Estos puntos serán provistos, dentro de los límites de

factibilidad económica y lógica, en cantidades suficientes y en intervalos

apropiados a fin de minimizar la posibilidad de omitir un área de la estructura

enterrada, no protegida o corroída.

En el caso de estructuras enterradas, los puntos de medición de potencial

deberán instalarse en cada marcador de kilómetro de la tubería, cruce con casing

aislado, cruce de carretera y en cualquier localización que se requiera por

necesidades operacionales. Se debe contemplar la instalación de postes IR.

Para tuberías sumergidas, los puntos de medición de potencial deberán

instalarse cada kilómetro o a criterio del ingeniero de proyecto.

Todos los puntos de prueba deberán completarse durante el proceso de tendido

de la tubería.

Los puntos de prueba y cajas de interconexión metálicas (positivos o negativos)

deberán realizarse de acuerdo con los planos suministrados para tal fin. La

ubicación de la misma será la indicada en los planos de construcción.

Todos los cables de las cajas de interconexión y puntos de prueba deberán

identificarse con etiquetas permanentes. El cable y el terminal deberán marcarse con el número de la estructura a la cual están conectados. Será requisito obligatorio las pruebas de megado de todos los cables enterrados o empotrados.

Para realizar soldaduras exotérmicas cable tubo se debe utilizar el molde N 15

(ver norma PDVSA CPV E H 03000).

La ubicación de las cajas de monitoreo cumplirá con las disposiciones contenidas

en las normas y códigos eléctricos nacionales, considerando las clasificaciones

de las áreas respectivas.

Se debe contemplar la instalación de cupones como se establece en la norma

ANSI/NACE RP 01 04.


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El ingeniero de proyecto debe contemplar la instalación del sistema de monitoreo

y control remoto de los sistemas de protección catódica (SPC) desarrollado por

PDVSA bajo la protección de derechos de autor Copyright PDVSA GAS 2009, con fin de mantener la supervisión constante de los rectificadores y

todos los componentes asociados al sistema de protección catódica y

garantizar la correcta polarización de las estructuras protegidas de forma

automática (ver Figuras 6, 7 y 8).

Fig 6. SISTEMA DE MONITOREO

Fig 7. VISTA PRINCIPAL DEL SISTEMA DE MONITOREO


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Fig 8. PANEL DE CONTROL

12 PROTECCIÓN DE FONDOS DE TANQUES

12.1 General

El propósito de esta sección es presentar los procedimientos para el diseño de

sistemas de protección catódica y de esta manera lograr el control eficaz de la

corrosión en los fondos de tanques de acero al carbono utilizados para

almacenamiento. Las recomendaciones dadas aquí aplican para la protección

catódica de los tanques de almacenamiento existentes y nuevos. En este

documento se da por sobreentendido que la protección catódica puede ser usada

en presencia o no de recubrimientos protectores sobre la superficie metálica en

contacto con el electrolito.

Este documento aplica para tanques de acero al carbono soldados, empernados

o remachados fabricados en el área operativa o en talleres. Sin embargo, no

especifica diseños para situaciones particulares debido a que las variadas

condiciones en las cuales va a estar instalado el tanque no permiten la

estandarización de prácticas para diseños de protección catódica. Cada diseño

debe ser desarrollado por un profesional de la ingeniería de corrosión con amplia

experiencia comprobada en protección catódica.


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12.2 Determinación de las Necesidades de Protección Catódica

La necesidad de protección catódica debe incluir todas las partes del sistema de

almacenamiento. Esta sección discute los parámetros particulares que deben ser

considerados para determinar si el fondo de un tanque de acero requiere

protección catódica.

12.2.1 Limitaciones para la Aplicación de Protección Catódica a Fondos de

Tanques

Muchos factores podrían reducir o eliminar el flujo de corriente eléctrica entre el

ánodo y el cátodo y, por consiguiente, limitar la efectividad de la protección

catódica en algunos casos o evitar su uso en otros. Tales factores incluyen:

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

b. Suelos con alta resistividad o fundaciones rocosas.

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

12.2.2 Protección Catódica Interna de Tanques

Los fluidos de hidrocarburo normalmente no son corrosivos y no requieren el

control de corrosión para las superficies internas. Sin embargo, basado en la

experiencia, puede ocurrir corrosión interna en tanques para almacenamiento

que tienen las superficies expuestas al agua, sedimentos u otros contaminantes.

Generalmente, se utilizan revestimientos para reducir o eliminar la corrosión en

estas superficies (ver Norma PDVSA O 201). Para los tanques de

almacenamiento de petróleo, el uso de protección catódica interna en conjunto

con revestimientos no es práctica común, pero en ciertas condiciones puede ser

efectivo y su aplicación queda a criterio del personal encargado del control de

corrosión.

12.2.3 Protección Catódica Externa de Fondos de Tanques

a. Tanques Nuevos

El control de corrosión con protección catódica para los tanques nuevos de

almacenamiento debe proporcionarse en el diseño inicial del tanque con ánodos

y electrodos de referencia permanentes, instalados en el fondo.

b. Tanques Existentes

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


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12.3 Condiciones del Suelo y Fundaciones

Debido a la gran variedad de superficies, subsuperficies y las condiciones

climáticas, los tanques para almacenamiento se construyen sobre diferentes

tipos de fundaciones. El material sobre el cual descansa el fondo del tanque tiene

un efecto significante en la corrosión externa de éste y puede influir en la

efectividad y aplicabilidad de protección catódica externa. Es muy importante

asegurarse que no haya ningún desecho como madera, electrodos de soldadura,

piedras o arcilla en el material de relleno. El tamaño de las partículas de este

material debe ser lo más uniforme posible y con una granulometría fina que le

proporcione una mayor densidad, para ayudar a reducir la entrada y salida de

oxígeno desde el perímetro durante las operaciones de vaciado o llenado del

mismo. Es importante también, que los tanques se construyan sobre un nivel más

elevado para permitir el desagüe adecuado fuera del fondo del tanque.

12.3.1 Resistividad

La resistividad de la tierra proporciona una valiosa información sobre el nivel de

corrosividad del material utilizado debajo y alrededor de un fondo de tanque. Ver

la sección 6.1.1 de este documento.

12.3.2 Fundación Con Placa de Concreto

a. Los fondos de tanques soportados sobre placas de concreto debidamente diseñadas y fabricadas, y en subsuelos con adecuada preparación, pueden ser efectivos contra la corrosión externa. La preparación del suelo que soportará la placa de concreto es muy importante ya que asegura la continuidad de ésta. Un suelo inestable puede inducir grietas en el concreto a través del cual permeará agua y contaminantes hacia el fondo del tanque generando un ambiente corrosivo. De igual manera, la entrada de estas sustancias corrosivas puede ocurrir por la periferia del tanque. La protección catódica no es considerada un medio efectivo para combatir esta corrosión.

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

12.3.3 Fundación Con Asfalto

a. Una capa de asfalto nuevo puede proveer muchas de las mismas ventajas y desventajas que una placa de concreto reduciendo la corrosión. Posiblemente sea más importante para el asfalto que para el concreto un programa de mantenimiento para prevenir las grietas y acumulación de agua entre el pavimento y el fondo del tanque, debido a que el asfalto no es inherentemente alcalino y, por consiguiente, no tiene la capacidad de prevenir la corrosión en caso de existir grietas.


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b. El asfalto se degrada con el tiempo y puede proporcionar un paso al agua y químicos disueltos que harán contacto con el acero del fondo del tanque, permitiendo que ocurra la corrosión. De hecho, el asfalto dañado puede generar un efecto pantalla en la corriente de protección catódica de la misma manera que un revestimiento desprendido en una tubería.

12.3.4 Fundación Directa Sobre Arena Limpia Mezclada Con RC2

La arena limpia es el material más comúnmente utilizado como fundación debajo

de los fondos de tanques de almacenamiento. Su uso se debe a que la corrosión

puede ocurrir por la filtración de agua de lluvia o un nivel freático poco profundo.

En la Tabla 12 presenta una guía para interpretar los datos del análisis químico

de pH, contenido de cloruros y sulfato.

TABLA 12. DATOS DE ANÁLISIS DE TIERRA

Componente Corrosivo Muy Corrosivo

pH

Cloruros

5,0 -- 6,5

300 -- 1000 PPM

< 5,0

> 1000 PPM

Sulfatos 1000 -- 5000 PPM > 5000 PPM

Fuente: API RP 651

Nota: La presencia de la mezcla de arena con RC2 bajo los fondos de los tanques,

no ha sido comprobada como una medida eficaz de control de corrosión.

12.4 Factores que Deben Ser Considerados

12.4.1 Contenido del Tanque

El contenido de un tanque de almacenamiento puede influir en la corrosión del

fondo del tanque. En los tanques que almacenan productos calientes puede

ocurrir corrosión acelerada en la superficie externa del fondo del tanque debido

a las temperaturas elevadas y a la humedad externa. En estos casos la estructura

puede requerir un aumento en la densidad de corriente para lograr los niveles de

protección adecuados en su superficie externa. Inversamente, el calor

transmitido a través del fondo del tanque hacia una fundación bien drenada

podría secar el terreno aumentando su resistividad.

12.4.2 Reinstalación de Fondos de Tanques

El reemplazo de los fondos de tanques, instalados sobre un fondo original

existente es una práctica aceptada por la Industria y por las diferentes Normas

y Estándares internacionales que rigen la construcción de tanques de

almacenamiento, entre los más importantes destacan:

a. Si entre ambos fondos hay un electrolito, la experiencia industrial ha demostrado que se puede desarrollar un proceso de corrosión galvánica en detrimento del fondo nuevo, dando lugar a una falla prematura de éste.


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

c. Se puede instalar una membrana impermeable no conductora sobre el fondo viejo, para reducir la actividad de la corrosión galvánica o el consumo de corriente requerida para dar protección catódica.

d. Entre los dos fondos de tanques se puede instalar, durante la construcción del fondo nuevo, una malla de cintas de titanio que actuará como un ánodo continuo del sistema de protección catódica por corriente impresa (ver Figura 10).

Fig 9. CONFIGURACIÓN PARA LA INSTALACIÓN DE ÁNODOS EN TANQUES CON DOBLE FONDO

LOS ANODOS DEBEN SER

INSTALADOS ENTRE LOS

DOS FONDOS

LA CORRIENTE RETORNA AL

RECTIFICADOR, SIN DAR

PROTECCIÓN AL FONDO NUEVO

FONDO NUEVO

FONDO VIEJO

CORRIENTE EN SISTEMAS

CONVENCIONALES DE PC, EL

FONDO VIEJO ACTUA COMO

ESCUDO DE LA CORRIENTE HACIA EL NUEVO FONDO

12.4.3 Sistemas Secundarios de Contención

Los sistemas secundarios de contención son utilizados para reducir el riesgo de

contaminación ambiental en el caso de fuga. Estos métodos incluyen, pero no se

limitan a:

a. Capa impermeable de arena (bentonita) en el área del dique.

b. Diseño de doble fondo.


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c. Membrana no metálica impermeable.

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

2. Si debajo del fondo del tanque se coloca una capa de bentonita como

sistema secundario de contención, ésta no afectará significativamente la

operatividad de los sistemas de protección catódica convencionales.

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

12.4.2.

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

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


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

ANODOS DE CINTAS METAL. REVESTIDO

ANILLO ELECTRODO DE REFERENCIA

3

2

BARRAS DE ALIMENTACIÓN

CONEXIÓN

1


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Fig 11. INSTALACIÓN DE LOS ÁNODOS EN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO CON MEMBRANA DE CONTENCIÓN

LOS ÁNODOS DEBEN

ESTAR INSTALADOS

ENTRE EL FONDO DEL

TANQUE Y LA MEMBRANA CABLES

POSITIVOS AL RECTIFICADOR

DIQUE

DIQUE

MEMBRANA

IMPERMEABLE

CORRIENTE DE PROTECCIÓN CATÓDICA DESDE LECHOS

CONVENCIONALES

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

CABLE DE

ALIMENTACIÓN DE

ÁNODOS

X

_ + X X

X TANQUE

ÁNODOS

X

X X

X

CAJA DE CONEXIÓN


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12.5 Tipos de Protección Catódica Aplicables

La protección catódica es un método ampliamente aceptado para el control de

la corrosión de fondos de tanques. Básicamente se aplican las mismas técnicas

de protección catódica que fueron tratadas en las secciones 7 y 8.

12.5.1 Consideraciones de Diseño para Ánodos Galvánicos

A continuación se dan algunas consideraciones particulares que deben tomarse

en cuenta antes de iniciar el desarrollo de un sistema de protección catódica

galvánica para el fondo de tanques.

a. La instalación de los lechos o ánodos individuales debe hacerse alrededor del tanque y debajo de éste (para el caso de construcciones nuevas) uniformemente distribuidos, para lograr una mejor distribución de la corriente y una polarización más uniforme del acero.

b. El tiempo de vida útil de los sistemas de protección galvánica para fondos de tanques, no debe ser menor a 20 años.

La protección catódica por corriente galvánica es indicada en la sección 7.

12.5.2 Consideraciones de Diseño para Corriente Impresa

Es la técnica de protección catódica más comúnmente usada para proteger

fondos de tanques (internos y externos), ya que permite proteger una mayor área

superficial para un tiempo de vida útil más prolongado.

La protección catódica por corriente impresa es discutida ampliamente en la

sección 8.

12.6 Puesta en Marcha y Pruebas

Cada diseño particular de protección catódica debe incluir el procedimiento para

la puesta en marcha y las pruebas necesarias antes y después del arranque del

sistema. Debe especificar también, el o los criterios de protección aplicables.

13 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CON PRODUCCIÓN DE PETROLEO Y GAS

13.1 General

El propósito de esta sección es establecer los requerimientos mínimos

necesarios para el control de la corrosión a través de sistemas de protección

catódica en las estructuras de acero de muelles y plataformas marinas utilizadas

para el manejo de petróleo y gas. Estas estructuras pueden ser; acero estructural

estacionario del muelle o plataforma y la parte externa de los equipos fijados al

fondo marino por gravedad, pilotes y/o cables de amarre.


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Este documento aplica para el diseño contra la corrosión de la zona sumergida

únicamente. La protección de las zonas de salpique y atmosférica no será

mencionada en esta especificación. No se dan lineamientos de diseño para

situaciones específicas por las variadas condiciones ambientales, pudiendo

haber varias soluciones al problema. Cada diseño particular, bajo esta

especificación o con desviaciones de ella, debe ser desarrollado por un

profesional de la ingeniería de corrosión con amplia experiencia en protección

catódica.

13.2 Procedimiento para el Diseño de Sistemas de Protección Catódica de Estructuras Costa Afuera

13.2.1 Consideraciones Iniciales

En el diseño de un sistema de protección catódica para estructuras de muelles

y plataformas marinas, se deben tomar en cuenta las siguientes consideraciones:

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

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

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

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

e. Selección de un sistema que minimice las densidades de corriente de protección o excesivos gradientes de potencial que puedan tener efectos dañinos sobre los revestimientos o sobre estructuras vecinas enterradas o sumergidas.

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

13.2.2 Condiciones del Área de Construcción

Además de los dados en la sección 6 se deben tomar en cuenta los siguientes

aspectos:

a. Nivel de agua.

b. Nivel de barro.

c. Profundidad del agua, contenido de oxígeno, velocidad, turbulencia, temperatura, resistividad del agua, efectos de marea, arena y sólidos suspendidos.


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

Se deben llevar a cabo las pruebas de campo especificadas en la sección 6 de

este documento, en este caso referidas a una zona sumergida (agua de mar) y

una zona enterrada (nivel de barro).

13.3 Tipos de Sistemas para Protección Catódica

13.3.1 Sistemas Galvánicos

a. Los ánodos galvánicos pueden ser aleaciones de zinc, magnesio o aluminio, siendo este último el más utilizado por su buen rendimiento en agua de mar (en la sección 7 de esta norma se especifican los materiales para ánodos galvánicos). Estas aleaciones pueden ser de diferentes formas y tamaños, de acuerdo a la densidad y distribución de corriente necesaria para proteger una estructura específica. El método para anexar los ánodos a la estructura va a depender del tipo y aplicación, pero se debe mantener la condición de baja resistencia en el contacto eléctrico durante el tiempo de vida útil de los ánodos.

b. Para estructuras recubiertas, el material del ánodo galvánico debe ser capaz de entregar corriente de forma constante descargando densidades de corriente muy bajas durante el tiempo de vida útil del sistema.

c. Los ánodos deben ser soldados sobre la estructura para asegurar tan pronto como sea posible la polarización de los nodos soldados. La polarización de los nodos es de gran importancia para prevenir la formación de discontinuidades tales como socavaciones en la zona afectada por el calor y picaduras en la soldadura. Ambos tipos de corrosión generan puntos concentradores de esfuerzo que pueden inducir agrietamiento por fatiga. Los nodos son también, zonas de gran área superficial metálica y de geometría compleja que requieren una mayor densidad de corriente para su protección y vencer el efecto pantalla. Los procedimientos de soldadura autorizados (WPS) deben estar debidamente calificados (PQR) para asegurar la resistencia mecánica y química requeridas en la soldadura.

d. El núcleo de los ánodos debe ser estructuralmente apto para soportar el peso y las fuerzas a las cuales el ánodo va ha estar sujeto; fuerza de las olas, tormentas, huracanes, entre otros. Es importante que el núcleo sea capaz de resistir a la fuerza de las olas en las etapas posteriores de consumo, cuando el cuerpo del ánodo presenta menor resistencia que el núcleo.

e. Se deben reforzar los miembros de la estructura para soportar los ánodos galvánicos más grandes. Si es requerido, utilizar en los puntos de conexión de los ánodos, pletinas de mayor espesor u otro mecanismo previamente aprobado.


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f. Debido a que la eficiencia de algunas aleaciones de aluminio se ve afectada negativamente cuando son cubiertas por el lodo, los ánodos sólo deberán ser instalados en la zona enterrada cuando se halla determinado, a través de ensayos en lodos representativos o por experiencia comprobada, que el material de los ánodos no se pasiva cuando es cubierto por el lodo. En este caso debe considerarse la reducción en la salida de corriente y la disminución de eficiencia de los ánodos cubiertos por lodo.

g. Con la finalidad de monitorear las condiciones mecánicas y parámetros eléctricos del conjunto de ánodos galvánicos en una estructura, se deben instalar ánodos monitores en las áreas de la estructura con mayor riesgo de daño mecánico para el sistema de ánodos. Estos ánodos deben ser montados sobre la estructura, con un mecanismo aislante que permita medir el drenaje de corriente desde la plataforma.

13.3.2 Sistemas por Corriente Impresa

a. El material de los ánodos para corriente impresa puede ser: aleación plomo – plata, metales recubiertos con platino, mezcla de óxidos metálicos, grafito, o fundición de ferrosilicio (en la sección 8 de esta norma se especifican los materiales de ánodos para corriente impresa).

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

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

d. Se deben tomar medidas preventivas de protección mecánica para el ánodo y el cable de conexión. En los sistemas de tipo suspendidos, los ánodos, individuales o cadenas de ánodos, pueden ser dotados de poleas mecánicas u otros medios de recuperación como medidas preventivas de posibles daños durante fuertes tormentas o actividades rutinarias de inspección o mantenimiento. Se debe considerar la pérdida de protección durante estos períodos.

e. Algunos métodos aceptados, pero no limitados, para la instalación de ánodos por corriente impresa en instalaciones costa afuera y muelles son:

1. Los ánodos pueden ser instalados en los extremos más bajos de los conduits (el cual protege al cable de conexión). Los conduits deben ser fijados a los miembros no sumergidos de la estructura y soportados en el mismo miembro en la sección sumergida. Los ánodos deben ser bajados por dentro del conduit y permitir prolongar un accesorio terminal en el fondo del conduit. Este método permite un medio para la recuperación o reinstalación de ánodos usando el cable del ánodo, sin asistencia de un buzo.


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2. Los ánodos de configuración delgada con aislantes tipo abrazadera pueden ser anexados directamente a los miembros sumergidos de la estructura, tales como tuberías verticales, las cuales puedan ser removidas para la reinstalación de ánodos. Este tipo de diseño permite la recuperación de ánodos sin la asistencia de un buzo.

3. Los ánodos pueden ser fijados sobre miembros sumergidos de la estructura usando los soportes salientes anexos a la estructura. Se necesita la

asistencia de un buzo para este tipo de instalación de ánodos.

4. En casos especiales los ánodos pueden ser instalados en el fondo del océano. Los ánodos son montados sobre rastras de concreto especialmente diseñadas para su estabilidad, esto minimiza la posibilidad de que vayan a ser cubiertos con lodo o cieno. El acero de refuerzo en el concreto esta sujeto a corrosión por interferencia de corriente.

f. Los ánodos de corriente impresa deben ser ubicados a una distancia adecuada de cualquier miembro de la estructura (usualmente a una distancia mínima de 1,50 m pero proporcional a la magnitud de corriente). Si no se puede mantener esta distancia mínima de 1,50 m se debe usar una pantalla dieléctrica para minimizar la pérdida de corriente protectora por sobreprotección localizada. Las abrazaderas de ánodos deben ser utilizadas para eliminar esta pérdida y minimizar la posibilidad de un corto circuito entre el ánodo y la estructura. El desempeño satisfactorio de revestimientos usados como pantallas catódicas no ha sido totalmente demostrado durante períodos largos de tiempo. El espaciado apropiado entre el ánodo y el cátodo es el método preferido para asegurar una buena distribución de corriente de los ánodos.

13.3.3 Combinación Entre Ambos Métodos

a. Una combinación de ambas técnicas se puede dar durante la construcción de la estructura y/o durante el tiempo que va ha permanecer inoperante el sistema por corriente impresa.

b. Si la porción galvánica del sistema es más pequeña que un sistema convencional de largo tiempo, éste requerirá un cuidadoso diseño para asegurar una adecuada cantidad y distribución de corriente.

13.4 Factores que Determinan el Requerimiento Total de Corriente para Sistemas de Protección Catódica

13.4.1 Área Total a Proteger

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

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

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


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d. Estructuras vecinas sin protección y sin aislamiento.

13.4.2 Cálculo de la Densidad de Corriente de Protección Mínima Requerida

a. Las densidades de corriente promedio empleadas históricamente para la protección de la zona sumergida de estructuras abiertas al mar está en el rango

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

im = 10(a+c δ)xTd b + 1

donde:

Td

=

=

desviación estándar de los datos de im

tiempo de vida útil

c

a y b

=

=

factor de seguridad como múltiplo de

son constantes

Los valores para a, b ya fueron determinados para agua fría y caliente según se

muestra en la Tabla 13. El valor de c es seleccionado basándose en el factor de

seguridad que está apropiadamente ajustado con respecto a los excesos del

sistema. El mismo fue presentado para que los valores im de diseño de la Tabla

14 en lugares de agua fría correspondan a c ~ 1, por cuanto las densidades de

corriente en la tabla 2 exceden los valores de im proyectados por la ecuación

anterior para lugares con agua caliente aun con c = 2, que abarca 97,50 % de los

datos.

En las costas venezolanas la densidad de corriente, por experiencia, para

proteger estructuras en la zona sumergida es de 80 mA/m2.

TABLA 13. PARÁMETROS DE DISEÑO

b. Los valores típicos de densidades de corriente para la zona enterrada están entre 10 y 30 mA/m2.

Constante Caliente/Aguas Frío/Aguas Poco Profundas Profundas

0,229

a 2,820

b --0,410 -- 0,226


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TABLA 14. CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA

Área de Producción

Resistividad

del Agua (--cm)

Temperatura

del Agua (C)

Factores Ambientales Densidad de Corriente (mA/m2)

Turbulencia Velocidad Inicial Media Final

Golfo de Mexico

20 22 Moderada Moderada 110 55 75

Costa 24 15 Moderada Moderada 150 90 100

Occidental US Mar del

Norte

26 a 33

0 a 12

Alta

Moderada

180

90

120

Golfo Arábico

15 30 Moderada Baja 130 65 90

Australia 23 a 30 12 a 18 Alta Moderada 130 90 90

Brasil 20 15 A 20 Moderada Alta 180 65 90

Africa Occidental

20 A 30 5 A 21 Baja Baja 130 65 90

Indonesia 19 24 Moderada Moderada 110 55 75

Mar del Sur Chino

18 30 Baja Baja 100 35 35

c. En el caso de plataformas de perforación se debe considerar la carga de corriente impuesta por las camisas de los pozos enterradas, y asignarla a la corriente de diseño para compensar la densidad de corriente total requerida. Los valores de corriente van de 1,50 a 5 A por pozo.

d. Cuando no se conoce el espesor de la capa de lodo en las áreas de muelles, se debe compensar la corriente de diseño incluyendo el consumo de corriente del área enterrada de los pilotes. Los valores típicos son de 1,50 a 5 A por pilote.

13.4.3 Eficiencia en la Distribución de la Corriente

a. Se puede lograr una mayor eficiencia en la distribución de la corriente usando un mayor número de ánodos con baja salida de corriente. El uso de recubrimientos sobre la estructura mejora la distribución de corriente.

b. Los sistemas galvánicos están concebidos como numerosas y pequeñas fuentes de corriente (generalmente de 3 a 6 A cada uno), logrando una máxima eficiencia en la distribución de corriente. Cuando estos ánodos son montados por lo menos a 30 cm de los miembros de la estructura, se asume, desde el punto de vista de diseño, una distribución uniforme de la corriente.


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c. Los ánodos de corriente impresa son más pequeños en número y diseñados para tener una mayor capacidad de salida de corriente que los ánodos galvánicos, normalmente presenta una reducida eficiencia en la distribución de corriente. Estos ánodos pueden ser diseñados para descargar desde 30 a 200 A cada uno. Esta condición resulta en una sobreprotección de las superficies metálicas cercanas. Para compensar las desviaciones en la distribución de corriente, se debe usar un factor de eficiencia (en el rango de 67 a 80%). Los sistemas de protección catódica por corriente impresa serán dimensionados para entregar entre 1,25 y 1,50 veces la cantidad de corriente total calculada, a través de las áreas superficiales y la selección de densidades de corriente de diseño.

d. Para cualquier sistema, galvánico o por corriente impresa, los ánodos deben ser distribuidos horizontal y/o verticalmente de acuerdo con los requerimientos de corriente calculados.

14 PROTECCIÓN DE EMBARCACIONES La protección externa de los cascos de unidades flotantes (gabarras,

remolcadores y lanchas) depende principalmente de los revestimientos. Sin

embargo, el recubrimiento puede ser removido en áreas localizadas debido a

daños mecánicos. Algunas zonas de las embarcaciones, tales como el marco de

la hélice y el borde delantero del timón, son comúnmente afectadas por

problemas de corrosión por erosión. En este sentido, es necesaria la protección

catódica para prevenir y reducir la corrosión.

Los aspectos y condiciones necesarias que determinan el diseño de sistemas de

protección catódica de unidades flotantes, se detallan en la norma PDVSA

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

15 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR

15.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers)

15.1.1 General

Debido a la alta temperatura y a los altos requerimientos de corriente, un sistema

de corriente galvánico es lo más recomendado para la protección catódica de las

cajas enfriadoras. La cantidad de ánodos a utilizar debe ser limitada por razones

hidrodinámicas y de mantenimiento.

Los ánodos más comúnmente usados son de aluminio indio, manteniéndose un

monitoreo continuo de desempeño para programar su reemplazo.

15.1.2 Requerimientos de Corriente

Cuando se usa agua de mar como medio de enfriamiento a temperaturas por

encima de 45C, la densidad de corriente requerida para una adecuada

protección catódica del acero es de 110 a 220 mA/m2; requiriendo mayor cantidad de ánodos a medida que la temperatura aumente.


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Por otra parte, las paredes de una caja enfriadora normalmente se revisten

internamente de concreto o epoxi cerámico, para reducir los requerimientos de

corriente.

Los puntos de medición de potenciales deben ser ubicados lo más lejano posible

de los ánodos, con el fin de verificar la protección total de la estructura.

15.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo

15.2.1 En intercambiadores de calor donde se encuentren partes de acero al carbono

y se maneje agua fresca, se deben proteger con ánodos de zinc (Zn) o magnesio

(Mg); y donde se maneje agua salada se emplearán ánodos de aluminio indio.

15.2.2 En enfriadores, condensadores e intercambiadores construidos de aleaciones no

ferrosas como Ni Al, Al brass (latón al Al) y bronce, deben protegerse con ánodos

de hierro.

Los ánodos de hierro ofrecen, además de la protección catódica, una mayor

resistencia al esfuerzo de corte en la entrada del agua en la placa de tubos y los

tubos internamente obtienen una disminución a la erosión por efectos de la

velocidad del agua.

En ambos casos (15.2.1 y 15.2.2), deben ser colocados en la zona de máxima

turbulencia para mantener despolarizada la superficie.

16 APLICACIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA PARA LA SUPERFICIE EXTERNA DE CAMISAS DE ACERO EN POZOS DE PRODUCCIÓN

Los procedimientos y requerimientos mínimos de diseño para el control de

corrosión externa de camisas de acero en pozos de producción aplicando

protección catódica son referidos a la práctica recomendada NACE RP 0186.

Estos diseños deben ser realizados por personal calificado, con sólidos

conocimientos en ciencias físicas, matemáticas, ingeniería y experiencia en el

control de la corrosión externa en camisas de pozos.

17 PRECAUCIONES DE SEGURIDAD

En los sistemas de protección catódica se hace necesario el uso de equipos

eléctricos, por lo tanto, se deben cumplir las normativas de seguridad en las áreas

peligrosas.


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Los rectificadores, interruptores y cables son equipos eléctricos que pueden

generar chispas o arcos eléctricos debido a una falla o falso contacto. En ese

sentido es mandatorio aplicar las consideraciones expresadas en las normas

PDVSA IR E 01 “CLASIFICACION DE AREAS”, N 201 “Obras Eléctricas”,

COVENIN 548 71 “Recomendaciones para clasificar instalaciones eléctricas en

refinerías de petróleo”, COVENIN 552 – 92 “Disposiciones sobre Puesta a Tierra

y Puentes de Unión en Instalaciones en Áreas Peligrosas (Especialmente en la

Industria Petrolera)” y FONDONORMA 200 “Código Eléctrico Nacional”.

18 CONSIDERACIONES ECONÓMICAS 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 %.

19 REGISTROS

Se deben mantener dentro de los archivos de los activos, los documentos de

ingeniería relacionados al diseño, construcción y puesta en marcha de los SPC,

los cuales deben incluir, como mínimo:

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

19.2 Registros Relativos a Facilidades Asociadas al Sistema.

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

19.4 Planos y Detalles de Construcción e Instalación.

19.5 Se deben conservar los cambios realizados sobre la ingeniería o

especificaciones de construcción en planos “como construidos”.

20 BIBLIOGRAFÍA

Manual de Protección Catódica: Diseño y Aplicaciones. Jorge Goldin.

www.biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx. Ciencias química. “Más allá de la

herrumbre II”.

Cathodic Protection Manual. Royal Dutch / Shell Group.

WAGNER, John: Cathodic Protection Design I. NACE International. Abril, 1993.

PEABODY, A.W. : Control of Pipeline Corrosion. NACE. Houston, 1967.

http://www.biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx/


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Manual de Ingeniería de Diseño de Sistemas de Protección Catódica. Lagoven.

Marzo, 1997.

Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. Marshall Parker &

Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 62.

Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P. 5:20.

Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. Marshall Parker &

Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 64.

21 ANEXOS


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ANEXO A CONSTRUCCIÓN DE CERCA TIPO JAULA

La construcción incluye toda la mano de obra, materiales, servicios y equipos

necesarios e incidentales para su ejecución, con la finalidad de resguardar los

equipos periféricos del SPC (generalmente ubicados fuera de estaciones de

manejo de gas) (ver Figura 13). Todo lo anterior, deberá realizarse cumpliendo

las normas técnicas aplicables vigentes y mejores prácticas.

Fig 13. CERCA JAULA PROTECTORA

A


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

La ejecución de esta actividad, contempla lo siguiente:

A.1 Manipulación y transporte de materiales y equipos.

A.2 Construcción de cerca protectora con puerta. La misma será fabricada con

tubería recuperada de perforación preferiblemente de diámetro 3½” y 1½”. Los elementos verticales de la cerca serán de diámetro 3½”, tendrán una altura aproximada entre 2,50 y 3,50m; todos los accesos deberán construirse (puertas y ventanas para accesos) con tubería de diámetro 1½”.

Se deben considerar la soldadura de tapas en el extremo superior del tubo, la

lámina debe ser estriada o lisa de espesor 5/16”.

A.3 Para el empotramiento de los tubos verticales de 3½”, se requiere una excavación de zanja de una profundidad de 0,60 m por 0,40 m de ancho. Inicialmente se colocará un primer relleno de concreto de 0,1 m de profundidad

(resistencia Rc = 200 kg/cm2), donde una vez seco se colocará una tubería acostada de 1½”, sobre esta tubería se unirán con soldadura el extremo inferior

de las tuberías de 3½”. Culminado lo anterior, se colocará otro relleno de concreto de una profundidad de 0,30 m. Finalmente el resto de la zanja se rellenará con tierra. En las Figuras 14 y 15, se indican detalles para la construcción de la cerca tipo jaula.


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Fig 14. DETALLE CONSTRUCCIÓN CERCA TIPO JAULA


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Fig 15. DETALLE CONSTRUCCIÓN CERCA TIPO JAULA

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