Ing. J&ián Pefla E. - ESPOL · 2011. 6. 30. · Diagramas de Flujo..... 32. Cálculo deld...
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Ing. J&ián Pefla E.
DECLAIZACION EXPRESA
.” LA F3GPONSABILIDAD P=IR LOS HECHOS, IDEAS Y DOCTRINAS
GWIJL?ST(35 EN ESTA TESIS, ME CORRESPONDEN EXCLUSIVAMENTE; Y EL
P;4.?R71MONIi? INTELECTUAL DE ,& MISMA, A LA ESCUELA SUPERIOR
LOLLTECNICA DEL LITOPAL".
(Reglamento d? Exámenes y Títulos Profesionales de la ESFOL).
NARCO ANTONIO ZAMBRANO ALCIVAI
DEDICATORTA
A Di&, Padre Celestial.
Con cariño y gratitud, a
Id.53 padres, quienes
siempre han sido, paz para
mi espiritu y fuerza para
mivoluntad,
AGRADECIMIENTO
F. la Escuela Superior
Politécnica del Litoral.
Al Ing. Julián Pefla Estrella,
,Director de Tesis, por su
valiosa orientación, brindada
durante la realización de
este trabajo.
A mi hermano, por su
colaboración y apoyo.
RESUMEN
El objetivo de esta tesis, es proporcionar al ingeniero una
herramienta que le Permita diseñar, sistemas de protección
catcidica para estructuras enterradas, aprovechando todas las
ven1:aj as cpn conlleva la atilizacibn de 10.9 sistemas
*2oIT!~Llt.~~I:izados . La utilidad y las ventajas de esta técnica de
~~rot:eccifm, ha pe.rmitido que la r&sma alcance un g==l
('Sb.:. ,i.y' iJ 1 '-_- i ) G an mas en e 1. 'zaso de tuberías enterradas, debido a
I .,i í7. :'i &.J 1.:; ti Y .i.:Iiacl ; que tiene11 l:::s paises que cuentan con
.i..ri,;i:.;;J.~Ci3-?i-a para transporte y distribución de petróleo y sus
.-!..r i-l-$r<X(-JOc; ,,.A de proteger dlc;ias estructuras; por este motivo
eSte t.rab&jo está dirigido a ,ser un aporte y un incentivo,
IJara al.c~nzar esto.5 ?z+e++~ros en el pais.- -.*.
En el primer capitulo se explican los fundamentos teóricos de
l;, corrosión y de los mGtodos de protección catódica, en lo que
se Lefiefe, a l.as estructuras antes mencionadas. En el segundo
c2pitul0, se da una visión del software, en cuanto a los
el <g;‘eqtí‘S_ J Etilizados para 'su realizaci6n y la programación,
3:,;,y& ? c‘lr-?? det:alle 212 3 <ji=&- opciones y procedimientos, a
t I 3, /1 <z.._ .> r! @ i.n ._ ii:;:nila 1 íi -5 1 ! ! -' 1.1 ,3 .r: i. c., I
En el tercer capítulo, se presenta la secuencia de disefio que
debe cumplirse, para determinar ciertos parámetros
fundamentales en base a los cuales se establece cuantitativa y
cualitativamenle, los diversos componentes del sistema de
Finalmente, en el último capitiulo se procede a explicar, desde
$21 punto de vista de diseño, .ll es el procedimiento y el
criterio lutilizado 2n el softwarg, cuales son sus
requcr.imientos en cuanto a datos',0 información y cuales sus
.respuestas 0 resultados, y según esto establecer la real
utilidad ae este siSiLemG.
IrnICE ,GENERAL
1, I
RESUMEN.-..................-..........,............
INDICE GE1Wi!!L........:..'..,..............:........', .,*
IÍ~DIcE 'DE, !gGyry....: l..........,............:....1, < ,:
NOMENCLATURAS.: i d.. . . . . . . . ., .,. . . .(. . . . . . . . . . . . . . . . . .
,, , -<‘< ,I ;
IN'I'RODUC~T(->N~.. :: .':. s . . . . . . . . . . . . . . . . . ..'............
. :1.1
1.2
1.3
1.4
PRINCIPIOS DE LA CORROSION' EN ESTRUCTURAS
EN'TERRADAS.;..................;...............:
IV
VI
IX
XII
XIII
BIBLIO
CWTI
15
EL MECANISMO DE FUNCION~AMIENTO DE. LA PROTECCION
METODOS DE APLICACION DE LA PROTECCION CATODICA. 22
1.3.1 POR mJC)DOi GALVAIJICOS............... 22
1. 3 .2 Wl; ¿+?RIENT~ IMPRESA............... 23
FACTORES QUE 1NFLUYE.N EN EL DISER DE SISTEMAS
DE PROTECCION CATODICA .:....................... 24
cAPITWI*Q EI
DESCRIPCION DEL SOFTWARX.
2.1 PLATAFORMA ,DE DESARROLLO....................... 26
2.2 VITUAL BASIC COMO LENGUAJE FARA EL DESARROLLO
DE APLICACIONES EN INGENIERIA.................. 27
2.3 ~,STF!.lJCTU~ù?,CION.
2.3.1 EVENTOS.
................................
................................
29
33
372.3.2 PRC'J?IEDADES.,...........................
2.3. 3 .t?I.~~t-~(:JGiW.MA DE ,PROGF.AMACION ORIENTAUA
A KVENTOS...... ..w.................... 39
2.4 I'%NUAL DEL USUAHIO.'..........~................. 42
DISE% DE SIST&í?S DE PR~TECCION CATODICA EN 'J!UBF,RIA.S
/3.1 GEN~IIALIDADES..............:.................... 74
3.2 CALCULO DE LA CORRIENTE:........................ 75
3.3 SELECCION DEL TIPO DE PROTZCCION................ 76
3.4 POR ANC'DOS GALVANICOS..'........ s . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.4.1 SzLECCI(xd Y.Z. TI?? D::: AKODO ............... 78
3. 4.2 CALi¿r:t& T?G;, NiJluiEii(~ Ljn Iu\Jouí)s. . . . . . . . . . . . . . 78
3.4.3 CALCULO 'DE RESISTENCIAS ................... 79
43.5 POR CORRIENTE I~K'ZZSA........................... 83
3.5.1 SELECCION DEL TIP,O DE ANODO ............... 83
3.5.2 CALCULO DEL NUMERO DE ANODOS .............. 84
3.5.3 CALCULO DE RESISTENCIAS ................... 85
3.5.4 SELECCION DEL TRANSFOE?MADOR--RECTIFICADOR . 89
3.5.5 ALCANCE DE PROTECCION..................... 90
3.6 ANALISIS ,DE LA ECUACIÜNES RESISTENCIAS DE ANODOS 91
3.7 CRITERIO DE tiISEfi0 POR LA RESISTENCIA ELECTRICA DEL
s1STE34A..................... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.1 EXPLICACIOI'J DEL SOFTWARE........................ 94
4.2 ENTRADAS Y SALIDziS.........,..................... loo
4.2.1 DISEÑO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
4.2.2 GRAFICOS................................. 103
4.2.3 CATALOGOS ................................ 103
4.3 DIAGP%MAS DE FLUJ? ............................. 104
4.4 EJEMPLOS DE APLICACION ......................... 110
CONCLUSIONES Y RECOMEND?sCIONES...................... 129
BIBLIOGw.FIA.. ...... v ................................ 132
ANEXOS...........~.......:..............~ ........... 133
INDICE DE FIGURAS
1. Pila Elect~oc~~ímica ................................... 16
2. CorrosiDn causada por una Pila Galvánica ............... 18
3. Pila de Corrosión causada por la variación de la
Resistividad Electrica del Suelo ...................... 19
4. Protección por Anodos Galvánicos ...................... 23
5. Protección por Corriente Impresa ...................... 24
6. Ciagramas Je'ráxquicos del Módulo de Presentación ...... 30
7. Diagramas JerAryuicbs de la Opción Disefio ............. 32
8. _r;laarclunas Jerárquicos de la Opción Gráficos ........... 33
9 Flujograma de la Opción Dise.fic ........................ 40- .
10. Flujograma de la Opci6n Gráficos ...................... 41
il. Formato de Presentación'del Manual del Usuario
de PROCATEN LO...:..............~.............,.,..... 43
12. Pantalla de Presentación de PROCATEN.................. 47
13. Pantalla Lrincipal.................................... 48
14. _Mmsaie de Error...................................... 51
15. Pantalla de Ingreso qe Datos para el Cálculo de
la co~riente...........'............................... 53
16. Seleccibn bl Metodo de Protección .................... 54
1.7. Selección del Material Anódico ...................... 55
18. Selección del Material Anodico para Corriente Impresa. 55
19. Pantalla de Ingreso de Datcs,para el Cálculo de la
Masa ~~ódica....'....;..,~..............:............. 56
20. Pantalla de Ingreso de Datos para el.C&lculo del
Ntinero de Anodos..................................... 58
21. Pan~clla de Ingreso de Datos para el Cálculo de
~e3lstenclas....................................~ ....
22. Pantalla de P?esenLdvlón de Resultados ...............I
23. Pantalla de Ingreso de Datos para el Criterio del
Sister‘~...................- ..........................
24. Pantalla de Resultados de la Opción Criterio del
Sistema ...............................................
25. Pantalla de Costos ...................................
26. Pantalla Principal de Gráficos .......................
21. In<:;eso de Datos para Gráficos .......................
28. Pxltalla de Ingreso dz Datos ;;ara GrCtficos de
OpciOn Múltiple ......................................
29. Pantalla de Catálogos ................................
30. D~ay~:arnar, de Flujo ...................................
31. Diagramas de Flujo ...................................
32. Cálculo de ld Corriente Requerida para el
Primer: Ejemplo de Aplicacibn .........................
33. Selección del Mdtodo_de Protección para el
Exime1 Ejemplo de A-litación .........................
34. Selección del,Materiai Anód:'c? para el
Pr.imer Ejemplo de Aplicación .........................
35. Cálculo de la Masa de Anodos para el
Piimer Ejemplo de Aplicación .........................
36. CCiculo 6~1 Número de Anodospara el
Primer E3emplo de Aplicacibn ..........................
58
62
63
63
64
65
68
70
71
108
109
113
114
115
116
1 1 7
37. Cálculo de Resistencias para el
Primer Ejemplo de Aplicación.......................... 118
38. Pantalla de Presentación de Resultados
Para el Primer Ejemplo de Aplicación.................. 11s
39. Cálculo de 2.a CorxieEt,e Reyìl.erida para el
Segundo Ejemplo de Aplicación......................... 123
40. Selección del Método de Proteccibn para el
Segundo Ejemplo de Aplicación......................... 124
41. Seleccibn del Material Anódico para el
Segundo Ejemplo de Aplicacibn......................... 125
42. Cálculo del Número ,de Anodos para el
Segundo Ejemplo de Aplicac:ión......................... 12c
43. Cálculo de Resistencias para el
segundo Ejemplo de Aplicación......................... 127
44. Pantalla de Presentación de ResultadDs
Para el Segundo Ejemplo de Aplicación................. 128
NOMENCLATURA
AmpAAWGcmCACCDDaDCDmDrkPFh11t/rkakmLaLrLmIrlammmAmVMNOhRRaRarRcRcabRiRKRsrRspcRt/r
PsVvAVvt/Iz
amperioclrea transversalFmerican Wire Gaugecentimetkocorriente alternacorriente-continuadesgaste.del ánododiámetro del ánododensidad c$e corrientedi.ámetro modio de la tuberiadl.ámetro de la columna de relleno
espesor be la tuberíaeficiencia del revestimientofactor de utilizaciónhoraiíltensidad de corrienteintensidad de corriente del transformadorkilogramokilómetrolongitud del ánodolongitud de ia columna de rellenolongitudm é t r omasa unitaria anódicamilímetromiliamperiomilivoltiomasa total de #ánodosnúmero de,&nodos '.Jhmi 0resistenciaresistenciaresistenciaresistenciaresistenciaresistenciaresistenciaresistenciaresistenciaresistencia
de coqtacto ánodo-electrolitode contacto ánodo-rellenodeI cátodod&l cable elkctricointernadel r.ellenode coctacto suelo-rellenodei sistema de protección catódicadel transformador-rectificador.
resistividadseparación entre ánodosTroltiosvrda estimtidaDiferencia de ,potc:ncial del circuito
-voi.tag e del ~'ransformador-rectificador
INTRODUCCION
Siendo la corrosi¿k y proceso',natural de deterioro, que
transforma constantemente materiales metálicos, y que por lo
tanto acorta su vida útil o de servicio, es imprescindible
pîoteger todo tipo de estructuras construidas con dichos
materiales. Las tuberías enterradas, son casos criticos,
puesto que representan grandes inversiones y exigen absoluta
seguridad y control para evitar tanto pérdidas directas como
los costos de sustitución' 0, indirectos tales como la
paralización de IG ym;eso de produccibn, pérdidas y
contaminacián de los' productos, riesgos para personas e
instalaciones,0 medio ambiente. La forma tis apropiada y
segura para protegerlas es la proteccibn catódica.
La implementacick de este software brindará al diseñador la
,posibilidad de comparar y analizar varios sistemas, según las
diversas especificaciones de los componentes, para luego
seleccionar el ideai dc acuerdo a sus prioridades. Una vez
obtenidos ciertos parámetros teóricos, estará en la
posibilidad de recalcular ciertas variables, en base a los
valores reales que se utilizaran en la instalación obteniendo
sistemas más eficientes y económicos.
El disefiador tendrá la facilidad de contar con la información
que requiere sobre los componentes, y podrá ampliar o actualizar
esta información.
Estará ademas en capacidad de analizar a través de gráficos el
comportamie;>to de lOS parametros m.&3 importantes y su
influencia sobre otras variables, lo que le permitirá, según
los crit~~rios de, disefio, determinar los valores m6s
recomendables.
Todo el. proceso de diseño se desarrolla en una forma ordenada,
prktica y agil, bajo un ambiente grafito .que hace su manejo
sencillo y proporciona una agradable y vistosa presentación de
la informac~.on y,íos resultados.
La 02rraslbn en' e~truc;tu.xas enterradas ea un proceso
16
oxidaci0n/, : sufriendo por tanto los efectos de la
corrosión.
CM'ODO 0 ARIZA CATODICA: Región del material metálico
donde la corriente que f2.riye a'través del electrolito
penetra(reaccián de r2dpcclón).
!:T.KxJT’Co METALICO: IJri conductor e.l.&ctrico que cierra el
cl.rcLri.to entre el Ynx?o ;/ el cátodo, para este caso es7
e
ELECTROLITO
A-NODO CATODO
FIG. Na.2 Pila Electroqulmica
17
a) EILA GALVANICA.
Cualquier metal en contacto con el suelo, genera una
diferencia de potencial entre el material Y el medio
conocida como potencial natural.
Entre dos metales enterrados existe tambien u n a
diferencia de potencial producto de los potenciales
naturales de cada uno, si se establece un contacto entre
ellos a tr'avés de un conductor eléctrico, este potencial
generara un flujo de corriente entre los dos metales.
otros casos de pilas yalvánicas son las denominadas
ACTIVA-PASIVA y la de ACCION LOCAL. La primera se
produce cuando elementos como el cloro, yodo o bromo
destruyen la pelicula que se forma en la superficie de
algunos metales, we los protege de la corrosión
(normalmente un óxido del mismo material), originando
ai eliminarla areas anódicas en dichas zonas.
La pila de ACCíUN LOCAL se forma debido a las
heterogen,eidades del metal ( inclusiones no metálicas,
impurezas, variaciones en su composición quimica,
esfüerzos interno2 0 residuaJ.es), que causan que la
superficie se comporte ccmo si estuviera compuesta de
va.rios .materiak:5 ; formando pilas de corrosión
galvánica.
18
r-Nivel del suelo
nueva
F I G N o . 2 ’ Corrosión causada por una Pila GalVhiCtWklOTECA
CENTMl
h) PILAS DE CONCENTRACION DIFERENCIAL.
Es la corrosi6n prodticidw por las heterogeneidades del
suelo, c amo son la resistividad eléctrica, grado de
aeración, composiciórl quimica, grado de humedad, estas
combirxdas con las pilas de acci6n local agravan los
problemas de corrosi51-1.
Las variaciones de la resistividad eléctrica es la más
perjudicial y corroe las partes de la tuberia que
atraviesan zonas de baja resistividad (menor resistencia
a la corriente).
En las tuberias, de gran diámetro principalmente, hay una
varincicn cn el Gjrado de aeración esto es, las zonas m&
cercanas a la superficie son más ricas en oxigeno que
las inferiores) por tanto en estas últimas se facilita
la corrosión, protegiendo a las primeras .
19
Suelo de altaresistividad
Suelo de bajaresistividad
FIG. 3 Pila de Corrosión causada por la variación de
la Resistividad Eléctrica del suelo.
c) PILA ZLECTROLITICA.
La corrosión causada por la formación de una pila
electrolitica, es uno de los casos más serios o graves
puesto que los procesos antes mencionados, son ahora
acelerados ,a consecuencia de corrientes eléctricas
externas a la estructura que llegan a través del suelo
hasta la misma. Esta corriente proviene de una fuente
externa, y puede ocurrir que parte de ella, penetre en
las tuberias próximas, recorra la estructura hasta
volver a salir en las cercanias de la estación
generadora, formando pbr consiguiente zonas catódicas
(las primelras) y anódicas (las segundas).
La corrosión es extremadame'nte severa si las corrientes
externas se: concentran er, puntos en los que falle el
revestimiento, lo que puede ocasionar danos serios en
pocos días.
20
1.2 EL E;zEcBpITISJIO DE &CIONAMIEJ!iTO DE LA -PROTECCION
CA.TODICA.
En toda pil,a de corrosión existe siempre un flujo de
corriente, cuyo sentido convencional es desde las áreas
nn¿Ai.cn:; (m;ijror potencial, en valor absoluto), hasta las
catodicas (menor potencial, en valor absoluto), a través.i
del electrolito, la carrient"c- retorna al ánodo a traves
de la tubería (los electrones se mueven en el sentido
contrario) .
Es decir que el proceso de corrrosión electroquimica
afecta a las áreas de la tubería que entregan corriente
al medio (anódicas). De acuerdo a estas consideraciones
se puede concluir que si se logra que toda la superficie
de la estructura adquiera un comportamiento catódico y
se transporta el elemento ánodo a una nueva superficie
concebida para este fin, de tal manera que el flujo de
eiectrones' original deje de existir, la estructura no
sufrirá ataque ~corrosivo y quedará completamente
EJrOtegida. Esta protección,es conocida como protección
catódica.
En realidad la corrosion no es eliminada, mas bien es
transferida a otl-o material metálico de costo mucho mas
bajo cuyo desgaste es controlado.
21
analiza 1.a ecu<cibn fundamental de
1=
i
'f- corriente de corrosibn (Arqxrios)
la corrosión:
Ea-Ec = Diferencia de potencial entre el ánodo y el
ciitodo (VulL:;)
R= Resistencia to,Cal del circrzito electrice (Ohm)
determinamos que la corriente de corrosión se produce
cuando existe una diferencia de potencial entre el ánodo
y el cátodo y cuando #la resistencia (suma de la
resistencia de zslida de. la corriente del ánodo al
zlectrolito y la de entrada al,cátodo) tiene un valor
finito.
Proteger catódicamente' una estructura significa
entonces, que la diferencia de .potencial entre ánodo y
chtodo sea nula y por tanto se eli,mine la corriente.
Otra manera de prote!zc-.r serta lograr uza resistencia
infinita a través, de un revestimiento perfecto sobre
toda la estructura, pero esto no es práctico ni
econhico.
22
1.3 METODOS DE APLICACION DE LA PROTECCION CATODICA.
Pal-a propcrcionar proteccih catódica a una estructura
enterrada existen dos m$todos: mktodo galvánico o por
ánodos de sacrificio y el método por corriente impresa,
ambos se basan en el mismo principio, este es
suministrar corriente continua a la estructura a través
del electrolito en una cantidad tal que sea suficiente
para eliminar las pilas de corrosibn que pudieran
existir.
1.3.1 Por ánodos galticos.
En este míttodo la corriente, eléctrica se origina
de una diferencia de potencial existente entre el
metal :'que se va a proteger y otro escogido como
ánodo, con un potencial más negativo (de acuerdo a
una serie galvhica) o de un valor mayor, si
tornamos los potzencialeo en valor absoluto, que el
del metal. El Anodo es conectado a la estructura
a través de LUI conductor eléctrico, formando unaI
pila galvánica. Lds materiales utilizados en la
práctica como 'h-rodos galvánicos en suelos son
aleaciones de magnesio 0 zinc ( los más
electronegativos'en la serie galvánica).-
23
Nivel del suelo&\y
Anodo galtilicocon rellwo
Tubería protegida
FIG. 4 Protección por Anodos Galvhicos
1 .3 .2 Por corrignte impresa .
En este sistema ei flujo de corriente se origina
de una fuerza electromotriz (fem) proveniente de
una fuente generadora de corriente eléctrica
continua ' (Ics equipos más utilizados en la
práctica son 10s rectificadores), esta produce
la inyecci6n de flujo de electrones, siendo por
esto denominado método de corriente impresa.
Ahora, una pila electrolitica es creada a
propbsito, en la cual se hace actuar a la
estructura como cátodo para protegerla y el grupo
0 lecho de 4nodos son utilizados ~610 para
liberar la co'?zriente(inertes), a través del suelo,
hacia a la estructura que se encuentra conectada
ai negativo del rectificador.
24
Red de abmentbóneléctrica
Nivel del suelo4
Tuberínprote~d~ Anodos inertes
FIG. 5 Protección por Corriente Impresa
,4 FACTOmS Q U E INE’L- E N E L D I S E Ñ O D E s1s-
DE IPXOTECCION CATODICA.
??ara diseflar sistemas, de protección cat6dica hay que
tener en cuenta varios factores que' de una u otra manera
influyen CI determinan el grado del ataque corrosivo, por
ello el éxito de estos sistemas no depende solamente de
uría aplicacibn de fórmulas, sino además de la
experienci& para el manejo adecuado de estos factores.
La caracteristica mhs significativa para determinar el
grado de corrosión 6s la resistividad del suelo, sin
embargo, el funcionamientd de las pilas de corrosión no
está regido exclusivamente Po= ,ella, puede veIse
afectado por varias condiciones, por ejemplo, humedad,
acidez, alcalinidad, presencia d e bacterias
anaerob+ - - ntc.
In los cases en que exista un contenido intermedio de
humedad es, cuando la L---rrosión tiende a tener valores
muY elevados, en suelos secos la corrosión es
despreciable (alta resistividad); en suelos con
condiciones ácidas ( suelos que contienen materias
orghnicas) s $2 presenta grandes inconvenientes, al
dificultar la polarización hasta el potencial minimo de
protecci6n, debido a que el ácido actúa como agente
despolarizante aumentando la corriente necesaria para
proteger la estructura, ffti condlclones alcallnas no se
presentnn problemas serios de corrosión, sin embargo
tales cjndiciones, son extremadamente nocivas para el
pJ.omo, zinc, aluminio y estaiio siendo imposible la
protección de esos metales en un medio con un ph mayor a
10.
l?~r otro lado, ciertas' bacterias que pueden vivir en
condiciones de ausencia de oxigeno(anaerobias),reducen
sulfatos y cor,sLxen hldr6geno en el proceso, lo cual
da lugar- a 'la formación de .ácido sulfidrico, que
reacciona con el hierro' de cualquier estructura
enterrada para formar sulfato ferroso. El consumo de
hidrtigeno en la superficie del acero actúa como
despolarizante de las ttreas catbdicas aumentando la
demanda de corrier.te para la protección.
CAE'ITULO II
DESCRIPCION DEL SOFTWARE
el presente capítul0, se expiicará cómo fue creado el
ftware p a r a diseiio d esistemas ,de protección catbdica
litado a tubeLias enterlzhz, Genominado PROCATEN 1.0, cuál
su estructura y los princ'ipios de su funcionamiento. En el
lual del Usuario se explica cómo manejar el sdftware y los
50s que deben seguirse para utilizar sus opciones .
1 PIAT'A^[email protected] DE DESARROLLO.
El. software PROCATEN 1.0 fue desarrollado de acuerdo a
un proceso de cuatro etapas; ah.1isi.s y estudio del tema- -
para definir los requerimientos del mismo, disefio de los
diagramas de flujo en base a ios cuales se programaria,
- de aspectos de forma y presentación, una tercera etapa
de instx-mrmntacibn esto es, crear el software a través
de la programacián en -l,p lenguaje previamente
seleccionado y finalmente :; t-2 cealizb la etapa de
27
Se decidió utilizar un ambiente gráfico para desarrollar
e l softwxe I Por las ventajas y facilidades que
presenta al usuario, pi.incipalmente porque permite que
las aplicaciones sean fáciles de manejar, pues no es
necesario memorizal- largos comandos, simplemente
seleccitina una opción de un menú, con un clic en un
botón del ratón. Por ello ce seleccionó la plataforma
de desarrollo de Windows y su lenguaje de programación
Visual Ba'sic, lo que conlleva además a satisfacer una
ser.ie de exigencias que se le presentan actualmente, a
cualquier aplicacitin de ixgenieria, como por ejemplo
contar con la pasibilidad de integrar el software a
diferentes,tipos de apliczciones(').
2.2 VISTTWL BASIC UU?!+3 LEN- PARA EL DESARROLLO DE
APLICACIONES EN INGENIERIA.
El sistema de programación Visual Basic para Windows
su.pone un importa'nte avance para cualquiera que esté
invoiucrado en la creación de aplicaciones. Con su
caracteristica de pragramaci6n orientada a eventos, sus/
innovadoras y sencillas herramientas de disefio visual
combinadas con ias Probaks posibilidades del lenguaje
basic hacen que sea posiblrt sacar el máximo provecho
del entorno gráfico, 'para cIear potentes aplicaciones,
par-a lzc -4s variados requerimientos.
28
Pracaten 1.0, fue desarrollado utilizando este sistema
de programación, que esta centrado en dos tipos de
objetos, ventanas y cOrLtroles, los cuales permiten
diseñar un, mecar:ismo de comunicación con el
usuaric(interfa2).
POK ello, implementar cada función del software implicó
realizar el proceso de cLear las formas 0 ventanas
previamente diserIada-JI con los controles necesarios
(botones, cajas de diál&yo,etc.) asociados a ellas, para
luego definir sus propiedades.
Vna vez concluida esta fase. se procedib a programar el
código fuente relacionado a cada pantalla y/o control,
el mismo que permanece inactivo hasta que se dé, Po=
parte del usuario, el suceso 0 evento que lo activa,
como p!r ejemplo, Su~1 clic del ratón.
Procaten, pok tanto,, es prácticamente una colección de
microprogramas, que Cooperan entre ellos Y gue se
ejecutan a raiz de eventos iniciadok por el usuario.
29
1 .3 ESTRUCTUBA~ION.$0
Este tema explicará c6mo está conformado PROCATEN ,
lo que servirá, X10 Sb10 para para comprender su
funcionamiento, sino ademhs para brindar la posibilidad
de realizar futuras‘modificaciones.
PROCATEN sc creó con la finalidad de realizar tres
funciones necesarias en el proceso c$e diseflar proteccih
catódi.ca, estas sor?. : Diseno o cálculos, gráficos y
almacenamient,o de información de catálogos.
Clada una de ellas se encuentran en un módulo de
progra=rlacih, WC- contlene una forma(ventana 0
pantalla) principal, formas secundarias, controles y la
programación eh si. ,
Cada cor,trol tiene ,U cbdigo füente(programado en
Ea:: ic) , .relacionadb con la forma en la que se encuentra,
Y cada forma cúdigoLLll asociado al mbdulo de
programaci6~ que controla toda 'la informacibn para
ej eciltar cada una de las funciones del software. A
traves d e los diagramas jerárquicos se explica
gr&.ficamente'los diferentes módulos de programación que
existen er, Procaten 1.0 y como están relacionados:
30
El primero de 10s m6dalos creados fue el de
Presentación, cuya finalidad es la de informar al
usuario sobre el campo de accibn del software junto a
datos adicionales sobre, su creación, posteriormente,
luego de urqintervalo de tlc-.mpo regulado por un objeto
temporizador agregado en el módulo, se muestra al
usuario el menú de'opciones de Procaten.
Este menú brinda al usuario,la posibilidad de ingresar a
cualquiera de los módulos, además de la opción para
abandonar el software.
El ingreso a cada una de las opciones es a través de sus
pantallas principales; 2stas son: Prodi Ol.frm,-
Progr-Ol.frm y Proca-O'l.frm.
Forma Principal GdicwPROC. Ol.FRM
Forma Princ~al Catilogm
FIG. No. 6 Diagramas Jer¿trqqcos del módulo de presentacibn
El módulo para la opción diseño cuenta con diez formas ,
gobernadas por la forma-menú principal, denominada
Pi?ODI Ol.FFx.-
31
Siendo esta pantalla la mAs importante, se decidió que
en ella debian mostrarse:
a) Cuáles 'son los pasos que debxn seguirse en el proceso
de diseiío.
b) Cu6l~s son los resultados parciales y finales que se
obtienen en el proceso.
c) Menú de opciones que posibilite al usuario realizar
operaciones alternativas necesarias, como son:
- Recalcular: Repetir el proceso de diseño
- Salir : Abandonar la opción.
- Archivo : Rev+sar el historial de sistemas de
proteccizn.
21 mtdulo de ! P-4 opcion gráLFicos cuenta con cuatro
pantallas, las cuales estAn gobernadas por la principal
denominada Progr Ol.frm, a través de ellas se pueden-
realizar tres tipos de gráficos, previo ingreso de datos
'( especificaciones del tipo de parAmetros a graficar.
32
fl 1
:G. No. 7 Diagramas Jerárquicos de la opción dicefio
33
FIG. No. 8 Diagramas Jerárquicos de la opción Gráficos
E l mociul~~ ‘cle l a opción caLtlloy- consta de una sóla_.-
pantalla, por esta razbn no hay orden jerárquico en
ella, sin embargo a través de esta forma y su código
fuente se controlan todas las operaciones que el usuario
puede realizar en esta opci0n.
2-3.1 Eventos
Una acción reconocida por un, objeto (formas 0
controles), como hacer click en el Mouse o
presionar,. una tecla, está ligada a un cbdigo,
para responder a dicha acción de una manera
determinada. Los eventos ocurren como el
resultado, $2 Y.;l a acción del usuario o por el
cod.s-o escrito, 0 pueden seI enviados por el
srstema, calmo menstjes de error.
34
Cada uno de lOS controles( botones, cajas de
información, etc.) que se muestran en las
pantallas de Procaten, tienen asociados varios
eventos, entre los mAs comunes encontramos:
Clic, Doble Clic, DragDrop, DragOver, GotFocus,
KeyDown, KWJp, KeyPress, LostFocus, MouseDown,
MouseUp, 'entre otros.
Cuando el usuarip ejecuta una'de estas acciones,
el código +e se programó para ese evento será
ejecutado. Por esta rezón Procat&,se basa en una
p.rogra,mación orientada a'objetos con propiedades y
eventbs, y de allí su importancia en la estructura
del software.
Los objetos o controles de mayor importancia,
utilizados en Procaten 1.0 son: Picture, Label,
Text Box, Command Button, Option Button, List BOX,
Tim&r, Shape, Line; Data Control, Masked Edit.
En la opcián DiseAo de Procaten se incluyen los
siguientes eventos:
35
Dra@rop (arrastrar y soltar).- Cuando se arrastra
con el ratón, el objeto que representa una hoja
de inicio, hasta el que representa la carpeta de
c;2lculo y la suelta se ejecuta este evento,
realizarido los diferentes cálculos o llamando a
otras pantallas para el ingreso,de datos.
Load{ cargar).- Se ejecuta este evento cuando se
carga una forma, generalmente usado en las formas
de ingreso de datos para omitir la petición de
cierta información, según las condiciones del
diseno.
Unbad(descargar).-' Se ejecuta cuando se descarga
UIla forma, es usado para asignar los valores de la
entrada a las variables'de cálculo.
Clic(Hacer clic ) .- Se ejecuta al hacer clic con
el batán del ratón sobre un objeto de la pantalla,
se lo utilizo en los botones de comando:
Recalcular, archivo o salir.
Cha.nge(cambiar) .- Se ejecuta al cambiar el valor
dc una entrada, se utiliza para validar entradas,
y enviar el mensaje de error "Error de Tipo".
36
En la 0pci.k Gráficos se utilizan las siguientes
&oa.d( cargar) .- Se ejecuta ,este evento cuando se
carga una forma, generalmente usado en las formas
de ingreso de datoa, para desactivar la forma
grinci.pal.
Unlo~d(des~argar).- Se ejecuta cuando se descarga
una foErd, es usado para validar si existen
FMradas en blanco y si. es asf no gráfique 0 en
caso 'contrario pasa ios valores de la entrada a
.i;ì:; vnrinhles del gr3fico y dibuja el gr&fico.
CLic(Hace~ clic ) .- Se ejecuta al hacer clic con
c*! bottjn dt:l rritán sobre un objeto, usado en los
botones de comando: Opcián 1, Opción 2, Opción 3
(.que Ilaman a las respectivas pantallas de ingreso
'j al., cerrarlas calcula la escala a utilizarse),
Borrar gr?fico y Salir.
Change(czttbiar! .-- Se ejecuta al cambiar el valor
de una entrada, se utiliza para validar que lo que
el UL, L' _ ; -; z ec.té ingresando, sea aceptable por la
-ntracia, c a s a contiar.io manda un mensaje de error
"Error ae Timo" .
37
En la opción CatáLogos fueron utilizados 10.3
siguientes eventoS:
Clic(Hacer clic ).- Se ejecuta al hacer clic con
el botón del ratórf sobre un objeto, usado en los
botones de comando: Grabar, Cancelar, Borrar y
Salir.
Chan- (cambiar).- Se ejecuta al cambiar el valor
de una kntrada, se utiliza para validar que, lo
que el usuario esté ingresando, sea aceptable por
la entrada, caso contrario manda un mensaje de
P.lIIOT "Err-or de Tipo".
2.3.2 Propiedades
Una propiedad es un atributo nombrado de un
objeto Cpi? define sus caracteristicas( tamafio,
colc;r, posición,etc.) 0 su funcionamiento.
Estas propiedades pueden ser cambiadas en tiempo
de disefio desde la ventana de propiedades o en
tiempo de ejecución dri programa, a través de una
iristrucción: Por, ejemplo: Imagel.DragMode=O,
indica que la propiedad dragrnode(arrastrar un
c3jeto) del objrto imgel sea anulada.
38
En la opción Dis&o de Erocaten son modificadas
las siguientes propiedades:
Objeto.DragMocie. Dete.rmina si el objeto puede ser
arrastrado por el usuario. Las hojas de inicio de
calculo, inicialmente tienen desactivada esta
propiedad excepto la primera que es con la que se
inicia el proceso de disefio.
Conforme se van realizando los cálculos las hojas
de Inicio se van desactivando una a una para no
poder volver a iniciar el calculo. El botón de
Recalcular las desactive, todas excepto la primera.
Objeto.Picture.Determina un gráfico a ser mostrado
en un control. Las hojas de inicio de cálculo, al
concluir 61 .,7-Y smc.ab- cambian su figura.
Objeto.Visible. Determina que el usuario pueda o
no observar un objeto, esta propiedad se utiliza
para ocultar $0~ cáI.culos de alcance de protección
y voltaje y corriente del transformador, en caso
se trabaje con anodos de sacrificio.
39
En la opción Gráficos 'de Procaten son modificadas
las siguientes pl_Zpiedac'.~?s:
Ohjeto.@aption. Determina ~1 texto que va- a ser
mostrada dentro :lel control.. Cuando se termina de
ingresar datos y s.2 cierra la pantalla, utilizando
esta propiedad se modificara el titulo de los
ejes.
Ohjeto.Enabled. Determina si el objeto está
activa40 0 no. Se, utiliza en la pantalla de
iEgreso de datos de la opción 3, para desactivar
la entrada de datos de las variables no
2.3.3 P'lujcgmma de progrzamcibn orientada a eventos.
Er1 !.of: fl:;;~)l;-r-í)~r.a:: de programación se explica el
proceáimiento ,a- trav0.7 del cual el software
desarrolla cada una de sus opciones, a través de
la. ejecución de un evento determ&nado. Los
f.Li:.damentos te,óricos y los criterios de diseño de
protecc:tjn catódica aplicados, se explican en el
te*cero 1, cuartn capitulo.
---l-!)E5-J-
Ar!ar;?r;i hopb!úmero de Anodos
Datos del cable
4 0
Graba wultadosen archwxi
/-/Ejecucibn de evento
cclIngmo de rnformac16n
por tsciado
C-C Salida de informaciónpor pantalla
n proceso
0 Conector
FIG. No. 9 Flujogl-ama de la Opcibn Disedo
41
Separacih entre bnodos(x)
Dehne tabla de datos
Ingresa valor en xIngresa valores para
las constantes
Valor en y calculadoa partir de fhmula de
EscbSEtiquetas de ejes
Gl%iCOS
$
Fin de proceso
1
c-1Incio o f i n d e l procex
Ejecucibn de ever&¡
Ingreso de infurmaci6npor teclado
Salida de informach
/I Tome de decisi6n
FIG. No. 10 Flujogrark de la Opción Gráficos
42
Para realizar la programación de la opción
diseA0, se partió de las siguientes premisas:
- Seguir un orden progresivo para cada uxa de los
pasos que deben hacerse durante el diseño, esto
significa que el software solicita información a
rn-dida que el usuario av'anza en el proceso, y este
a su vkz le entrega resultados de acuerdo al mismo
criterj 3. ESto est& basado en la utilidad que
representa para el disenador, conocer los
IesLLtados pa'rci3Jes ;cue obtiene y decidir si
coiltinú+ o abandona ei proceso.
- Eurante el desarrollo del diseño, el software
orientaría al usuario, a través de mensajes o
inlerroyantes, en aspectos que podrian asumirse,
COKO conocidos por el disefiador.
43
Escuela Sqkrior Politécnicade,1 -Litoral
Marco Zambrano A.
.
CA EN TUBEtiAS ENTB~.RAcI~
FIG. No. 11 Formato de Pre$entación del Manual del Usuario
de PROCATEN 110 /
. . .
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A.1 Configurando Y~oc;~L~s-L 1.0
2racaten es un software para disefio de sistemas de
protección catódica, aplicado a tuberías de acero
enterradas. sus reqxerimientos, e n cuanto a
hardware y software, son los indispensables para
corLe Windows. Antes de empezar a utilizar
Procaten 1.0, usted debe configurarlo siguiendo
una serie de pasos:
A.,l.l Creado el Directorio
Antes de copiar los archivos de Procaten 1.0, del
diskette de instaJ.acián a su disco duro debe crear
el directorio dancie ìo va a guardar.
Para,crear'el nue;Jo directorio:
1 . - mr¿ 2.: A+tinistr,ador de Archivos, haciendo
doble-clic en su 'icono, en la ventana del grupo
principal.
‘7A. .- Haga cli,c en cl icono de drive "C" para leer
el mntenido de su disco duro, y luego haga clic
en el icono de directorio "C:\".
46
3.- Elija en el menú "Archivo" el.comando "CzeaI
directorio", escriba Procaten y presione-
"Aceptar".
A.1.2 Descarg&& .los archivos ,',
l.- Inserte el diskette de instalacibn de Procaten
en la disketera y abra el Administrador de
Archivos (en caso no estar abierto). En el menú
Ventana ,elija el comando "Nueva ventana" -
2.- En el menú Ventana elija el comando
xosaico .I Haga clic en la barra de titulo de la
vent4:.I-a superior y:elija en la barra de unidades
el drive "Al'.
3.- Haga clic en la barra de titulo de la ventana
inferior y elija en la barra de unidades el drive
"Cl" . Haga clic en el directorio "Procaten" que en
pasos anterior cret:.
4.- Marque en T2 ventana superior todos los
archivos, manteniendo presionada la tecla SHIFT y
haciendo clic sobre cada archivo. Arrastre los
archivos de la ventana superior a la ventana
inferior- al directorio "PEocaten" de tal forma que
se cacien.
A.T.3 Ejecutando Procaten.
Para ejecutar Procaten 1.0, pude crearse un icono
y hacer dbble-clipk en este, o utilizar la opción
para ejecutar una aplicación, en el administrador
de programas de Windows.
A.2 Me& Principal.
Al cargar, Procaten 1.0 le aparecerá su Pantalla de
Presentación y al mismo tiempo Menú Principal, de
donde usted podz& inbresar, a sus tres principales
opciones:
l.- DiseAo
2.- Gráficos
3.- Catálogos
48
B.l Pantalla Principal
?J hacer click en el botán Diseflo del menú
principal de Procaten 1.0 le aparecerá la
siquience pa::taLIa: 1
_.._.__..... _ ..__.___._.. _ ..___ - __._ - _____ ___-__-.----_-_----_____-__---- ---_-- . . .: ::.. :;. .
FIG. No.13 Pantalla Principal
La parte superior p~zsenta cada uno de los pasos
c;ue deben cuxtplirs@ en el proceso de diseño, y en
la parte inferiúr se encuentra el ñegistro d e
datos y resültador q-ue muestra la información que
el diseñador rec,uiere a medida que avanza el
proceso de di.scfL .
49
Tiene además en la paxe'.inferior una barra de
herradant+ que contiene botones para opciones
colmo recalcular el diseíio , la presentación de los
ultimas resultados y el botón para regresar al
menu anterior.
B.l.l Familiarizándope con mm Objetos.
1Jstcfd va a encontrar en la pantalla principal de
diserlo diferentes objetos como hojas, carpetas,
botones .
\“-B Inicia el proceso para una operación
determinada, como por ejemplo, calcular: Corriente
r e q u e r i d a .
Aquí es donde se suelta la hoja de inicio
de cálculo para que. se ejecute el mismo, apenas
se suelta la hoja calcula y presenta resultados en
el P&gistro de datos y re,:ultados.
-gJ_-.-Id--- Indica que el cálclilo ha sido ejecutado y elresultado mostrado en eL Registro .
-1Est e boten sirve para volver a iniciar
'un diseco, todas la .rnriables son puestas en celco
(0) I res~t~:ada:; 1 ho j as de inicio de cálculo y
borrados 1~~7 resul+ )s del Registro .
50
,, ,,. ,, ..::.::-:,::::-“:ij;~~~::~.~~:~.~~~:~~~~~~~~~
l ..:::::.. . . . : . ...,,: ,_, r:.,. _ _ .:; ,.,. .:, ,.; ,. :; ,. ,. ,._ ,. (,. _ Llama a una pantalla que
rrtucs t.ra los 'resultados de los últimos diseños
realizados; esta pantalla la puede observar y
aprender a manejar en este mismo capítulo en el
tema "F.1 Final del Diseno.. .Presentación de
Resultados".
II:Regresa al Menú Principal de Procaten.
B.1.2 Registzo de Datos y Rezsltados
Este es el lugar especial donde Procaten-le va a
ir comunicando lOS diferentes resultados del
disefío, así ccmo, información que el usuario
requiere. Conforme usted avance en un diseño, el
Registro de Cálculo se va a ir saturando de
información, cuando esto pase haga click en las
barras de desplazamiento que se encuentran a la
derecha.
B.1.3 Mensajes. de Erssr
El siguiente mensaje de error le puede aparecer
cuando usted está tratando de ingresar caracteres
alfabéticos o no v2~idos en una entrada en donde
SO10 se debe ingr sar valores numéricos o comas
(,i parra ingresar :.ecimales.
51
FIG. No. 14 Mensaje de Error
Otro mensaje de error, aparece. cuando no se han
llenado todos los datos en una pantalla de ingreso
de informaci6n, en este caso, simplemente debe
completar'la información requerida.
B.2 Diseñando una Protección
Ahora se explicará cómo manejar cada una de las
pantallas 'de la ppcián diseño. Los fundamentos
te6,ricos en los que se basa esta opción están
detallados en el tercero y cuarto; capitulo de esta
tesis.
El diseifo del sistema de protección catódica,
empieza 'con el cálculo del parámetro fundamental,
que es la corriente ,requerida. Al solicitarle al
usuario, el 6Eea a proteger de la tuberfa de
aceE0, la eficiencia de su revestimiento y la
resistividad del suelo en el que esta enterrada la
estructura, se Scfine ~1 problema y se inicializa
el diseflo.
52
Este y todos los pasos del proceso de diseño están
repEesentad9s por Ima hoja, al moverlas y
depositarlas e1-l ei extremo derecho
correspondiente(caryeta) se va desarrollando el
disefio, y los resultados que se van obteniendo se
muestran en e.3. Registro; si los mismos no son de
s uentera conveniencia, usted puede volver a
inicial- el pr~oceso desde el principio con solo
hacer clic en el botbn Recãlcular.
Si des;ea ver informacion de diseflos anteriores,
puede hacer clic en el botbn Archivo,además puede
consultar diferentes valores para los datos
requeridos; con el botón Catálogos.
B.211, Corriente Requerida
1.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpkta para 5niciar el cálculo de la corriente
requerida.
?di.- Al soltar la hoja en la carpeta la aparecerá
l a panr:alla graficada abajo, ingrese la
resistividad en ohmios por centímetros, el krea en
metros cuadrados y la eficiencia (sin medida).
53
............................................................................................................................................................. ............................................................................ ...;I:..:. ..................................................................................__. .................. ...... c -.........:~(Dtseliäi:u~slsterna:dle.protë-~oii.~odtca;,~~:~j!Ytit;_i..................................................................................
.: ..... ........... ... _. .. ._ ... .............. ..... _ ..................::del-isCér~.~nteuiada;:cùltl#ngu~ente~~aders::;;..;;:~:~:.................................... ................ ....................................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ....... ... ......................... ..................................................................
j;:i::jiDts:‘~ës~~~~~~‘ijijijijiji:ijijijijiji~::~~~::,~::~~~~~;:~~:~~~.~~::~;:~~~::~~~~,~~~.~.~~~~~::~~:~::~: : .. : ..... : : .... : .................. : ........ : .. : .. : .. : .. t ... : : .. : : : ...... : .... : .................. : : : : : : : : : : .... : I : .. : : : .. : : : : .. : : : : .. : : : : : : : : : : : : : : :
...... ........... .......................... : ..................................:Icj::j::j::jiiilEfi,g,,,~~~i~~~~~~~~~~~~~~~~.................... .................................... ..:: .. ......................... ......................................:.,,.,;, ..;..:.....:..:..; ..................................... ........................... ..................................... ...................... .................................................
.~;i.l~,uerjsu~lrsij~jii’:.~ij::jiji,:iji~ij~ji::j:j’:jijijijijij::jiji.~ij::jijijijijijij::iij::j::jijij:;j::jii;::... ........................ ...... ...................................................... . .,:.,:.,:.,: .,:.,: .,:.,:., :.,: .,:.,:.,:.,:...............;., .... . ..... . ............ ;.,,.: :.:.,:., :.::..: ..... .......... ................................................................................,, << ,, ,, ,, ,, ,, ,, ,,...............................................................; .; : ( : .: ; ( ; .: :. .: 1, J+Z$&,j d 6 a;: f 1, .: ; ( 1. .: ; .: ; .: ; ( ) ( ; .: 1. : : : 1. : ; f 1 .; ; ;.......................................... . . .Y. ........... ............................................................................................... : : .... : ................. ., ........................... ... ................................................................... .............. .......................................................................................... ......... ..................................................................................... . . . . . . . . :.::.~..::::~....:~~::. :..:: ............... ................................................................. ........... . ............... .......................... ,, ...................... :: ........ ..:. .: .... ” ... ....................................................................... ..................................................... . ................................................................................ ............................................................................................................................................ . ........................................... ............................ .......................................................................................................................... .:::.::::: ... ,............ ..................................................................................‘: ......... ...................... ....................................
FIG No.15 Pantalla de Ingreso de Datos para elcálculo de la Corriente
3.- Al terminar de ingresar los datos haga clic en
el botón de Aceptar para cerrar la pantalla y de
esa forma obtener .los cálculos.
Er1 este momento :isted regresará a la pantalla
principal de diseíio y el Registro de Cálculos le
mostrará los siguientes resultados:
Densidad de corriente: en mamp/mZ
Corriente: en Amp
54
B.2.2 Selección del &todo de protección.
Si, de acuerdo a las ,condiciones del disefio, está
en posibilidad de seleccionar el mktodo, debe
indicar si desea trabajar con'ánodos de sacrificio
0 con corriente impresa:
l.- Arrastre la Iloja de inicio de c8lculo a su
carpeta para in?ciar el proceso de selección del
tipo de protección.
¿ lksea uUllzar el mhodo de ánodosgalvlnlcos[dé saaifldo)?
FIG. No. 15 Selección del Método de Proteccibn
2.- Si desea utilizar el metodo que Procaten le
sugiere, haga 'click en el botón Sí, caso
contrario (click en el botbn No) se seleccionara
el otro metodo.
B.2.3 Selección del material anódico
1.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpi‘ta para Iniciar el proceso de selección del
material anódico.
¿ Desea trabaja! con Anodos de zinc?
55
FIG. No. 17 'SeLección del Material Anódico
2.- Si está trabajando con ánodos de galvanices,
debe seleccionar el material entre zinc 0
magnesio; si va a utilizar 61 método de corriente
impre'sa, debe indicar si va a trabajar con
Titanio , de no ser asi, debe sedalar el material
que utilizará.
Ingfeoe el materialstkiidim
E'IG. No. 10 Selección del Material Anódicopara Corriente Impresa
56<.
_.
Si está.trabajando con ánodos de Titanio, usted no
Ilecesita calcular la Masa de Anodos y-su hoja de
inicio le aparecerá de la siguiente forma:
,l ‘>,.”
@
;, <i.. .’ Haza de imab
l.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpeta para iniciar el cálculo de la Masa de
2.- Al soltai la h,>ja en la carpeta la aparecer&
la pantalla Traficada abajo, ingrese el Desgaste
de ánodo en Kg/Amp.aAo, el Tiempo en allos y la
Capacidad de corriente en Amp.horas /Kgs.
Fif; . Nn. 19 Pantalla de Ingreso de Datos para elcálcu:Lo de la Masa Anódica.
57
3.- Al ingresar los datos haga clic en el botón de
Aceptar, para cerrar la pantalla y de esa forma
obtener los cálculos.
En este momento usted regresara a la pantalla
principal de disefio y en el Registro se mostrará
el siguiente ,resultado:
Masa de anodos: en Kilogramos.
B.2.5 Número de Anodos.
l.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpeLa para iniciar 'el cálculo del Número de
Anodos.;
2.- Al soltar la hoja en la carpeta, deberá
ingresar, la Masa del ánodo en Kilogramos, en caso
de trabajar con ánodos galvánicos, y si trabaja
con corriente kqresa, ingrese además la
Corriente d e lánodo . Si utiliza ánodos de
Titanio, sjlo debe ingresar la corriente.
3.- Al ingresar los datos haga clic en el botón
aceptar para cerfar la pantalla y de ~-esa forma
obtener los cálculos. En este momento usted
regresará a la pantalla principal de disefio y en
el Registro, se mostrará el resultado: Número de
anodos.
58
E'IG. No. LO Panttilla de ,Ingreso de Datos para el
cálculo del Numero de Anodos
h’lG. 21 flantalla de Ingreso de Datos para elcálculo de Resistencias
59
B.2.'4 Cálculo de Resistencias
l.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpeta para lIL_Ly'-?ipiar el cálculo de Resistencias.
2.- Al soltar la hoja en la carpeta, le aparecerá
1 a pantalla graficada a coritinuación, en la que
d~ti:lc ~r.nqrzesar todos 1.73 dato3 solicitados, en la3
unidades senaladas.
Li el rn&Gu.~ selecci:nado e s por corriente
l?ì:prc3sit, cl piTOC13SO de diseno, incluye dos
GalCUiOS adicicnales:
X3.2.7 Caculr> Sdel Valtaje y Corriente del1
Ti'ransfcxrmador .
1‘.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpeta para Iniciar e l calculo de Voltaje y
Corriente del Transfrlrrnador.
2.- Al soltar la hoja en la carpeta, los
resultados le aparecerarr directamente en el
Registro y seran los siguientes:
Coxrierlt- tie' Truzs.for;zzdor: en Amperios.
<TC.it.aje deì Txansformadur: en Voltios.
60
B.2.8 Alcance de Protección.
l.- Arrastre la hoja de inicio de cálculo a su
carpeta para iniciar el cálculo del Alcance de la
Protección.
2.- Al SOlta la h2ja en la carpeta , le
apareceran los resultados, directamente en el1
registro y será: '
Alcance de protección: 2L en Km
B.2.9 Verificación de la protección.
Sí está disedando por ánodos galvánicos, al final
del cálculo de resistencias, se verificará la
condicibn de resistencia, si esta no se cumple,
debe' indicar si desea modificar el sistema o
finalizar el diseno (ver al final del diseno), en
caso de cumplir la condición, termina el proceso.
Si esta utilizando el método de corriente irnpìesa,
el proced,inCl.-¿G-nt:3 es similar al caso anterior, la
úxica diferencia, es que la verificación es por
coKriente y se la realiza a continuacib del
calculo del' número de ánodos.
61
Al Final del, Diseflo usted puede optar por dos
opciones: recalcvl_ar 0 ver todos los resultados de
los últirxo diseiìo.
Previamente debe llenar los 'dos últimos datos,
e .s i; 0 s son, uhs descripción del proyecto y el autor
dûl disefio.
L'arc? ekpezar otro disefío, haga clic en el botón de
R~~Y~~Ctiãîr ( paLte inferior de la pantalla
principal de DiseAo). Todas las hojas de cálculo
s :3 re-inicializarán y el Registro será borrado
Lotalmente.
P 2. .c a o b s e r v a r ios resultados y el sistema de
protección es'.ablecik Ü través del diseño, debe
plJ.lSU el both áe Presantación d~3 Rssultados que
cc-> encrrentr& en ia parte inferior de la pantalla,uu
'2 una vez cimtro de la pantalla de resultado,
62
9.2.33 Crit9zio ch1 Sistema.
1. . - c*.>.i es t& tl.i:;e~~nndo por corriente impresa, puede
1lace.r clic e:1"1 c!l: botón de Criterio del Sistema,
le aparecerá una pantalla par,a que ingrese los
datos relacihados al, rectificador y al relleno
íT1_1 e se va 'a ix+--l.ar.
9 -L,. mgi click en el botón de aceptar y le
aparecerán los siguientes resultados:
SeparaclOn entre Anodos: en cm
Dihetro minimo de reileno por desgaste: cm
Dihxtro mínimo de relleno por los efectos sobre
ch sistema:cm
; , :” w;<,, $.:.“. ‘.’
: ,’ I.,. ,..
:.
. . :
.:.:
. . :
.,( ..: ,..., ,..,,..,,. ...ii:::l:
” .7:‘:‘:::
..+?z=J::;.. . . . . . . ..,..,<... “..‘,
.L-ZIf::;
.........................‘: ..... :: ........
..... ......;.... .
. . .;.,..,,,‘, ..,‘..‘, ., ,.,’ ,‘,.,.,.,‘.,.
.: ,.., ‘...“. ‘.Y.. . ,. ., . . ‘.:‘. ;.:.ah w. . . . .Jz&&i:.. . . . . . . . . . . .
F :: iJ _ IC 0 ” %2 Pantalla de Presentacibn de Resultados
63
FIG. ,No. 23 Pantalla de Iflgreso de Datos parael ,Criterio del Sistema
FlG . N o . 24. Pantalla de Resultados de la opciónCriterio del Sistema
64
33.2.14 Costos.
Finalmente, PF.OCXi'EJJ cuenta con la opción costos,
que le permitirá estimar un valor, según los
costos de 10s principales componentes del sistema.
FIG. No. 25 Pantalla de costos
65
C.l Pantalla Principal,
Al hacer clic en el botón 'Gráficos del menú
principal de ProcaCkn 1.0 le aparecerá la
siguiente pantalla':
FIG. No. 26 Pantalla Principal de Gráficos
En la cual, se mostrará el gráfico que Procaten
e-jecute; en 'la parte inferior, se encuentra la
barra de l-+er2.wnientas que contiene los botones
para las tres opciones de gráficos , el botón para
borrar y el botón para regresar al menú anterior.
66
c.1.1 Familiarizándose con sus Objetos.
Usted ua a encontrar en la pantalla principal de
diseño diferentes objetos como etiquetas y
botones.
Las etiquetas irán cambiando dependiendo de qué
gráficos usted este utilizando:
Opción 1: Punto kilométrico VS Potencial
Opción 2: Punto kilométrico VS Resistividad.
Opción 3: Resistencia VS Resistividad .
Resistencia tdr.s Número de Anodos .
Resistencia VS Laxgo
Resistencia VS Diámetro.
Resistencta VS Separación entre Anodos
Las etiquetas que muestran las escalas dependerán
del rango de valores que usted haya ingresado, los
cuales deberán ser razonables de acuerdo al tipo
de parámetro seleccionado.
~ Llama a ia pantalla de,:i:: .:I Qj+&~:.f:"i;i:;:~::
ingreso de
valores del gráficc de comparación punto
kilométrico vs potencial.
67
i.:::;;! flama 'a la ,pant+la de ingreso de^::. :: ..fJf"c,wn,2 .<:.:.;.
valores ’ del gráfico de comparación punto
kilométrico VS Resistividad.
[j;.ri),Dl,&&::, , , , , II * :,., .,', '.'.'i,.i,ii.~,' < ~l~;;na a la pantalla de ingreso de
valores del gráfico de la ecuación de resistencia.
Eorra el gráfico actual.
!::i::i--:::lRegresa al Menú Principal.
Para ,crear los gráficos, usted debe ingresar
CiatOS para los ejes de las abscisas y ordenadas,
existe cierto límite. en el rango de valores,
Procate,n le indicafa cuando usted lo exceda.
Las etiquetas de los ejes dependerá de la opcibn
con la que esté trabajando.
68
Opcikm 1: Punto kilométrico vs Potencial
l.- Haqa clic en el botón de opción 1.
2.- Cuando le aparezca la pantalla que se muestra
a continuación , ingrese los datos en las
columnas.
3.- Para que el gráfico aparezca haga clic en el
botón aceptar.
:
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‘,‘.~~ .lp,‘.:.:.:.::.
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‘_~_‘_~.‘.‘_‘_‘.‘.‘.‘_‘.‘.‘<‘.‘.‘.‘.‘.‘.
FIG. No. 27 Ingreso de Datos para Gráficos
69
Opción 2: Punto kilométrico VS Resistividad
l.- Haga clic en el.botón de opción 2.
2.- Cuando le aparezca la pantalla(fig. No.28) ,
ingrese los datos en las columnas.
3.- Para que el gráfico aparezca haga clic en el
botón Aceptar.
l.- Haga clic en el bo'cbn de opcibn 3.
2.- Cuando le aparezca la pantalla que se muestra
a continuacibn, seleccione que desea comparar
3. Ingrese los datos necesarios para realizar los
cálculos, excepto el valor que se esté calculando
e ingrese los datos en las coiumnas.
4. Para que ei 'gráfico aparezca haga clic en el,
botón AceptaL.
70
.I.: -\, : ..................... ::.:...:.:.‘::I..‘.’ ..l
1Q S~aaracioner~trcc*:;;do~:::’ l
,:::::.L :?:::::::: I....::::: ::: :........ ................. ,,:-* / .. :’. ...! ....................... ...... _, ./ ----~:‘:‘:‘:::.y:.:.: I.:.:.:.:.:.:.:.:.:.;--“+ :‘:‘:‘:‘:‘;:‘:‘:.:.:.: ll3
y .:‘;;:j.:.... /
N,W .e~oax,, , LL.::: .<... I.,,....... L-,:::::::::....fl’;:::::
G-T i-’- .A 2. N o . 28 Pantalla de Ingreso de Datos para
Gr6ficos de Opción múltiple.
r. i. hacer CliClC en. el botón Catalogo del menú
le aparecerá la
71
:.::;::&&: ,:: ..‘: .~.:.::i~~~..:.:.:::‘~.,~::.‘.IIll::~..:.:;~:;. ‘,’
. ..LfU ,,<. . ...<,.. y:<-cy ,_...,,, ,,... :,: _..,_ .., ;.:.j’. :;c;i:.L&.t.‘.:,::. ‘.‘.“..:‘. .<<__ ,..... . . . ,< ..,,,..._, ___.__,,.1..
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pe+&g‘:::::::.)-:..~.i-:-.;~...~;~.~..~.:.:.:~~.:.:
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............................................. y.: :,.,:.:.y.;;;.,.,.,, :~~ ............. .:;, :,,.,._ ,.;;.‘.“;,~., ,,.,. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .......................... ..................................................... . . . . . . . . . . . . . .................................................:. ............ ..........................................................
...............u~i~..l......:.::Ig~~~~[.~::.:.~~:..I]:..:.:..:.::-:.::.:.:.:. . . . . . . . . . . . . . :). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . .............................................................................................................................................................................. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ......... .........................................................................................
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gf&j 1:g ~~~~~::i~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~* - ..... ..-. ..-_- ... :.-....: ... .LIL-=.LL-.L~~:-:.-L:.I1:LL ‘I*II*IuILu.u*I~u**
FIG. No. í'9 Pantalla de Catálogos
En la parte izquierda, se encuentra el catálogo de
ánodos y en La inferior derecha, el de relleno
Movimiento,de Registros.- Para moverse entre los
registros del cat&logo de Anodos o de rellenos,
haga clic: en los botones de movimiento
LCfspecLivoY .
7 2
-
Peer reastro Registro mtznor Slg Regmtro Ultimo regiho
Gr&ar ca&ios.- Para grabar los cambios que haga
1311 e:L catalogo de ánodos o de relleno,haga clic en
el botan grabar, respectivo.
Y-glceáar cdios. - Para cancelar los cambios que
haya hecho .en el catálogo, haga clic en el bot6n
cancelarrespectivo.
Barirfar Ca-taérgo . - Para borrar totalmente el
catdilogo de ánodos o de rellenos, haga clic en el
botón eliminar del catálogo respectivo.
C+PITULO III
DISEÑO DE SISTEMAS DE PROTECCION CATODICA EN
TUBER.XAS ENTERRADAS
ER e.3l.e capítulo, se expone e l procedimiento de disefio
(cáhculos y selecciones) que debe seguirse para obtener un
sistema de protkcción catbdica, eI1 tuberias de acero
enterracias. Dicho procedimiento es el que se utilizó, al
programar la opción diseYi_a en el software, para obtener los
resultados requeridos por el usuario.
Se exponen crdemás, como una aportación del autor de esta tesis
LUI análisis de 40s as&eckos relacionados al disefío de sistemas
'de protección, como sy las ecuaciones de ,resistencias y la
explicación de un criterio de diseno, en base al cual se creó
:EN opción secundaria en el software.
Para el diseño Be un sistema de protección catódica se
.requiere recabar una serle de datos sobre la estructura
aue va a ser protegida como son: material, dimensiones y
característica:: yle construcción, especificaciones y
propìeáades del revestimiento, historial de la
instalación y localización de tuberias u otras
instalaciones próximas. Ademas de estos datos se
requiere información del medio, como: perfiles de
resistividad a lo largo de la estructura, y a diferentes
profundidades, y potenciales estructura-electrolito.
Cuando se 'aplica,protección catódica a una estructura es
necesario comprobar que dicha protección está realmente
actuando, la NACE(Nationa1 Association of Corrosion
E:lgineers),en base a' pruebas de laboratorio, y estudios
d< 7 a ,información recopiiada sobre estos sistemas ,
determiria I.or- ~x:IL*rios 0 condiciones, que deben
cumplirse para que se verifique la protección. Bajo el
criterio del potencial negativo mínimo entre una
estructura y el medio en el que ,se encuentra, se
considera que ía mism.a, está protegida si su potencial
es igual 0 ntis negativo que el potencial de protección
establecido, que para estructuras enterradas de acero,
es de -8.50 mV, medido con un electrodo Cu/CuSO4.
75
2 eALCUL0 DE LA CORRIENTE.
El primer, paso en ei prxeso de diseño, consiste en
2 77 pt;.~L^(iiipjt.ro mic; importante, a partir del cual el
:~Lsc:~;;1~i3r definii-á su B istema, es.la corriente necesaria
76
SELKCCIOM DEL TIPO IX3 PROTECCION.
Las tuberías 'enterradas pueden ser protegidas
catódicamente con auxilio de Anodos galvånicos 0 por
medio de rectificadores de corriente (corriente
impresa) . La selección de uno u otro método depende de
ll!1 an31. i sistécnico y económico de la informaci6n
recopilada sobre la estructura y el medio en el que se
encuentra. En este análisis, deben considerarse los
:;lyuLentes factores:
a) Per Anodos galvanices (de sacrificio)
Los Snodos galvániccs son seleccionados cuando se
necesita poca corriente (por la, baja diferencia de
potencial gecerada) para proteger la tuberia, esto se da
en t-uberias de pequf-das dimensiones. con revestimientos
de alta eficiencia 0 en suelos de. baja
resistividad(hasta 30000hm.cm).
L¿iS wzxttajas de este sistema son: cos tos bajos,
;c~an tenimiento simple, no produce problemas de
kterferencia, no requiere fuentes de corriente, y el
LiPSCfO es menor de, posibles interrupciones en la
protecc:bn. En la 'práctica, no son económicos para
col-riente mayores 3. 5 Amperios, por la gran cantidad de
Anoidos que necesitarlan para obtenerla.
77
Esle rntí:todo es tis utilïzado y posee las siguientes
venta-j as : T?osibilidad,de proporcionar mayores cantidades
de corriente y de regularla, no 'esta limitado por la
resistividad del .si:elo r:i de las caracterfsticas 0
dirmensiones ãe la estructura, es mas econbmico mientras
rcayor es el requerimiento de corriente(comparado con el
galvánico).
i,CfS desventajas srrederl ser la necesidad de un
imn~-0xì~r~~ento eIC _ inspeccion periódica, puesto que está
su-jei:a a ínterrupcimes de funcionamiento, el consumo6
<ye:. .> erìezgla eléctrica y la posibilidad de crear problemas
(j {Z lrterferencia cm iìtras estructuras metalícas
Una vez que se ha seleccionado el sistema galvánico de
pLoteccíin, es necesario determinar el número de ánodos
requer.fdos para lu estructura, y posteriormente se
yerifcrcal-á si dicho sistema proveerá de la corriente
xec?sazLa, para Ic cual debe calcularse la resistencia
78
3.4.3. Salecr;ión da1 tipo da ánodo.
Lo s Anodos utilizados en estructuras enterradas
son los'de m.aqi:e~io y zinc. Las caracteristicas
principales son la capncidaci de, corriente, el
potencial de circuitcl abierts medido en relación
al electrodo cu icusoq, \- su peso especifico,
tomando las dimc.qsi.one,; dispoilibles en @IL mercado
se selecciona eì 't&pcl de ánotio.
79
M= (8760.V.I) / C.F (ec. 4)
Ponde :
M= Nasa de ánodos, en Kg
V= Vida útil proyectada para los ánodos, en anos.
I-Corriente liberada por lo ánodos, en Amperios.
C=Capdcldad de corriente del ánodo, en A.h/Kg
F-Factor de utilización del 6nodo(0,85).
E:7 factor de utilización repsesenta el porcentaje
de masa de anodo que,es consumido proporcionando
la protección deseada,. Generalmente se adopta un
factor de 0,85.
El número de,ánodos que se requieren, para obtener
como minimo una corriente igual a la calculada, se
d-‘termii?a Sivickendo la masa total de los anodos
px:a la masa unit'ari,a del tinodo seleccionado.
Para, establecer la resistencia real de un sistema
dz @roxección cat6dica, debemos considerarlo como
~11 circuito cl62c;trico, de acuerdo a esto tenemos:
RSpCZ= Rc + Ra + Rcables (ec. 6)
Donde:
T&spc=Resistencia del
protección catódica, en Ohm.
sistema de
Rc=Resistencra de: pi?opio cátodo, en Ohm.
Rc;;lb=Resistencia del cable elkctrico, en Ohm.
?%;=ResiStenc:ia de contacto anodo-electrolito,en
2,) Tkxist~<~cia. del cátodo.- Es despreciable, su
valor se incrementa si la tubería es muy extensa,
« 2 pequqño ditinetro y de bajo espesor. La
Leslstencia elktricc, de una tuberia viene dada/
por la fórmula'2'; '
Rc= p(L/(n.hi.e)) (ec. 7)
ti.c= Resistencia del cAtodo, en Ohm
p= resistividad del material de la tuberia, en
Ohm-cm.(acero=17x10~6 Ohm cm).
L= Lxcgo de la tubella
L: E-r!i.ámetro medio dc: la 'tuberia
i~=~~:;~-~~sor de la tuberia.
81
s,:Ñasistencia' del cable elbctrico.- Es la
resistencia del C^ble que conecta la tuberia con
i+i ánodo o .los ánodos, depende del largo y de la
clasificacián seleccionada según la corriente del
ssstema. Su valor .se 'obtiene multiplicando la
resistensI (ohm/Km) del cable por su longitud.
c)a@sistencia de contacto anodo-electrolito~S).-
Esta es la parte'más significativa del cálculo, y
pcxa determinar su valor es necesario utilizar
ecuaciones que varian, según la forma y la posici6n
de3. áno'do. Par,a el caso ti.9 recomendado de
l.n;;talacitin : &ncdos cilíndricos, verticales), se
utilizan 1.X ecuaciones de H.B. TIwight(estas
ecuaciones se det+Jlan en la sección de corriente
ir!1pieSa) .
Ckneraimcnte el Anodo no está en contacto directo
con el suelo 0 electrolito, sino con el material
coriductor 0 relleno, por esta razón el valor de
,z 5 -ca resistencia es la suma de otras dos
resistencias:
82
Ra= Ri + Rgr (ec. 8)
Donde :
Ra=resistencia de contacto Anodo-electrolito,en
Ohm.
ti-resistencia interna del ánodo , en Ohm.
Rsr-resistencia de contacto suelo-relleno, en Ohm.
La resistencia interna' de un ánodo, viene dada
por la expresión: ' -.
donde:
m= w - m (ec. 9)
ñar=resistencia anodo-relleno, en Ohm.
R.r= resistencia del,relleno, en Ohm
Para,el caso de un lecho o cama de ánodos (más de
un anodo)cilindricm instalados en forma vertical
con relleno, la resistencia del lecho de ánodos,
eS taie*i Ia 5utm de la resistencia suelo-
ElìXlO,, tis la resistencia interna del lecho,
que se calcula dividiendo la resistencia interna
de un ánodo para el número de ánodos.
83
TJna vez calculada la resistencia eléctrica real
Uel sistema se veciflca si esta es igual 0 menor
al valor teórico obtenido por la Ley de Ohm
utilizando la corriente de protección y la
diferencia de potencial que genera el ánodo
seleccionado , en caso contrario, el sistema no
estara generando 'la corriente suficiente para
proteger la estructura.
De la misma manera que en el sistema anterior, el
procedimiento continúa con la determinación del número
de ánodos requeridos, y la resistencia eléctrica del
sistema, este último parámetro sirve ahora para
determinar el rectificador necesario para las
condiciones analizadas, debiendo por último verificarse/
si dicho sistema cuInplc con los requerimientos de
corriente antes calculados.
3.5.X Seleiccih del tipo de ánodo.
Los ánodos irertes con sus aplicaciones, desgastes
y formas geométricas se encuentran especificados
en tablas por los,fabricantes.
84
La selección consiste en determinar el material y
las dimensiones del ánodo que va a Ser
utilizado. Se debe tener en cuenta que el
desgaste indicado, en las tablas, es el esperado
para el rango de densidades recomendado.
Los ánodos inertes más comunes para estructuras
enterradas son Ics de grafito, y los de aleaciones
como hierrò-silicio, hierro-silicio-cromo o de
titanio.
j.2 C&lculo del númeró de ánodos.
La masa mínima de anados necesaria para proteger
la estructura, en, el 'tiempo estimado por el/
disefiador, se c+cuìa por la siguiente expresión:
M = D.V.'I / F (ec. 10)
Gonde:
M= masa de ánodos en kg
D= desgaste de lo:; ánodos en kg/aflo
V= vida estimada, en afios
1= corriente en amperios
F=- es el,factor de utilización(0,85)
85
Determinada la masa se establece,el número minimo
de anodos, dividiendo esta masa para la masa de
cada ánodo, según el tipo seleccionado. Este sera
el mínimo numero de ánodos que garantizara la
protecci6n . 'sel sistema durante el tiempo
requer-ido.
3.5.3 CXLculo de resistencias.
La resistencia total del circuito es la suma de la
resistencia del cátodo, la resistencia de los
cables, y la resissencia de contacto ánodo-
electrolito. Las primeras se calculan con el
IKlSTcLO procedimiento del sistema galvánico, aI
continuación se' detalla el procedimiento para el
calculo de la resistencia anodo-electrolito:
En forma similar,,'a los ánodos galvánicos, se
procede! a calcular la resistencia del ánodo,
cuando no esta en contacto con el suelo, sino con
el material cunductor'o relleno.
Para determxrar los ,valores de estas resistencias,
se utilizan las ecuaciones de H.B.Dwight, variando
.LOS paramctros, es co es :
86
Para hallar la resistencia ánodo-rellano de LLII
;?.nodo cilindrico instalado en posición vertical,
se utiliza la expresión:
Fiar= pr (In (8La/Da) -1 )/(2xLa) (ec. 11)
Dande: I
R= resistencia en Ohms.
pr= resistividad eléctrica del relleno (Ohm.cm)
La= largp del ánodo (cm)
Da= diáknetro del ánodo (cm).
Para hallar la resistencia del relleno,se utiliza
la misma zxpresibrl, pero el largo y diámetro
corresponden ahora ,a ias dimensiones del agujero
i2í-e contiene el relleno.
Para hallar la resistencia del suelo-relleno de un
ánodo cilíndrico instalado en posición vertical,
se utiliza la expresión anterior, variando los
parametros :
ps= resistividad elkctrica del suelo (Ohm.cm)
Lr= largo de la coluns?a de relleno (cm)
Dr= diámetro de la columna de relleno (cm).
87
Para hallar la desistencia 5uelo-relleno de un
lecho c% ánodos cillndricos 'instalados en posicion
vertical. :
Rsr== ps[ln (8Lr/Dr) -1 + (3LrjS) In (O,656N)]
/mQw
(ec. 12)
Donde:
Rsr= resistencia suelo-relleno en Ohms.
PS= resistividad electrica del suelo (Ohm.cm)
Lr- largo de la columna de relleno (cm)
Dr= diámetro de la columna de relleno (cm).
Para el c&o de un lecho o cama de ánodos (mas de
un anodo)cilindricos instalados en forma vertical
con relleno, el procedimiento para determinar la
resistencia del lecho ,de ánodos-electrolito es el
mismo que se uti.liza'para el sistema galvánico.
La corriente real que se entrega a través de los
ánodos, debe SF K igual 0 mayor que el valor
tebrico antes determinado, pero ahora el valor es
aumentado con un factor de seguridad de 1,2, es
def21r:
88
3.3 )
? 7 3 -> ,J _ . - .
i: ._ .” :,- ._: .*. _ . _ ,
-‘. A.. _-___- Le.‘..-- 2.2 :: (ec. 7.5 )
90
El alcance de protección proporciona la longitud
de tuberia, que de acuerdo a los parámetros del
medio y de la estructura, se va a encontrar en el
rango de protección (potenciales mayores a 850 mv,
en valor aSsoI.uto) ,dado por el diseñador.
A partir de la siguiente ecuación, se calcula la
atenuación de corriente en una 1ongitud(4):
LpL=((8xAE xe)/(IlC x pacero))1/2 (ec. 17)
Conde:
;OL= Longitud. de tubería protegida, en mts.
pacsro=17 x10-6 ohm-cm
LZCF= Densida'd de corriente,en Amp/m2
e=espesor de la tuberia, en cm
,^'=-;max -Emin de pro.Lección(lZOO-900=3OOmv)
R la densidad de corriente aplicada, se estima que
s-3 tendrán 2L :mts) protegidos,y por ende, cuantos
iechas, se pcdrian GivtriGu,ir a lo largo de la
_ It.L&eTirl, cada uno c~sn una corriente igual a la
Letal divida para el numero de lechos.
6 l%ini%LLSXS DE LAS .ECKLM!IONES DE RESISTENCIA DE ANODOS
Determinar la resistencia del sistema de proteccion
catodica es uno de los cálculos fundamentales en el
disedo, de su valor depende que el sistema provea la
corriente suficiente para proteger la estructura; por
tanto, debe buscarse obtener la resistencia mas baja
pcslble, pal-a que el sistema sea eficiente.
canalizando las ecuaciones de resistenciat5j para un
ánodo (ec. 11) o LI:: lecho de ánodos (PC. 12)
enterrados , podemos establecer, la influencia que
tienen ciertas variables, en el valor de la resistencia.
La resistividad del medio, que esta en contacto con el
ánodo, es un parámetro proporcional a la resistencia,
por lo tanto es conveniente que el medio donde se ubica
el lecho de ánodos tenga la menor resistividad posible.
El otro parámetro que tiene gran influencia en la
resistencia es el numero de ánodos, su aumento produce
W-l: disminución en el valor de la resistencia, sin
embargo este e f e c t oes m a y o r cuando se trabaja con
pocos ánodos, para números elevados (15 o mas), aumentar
el numero de ánodos' no disminuye considerablemente la
resistencia. /
_ .-_. -.--_; “.‘_ , -’ ., . . .,..... .i
93
Zn el m-todo de corriente impresa, el valor del voltaje
no esta restringido, como en el método galv&nico y su
valor depende de los parAmetros utilizados para calcular
la resistencia, los cual$s los fija el diseñador, con el
criterio de que es conveniente obtener un valor bajo de
resistencia, para obtener un bajo voltaje.
Esto hace que ITL, resistencia sea un parámetro de suma
importancia, tanto, gue se ha establecido un criterio,
u t i l i z a d o p o r muchos disenadores, para calcular todos
los prámetros a partir del valor máximo de resistencia
fijado por las caracteristicas del rectificador que este
disponible para se1 instalado.
Ul procedimiento consi,ste, en calcular la corriente y
cm el voltaje de un rectificador, determinar la
resistencia &xima que debe 'tener el sistema de
protección. Se asume que la resistencia del cátodo es el
15% de la resistencia' total y Po= tanto, las
resistencias del cable, del contacto lecho de ánodos-
relleno y del suelo-relleno serán el 85% restante, a
partir de este valor .$e determinan, los componentes del
sistema y sus dimensiones.
DES2RROLLO PEL SOF’J?WARlZ APLICADO AL DISEÑO- *__I
1 EXE’LICACI~ D E L SOl!‘TWKW.
E.L software, Procaten,' fue creado para diseflar
p r o t e c c i ó n catádica, en tuberias de acero enterradas .
Es-te sistema combina el proceso de cálculo y
selecciones(opcibn disedoj, antes detallado (Cap. III),
con dos opcihes ca1~,plemectarlas, gráficos y catálogos,
con el propósito,de CubFir requerimientos adicionales
del diseT(.ador, que permiten agilitar la operación de
diserio y c0nvkrti.r tar&ié:2 a P r o c a t e n , e n u n a
herrarc;ienta de análi.sis de sistemas catódicos,
La opción 'principal, DISEI?O, requiere de tres datos, dos
de ellos relacionados a la tuberia (área a proteger y
eficiencia'de revestimiento) y el tercero al suelo en el
que estS enterrada (resistividad) , para definir el
~~J:Ob~C3lld e iniciar el proceso de diseflo calculando la
ccrriente requerida.
95
Esta informacih inicial, se requiere en el cálculo de
la protección catbdica para estructuras de cualquier
forma 0 material, sin embargo el software está
restringido a tilberías de acero, por sus cálculos
posteriores, como los de resistencia y alcance de
protección, en los que deben estar definidas estas
condiciones.
A medida be el usuario, ejecuta el evento necesario
para desarrollar Iris cálculos, en la secuencia definida
en la pantalla principal de la opción diseño, se van
de¿._iminando los parhnetros que se requieren. Esta
secuencia está resxmida en el diagrama de flujo que se
muestra más adelante, (4.31, sin embargo el software se
creó de tal manera1 que a travks de mensajes con/
sugerencias 0 cuestionamientos, oriente al diseñador en
s! procesb.
Los datos que se requieren cn la secuencia de c&lculo,
se van solicitando a medida que el proceso avanza, en
1-1-s panta.ll(as de ingreso de datos. Se prefirib esta
fol‘rna, a una s61a pantalla en la que el usuario ingrese
toda la ir,for,mación requerida, p-w brinda &s
facilidades al usuario para analizar 0 evaluar la
información y desarrollar en forma tis eficiente el
dise-ña.
96
En la pantalla de resultados, se muestra la información
que define ei sistema de proteccibn catódica: Corriente,
número de ánodcis, resistencia, componentes y dimensiones
del lecho de ánodos.
Uno de los inconvenien.Les del diseno de estas
est.ructuras, es yue las condiciones del problema no se
Mantienen a lo largo de toda la tuberia, Procaten
presenta la ventaja, de su fkil y ágil manejo, por lo
que el usuario puede dividir la estructura en varios
tramos y repetii el prqceso para cada uno de ellos,
además durante el disefih $e estima el alcance de
protección, que brinda wa.referencia a'l disefiador, para
dividir en tramos la'tuberia.
Ciertos parámetros como por ejemplo,' la resistividad o
í.a eficiencia , no son exactos, y su valor es el
pLomedio de una serie de mediciones o depende del
criterio del diseñador. Sin embargo, pegueñas
variaciones en ellos, afectan considerablemente
resultados obtenidos. Por esto motivo, es de
los
gran
utilidad la ,posibilidad qe brinda el software, en
~Jiinter lugar de desarzoliar el proceso en forma
ordenada, progresiva y igil, y de recalcular el sistema
cori r:kevof dat CC , csKablecer comparaciones y aniìlisis,
,E;;tre varios sistemas, para seieccionar el más adecuado
segun la prioridad del diseñador.
97
Ai Lina1 de este procedimiento, es necesario verificar
que las condiciones:de la protección, se cumplan ( ver
cap. III), en caso de no ser asi, el software brinda al
usuario la posibilidad de recalcular ciertos parámetros
para modificar el sistema, hasta alcanzar el ideal.
Con el objetivo, de que el softwrare sea una
herrramienta que diserIe, en la 'forma mas eficiente
posible la protección' catódica, se creb una
alternativa para mej0,ra.r él sistema,a partir
res!ll.tados obtenidos, 'aplicando un criterio ,
por algunas' corrientes de disebadores , que se
opción
de los
seguido
basa en
el valor de,la resistencia como parámetro fundamental
de ciiefic ( ver capltV.lo III), para obtener siSteI&XS mas
eficientes con co3 'LJS menores. Su aplicación en el
software, se, basa en determinar con exactitud las
dimensiones del lecho de ánodos , según el transformador
que se vaya a instalar, las que están directamente
relacionadas con los costos, (cantidad de relleno,
cables, construcción,etc.). Se calcula ademas, en esta
opción alternativa, la cantidad de relleno mínima
(Aiãmetro del agujero), por desgaste del material,
asumiendo una razón de consumo de lkg/(Amp-silo), de tal
manera que el diseñador, pueda compararla con la
cantidad mínima necesaria para la distribucion de
CO~Li;ii>tr‘; y estab.l ecer, según su criterio, la cantidad
ã ilLi¡izar en la instalación.
38
Teniendo en cuenta, yue los costos son muchas veces
determinantes en un proceso de selección, el software,
ofrece a manera de ayuda una opción para estimar un
valor del costo del sistema de protección, basado en
s Q s componentes principales. Finalmente, el diseñador
cuenta con una opción para grabar sus resultados, y
t.ener , a manera de archivo, los trabajos que realice, lo
cual es muy útil. no sblo porque permite contar con
informacibn aplicable en proyectos similares, sino,
además, porque es necesaria, en caso de que se
planifique construir nuevas estructuras en las cercanfas
para prevenir problemas de interferencia.
La nomenclatura y las unidades utilizadas en el
software, son las mismas utilizadas en el desarrollo de
esta tesis, bajo el Sistema Internacional.
La ü~ci.b~~ GRAFICOS, del software tiene el objetivo de
dar la posibilidad al' disenador de realizar tres tiposI
de análisis, a través de tr'es gráficos:
- Gráficu de resistividad del suelo en función de la
!.ongitud de la tuberia, que permite evaluar las
condiciones' del medio(favorece o no a los procesos
corrosivos ) , estimar un valor promedio, o seleccionar
los tramos donde es más Conveniente colocar los ánodos.
99
- i;r&fico del potencial de la estructura-electrolito,
en función la longitud de la tuberia, para estudiar
las condiciones de la estructura, sus niveles de
corrosión, presencia de corrient-es de fuga, etc.
-Finalmente, brinda la posibilidad de graficar la
ecuación de la resistencia de un ánodo en contacto con
el electrolito, con la ventaja, de poder seleccionar
cualquiera de loc parámetros como variable y analizar su
influencia Sobre el valor de la resistencia. Esta
ecuación es una de las más importantes .en el cálculo de
la resistencia total, por lo que esta grafica permite
tener un criterio para fijar sus parámetros 0 establecer
la conveniencia 0 no, de una modificación en una
variable determinada,' buscando disminuir la resistencia
y por ende incrementar las corriente, favoreciendo a la
protección catódica. '
La opción CATALOGOS ,&htisface otro de los
requerimientos del disedador, pues al tener una amplia,
gama de posibilidades para seleccionar 105 componentes
de .un sistema catódico (tipos de Anodos, rellenos,
cables), dèbe contar con diversos tipos de catálogos o
folletos comerciales, durante el disefio, por este motivo
el software a través de esta opción, permite guardar los
componentes considerados más útiles por el disefiador.
100
zsta información puede ser renovada por el usuario,
segun lo desee y a ella puede tener acceso, en los pasos
en los que la opcibn diseiío solicita el ingreso, de
este tipp de datos.
-
2 liXT%ADAS Y SALIDAS.
Los parámetros que requiere el software, para ejecutar
cada una de sus opcl-rnes , así como los resultados que
nuestra, a partir de eStos da'zos son:
4.2.1 Diselio
- Cálculo de la corriente & protección
ingreso de datos: Resistividad del suelo, área a
protegerse de la tuberia Y eficiencia del
revestimiento de( la tuberia.
Resultados: Densidad de corFiente y corriente de
protección-
- Selección del tipo de protección
IngxeSo de datos: Protección galvánica 0 por
corriente impresa. Utiliza la corriente y la
resistividad ,del cálculo anterior, para sugerir el
tipo dt: protección al usuario, el mismo que debe
ingresar por teclado su selección.
101
Ingreso d.e datos : I%terial del. ttnodo, utiliza la
resistividad y el. rrktodo de protección, del paso
anterior, p <: JY s sugerir el mterial a;lódico.
Iilgrcso de datos: Vida estjmada y capacidad de
corriente s,i el Ctnodo 'es galvánico, o el desgaste,
si. es ,inerLe.
R~::~:ultados : Mc?.sa anC:Ikcr:
102
Del lecho de ánodos: Longitud y diámetro del
ánodo', longitud y diámetro del agujero para el
r e l l e n o ,separación entce Anodos, resistividad del
suelo en el que se van a enterrar los ánodos y
resistividad del relleno.
Resultados:, resistencia del cátodo(tubería), del
cable, del lecho de ánodos, del contacto suelo-
L‘c111 c110, y ‘In resistencia total del sistema de
protección.
Si el tipo de protección utilizada, es la de
corriente impresa, se agregan dos cálculos a la
secuencia:
CálCUlO d e :la corriente y voltaje del
rectificador 1
Ingreso de datos: utiliza la corriente y la
r-esistenc'ia total,antes calculada;
Resultados:Corriente y voltaje de salida .
- Cálculo del alcance de protección.
Ingresb de datos: utiliza la resistividad del
acero, los diámetros de la ttieria, el rango de
potencial d e protección y la densidad de
corriente, parbetros antes determinados.
Resultados:Longitud de la tuberia (ZL) protegida.
