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Sistemas de Protección Catódica (día 2)

Curso Básico y General sobre Protección Catódica
Tipos de Sistemas de Protección Catódica, Principios y consideraciones de diseño, Ánodos y Fuentes de corriente, Criterios de Selección de SPC

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Sistemas de Protección Catódica (día 2)

  1. 1. REPASO ¿Qué es la corrosión? “La corrosión es el deterioro de un material, generalmente un metal, que resulta de una reacción química o electroquímica con su entorno.” Fuente: NACE SP0169 (2013) ¿Cuánto cuesta la corrosión? Costos Directos: Diseño, manufactura y construcción Gestión de la corrosión (Inspección, Mantenimiento, Reparaciones, Sustitución de piezas) Costos Indirectos: Pérdida de productividad debido a las interrupciones, retrasos, fracasos y litigios. 3,1% PIB 2 3,5% PIB
  2. 2. REPASO ¿Cuánto cuesta la corrosión?  Perdidas Irreversibles de material  Perdida de funcionalidad del material  Causa de daños a terceros, lo que implica riesgos a la seguridad masiva.  Trastornos en la calidad de vida  Perdidas económicas. Hasta 3 y 4% del PIB de las principales economías. Comité NACE TG 200 - Economics of Corrosion Standard Tomando las previsiones necesarias se pueden reducir las consecuencias hasta un 30% con los Sistemas de Protección Catódica.
  3. 3. REPASO HISTORIA 1.300 AC ya los pueblos antiguos utilizaban el acero para fabricar sus herramientas y armamento (Hititas y Griegos). 400 AC Platón (sabio griego) ya había definido el óxido de hierro como herrumbre. Siglo XIII – edad media. Se descubre como fabricar el acero. Siglo XV / XVI – inicio de racionalismo. Georg Bauer (científico alemán) redefine la herrumbre como ferrugo o rubigo. Bauer es considerado padre de la mineralogía. Año 1824 – Edad Moderna. Sir Humphry Davy (Químico Inglés) considerado uno de los padres de la electroquímica a solicitud de la Marina de guerra Real inventa la técnica de protección catódica para proteger el metal del casco de los barcos. Año 1855. Henry Bessemer perfecciona la fabricación del acero. 2
  4. 4. REPASO ¿Cómo ocurre la corrosión? Todos los medios son corrosivos: Suelo, agua, atmósfera. CORROSIÓN Electrólito Metal anódico Metal catódico Contacto eléctrico Triángulo de La Corrosió n El ánodo y el cátodo tienen diferentes poténciales, creando una diferencia de voltaje entre ambos. La diferencia de potencial es la fuerza impulsora del proceso de corrosión. Electrolito CátodoÁnodo Conductor eléctrico Flujo de electrones ionesiones ++ ionesiones -- Celda Electroquímica La corrosión en condiciones ambientales normales es un proceso electroquímico (también llamado corrosión galvánica).
  5. 5. REPASO ¿Cómo ocurre la corrosión? La tendencia del metal a corroerse en una celda galvánica es determinado por su posició n en la “serie galvánica” (o serie electroquímica). ánodoánodo cátodocátodo Flujo de electrones e-Flujo de electrones e- electrolitoelectrolito MM ↔↔ Mn+ + ne-Mn+ + ne- Mn+ + ne-Mn+ + ne- ↔↔ MM Los metales se corroen a través de la aparición simultánea de reacciones de oxidación y reducción. LA CORROSIÓN GALVÁNICA es la acción electroquímica de dos metales diferentes (tanto en composición química, tratamiento térmico, sistemas de recubrimiento o pintura en cada material, etc), que están en contacto mediante un conductor eléctrico y en presencia de un medio corrosivo.
  6. 6. Serie Galvánica Catódicos Anódicos Aceros inoxidables Bronces y latones Hierro y acero REPASO
  7. 7. DIAGRAMAS DE POURBAIX o de Pontencial vs pH, representaciones gráficas de la estabilidad de un metal y sus productos de corrosión en función del potencial y el pH de la solución acuosa. El metal permanece en forma metálica El metal pasa a una forma iónica. El metal forma capas de productos con el Oxígeno y el Hidrógeno, que podrían inhibir el proceso corrosivo. -0,85 -1,10 2H+ = H2 + 2e- Fe2O3 Fe3O4 Fe Fe2+ Fe3+ H2 Si el pH disminuye, aumenta la concentración de los iones H+ entonces aumenta la corrosión Si el pH disminuye, aumenta la concentración de los iones H+ entonces aumenta la corrosión CORROSIÓN REPASO
  8. 8. REPASO La electricidad se produce cuando los electrones se liberan de sus átomos. (EJEMPLO átomo de Cobre) La corriente o intensidad eléctrica es el flujo de carga por unidad de tiempo que recorre un material. Se debe al movimiento de los electrones en el interior del material. Se mide en (A) amperios. El voltaje es el diferencial de potencial eléctrico entre dos puntos (∆E), al establecer un contacto del flujo de electrones ocurre una transferencia de energía de un punto al otro, debido a que los electrones (de carga negativa) son atraídos por protones (con carga positiva), y a su vez, que los electrones son repelidos entre sí por contar con la misma carga. Se mide en (V) Voltios. Resistencia es la medición de la propiedad de los cuerpos de conducir y oponerse al paso de la corriente eléctrica. Se mide en (Ω) Ohmios. Nociones básicas
  9. 9. REPASO  celda galvánica o pila. Si la celda electroquímica produce energía eléctrica, causada por el consumo de energía química.  celda electrolítica. Si la celda electroquímica consume corriente de una fuente de corriente externa, almacenando como consecuencia energía química.  celda de corrosión. Es una celda o pila galvánica en la cual las reacciones electroquímicas que tienen lugar conducen a la corrosión. LaLa celda electroquímica es un sistema o arreglo mediante el cual la energíaes un sistema o arreglo mediante el cual la energía se manifiesta en la forma de electricidad a raíz de reacciones químicasse manifiesta en la forma de electricidad a raíz de reacciones químicas espontáneas o viceversa, la energía eléctrica origina reacciones químicas noespontáneas o viceversa, la energía eléctrica origina reacciones químicas no espontáneas.espontáneas. La fem Es la máxima diferencia de potencial entre dos electrodos de una celda galvánica, cuya medida es entonces la fuerza directriz de las reacciones de la celda y que determinan el trabajo que realiza como generador de energía. El consumo de energía química se manifiesta como energía eléctrica y se mide como sabemos en Voltios.
  10. 10. REPASO Fundamentos de Protección Catódica Relación entre el potencial y la corriente Diagrama de Evans Potencial (Log)Corriente (-V) (A) Ea0 Ec0 Ea Ec corriente decorrosión corriente deproteccióntotal corriente protecciónparcial ic ia ip Ecorr Ic = ia + ip Ia = 0 Entonces: ic = ip y Ec = Ea0 Ic = ia + ip Ia = 0 Entonces: ic = ip y Ec = Ea0
  11. 11. Sistemas de Protecció n Cató dica
  12. 12. Sistemas de Protecció n Cató dica La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que se basa en los principios de electroquímica para proteger estructuras, comúnmente de acero (puede haber variante en otro tipo de materiales), por medio de un conjunto de accesorios o elementos que se combinan con la misma estructura para inducir su protección contra el fenómeno de la corrosión (galvánica principalmente) y constituyéndose así como un sistema de protección catódica. ¡¡¡ Importante !!! La protección catódica se aplica a la superficie o área expuesta del metal, y no tiene relación con su volumen o espesor, por lo mismo, los recubrimientos o pinturas anticorrosivas son un complemento indispensable de los sistemas de protección catódica 3
  13. 13. Sistemas de Protecció n Cató dica Tipos de Sistemas de Protecció n Cató dica Ánodos Galvánicos  Aprovechan el potencial natural de la estructura.  Funciona mejor en electrolitos de baja resistividad.  Ideal para estructuras de difícil acceso.  No requieren de fuentes de poder externas. Corriente Impresa  El potencial de protección es inducido por medio de una fuente de poder externa.  Son versátiles, pues su potencial puede ser modificado según las condiciones eventuales, pueden ser automatizados. 2
  14. 14. Sistema de Protecció n Cató dica por Ánodos Galvánico (AG) Sistemas de Protecció n Cató dica Ánodo GALVÁNICO Mg o Zn Backfill del ánodo EstructuraEstructura ((tubería)) Cable conectado a la estructura Cable al ánodo o lecho de ánodos Poste de prueba shunt Base terminal Caja de interconexión Conector de prueba FLUJO DE CORRIENTE Distancia del lecho a la estructuraDistancia del lecho a la estructura Nivel del suelo Backfill del lecho Los ánodos galvánicos no son rellenados con coque como los ánodos por corriente impresa porque surge una celda entre el material del ánodo y el coque que destruiría el ánodo rápidamente y por lo tanto estos no cumpliría su función. 2
  15. 15. 8 SISTEMA DE PROTECCIÓN CATÓDICA POR ÁNODOS GALVÁNICOS (EJEMPLO TANQUES)
  16. 16. Sistemas de Protecció n Cató dica Sistema de Protecció n Cató dica por Corriente Impresa (CI) COQUE BACKFILL Fuente: Hanbook of CATHODIC CORROSIÓN PROTECTION. W. Von Baeckmann
  17. 17. 9 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA FUNCIONAMIENTO
  18. 18. 10 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA (ELEMENTOS SUPERFICIE / BAJO TIERRA)
  19. 19. PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA (EJEMPLO EN EL CASCO DE UN BARCO)
  20. 20. 20 PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA (EJEMPLO EN EL CASCO DE UN BARCO)
  21. 21. Principios y consideraciones de diseñ o VENTAJAS No requiere de una fuente de alimentación externa es necesaria. La instalación es relativamente fácil. Los costos son bajos para los casos que requieren baja corriente. Los costos de mantenimiento son mínimos después de la instalación. Los problemas de interferencia (corrientes parásitas) en estructuras distintas de la protegida son raros. Los ánodos de sacrificio pueden venir unidos directamente a tanques nuevos de fabrica. El método es eficaz para la protección de pequeñas estructuras eléctricamente aislados. DESVENTAJAS La conductividad de potencial es limitada, y la salida de corriente es baja. El método puede no ser práctico para su uso en suelos con muy alta o muy baja resistividad. El método no es aplicable para la protección de grandes estructuras de acero desnudo. La vida del ánodo puede ser corta cuando se trata de la protección de grandes superficies de acero desnudo. Ánodos galvánicos o de sacrificio Fuente: API RP 1632 (2010)
  22. 22. Corriente Impresa VENTAJAS Disponibilidad de potencial de conducción grande. Salida alta de corriente capaz de proteger estructuras de acero subterráneo con un bajo costo de operación. Posibilidad de un control flexible de salida de corriente. Aplicabilidad a casi cualquier resistividad del suelo. Capacidad de proteger grandes estructuras de acero desnudo. DESVENTAJAS Pueden causar problemas de interferencia (corrientes parásitas) en estructuras extranjeras. La corriente puede ser deliberadamente o involuntariamente desconectado y protección eliminado. Los sistemas deben ser monitoreados y mantenidos en un horario regular. Los sistemas pueden dañar los revestimientos si el nivel de salida de corriente es demasiado alta. En comparación con los sistemas de ánodo de sacrificio, los costes de mantenimiento y de funcionamiento son más altos. Fuente: API RP 1632 (2010) Principios y consideraciones de diseñ o
  23. 23. 30 CORRIENTES PARÁSITAS
  24. 24. Se deben considerar a los siguientes factores en el desarrollo de diseños de protección catódica para estructuras enterradas:  Resistividad del suelo.  Requisitos actuales y futuras.  La vida del sistema de protección catódica en relación con la vida prevista de las estructuras a proteger.  Presencia de corrientes parásitas de otras fuentes.  Ubicación de los ánodos para proporcionar corriente de protección uniforme.  Condición de las estructuras a ser protegidas (nueva o vieja, cubierta o desnuda).  Minimizar la salida de corriente excesiva que puede dañar los revestimientos de la estructura o que pueda producir interferencias con estructuras cercanas enterradas.  La fiabilidad de los componentes del sistema de protección catódica. Fuente: API RP 1632 (2010) Principios y consideraciones de diseñ o
  25. 25. En algunos casos, en el sitio puede ser necesarios hacer sondeos para obtener la información necesaria para diseños específicos. En otros casos, los diseños pueden ser lo suficientemente versátiles como para cubrir un amplio rango de las condiciones que pudieran encontrarse. La instalación de los sistemas de protección catódica implica el uso de conductores de alambre que conectan a los ánodos con las estructuras, a los ánodos con las estaciones de prueba, y a los ánodos con los rectificadores. La ubicación exacta del cableado y los ánodos debe identificarse cuidadosamente en un plano, tanto del terreno como de la instalación, y una copia del mismo debe ser mantenida por el propietario o custodio de la infraestructura. Fuente: API RP 1632 (2010) Principios y consideraciones de diseñ o
  26. 26. ÁNODOS Los diversos tipos de materiales que se utilizan como ánodos se escogen en función de sus prestaciones y del medio donde serán colocados. Deben poseer las propiedades siguientes: 1. Bajo consumo, lo cual se traduce en un costo razonable de amperios/año. 2. Densidad de corriente elevada, es decir, debe tener un elevado rendimiento eléctrico (A.h/Kg). 3. Pequeñas dimensiones y versatilidad geométrica. 4. Baja resistividad, y desgaste homogéneo. 5. Buena resistencia mecánica. 6. Potencial de disolución suficiente para polarizar la estructura (-0,8 V en el caso del acero).
  27. 27. CARACTERÍ STICAS DE LOS ÁNODOS GALVÁNICOS Fuente: PDVSA HA-201 - 2010 PDVSA EM–28–07/01 MIL-A-21412A -1995 ASTM B843-13 PDVSA EM–28–07/02 ASTM B418-12 MIL-DTL-18001L-13 ASTM F1182-13 NACE TM0190 3
  28. 28. ÁNODOS DE ALUMINIO TrapezoidalesTrapezoidales Forma de gotasForma de gotas BotonesBotones CollaresCollares DiscosDiscos AG
  29. 29. ÁNODOS DE ZINC BarrasBarras BloquesBloques Tubulares empaquetadosTubulares empaquetados BrazaletesBrazaletes CollaresCollares BotonesBotones AG
  30. 30. ÁNODOS DE MAGNESIO AG
  31. 31. Nota: N: No recomendado L : Si está colgado en agua, no hay límite N/L: Sin límite PROPIEDADES DE LOS ÁNODOS DE CORRIENTE IMPRESA PDVSA PI–05–02–04 NACE TM0108-2012 PDVSA EM–28–07/04 PDVSA PI–05–02–03 ASTM A518_A518M-2012ASTM A518_A518M-2012 MIL-DTL-24625A MIL-A-18279C-1984 5 Fuente: PDVSA HA-201 - 2010
  32. 32. ÁNODOS DE Fe-Si- Cr CI
  33. 33. ÁNODOS DE GRÁFITO CI
  34. 34. ÁNODOS DE TITANIO CI
  35. 35. LECHO DE ÁNODOS Lecho profundo de ánodos se define cuando un ánodo o grupo de ánodos se encuentran enterrados 15 metros (50 pies) por debajo de la superficie de la tierra. Lecho profundo de ánodos se define cuando un ánodo o grupo de ánodos se encuentran enterrados 15 metros (50 pies) por debajo de la superficie de la tierra. NACE SP0572-2007 PDVSA EM–28–07/03-1990 Conexión soldada aislada AS/NZS 2832.1:2015 3
  36. 36. 11 Soldadura Exotérmica
  37. 37. 21 Soldadura Exotérmica (Procedimiento)
  38. 38. 22 TAMAÑOS Y TIPOS DE CABLE
  39. 39. LECHO DE ÁNODOS Horizontal
  40. 40. LECHO DE ÁNODOS Vertical Lecho Profundo Mobile Drill
  41. 41. 23 MOBILE DRILL
  42. 42.  La protección catódica por corriente impresa requiere de una fuente de corriente externa, normalmente la corriente se suministra al sistema de protección catódica a través de un rectificador/transformador AC/DC.  Como condición sine qua non la impresión de corriente debe mantenerse constante pese al paso del tiempo.  Un sistema de corriente impresa debería poder funcionar permanentemente al menos durante 10 años. FUENTES DE CORRIENTE
  43. 43. Son equipos convertidores de corriente ac/dc, basado en diodos deSon equipos convertidores de corriente ac/dc, basado en diodos de silicio.silicio. Permiten el ajuste manual o electrónicoPermiten el ajuste manual o electrónico de corriente y la tensión de salida.de corriente y la tensión de salida. Para protección catódicaPara protección catódica normalmente se utilizan delnormalmente se utilizan del tipo monofásicos.tipo monofásicos. Los rectificadores enfriadosLos rectificadores enfriados porpor aireaire manejan un rangomanejan un rango máximo de tensión y corrientemáximo de tensión y corriente desde 10 VDC Hasta 120 VDCdesde 10 VDC Hasta 120 VDC y desde 10 Amp hasta 200 Amp.y desde 10 Amp hasta 200 Amp. Los rectificadores enfriadosLos rectificadores enfriados porpor aceiteaceite manejan un rango máximomanejan un rango máximo de tensión y corriente DCde tensión y corriente DC desde 10 hasta 150 VDC y desde 10 hasta 250 Amp.desde 10 hasta 150 VDC y desde 10 hasta 250 Amp. TRANSFORMADORES RECTIFICADORES (TR)
  44. 44. Permiten el paso de la corriente en un solo sentido.Permiten el paso de la corriente en un solo sentido. Estos aparatos se alimentan con corriente alterna.Estos aparatos se alimentan con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monofásico estará constituido por unSi se trata de un rectificador monofásico estará constituido por un transformador monofásicotransformador monofásico, alimentado en el primario a, alimentado en el primario a 110 o110 o 220 V220 V (tensión de la red de distribución).(tensión de la red de distribución). La tensión de salidaLa tensión de salida puede ajustarsepuede ajustarse según las necesidades. Unsegún las necesidades. Un puente monofásicopuente monofásico reductorreductor, compuesto por, compuesto por 4 diodos4 diodos o grupos de diodos de selenio oo grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corrientesilicio. Este puente reduce las dos alternancias de la corriente monofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágilmonofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágil que el silicio.que el silicio. Un voltímetroUn voltímetro permite controlar lapermite controlar la tensión de salidatensión de salida yy unun amperímetro la intensidad totalamperímetro la intensidad total. La tensión de salida puede ser. La tensión de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o por medio de un "regulada con ayuda de regletas o por medio de un "variadorvariador", el", el cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo.cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo. TRANSFORMADORES RECTIFICADORES (TR)
  45. 45. PDVSACPV–E–H–02600 Negativo (-) Lechos de ánodos Positivo (+) CORRIENTE DIRECTA Estructura CAJA DE DISTRIBUCIÓN RECTIFICADOR PDVSA EM–28–07/05 NEMA 250-2014 Transformer monophasic CORRIENTE ALTERNA CORRIENTE ALTERNA 110/220V (input) Bridge monophasic 4 diodes output voltage output current intensity variac variac 2
  46. 46. 12 TRANSFORMADOR / RECTIFICADOR
  47. 47. Criterios de Selecció n
  48. 48. CRITERIO DE SELECCIÓN DE LOS SPC VS TIPO DE ESTRUCTURA ESTRUCTURA Tipo SPC Observación Estándar recomendado Fondos de Tanques de almacenamiento CI Si el tanque es muy pequeño se puede emplear AG. API RP 651-2014 NACE RP0193-2001 PDVSA HA-201 2010 Interior de tanques de almacenamiento de agua AG o CI NACE SP0196-2011 NACE SP0388-2014 ANSI/AWWA D104-2011 ANSI/AWWA D106-2010 Tanque enterrado AG o CI NACE SP0285-2011 Tuberías de gas/crudo o agua sumergida o enterrada CI NACE SP0169-2013 ASME B31.4-2012 (Refer) PDVSA HA-201 2010 DNV-RP-B401-2010 (offshore) DNV-RP-F103-2010 (offshore) ISO 15589-1 (on-land) ISO 15589-2 - 2004(offshore) NORSOK M-503 2007 (offshore) Cruces de carreteras AG PDVSA H–201–O-1998 API RP1102-2007 Tuberías de distribución de gas AG PDVSA HA-201 (2010) NACE SP0169-2013 ASME B31.8-2012 (Refer) DNV-RP-F103-2010 (offshore) Muelles, Pilotes AG o CI PDVSA HA-201 2010 NACE SP0176-2007 (offshore) NACE Publication 7L198 Tablaestacas AG o CI En canales de agua de mar se utiliza CI, muelle frente al mar se utiliza AG PDVSA HA-201 2010 NACE SP0176-2007 (offshore) NACE Publication 7L198-2009 Barcos AG o CI PDVSA HA-201 2010 UNE -EN 16222 (2013) API RP 14F (2013) Gabarras AG si la gabarra posee fuente de energía también se puede utilizar CI PDVSA HA-201 (2010) PDVSA PI–05–03–04 (2002) UNE -EN 16222 (2013) API RP 14F (2013) Pozos de hidrocarburos o agua CI PDVSA HA-201 2010 API Spec 17D (2013) tuberías de revestimientos o casings AG NACE SP0186-2007 NACE TPC 5-1999 Plataformas offshore AG o CI DNV-RP-B401-2010 ISO 15589-2 - 2004(offshore) NACE SP0176-2007 (offshore) NACE Publication 7L198-2009
  49. 49. TEXTOS SAGRADOS DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA NACE SP0169 DNV RP B-401 PDVSA HA-201
  50. 50. 15 CRITERIOS DE PROTECCIÓN CATÓDICA NACE SP 0169
  51. 51. DNV RP B401 3
  52. 52. PDVSA HA-201 4
  53. 53. NACE RP0169NACE RP0169 // ISO 15589-1ISO 15589-1 Estructuras enterradas en suelos de alta resistividad pueden ser usados potenciales menos negativos que –850 mV EDR-Cu/CuSO4  100 mV EDR-Cu/CuSO4 de Polarización ( E∆ ) pueden ser suficientes para alcanzar el control de la corrosión entre la superficie del metal y el electrolito 750 mV EDR-Cu/CuSO4 para resistividad de suelos entre 10.000 a 100.000 Ω.cm 650 mV EDR-Cu/CuSO4 para resistividad de suelos mayor a 100.000 Ω.cm En presencia de BSR puede ser usado potenciales más negativos que –950 mV EDR-Cu/CuSO4 Para evitar daños en el revestimiento el potencial no debe ser más negativo de –1200 mV EDR-Cu/CuSO4 Criterios de Funcionamiento de la Protecció n Cató dica
  54. 54. Pasos para la implantació n
  55. 55. Cálculos ANODOS GALVÁNICOSANODOS GALVÁNICOS CORRIENTE IMPRESACORRIENTE IMPRESA SPCSPC VIABILIDADVIABILIDAD ECONÓMICAECONÓMICA VIABILIDADVIABILIDAD ECONÓMICAECONÓMICA RECOLECCIÓN DATARECOLECCIÓN DATA RESISTIVIDAD AGUA/SUELORESISTIVIDAD AGUA/SUELO COMPOSICIÓN QUÍMICA, BSRCOMPOSICIÓN QUÍMICA, BSR pH y CONTENIDO DE CLORUROSpH y CONTENIDO DE CLORUROS TIPO DE ESTRUCTURATIPO DE ESTRUCTURA ÁREA A PROTEGER / UBICACIÓNÁREA A PROTEGER / UBICACIÓN REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO)REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO) RECOLECCIÓN DATARECOLECCIÓN DATA RESISTIVIDAD AGUA/SUELORESISTIVIDAD AGUA/SUELO COMPOSICIÓN QUÍMICA, BSRCOMPOSICIÓN QUÍMICA, BSR pH y CONTENIDO DE CLORUROSpH y CONTENIDO DE CLORUROS TIPO DE ESTRUCTURATIPO DE ESTRUCTURA ÁREA A PROTEGERÁREA A PROTEGER REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO)REVESTIMIENTO (ESPESOR Y TIPO) 11 11 Selección tipo de ÁNODOSelección tipo de ÁNODO UUBICACIÓNBICACIÓN Y CY CANTIDADANTIDAD Selección tipo de ÁNODOSelección tipo de ÁNODO UUBICACIÓNBICACIÓN Y CY CANTIDADANTIDAD Cálculo RESISTENCIA CircuitoCálculo RESISTENCIA Circuito RECTIFICADORRECTIFICADOR VVOLTAJEOLTAJE, U, UBICACIÓN,BICACIÓN, EENFRIAMIENTONFRIAMIENTO 22 22 PREPARAR DOCUMENTOS ESPECIFICACIONES Y PLANOS 33 5
  56. 56. DemandadeCorriente (A) Resistividad del Suelo (Ω-cm) SELECCIÓN DEL SPC Corriente Impresas Ánodos Galvánicos (Mg) 0 1.0 2.0 3.0 2000 4000 6000 8000 100000
  57. 57. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  58. 58. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  59. 59. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  60. 60. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  61. 61. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA 1
  62. 62. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  63. 63. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  64. 64. RECOLECCIÓN DE DATA 1 TIPO DE ESTRUCTURA
  65. 65. RECOLECCIÓN DE DATA 1 Asentamiento de un tanque Superficie expuesta de una tubería (h) CAPS de recipientes o tanques enterrados En los programas de diseño computarizado se pueden calcular el área de superficies de formas complejas, por ejemplo: el área en contacto, sumergida o de la obra viva del casco de un barco En los programas de diseño computarizado se pueden calcular el área de superficies de formas complejas, por ejemplo: el área en contacto, sumergida o de la obra viva del casco de un barco ÁREA A PROTEGER CÁLCULOSCÁLCULOS 4
  66. 66. RECOLECCIÓN DE DATA 1 % ÁREA DESNUDA (SIN REVESTIMIETO) “Para estructuras revestidas, es necesario estimar la superficie total sobre la cual el revestimiento no es efectivo (% de área desnuda) y en base a ésta, determinar los requerimientos de corriente.” Ref.: PDVSA HA-201(2010) * Depende del tipo de revestimiento Área a Proteger = Área calculada x % Área DesnudaÁrea a Proteger = Área calculada x % Área Desnuda CÁLCULOSCÁLCULOS 2
  67. 67. 16 IMPORTANCIA DEL TAMAÑO DE LA ESTRUCTURA
  68. 68. RECOLECCIÓN DE DATA 1 DENSIDAD DE CORRIENTE Cantidad de corriente que circula por unidad de área o superficie, generalmente expresada como A/m² o mA/m² y mA/ft² , que sirve para obtener protección catódica. Varía dependiendo del ambiente, resistividad del electrolito y de la estructura a ser protegida. DENSIDAD DE CORRIENTE Cantidad de corriente que circula por unidad de área o superficie, generalmente expresada como A/m² o mA/m² y mA/ft² , que sirve para obtener protección catódica. Varía dependiendo del ambiente, resistividad del electrolito y de la estructura a ser protegida. Ref.: PDVSA HA-201(2010) 1
  69. 69.  Resistencia dieléctrica  Fuerte adhesión  Resistencia Alcalina  Resistencia Iónica  Resistencia al paso de electrones  Óptimo espesor. USO DE REVESTIMIENTOS EN PROTECCIÓN CATÓDICA “Un revestimiento protector es cualquier material o sistema que aísla eléctrica y químicamente el sustrato conductor”. Propiedades físicas y químicas para su efectividad: RECOLECCIÓN DE DATA Problemas especiales Recubrimientos inorgánicos Materiales vinílicos 1
  70. 70. CONSECUENCIAS DE UN REVESTIMIENTOS MAL SELECCIONADO Y/O APLICADO Ampollamiento por hidrógeno Delaminación por depósitos calcáreos RECOLECCIÓN DE DATA 1 En revestimientos porosos o con alta transferencia de humedad (ej FBE) se puede formar una capa de agua entre la interfase metal-revestimiento, entonces, los electrones presentes reaccionan con los iones hidrógenos libres formando hidrogeno gas. Este hidrógeno al tratar de escapar a la superficie, genera ampollas en el revestimiento. En revestimientos porosos o con alta transferencia de humedad (ej FBE) se puede formar una capa de agua entre la interfase metal-revestimiento, entonces, los electrones presentes reaccionan con los iones hidrógenos libres formando hidrogeno gas. Este hidrógeno al tratar de escapar a la superficie, genera ampollas en el revestimiento. 2 Los depósitos calcáreos formados por la reacción entre iones hidroxil y electrones que pasan a través del revestimiento, son neutralizados en la interfase metal-revestimiento, empujando hacia fuera el revestimiento fracturándolo y astillándolo. Los depósitos calcáreos formados por la reacción entre iones hidroxil y electrones que pasan a través del revestimiento, son neutralizados en la interfase metal-revestimiento, empujando hacia fuera el revestimiento fracturándolo y astillándolo.
  71. 71. RECOLECCIÓN DE DATA 1 Densidades de corrientes requeridas para protección catódica de estructuras metálicas revestidas Tipo de Revestimiento Densidad de Corriente (mA / m2 ) Tricapa de Poliolefinas (3LPE / 3LPP) 0.03 FBE (Resina Epóxica en polvo) 0.10 Polietileno Extruido 0.10 Brea Epóxica 0.75 Cinta de Polietileno (Polyken) 1.25 Sin revestimiento 10 - 30 (1) PDVSA HA 201-2010. Criterios de diseño para sistemas de protección catódica (2) NACE SP0169-2013. Especificación de ingeniería criterios de diseño para sistemas de protección catódica USO DE REVESTIMIENTOS EN PROTECCIÓN CATÓDICA
  72. 72. Ref.: NACE SP0176 (2007) RECOLECCIÓN DE DATA 1 3030Plataforma continental Venezuela (barro) Plataforma continental Venezuela (barro) 8080Plataforma continental Venezuela (agua) Plataforma continental Venezuela (agua) 50 a 10050 a 100Lago de MaracaiboLago de Maracaibo mA/m2mA/m2 RegiónRegión 1
  73. 73. 17 CONDUCTIVIDAD DEL ELECTRÓLITO
  74. 74. RECOLECCIÓN DE DATA 1 Ref.: PDVSA HA-201(2010) RESISTIVIDAD DE SUELO RESISTIVIDAD ES LO INVERSO A LA CONDUCTIVIDAD RESISTIVIDAD ES LO INVERSO A LA CONDUCTIVIDAD 1
  75. 75. Ref.: DNV RP B401 (2011) – Anexo A RECOLECCIÓN DE DATA 1 1
  76. 76. RECOLECCIÓN DE DATA 1 RESISTIVIDAD DE SUELO Diagrama típico de estudio de resistividad de 1000 Ω = K Ω 100 cm = 1 m Ωm = 10xK Ωcm m ó km 2
  77. 77. 18 RESISTIVIDAD DEL ELECTRÓLITO (INFLUENCIA DE LA HUMEDAD)
  78. 78. Ref.: PEABODY’S Control of Pipeline Corrosion. Second edition - 2001 RECOLECCIÓN DE DATA 1 COMPOSICIÓN QUÍMICA DE SUELO Ref.: PDVSA HA-201(2010) 1
  79. 79. RECOLECCIÓN DE DATA 1 BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS Estas bacterias aumentan el requerimiento de potencial de protección debido a la despolarización resultante de la producción de sulfuros (FeS). BSR Ref.: UHLIG’S CORROSION HANDBOOK. 2000Ref.: UHLIG’S CORROSION HANDBOOK. 2000 Es un factor que puede alterar las características del electró lito Las BSR aparecen preferiblemente en ambientes cuyo pH varía entre 6 y 8 (cercano al pH neutro). Para el conteo de BSR se utilizan los procedimientos estandarizados y descritos en la normas de referencia: • API RP-38 “Recommended Practice for Biological Analysis of Subsurface Injection Waters” • NACE TM0194 “Field Monitoring of Bacterial Growth in Oil and Gas Systems” • NACE TM106 “Detection, Testing, and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) on External Surfaces of Buried Pipelines” • ASTM D4412 “Sulfate-Reducing Bacteria in Water and Water-Formed Deposits” Para el conteo de BSR se utilizan los procedimientos estandarizados y descritos en la normas de referencia: • API RP-38 “Recommended Practice for Biological Analysis of Subsurface Injection Waters” • NACE TM0194 “Field Monitoring of Bacterial Growth in Oil and Gas Systems” • NACE TM106 “Detection, Testing, and Evaluation of Microbiologically Influenced Corrosion (MIC) on External Surfaces of Buried Pipelines” • ASTM D4412 “Sulfate-Reducing Bacteria in Water and Water-Formed Deposits” 1
  80. 80. SELECCIÓN DE ANODOS 2 GALVÁNICOS o CORRIENTE IMPRESA Corriente = Área a x Densidad deCorriente = Área a x Densidad de Proteger CorrienteRequerida Vida útil Ánodo Capacidad Drenaje de Corriente del Ánodo Peso del Ánodo Rendimiento Factor de Utilización Intensidad de Corriente = x x x 1 año = 8.760 horas CÁLCULOSCÁLCULOS Ref.: PDVSA HA-201(2010) – Sección 9 ÁnodosÁnodos GalvánicosGalvánicos Ánodos porÁnodos por CorrienteCorriente ImpresaImpresa
  81. 81. SELECCIÓN DE ANODOS 2 GALVÁNICOS o CORRIENTE IMPRESA Número de Ánodos Corriente Total Requerida Corriente drenada Por Ánodo = CÁLCULOSCÁLCULOS Resistencia SPC Resistencia Estructura/suelo Resistencia Estructura ResistenciaResistencia ÁnodosÁnodos Resistencia Cables= + + + Ref.: PDVSA HA-201(2010) – Sección 9 1
  82. 82. RECTIFICADOR 2 CORRIENTE IMPRESA Voltaje Rectificador Corriente Requerida Resistencia SPC= x CÁLCULOSCÁLCULOS Ref.: PDVSA EM-28-07/05 (1990) – Sección 4
  83. 83. 19 ZONAS PELIGROSAS PARA INSTALACCIÓN DEL RECTIFICADOR
  84. 84. DOCUMENTOS ESPECIFICACIONES Y PLANOS 3 LISTA DE DOCUMENTOS QUE DEBE TENER UN PROYECTO DE PC 3
  85. 85. CÓMPUTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS
  86. 86. CÓMPUTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS
  87. 87. CÓMPUTOS DE MATERIALES Y EQUIPOS El costo del personal equivale ~ 70% del presupuestoEl costo del personal equivale ~ 70% del presupuesto 1
  88. 88. CÓMPUTOS DE OBRAS A EJECUTAR
  89. 89. VIABILIDAD ECONÓMICA “El costo de protección catódica un sistema bien diseñado sólo es un pequeño porcentaje de la inversión total de la instalación protegida. Preferiblemente este porcentaje no debe exceder del 5 %.” Ref.: PDVSA HA-201(2010) – Sección 18 Ref.: CORROSIÓN CONTROL Vol 2. L.L. Sheir, R.A. Jarman, G.T. Burstein En el diseño de protección catódica se busca lograr un equilibrio económico entre los costos de instalación, los costos de mantenimiento, el costo inicial de las unidades de energía y el consumo de energía. En este último punto debido a que tanto el costo del rectificador como el costo de la energía eléctrica consumida son circunstanciales sobre la tensión de funcionamiento del sistema, es necesario mantener la tensión de funcionamiento lo más baja posible; y por esta misma razón, contar con un lecho anódico de baja resistencia cuando sea económicamente posible. 3

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