DÍA 3
REPASO
La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que
se basa en los principios de electroquímica para proteger estructuras
de acero por medio de un conjunto de elementos que se combinan
con la misma estructura para inducir su protección contra el
fenómeno de la corrosión constituyéndose así como un sistema de
protección catódica.
Tipos de Sistemas de Protecció n
Cató dica
Ánodos Galvánicos
Corriente
Impresa
REPASO
VENTAJAS
No requiere de una fuente de alimentación
externa, fácil instalación, bajos costos (baja
corriente, mantenimiento mínimo), pueden ser
parte integral de la estructura y es eficaz para
la protección de pequeñas estructuras
eléctricamente aislados.
DESVENTAJAS
Potencial limitado (corriente baja), no es
aplicable para proteger grandes estructuras
desnuda porque la vida del ánodo puede ser
corta.
VENTAJAS
Potencial grande (salida alta de corriente),
control flexible de salida de corriente, aplicable a
casi cualquier resistividad del suelo, se puede
proteger grandes estructuras de acero desnudo.
DESVENTAJAS
Pueden causar problemas de interferencia o
daños del revestimiento (corrientes parásitas y
altas), Los sistemas deben ser monitoreados y
mantenidos regularmente, los costos de
mantenimiento y de funcionamiento son más
altos.
Fuente: API RP 1632 (2010)
REPASO
Principios y consideraciones generales de diseñ o
(1) Resistividad del suelo,
(2) Ubicación de los ánodos (corriente de protección uniforme),
(3) Requisitos actuales y futuras,
(4) La vida del sistema de protección catódica y de las estructuras a proteger
(nueva o vieja),
(5) Presencia de corrientes parásitas y control de la salida de corriente,
(6) fiabilidad de los componentes del sistema,
(7) Obtención de datos preliminares para diseños especificos o condiciones
especiales,
(8) El uso de conductores que conectan a los ánodos con las estructuras, a los
ánodos con las estaciones de prueba, y a los ánodos con los rectificadores
implica un ordenamiento de las ubicaciones de cada elemento,
(9) Identificación y ubicación 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)
REPASO
Ánodos
Propiedades que deben poseer:
 Bajo consumo  bajo costo (amperios/año).
 Densidad de corriente elevada  elevado rendimiento eléctrico (A.h/Kg).
 Pequeñas dimensiones y versatilidad geométrica.
 Baja resistividad, y desgaste homogéneo.
 Buena resistencia mecánica.
 Potencial de disolución suficiente para polarizar la estructura
(∆ E = -0,8 V en acero).
Ánodos Galvánicos
Ánodos para Corriente Impresa
• Magnesio
•Hierro-Silicio y/oCromo
• Zinc
•Chatarra de hierro
• Aluminio
•Grafito
•Niobio o Titanio
•MMO
REPASO
Lecho de Ánodos
Soldadura
Cadweld
(fundida)
Rellenos
carbonosos :
garantizar
un
drenaje
de
corriente
homogéneo,
aumenta el área
efectiva de drenaje,
reduce
la
resistencia
del
suelo y prolonga la
vida del ánodo.
•AS/NZS 3000:2007(wiring rules)
•IEC 60364-5-52:2009 (wiring systems)
• IEC 61386-24:2004 (Conduit systems
buried underground)
Composición:
coque, coque de
petróleo calcinado
y grafito natural.
Resistividad aprox.
50 Ω.cm
REPASO
Fuentes de Corriente
Un diodo rectificador semiconductor es
un elemento que permite el paso de
corriente en una sola direcció n y es
capaz de regular las cargas.
Son equipos convertidores de corriente ac/dc, basado en diodos de silicio.
Permiten el ajuste manual o electrónico de corriente y la tensión de salida.
Para protección catódica normalmente se utilizan del tipo monofásicos.
Los rectificadores enfriados por aire manejan un rango máximo de tensión y
corriente desde 10 VDC Hasta 120 VDC y desde 10 Amp hasta 200 Amp.
Los rectificadores enfriados por aceite manejan un rango máximo de tensión y
corriente DC desde 10 hasta 150 VDC y desde 10 hasta 250 Amp.
REPASO
Criterios de Selecció n
ESTRUCTURA
Fondos de Tanques de
almacenamiento
Tipo SPC
CI
Interior de tanques de
almacenamiento de agua
AG o CI
Tanque enterrado
Tuberías de gas/crudo o agua
sumergida o enterrada
AG o CI
CI
Cruces de carreteras
AG
Tuberías de distribución de gas
AG
Muelles, Pilotes
AG o CI
Tablaestacas
AG o CI
Barcos
AG o CI
Gabarras
Pozos de hidrocarburos o agua
tuberías de revestimientos o
casings
Plataformas offshore
AG
CI
AG
AG o CI
Observación
Si el tanque es muy pequeño se
puede emplear AG.
En canales de agua de mar se
utiliza CI, muelle frente al mar
se utiliza AG
si la gabarra posee fuente de
energía también se puede
utilizar CI
Estándar recomendado
API RP 651-2014
NACE RP0193-2001
PDVSA HA-201 2010
NACE SP0196-2011
NACE SP0388-2014
ANSI/AWWA D104-2011
ANSI/AWWA D106-2010
NACE SP0285-2011
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)
PDVSA H–201–O-1998
API RP1102-2007
PDVSA HA-201 (2010)
NACE SP0169-2013
ASME B31.8-2012 (Refer)
DNV-RP-F103-2010 (offshore)
PDVSA HA-201 2010
NACE SP0176-2007 (offshore)
NACE Publication 7L198
PDVSA HA-201 2010
NACE SP0176-2007 (offshore)
NACE Publication 7L198-2009
PDVSA HA-201 2010
UNE -EN 16222 (2013)
API RP 14F (2013)
PDVSA HA-201 (2010)
PDVSA PI–05–03–04 (2002)
UNE -EN 16222 (2013)
API RP 14F (2013)
PDVSA HA-201 2010
API Spec 17D (2013)
NACE SP0186-2007
NACE TPC 5-1999
DNV-RP-B401-2010
ISO 15589-2 - 2004(offshore)
NACE SP0176-2007 (offshore)
NACE Publication 7L198-2009
REPASO
Principales Normas de Protecció n Cató dica
NACE SP0169
DNV RP B-401
PDVSA HA-201
REPASO
Criterios de Funcionamiento de los Sistemas de Protecció n Cató dica
NACE RP0169 / ISO 15589-1
 Estructuras enterradas en suelos de alta resistividad pueden ser usados
potenciales menos negativos que –850 mV EDR-Cu/CuSO4
 100 mV EDR-Cu/CuSO4 de Polarización (∆ E ) pueden ser suficientes
para alcanzar el control de la corrosión entre la superficie del metal y el
electrolito
 750 mV EDR-Cu/CuSO4 para resistividad de suelos entre 10.000 a
100.000 Ω.cm
 650 mV EDR-Cu/CuSO4 para resistividad de suelos mayor a 100.000
Ω.cm
 En presencia de BSR puede ser usado potenciales más negativos que –
950 mV EDR-Cu/CuSO4
 Para evitar daños en el revestimiento el potencial no debe ser más
negativo de –1200 mV EDR-Cu/CuSO4
REPASO
Implantació n de un Sistema de Protecció n Cató dica
REPASO
Lista de Documentos de la Disciplina Protecció n Cató dica
REPASO
Viabilidad Econó mica
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.
Ref.: CORROSIÓN CONTROL Vol 2. L.L. Sheir, R.A. Jarman, G.T. Burstein
“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
¿Qué Medimos?
6
MEDICIONES
¿Qué medimos?
Voltaje / Potencia
Ley de Ohm
Amperaje / Corriente
Resistividad / Resistencia - Conductividad
VV = I x R
pH / Concentración
Saturació n de especies ió nicas
Distancias / Profundidad
Ubicació n en el espacio de los
defectos superficiales de la
estructura
Tolerancias /Capacidades
Potenciales IR en funció n del
tiempo
1
MEDICIONES
¿Para qué lo medimos?
Estas normas son la
base para la
producción de los
programas de
inspección y
mantenimiento
 Definició n de los parámetros de diseñ o
 Determinació n de corrientes vagabundas
 Estado general de los Sistemas de
Protecció n Cató dica existentes
¿Có mo lo medimos?
ANSI/NACE SP0502
NACE SP0210
Evaluación directa de la corrosión externa
“external corrosion direct assessment” (ECDA)
Dependiendo del acceso a la estructura la inspección
puede ser Directa o Indirecta.
VOLTIMETRO / AMPERIMETRO
Instrumentos de medición
Multímetro
Pinza Amperimétrica
CORRIENTES PARÁSITAS (MEDIDAS)
33
RECTIFICADOR (INSPECCIÓN)
13
PROCEDIMIENTO SEGURO
(RECTIFICADOR)
14
ELECTRODOS DE REFERENCIA PERMANENTES
Dependiendo de las condiciones del electrolito, suelo
(húmedo o seco) o agua salada, se utilizan varios tipos
de electrodos de referencia permanentes.
 Para el caso de suelos secos se utilizan de Cu/CuSO 4
y Ag/AgCl, y en otros casos se utilizan, incluso
electrodos de grafito.
 En agua salada el electrodo de referencia utilizado es
el de Zinc de alta pureza.
ELECTRODOS DE REFERENCIA
 Cuando un electrodo se coloca en contacto con un
electrolito, entonces se crea entre ambos una
diferencia de potencial ∆ E .
 Esta diferencia no puede ser medida de manera
absoluta, por lo tanto se mide en comparación con un
electrodo especial, un electrodo patrón, que es el
electrodo de referencia.
 El electrodo de referencia más común utilizado en
Protección Catódica es el de Cu/CuSO4 (SAT) por su
siglas en inglés cse .
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Datos y rangos de aplicación de los electrodos de referencia
Ref.: CORROSIÓN CONTROL VOLUMEN 2. Sheir-Jarman-Burstein.
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Ref.: NACE TM0113
Ref.: MÁS ALLÁ DE LA HERRUMBRE II. Javier Ávila - Joan Genescá .
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Potenciales de los electrodos de referencia
Ref.: CORROSIÓN CONTROL VOLUMEN 2. Sheir-Jarman-Burstein.
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Diagrama o estructura del electrodo
Cable de cobre
conector
Electrodo de Cu/CuSO4
Tapa superior
cse
cse
Barra de Cobre
Solución Sat.
de CuSO4
Tubo de
metacrilato
Tapón Poroso
Cristales de
CuSO4
CUIDADO Y LIMPIEZA DE LOS
ELECTRODOS DE REFERENCIA Cu/CuSO4
24
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Diagrama o estructura del electrodo
Electrodo de Ag/AgCl
Es el mejor electrodo de
referencia para la
medida de potencial en
agua a altas
temperaturas
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Diagrama o estructura del electrodo
Electrodo de Zinc
Está formado por un bloque
de zinc de alto grado de
pureza.
Alambre conductor
Tapa plástica
Ideal para suelos y
aguas salobres
Zn de alta pureza
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Electrodo de Zinc (Casco de un barco)
Conexión eléctrica
ELECTRODOS DE REFERENCIA
Diagrama o estructura del electrodo
Electrodo de Calomelano Hg/Hg2Cl2, KCl
Es un electrodo de referencia utilizado
comúnmente en laboratorios, para medidas
del pH en fase acuosa
Hg, Hg Cl
2
 La actividad del ion metálico está
determinada por la solubilidad de la
propia sal metálica.
 El mercurio un metal noble, ya que su
potencial redox Hg2+/Hg es positivo
(+0,85 V)
 Representa un peligro al poder evaporar
sobre los 40ºC
KCl (sat)
2
MEDIDA DEL pH
27
1
ACCESORIOS
Ref.: NACE RP0286-2007
Aislamiento eléctrico de tuberías con protección catódica
BRIDAS AISLATES
29
ACCESORIOS
Tipos de bridas
Tipo E
ACCESORIOS
Tipos de bridas
Tipo F
ACCESORIOS
Tipos de bridas
Tipo O
ACCESORIOS
Tipos de bridas
Tipo D
ACCESORIOS
Tipos de bridas
Aplicaciones especiales (Válvulas)
ACCESORIOS
Celda de Polarización
Son dispositivos electroquímicos capaces de resistir el
flujo eventual de corriente AC y DC de alta intensidad.
Se acoplan a las juntas de
aislamiento, o se utilizan
por si mismas para
proporcionar aislamiento y
separa por sectores a los
sistemas de puesta a tierra.
+
-
1
ACCESORIOS
Celda de Polarización
Están
Estánconstituidas
constituidaspor
por
unas
placas
de
acero
unas placas de acerooo
níquel
níquelinoxidable
inoxidabledentro
dentro
de
deun
unelectrolito
electrolitode
de
hidróxido
de
potasio:
hidróxido de potasio:el
el
paso
de
la
corriente
paso de la corriente
directa
directaproduce
producela
la
polarización
y
la
polarización y la
acumulación
acumulaciónde
defuerza
fuerza
opuesta
opuestaaala
la
electromotriz
electromotrizdebido
debidoaala
la
formación
de
gas
formación de gas
hidrógeno
hidrógenoen
enlas
lasplacas
placas
que
actúan
como
cátodo
que actúan como cátodo
yyoxígeno
oxígenoen
enlas
lasplacas
placas
que
actúan
como
que actúan comoánodo
ánodo
(electrodos).
(electrodos).
células de polarización están disponibles en corrientes nominales de 1kA
hacia arriba. clasificaciones estándar disponibles son 5, 25, y 50 kA
ACCESORIOS
Discriminador de corriente AC-DC
Son dispositivos del estado sólido
con las mismas aplicaciones que
las celdas de polarización pero con
la ventaja de que no tienen
resistencia eléctrica al paso de
corriente alterna.
El Discriminador de corriente
AC- DC no tiene un electrólito
y no necesita su recambio y
mantenimiento, mientras que
las Celdas de Polarización
necesitan mantenimiento
porque la solución de KOH se
consume, como todos los
electrólitos.
+
Junta Aislante
PROTECCIÓN CATÓDICA LOCALIZADA
(EJEMPLO VÁLVULA AISLADA)
31
ACCESORIOS
Estaciones de medición
ACCESORIOS
Estaciones de medición
Diseño al ras del piso
1
ACCESORIOS
Estaciones de medición
Diseño tipo postes, sobresalen del suelo
ACCESORIOS
Estaciones de medición
ACCESORIOS
Estaciones de medición
Shunts
Estaciones de medición
con monitoreo remoto
PRUEBA SOBRE DERIVACIÓN ELÉCTRICA
(SHUNT TEST)
28
INSPECCIÓN
Prueba sobre revestimientos Holliday
Ref.: NACE SP0490
HOLLYDAY
26
MEDICIÓN
Ref.: NACE TM0497
Potencial Estructura - Electrólito
 El CSE es positivo respecto a la
estructura
 Voltaje de la estructura es negativo
respecto al CSE
 Caída de voltaje directa estructura electrólito
Verificació n de criterios de la
NACE RP 0169
MEDICIÓN
Ref.: NACE TM0497
Potencial Estructura - Electrólito
Decaimiento de la Polarización
Formación de la Polarización
INSPECCIÓN
Técnica “Close Interval Survey” (CIS)
Ref.: NACE SP0207
La té cnica CIS es un sistema de inspecció n desarrollado para el análisis de los
niveles de protecció n cató dica en ductos subterráneos o sumergidos en toda
su longitud con la asistencia de las estaciones de prueba
permanentes. Para lograr los potenciales precisos, el té cnico establece una
conexió n elé ctrica a la tubería por medio de un cable de salida conectado a
estaciones de prueba. El alambre de cobre revestido se desenrolla de un
carrete como el operador camina la longitud de la tubería de la tubería de
potencial se mide con un conjunto de electrodos de referencia a nivel del suelo,
colocada directamente sobre la tubería a intervalos de cada 3 - 5 pies. Mientras
se recogen simultáneamente las coordenadas GPS juntos con los datos de
potencial.
Técnica “Direct Current Voltage Gradient” (DCVG)
Ref.: NACE TM0109
La té cnica de “Direct Current Voltaje Gradiente” (DCVG) es un sistema
desarrollado para el análisis y localizació n de defectos de
recubrimiento en tuberías subterráneas. La té cnica se basa en la
medició n de los gradientes de tensió n en el suelo por encima de una tubería
cató dicamente protegida.
CIS (Close Interval Survey)
Estudio de campo por Intervalo Corto
32
INSPECCIÓN
Ref.: NACE SP0207
Close-Interval Potential Survey (CIPS)
Estudio de Punto Caliente
INSPECCIÓN
Ref.: NACE SP0207
Close-Interval Potential Survey (CIPS)
Estudio de Drenaje lateral
INSPECCIÓN
Ref.: NACE SP0207
Close-Interval Potential Survey (CIPS)
Dispersión
Dispersión
Potenciales On – Off vs la distancia
INSPECCIÓN
Ref.: NACE SP0207
Close-Interval Potential Survey (CIPS) (also Close-Interval Survey
[CIS])
Ref.: PDVSA PIDispersión
05-04-03
Dispersión
Ref.: PDVSA PI 05-04-03
Potenciales On – Off vs la distancia
INSPECCIÓN
Técnica “Direct Current Voltage Gradient” (DCVG)
Ref.: NACE TM0109
Medició n de Caida IR
INSPECCIÓN / MEDICIÓN
Medició n Resistividad (4, 2 y 1 pin)
Ref.: Handbook of Cathodic Corrosion Protection.
Ref.: ANSI/NACE SP0502
ASTM G-57
INSPECCIÓN / MEDICIÓN
a
a
a
(Wenner)
Ref.: ANSI/NACE SP0502
ASTM G-57
INSPECCIÓN / MEDICIÓN
Caja de Suelo
Soil Box
(Laboratorio)
ENSAYO DE DESPRENDIMIENTO CATÓDICO
EN REVESTIMIENTOS
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