Corrosión en Plataformas Marinas

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD TICOMÁN “CIENCIAS DE LA TIERRA”

CORROSIÓN SIMULACIÓN DEL EFECTO CORROSIVO EN LAS PLATAFORMA

“

PETROLERAS DEBIDO A AGENTES AG ENTES ATMOSFÉRICOS Y A LA SALINIDAD DEL AGUA

”

ALUMNOS ALAN IVÁN MINERO GARCÍA TONATIUH MARTÍNEZ REYES ALMA GISSELL ESPINOSA CASTRO JOREGE HUGO MENDOZA GIL

PROFESOR Ing. MARTHA JOSEFINA CORRAL MARES

CIUDAD DE MÉXICO

ABRIL 2017

PROYECTO DE CORROSIÓN

Ing. CORRAL MARES MARTHA JOSEFINA

Tabla de Contenido 1. INTRODUCCIÓN. INTRODU CCIÓN. ................................. ................ .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ........................... ......... 5 2. PLANTEAMIENTO PLANTEAM IENTO DEL PROBLEMA. PROBLEM A. ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................. ............... 5 3. JUSTIFICACIÓN. JUSTIFICACIÓ N. .................................. ................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ........................... ......... 6 4. OBJETIVOS OBJETIVO S GENERALES. GENERALES . ................................. ................ .................................. ................................... ................................... .................................. ................................. ................ 6 5. OBJETIVOS OBJETIVO S PARTICULARES. PARTICUL ARES. ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ........................... .......... 6 6. HIPÓTESIS. ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 6 7. MARCO TEÓRICO. .................................. ................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ........................ ...... 7 7.1. Corrosión. ........................................................................................................................................ 7 7.2. Acero y Aluminio. ............................................................................................................................ 7 7.3. Corrosión Química: .......................................................................................................................... 7 7.4. Corrosión Electroquímica: ............................................................................................................... 7 7.5. Corrosión Uniforme. ........................................................................................................................ 8 7.6. Corrosión en Placas. ........................................................................................................................ 8 7.7. Corrosión por Picado. ...................................................................................................................... 8 7.8. Corrosión Intergranular. .................................................................................................................. 8 7.9. Corrosión Fisurante. ........................................................................................................................ 8 7.10. Acero. ............................................................................................................................................ 9 7.10.1. 7.10.1 .

Tipos de Acero. .................................. ................ ................................... .................................. ................................... ................................... .............................. ............. 9

7.10.1.1. 7.10.1. 1.

Acero Inoxidable. Inoxidab le.................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ..................... .... 9

7.10.1.2. 7.10.1. 2.

Acero Invar. ................................... ................. ................................... .................................. ................................... ................................... .............................. ............. 9

7.10.1.3. 7.10.1. 3.

Acero al manganeso mangane so ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 9

7.10.1.4. 7.10.1. 4.

Acero al tungsteno tungsten o ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 9

7.10.2. 7.10.2 . 7.10.2.1. 7.10.2. 1.

Propiedades Propieda des del Acero. ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................. ............... 9 Alta Resistencia. Resisten cia. ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ........................ ....... 9



7.10.2.2.

Uniformidad. ................................................................................................................. 10

7.10.2.3.

Elasticidad...................................................................................................................... 10

7.10.2.4.

Ductilidad. ..................................................................................................................... 10

7.10.2.5.

Oxidación. ...................................................................................................................... 10

7.10.2.6.

Corrosión. ...................................................................................................................... 10

7.10.2.7.

Conductividad térmica. ................................................................................................. 10

7.11. Pérdidas económicas derivadas de la corrosión......................................................................... 11 8. MEDIOS CORROSIVOS. ...................................................................................................................... 12 8.1. El aire como medio corrosivo. ....................................................................................................... 12 8.1.1.

Propiedades físicas del aire. .................................................................................................. 13

8.1.2.

Composición del aire. ............................................................................................................ 13

8.1.3.

Propiedades químicas de los gases del aire. ......................................................................... 15

8.1.4.

El agua de mar como medio corrosivo. ................................................................................. 15

8.1.4.1.

Composición de solutos del agua de mar. ........................................................................ 16

9. DISEÑO EXPERIMENTAL. ................................................................................................................... 18 9.1. Lista de materiales: ....................................................................................................................... 18 8.1.4: Clasificación de la resistencia del metal frente a la corrosión: ..................................................... 23 9. ANEXOS. ............................................................................................................................................ 27 9.1. Normas de comité de normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios.......... 27 9.1.1.

Instalación de Tubería metálica. ........................................................................................... 27

9.1.2.

Alineación. ............................................................................................................................. 27

10. DISCUSIÓN DE RESULTADOS ............................................................................................................. 28 11. CONCLUSIÓN ..................................................................................................................................... 28



Tabla de Ilustraciones ECUACIÓN 1. REACCIÓN BÁSICA DE CORROSIÓN............................................................................................ 7 ECUACIÓN 2. REACCIÓN ELECTROQUÍMICA DEL ÁNODO. ................................................................................ 7 ECUACIÓN 3. REACCIÓN ELECTROQUÍMICA DEL CÁTODO. ............................................................................... 7 TABLA 1. PÉRDIDAS DERIVADAS DE LA CORROSIÓN . ..................................................................................... 11 TABLA 2. TIPOS DE FALLA EN ESTRUCTURAS METÁLICAS . ............................................................................... 12 TABLA 3. PORCENTAJE DE LA COMPOSICIÓN DEL AGUA POR VOLUMEN ............................................................ 14 TABLA 4. COMPOSICIÓN DE SOLUTOS DEL AGUA DE MAR .............................................................................. 17 ILUSTRACIÓN 5. BOSQUEJO DEL PROYECTO EXPERIMENTAL . .......................................................................... 18 CÁLCULO 1. ÁREA SUPERFICIAL DE LA TUBERÍA #1. ...................................................................................... 20 CÁLCULO 2. ÁREA SUPERFICIAL DE LA TUBERÍA #2. ...................................................................................... 21 CÁLCULO 3. VELOCIDAD DE CORROSIÓN DE LA TUBERÍA #1 Y #2. ................................................................... 22 TABLA 5. REGISTRO SEMANAL .. ............................................................................................................... 23 TABLA 6. REGISTRO SEMANAL . ................................................................................................................ 24 TABLA 7. REGISTRO SEMANAL . ................................................................................................................ 24 TABLA 8. REGISTRO SEMANA 1. ............................................................................................................... 25 TABLA 9. REGISTRO SEMANA 2. ............................................................................................................... 25 TABLA 10. REGISTRO SEMANA 3. ............................................................................................................. 26 TABLA 11. REGISTRO SEMANA 4.. ............................................................................................................ 26



1. INTRODUCCIÓN. La corrosión es uno de los muchos problemas que afectan a las estructuras que utilizan cualquier metal como material de soporte. En el área de la industria petrolera, la corrosión que presentan las plataformas marinas puede traer diversos problemas tanto directos como indirectos, como aquellos riesgos en el que puedan poner en peligro la vida de las personas que están laborando, así como los diversos costos de reparación y mantenimiento. Durante el siguiente proyecto, se llevó a cabo la experimentación de los efectos corrosivos que entran en contacto con las estructuras de las plataformas marinas, como son el aire y el agua de mar poniéndolos a prueba con dos tuberías hechas de acero galvanizado, esto con la finalidad de observar los distintos fenómenos y acontecimientos que suceden mientras se encuentran expuestas a los medios corrosivos. De igual forma se realizó un reporte semanal para poder llevar un registro de los efectos a los que nuestra tubería se vio afectada. Finalmente, con los datos obtenidos por medio de la observación semanal de nuestro proyecto procedimos a calcular la velocidad de corrosión que presentaba nuestra tubería, y con ello poder identificar que tanta resistencia a la corrosión presentaba.

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. El hecho de utilizar el acero como material de estructura en una plat aforma petrolera hace que se vea afectado por diferentes medios corrosivos como son el oxígeno, la temperatura, la humedad, el viento y hasta la salinidad del agua de mar que hace que este metal se vea corroído más fácilmente y por lo tanto pueda ocasionar pérdidas materiales, en caso de que el grado de corrosión sea muy grave en el metal, hasta económicas, ya que se tiene que reponer el metal corroído por uno nuevo. De modo, de que sí la corrosión del metal se ve afectada muy gravemente puede ocasionar futuros accidentes.



3. JUSTIFICACIÓN. Este tema nos interesa como equipo ya que, al estar cursando la carrera de Ingeniería Petrolera, visualizamos esta problemática en el sector laboral en el cual nos desempeñaremos en un futuro. Asimismo, podremos dar una solución a los problemas producidos por la corrosión en el acero. Está investigación contribuye en gran medida como formación educativa y profesional del estudiante, lo cual une lo teórico con lo práctico.

4. OBJETIVOS GENERALES. o

Observar la corrosión en el acero con el transcurso del tiempo debido a distintos factores como son la temperatura y el ambiente en el que se presentará.

5. OBJETIVOS PARTICULARES. o

Observar cómo se comporta el acero ante el efecto del agua salina.

o

Observar el cambio de coloración del acero.

o

Visualizar la corrosión del acero por efecto del aire.

o

Comparar la velocidad de corrosión entre el acero afectado por el agua salina y el que es afectado por efecto del aire.

6. HIPÓTESIS. El acero se corroerá con mayor facilidad por efecto del agua salina que por efecto del aire. El acero presenta un cambio de coloración mayor debido al aire.



7. MARCO TEÓRICO. 7.1.

Corrosión.

Reacción química o electroquímica de un metal o aleación con su medio circundante con el resultante deterioro de sus propiedades.

Ecuación 1. Reacción básica de Corrosión.

7.2.

Acero y Aluminio.

Las estructuras se fabrican fundamentalmente de metal, acero de diversas características, y en menor medida se emplea el aluminio. Las superestructuras y casetas son generalmente de acero, y en algunos casos de aluminio, cuando el peso o la estabilidad son factores críticos.

Tipos de corrosión (según el medio):

7.3.

Corrosión Química:

Consiste en la reacción química directa entre la superficie metálica y un gas agresivo.

7.4.

Corrosión Electroquímica:

(Actuación de pilas electroquímicas). Se da cuando los materiales metálicos se hallan en contacto con medios de conductividad electrolítica (agua, soluciones salinas). Las reacciones electroquímicas básicas son:

Ecuación 2. Reacción electroquímica del Ánodo.

Ecuación 3. Reacción electroquímica del Cátodo.



Tipos de corrosión por la forma en la que el metal es atacado:

7.5.

Corrosión Uniforme.

El ataque se extiende en forma homogénea sobre toda la superficie metálica y la penetración media es igual en todos los puntos. Esta es la forma más benigna de corrosión pues permite calcular fácilmente la vida útil de los materiales corroídos.

7.6.

Corrosión en Placas.

Incluye los casos intermedios entre corrosión uniforme y corrosión localizada. El ataque se extiende más en algunas zonas, pero se presenta aún como un ataque general.

7.7.

Corrosión por Picado.

Durante el picado, el ataque se localiza en puntos aislados de superficies metálicas pasivas, propagándose hacia el interior del metal en forma de canales cilíndricos. Este tipo de ataque, as í ́ como el intergranular y el figurante, son las formas más peligrosas bajo las cuales se puede presentar la corrosión.

7.8.

Corrosión Intergranular.

Se presenta como una franja estrecha de ataque que se propaga a lo largo de los límites de grano.

7.9.

Corrosión Fisurante.

Se conoce como corrosio ́n bajo tensiones. Se presenta cuando un metal est a ́ sometido simultáneamente a la acción de un medio corrosivo y de tensiones mecánicas de tracción. Se forman fisuras que pueden ser intergranulares o transgranulares y que se propagan hacia el interior del metal, se puede llegar hasta la fractura del metal. La velocidad de propagación oscila en general entre 1 y 10 mm/hora.


7.10.


Acero.

El acero es una excelente combinación entre el hierro y el carbono. El carbono le da unas propiedades extraordinarias al hierro, quien no tiene en estado puro. Es muy poco lo que se requiere de carbono para formar acero. Solo entre el 0,05 y 2%. El acero logra mayor dureza que el hierro y también logra mejores propiedades de compresibilidad, ductilidad y de maleabilidad. Estas propiedades hacen que sea más utilizado en la construcción y la fabricación de otros materiales.

7.10.1.

Tipos de Acero.

7.10.1.1.

Acero Inoxidable. Se le agrega un 20% de cromo y un 10% de níquel. Esto lo convierte en un acero muy resistente a la corrosión.

7.10.1.2.

Acero Invar. Contiene un 36% de Niquel. No se dilata.

7.10.1.3.

Acero al manganeso. Contiene entre un 12 y un 20% de Manganeso. Le da mucha dureza y tenacidad.

7.10.1.4.

Acero al tungsteno. Contiene de un 10 a un 20% de Wolframio y un 3 a un 8% de Cromo. Mantiene un temle elevado.

7.10.2.

Propiedades del Acero.

Los aceros son muy duros y tenaces. Estas propiedades se intensifican cuando se somete al acero al templado. Esto se hace entre unos 600 y 900°c y se los enfría bruscamente en aceites minerales o agua con sales o ácidos. El enfriamiento brusco le da mayor elasticidad y dureza. Si es lento, el acero adopta la forma primitiva, ya que el carbono a separar de la masa de hierro. El acero se puede imantar, pero mantiene el magnetismo a diferencia del hierro dulce.

7.10.2.1.

Alta Resistencia. Es la oposición al cambio de forma y a la fuerza externa que pueden presentarse como cargas son tracción, compresión, cizalle, flexión y torsión. La alta resistencia del acero estructural permite al diseñador proporcionar secciones esbeltas en comparación con otros materiales; por ejemplo, para



un mismo edificio , las columnas de concreto de cualquier nivel , suelen ser mucho

más

robustas

que

si

fueran

de

acero

,

reduciendo

considerablemente las cargas muertas correspondiente al peso propio de la estructura .

7.10.2.2.

Uniformidad. El acero estructural, tiene la ventaja de que conserva sus propiedades a través del tiempo a temperaturas atmosféricas.

7.10.2.3.

Elasticidad. Corresponde a la capacidad de un cuerpo para recobrar su forma al dejar de actuar la fuerza que lo ha deformado. Se apega más a la hipótesis de diseño elástico, porque sigue la ley de Hooke hasta esfuerzos relativamente altos.

7.10.2.4.

Ductilidad. Es la capacidad que tienen los materiales para sufrir deformaciones a tracción relativamente alta, hasta llegar al punto de fractura. Debido a esta propiedad, las estructuras se deforman considerablemente antes de la falla; o lo que es lo mismo, se puede detectar inminencia la falta de una estructura cuando se observa una deformación excesiva.

7.10.2.5.

Oxidación. La oxidación se produce cuando se combina el oxígeno del aire y el metal. La oxidación es superficial, produciéndose en la capa más externa del metal y protegiendo-do a las capas interiores de la llamada oxidación total. El óxido no es destructivo

7.10.2.6.

Corrosión.: Se considera corrosión a toda acción que ejercen los diversos agentes químicos sobre los metales, primeramente, en la capa superficial y posteriormente en el resto. Cuando es producida por el oxígeno y usando como catalizador el agua, la corrosión es progresiva desde la capa superficial hasta el interior del metal lo que provoca su total destrucción.

7.10.2.7.

Conductividad térmica. Es la facilidad que presenta un material para dejar pasar a través de él una cantidad de calor. El coeficiente de conductividad térmica que nos da la cantidad de calor que pasaría a través de un determinado metal en función de su espesor y sección.

PROYECTO DE CORROSIÓN o


Aunque es difícil establecer las propiedades físicas y mecánicas del acero debido a que estas varían con los ajustes en su composición y los diversos tratamientos térmicos, químicos o mecánicos, con los que pueden conseguirse aceros con combinaciones de características adecuadas para infinidad de aplicaciones, se pueden citar algunas propiedades genéricas:

o

Su densidad media es de 7850 kg/m³. En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir.

o

El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo, el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes, (excepto las aleaciones auténticas que funden de golpe). Por otra parte acero rápido funde a 1.650 °C. Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.

7.11.

Pérdidas económicas derivadas de la corrosión.

Se estima que entre el 3 y 4 % del PIB de un país se pierde como consecuencia de los procesos de corrosión. Las pérdidas derivadas de la corrosión se clasifican en:

Tabla 1. Pérdidas derivadas de la corrosión.



También se estima que entre el 20 y el 25 % de estas pérdidas podrían evitarse aplicando lo que hoy se sabe sobre la corrosión y las técnicas para reducir sus efectos. TIPOS DE FALLAS EN ESTRUCTURAS METÁLICAS:

Tabla 2. Tipos de falla en estructuras metálicas.

8. MEDIOS CORROSIVOS. 8.1.

El aire como medio corrosivo.

Se denomina aire a la mezcla homogénea de gases que constituye la atmósfera terrestre, que permanecen alrededor del planeta Tierra por acción de la fuerza de gravedad. El aire es esencial para la vida en el planeta y transparente a simple vista. Es

una

combinación

de

gases

por nitrógeno (78 %), oxígeno (21 %),y

en

proporciones

otras

sustancias

ligeramente (1 %),

variables,

compuesto

como ozono, dióxido

de

carbono, hidrógeno y gases nobles (como kriptón y argón). El proceso de oxidación depende de la cantidad de oxígeno que haya el aire y la naturaleza del material que toca. Como el proceso ocurre a nivel molecular, para evitar el óxido hay que poner una barrera protectora, ya sea natural o artificial. Por ejemplo, en el caso de las frutas que se oxidan –cuando presentan manchas amarronadas o amarillentas –, la piel o cáscara es su protección. Cuando esta piel se rompe, la fruta comienza a oxidarse por el contacto con el oxígeno. Los coches, los herrajes y otros materiales suelen tener una capa de anti óxido para evitar este efecto.


8.1.1.


Propiedades físicas del aire.

Las propiedades físicas del aire están determinadas por las propiedades características del estado gaseoso, así el aire: o

Ocupa un lugar en el espacio

o

No posee volumen definido, llena los espacios vacíos uniformemente

o

Se expande y se contrae. Al calentarse ocupa un mayor volumen debido al movimiento de sus partículas, por lo que se expande y asciende. Si se enfría, disminuye su volumen, se contrae y desciende.

o

Posee baja densidad. A mayor altitud, menor densidad

o

Ejerce presión sobre la superficie terrestre: presión atmosférica.

8.1.2.

Composición del aire. PORCENTAJE POR VOLUMEN

GAS

VOLUMEN (%)

NITRÓGENO (N2)

78,084

OXÍGENO (O2)

20,946

ARGÓN (AR)

0,9340

DIÓXIDO DE CARBONO (CO2)

0,035

NEÓN (NE)

0,001818



HELIO (HE)

0,000524

METANO (CH4)

0,000179

KRIPTÓN (KR)

0,000114

HIDRÓGENO (H2)

0,000055

ÓXIDO NITROSO (N2O)

0,00003

MONÓXIDO DE CARBONO (CO)

0,00001

OZONO (O3)

0 A 7×10−6

DIÓXIDO DE NITRÓGENO (NO2)

0,000002

YODO (I2)

0,000001

NO INCLUIDO EN AIRE SECO:

VAPOR DE AGUA (H2O)

~0,40 % EN CAPAS ALTAS DE LA ATMÓSFERA; NORMALMENTE 1 A 4 % EN LA SUPERFICIE.

Tabla 3. Porcentaje de la composición del agua por volumen


8.1.3. o


Propiedades químicas de los gases del aire.

Dióxido de carbono (CO2): Es un gas incoloro e inodoro a temperatura ambiente, poco reactivo y ligeramente tóxico.Se disuelve y reacciona con el agua produciendo pequeñas cantidades de ácido carbónico (H2CO3), variando el pH de las disoluciones.

o

Oxígeno (O2): Es un gas incoloro, inodoro e insípido. Es inactivo a t emperatura ambiente. A temperaturas elevadas se combina con sustancias formando óxidos. Es producido a través de la fotosíntesis. De este modo se logra renovar el oxígeno del aire. Es considerado un gas comburente ya que participa en la activación de la combustión.

o

Nitrógeno (N2): Gas más abundante en la atmosfera, incoloro, inodoro e insípido, no inflamable e inerte. Su gran estabilidad dificulta que forme nuevos compuestos, pero a temperaturas muy elevadas reacciona con metales como el litio (Li) y el magnesio (Mg).

o

Hidrógeno (H2): Gas inodoro, incoloro e insípido y relativamente inerte a temperatura ambiente. Es considerado como combustible, ya que con una pequeña ignición en presencia de oxigeno reacciona violentamente liberando gran cantidad de energía en forma de luz y calor, dando como producto vapor de agua.

o

Ozono (O3): Gas incoloro de olor penetrante. Se origina en forma natural en la estratosfera por la acción de la luz solar sobre las moléculas de oxígeno.

8.1.4.

El agua de mar como medio corrosivo.

La corrosión del agua de mar, o corrosión acuosa, es una reacción química que tiene lugar entre un metal y los materiales compuestos de agua de mar, que son oxígeno y cloruro de sodio (sal). La corrosión puede causar grietas, agujeros o una acumulación de residuos sobre o dentro del metal y en la corrosión marina, los metales están dañados de diferentes maneras, debido a sus propiedades individuales y las condiciones variables a las que están expuestos.



La combinación de la humedad, el oxígeno, y la sal, en particular, cloruro de sodio, es más perjudicial de lo que creemos. Esta combinación debilita al metal causando que este se caiga en pedazos. El agua salada corroe el metal cinco veces más rápido que el agua dulce. El aire es húmedo en el océano salado, lo que hace que el metal se corroa 10 veces más rápido que el aire con una cantidad normal de humedad haría. Las bacterias en el agua del océano también consumen al metal, lo que hace que se vuelve a oxidar.

8.1.4.1.

Composición de solutos del agua de mar.

COMPOSICIÓN DE SOLUTOS SÓLIDOS DEL AGUA DE MAR, CADA UNO EXPRESADO COMO PORCENTAJE DEL TOTAL

ANIONES

CATIONES

CLORURO (CL -)

55,29

SODIO (NA +)

30,75

SULFATO (SO42-)

7,75

MAGNESIO

3,70

(MG++)

BICARBONATO (HCO3-)

0,41

CALCIO (CA ++)

1,18

BROMURO (BR-)

0,19

POTASIO (K +)

1,14

FLÚOR (F-)

0,0037

ESTRONCIO

0,022

(SR++)



MOLÉCULA NO DISOCIADA

ÁCIDO BÓRICO

0,076

(H3BO3)

Tabla 4. Composición de solutos del agua d e mar

El agua de mar es una disolución en agua (H2O) de muy diversas sustancias. Hasta los 2/3 de los elementos químicos naturales están presentes en el agua de mar, aunque la mayoría sólo como trazas. Seis componentes, todos ellos iones, dan cuenta de más del 99 % de la composición de solutos. o

Salinidad: La salinidad suele ser estimada a partir de la medición de un solo parámetro, como la conductividad eléctrica, el índice de refracción o la concentración de uno de sus componentes, generalmente el ion cloruro (Cl-).

o

Densidad: La densidad del agua del mar es una de sus propiedades más importantes. Su variación provoca corrientes.

o

PH: El agua oceánica es ligeramente alcalina, y el valor de su pH está entre 7.5 y 8.4 y varía en función de la temperatura; si esta aumenta, el pH disminuye y tiende a la acidez; también puede variar en función de la salinidad, de la presión o profundidad y de la actividad vital de los organismos marinos.

o

Gases: Los gases disueltos son los mismos que componen el aire libre, pero en diferentes proporciones, condicionadas por diversos factores. La temperatura y la salinidad influyen reduciendo la solubilidad de los gases cuando cualquiera de esos dos parámetros aumenta. La concentración total y la composición de los gases disueltos varían sobre todo con la profundidad.



9. DISEÑO EXPERIMENTAL. En este experimento analizaremos el nivel corrosivo que afecta a las Plataformas Petroleras marinas debido al ambiente al que se encuentran expuestas. Este experimento llevará alrededor de cinco semanas para poder ver y evaluar los efectos. Cuanto más tiempo pase, más claros se verán los resultados.

A continuación, se muestra un bosquejo de cómo será representado nuestro proyecto, junto con ambas tuberías, arena, y agua de mar.

Ilustración 1. Bosquejo del Proyecto experimental.

9.1.

Lista de materiales: o

Agua de mar

o

Dos tubos galvanizados de longitud 17.7 cm y 15 cm respectivamente

o

Arena de mar

o

Pecera

o

Pinzas

o

Potenciómetro de Ph

o

Lijas


9.2.


Procedimiento para montar el proyecto y finalición del proyecto:

1. Medir y pesar la tubería antes de introducirlos dentro de la pecera. 2. Limpiar muy bien la pecera por dentro. 3. Verter el agua de mar dentro de la pecera. 4. Medir el pH del agua de mar con ayuda del potenciómetro de pH. 5. Verter la arena de mar dentro de la pecera con agua de mar, tomando en cuenta que quede esparcido uniformemente en el fondo de la pecera. 6. Con ayuda de las pinzas, colocar las dos tuberías galvanizadas dentro de la pecera; una de ellas se colocara de manera horizontal en el fondo de la pecera por lo que quedara totalmente expuesta al agua de mar, mientras que la segunda tubería de mayor longitud se colocara de manera vertical dentro de la pecera, con una sección dentro del agua de mar y otra sección fuera de ésta. 7. Con ayuda de la franela, limpiar el área de trabajo que pudo ser salpicado con agua de mar o que haya caído pequeñas porciones de arena de mar. 8. Checar semanalmente el pH, para comparar las variaciones del pH 9. Después de haber pasado el lapso de tiempo que la tubería se vio afectado por la corrosión, se procede a sacar las tuberías con las pinzas, y con ayuda de las lijas, se empiezan a lijar. 10. Dejar secar las tuberías. 11. Ya sacas las tuberías, se procede a pesar nuevamente 12. Se tira el agua de mar y la arena de mar y con ayuda de la franela y agua se limpia el área de trabajo y la pecera.

9.3.

Tipo de corrosión presentada.

o

Tubería #1 (Diámetro de 17.7 cm): Picado y por placas

o

Tubería #2 (Diámetro de 15 cm) : Picado



Cálculo 1. Área superficial de la tubería #1.



Cálculo 2. Área superficial de la tubería #2.



Cálculo 3. Velocidad de corrosión de la tubería #1 y #2.



8.1.4: Clasificación de la resistencia del metal frente a la corrosión:

RESISTENCIA A LA CORROSIÓN Sobresaliente Excelente Bueno Regular Malo Inaceptable

MPY <1 1-5 5-20 20-50 50 - 200 > 200

MMY <0.0254 25.4^(-3) – 0.127 0.127 – 0.508 0.508 – 1.27 1.27 – 5.08 >5.08

Tubería # 1 (Expuesta al aire): Velocidad de corrosión: 0.012 mm/año = Resistencia a la corrosión SOBRESALIENTE

Tubería # 2 (Expuesta al agua de mar): Velocidad de corrosión: 0.022 mm/año = Resistencia a la corrosión SOBRESALIENTE

Materiales: 4 litros de agua de Mar. 2 tubos de acero.

Tabla 5. Registro Semanal.


Principalmente


montamos

nuestro proyecto. Vaciamos a la pecera el agua de mar y colocamos dentro los dos tubos Tabla 6. Registro Semanal.

Introducimos arena dentro del recipiente para tener una mejor representación de cómo es que los metales se corroen en el agua marina. Colocamos un tubo completamente dentro del agua de mar y otro que compartiera los medios corrosivos, es decir; la mitad fuera, expuesto al aire y la otra mitad dentro del agua salada.

Tabla 7. Registro Semanal.



En esta primera semana pudimos observar que el metal que se encontraba expuesto al aire comenzó a cambiar su tonalidad a un color marrón característico de la oxidación. En la parte superior comenzó a llevarse a cabo el proceso de ‘Corrosión por placas’, pues se observaban manchas dispersas

mayoritariamente en la boquilla del tubo. En el tubo expuesto totalmente al ambiente corrosivo acuoso, notamos pequeñas manchitas y puntitos con un color naranja obscuro., se presentaba una ‘Corrosión por picadura’ y a su vez una ‘Corrosión por placas’.

Tabla 8. Registro Semana 1.

El avance en la segunda semana en comparación de la primera no fue tan notorio. En el área expuesta al aire comenzaron a aparecer en la parte inferior pequeñas manchas de manera dispersa alrededor del metal, esto se debe a que en esa zona, el metal se encuentra más cerca de un ambiente húmedo, lo que tiende a corroerse con mayor facilidad que la parte central. El tubo que se encontrada sumergido totalmente al agua comenzó a tener corrosión en los bordes donde la arena hacía contacto. La corrosión en las boquillas del tubo avanzó.




En la tercera semana observamos que la tonalidad del metal cambió a un color más oscuro. La corrosión en la parte s uperior se hizo más extensa, y notamos que en la parte central comenzaba a tener pequeñas manchas que presentaban que el metal ya comenzaba a corroerse en esa zona. El metal que se encontraba dentro del agua también cambió su tonalidad en las partes corroídas, se presentó un color que descendía del naranja oscuro al marrón y en las partes donde la arena hacía contacto, la corrosión seguía avanzando.


En la cuarta semana la corrosión que se llevaba a cabo en el tubo expuesto al aire seguía avanzando, asimismo el color comenzaba a tornarse de manera oscura, también se presentaba un aspecto corroído en la parte inferior y en la parte central. Mientras tanto en el tubo totalmente dentro del agua, la corrosión en los extremos continuaba extendiéndose, al igual

Tabla 11. Registro Semana 4..



9. ANEXOS. 9.1.

Normas de comité de normalización de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios.

9.1.1.

Instalación de Tubería metálica. La Instalación de Tuberías y accesorios, deben cumplir con la Ingeniería Aprobada Para Construcción. La instalación de la Tubería que se conecta a Equipos dinámicos (bombas, compresores, sopladores, y turbinas) debe efectuarse siguiendo las prácticas, lista de verificación y procedimientos recomendados, indicados en el Capítulo 6 del API RP 686-2009 o equivalente.

9.1.2.

Alineación. 9.1.2.1. Las Tuberías se deben alinear para no provocar distorsiones y sobreesfuerzos, tanto para la Tubería como para los equipos. Se debe cumplir con las tolerancias que especifica 335 de ASME B31.3-2010.

9.1.2.2. Las Uniones soldadas de las Tubería se deben alinear. de tal manera que el desalineamiento no sea mayor al valor que se permite en 328.4.3 de ASME B31.3-2010.

9.1.2.3. Para el alineamiento de Uniones bridadas se debe cumplir con 335 de ASME B31.3-2010 y los Apéndices D y E de ASME PCC-1:2010 o equivalente.

9.1.2.4. Los elementos (grapas o dispositivos interiores) para alineación y montaje, así como los apoyos temporales de la Tubería, no se deben soldar a la Tubería.

9.1.2.5. Las soldaduras longitudinal o helicoidal de los Tubos y componentes de Tubería no deben coincidir en la junta circunferencial, por lo que se deben alternar en los cuadrantes superiores. Se debe evitar que las soldaduras coincidan con los soportes de Tubería.

9.1.2.6. Los Soportes de Tuberías, de acero al carbono con recubrimiento a base de pintura o galvanizado dúplex deben tener color de acabado Verde Cromo RAL 6020 y Verde Amarillento RAL 601.



10. DISCUSIÓN DE RESULTADOS De acuerdo, a lo que se observó durante las cuatro semanas en que las tuberías se encontraban en el medio corrosivo, se pudo corroborar que la hipótesis finalmente se cumplió, ambas tuberías se corroyeron. La primer tubería presentó un efecto corrosivo total a lo largo de ella esto por consecuencia que se encontraba expuesta a dos ambientes corrosivos distintos, el agua de mar provocó que fuese más rápido el efecto corrosivo debido a la presencia de sal contenida en ella; se presentó más notablemente en los extremos de ésta y el área que se encontraba en contacto con la arena de mar ya que el cambio de coloración alrededor de toda la tubería fue distintivo para determinar el impacto corrosivo. Y efectivamente, la tubería que presentó un fuerte cambio de coloración a comparación de la otra fue la que estuvo expuesta al efecto del aire ya que presentaba en el extremo superior de la tubería un color entre marrón y rojizo mientras que la tubería que estuvo expuesta al agua de mar tuvo una coloración mayormente café claro, esto debido a que el oxígeno contenido en aire afectaba a la tubería con mayor facilidad.

11. CONCLUSIÓN La corrosión que presentaron las dos tuberías fue notable, pero la tubería que se encontró expuesta al agua de mar fue corroída más rápido en comparación de la otra, esto debido a la presencia de sal en el agua de mar. La tubería que se encontró expuesta al efecto del aire tuvo un impacto corrosivo bajo, más sin embargo el área que se encontraba más corroída fue en el extremo superior de la tubería. Está última tubería a pesar de su bajo efecto corrosivo presentó una mayor coloración entre color marrón y rojizo en comparación del color café claro (en su mayoría) que presentó aquella expuesta al agua de mar, esto debido a la facilidad del oxígeno contenido en el aire para poder reaccionar más fácilmente con el acero. La resistencia a la corrosión que presentaron ambas tuberías fueron las mismas, o sea



sobresaliente, pero al observar los valores, la tubería que obtuvo una mayor resistencia a la corrosión fue aquella que estuvo expuesta al aire.

Corrosión en Plataformas Marinas

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