MANUAL DE INSPECCIÓN VOLUMEN 3 PROCEDIMIENTO DE INSPECCIÓN
PDVSA N
°
PI–05–02–01
1
MAR.02
0
DIC.91
REV.
FECHA
PROTECCIÓN CATÓDICA POR CORRIENTE IMPRESA (FASE DE INSTALACIÓN)
REVISIÓN GENERAL
10
O.N.
Y. K.
R.R.
APROBADA
8
V.L.
D.G.
R.R.
APROB. Youhad Kerbaje PDVSA,
1983
TÍTULO
DESCRIPCIÓN FECHA MAR.02
PAG. REV. APROB. APROB. APROB. Raúl Rivero
FECHA MAR.02 ESPECIALISTAS
PROCEDIMIENTO DE INSPECCION PROTECCION CATODICA POR CORRIENTE IMPRESA (FASE DE INSTALACION)
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Índice 1 2 3 4
OBJETIVO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ALCANCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . REFERENCIAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . DEFINICIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2 2 2
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19
Electrolito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Electrodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Protección Catódica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cátodo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transformación/Rectificador (T/R) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Corriente Impresa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ánodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Camas o Lecho de Ánodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ánodos Colgantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cajas de Distribución de Negativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Caja de Distribución de Positivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Interconexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Punto o Estación de Prueba . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Material de Relleno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tipos de Cables Conductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Conexiones Eléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Tubos de Venteo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Centradores de Ánodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Bridas y Accesorios Aislantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 5 5 5
5 ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 SUPERVISIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 INSPECCIÓN Y MANEJO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5 5 6
7.1 7.2
Inspección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Previsiones Durante la Instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 PUNTO DE PRUEBA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.1 8.2
6 7
8
Instalación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Puesta en Marcha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8 9
9 OTRAS CONSIDERACIONES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
9.1 9.2
Aislamiento Eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ánodos Sumergidos/Enterrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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OBJETIVO Este procedimiento establece las prácticas de inspección que deben seguirse en la instalación de un sistema de protección catódica por corriente impresa (SPC–CI).
2
ALCANCE Este procedimiento cubre los aspectos técnicos para la instalación de los sistemas de protección catódica por corriente impresa que deben ser aplicadas en todas las Areas Operacionales de PDVSA.
3
REFERENCIAS PDVSA PI–05–02–02 PDVSA EM–28–07/04 PDVSA 90618.1.072 NACE Std RP–01–69 U.S.
4
“Protección Catódica Corriente Impresa (Fase de Operación)”. “Anodos de Hierro – Silicio y Hierro – Silicio – Cromo por Corriente Impresa”. “Protección Catódica”. “Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping System”. “Department of Transportation Pipe Line Safety Standard”.
DEFINICIONES
4.1
Electrolito Medio en el cual se encuentra el ánodo y el cátodo. Sustancia química o mezcla, usualmente líquida o sólida, que contiene iones que migran en un campo eléctrico. Para efectos de esta especificación el término electrolito se refiere al suelo o líquido adyacente y en contacto con la estructura metálica enterrada o sumergida, incluyendo humedad, sales y otros químicos contenidos en él.
4.2
Electrodo Dispositivo cuyo potencial a circuito abierto es constante bajo condiciones similares de medición. Son usados como patrón de referencia para medir los potenciales de otros electrodos.
4.3
Protección Catódica Es una técnica para reducir la tasa o velocidad de corrosión de un metal, que consiste en la aplicación de corriente directa de alguna fuente externa (ánodos galvánicos/corriente impresa), con el fin de minimizar el flujo de corriente desde la (s) estructuras (s) enterradas (s) / sumergida (s), (áreas anódicas), hacia el electrolito. Ver norma PDVSA 90618.1.072 “Protección Catódica”.
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Cátodo Zona del metal en la celda corrosiva que no se deteriora o corroe. En esta zona se produce la reducción.
4.5
Transformación/Rectificador (T/R) Es la fuente de energía de un sistema de protección catódica por corriente impresa, capaz de transformar la corriente alterna en continua.
4.6
Corriente Impresa Corriente directa suplida por una fuente externa de energía (ej. rectificador) a la cama o lecho de ánodos.
4.7
Ánodos Metal donde se produce la oxidación, corrosión o disolución de su superficie, asimismo, son los componentes de un sistema de protección catódica por corriente impresa utilizados para introducir la corriente directa al electrolito (agua o suelo), a fin de proteger la estructura metálica. Los más utilizados son Fe–Si–Cr, grafito, niobio platinizado, titanio platinizado, óxido metal mezclado (MMO) y mallas de titanio.
4.8
Camas o Lecho de Ánodos Conjunto de ánodos agrupados y espaciados simétricamente para ser enterrados o sumergidos. Generalmente son unidos y empalmados a un cable principal o conectados independientemente en una caja de distribución.
4.8.1
4.9
Lechos de Ánodos Profundos Tipo de lecho de ánodos instalado en un hoyo vertical, cuya profundidad varía entre 30 y 400 mts. Los objetivos que se persiguen con este tipo de lecho son: obtener baja resistencia en el sistema, distribución de corriente uniforme y minimizar la interferencia eléctrica anódica.
Ánodos Colgantes Grupo de ánodos, utilizados para proteger estructuras sumergidas, tales como; plataformas subacuáticas, tuberías, pilotes metálicos de las fundaciones, internos de tanques de agua, etc. Normalmente en los Sistemas de Protección Catódica por Corriente Impresa se utilizan aleaciones Fe–Si–Cr, Ti/Pt, MMO.
4.10
Cajas de Distribución de Negativos Dispositivos utilizados para distribuir y controlar la corriente proveniente de las diferentes estructuras conectadas a los mismos, que retornan del negativo T/R.
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Caja de Distribución de Positivos Dispositivos utilizados para distribuir y controlar la corriente proveniente del positivo de T/R, la cual es drenada por los diferentes lechos de ánodos, o por los diferentes ánodos de un mismo lecho.
4.12
Interconexión Puente metálico, usualmente un cable de cobre, utilizado para interconectar las estructuras, básicamente foráneas, al Sistema de Protección Catódica. Se utilizan estas interconexiones para evitar cambios apreciables en el potencial de un punto con respecto a otro o nivelarlos.
4.13
Punto o Estación de Prueba Dispositivo conectado eléctricamente a la estructura a proteger. Se instalan en la trayectoria de la línea o estructura para obtener mediciones de potencial y evaluar el nivel de protección, patrones de interferencia y drenaje de corriente a los sistemas de tuberías protegidos catodicamente.
4.14
Material de Relleno Material absorbedor de humedad, de baja resistencia eléctrica que rodea al ánodo enterrado, utilizado con el propósito de incrementar el área efectiva de contacto con el suelo y por lo tanto reducir la resistencia de contacto con el mismo. Los materiales más usados en lechos de ánodos son; coque metalúrgico y calcinado de petróleo.
4.15
Tipos de Cables Conductores Los cables usados en los ánodos y líneas hacia las cajas de distribución, deben ser del tipo TTU o doble chaqueta de polietileno, perfectamente aislados. Estos conductores deben ser inspeccionados cuidadosamente durante la instalación, rechazando o encapsulando cualquier defecto en la chaqueta o aislamiento. Se debe seleccionar un material de relleno fino, sin piedras o materiales extraños que dañen físicamente el aislamiento.
4.16
Conexiones Eléctricas Las conexiones eléctricas entre el cable del ánodo y el cable principal o de distribución, deben ser de muy baja resistencia para mantener la continuidad uniforme. Una vez hecha la conexión, se debe aislar para evitar la entrada de humedad y evitar las fugas de corriente. Los métodos más usados son: soldadura auto–fundente (cadweld), soldadura de plata (soldering), phos–copper (brazing), conectores a compresión y conectores split–bolt. Todas las juntas deben ser aisladas del ambiente con masilla epóxica.
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Tubos de Venteo Cualquier instalación de lechos de ánodos profundos en tierra debe poseer instalado el tubo de venteo para liberar a la atmósfera los gases producidos por los ánodos. Estos tubos son normalmente de 1” ó 2” de diámetro y de material PVC Schedule 40, perforados cada 6” con orificios de 1/4” de diámetro.
4.18
Centradores de Ánodos Dispositivos instalados para asegurar la uniformidad del relleno entre el ánodo y la tierra y prevenir daños a los ánodos durante la instalación y operación.
4.19
Bridas y Accesorios Aislantes Son empacaduras, arandelas y ferrules (mangas) fabricados con materiales aislantes no metálicos, que se instalan en las bridas de las tuberías para aislar eléctricamente las estructuras que no están asociadas al Sistema de Protección Catódica.
5
ESPECIFICACIONES DE CONSTRUCCIÓN Todos los trabajos que se ejecuten en los sistemas de protección catódica se realizarán de acuerdo con las especificaciones técnicas de diseño elaboradas por el Ingeniero de diseño o especialista de corrosión y deberán ser inspeccionados detalladamente con el fin de asegurar la operabilidad de los mismos.
6
SUPERVISIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN
6.1
Todos los trabajos de construcción e instalación que se ejecuten en los sistemas de protección catódica, se harán bajo la supervisión de un inspector entrenado y calificado. Será responsabilidad del inspector que la actividad se ejecute en estricto acuerdo con los planos y las especificaciones de construcción.
6.2
Todas las modificaciones deben ser aprobadas por escrito por el ingeniero de diseño o por el especialista de corrosión.
6.3
Todas las variaciones de especificaciones de construcción se anotarán en los planos respectivos y, al finalizar la obra, se deberán modificar los planos como “construidos” con su respectivo sello.
6.4
Será responsabilidad del inspector verificar la calidad y la cantidad de los materiales utilizados en la instalación del sistema. La descripción de los mismos debe cumplir con las especificaciones de construcción.
6.5
Se deberán hacer mediciones de potenciales y ajustar finalmente el sistema, a fin de garantizar una adecuada protección de la línea y/o estructuras enterradas o sumergidas.
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INSPECCIÓN Y MANEJO
7.1
Inspección
7.1.1
Los ánodos adquiridos deberán cumplir con las especificaciones de la norma PDVSA EM–28–07/04 en cuanto a peso, dimensiones, composición química y defectos externos e internos para ánodos de Fe–Si–Cr. Para ánodos de Ti MMO Ti/Pt y grafito, deben inspeccionarse de acuerdo con la especificación del fabricante. Será función del inspector asegurarse de que esta condición se cumpla, y rechazar cualquier material defectuoso.
7.1.2 El cable conductor del ánodo debe estar conectado debidamente a éste y deberá inspeccionarse en toda su extensión para garantizar que no esté deteriorado. 7.1.3 El inspector deberá medir la resistencia ánodo–cable, para asegurarse que la misma cumple con los valores indicados en la norma PDVSA EM–28–07/04. Aquellos ánodos donde se observe falta de continuidad (alta resistencia), deberán ser rechazados. El equipo utilizado deberá ser capaz de registrar medidas de resistencia en milliohmios. 7.1.4 La conexión ánodo–cable deberá estar sellada con resina epóxica u otro material que garantice la hermeticidad del sello. 7.1.5
En aquellos casos donde la conexión ánodo–cable esté protegida con una cápsula termocontráctil, la misma deberá inspeccionarse para determinar la presencia de roturas, agrietamiento y falta de adherencia de la cápsula en la cabeza del ánodo.
7.1.6
El embalaje de los ánodos, para su transporte, deberá ser realizado de manera que asegure la protección contra daños físicos o mecánicos. Los contenedores de despacho o métodos de empaque, deberán cumplir con la regulación de transportistas aplicables al modo de transporte, indicado por PDVSA.
7.1.7 Se deberán inspeccionar los rectificadores, a fin de tener seguridad que las conexiones internas estén mecánicamente seguras, que su polaridad sea la correcta y que no hayan daños en el mismo. Las características de los rectificadores deberán cumplir con las especificaciones de construcción. Se deberá tener extremo cuidado durante su manejo e instalación. 7.1.8
Se debe inspeccionar cuidadosamente el aislamiento del cable y el ánodo, rechazando cualquier defecto observado, ya sea rasgamiento, partiduras, agrietamiento, solapes, pliegues.
7.1.9 El material de coque utilizado como relleno del ánodo deberá estar conforme con la especificación técnica del Sistema de Protección Catódica.
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7.1.10 Los criterios de aceptación o rechazo de discontinuidades serán los establecidos en el procedimiento PDVSA EM–28–07/04.
7.2
Previsiones Durante la Instalación
7.2.1 El rectificador se instalará de manera apropiada y con seguridad que evite la posibilidad de daños o vandalismo. 7.2.2
Se deberá verificar que el rectificador disponga de pararrayos en la entrada y en la salida.
7.2.3 El cableado hacia los rectificadores deberá cumplir con los códigos eléctricos nacionales e internacionales. 7.2.4 Se deberá proveer un interruptor de corriente alterna, externo en el cable de alimentación al rectificador. 7.2.5
La caja del rectificador se deberá aterrar apropiadamente.
7.2.6
Los ánodos pueden enterrarse verticalmente, horizontalmente o en pozos profundos, según lo indiquen las especificaciones técnicas del Sistema de Protección Catódica; en todo caso, el material de relleno se debe compactar suavemente para asegurar que no queden vacíos alrededor de los ánodos. Se debe tener mucho cuidado durante la operación de relleno para evitar daños al ánodo y al cable. Durante la instalación de ánodos verticales, se deberá utilizar un centralizador alrededor del ánodo, para asegurar que el relleno cubra uniformemente el espacio anular entre el ánodo y el electrolito. En caso de nivel freático alto se debe encapsular el ánodo con el relleno en un tubo construído de lámina de acero galvanizado.
7.2.7 EL conductor o cable negativo se deberá conectar a la estructura, como se indica en el punto 8.1, Sección 8. Antes de energizar el rectificador, se debe verificar que el conductor negativo esté conectado a la estructura por proteger y el conductor positivo a los ánodos. Después que se haya energizado el sistema, siguiendo la autorización del ingeniero o del especialista de corrosión, se tomarán las medidas de potenciales correspondientes, tal y como se indica en el procedimiento PDVSA PI–05–02–02 “Protección Catódica por Corriente Impresa (Fase de Operación)” de este manual, para verificar que los niveles de protección sean adecuados. 7.2.8 Las conexiones entre el cable matriz y los conductores de los ánodos, deben ser mecánicamente seguras y eléctricamente conductoras. 7.2.9 En estructuras subacuáticas, los ánodos colgantes deberán instalarse de manera que su radio de acción no sea interferido por pilotes, soportes de plataforma, etc.
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7.2.10 Se debe tener cuidado cuando se instalen los cables directos de los ánodos para evitar daños al aislamiento, dejándose suficiente holgura para evitar tensión en los mismos. El material del relleno alrededor del cable debe estar libre de rocas y de material extraño que puedan causar daños al aislamiento cuando el cable se instale en la zanja. 7.2.11
Se debe tener cuidado cuando se instalen los cables de enterramiento directo de los ánodos para evitar daños al aislamiento, dejándose suficiente holgura para evitar tensión en los mismos. El material del relleno alrededor del cable debe estar libre de rocas y de materia extraña que pueda causar daño al aislamiento cuando el cable se instale en la zanja.
7.2.12 Se debe mantener la integridad del aislamiento en el cable matriz enterrado o sumergido, incluyendo los empalmes, con el fin de evitar corrosión acelerada y posterior rotura del mismo. 7.2.13 Cuando en un Sistema de Protección Catódica por Corriente Impresa estén conectados mas de un tanque de almacenamiento de similar o diferentes diámetros, el cable negativo de cada uno de los tanques debe interconectarse en una caja de negativos por las siguientes razones: a. Para aislar uno de los tanques en el momento que uno de ellos salga fuera de servicio por mantenimiento. En caso que uno de los tanques muestre elevado consumo de corriente con b. respecto al otro, es conveniente instalar un reóstato en la caja de negativos para balancear el consumo y distribuir uniformemente la corriente.
8
PUNTO DE PRUEBA
8.1
Instalación
8.1.1
Antes de la soldadura cable–estructura (cátodo) de cualquier punto de prueba, se deberá obtener el correspondiente permiso de trabajo en caliente.
8.1.2
La estructura y los cables de prueba deberán estar limpios, secos y libres de material extraño en los puntos de conexión, antes de efectuar la soldadura correspondiente; de manera que permanezcan mecánicamente seguras y eléctricamente conductivas. El inspector deberá verificar que el diseño de la junta esté de acuerdo con las especificaciones de diseño.
8.1.3
Se deberán instalar suficientes puntos de prueba para el control de la corrosión, a intervalos equidistantes a fin de obtener una verdadera indicación de la efectividad de la protección catódica.
8.1.4
Se deberá dejar suficiente holgura al cable en la zanja, para evitar esfuerzos de tensión en la soldadura cable–estructura durante el proceso de relleno.
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8.1.5
El tipo de conexión soldada (cable–estructura) por utilizar, quedará a criterio del ingeniero de diseño o del especialista en corrosión.
8.1.6
Durante la soldadura de los puntos de prueba se deberá evitar la generación de esfuerzos residuales en la tubería, aplicando el tratamiento térmico correspondiente, donde sea requerido.
8.1.7
Cada punto de prueba instalado en conductores rígidos deberá estar debidamente aislado del conductor.
8.1.8
Los conductores deberán ser debidamente identificados de acuerdo con la estructura asociada.
8.1.9
Las estaciones de prueba deberán estar sobre la superficie del suelo con suficiente holgura en los cables para facilitar las conexiones de prueba.
8.1.10
En el caso de tabla–estacados de acero en agua de mar, se deben instalar puntos de toma de potenciales y cabillas de acero inoxidable a lo largo del muelle en sus respectivas cajas.
8.1.11
En el caso de pilotes de concreto armado en agua de mar, se deben colocar puntos de toma de potenciales alternos con cabillas de acero inoxidable, a lo largo del muelle, en sus respectivas cajas.
8.1.12
En el caso de pilotes de acero en agua de mar, se debe verificar que cada pilote lleve soldada una cabilla de acero inoxidable.
8.1.13 En el caso de tuberías sub–acuaticas los puntos de pruebas deben ser identificados apropiadamente, para facilitar su posterior ubicación.
8.2
Puesta en Marcha Se debe verificar, tal y como se indica en las especificaciones de diseño, que el sistema se energice en forma escalonada con ajustes variables, y se tomen cada una de las lecturas de potenciales y de drenaje de corriente por lecho de ánodo o por ánodos. Esto es de extrema importancia, ya que indica los niveles de protección alcanzado y los problemas existentes.
9
OTRAS CONSIDERACIONES
9.1
Aislamiento Eléctrico
9.1.1
Cada tubería sumergida o enterrada debe estar eléctricamente aislada de cualquier otra estructura metálica, al menos que la tubería y la otra estructura estén conectadas eléctricamente y protegidas catódicamente como una sola unidad.
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9.1.2 Deben instalarse empacaduras aislantes, para facilitar el control de la corriente de protección. 9.1.3 Deben realizarse inspecciones mediante pruebas eléctricas (continuidad) para asegurar la efectividad del aislamiento. 9.1.4 No se deben instalar sistemas aislantes en áreas donde se pueda anticipar una atmósfera peligrosa, al menos que se tomen las precauciones para evitar el arco eléctrico. 9.1.5
Se deberán utilizar separadores aislantes entre la tubería matriz y la camisa, en todo cruce de carretera, para asegurarse que no habrá contacto metálico entre la camisa y el tubo matriz.
9.1.6
Si el cruce perforado contempla el uso de respiradores en la camisa, éstos deben ser protegidos de manera tal que se permita la entrada de agua.
9.1.7
Los extremos de la junta camisa/tubo deben ser debidamente sellados para evitar la penetración de agua.
9.1.8 Antes de proceder a rellenar la zanja, el inspector deberá asegurarse que el tubo matriz y la camisa estén completamente aislados, a través de la medición de resistencia en la junta. Se deberá obtener una resistencia igual a infinito.
9.2
Ánodos Sumergidos/Enterrados
9.2.1
Todo ánodo enterrado o sumergido deberá estar cubierto en un 100% por el electrolito.