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INTRODUCCIÓN Las líneas de transporte de Gas Natural GN, iniciándose en los lugares de extracción y terminando en los centros de consumo, utilizan tuberías superficiales y/o enterradas de alta y baja presión. En el caso de nuestra ciudad, el gas natural llega a la l a estación de distribución (Senkata, distrito 8 ciudad de El Alto - La Paz) por tubería de alta presión (> a 67 bares), posteriormente el gas natural pasa a la red primaria a través de tuberías enterradas de acero negro a (20 bares). Red que alimenta puestos de alto consumo energético, por ejemplo: estaciones de servicio que comercializan el gas natural vehicular, quemadores de las ladrilleras d e Alpacoma, los calderos a gas natural de la piscina Olímpica de Alto Obrajes, etc... Las tuberías de acero negro que conforman las redes primarias de distribución GN, por normativas de seguridad frente a un desgaste corrosivo exterior deben ser protegidas, desde la acometida de red hasta el punto de uso. Implementando como recurso electroquímico tecnológico, el resguardo catódico, ya sea por corriente galvánica o por corriente impresa. En el presente artículo se describe la metodología de resguardo o protección catódica por corriente galvánica destinada a tuberías enterradas transportadoras de gas natural GN (red primaria), considerando el di seño y cálculo de una estación experimental de observación.

DESARROLLO Conformado de acero negro en tuberías Este tipo de acero se utiliza en el proceso de fabricación de tuberías que se caracterizan por una capa de óxido negro en la superficie. La protección pr otección anticorrosiva solo considera el proceso de sellado con aceites superficiales protectores. Tubos fabricados con acero laminado en caliente según norma i nternacional ASTM A53/A53M, estableciendo el contenido de Carbono para dos tipos de tubería: grado A 0,25% y grado B 0,30 % como límites máximos. Por su composición variable de carbono ofrece diferentes diámetros, durezas y calidades de tubería para el transporte de fluidos no polares y no corrosibles. Por oxidación o ataque fisicoquímico de oxígeno, agua y humedad de los l os suelos las superficies exteriores pueden ser afectadas por la corrosión in situ (formación de óxidos de hierro), si estas superficies, no se protegen electroquímica o químicamente.

Sistema de protección catódica por corriente galvánica para tuberías La protección catódica por corriente galvánica para tuberías, es un fenómeno electroquímico que se manifiesta al conectar la superficie externa de la tubería (cátodo), con un par más activo (ánodo de sacrificio) que se oxida, en vez de la la superficie exterior de la tubería de acero. En la figura 1, 1, se muestra un esquema del sistema en condiciones de humedad del suelo [conexión cátodo (tubería) con el ánodo de sacrificio].

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Resistividad del suelo La resistividad del suelo es el parámetro más importante en una instalación de tubería metálica enterrada, como electrolito (humedad), servirá para hacer fluir la corriente catódica. Para su medida es necesario disponer d e cuatro electrodos equidistantes enterrados en el suelo. La configuración de F . Wenner se indica en la figura 2. 2.

Disponiendo de un instrumento medidor a tierra de cuatro terminales se puede obtener la resistividad aparente. Palmer desarrolló la siguiente fórmula, para determinar la resistividad aparente.





La resistividad del suelo varía con la l a humedad, la temperatura, la estratificación geológica, composición química del suelo, además horizontal y verticalmente. Una fórmula aproximada, cuando b << a, se tiene:

La tabla 1, 1, establece la relación de la resistividad con el grado de corrosividad, que se usa para clasificar los suelos.

Registro de resistividades En la tabla 2, 2, se muestra las mediciones de resistividad a lo l o largo de la tubería de observación, para dos profundidades de medición.





Diseño del Sistema de protección p rotección catódica Criterios de trabajo: •

Condiciones estáticas se define en 8 mA/m2.

• pr otección Área desnuda: La tubería se acostumbra recubrir con protección anticorrosiva y mecánica y el deterioro normal del revestimiento con los años, se trabaja con un área desnuda igual a 1,2 % del total de la superficie. • La vida útil, calculada en 10 años. Las camas anódicas se instalan a menos de 2 metros de distancia. • Uso de ánodos de magnesio de 4,5 libras (Backfill), preempacados en relleno de 75% de Yeso, 20 % de Bentonita y 5% de Sulfato de Sodio. • La soldadura para unir al tubo es de tipo Cadwell. El cable usado AWGN°12 es de tipo HMWPEde alto peso molecular.

Área a proteger: Para una tubería de 2 pulgadas de diámetro (D) y 3000 m de longitud (L), se tiene:

Cálculo de la corriente requerida: Con la densidad de corriente:

Ánodo de sacrifico, masa de magnesio metálico La oxidación anódica del magnesio se expresa de acuerdo con la ecuación química:

Al reaccionar químicamente N A átomos de magnesio se tiene:





Por lo tanto Vi átomo gramo de magnesio (12,16 g) teóricamente producen (26,80 A.h). Parámetro aplicable también a otros ánodos (Zn, Al). La tabla 3, 3, proporciona las propiedades electroquímicas de los metales más utilizados como ánodos de sacrificio.

En la tabla 4, 4, se reportan los valores de capacidad de corriente teórica y los l os valores prácticos para ánodos de Zn, Al, Mg.

A partir de estos valores y su relación con la intensidad de corriente requerida (Cálculo área a proteger), se determina la l a masa efectiva para el ánodo de sacrificio. En el caso presente, siendo el ánodo elegido de magnesio se tiene que:

La comercialización de ánodos tipo Backfill, ofrece ánodos de magnesio de 4,5 lb, preempacados en relleno de 75% de Yeso, 20 % de Bentonita y 5% de Sulfato de





Resistencia puesta a tierra

La resistencia de puesta a tierra de un ánodo en un suelo está dada por la siguiente expresión aproximada:

Para una longitud de ánodo de 85cm y diámetros del ánodo de 16 cm, se tiene:

Despreciando la resistencia de la tubería, la polarización de las dos camas es de 0,85 V, entonces la corriente del ánodo será de:

Instalación Implantación de ánodos tipo Backfill, figura 3. 3.







La figura 4, muestra la soldadura del cable N° 12 AWG a la tubería aplicando soldadura exotérmica.

La estación de prueba (figura 5) construida en hormigón armado con una un a caja y tapa de aluminio fundido, alojando en ella ell a una baquelita o fibra fenolítica donde se realizan las medidas de observación está enterrada con una base de concreto, dejando un metro de altura libre, finalmente se pinta de amarillo (normativa de seguridad).

La corrosión superficial no homogénea Las aleaciones entre Hierro (% mayoritario) y Carbono (0,03% a 1,76%)





La composición química reportada en la tabla 5, 5, permite considerar que este acero negro conformado en tubería de transporte fluido, tiene un contenido principalmente de Carbono y otros elementos que presentan diferentes reactividades superficiales químicamente no homogéneas. La electroquímica, cuando aborda el tema de la corrosión metálica, lo hace desde la perspectiva de mayor estudio, correspondiente a superficies químicamente homogéneas Sistema -metales puros, conectores y medio acuoso-. En consecuencia, para describir la corrosión en este tipo de acero constituido por aleaciones policristalinas 1 energéticamente no homogéneas situadas entre el medio atmosférico (acción del oxígeno y vapor de agu a) o entre el interior in terior de la biosfera (acción de la humedad del suelo suel o y/o microbiana). Es necesario considerar que estas superficies policristalinas presentan conformados granulares diferentes que de acuerdo con el proceso de fabricación y composición química se comportan como electrodos fácilmente oxidables ánodos o electrodos fácilmente reducibles cátodos.





En la interfase metal suelo se origina una fuerza electromotriz Fem, o potencial de referencia y cuando la corriente fluye, la Fem cambia de manera que esta interrelación tubería (acero) - suelo puede representarse por un circuito de , R A , y de Fuerzas electromotrices Fem C, Fem A en serie, que varían resistencias RC de acuerdo con la corriente I del flujo electrónico superficie anódica del acero suelo - superficie catódica. Figura 7





Si bien las tuberías de acero negro se impregnan con aceites selladores anticorrosivos, este tratamiento, puede ser exiguo para frenar la corrosión in situ, necesitándose entonces, aplicar protección galvánica por corriente catódica incorporando un electrodo adicional (ánodo de sacrificio). Mostrándose esta nueva disposición y su efecto en el circuito representativo tubería (acero) - suelo -ánodo en la figura 8. 8.

La reacción electroquímica del ánodo de sacrificio, corresponde a:

En las zonas anódicas la reacción más representativa es:





Efecto que caracteriza el nombre de este procedimiento al referirse a la protección catódica por corriente galvánica que asegura en las tuberías de acero negro un alto grado de vida útil con relación a la masa efectiva del ánodo de sacrificio. El sistema bajo esta condiciones es una celda galvánica 2 , que sirve para medir potenciales y monitorear la estación experimental de observación.

CONCLUSIONES • Este procedimiento tecnológico de refuerzo contra la corrosión localizada del acero negro, conjunciona el estudio de las l as propiedades eléctricas de los suelos con el estudio de las celdas galvánicas para el cálculo y diseño de sistemas y su implementación práctica. • Al margen de las consideraciones realizadas en este tipo de protección, se debe tomar en cuenta el mantenimiento de las estaciones de prueba con inspecciones periódicas y medidas de los potencias electroquímicos con voltímetros de alta sensibilidad, el positivo a la estación de prueba, que está conectado al ánodo, el negativo a una celda de referencia portátil de cobre-sulfato de cobre, luego entre el tubo y el electrodo de referencia. • El problema de la corrosión es latente en todo tipo de estructuras metálicas enterradas, la protección catódica por corriente gal vánica es una alternativa que puede aumentar la vida útil de estas estructuras.

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