Sedigas CursPC2011 Madrid

Corrosión y Protección Catódica de Canalizaciones y Depósitos de Gas – SEDIGÁS Protección Catódica. Preventivo y Correctivo. Correctivo .

PROTECCIÓN CATÓDICA Preventivo y Correctivo Dr. Joan Soldevila Bartolí – PROCAINSA, S.A. NACE Corrosion Technician & Cathodic Protection Tester – Certified #7119 ÍNDICE 1- INTRODUCCIÓN. 2- CORROSIÓN. Conceptos Generales. 3- PROTECCIÓN CATÓDICA. Concepto y Tipos. 4- TOMA Y SIGNIFICADO DE LAS MEDICIONES DE POTENCIAL. CRITERIOS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA. 5- JUNTAS AISLANTES, AISLANTES, CORRIENTES VAGABUNDAS Y DRENAJES. 6- RIESGO ASOCIADO A LOS DEFECTOS DE REVESTIMIENTO EN CONDUCCIONES METÁLICAS ENTERRADAS. 7- LOCALIZACIÓN DE DEFECTOS DE REVESTIMIENTO. TÉCNICAS Y VALORACIÓN DE RESULTADOS. 8- ESTUDIOS DE CORROSIVIDAD DEL TERRENO. 9- BIBLIOGRAFÍA.

1 – INTRODUCCIÓN Hablar sobre, y comprender, los principios de la PROTECCIÓN CATÓDICA, así como definir los requerimientos de sus mantenimientos preventivo y correctivo llevaría mucho más tiempo que el que podamos dedicarle a una sesión de 8 horas en el Curso de Corrosión y Protección Catódica de Canalizaciones y Depósitos de Gas que organiza SEDIGÁS. No obstante, un curso como el planteado, con tan diversa temática a tener en cuenta no puede obviar tratar los conceptos fundamentales sobre los que se basa la protección anticorrosiva activa, que constituye la técnica más eficaz para poder evitar los PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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problemas de corrosión que afectan afectan cualquier estructura estructura metálica enterrada enterrada o sumergida, como ocurre con los gasoductos que operan a medias y altas presiones. Evidentemente, es un desafío muy grande poder comprimir en tan corto espacio de tiempo una temática tan variada como el tratar de las técnicas que permiten controlar que no se produzca corrosión en los ambientes enterrados. Intentaremos Intentaremos documentar los aspectos más fundamentales, explicando los conceptos básicos y aplicándolos a ejemplos reales. Espero poder cumplir con el objetivo planteado. Información más detallada siempre podrán obtenerla obtenerla en contacto contacto directo con el el ponente.

2 - CORROSIÓN. Conceptos Generales. 2.1. Definición. La corrosión es el deterioro de una sustancia (normalmente un metal) o de sus propiedades debido debido a una reacción con con su ambiente. 2.2. Formas Básicas de Corrosión. Hay muchas formas de corrosión. Algunas se encuentran frecuentemente en la vida diaria o el trabajo. Otras requieren de una combinación específica de materiales o ambientes, por lo que se producen raramente. Aprender a entender los mecanismos involucrados en estas formas de corrosión y cuales son los resultados de estos mecanismos en algunas formas específicas de corrosión es el primer paso importante para controlar la corrosión. Aquello que entendemos nos resulta más fácil de controlarlo. Lo que sabemos es que todas las formas de corrosión, a excepción de algunas formas de corrosión a alta temperatura, acontecen por la acción de una celda electroquímica. Veremos que esta celda electroquímica puede actuar de muchas formas, pero una vez comprendida en sus principios generales, puede emplearse para comprender la mayoría de las formas de corrosión.

2.3. Electroquímica. La corrosión se produce a través de reacciones electroquímicas. Las reacciones electroquímicas, ocurren en electrolitos, que son líquidos (o suelos, u hormigón) que pueden conducir una corriente eléctrica. Las reacciones electroquímicas se producen debido a un intercambio de electrones. El intercambio de electrones en las reacciones electroquímicas se producen en diferentes lugares. Los electrones fluyen de un metal de uno de estos diferentes lugares hacia otro.

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problemas de corrosión que afectan afectan cualquier estructura estructura metálica enterrada enterrada o sumergida, como ocurre con los gasoductos que operan a medias y altas presiones. Evidentemente, es un desafío muy grande poder comprimir en tan corto espacio de tiempo una temática tan variada como el tratar de las técnicas que permiten controlar que no se produzca corrosión en los ambientes enterrados. Intentaremos Intentaremos documentar los aspectos más fundamentales, explicando los conceptos básicos y aplicándolos a ejemplos reales. Espero poder cumplir con el objetivo planteado. Información más detallada siempre podrán obtenerla obtenerla en contacto contacto directo con el el ponente.

2 - CORROSIÓN. Conceptos Generales. 2.1. Definición. La corrosión es el deterioro de una sustancia (normalmente un metal) o de sus propiedades debido debido a una reacción con con su ambiente. 2.2. Formas Básicas de Corrosión. Hay muchas formas de corrosión. Algunas se encuentran frecuentemente en la vida diaria o el trabajo. Otras requieren de una combinación específica de materiales o ambientes, por lo que se producen raramente. Aprender a entender los mecanismos involucrados en estas formas de corrosión y cuales son los resultados de estos mecanismos en algunas formas específicas de corrosión es el primer paso importante para controlar la corrosión. Aquello que entendemos nos resulta más fácil de controlarlo. Lo que sabemos es que todas las formas de corrosión, a excepción de algunas formas de corrosión a alta temperatura, acontecen por la acción de una celda electroquímica. Veremos que esta celda electroquímica puede actuar de muchas formas, pero una vez comprendida en sus principios generales, puede emplearse para comprender la mayoría de las formas de corrosión.

2.3. Electroquímica. La corrosión se produce a través de reacciones electroquímicas. Las reacciones electroquímicas, ocurren en electrolitos, que son líquidos (o suelos, u hormigón) que pueden conducir una corriente eléctrica. Las reacciones electroquímicas se producen debido a un intercambio de electrones. El intercambio de electrones en las reacciones electroquímicas se producen en diferentes lugares. Los electrones fluyen de un metal de uno de estos diferentes lugares hacia otro.


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Figura 1. Esquema de los circuitos electroquímicos.

2.4. Reacciones de Oxidación/Reducción. Oxidación/Reducción. La mayoría de las reacciones de corrosión son reacciones electroquímicas, electroq uímicas, denominadas reacciones reacciones de oxidación / reducción. Estas reacciones oxidación/reducción oxidación/reducción se producen por un intercambio de electrones. En las reacciones de corrosión, este intercambio electrónico se produce en determinados lugares. Las reacciones de oxidación se producen en los ánodos y las de reducción en los cátodos. Los electrones suministrados por los ánodos viajan a través del metal hacia el cátodo, donde se consumen en una reacción de reducción. Las reacciones de corrosión se producen en electrolitos que proporcionan los reactivos para estas reacciones. reacciones.


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CARACTERÍSTICAS DE LA OXIDACIÓN / REDUCCIÓN OXIDACIÓN REDUCCIÓN

Pérdida de electrones Incremento carga positiva positi va Disminución carga negativa Se produce en el ánodo Los electrones permanecen permanecen en el metal

Ganancia de electrones Incremento carga negativa Disminución carga positiva Se produce en el cátodo El metal es la fuente de electrones

EJEMPLOS DE OXIDACIÓN Y REDUCCIÓN OXIDACIÓN REDUCCIÓN

Feo -> Fe++ + 2eFeo -> Fe+++ + 3eFe++ -> Fe+++ + e-

2H+ + 2e- -> H2 2H2O + O2 + 4e- -> 4(OH-) O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O

2.5. Mecanismo de la Corrosión. Si en el equilibrio del metal con su ión y su electrón, electrón, Me <-> Me ++ + 2e-, se hace que el electrolito absorba los electrones, se destruye el equilibrio, y los iones i ones metálicos pasan a la disolución. Esta reacción se seguirá produciendo mientras el medio siga absorbiendo electrones. En función de cómo se realice esta transferencia de electrones, se presentan dos tipos de corrosión: • •

Corrosión química Corrosión electroquímica

Corrosión química En este tipo de reacción, hay una transferencia de electrones del átomo a un ión del medio exterior, pero sin transporte de electrones por el interior del metal. En el acero se produce a altas altas temperaturas, por encima de los 600ºC.


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Figura 2. Corrosión química.

Corrosión electroquímica La característica de esta reacción es que aquí se produce transporte de electrones por el interior del metal. Se produce la corrosión del electrodo anódico, que es aquel cuyo potencial es menor. Por tanto, excepto par la corrosión a alta temperatura, todas las reacciones de corrosión son reacciones electroquímicas en un electrolito. La oxidación se da en el ánodo y los átomos del metal se liberan de la estructura metálica y entran en el electrolito como iones. Debe notarse que no es necesaria la reacción con el oxígeno para que se produzca oxidación. En la terminología que se utiliza en las reacciones de corrosión, la oxidación simplemente es la formación de iones positivos gracias a la pérdida de electrones. Las reacciones catódicas que puedan desarrollarse pueden involucrar muchos componentes, paro la reducción de los iones de hidrógeno (H + + e- -> H0) y la reducción del agua (2H 2O + O2 + 4e- -> 4 (OH-)) son las reacciones catódicas (de reducción) más comunes. Se pueden repetir las tablas anteriores como: CARACTERÍSTICAS DE LAS REACCIONES ANÓDICAS Y CATÓDICAS REACCIONES ANÓDICAS REACCIONES CATÓDICAS

Pérdida de electrones Incremento de carga positiva positi va Disminución de carga negativa Oxidación Los electrones permanecen permanecen en el metal

Ganancia de electrones Incremento de carga negativa Disminución de carga positiva Reducción El metal es la fuente de electrones


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Corrosión y Protección Catódica de Canalizaciones y Depósitos de Gas – SEDIGÁS Protección Catódica. Preventivo y Correctivo.

Por lo que se refiere a reacciones anódicas y catódicas: REACCIONES ANÓDICAS o

++

REACCIONES CATÓDICAS

-

2H+ + 2e- -> H2 2H2O + O2 + 4e- -> 4 (OH-) O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O

Fe -> Fe + 2e Feo -> Fe+++ + 3eFe++ -> Fe+++ + e-

Por tanto las características de las reacciones anódicas y catódicas son esencialmente las mismas que las reacciones de oxidación / reducción respectivamente

Figura 3. Corrosión electroquímica.

2.6. La Corrosión requiere un circuito completo. Cuando una reacción anódica se produce, los electrones permanecen en el metal, y a no ser que se consuman en las reacciones del cátodo, se incrementa su número y tienden a ralentizar la reacción de corrosión. La reacción en el ánodo que resulta en la pérdida de metal sólo puede continuar mientras los electrones se consuman en el cátodo. La velocidad de cualquier reacción química se ralentiza con la producción de los productos de la reacción. En nuestro caso, los productos de reacción de la reacción de oxidación son electrones que permanecen en el metal e iones de metal que entran en disolución Genéricamente se puede escribir: M o -> Mn+ + ne-


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El incremento tanto de iones metálicos en el electrolito, o de los electrones en el metal, tenderán a reducir la velocidad de la reacción. En muchas reacciones de corrosión, los iones de metal se consumen reaccionando con otras moléculas o compuestos en el electrolito. En estas reacciones el contenido de los iones metálicos disueltos permiten que la oxidación electroquímica siga operando rápidamente. Los iones metálicos producidos por oxidación en el ánodo se combinan con otras sustancias en el electrolito para formar productos de corrosión. La formación de productos de corrosión es una reacción paralela que puede afectar la velocidad de la corrosión, pero no está directamente relacionada en la presencia de reacciones electroquímicas de oxidación / reducción. Las reacciones catódicas consumen electrones. Además de las escritas existen muchas reacciones catódicas dependiendo de la composición del electrolito y otras condiciones. Los metales generalmente son buenos conductores de la electricidad. Al contrario que en los electrolitos que conducen la electricidad mediante el flujo de iones, los metales la conducen mediante el flujo de electrones. Los electrones fluyen en los metales desde áreas con cargas más negativas (exceso de electrones) hacia áreas con cargas más positivas (déficit de electrones). Un punto de confusión habitual es la diferencia entre el flujo de corriente y el flujo de electrones. Cuando se estudió la electricidad por primera vez a principios del siglo XVIII, el mecanismo del flujo eléctrico era desconocido. Lo que se conoció es que algo estaba fluyendo tanto en circuitos eléctricos como electrolíticos. Benjamín Franklin estableció una convención para denominar los potenciales eléctricos y el flujo eléctrico. Asignó arbitrariamente una carga positiva al transportador de la carga eléctrica en el metal, y consecuentemente el flujo de esta carga era de áreas más positivas a áreas más negativas en el circuito. Desafortunadamente, incluso con un 50% de posibilidades de acertar, se equivocó. A finales del siglo XIX los físicos descubrieron el electrón y encontraron que era el movimiento del electrón cargado negativamente el responsable del flujo de la electricidad en los metales. No obstante, la convención establecida ha permanecido y el flujo de la “corriente convencional” en un circuito eléctrico se sigue describiendo como el flujo de una carga positiva desde áreas más positivas hacia áreas más negativas en el circuito. El flujo de los electrones en el metal es contrario a esta convención.


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Figura 4. Flujo convencional de corriente, y flujo de electrones en una celda de corrosión.

En una celda de corrosión, los electrones fluyen a través del metal desde lugares donde están ocurriendo las reacciones anódicas hacia lugares donde permiten que ocurran las reacciones catódicas. La corriente eléctrica también fluye a través del electrolito para equilibrar el flujo de electrones en el metal. En este caso los agentes que transportan la corriente eléctrica son los iones en el electrolito. Los aniones (iones de carga negativa) fluyen hacia el ánodo y los cationes (iones de carga positiva) fluyen hacia el cátodo. Una reacción de corrosión completa requiere TODOS estos componentes para que se pueda producir y desarrollar: Estos componentes y sus características son: Ánodo: El lugar donde se produce pérdida de metal y se generan electrones. Cátodo: El lugar donde se consumen los electrones producidos por el ánodo. Camino o ruta metálica: Aquello que conduce los electrones desde los lugares anódicos a los catódicos. Electrolito: Aquello que proporcionan los reactantes para las reacciones catódicas y permite el flujo de iones. Un punto MUY IMPORTANTE es que si alguno de estos procesos puede ralentizarse o pararse, la corrosión puede también disminuir o ser eliminado

3 - PROTECCIÓN CATÓDICA. Concepto y Tipos. La Protección Catódica para el control de la corrosión mediante la utilización de una corriente eléctrica se limita a aquellos metales expuestos a un electrolito tal como el suelo, el agua, o el hormigón. La Protección Catódica no es aplicable en corrosión atmosférica.


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3.1. Teoría de la Protección Catódica. En una superficie en la que hay corrosión, existen centenares de celdas corrosivas locales, microscópicas. Existe una diferencia de potencial, o voltaje, entre los ánodos y los cátodos de estas celdas. La diferencia de potencial es la que dirige la corriente de corrosión. El concepto de la protección catódica involucra reducir a cero la diferencia de potencial entre las localizaciones anódicas y catódicas de la superficie del metal, resultando en que no haya flujo de corriente de corrosión. Esto puede lograrse permitiendo que la corriente fluya sobre la superficie del metal desde un ánodo externo, la corriente del cual polariza las superficies catódicas en la dirección electronegativa. A medida que los potenciales de las zonas catódicas se polarizan hacia los potenciales de las zonas anódicas, se reduce la corriente de corrosión. Cuando los potenciales de todas las áreas catódicas alcanzan el potencial de circuito abierto de la mayoría de zonas anódicas, la diferencia de voltaje entre los ánodos locales y los cátodos se elimina y la corrosión cesa. De hecho, la Protección Catódica no elimina la corrosión, sino que la transfiere desde la estructura a proteger a los ánodos de protección catódica. La estructura a proteger se convierte por tanto en el cátodo de una celda de corrosión realizada intencionadamente. La corrosión en el metal cesará tan pronto la corriente de protección aplicada iguale o supere la corriente de corrosión. La corriente de protección catódica sale del ánodo(s) de protección catódica, entra en el electrolito, y circula como iones migrantes por éste hacia la superficie del metal. En el punto en el que sale esta corriente del ánodo se produce una reacción anódica. Cuando esta corriente es recibida en la superficie a proteger se produce una reacción catódica. El circuito de corriente se cierra a través de la conexión metálica entre ánodo y superficie a proteger (cátodo) para volver al ánodo. 3.2. Estructuras que pueden protegerse catódicamente. La mayoría de estructuras metálicas que están inmersas o embebidas en un electrolito pueden protegerse catódicamente. Ejemplos de estructuras que pueden protegerse catódicamente incluyen: 

       

Tuberías cilíndricas de acero, hierro, aluminio y hormigón pretensado enterradas o sumergidas. Tanques y sistemas de tuberías enterrados. Exterior de los fondos de tanques de almacenamiento de eje vertical. Interiores de tanques de agua Cascos de buques Tanques de lastre Diques Pilotes de pantalanes Pilotes de cimentaciones, en tierra y en agua PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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    

Puentes y subestructuras Interiores de acumuladores de agua caliente Superficies interiores de intercambiadores de calor Armaduras del hormigón Fundas de plomo o acero de cables eléctricos y telefónicos.

Nota precautoria: Es posible sobreproteger algunos materiales tales como cables de pretensado, plomo y aluminio. Las corrientes de protección demasiado altas pueden causar fragilización por hidrógeno en aceros pretensados y pueden incrementar la corrosión en el aluminio y el plomo. Existen dos métodos de proporcionar corriente de protección catódica a una estructura:  

Mediante ánodos de sacrificio (ánodos galvánicos) Mediante corriente impuesta (impressed current )

3.3. Protección Catódica mediante ánodos de sacrificio (ánodos galvánicos). Los ánodos de sacrificio (galvánicos) son un ejemplo práctico de la utilización de la corrosión entre metales disimilares. Es importante destacar que debe haber una substancial diferencia de potencial, o de voltaje, entre el ánodo galvánico y la estructura a proteger. El ánodo de sacrificio se conecta a la estructura a proteger, bien sea directamente, o mejor a través de una caja de toma de potencial (TP) a fin de poder monitorizar la protección catódica. 3.3.1. Ánodos: Existen varios metales que aleados convenientemente pueden utilizarse como ánodos de sacrificio:   

Aluminio (Al) Magnesio (Mg) Zinc (Zn)

3.3.2. Aplicaciones de los sistemas mediante ánodos de sacrificio: Se especifican a continuación algunas de las condiciones en las que suelen utilizarse ánodos de sacrificio:   

Cuando se requiere una relativamente poca cantidad de corriente de protección. Generalmente sólo utilizables en electrolitos de resistividades bajas. Para protección catódica local, para proporcionar corriente a un área específica de una estructura. Algunos operadores instalan ánodos de sacrificio sólo en áreas donde se han producido reparaciones, en lugar de dotar a toda la estructura de protección catódica. Este tipo de prácticas suelen emplearse en metales sin recubrimiento o con recubrimientos muy pobres, en los que un sistema completo de protección catódica es difícilmente aplicable o resultaría muy costoso.


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

   

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Cuando se requiere corriente adicional en áreas problemáticas. Algunas estructuras dotadas de sistemas de protección catódica por corriente impuesta pueden tener puntos aislados donde se necesitan relativamente poco importantes cantidades de corriente adicional. Estos requerimientos pueden lograse mediante ánodos de sacrificio. Las aplicaciones típicas incluyen: Instalaciones de válvulas enterradas pobre o incompletamente revestidas. Contratubos comunicados a la tubería que no pueden reparase. Secciones aisladas en los que el revestimiento se ha dañado en gran medida. Áreas en las que existen apantallamientos eléctricos a la corriente suministrada por un sistema por corriente impuesta. En casos de interferencias entre sistemas de protección catódica. Si las condiciones lo permiten, se pueden utilizar ánodos de sacrificio en los puntos de descarga de la corriente de interferencia de la estructura ajena. Para proporcionar corriente a estructuras localizadas cerca de otras estructuras metálicas enterradas en las que las condiciones existentes hacen difícil instalar sistemas por corriente impuesta sin que se causen problemas de interferencias. Los ánodos de sacrificio se emplean muy extensamente para proteger el interior de acumuladores de agua caliente, cajas de agua y varios tipos de depósitos. En estructuras off-shore, se utilizan grandes ánodos de sacrificio para proteger los componentes sumergidos.

3.3.3. Ventajas de los ánodos de sacrificio.   

   

No se requiere una fuente externa de corriente. Bajos requerimientos de mantenimiento. Bajas corrientes de salida, lo que resulta en muy pequeños o inexistentes problemas de corrientes de interferencia. Fáciles de instalar. En la mayoría de casos se pueden añadir más ánodos fácilmente. Proporcionan una distribución de corriente uniforme. Mínimos costes asociados a los derechos de paso (pocos conflictos con las indemnizaciones a terceros).

3.3.4. Limitaciones de los ánodos de sacrificio.    



Bajas salidas de corriente o de voltaje de protección. Se suelen necesitar muchos ánodos para estructuras pobremente revestidas. Pueden ser inefectivos en ambientes de altas resistividades. Mayor coste por unidad de intensidad de corriente que los sistemas por corriente impuesta debido a menor eficiencia (autoconsumibles). Puede resultar difícil o costoso reemplazar ánodos agotados.

3.3.5. Tipos de ánodos: MAGNESIO (Mg) Los ánodos de Magnesio se encuentran disponibles en dos tipos de aleaciones: Aleaciones de alto potencial, que tienen un potendcial nominal de corrosión de –1,75 V PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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respecto a un electrodo de cobre-sulfato de cobre; y aleaciones de bajo potencial que tienen un potencial nominal de corrosión de –1,55 V respecto al mismo tipo de electrodo. Los ánodos de Mg se utilizan normalmente en suelos y en agua dulce. ZINC (Zn) Los ánodos de Zn también se encuentran comercialmente disponibles en dos tipos de aleaciones, una para su uso en suelos y otra para aplicaciones en agua de mar. El Zn puede desarrollar una corrosión intergranular rápida a temperaturas superiores a 49ºC. A temperaturas superiores a 54ºC y particularmente en presencia de carbonatos, el Zn puede pasivarse y el potencial de la película de pasivación puede tornarse más noble que el del acero, permitiendo entonces la corrosión del acero, que se torna ánodo frente al Zn pasivado (el supuesto ánodo ahora es un cátodo). ALUMINO (Al) Los ánodos de aleaciones de Al se utilizan principalmente en aplicaciones en agua de mar, y se producen en diversas aleaciones entre las que destacan las que contienen mercurio (Hg) e indio (In). Las aleaciones que contienen In tienen un potencial ligeramente superior a las que contienen Hg, pero son menos eficientes. Los ánodos de Al son preferibles en aplicaciones en agua de mar porque tienen tasas de consumo más bajas que los ánodos de Mg o Zn. Los ánodos de aleaciones de Al no se utilizan en agua dulce, excepto como ánodos de corriente impuesta. No se utilizan para protección en el subsuelo. 3.3.6. Eficiencia de los ánodos de sacrificio: La eficiencia de un ánodo de sacrificio depende del tipo de aleación del ánodo y del ambiente en que se encuentra instalado. El consumo de cualquier metal es directamente proporcional a la cantidad de corriente descargada desde su superficie. Para los ánodos de sacrificio, parte de esta descarga de corriente se debe a la corriente de protección suministrada a la estructura a proteger, y parte se debe a celdas locales de corrosión en la superficie del propio ánodo. La eficiencia de un ánodo es la relación entre el metal consumido para proporcionar corriente útil para protección catódica y la cantidad total de metal consumido. Para los ánodos de Mg la eficiencia es generalmente del 50%. 3.3.7. Especificaciones de los sistemas mediante ánodos de sacrificio: Los ánodos de sacrificio se encuentran comercialmente de diversidad de formas y tamaños. Para ambientes marinos los ánodos acostumbran a tener formas específicas dependiendo del tipo de estructura a la que deben aplicarse. Generalmente disponen de pletinas metálicas para soldarlos directamente a la estructura. En ambientes enterrados, el tamaño y forma del ánodo depende mayormente de la resistividad del subsuelo, de los requerimientos de corriente y de otros condicionantes PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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más que de la forma de la estructura a proteger. Estos ánodos están equipados de un cable aislado para la conexión eléctrica. La distancia entre el ánodo y la estructura a proteger se define por los especialistas en diseño y montaje de este tipo de instalaciones. Otro componente que se requiere en ambientes enterrados para aplicaciones con ánodos de sacrificio es el backfill químico. 3.3.8. Backfill: El backfill (relleno) químico que se utiliza para ánodos de sacrificio en ambientes enterrados consiste en una mezcla de 75% de yeso, 20% de bentonita y 5% de sulfato sódico. Este backfill químico se dispone rodeando los ánodos de Mg o Zn para proporcionarles un ambiente uniforme que reduzca el autoconsumo de los ánodos. La composición química del backfill es tal que permite que el ánodo funcione más eficientemente porque el backfill reduce la polarización del ánodo. Además el backfill permite mantener un grado de humedad elevado en las inmediaciones del ánodo, por lo que éste intima más fácilmente con el terreno circundante para liberar la corriente de protección, ya que se reduce la resistencia entre ánodo y terreno. 3.3.9. Conexionado entre ánodo y estructura: Los ánodos de sacrificio pueden conectarse directamente a la estructura mediante un conductor metálico. Esto se consigue mediante uno de los siguientes métodos: 







Utilizando un cable de Cu aislado proporcionado por el suministrador que se suelda aluminotérmicamente, o se conecta de otra forma a la estructura. Como en el caso anterior con una caja de toma de potencial instalada entre el ánodo y la estructura. La caja de TP puede contener una resistencia para el control del flujo de corriente o un shunt para medir la intensidad de la misma. Como brazaletes que se colocan alrededor de la tubería y se conectan a la misma mediante una soldadura. Mediante una pletina o un redondo metálico que se suelda directamente a la estructura.

3.4. Protección Catódica mediante sistemas por corriente impuesta (impressed current). Un sistema de Protección Catódica por corriente impuesta consiste en una fuente externa de corriente y unos ánodos de inyección de corriente. La fuente externa de corriente fuerza a la corriente a fluir desde el ánodo de inyección hacia la estructura a proteger a través del electrolito. Los ánodos utilizados en sistemas por corriente impuesta se construyen normalmente con materiales relativamente inertes. Éstos incluyen:     

Grafito (carbono) Hierro-silicio, o hierro-silicio-cromo Titanio o Niobio con recubrimiento de Platino Aluminio Magnetita PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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Titanio con recubrimiento de óxidos metálicos de metales nobles (Os-Ru). Polímeros conductores Trozos de hierro o acero Plata-Plomo

3.4.1. Fuentes de corriente: La fuente de corriente para un sistema por corriente impuesta tiene que producir corriente continua (DC). Se pueden utilizar diversas fuentes de corriente para sistemas por corriente impresa, tales como:     

Transforrectificadores Sistemas fotovoltaicos (celdas solares) Generadores eléctricos Aerogeneradores Celdas termoeléctricas

Cuando está disponible una fuente de corriente alterna (AC) los transforrectificadores son la solución más ventajosa tanto desde un punto de vista económico como de operatividad respecto de los demás tipos de fuentes externas de corriente continua descritos. 3.4.2. Aplicaciones de los sistemas de Protección Catódica por Corriente Impuesta: Las utilizaciones típicas de los sistemas por corriente impuesta son: 

 



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    

Para grandes requerimientos de corriente, particularmente para estructuras sin revestimiento o pobremente revestidas. Para cualquier tipo de resistividades del electrolito. Como un manera económica de proteger estructuras que tienen los ánodos de sacrificio agotados. Para poder contrarrestar los efectos negativos de corrientes vagabundas o problemas de interferencia con otros sistemas de protección catódica. Para protección de intercambiadores, grandes cajas de agua, y otro tipo de acumuladores. Para el interior de tanques de almacenamiento de agua. Para el exterior de fondos de tanques de almacenamiento de eje vertical. Para tanques de almacenamiento enterrados. Para componentes sumergidos de estructuras marinas (off-shore) Para pilotes de cimentaciones y pilotes de pantalanes, tanto en la parte enterrada como en la sumergida.

3.4.3. Ventajas de los sistemas por Corriente Impuesta: 



Son muy flexibles, pues tienen la capacidad de funcionar en un amplio rango de salidas de intensidad y voltaje. Se satisfacen altas demandas de corriente con una única instalación.


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

 

Son efectivos para proteger estructuras no revestidas o con revestimientos muy pobres. Son efectivos en ambientes de altas resistividades. Tienen mucho menor consumo de los ánodos que los sistemas galvánicos.

3.4.4. Limitaciones de los sistemas por Corriente Impuesta: 

   

Mayores costes de inspección y mantenimiento que los sistemas mediante ánodos de sacrificio. Necesidad de instalar una fuente externa de corriente continua. Coste constante de consumo de electricidad. Alto riesgo de causar interferencias por corrientes erráticas o vagabundas. Pueden causar sobreprotección, con el resultado de: o Daños en el revestimiento protectivo (ampollamientos o blistering ) o Fragilización por desprendimiento de hidrógeno.

3.4.5. Ánodos: GRAFITO (CARBONO): Los ánodos de grafito instalados enterrados con backfill carbonáceo funcionan bien. También se muestran como buenos derivadores de corriente en ambientes con cloruros, como en el agua de mar. En condiciones muy severas con bajos pH y altas concentraciones de sulfatos se consumen más rápidamente. Funcionan bien en suelos relativamente secos. Acostumbran a presentar problemas en la conexión con los cables, que si no están bien selladas se rompen por corrosión en el cable (descabezamiento) pues el grafito es poroso. HIERRO-SILICIO-CROMO: Son más frágiles que los de grafito si se fabrican en fundición en coquilla. Los fabricados en fundición centrifugada aún siendo frágiles son mucho más resistentes. Se comportan como los de grafito instalados en el subsuelo con backfill carbonáceo. Cuando se instalan sin backfill y cuando la reacción anódica predominante es la de evolución de oxígeno, se comportan mucho mejor que los de grafito. En terrenos secos se pueden pasivar, aumentando su resistencia con el entorno. Son más eficaces que los de hierro-silicio. PLATINO: Los ánodos platinizados tienen un sustrato de Titanio o Niobio. Se desarrollaron para aplicaciones en agua de mar u otros ambientes con presencia de cloruros. Son susceptibles a no funcionar correctamente cuando reaccionan en ambientes con iones complejos.


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En términos de corriente dan buenos resultados cuando las demandas son altas. En términos del coste del ánodo y de la fuente requerida de corriente, no acostumbran a ser rentables en ambientes enterrados. ALUMINIO: Restringido a tanques de almacenamiento de agua no caliente. Debido a sus elevadas tasas de consumo, requieren sustitución al año de su instalación. También se utilizan porque sus productos de corrosión son incoloros y no son tóxicos. MAGNETITA: La magnetita es un tipo de óxido de hierro. Se utilizan en agua de mar, aguas salobres, agua dulce y en medios de alta resistividad. ÓXIDOS METÁLICOS: Los ánodos de óxidos metálicos de metales nobles consisten en una mezcla de este tipo de compuestos (de Os y Ru) depositados electrolíticamente sobre un substrato de titanio. Este recubrimiento se muestra altamente conductivo y ha demostrado su extraordinaria baja pérdida de peso al paso de la intensidad de corriente. Este tipo de ánodos son extraordinariamente resistentes al ataque por ácidos (incluso con pH < 1). Se comercializan en pletinas, tubos, cintas o redes, y se utilizan en agua dulce, aguas salobres y ambientes enterrados, así como para aplicaciones en hormigón. Por sus prestaciones, presentan una muy buena relación calidad-eficiencia/precio. POLÍMEROS CONDUCTORES: Se trata de ánodos continuos flexibles, en forma de cables, que se utilizan tanto para aplicacio9nes enterradas como para protección de armaduras en el hormigón. Para aplicaciones enterradas se pueden obtener este tipo de ánodos con su relleno de backfill. Son adecuados para repartir pocas cantidades de corriente a lo largo de una estructura longitudinal, sobretodo en aplicaciones en que los revestimientos están bastante deteriorados. PLATA-PLOMO: Se utiliza este material como ánodos sólo en ambientes con presencia de cloruros. Las aplicaciones más comunes son en agua de mar. 3.4.6. Backfill: Para aplicaciones enterradas, los ánodos de corriente impuesta se rodean casi siempre de material carbonáceo (grafito granular o coque de petróleo calcinado). Este relleno (backfill ) sirve para tres propósitos: 

Reduce la resistencia entre ánodo y terreno circundante


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



Incrementa la capacidad de salida de corriente del ánodo al aumentar la superficie de contacto entre éste y su entorno. Reduce el consumo del ánodo ya que al ser el backfill conductivo, si se ha dispuesto correctamente, forma parte del propio ánodo y se también se consume en adición al consumo del ánodo.

3.4.7. Fuentes de corriente: RECTIFICADORES: Lo que conocemos normalmente como rectificadores son realmente unidades transforectificadores. Contienen un transformador para ajustar el voltaje, un rectificador para convertir la corriente alterna en continua, y varios controles y otros componentes dependiendo de su utilización. Existen tres tipos fundamentales de rectificadores: 





De voltaje constante: El voltaje de DC en los terminales permanece constante para cualquier intensidad de corriente hasta los límites máximos de intensidad de corriente permitidos en el rectificador. De corriente (intensidad) constante: La intensidad de salida permanece constante en un amplio rango de resistencias del circuito de la corriente de protección catódica, hasta un valor máximo de voltaje permitido por el rectificador. De potencial constante: La intensidad y la tensión de salida varían para permitir mantener un potencial preseleccionado en la estructura. Normalmente se especifica un potencial mínimo y un potencial máximo. Se denominan rectificadores de control automático, y las mediciones de potencial se leen en los módulos electrónicos del propio rectificador a través de un electrodo permanente, enterrado junto a la estructura a proteger. Debe tenerse especial cuidado de separar convenientemente el electrodo de medida de la posición del lecho anódico, a fin de no infraproteger estructuras lineales de largo recorrido.

Cuando se dispone de suministro de corriente alterna, los rectificadores presentan obvias ventajas económicas y de operacionalidad respecto a otras fuentes externas de corriente. PANELES SOLARES: Los paneles solares generan directamente corriente continua mediante la acción fotovoltaica con la luz solar. Los paneles se combinan con baterías de almacenamiento para proporcionar corriente durante las horas nocturnas o los días nublados. 3.4.8. Conexiones eléctricas: Todos los conexionados eléctricos que se utilicen en sistemas de protección catódica por corriente impuesta (excepto la parte activa de la superficie de los ánodos) deben estar completamente selladas con materiales dieléctricos, pues en caso contrario pueden romperse por corrosión acelerada debido al paso de corriente por los cables. Así, no PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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deberán permitirse conexiones que no sean soldadas a las estructuras a proteger, y éstas den aislarse convenientemente con resinas epoxídicas. Los cables de conexionado tendrán un aislamiento en material plástico de 1 kV. Las secciones de los cables, según el tipo de cometido que tengan, se especifican en las normas aplicables al respecto. 3.5. Factores que influencian la operatividad de la Protección Catódica. Existen muchos factores que influencian la operatividad de los sistemas de Protección Catódica. Los técnicos en corrosión deben comprender los efectos de algunos de los factores más importantes. 3.5.1. Contenido de humedad del terreno: A medida que el contenido de humedad se incrementa por encima del 15%, la resistividad del subsuelo decrece. Por encima del 15%, hay pocos cambios en la resistividad. Mientras que bajas resistividades del terreno tienden a incrementar la corrosión electroquímica, permiten mejorar la protección catódica pues se disminuye la resistencia entre ánodo y terreno. Ello permite aumentar la capacidad de salida de corriente a un voltaje dado. 3.5.2. Revestimiento: El revestimiento reduce la cantidad de corriente necesaria para proteger una estructura. Proteger una estructura desnuda requiere suficiente corriente para proteger toda la superficie de metal expuesta al electrolito. En una estructura revestida, sólo es necesario proteger el metal expuesto en defectos o roturas del revestimiento. Una estructura bien revestida acostumbra a tener sólo un 1% de su superficie expuesta en defectos de revestimiento. No obstante, a medida que el revestimiento envejece, puede ocurrir algún tipo de deterioro. Si se trabaja sobre estructuras con revestimientos muy finos (pinturas), la sobreprotección catódica puede originar el ampollamiento del revestimiento causando a su vez una mayor superficie de metal expuesta al electrolito. 3.5.3. Textura del subsuelo: Terrenos arcillosos y limosos: Los terrenos muy compactados pueden inducir el bloqueo de gases en la superficie de los ánodos, lo que resulta en un incremento de su resistencia con el entorno. Este bloqueo es debido a la imposibilidad de los gases que se generan en su superficie a escapar. Este fenómeno es especialmente frecuente en sistemas de ánodos profundos. Debe habilitarse una manguera perforada de evacuación de gases desde los ánodos hasta la superficie. Los terrenos compactados pueden reducir los efectos de despolarización en la estructura. Esto ayuda a reducir los requerimientos de corriente de protección. Arenas y gravas: Los suelos porosos permiten un rápido intercambio en el contenido de humedad. Esto puede generar humidificaciones y secados cíclicos en el subsuelo, cambiando por tanto sus características de resistividad. Estos cambios influenciarán la resistencia del circuito de protección catódica. En algunos casos, se requieren PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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rectificadores de intensidad constante para mantener la protección catódica bajo estas circunstancias. El oxígeno puede penetrar fácilmente en terrenos porosos. El oxígeno actúa como un despolarizante, incrementando por tanto los requerimientos de corriente. Se pueden generar celdas de concentración de oxígeno en los puntos de contacto entre la grava y la estructura. La corriente de protección catódica puede ver dificultada su penetración en este punto de contacto. En consecuencia, puede resultar difícil proteger estructuras rodeadas de gravas o de rocas trituradas. 3.5.4. Temperatura: Las tasas de corrosión tienden a incrementarse con el incremento de la temperatura. En consecuencia, en electrolitos más cálidos los requerimientos de corriente suelen ser mayores que en los más fríos. Por ejemplo, en tuberías de gas aguas abajo de las estaciones de compresión, normalmente se requieren mayores densidades de corriente debido al incremento de temperatura causado por la compresión del gas. El incremento de temperatura actúa como un reductor de la polarización. Esto también incrementa los requerimientos de corriente. 3.5.5. Contenido en oxígeno: A medida que se incrementa el contenido en oxígeno, la polarización tiende a disminuir. Por tanto, en ambientes oxigenados, se requerirán mayores cantidades de corriente de protección. 3.5.6. Composición del electrolito: El propio electrolito puede afectar la efectividad de la protección catódica. La presencia de bacterias, especialmente las sulfato reductoras (ambientes anaerobios, pantanosos, suelos con mucho humus, etc), tiene un efecto despolarizador en las estructuras protegidas. En estos casos es necesario incrementar los niveles de protección catódica. 3.5.7. Apantallamiento eléctrico: Metálico: Componentes metálicos conectados a una estructura protegida pueden evitar que la corriente de protección alcance la superficie a proteger. Un ejemplo muy claro de este tipo de situaciones se da en contratubos comunicados con la tubería. Dieléctrico: Si se coloca una lámina de plástico u otro tipo de aislante cerca de la superficie protegida catódicamente, puede que la corriente de protección no llegue adecuadamente a la superficie a proteger. Los revestimientos despegados puden tener el mismo efecto.


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4 - TOMA Y SIGNIFICADO DE LAS MEDICIONES DE POTENCIAL. CRITERIOS PARA PROTECCIÓN CATÓDICA. 4.1. Potencial. La medición del potencial eléctrico es una manera de medir las diferencias de energía. En corrosión, el ánodo (electrodo negativo) está en un estado energético mayor que el cátodo (electrodo positivo). Los electrones fluyen desde el área de más alta energía hacia la de más baja energía. El flujo de electrones es independiente de la diferencia energética existente entre el ánodo y el cátodo. Esta cantidad de energía puede medirse como la diferencia en potencial entre el ánodo y el cátodo, siempre que pueda instalarse un voltímetro en el circuito eléctrico entre ánodo y cátodo. La diferencia de energía (potencial) es normalmente del orden de algún voltio o menor. Un ejemplo de una medición de potencial es medir la diferencia de potencial entre le acero galvanizado y el cobre en agua. El potencial del electrodo conectado al común del voltímetro es más negativo que el potencial que el electrodo conectado al positivo del voltímetro cuando el potencial leído es de signo positivo. El potencial del acero galvanizado es más negativo que el del cobre en 0,851 V (851 mV).En este caso no se mide el potencial de cada metal, lo que se mide es la diferencia de potencial entre ellos. Al igual que cuando se miden alturas de varios puntos de la superficie terrestre, es necesario establecer un punto de referencia para poder hablar del potencial de los electrodos individuales (ánodos o cátodos). En el caso de la superficie terrestre utilizamos el nivel del mar como referencia, pues es más o menos el mismo en toda la tierra. Podemos comparar puntos restando sus diferencias de cotas a partir de una referencia fija. Para medir potenciales, se utiliza normalmente lo que se denomina un electrodo de referencia. Un electrodo de referencia se construye de forma que su potencial podrá se reproducido. Se pueden construir diversos tipos, y cada uno es válido para aplicaciones concretas. En el laboratorio el electrodo de hidrógeno se ha asignado como el valor de potencial cero. Otros electrodos que puedan utilizarse en el laboratorio o en el campo pueden compararse con el cero arbitrario asignado al electrodo de hidrógeno. Cuando se miden potenciales respecto a otros electrodos de referencia, que tienen valores diferentes de cero, es necesario indicar qué tipo de electrodo se ha utilizado. PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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4.2. Electrodos de referencia. Los más frecuentemente usados en el laboratorio y el campo son los de calomelanos, de plata o de cobre. Para construir un electrodo de referencia con un potencial reproducible, se sumerge un metal en un electrolito de composición química reproducible, en particular, con un contenido específico de iones. Los electrodos de referencia se caracterizan porque su fuerza electomotriz es estable, por eso se llaman impolarizables. Características: Electrodo de Calomelanos: Compuesto por un baño de mercurio en contacto con cloruro de mercurio (calomelanos) y una solución saturada de cloruro de potasio. Electrodo de Cobre / Sulfato de Cobre: Compuesto por una barra de cobre sumergida en una disolución saturada de sulfato de cobre. Electrodo de Plata / Cloruro de Plata: Compuesto por una barra sumergida en una disolución de cloruro de plata. 4.3. La Serie Galvánica. La serie galvánica es un listado de metales ordenados respecto a sus potenciales en un ambiente específico. La serie galvánica es similar, pero no significamente diferente, de la serie de potencial electromotiz. La serie galvánica puede ser diferente para ambientes diferentes. La más comúnmente distribuida o publicada es la serie galvánica de los metales en agua de mar.


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Extremo Activo (Más Negativo)

Extremo Noble (Más Positivo)

Magnesio Zinc Aleaciones de Aluminio Acero al carbono Hierro dulce Acero inoxidable (activo) 13% Cr (Tipo 410) Acero inoxidable (activo) 18-8 (Tipo 304) Bronce naval Bronce amarillo Cobre Aleaciones Cobre-Níquel 70-30 Acero inoxidable (pasivo) 13% Cr (Tipo 410) Titanio Acero inoxidable (pasivo) 18-8 (Tipo 304) Grafito Oro Platino

Se puede desarrollar una serie galvánica para un ambiente específico si se miden los potenciales de los metales en ese ambiente y se ordenan en función de los datos obtenidos. La serie galvánica es muy útil para determinar las interacciones entre distintos metales cuando estos se ponen en contacto. Existe una tendencia general para los metales activos a corroerse más rápidamente que los que son menos activos, pero esto representa sólo una tendencia general y hay muchas excepciones. La serie galvánica sólo tiene en cuenta el potencial de corrosión. Existen otros muchos factores que afectan las velocidades reales de corrosión. 4.4. Los diagramas de Pourbaix. Los diagramas de Pourbaix se utilizan para predecir la estabilidad de los metales y los productos de corrosión a diferentes pH. El pH es la relativa acidez o alcalinidad de una disolución. Un pH = 7 es neutro; un pH < 7 es ácido y un pH > 7 es básico (alcalino).


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Figura 5. Diagrama de Pourbaix para la corrosión del Hierro.

Zona 1: Zona de corrosión, donde el hierro se disuelve en la disolución y forma sales e hidróxidos solubles. Zona 2: Zona de pasivación, donde el hierro está protegido por una película de óxidos que lo aisla del electrolito. Es una zona inestable. Zona 3: Zona de inmunidad, donde el hierro permanece en estado metálico y no puede corroerse. Los diagramas de Pourbaix son muy útiles para predecir si se producirá, o no, corrosión de una metal bajo determinadas circunstancias de pH y potencial, para estimar la naturaleza de los productos de corrosión y para predecir como los cambios en pH y potencial pueden incrementar, reducir o eliminar la corrosión. 4.5. Toma de mediciones de potencial. El potencial entre estructura y electrolito comúnmente se refiere como el potencial estructura-terreno. La definición de un potencial estructura-electrolito es: PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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“La diferencia de potencial entre la superficie metálica de la estructura y el electrolito que se mide respecto a un electrodo en contacto con el electrolito”. El potencial medido entre la estructura y el terreno es una medición en paralelo en el circuito de protección. El circuito externo en este tipo de medición es alto, por lo que se requieren voltímetros de altas impedancias para realizar las mediciones con precisión. (20 MOhm como valor habitual). 4.5.1. Rangos de medición de los voltímetros: Las escalas de voltajes más comunes en los voltímetros de DC, y sus utilizaciones son las siguientes:   

 

200 mV – Lecturas de corriente en shunts. 2 V – Lecturas de potencial estructura-electrolito. 20 V - Lecturas de potencial estructura-electrolito, y toma de voltajes de salida de los rectificadores. 200 V – Lectura de voltajes de salida de los rectificadores. 1000 V – Voltajes previamente desconocidos.

4.5.2. Localización del electrodo de referencia. Conexionado: A fin y efecto de minimizar las caídas de IR (véase más adelante) en el electrolito, el electrodo de referencia deberá posicionarse lo más cerca posible a la estructura. Cuando se trata con tuberías o tanques enterrados, la posición más adecuada del electrodo es encima del centro de la estructura. En tanques de almacenamiento de agua el electrodo de referencia deberá posicionarse lo más cerca posible de la pared del tanque. Lo mismo es aplicable a pilotes de pantales o estructuras off-shore, en las que el electrodo se posicionará lo más cerca posible de la superficie de la estructura a monitorizar. Respecto del conexionado del electrodo de referencia al voltímetro, y para obtener un verdadero potencial de protección, es IMPRESCINDIBLE respetar la polaridad del conexionado. Así, el electrodo de referencia debe conectarse al polo negativo (-) o común (COM) del voltímetro, mientras que el polo positivo (+) del voltímetro debe conectarse directamente a la estructura a monitorizar, a fin de obtener potenciales de protección catódica negativos (si la estructura está protegida), o bien para detectar potenciales no correctos (positivos) debidos a influencias externas o sistemas de protección catódica indebidamente instalados. Si se intercambian estas conexiones se obtendrán los mismos valores, pero con polaridades cambiadas, y los potenciales obtenidos no indicarán la realidad de lo que está sucediendo respecto de la protección catódica en la estructura.


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Figura 6. Anotación de toma de potenciales según se establezcan los conexionados del electrodo de referencia en el voltímetro .

4.6. Caídas de IR (Gradientes de Voltaje). Como sea que la protección catódica es un fenómeno de polarización, el potencial de polarización de una estructura debe medirse para determinar el nivel de corrosión. El potencial de polarización puede definirse como el potencial a través del límite entre la estructura y el electrolito (en la interfase). Este potencial es la suma del potencial de corrosión y de la polarización catódica. Por tanto, el potencial de interés es el potencial polarizado a través del límite entre estructura y electrolito. No obstante, cuando se mide un potencial el resultado obtenido es la suma algebraica de todas las caídas de voltaje que se encuentran en el circuito que se mide, tal como se indica en la figura 7. Las resistencias existentes en el circuito son las siguientes:         

Cable de medición (+) Contacto entre cable de medida (+) y electrodo de referencia. Electrodo de referencia. Contacto electrodo de referencia/electrolito Electrolito Polarización Estructura Contacto entre cable de medición/estructura Cable de medición PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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Contacto cable de medición/voltímetro Cable de medición (-) Resistencia interna del voltímetro

Figura 7. Resistencias en el circuito de medición de potenciales

Para que un potencial medido represente el potencial polarizado a través de la interfase estructura-electrolito, todas las demás caídas de voltaje en el circuito de medición deben ser despreciables o insignificantes. Como sea que el gradiente de voltaje (o caída de IR) es un producto de la intensidad de corriente y la resistencia (Ley de Ohm), el voltaje disminuye cuando tanto la intensidad o la resistencia disminuyen. La intensidad de corriente normalmente se refiere a la corriente de protección catódica aplicada. Así, la corriente medida en el circuito es pequeña si la resistencia del voltímetro es grande. Esta es una de las principales razones por las que los voltímetros para toma de potenciales deben tener altas resistencias internas (de millones de ohmnios). Las caídas de voltaje son despreciables en el circuito de medición bajo las siguientes condiciones: 





Caminos metálicos: Cuando las longitudes de los cables son cortas y/o la sección del área respecto al flujo de corriente es grande. Contacto entre el electrodo de referencia y el electrolito: Cuando el contacto está humedecido y/o se realizan contactos de mayor área. Puntos de conexionado: Cuando se realizan buenos contactos metal/metal. (Bornes de contacto siempre muy limpios!!). PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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Circuito interno del voltímetro: Cuando se utilizan voltímetros de alta resistencia interna (20 Mohm, por ejemplo). Electrolito: Cuando la resistividad y/o la densidad de corriente de protección catódica son bajas.

Todas las caídas de voltaje en el circuito de medición son controlables, excepto para la caída de voltaje a través del electrolito. No obstante, la caída de IR a través del electrolito puede reducirse prácticamente a cero posicionando el electrodo de referencia cerca de la estructura. También puede reducirse totalmente a cero interrumpiendo la corriente de protección (si ∆V = IR, cuando I=0 entonces ∆V=0). Otra aproximación para intentar hacer las caídas de IR insignificantes es la determinar la magnitud de la caída de IR, tanto sea mediante mediciones o cálculos, y ajustar el potencial medido eliminando la caída de gradiente de voltaje. A efectos prácticos este tipo de mediciones son difíciles de realizar. 4.7. Criterios para Protección Catódica. Además de lo que se especifica en las normas más próximas aplicables (véanse las normas UNE que explicará otro ponente), existe una amplia discusión entre los especialistas del sector respecto de cuáles son los criterios que deben aplicarse para determinar si una estructura está correctamente protegida catódicamente. La discusión es amplia, y lo que debemos decir de antemano es que no existe un único criterio universal para la protección catódica. Para el acero y el hierro enterrado o sumergido, existen a nivel internacional diversas normativas aplicables, entre las que destacaremos los criterios que se definen en las publicadas por la NACE ( National Association of Corrosion Engineers) de los Estados Unidos, como organización de reconocido prestigio internacional. Las normas de referencia son las que se conocen como RP ( Recommended Practices): RP0169–02 Control of External Corrosion on Underground or Submerged Metallic Piping Systems. RP0285-91 Corrosion Control of Underground Storage Tank Systems by Cathodic Protection. Son de aplicación tres criterios: dos tienen que ver con la medición de potenciales estructura-electrolito de –850 mV respecto a un electrodo de referencia saturado de cobre/sulfato de cobre, y el tercero con un salto de polarización de 100 mV. Estos criterios son: 

Un potencial negativo (catódico) de por lo menos 850 mV con la protección catódica aplicada. Este potencial debe estar medido respecto a un electrodo de referencia saturado de Cu/CuSO 4 en contacto con el electrolito. Deben considerarse todas las otras caídas de gradientes de voltaje que no sean las de la interfase entre estructura/electrolito para la interpretación válida de la aplicación PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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de este criterio. Esto significa que las mediciones deben estar libres de caídas de IR a través del electrolito, siempre que puedan despreciarse las demás indicadas. Un potencial polarizado negativo de por lo menos 850 mV relativo a un un electrodo de referencia saturado de Cu/CuSO 4. Un mínimo de 100 mV de polarización catódica entre la superficie de la estructura y un electrodo de referencia estable que contacte con el electrolito. Debe medirse el decaimiento de polarización para satisfacer este criterio.

En la figura 8 se ilustran estos criterios.

Figura 8. Cambios potencial tiempo, y caidas de IR en desconexión instantánea.

4.7.1. Aplicación de los criterios de Protección Catódica. El primer criterio, un potencial de –850 mV obtenido con la protección catódica aplicada, se basa en que los gradientes de voltaje, o caídas de IR, son despreciables, o en que se han podido restar de la medición realizada. Debe considerarse, no obstante, que las caídas de IR son normalmente despreciables cuando la densidad de corriente de protección y/o las resistividades del electrolito son bajas. El segundo criterio, un potencial polarizado de –850 mV, se basa en eliminar la caída de IR durante la medición. La caída de IR puede ser eliminada tanto mediante quitando la resistencia del electrolito como cortando la corriente de protección. En una estructura desnuda, si se mide el potencial en el contacto entre estructura y electrolito entonces el electrolito ya no forma parte del circuito, y su resistencia es prácticamente cero. Si se interrumpe la corriente de protección catódica, la intensidad circulante es cero. Recuérdese, no obstante, que la polarización se disipará cuando se interrumpa la PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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corriente, y que lo que nos interesa medir es precisamente la polarización. Por tanto, cuando se interrumpe la corriente de protección, el potencial debe ser medido instantáneamente ( Instant OFF ), lo que significa que se toma el potencial sin efecto de IR pero antes de que empiece a despolarizarse la estructura. El criterio de los 100 mV de polarización puede aplicarse tanto empezando con un potencial conocido de corrosión (potencial natural o potencial original en OFF), como con un potencial polarizado de la estructura. Por ejemplo, puede empezarse determinando el potencial en el momento de la interrupción de corriente (potencial en Instant OFF ) como potencial de polarización. Con la corriente interrumpida obsérvese el decaimiento del potencial polarizado. Si el potencial cae (se torna más positivo) por lo menos 100 mV, se ha satisfecho el criterio citado. Igualmente, si el potencial en Instant-OFF es por lo menos 100 mV más negativo que el potencial natural, el criterio también se ha satisfecho. Debe tenerse en cuenta que bajo determinadas circunstancias como en presencia de sulfuros, bacterias, temperaturas elevadas y metales disimilares en contacto, estos criterios pueden no ser suficientes. En terrenos bien aireados, bien drenados, la protección catódica puede lograrse a potenciales menos electronegativos. Debe tenerse en cuenta que se considera protegida catódicamente una estructura que satisfaga cualquiera de los tres criterios descritos anteriormente. No deben cumplirse los tres a la vez, sino que sólo es necesario que se cumpla uno de los descritos. No obstante, cada compañía tiene especificaciones propias sobre la aplicación de estos criterios, que serán los que deberán cumplirse. Ante cualquier duda, el personal especializado al respecto puede decidir en presencia de las circunstancias inherentes a cada caso cual debe ser el mejor criterio a aplicar. 4.8. La utilización de electrodos con probeta de acero. Para el correcto control de los potenciales de polarización de las estructuras protegidas catódicamente es conveniente la utilización de electrodos probeta de acero. Esta utilización resulta imprescindible en aquellas áreas en las que existen influencias de corrientes externas (de componente continua o alterna) sobre la estructura a proteger. Un electrodo probeta de acero se utiliza para la toma de mediciones de potencial de protección catódica libres de gradiente de voltaje en mediciones en OFF instantáneo (corte instantáneo del circuito de protección catódica) o mediciones libres de gradiente de voltaje ( IR free), según normativas aplicables a este tipo de mediciones. También se utilizan para monitorizar las componentes de corriente alterna sobre simulación de defectos de revestimiento en puntos singulares (cruces o paralelismos con líneas de alta tensión, líneas electrificadas de ferrocarril, proximidad a Subestaciones Eléctricas, Parques de Aerogeneradores, etc). En general, las probetas de acero de 10 cm 2 se utilizan para monitorización de la polarización de protección catódica, y las de 1 cm 2 para monitorización de tensiones de corriente alterna, entre otros usos específicos asociados a monitorización de sistemas de protección catódica. PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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El método de medición consiste en medir la tensión entre el electrodo probeta conectado eléctricamente a un sistema de protección catódica y un electrodo de referencia. Con ello se pretende monitorizar la efectividad de la protección catódica en una superficie de área conocida de acero desnuda, simulando un defecto de revestimiento en una tubería o estructura enterrada o sumergida. El electrodo probeta deberá conectarse al polo positivo (normalmente en color rojo en el voltímetro) y el electrodo de referencia deberá conectarse al polo negativo (o COM = común, normalmente en color negro) de un voltímetro. La escala de medición se seleccionará a valores de tensión de corriente continua, en mV o V, según tensiones existentes, o a la escala de tensión alterna, según los casos. El milivoltímetro a utilizar debe ser de alta impedancia interna (20 MOhm). Una problemática que representa la instalación de este tipo de electrodos es que normalmente no quedan registrables, una vez enterrados junto a la estructura que se está protegiendo (un gasoducto enterrado por ejemplo). Recientemente se han desarrollado electrodos permanentes de referencia de Cu/CuSO 4 y probetas de acero de 1 ó 10 cm² que pueden instalarse de forma permanente y quedan registrables, por lo que siempre puede verificarse su eficacia, de forma sencilla y sin necesidades específicas de realización de obra civil para su comprobación. La ventaja de disponer de estos electrodos y probetas, es la de que al ser de longitudes distintas y quedar la punta del electrodo de cobre/sulfato de cobre alejada 25 cm de la probeta metálica no se induce corrosión en la probeta por contaminación del sulfato de cobre, problemática que ha venido afectando a instalaciones parecidas en el pasado reciente. Muchas compañías que operan tuberías enterradas (gasoductos, oleoductos, acueductos) están instalando estos electrodos y probetas registrables, sobretodo en tuberías ya existentes, en las que construcciones nuevas en el entorno de las tuberías enterradas (ferrocarriles de Alta Velocidad -que funcionan en corriente alterna-, parques de aerogeneradores, nuevas líneas eléctricas de alta tensión, etc) pueden generar problemas de afección por derivación de corrientes al subsuelo. En estos casos es imprescindible la utilización de estos electrodos probeta y el registro de potenciales en los mismos, bajo configuraciones ON/OFF y en periodos de por lo menos 24 h. Estos electrodos y probetas se utilizan, en los casos mencionados, en conjunción con Unidades de Drenaje de Corriente Alterna, que se instalan en los puntos de proximidad de la zona de afección, y consisten en dispositivos de drenaje de componentes de corriente alterna a tierra mediante la instalación de puestas a tierra de pantalla y protección de la tubería enterrada. Los modelos de electrodos permanentes y probetas registrables que existen en el mercado son los Mod. 750-Cu para el electrodo de referencia, y Mod. 500/1 ó 500/10 para las probetas de acero de 1 o 10 cm² respectivamente. Por lo que respecta a la instalación de estos electrodos y probetas, normalmente se colocan junto a las cajas de TP o TPE, en tubo de PVC ∅160x640 mm y los cables de conexión se instalan por el interior del tubo de la TP/TPE (Véase fig. 9). Para la instalación, el procedimiento a seguir es como se describe a continuación: PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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a) Hacer una cata en el terreno. b) Establecer cual será la profundidad en la que se apoyará el extremo inferior de un tubo de ∅160 x 640 mm de PVC en el terreno. c) Desde el nivel anterior hacer un hueco de otros 40 cm de profundidad. d) Hacer una selección de la misma tierra del lugar, cribarla en grano fino y rellenar el hueco hasta alcanzar el nivel descrito en b). e) Realizar un agujero con una piqueta o similar de unos 30 cm. f) Rellenar el agujero de agua (libre de cloruros en disolución). g) Introducir en el agujero el electrodo de referencia (Mod. 750-Cu) previamente preparado y activado. (Comprobar antes de introducirlo que se obtienen lecturas correctas, utilizándolo como si fuera un electrodo portátil). h) Instalar el tubo de ∅160 x 640 mm de PVC. Sujetarlo enrasando la pieza roscada superior al nivel de la superficie de hormigón. i) Realizar un orificio lateral al tubo ∅160 x 640 mm de PVC e introducir los cables de las bananas hasta la caja de TP/TPE. Instalar tubo de protección desde el tubo ∅160 x 640 mm de PVC hasta la embocadura inferior del tubo metálico de soporte de la TP/TPE. Dejar suficiente longitud de cable en el interior del tubo de PVC. Sellar el orificio de entrada de los cables en este tubo. Es muy importante prever que no entrará y se acumulará agua en el interior del tubo de PVC para preservar la integridad de las hembrillas y bananas de conexión, que en caso contrario podrían corroerse fácilmente. j) Añadir el mortero de hormigón para fijar el tubo de PVC. k) Introducir el electrodo probeta (Mod. 500/1 o 500/10 según proceda) en la tierra con unos pequeños golpes para que quede bien incrustado. l) Añadir una pequeña cantidad de tierra seleccionada en el interior del tubo de PVC y añadir agua. m) Conexión de las bananas: negra al electrodo de referencia de Cu/CuSO 4 (Mod. 750-Cu) y roja al electrodo probeta (Mod. 500/1 o 500/10). Si se prevé que pueda existir agua o humedad abundante en el interior del tubo de PVC, es muy recomendable sellar con cinta autovulcanizante, u otro sistema de prevención de la corrosión, las hembrillas y bananas una vez conectadas en el electrodo de referencia y en el electrodo probeta.


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n) En la TP/TPE conectar la probeta a la tubería. Dejar el cable del electrodo de referencia libre. Identificar adecuadamente los cables con marcas indelebles en la TP/TPE.

Figura 9. Instalación de electrodo y probeta registrables en caja de TP o TPE.

5 – JUNTAS AISLANTES. CORRIENTES VAGABUNDAS Y DRENAJES. 5.1. Juntas Aislantes: Las juntas aislantes son elementos necesarios para la discontinuidad eléctrica entre las partes protegidas de las tuberías enterradas y las zonas que no deben participar de dicha protección y que supondrían una puesta a tierra y un consumo elevado de la corriente de protección. Criterios de Utilización: Dado que la función de las juntas aislantes es provocar una discontinuidad eléctrica longitudinal en una conducción enterrada, a efectos de protección catódica, o separar eléctricamente partes de las conducciones enterradas de las instalaciones de superficie, los criterios de utilización de estos elementos aislantes deberán atenerse a los siguientes factores: •

Características especiales de los terrenos en los que la tubería está enterrada.


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• • • •

Diferencias en las características de los terrenos por los que discurre la tubería enterrada. Diferencias en la composición de los materiales usados en tuberías contiguas enterradas. Diferencias en las características y de composición de los revestimientos de dos tuberías contiguas enterradas. Interferencias con otros sistemas de protección catódica. Existencia de corrientes vagabundas originadas por ferrocarriles electrificados o por otras instalaciones industriales ubicadas dentro del área de influencia de la tubería enterrada. Efectos de descargas atmosféricas en las inmediaciones de una conducción enterrada. Influencias de líneas eléctricas de alta tensión en las inmediaciones de una conducción enterrada. Influencia perjudicial para la protección catódica del sistema de puesta a tierra de las instalaciones de superficie. Producción de chispas en las instalaciones aéreas por propagación de corrientes de fuga originadas por descargas atmosféricas o contactos con tierra accidentales de cables de línea de alta tensión, nocivas para las personas o con peligro para las propias instalaciones.

La utilización de las juntas aislantes con vistas a eliminar o mitigar los efectos anteriores atenderá a los siguientes objetivos básicos: a) Eficacia y seguridad de la protección catódica de las tuberías enterradas. b) Seguridad de las instalaciones de superficie contra la producción de chispas. c) Seguridad del personal de operación y mantenimiento u otras personas que accidentalmente estén en las instalaciones, contra la producción de chispas. En la utilización como separación de zonas puestas a tierra, finales de línea, etc…es necesario prever la posibilidad de descargar sobretensiones que pudieran sobrevenir como consecuencia de descargas atmosféricas, o cortocircuitos a tierra de línea de alta tensión, en las proximidades de las tuberías. Para ello se utilizan descargadores consistentes en ampollas o válvulas de gas, o rellenos de otro dieléctrico adecuado. Cuando la tensión aplicada entre sus dos electrodos alcanza el umbral de “cebado”, estos descargadores se convierten en conductores, dando paso de la corriente entre ellos. Así pues, estos descargadores se conectan por uno de sus electrodos a la tubería protegida y por el otro a unas picas de tierra, ánodos de zinc, etc., por lo cual, la posible sobretensión en la tubería protegida y aislada eléctricamente por la junta se libera a través del descargador y las picas. También son utilizadas las llamadas células Kirk, consistentes en electrodos dentro de una solución de hidróxido de potasio. Estas células conducen muy débilmente a potenciales bajos, incrementándose el paso de la corriente según se eleva la diferencia de potencial.


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Criterios de colocación: La descarga de estas sobretensiones es normativa en instalaciones en zonas clasificadas con riesgo de explosión, condición que concurre en las instalaciones de transporte y distribución de gas. Se recomienda emplazar juntas aislantes en los siguientes puntos de una instalación: a) En la unión de una red nueva, de acero, con otra más antigua. b) En la unión de dos tuberías cuyos revestimientos son diferentes. c) En los puntos geográficos en los que las curvas de resistividades de los terrenos presentan discontinuidades muy relevantes (cruces de ríos, canales, autopistas, etc) d) A la entrada de ramales y redes derivadas de los gasoductos principales. e) A ambos lados de los cruces de la tubería enterrada con ferrocarriles electrificados. f) A ambos lados de los cruces de la tubería enterrada con otra conducción ajena a la propiedad, sometida a protección catódica, que no permita una interacción conjunta con la protección catódica de la primera. g) En el punto de transición de una conducción enterrada a una instalación de superficie como: trampas de rascadores, estaciones de regulación y medida (posiciones de válvulas), cruce aéreo de la tubería con ríos y viales (cuando el cruce se realice sobre estructura metálica parcialmente sumergida en agua), etc., con el fin de evitar perturbaciones sobre la protección catódica por causa de las instalaciones de puesta a tierra de las partes metálicas no enterradas. h) En los extremos de influencia de dos o más estaciones de protección catódica. i) A la salida de cada acometida para abonados. Además se tendrá en cuenta lo que al respecto se cita en la normativa UNE-EN12954:2001 respecto del aislamiento dieléctrico. 5.2 Corrientes Vagabundas: Los sistemas de protección catódica por corriente impuesta pueden causar interferencias por corrientes vagabundas en otros sistemas de tuberías dependiendo de la ubicación de los lechos anódicos, de la posición exacta de la tubería y de las características operacionales del propio sistema de protección catódica. En ausencia de otras interferencias ajenas, es relativamente sencillo monitorizar este tipo de interferencias, y buscar soluciones para evitarlas. Las técnicas de monitoreo deberán tener en cuenta la localización de la fuente externa de corriente (si no se conoce) y las variaciones de potencial de protección (sobreprotección o infraprotección) que sufre la estructura que está afectada. Algunos de los métodos que se utilizan para reducir o eliminar las interferencias de corrientes vagabundas debidas a otras instalaciones de protección catódica incluyen shuntajes (puenteos) entre las tuberías afectadas y las generadoras de la interferencia, la utilización de ánodos de ánodos galvánicos en los puntos de cruce, utilización de PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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revestimientos, o utilización de drenajes. En algunas circunstancias, las medidas correctoras necesarias pueden ser tan complejas o económicamente gravosas, que la reubicación de la fuente de corriente ajena es muchas veces la solución económicamente más viable. En el caso de interferencias con corrientes vagabundas procedentes de sistemas tractivos en corriente continua (trenes, metros, tranvías…, etc) los problemas de corrosión derivados en la estructura afectada pueden ser muy severos. La solución de esta problemática es bastante más compleja que en el caso descrito previamente. Ello se debe principalmente a la variación continua en la afección pues la interferencia puede ser más manifiesta en los momentos de paso, o frenada y arranque, del ferrocarril, sobretodo si nos encontramos en las inmediaciones de la subestación de alimentación. La cantidad de corriente externa a nuestro sistema generada por un sistema tractivo específico dependerá de la resistencia a tierra de las vías y del nivel de voltaje en éstas. Normalmente, en los sistemas tractivos de corriente continua la catenaria está conectada al polo positivo de la subestación de alimentación del sistema, y la corriente de retorno (negativo del sistema), de intensidades típicamente de miles de amperios, se supone que retornará a la subestación de alimentación a través de las vías. El potencial común para este tipo de sistemas es normalmente del orden de 750 V. Debido a que las vías están en contacto con el suelo y no están completamente aisladas del mismo, parte de la corriente puede circular por el subsuelo, tomando a éste como vía de retorno a la subestación. Ésta es la corriente que podemos calificar como corriente vagabunda. Una tubería enterrada en este entorno puede representar un buen camino para la circulación de esta corriente vagabunda. Esta tubería transportará la corriente hasta las inmediaciones de la subestación de corriente continua, donde escapará de la tubería hacia el polo negativo de la subestación a través del terreno. Si no se adoptan medidas preventivas, en este punto se producirá una corrosión severa en la tubería. Donde la tubería recibe la corriente vagabunda cerca del ferrocarril, está recibiendo Protección Catódica. En casos severos, el potencial de la tubería puede ser varios voltios negativo respecto al terreno circundante en los puntos de captación de corriente, y consecuentemente, diversos voltios positiva respecto al terreno en los puntos de exposición cerca de la subestación, donde la corriente captada es derivada nuevamente al terreno para volver a la subestación. Si en el tramo entre el punto de captación y de retorno existen juntas dieléctricas en la tubería (puntos de alta resistencia), puede que haya suficiente fuerza de voltaje como para forzar a la corriente que salte la junta dieléctrica, produciéndose corrosión en el lado de salida de corriente junto a la junta aislante. Es importante tener en cuenta que el punto en que la corriente vagabunda captada retornará a la subestación no siempre tiene porqué estar en las inmediaciones de ésta, pues ello ocurrirá en tuberías muy bien revestidas en defectos del revestimiento donde el metal está en contacto con el subsuelo circundante, y donde la resistencia a tierra es menor. En consecuencia, antes de considerar el tipo de medidas de control a implementar, cualquier evaluación de la actividad de corrientes vagabundas en una tubería debe en primer lugar determinar las ubicaciones exactas de la descarga de corriente captada.


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Cuando no es posible eliminar este tipo de interferencias mediante la utilización de protección catódica, que reduce drásticamente los efectos de las corrientes vagabundas en las tuberías metálicas enterradas que sufren estos efectos, deben considerarse conexiones directas entre las tuberías y el polo negativo de las subestaciones , mediante los denominados drenajes de corriente. Básicamente, se trata de dotar a la tubería de un punto de retorno de corriente captada conocido y monotorizable, evitando pérdidas de corriente en otras zonas en las que se podría producir corrosión. 5.3. Drenajes. Tal como se ha indicado en el apartado anterior, en aquellos casos en que las afecciones por corrientes vagabundas de sistemas tractivos en corriente continua son suficientemente manifiestos, detectándose retornos de corriente hacia la vía o la subestación desde la tubería enterrada, deberán implementarse medidas correctoras como la comunicación directa entre el tubo y el negativo del sistema tractivo en la subestación. Este tipo de comunicaciones se denominan drenajes de corriente. Un drenaje de corriente es un dispositivo relativamente sencillo. Se trata de unir la tubería con el circuito de retorno de corriente a la subestación del sistema tractivo (negativo del sistema), provocando así que la corriente circule de la tubería a la vía o subestación, cuando ésta es electronegativa respecto de la tubería, impidiendo por tanto que la corriente pase de la tubería al suelo y del suelo a la subestación o a la vía, lo que provocaría potenciales positivos en la tubería, y consecuentemente corrosión. Puede ocurrir, no obstante, que en el punto de drenaje a veces la vía sea positiva respecto de la tubería debido al propio funcionamiento del ferrocarril. En este caso la corriente circularía en sentido vía-tubería lo que podría provocar que en otros puntos de la tubería esta corriente captada volviera al terreno, generándose puntos de corrosión debido a que los potenciales serían positivos en la tubería. Con la finalidad de evitar estos riesgos se intercala en la conexión entre tubería y subestación uno o más diodos que permitan el paso de la corriente desde la tubería hacia la subestación pero no al revés. Un drenaje de corriente dispone además de otros dispositivos de control, como shunts para lectura de intensidades, electrodos permanentes enterrados para toma de potenciales, descargadores de sobretensión para derivar a tierra éstas, y resistencias calibradas para absorber parte de las tensiones circulantes. En algunas circunstancias no es posible realizar la unión entre la tubería y la vía o subestación. En estos casos también es posible realizar drenajes de corriente, pero el punto de derivación de la corriente captada se establece en un lecho anódico de muy baja resistencia a tierra. Así se asegura un punto de salida de corriente que a su vez es monitorizable. El tipo de lechos anódicos en este tipo de drenajes es idéntico a los que se realizan para inyectar corriente al subsuelo en los sistemas de protección catódica por corriente impuesta.


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6 - RIESGO ASOCIADO A LOS DEFECTOS DE REVESTIMIENTO EN CONDUCCIONES METÁLICAS ENTERRADAS. Como se ha indicado la Protección Catódica se utiliza para proteger aquellas áreas de metal expuesto al contacto con el electrolito en un defecto de revestimiento. Si una estructura está pobremente revestida, o tiene un revestimiento muy deteriorado evidentemente puede sufrir riesgos de perforación por corrosión, pero en general se observa que en estos casos existe corrosión generalizada, de forma bastante uniforme. Por el contrario, cunado existen pocos o muy pequeños defectos de revestimiento, la corriente de corrosión sólo puede escapar de la estructura por lugares de muy pequeña área, por lo que en general las tasas de corrosión son elevadas u¡y es muy alto el riesgo de que se produzcan perforaciones por corrosión. Un desafío en el campo de la corrosión en áreas pequeñas de metal expuesto en defectos de revestimiento lo representa la corrosión por corriente alterna. Este es un mecanismo que hasta la fecha aún no se comprende totalmente, y proporciona intensos debates en la comunidad científica que trata al respecto. El desarrollo constante de las redes de ferrocarriles de alta velocidad que funcionan en corriente alterna, representan un desafío inmediato a este respecto. La propia norma UNE-EN 12954 recoge esta problemática. Como una de las problemáticas de interferencia de corriente alterna menciona que las estructuras con un número pequeño de pequeños defectos de recubrimiento pueden presentar un alto riesgo de corrosión debido a la corriente alterna. Se indica así mismo que en estructuras protegidas catódicamente y en presencia de corriente alterna la densidad de corriente de protección necesaria puede ser mayor para alcanzar los potenciales de protección.

7 - LOCALIZACIÓN DE DEFECTOS DE REVESTIMIENTO. TÉCNICAS Y VALORACIÓN DE RESULTADOS. Existen muchas técnicas disponibles en el mercado para realizar el reconocimiento del estado del revestimiento en conducciones metálicas enterradas. La mayoría se basan en analizar una corriente DC o AC inducida a la conducción a analizar. Muchas de ellas son adecuadas para un reconocimiento rápido de largas longitudes a fin de ver la posibilidad de la existencia de grandes defectos de revestimiento, o detectar estructuras ajenas comunicadas a la tubería que se investiga. No obstante para poder localizar con precisión muy pequeños defectos de revestimiento, y poder caracterizarlos desde el punto de vista de su comportamiento corrosivi frente a la aplicación de la protección catódica, la técnica más adecuada es la del Gradiente de Voltaje de Corriente Continua, conocida como DCVG (del inglés Direct Current Voltaje Gradient ). Trataremos la descripción somera de esta técnica, y veremos un ejemplo de resultados obtenidos con la aplicación de la misma.


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7.1. Inspección del revestimiento de tuberías metálicas enterradas mediante la técnica del Gradiente de Voltaje de Corriente Continua (DCVG). La técnica del Gradiente de Voltaje de Corriente Continua, es una técnica de inspección no intrusiva, que permite, a diferencia de otras técnicas existentes en el mercado, no sólo localizar con máxima precisión la existencia de áreas dañadas en el revestimiento protectivo en tuberías metálicas enterradas, sino también obtener una amplia información acerca del comportamiento frente a la corrosión de los defectos detectados. La técnica de DCVG es de fácil implementación, rapidez de ejecución y permite obtener en una sola inspección informaciones de vital importancia para asegurar la vida útil de una conducción metálica enterrada, presentando innumerables ventajas respecto a otras técnicas de localización de defectos del revestimiento que no proporcionan indicaciones de la eficiencia de los sistemas de Protección Catódica e inmunidad frente a la corrosión. 7.1.2. – Descripción de la técnica: La técnica se basa en el hecho de que al aplicar una señal de DC a una estructura metálica se genera un gradiente de voltaje en el subsuelo en aquellas zonas en las que existe un defecto en el revestimiento, y por tanto, el acero está en contacto directo con el electrolito del entorno. Para evitar interferencias con otras señales eléctricas y simplificar la interpretación de los valores obtenidos se interrumpe la corriente de DC mediante un interruptor de onda asimétrica que deja circular la corriente durante 0,3 segundos (ON) y la corta durante 0,6 s (OFF). Éste generalmente se instala seccionando la corriente en la unión de negativo (unión a tubería) del sistema de Protección Catódica. En aquellos casos en los que hay más de un transforectificador de inyección de corriente sólo es necesario interrumpir la señal de DC en el más cercano al tramo a revisar. Además, para inspeccionar aquellas conducciones que no dispongan de PC es posible instalar una fuente temporal de inyección de corriente de DC. Durante la revisión de la tubería, el operador camina siguiendo el trazado aproximado de ésta buscando un gradiente de potencial pulsante. Para poder detectar esta señal de DC impuesta a la conducción, se utiliza un milivoltímetro analógico que mide el potencial entre dos sondas de Cu/CuSO 4 tipo bastón, tomándose, normalmente, una medida de potencial cada 2 metros de recorrido. Al aproximarse a un defecto el operador observará que la aguja del milivoltímetro responde a las pulsaciones y éstas apuntan hacia la localización del defecto, invirtiéndose cuando el operario sobrepasa el defecto. Esto es debido a que cuando se detecta una zona de gradiente de voltaje, y por tanto un defecto del revestimiento, una de las sondas adopta un potencial más negativo que la otra, permitiendo, de esta manera, determinar el sentido de la corriente. Para situar exactamente la localización del defecto se localiza una posición de las sondas en la que la aguja no muestre pulsación alguna; es lo que se llama un NULO, quedando el defecto localizado en la mitad de la posición de los dos electrodos (Fig. 9). Esta operación se realiza tanto en la dirección de la conducción como perpendicularmente a ésta, siendo la intersección de ambas la localización del epicentro del defecto del revestimiento. PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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Una vez detectado un defecto del revestimiento se realizan toda una serie de mediciones eléctricas que permiten calcular su grado de severidad, dado por el gradiente de voltaje (%IR). Además se registra la información acerca del comportamiento del defecto respecto a la corriente de protección. Amplitud de la señal DCVG de Epicentro a Tierra Remoto %IR = ----------------------------------------------------------------------------------------- x 100 Amplitud de la señal de la Tubería a Tierra remoto calculada en el Defecto PUNTO CENTRAL DE LAS SONDAS A LA IZQUIERDA DEL DEFECTO. LA AGUJA PULSA HACIA EL DEFECTO.

PUNTO CENTRAL DE LAS SONDAS SOBRE DEFECTO. NULO DE SEÑAL

FLUJO DE CORRIENTE HACIA EL DEFECTO A TRAVES DEL SUBSUELO

PUNTO CENTRAL DE LAS SONDAS A LA DERECHA DEL DEFECTO. LA AGUJA PULSA HACIA EL DEFECTO.

LINEAS DE EQUIPOTENCIAL DEL GRADIENTE DE VOLTAJE ALREDEDOR DEL DEFECTO

Figura 10. Indicaciones en la aguja del milivoltímetro del equipo de DCVG para localización del epicentro del gradiente de voltaje, y visión de las líneas de isopotencial en torno a un defecto en el revestimiento en una tubería enterrada.


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La siguiente tabla muestra la correspondencia entre “importancia” o “severidad” de un defecto y las acciones correctivas a realizar: (%IR) Severidad del Defecto 0 1 a 15 16 a 35 36 a 70 71 a 99 100

Clasificación Medidas correctivas propuestas Revestimiento perfecto Ninguna Defectos pequeños Normalmente no deben repararse Defectos medianos Debe considerarse su reparación Defectos medianos/grandes Deben repararse Defectos Reparación imprescindible grandes/importantes Reparación inmediata, Gran área de acero posibilidad de perforación por expuesto en un defecto corrosión

7.1.2 – Ventajas de la técnica DCVG: Las ventajas de la técnica de DCVG son numerosas: Permite discriminar qué defectos son relevantes en función de su porcentaje de gradiente de voltaje (%IR), indicando también para cada defecto si éste se encuentra protegido, o no, por el sistema de Protección Catódica impuesto a la tubería tanto en conexión (ON) como en desconexión instantánea o Instant-OFF (Fig. 10). La información obtenida con la aplicación de esta técnica permite discriminar qué defectos, del total de defectos localizados, deben ser excavados para su reparación. Para ello se tiene en cuenta tanto la “importancia” o “severidad” del defecto cómo el comportamiento de este respecto a la corriente de protección. Es posible establecer categorías de defectos en función del grado de urgencia de su reparación, optimizando de esta manera los trabajos de rehabilitación. El grado de precisión de la técnica permite situar el epicentro de un defecto con un margen de error de 10 cm, e incluso, la posición relativa de éste respecto a la tubería (encima, debajo, o en un lateral) y su forma (puntual, lineal, diversos defectos puntuales próximos, etc.). Permite determinar qué defectos se encuentran protegidos o no por el sistema de PC impuesto a la conducción tanto en conexión (ON) como en desconexión (Instant OFF). Aquellos defectos en los que la corriente fluye desde la tubería hacia el terreno se denominan defectos con comportamiento anódico, y se caracterizan por no quedar protegidos por la corriente de PC. Los defectos con comportamiento catódico son defectos que sí quedan protegidos, y en ellos, la corriente fluye hacia la conducción. La posibilidad de determinar si un defecto es anódico o catódico es de gran importancia ya que en ocasiones es posible detectar que algunos defectos con un %IR inferior al 15% que a priori son defectos que no se tienen que reparar presentan un comportamiento anódico, (no están protegidos) y por tanto deben ser excavados y reparados.


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Indicaciones en el milivoltímetro analógico

Equipo DCVG

1y2

2

3

Posición relativa del operador respecto a la tubería para esta figura

1

3

Defecto

Defecto

1 3

1 3

2

2

Defecto

Defecto

Figura 10. Diferentes posibilidades de indicaciones en la aguja del milivoltímetro del equipo de DCVG frente al pulso de señal observado en un epicentro de defecto de revestimiento, y que permiten determinar el comportamiento del mismo. En esta figura las deflecciones de la aguja se contemplan colocando una sonda sobre la conducción y otra perpendicularmente a ésta, encontrándose la conducción a la izquierda del observador. Las posiciones 2 y 3 se corresponden respectivamente con en ciclo apagado (OFF) y encendido (ON) de la interrupción de corriente del equipo de DCVG.

Además, como el operador recorre a pie el 100 % de la longitud de la conducción tomando pulsos de señal de DCVG y potenciales en todos los postes de Toma de Potencial, no sólo se determina el estado del revestimiento, sino que además: Permite localizar estructuras externas a la conducción que reduzcan la efectividad del sistema de Protección Catódica al absorber corriente de protección. Se detectan influencias externas debidas a corrientes provenientes de vías férreas electrificadas, líneas aéreas de Alta tensión, etc. Se evalúa al mismo tiempo la eficacia del sistema de Protección Catódica a lo largo de toda la línea que se investiga.


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Se establece la efectividad de juntas dieléctricas y otros métodos de aislamiento de tuberías. Permite localizar irregularidades en las Tomas de Potencial: cables desconectados de los bornes, cables seccionados en juntas dieléctricas, descargadores de gas comunicados bien por sobretensiones inducidas o porque las cajas de Toma de Potencial se han instalado en arquetas enterradas que se han inundado, etc. La técnica de DCVG permite, además, realizar inspecciones de tuberías situadas debajo de hormigón o asfalto en zonas urbanas o industriales y situaciones complejas como es el caso de tuberías que circulan en paralelo, o intersecciones con otras conducciones en áreas congestionadas. 7.2. – Caso Práctico. La importancia del trabajo de instalación de tuberías enterradas. ¿Cómo conocer la buena realización de la instalación?. La integridad de una conducción enterrada comienza durante su fase de instalación. En la mayoría de los casos, los defectos del revestimiento se generan durante las fases de enterramiento de las tuberías, lo que se conoce como defectos constructivos. El objetivo de este trabajo es establecer las bases para evaluar las buenas prácticas de los contratistas durante las labores de enterramiento de tuberías. Para ello se dispone de los datos recogidos durante la inspección, aproximadamente un año después de su instalación, de 27 conducciones de transporte y distribución de gas de reciente construcción del Noreste de España. La longitud total de gasoductos inspeccionados es de 137,8 Km y se ha utilizado como técnica de inspección la denominada técnica del Gradiente de Voltaje de Corriente Continua (DCVG). Algunas compañías propietarias de conducciones enterradas, como en el caso de GAS NATURAL, SDG, S.A, disponen de procedimientos específicos para monitorizar la existencia de defectos de revestimiento en las conducciones de reciente construcción. La principal ventaja de estos procedimientos es que permiten la reparación de los defectos más importantes antes del fin de la garantía de obra, normalmente de 1 año de vigencia. La técnica de monitorización a utilizar debe ser fácil de aplicar y debe proporcionar la máxima información posible referente al defecto localizado. Esto incluye una categorización de su importancia con respecto a la corriente de protección aplicada, y a su comportamiento corrosivo frente a ésta, tanto con el sistema de Protección Catódica en ON como en OFF. La técnica que se ha utilizado es la técnica del Gradiente de Voltaje de Corriente (DCVG) por su fácil implementación y porque es realmente útil para establecer una gradación de defectos permitiendo decidir qué defectos deben, del total de defectos localizados, ser reparados. Esta técnica proporciona, al mismo tiempo, información acerca del funcionamiento del sistema de PC. Cuando se realiza la inspección del revestimiento de una conducción, al observar los defectos que deben ser reparados, son muchas las preguntas que aparecen en relación con el posible origen de los defectos, sobretodo si se tienen en cuenta los


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procedimientos existentes que marcan de manera clara y concisa las pautas e inspecciones que deben realizarse en una conducción durante su instalación. Después de monitorizar 137,8 Km de 27 gasoductos, instalados por 8 contratistas diferentes, los datos obtenidos nos permiten dar respuesta a algunas de las preguntas que se nos plantean respecto de la existencia de defectos constructivos de revestimiento. Además, la información obtenida combinada con datos del terreno (características litológicas y desnivel), permite establecer una categoría de contratistas basada en las buenas prácticas durante las labores de enterramiento de las tuberías. Debido a las numerosas variables que deben tenerse en cuenta, los resultados obtenidos deben ser considerados con cuidado a la hora de realizar comparaciones entre los diferentes contratistas. Durante la excavación de la zanja para el enterramiento de tuberías son muchos los aspectos a tener en cuenta que pueden suponer una influencia negativa en la calidad final de los trabajos. Los factores principales que deben considerarse son el grado de facilidad / dificultad de excavabilidad y el gradiente de pendiente del terreno. La primera dificultad viene dada por el hecho de establecer una clasificación de excavabilidad del terreno, ya que muchos son los ensayos que deben realizarse in situ para conocer su compactación, naturaleza litológica, nivel freático, etc. Esta información no está siempre disponible y se va obteniendo a medida que prosperan los trabajos de excavación. No obstante, en los planos de proyecto de obra se proporcionan ciertas informaciones que dan una ligera idea de la facilidad / dificultad de la excavabilidad del terreno así como información topográfica (Fig.11).

Figura 11. Vista parcial de la información disponible en los mapas de proyecto de conducciones de nueva construcción.


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Actualmente los proyectos para la realización de conducciones de gas deben cumplir unas normas preestablecidas. La información necesaria normalmente está reflejada en mapas y perfiles topográficos. Utilizando estos mapas se puede obtener cierta información con el objetivo de establecer una clasificación del terreno. Dos son los parámetros a tener en cuenta: por un lado las categorías y longitudes del tipo de excavabilidad y por otro, los datos relativos a la topografía, más concretamente el cálculo de gradientes de las pendientes por la que la conducción debe ser instalada. 7.2.1 – Categorías de excavabilidad y gradientes topográficos: Para reflejar el grado de dificultad de excavabilidad de un terreno se utilizan 5 categorías, determinadas por la naturaleza y usos del suelo. Estas categorías están preestablecidas y los datos vienen reflejados en los planos de proyecto. Respecto de los gradientes de pendientes se han establecido en este trabajo en 6 categorías, según se indica: Categorías de Excavabilidad

Categorías de Gradientes Topográficos

A: Fácil B: fácil a Media C: Media D: Media a Difícil E: Difícil

1: < 5% 2: 5 – 15% 3: 15 – 30% 4: 30 – 45% 5: 45 – 60% 6: > 60%

7.2.2 – Características de las conducciones inspeccionadas: Para mantener la confidencialidad, no se utilizan referencias geográficas y nos referimos a ellas por números, al igual que a los contratistas que las instalaron. La calidad del revestimiento utilizado es un factor a tener en cuenta para poder realizar comparaciones ya que la cantidad de defectos estará influenciada por la resistencia mecánica de éstos. En el caso del presente trabajo todas las conducciones inspeccionadas tienen revestimientos de polietileno extruído de 3 capas (2 a 2,5 mm de grosor) con refuerzos adicionales en algunas situaciones. Las zonas de soldadura están revestidas con manguitos termoretráctiles y las curvas y codos son encintados con revestimientos anticorrosivos aplicados en frío. Todas las conducciones disponían de sistemas de PC mediante corriente impuesta a partir de lechos anódicos profundos. La tabla I, proporciona información de las características de las conducciones, incluyendo la longitud, diámetro de la tubería y referencia anónima del contratista. También proporciona información de los defectos localizados en cada una de ellas y el número de defectos por unidad de longitud (Km) localizados. Este último valor es un valor absoluto que no refleja ninguno de los condicionantes anteriormente citados por lo que su importancia es relativa en las comparaciones que pretendan establecerse.


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7.2.3 – Resultados obtenidos: El número de defectos por unidad de longitud de una conducción puede ser utilizado como un índice para la realización de una comparativa entre contratistas. Para establecer un parámetro que indique la calidad de los trabajos realizados por diferentes contratistas proponemos la utilización del Índice de Buenas Prácticas que denominamos IGP ( del inglés: Index of Good Practice). Para poder ser equitativo al establecer un rango de contratistas el IGP debe de tener en cuenta, además del número de defectos localizados, el diámetro de la conducción y las propias características del terreno. Por ello toda la información obtenida durante la inspección del revestimiento es agrupada para cada contratista teniendo en cuenta las categorías de excavabilidad y los desniveles del terreno. Un resumen global de los resultados obtenidos se muestra en los gráficos adjuntos (Fig 11 a 13). El IGP obtenido para cada contratista se muestra en la tabla II.

Porcentaje por contratista respecto del total de tuberías (138 Km) 25,9 9,3 4,7 4,1 49,8 0,7 1,8 #1

#2

#3

#4

#5

#6

3,7

#7

#8

Figura 11. Porcentaje de conducción instalada por contratista respecto del total de tuberías instaladas.


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Categorías de escavabilididad 65% Datos Totales A B C D E

11% 12%

11%

1%

Figura 12. Categorías de excavabilidad del total de conducciones.

Gradiente de Pendiente del terreno Datos Totales 1 75,60

2 3 4 5 6

0,15

17,18

0,17

1,29

5,61

Figura 13. Porcentajes de Categorías de Gradiente de Pendiente del terreno del total de conducciones.

Tal y como se deduce de los valores expresados puede establecerse una clasificación de contratistas. No obstante, los contratistas #4 y #8 con valores de IGP más elevados son los que han realizado las obras en terrenos con mayor dificultad de excavabilidad. Por otra parte ambos contratistas sólo reflejan un 5,46% del total de la longitud de gasoductos revisados. En el caso del contratista #3, que representa un 9,33% del total de tubería inspeccionada, muestra un IGP por encima de la media teniendo en cuenta que las condiciones de trabajo son similares a las de otros contratistas que presentan valores normales de IGP. Puede afirmarse que 2 es el número de defectos de revestimiento por unidad kilométrica de conducción enterrada, los que se han inducido en la fase de construcción, y que éste PROCAINSA, S.A. - Major, 40 - 08221 Terrassa (Barcelona) www.procainsa.com

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es el valor que puede considerarse como valor medio esperado. Cualquier desviación respecto a este valor, por encima o por debajo, debe considerarse cuidadosamente en función de los condicionantes que establecen las características del terreno. La técnica de DCVG permite además realizar una gradación de defectos localizados en función de su “importancia” o “severidad”. Esta gradación viene expresada como el %IR. Combinando el %IR y el comportamiento catódico o anódico de cada defecto en particular tanto con la señal de pulso de DCVG en ON como en OFF, es posible determinar qué defectos deben ser excavados y cuáles quedan protegidos por el sistema de PC y no necesitan ser reparados. Una información adicional que proporciona la técnica de DCVG viene dada por el hecho de que durante la inspección se mide el pulso de DCVG en todas las cajas de Toma de Potencial de la conducción. Estos datos proporcionan información acerca del correcto funcionamiento del sistema de PC a lo largo de la conducción.


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Referencia Conducción

Longitud (Km)

Diámetro (pulgadas)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 TOTAL

9,247 35,638 0,250 20,170 3,259 7,691 2,095 15,057 0,823 10,000 9,523 0,258 1,043 2,027 6,412 0,113 0,660 0,390 0,428 1,742 2,439 5,035 0,210 0,424 0,696 1,172 0,993 137,795

12 10 3 12 4 4 4 8 4 6 4 4 4 4 8 3 2 3 4 4 3 12 3 6 3 4 3

Total defectos Contratista localizados 7 #1 63 #1 0 #1 30 #1 1 #1 18 #2 1 #2 25 #2 1 #2 11 #2 36 #3 1 #3 1 #3 2 #3 53 #4 1 #4 7 #5 1 #5 0 #5 0 #5 2 #5 4 #6 3 #7 1 #7 0 #7 1 #7 5 #8 275

Defectos por Km 0,8 1,8 0,0 1,5 0,3 2,3 0,5 1,7 1,2 1,1 3,8 3,9 1,0 1,0 8,3 8,8 10,6 2,6 0,0 0,0 0,8 0,8 14,3 2,4 0,0 0,9 5,0 2,0

Tabla I. Datos de los gasoductos inspeccionados


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ID Contratista #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8

IGP 1,47 1,57 3,11 8,28 1,77 0,79 2,00 5,04

TOTAL TUBERÍAS

2,00

Tabla II. IGP para cada contratista. 7.2.4. Conclusiones: La experiencia demuestra que la media de defectos del revestimiento inducidos durante la fase de construcción es de 2 defectos/km de conducción. El índice de buenas prácticas es un parámetro relativamente fácil de determinar mediante las técnicas de inspección del revestimiento, siendo la inspección mediante DCVG una herramienta precisa y de rápida aplicación que permite establecer el índice IGP para cada proyecto. Cualquier desviación por encima del valor medio obtenido debe ser considerado teniendo en cuenta los condicionantes derivados del propio terreno que pueden dificultar las labores de construcción par poder realizar una correcta comparación entre los diferentes contratistas. Las compañías propietarias de conducciones pueden utilizar el índice IGP combinado con las categorías propias del terreno para evaluar los trabajos realizados por diferentes contratistas. Cuando los condicionantes propios del terreno indiquen a priori cierta dificultad (grandes desniveles, substratos rocosos, etc.) cabe esperar un valor de IGP por encima de la media. En estos casos se recomienda tener un especial cuidado en las fases de construcción para evitar dañar el revestimiento. Las categorías propuestas de definición de categorías del terreno pueden ser utilizadas por los contratistas a fin de ajustar sus ofertas para realizar un determinado proyecto constructivo.


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8. ESTUDIOS DE CORROSIVIDAD DEL TERRENO. La corrosión en el subsuelo responde típicamente a un proceso electroquímico. Así, la intensidad de la pila de corrosión dependerá de la resistividad del medio en proporción inversa, siendo por tanto mucho mayor cuanto menor sea ésta. Debe tenerse en cuenta, además, que al contrario de lo que pueda ocurrir con metales inmersos en un líquido, en que puede suponerse que el medio es homogéneo, en el caso de los suelos nos hallamos frente a un medio extremadamente complejo. Su comportamiento frente a la corrosión depende de su naturaleza, granulometría, porosidad y de su comportamiento como electrolito, que se mide en función de sus resistividad. Existen diversas pruebas que pueden realizarse para la determinación del comportamiento corrosivo de un terreno. No obstante, los datos obtenidos reflejarán las condiciones en el momento de la toma de datos, pero estas condiciones pueden cambiar a lo largo del tiempo. No obstante cabe decir que un terreno que se muestra corrosivo, difícilmente invertirá esta tendencia, pero un terreno no corrosivo puede fácilmente tornarse corrosivo por influencia de agentes externos, lo que deberá tenerse en cuenta a la hora de evaluar su comportamiento. Una de las mediciones más indicativas la proporciona la resistividad del terreno. Se ha constatado muchas veces una relación directa entre esta propiedad y la corrosión en estructuras metálicas enterradas, de forma tal que la corrosión es mayor cuanto menor sea la resistividad. Además, ha de tenerse en cuenta que existe una relación directa entre humedad, temperatura y salinidad respecto a la resistividad, mientras que esta relación es inversa entre porosidad y resistividad. En la siguiente tabla se muestran esquemáticamente estas relaciones: Aumento de Porosidad Salinidad Humedad Temperatura

Resistividad Aumenta Baja Baja Baja

Corrosión Baja Aumenta Aumenta Aumenta

Atendiendo a los valores de resistividad del terreno, se establecen unas equivalencias de corrosividad, tal como se indican en la siguiente tabla, a la vez que se indican las necesidades de protección catódica en instalaciones enterradas o sumergidas en estos medios, aunque estén revestidas:


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Resistividad

Corrosividad del suelo

< 9 Ohm x m 9 a 23 Ohm x m 23 a 50 Ohm x m 50 a 100 Ohm x m > 100 Ohm x M

Muy corrosivos Bastante Corrosivos Moderadamente Corrosivos Ligeramente Corrosivos Muy Ligeramente Corrosivos

Protección Catódica SI SI SI SI Depende

Otro factor a tener en cuenta en la corrosividad del subsuelo es el efecto del pH. Debe tenerse en cuenta que el suelo está formado fundamentalmente por el resultado de la disgragación de rocas. La naturaleza del suelo no sólo depende de la composición de la roca original (la mineralogía de sus componentes), sino de otros factores tales como presencia de materia orgánica (humus), abonos químicos, contaminación industrial o doméstica, etc., con lo cual las características primitivas de un suelo pueden cambiar extraordinariamente. En muchos casos la presencia de estos factores condiciona una alta corrosividad, como por ejemplo en suelos pantanosos, ácidos, con mucha materia orgánica o bien en suelos muy alcalinos. Por todo ello, la medición correcta del pH del suelo también proporciona un criterio de selección de su agresividad. En la tabla siguiente se da una relación entre pH y corrosividad del medio: pH

Medio

Corrosividad

< 4,0 4,0 – 4,5 4,5 – 5,0 5,0 – 6,0 6,0 – 6,5 6,5 – 7,5 7,5 – 8,5 > 8,5

Ácido muy fuerte Muy ácido Ácido Moderadamente ácido Poco ácido Neutro Poco alcalino Muy Alcalino

Muy Agresivo Muy Agresivo Muy Agresivo Muy Agresivo Agresivo No Agresivo No Agresivo Condicionado

Protección Catódica SI SI SI SI SI Depende Depende Depende

En la corrosividad del subsuelo también es importante tener en cuenta el potencial de oxidación-reducción (red-ox), pues este es muy distinto de si se trata de un medio aireado o de un medio desprovisto de oxígeno (ambiente anaerobio). Ello ha servido para predecir el riesgo de corrosión anaerobia que puede sufrir una estructura enterrada y especialmente para los casos de corrosión bacteriana, pero no para dictaminar sobre otros tipos de corrosión. En la tabla siguiente se indican los valores de potencial red-ox en función del posible riesgo de corrosión anaerobia del suelo.


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Potencial Red-Ox < 100 mV 100 – 200 mV 200 – 400 mV > 400 mV

Corrosividad del suelo

Protección Catódica Muy Agresivo SI Moderadamente Agresivo SI Débilmente agresivo SI No Agresivo Depende

Por lo que respecta a factores externos que pueden influir en la corrosividad de un subsuelo debe mencionarse la presencia de corrientes erráticas (o vagabundas). Éstas son corrientes eléctricas que circulan a través de un electrolito fuera de los circuitos previstos o por caminos no conocidos. La fuente de corrientes vagabundas puede ser natural o generada por el hombre, siendo las de mayor agresividad las de corriente continua. Ejemplos de ello pueden ser las líneas electrificadas de tranvías y trenes eléctricos, instalaciones de galvanotecnia, equipos de soldadura, maquinaria de corriente continua, tomas de tierra, torres de alta tensión, otras instalaciones próximas de protección catódica, etc. Tal como indicábamos más arriba, es importante notar que donde la corriente entra en la estructura enterrada no se produce corrosión, pero sí que la hay, y aumentada, en el punto donde retorna al electrolito o suelo. Para evaluar los criterios de corrosión por corrientes vagabundas hay que conocer no sólo la presencia de éstas en el momento antes y después de la instalación de las estructuras enterradas, sino que también debe conocerse la presencia de posibles fuentes próximas ya que es normal que existan modificaciones en los pasos o caminos que estas corrientes foráneas siguen entre antes y después del montaje de la instalación metálica enterrada, y durante su vida. Tomando como referencia el electrodo de Cu/CuSO 4 saturado, la tabla siguiente muestra la clasificación de las corrientes vagabundas de acuerdo con el gradiente de potencial que presentan. Cuando se evalúan estos campos eléctricos, no sólo debe conocerse su magnitud relativa, sino que debe tomarse una clara indicación del sentido de flujo de la corriente, y si éste es cambiante, determinar los tiempos relativos en que circula en cada sentido. Gradiente Potencial DC < 0,5 mV/m 0,5 – 5 mV/m > 5 mV/m

Corrientes Vagabundas Débiles Medianamente intensas Intensas

Protección Catódica Depende SI SI


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Sedigas CursPC2011 Madrid

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