246 PROTECCIÓN CATÓDICA CON ÁNODOS DE...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO.

PROTECCIÓN CATÓDICA CON ÁNODOS DE SACRIFICIO PARA PLATAFORMAS MARINAS.

T E S I S

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

I N G E N I E R O C I V I L

PRESENTA: RAYO AGUILAR MARIO ORLANDO

México D.F. Abril –2006

I n g e n ie r í a C iv i l

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INDICE

OBJETIVO.........................................................................................................................................3 JUSTIFICACIÓN................................................................................................................................3

CAPITULO I FUNDAMENTOS BÁSICOS SOBRE CORROSIÓN. ..............................................3 I.1. ASPECTOS GENERALES DE LA CORROSIÓN. ..........................................................3 I.2. FORMAS DE LA CORROSIÓN......................................................................................3 I.3. CORROSIÓN GALVANICA Y UNIFORME.....................................................................3 I.4. CORROSIÓN POR EROSIÓN .......................................................................................3 I.5. CORROSIÓN POR AGRIETAMIENTO ..........................................................................3 I.6. CORROSIÓN POR PICADURA .....................................................................................3 I.7. CORROSIÓN POR EXFOLIACIÓN Y DISOLUCION SELECTIVA .................................3 I.8. CORROSIÓN INTERGRANULAR O INTERCRISTALINA..............................................3 I.9. CORROSIÓN DE FRACTURA POR TENSIÓN..............................................................3

CAPITULO II QUÍMICA Y ELECTROQUÍMICA DE LA CORROSIÓN..........................................3 II.1. PRODUCTOS DE LA CORROSIÓN. .............................................................................3 II.2. REACCIONES ANODICAS............................................................................................3 II.3. REACCIONES CATÓDICAS..........................................................................................3 II.4. FENÓMENOS DE POLARIZACIÓN...............................................................................3 II.5. POTENCIAL DE CORROSIÓN. .....................................................................................3 II.6. POTENCIALES DE OXIDO REDUCCIÓN......................................................................3 II.7. CRITERIO PARA CORROSIÓN.....................................................................................3 II.8. DIAGRAMAS DE POTENCIAL ION PH .........................................................................3 II.9. CORROSIÓN GALVÁNICA............................................................................................3 II.10. RECONOCIMIENTO DE LA CORROSIÓN GALVÁNICA. ..........................................3 II.11. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN GALVÁNICA.....................................................3 II.12. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN POR MÉTODOS ELECTROQUÍMICOS. ..........3

CAPITULO III FUNDAMENTOS BÁSICOS DE PROTECCIÓN CATODICA..................................3 III.1. DEFINICIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA.................................................................3 III.2. MEDIDA DE POTENCIALES. ........................................................................................3 III.3. CRITERIOS DE PROTECCIÓN .....................................................................................3 III.4. MÉTODO PARA DETERMINACIÓN DE POTENCIALES ELÉCTRICOS EN PLATAFORMAS MARINAS FIJAS BASADO EN EL ELECTRODO DE REFERENCIA. .............3 III.5. FORMAS DE PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN........................................................3 III.6. MEDIAS CELDAS DE REFERENCIA.............................................................................3 III.7. ELECTRODOS DE REFERENCIA.................................................................................3 III.8. DIFERENTES ZONAS DE CORROSIÓN EN UNA PLATAFORMA MARINA. ................3

CAPITULO IV DISEÑO DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO. .......................................................3 IV.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS ANODOS DE SACRIFICIO.........................................3 IV.1.1. ALEACIONES PARA ANODOS DE SACRIFICIO. .....................................................3 IV.1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ANODOS DE SACRIFICIO. ...............................3 IV.2. CALCULO DEL NUMERO DE ANODOS DE ACUERDO A LA NORMA “PROY-NRF-047-PEMEX-2002” .....................................................................................................................3 IV.3. CALCULO DEL NUMERO DE ANODOS DE ACUERDO A LA ASOCIACIÓN NACIONAL DE INGENIEROS DE CORROSIÓN “NACE” ..........................................................3 IV.4. DISTRIBUCIÓN DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO . ..............................................3

CAPITULO V INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO.............3 CAPITULO VI INSPECCIÓN DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO...............................................3

VI.1. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN....................................................................................3 VI.2. INSPECCIÓN VISUAL ...............................................................................................3


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VI.3. INSPECCIÓN VISUAL GENERAL. ............................................................................3 VI.4. INSPECCIÓN VISUAL DETALLADA..........................................................................3 VI.5. LIMITACIONES DE LA INSPECCIÓN VISUAL ..........................................................3 VI.6. TIPOS DE DEFECTOS DETECTABLES....................................................................3 VI.7. LIMITACIONES HUMANAS .......................................................................................3 VI.8. LIMITACIONES DEL EQUIPO UTILIZADO................................................................3 VI.9. MEDICIÓN DE ESPESORES ....................................................................................3 VI.10. MEDICIÓN DE POTENCIAL CATÓDICO...................................................................3 VI.11. REPORTE DE INSPECCIÓN.....................................................................................3 VI.12. CRITERIOS DE EVALUACIÓN..................................................................................3 VI.13. MEDICIÓN DE ESPESORES (REPORTE) ................................................................3 VI.14. COMENTARIOS FINALES.........................................................................................3 VI.15. INSPECCIÓN EN EL PATIO ANTES DE SER INSTALADOS ....................................3 VI.15.1. MUESTREO. (5*) ...................................................................................................3 VI.15.2. IDENTIFICACIÓN DEL LOTE DE ÁNODOS. .........................................................3 VI.15.3. IDENTIFICACIÓN FÍSICA POR LOTE Y POR COLADA: .......................................3 VI.15.4. IDENTIFICACIÓN FÍSICA POR ÁNODO:...............................................................3 VI.15.5. INFORMACIÓN CONTENIDA EN EL CERTIFICADO DE CALIDAD: .....................3 VI.15.6. INSPECCIÓN Y PRUEBAS....................................................................................3 VI.15.7. DIMENSIONES Y PESO........................................................................................3 VI.15.8. MANEJO Y TRANSPORTE....................................................................................3 VI.15.9. ALMACENAMIENTO. ............................................................................................3 VI.15.10. SEGURIDAD INDUSTRIAL Y PROTECCIÓN AMBIENTAL. ..................................3 CONCLUSIONES ......................................................................................................................3 RECOMENDACIONES ..............................................................................................................3 GLOSARIO DE TERMINOS.......................................................................................................3 SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS.................................................................................................3 BIBLIOGRAFÍA ..........................................................................................................................3 ANEXO 1 ...................................................................................................................................3 ANEXO 2 ...................................................................................................................................3 ANEXO 3 ...................................................................................................................................3


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OBJETIVO

El presente trabajo tiene como objetivo proporcionar los criterios y

requerimientos mínimos para el diseño, instalación y mantenimiento de la

Protección catódica con ánodos galvánicos o de sacrificio para evitar la

corrosión en Plataformas Marinas.


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JUSTIFICACIÓN

En este trabajo se presentara un panorama de lo que representa la

corrosión, y sus formas de prevenirla utilizando ánodos de sacrificio, ya

que a nivel mundial, es uno de los fenómenos más trascendentales en la

economía debido a que de acuerdo a la Secretaria General de la

Organización de los Estados Americanos (OEA) (Programa regional de

Desarrollo Científico y Tecnológico) los perjuicios causados por la

corrosión equivalen del 1.5 % al 3.5 % del Producto Nacional Bruto en

Numerosos Países.


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INTRODUCCIÓN En PEMEX Exploración y Producción (PEP) , al igual que en la mayoría de las industrias Petroleras, Uno de los retos que enfrentan en la actualidad dentro del ámbito es la construcción de Plataformas dentro de la Sonda de Campeche en el Golfo de México, para la explotación de los hidrocarburos de ese sitio, cuyas instalaciones están principalmente construidas por partes metálicas. Estas en general están hechas de acero al carbón para resistir la fuerte erosión de los ambientes marinos. Aproximadamente la protección catódica presenta sus primeros avances, en el año 1824, en que Sir. Humphrey Davy, recomienda la protección del cobre de las embarcaciones, uniéndolo con hierro o zinc; habiéndose obtenido una apreciable reducción del ataque al cobre, a pesar de que se presento el problema de ensuciamiento por la proliferación de organismos marinos, habiéndose rechazado el sistema por problemas de navegación. En 1850 y después de un largo período de estancamiento la marina Canadiense mediante un empleo adecuado de pinturas con antiorganismos y anticorrosivos demostró que era factible la protección catódica de embarcaciones con mucha economía en los costos y en el mantenimiento. Para tener una pequeña Idea de lo que esto puede suponer, sépase que aproximadamente un 25% de la Producción anual de acero es destruida por la corrosión. Las medidas preventivas tomadas para controlar la c orrosión consisten, fundamentalmente en: Sistemas basados en protección catódica , son sin duda el método más eficaz para controlar la corrosión en instalaciones enterradas e inmersas en un agua de mar. Estos sistemas, de acuerdo a su forma de operar, se clasifican como de corriente impresa y por ánodos de sacrificio, de los cuales los segundos se utilizaran en las Plataformas de la sonda de Campeche del Golfo de México (Anexo 1)

Por consiguiente, a las plataformas se les instalaran de acuerdo a su diseño ánodos de sacrificio, estos serán de aluminio Galvalum III H 725 lbs. para que con ello se logren mantener en optimas condiciones de operación, a los ánodos instalados comúnmente reciben el nombre de sistemas de protección catódica con lo cual se evita que las plataformas se deterioren por la corrosión agresiva existente costa afuera.


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Para un mayor entendimiento la protección catódica se define como “el método de reducir o eliminar la corrosión de un metal, hacien do que, la superficie de este, funcione completamente como cátodo cuando se encuen tra sumergido o enterrado en un electrolito” .

Esto se logra haciendo que el potencial eléctrico del metal a proteger se vuelva más electronegativo mediante la aplicación de una corriente directa o la unión de un material de sacrificio (comúnmente magnesio, aluminio o zinc) Normalmente, el método es aplicable a estructuras de fierro y acero pero, también, se usa en grado limitado en plomo, aluminio y otros metales. Las plataformas por encontrarse dentro del agua de mar, están continuamente sufriendo el deterioro y el Ingeniero se enfrenta siempre al problema de corrosión mencionado, pero para que se tomen las decisiones más acertadas, se deben de inspeccionar las plataformas construidas, es aquí donde se deberá efectuar el Monitoreo de la protección catódica con la más alta tecnología y con el mejor personal ampliamente capacitado. En el presente trabajo nuestro objetivo es el de “conocer el funcionamiento correcto de la protección catódica así como su diseño” para comprender este tema se consideraron conceptos principales, los cuales nos muestran los fundamentos básicos de corrosión, fundamentos básicos de protección catódica, proceso de instalación de ánodos en una plataforma, diseño de protección catódica, monitoreo e inspección de la protección catódica, finalmente definiremos los resultados, las conclusiones y recomendaciones.


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CAPITULO I FUNDAMENTOS BÁSICOS SOBRE CORROSIÓN.

I.1. ASPECTOS GENERALES DE LA CORROSIÓN.

La vida útil del equipo de la industria petrolera se acorta a menudo como un resultado de la corrosión y en los últimos 10 años se han tenido grandes adelantos en su detección y remedios aplicados para controlar, en la producción del petróleo. En términos técnicos simplificados, la corrosión ha sido definida como la destrucción de un metal por reacción química o electroquímica por el medio ambiente y representa la diferencia entre una operación libre de problemas con gastos de operación muy elevados. Para efectos prácticos, es casi imposible eliminar la corrosión y el secreto efectivo de la ingeniería en este campo radica más en su control, que en su eliminación siendo necesario tomar en cuenta el fenómeno corrosivo desde el diseño de las instalaciones y no después de ponerlas en operación. El ingeniero que trabaja en problemas de corrosión necesita saber donde empezar y tener un conocimiento básico para reconocer la corrosión, cómo se produce, cómo impedir su severidad, qué herramientas son necesarias, técnicas de inspección, variables de diseño que afectan a la corrosión, selección de materiales y la forma de interpretar y aplicar la información del problema corrosivo, así como saber donde obtener ayuda. Todos los metales y aleaciones son susceptibles de sufrir el fenómeno de corrosión, no habiendo material útil para todas las aplicaciones. Por ejemplo el oro, conocido por su excelente resistencia a la atmósfera, se corroe si se pone en contacto con mercurio a temperatura ambiente. Por otra parte el acero no se corroe en contacto con el mercurio, pero rápidamente se oxida expuesto a la atmósfera. Afortunadamente se tienen bastantes metales que pueden comportarse satisfactoriamente en medios específicos y también se tienen métodos de control de la corrosión que reducen el problema. Los paros de las plantas pueden ocurrir y ocurren como un resultado de la corrosión, provocando gastos directos e indirectos de aspecto económico y humano. Dentro de los aspectos económicos tenemos: a).- Reposición del equipo corroído. b).- Coeficiente de seguridad y sobre diseño para soportar la corrosión.


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c).- Mantenimiento preventivo como la aplicación de recubrimientos. d).- Paros de producción debidos a fallas por corrosión. e).- Contaminación de productos. f).- Pérdida de eficiencia ya que los coeficientes de seguridad, sobre diseño de equipo y productos de corrosión por ejemplo, decrece la velocidad de transmisión de calor en cambiadores de calor. g).- Pérdida de productos valiosos. h).- Daño de equipo adyacente a aquel en el cual se tuvo la falla de corrosión. Dentro de los aspectos humanos y sociales tenemos: a).- La seguridad, ya que fallas violentas pueden producir incendios, explosiones y liberación de productos tóxicos. b).- Condiciones insalubres por ejemplo, contaminaciones debido a productos del equipo corroído o bien un producto de la corrosión misma. c).- Agotamiento de los recursos naturales, tanto en metales como en combustibles usados para su manufacturera. d).- Apariencia, ya que los materiales corroídos generalmente son desagradables a la vista. Naturalmente, estos aspectos sociales y humanos también tienen sus aspectos económicos y podemos ver claramente que hay muchas razones para controlar la corrosión. La corrosión en sistemas de combustible de los automóviles, radiadores de los sistemas de refrigeración, tubos de escape, representa cerca de 20 millones de dólares anuales, y algo semejante ocurre en los sistemas de calentamiento de agua para uso doméstico y los sistemas de aire acondicionado que se cambian frecuentemente, es decir, los gastos por problemas de corrosión son bastante significativos.

En efecto, nuestra economía cambiaría drásticamente si no hubiera corrosión. Por ejemplo, los automóviles, los barcos, las tuberías enterradas, las estructuras de plantas industriales, las estructuras caseras, no requerirían pinturas anticorrosivas. La industria del acero inoxidable desaparecería y el cobre sería usado sólo para propósitos eléctricos. Muchas plantas metálicas, así como productos de consumo serían fabricados de acero y fierro fundido. La corrosión toca y está en todo, el interior y exterior de las casas, sobre la carretera, en el mar, en las plantas industriales, en los vehículos aeroespaciales etc.


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I.2. FORMAS DE LA CORROSIÓN.

La corrosión ocurre en muchas y muy variadas formas, pero su clasificación generalmente se basa en uno de los tres siguientes factores: 1.- Naturaleza de la substancia corrosiva. La corrosión puede ser clasificada como húmeda o seca, para la primera se requiere un líquido o humedad mientras que para la segunda, las reacciones se desarrollan con gases a alta temperatura. 2.- Mecanismo de corrosión. Este comprende las reacciones electroquímicas o bien, las reacciones químicas. 3.- Apariencia del metal corroído. La corrosión puede ser uniforme y entonces el metal se corroe a la misma velocidad en toda su superficie, o bien, puede ser localizada, en cuyo caso solamente resultan afectadas áreas pequeñas. La clasificación por apariencia, uniforme o localizada, es muy útil para una discusión preliminar que en caso de requerirse en forma más completa, necesita del establecimiento de las diferencias entre la corrosión localizada de tipo macroscópico y el ataque microscópico local. En el ataque microscópico, la cantidad de metal disuelto es mínima y puede conducir a daños muy considerables antes de que el problema sea visible. Los diferentes tipos de corrosión se presentan en el siguiente esquema.

Figura Nº 1 Tipos de corrosión

Corrosión

Uniforme Localizada

Macroscópica Microscópica

Galvanica

Erosión

Agrietamiento

Picadura

Exfoliación

Ataque selectivo

Intergranular

Fractura por Corrosión

Bajo Tensión


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I.3. CORROSIÓN GALVANICA Y UNIFORME

El ataque uniforme sobre grandes áreas de una superficie metálica (Figura N° 2) es la forma más común de la corrosión y puede ser húmeda o seca, electroquímica o química, siendo necesario seleccionar los materiales de construcción y los métodos de protección como pintura, para controlarla. Por otra parte, la corrosión uniforme es la forma más fácil de medir, por lo que las fallas inesperadas pueden ser evitadas simplemente por inspección regular. La corrosión galvánica se presenta, cuando dos metales diferentes en contacto o conectados por medio de un conductor eléctrico, son expuestos a una solución conductora. En este caso, existe una diferencia en potencial eléctrico entre los metales diferentes y sirve como fuerza directriz para el paso de la corriente eléctrica a través del agente corrosivo, de tal forma que el flujo de corriente corroe uno de los metales del par formado. Mientras más grande es la diferencia de potencial entre los metales, mayor es la probabilidad de que se presente la corrosión galvánica debiéndose notar que este tipo de corrosión sólo causa deterioro en uno de los metales, mientras que el otro metal del par casi no sufre daño. El metal que se corroe recibe el nombre de metal activo, mientras que el que no sufre daño se le denomina metal más noble. La relación de áreas entre los dos metales es muy importante, ya que un área muy grande de metal noble comparada con el metal activo, acelerará la corrosión, y por el contrario, una mayor área del metal activo comparada con el metal noble disminuye el ataque del primero. La corrosión galvánica a menudo puede ser reconocida por el incremento del ataque junto a la unión de los metales, como se indica en la (Figura N° 2) y este tipo puede ser controlado por el uso de aislamientos o restringiendo el uso de uniones de metales cuando ellos forman diferencias de potencial muy grande en el medio ambiente en el que se encuentran. La diferencia de potencial puede ser medida, utilizando como referencia la serie galvánica de los metales y aleaciones que se presentan más adelante, en la serie de los potenciales tipo (standard) de óxido de reducción.


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Otro método para reducir la corrosión galvánica, es evitar la presencia de grandes áreas de metal noble con respecto a las de metal activo.

Figura Nº 2 Corrosión Uniforme.

I.4. CORROSIÓN POR EROSIÓN

Cuando el movimiento del medio corrosivo sobre la superficie metálica incrementa la velocidad de ataque debido a desgaste mecánico, este recibe el nombre de corrosión por erosión. La importancia relativa del desgaste mecánico y la corrosión, es a menudo difícil de establecer y varia grandemente de una situación a otra, y el mecanismo de la erosión generalmente se atribuye a la remoción de películas superficiales protectoras, como por ejemplo, películas de óxido formadas por el aire, o bien, productos adherentes de la corrosión. La corrosión por erosión, generalmente tiene la apariencia de picaduras poco profundas de fondo terso, como se ve en la Figura Nº.3, y el ataque puede presentar también una distribución direccional debido al camino seguido por el agente agresivo cuando se mueve sobre la superficie del metal, tal y como se muestra en la Figura N° 3. La corrosión por erosión prospera en condiciones de alta velocidad, turbulencia, choque, etc., y frecuentemente se observa en impulsores de bombas, agitadores y en codos y


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cambios de dirección de tuberías. Los líquidos con suspensión conteniendo partículas sólidas duras pueden igualmente causar este tipo de problema. La corrosión por erosión puede ser evitada por cambios de diseño o por selección de materiales más resistentes.

Figura Nº 3 Corrosión por Erosión

La corrosión por cavitación y desgaste (fretting) son formas especiales de la corrosión por erosión. La primera es causada por la formación y colapso de burbujas de vapor en la superficie del metal. Las altas presiones producidas por este colapso pueden disolver el metal, remover las partículas protectoras, etc. La corrosión por desgaste (fretting) ocurre cuando las piezas de metal se deslizan una sobre la otra, causando daño mecánico a una o ambas piezas (Figura N° 3) y el deslizamiento es generalmente un resultado de la vibración. La corrosión se cree que juega uno de los siguientes papeles: el calor de la fricción oxida el metal y a continuación el óxido se desgasta, o bien, la remoción mecánica de las partículas protectoras de óxido, o los productos de la corrosión resultantes, dan como resultado la exposición de superficies limpias del metal al medio agresivo, en tal forma que el fenómeno corrosivo se acelera. La corrosión por deslizamiento se atenúa utilizando materiales de construcción más duros, empleando lubricación o bien incrementando la fricción hasta un punto tal en que el deslizamiento es imposible.


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I.5. CORROSIÓN POR AGRIETAMIENTO Las condiciones ambientales en una grieta, pueden con el tiempo volverse muy diferentes de las existentes en una superficie limpia y abierta, por lo que un medio ambiente muy agresivo puede desarrollar y causar corrosión en las grietas (Figura N° 4) Las grietas o hendeduras generalmente se encuentran en los empaques, traslapes, tornillos, remaches, etc., y también pueden formarse por depósitos de suciedad, productos de la corrosión y raspaduras en las películas de recubrimiento. La corrosión por agrietamiento, generalmente se atribuye a los siguientes factores: a).- Cambios de acidez en la grieta o hendidura. b).- Escasez de oxígeno en la grieta. c).- Desarrollo de iones diferentes en la hendidura. d).- Agotamiento de Inhibidor en la grieta. Al igual que todas las formas de corrosión localizada, la corrosión por agrietamiento no ocurre en todas las combinaciones metal-agente corrosivo, y algunos materiales son más susceptibles para producirla que otros, como por ejemplo aquellos que dependen de las películas protectoras de óxido formadas por el aire para adquirir su resistencia a la corrosión, tal y como sucede con el acero inoxidable y el titanio. Estos materiales pueden ser aleados para mejorar su resistencia y el diseño deberá hacerse de tal manera, que se reduzcan las hendiduras, tratando de mantener las superficies limpias para combatir este tipo de corrosión.

Figura Nº 4 Corrosión por Agrietamiento.


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I.6. CORROSIÓN POR PICADURA La corrosión por picadura se presenta por la formación de orificios en una superficie relativamente in atacada y las picaduras pueden tener varias formas (Figura N° 5). La forma de una picadura es a menudo responsable de su propio avance, por las mismas razones mencionadas en la corrosión por agrietamiento, es decir, una picadura puede ser considerada como una grieta o hendidura formada por si misma. Para reducir la corrosión por picadura se necesita una superficie limpia y homogénea, por ejemplo, un metal homogéneo y puro con una superficie muy pulida deberá ser generalmente, mucho más resistente que una superficie que tenga incrustaciones, defectos o rugosidad. La corrosión por picadura es un proceso lento que puede llevarse meses y años antes de ser visible, pero que naturalmente, causará fallas inesperadas. El pequeño tamaño de la picadura y las minúsculas cantidades de metal que se disuelven al formarla, hacen que la detección de ésta sea muy difícil en las etapas iniciales. La limpieza de la superficie y la selección de materiales conocidos, resistentes a la formación de picaduras en un medio ambiente determinado, es generalmente el camino más seguro para evitar este tipo de corrosión.

Figura Nº 5 Corrosión por Picadura.


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I.7. CORROSIÓN POR EXFOLIACIÓN Y DISOLUCION SELECTI VA

La corrosión por exfoliación es una corrosión subsuperficial que comienza sobre una superficie limpia, pero se esparce debajo de ella y difiere de la corrosión por picadura en que el ataque tiene una apariencia laminar. Capas completas de material son corroídas (Figura N° 6) y el ataque es generalmente reconocido por el aspecto escamoso y en ocasiones ampollado de la superficie. Al final del ataque, una muestra tiene la apariencia de un mazo de barajas en el cual algunas de las cartas han sido extraídas. Este mecanismo es bien conocido en las aleaciones de aluminio y se combate utilizando aleaciones y tratamientos térmicos. La corrosión por disolución selectiva se produce al efectuarse la remoción de uno de los elementos de una aleación siendo el ejemplo más común la eliminación del zinc en aleaciones de cobre-zinc, conocido con el nombre de dezincificación. Este fenómeno corrosivo produce un metal poroso (Figura N° 6 ) qu e tiene propiedades mecánicas muy pobres y obviamente el remedio a este caso es el empleo de aleaciones que no sean susceptibles a este proceso.

Figura Nº 6 Corrosión por Exfoliación.


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I.8. CORROSIÓN INTERGRANULAR O INTERCRISTALINA Para entender este tipo de ataque es necesario considerar que cuando un metal fundido se cuela en un molde, su solidificación comenzó con la formación de núcleos al azar, cada uno de los cuales crece en un arreglo atómico regular para formar lo que se conoce con el nombre de granos o cristales. El arreglo atómico y los espaciamientos entre las capas de los granos, son los mismos en todos los cristales de un metal dado; sin embargo, debido a la nucleación al azar, los planos de los átomos en las cercanías de los granos no encajan perfectamente bien y el espacio entre ellos recibe el nombre de límite de grano. Si se dibuja una línea de 2.5 cm de longitud sobre la superficie de una aleación, esta deberá cruzar aproximadamente 100 límites de grano, los límites de grano son a veces atacados preferencialmente por un agente corrosivo y el ataque se relaciona con la segregación de elementos específicos o por la formación de un compuesto en el límite. La corrosión generalmente ocurre, porque el agente corrosivo ataca preferencialmente el límite de grano o una zona adyacente a él, que ha perdido un elemento necesario para tener una resistencia a la corrosión adecuada. En un caso severo de corrosión ínter cristalina, granos enteros se desprenden debido a la deterioración completa de sus límites (Figura N° 7) , en cuyo caso, la superficie aparecerá rugosa al ojo desnudo y se sentirá rasposa debido a la pérdida de los granos. El fenómeno de límite de grano que causa la corrosión Inter cristalina, es sensible al calor por lo que la corrosión de este tipo, es un subproducto de un tratamiento térmico como la soldadura o el relevado de esfuerzos y puede ser corregido por otro tipo de tratamiento térmico o por el uso de una aleación modificada.

Figura Nº 7 Corrosión Intergranular o Intercristali na.


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I.9. CORROSIÓN DE FRACTURA POR TENSIÓN La acción conjunta de un esfuerzo de tensión y un medio ambiente corrosivo, dará como resultado en algunos casos, la fractura de una aleación metálica. La mayoría de las aleaciones son susceptibles a este ataque, pero afortunadamente el número de combinaciones aleación – corrosivo que causan este problema, son relativamente pocas. Sin embargo, hasta la fecha, este es uno de los problemas metalúrgicos más serios. Los esfuerzos que causan las fracturas provienen de trabajos en frío, soldadura, tratamiento térmicos, o bien, pueden ser aplicados en forma externa durante la operación del equipo. Las fracturas pueden seguir caminos Ínter cristalinos o transcristalinos (Figura N° 8) que a menudo presentan una tendencia a la ramificación. Algunas de las características de la corrosión de fractura por tensión, son las siguientes:

a) Para que esta corrosión exista, se requiere un esfuerzo de tensión. b) Las fracturas se presentan quebradizas en forma macroscópica, mientras que las

fallas mecánicas de la misma aleación, en ausencia de un agente corrosivo especifico, generalmente presentan ductibilidad.

c) La corrosión por esfuerzos depende de las condiciones metalúrgicas de la aleación. d) Algunos medios ambientes específicos, generalmente causan fractura en una

aleación dada. El mismo medio ambiente no causa fracturas en otras aleaciones. e) La corrosión por esfuerzo puede ocurrir en medios ambientes considerados no f) agresivos para una aleación dada, por ejemplo la velocidad de corrosión uniforme

es baja hasta que se presenta una fractura. g) Largos periodos de tiempo, a menudo años, pueden pasar antes de que las

fracturas sean visibles, pero entonces al presentarse, se propagan rápidamente con el resultado de una falla inesperada.

h) La corrosión por esfuerzo, no está completamente entendida en la mayoría de los casos; sin embargo, en la actualidad se dispone de muchos datos para ayudar al ingeniero a evitar este problema.

Para combatir la corrosión de fracturas por tensión, es necesario realizar el relevado de esfuerzo o seleccionar un material más resistente. El término de fragilización por hidrógeno se confunde frecuentemente con la corrosión de fractura por tensión, debido a que el hidrógeno desempeña una función en algunos casos de ésta y para distinguir la fragilización por hidrógeno de la corrosión de fractura por tensión, es conveniente juzgar los siguientes conceptos:


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a) La fractura debido al hidrógeno introducido en el metal sin corrosión de éste, por

ejemplo, en la protección catódica, no es definitivamente corrosión de fractura por tensión.

b) La fractura debido al hidrógeno producida por una alta velocidad de corrosión c) uniforme como en el decapado, tampoco es corrosión de fractura por tensión

porque no se necesita tener un esfuerzo mientras el hidrógeno se produce y la fractura se presenta posteriormente cuando la tensión es aplicada después de la reacción corrosiva con liberación de hidrógeno.

d) Cuando el hidrógeno se produce por corrosión local en una fractura o picadura sobre un metal sometido a esfuerzo de tensión y resulta una propagación en la fractura, entonces sí se considera que la corrosión pertenece al tipo de corrosión de fractura por tensión.

La corrosión por fatiga, es una forma especial del tipo de corrosión de fractura por tensión y se presenta en ausencia de medios corrosivos, debido a esfuerzos cíclicos repetidos. Estas fallas son muy comunes en estructuras sometidas a vibración continua. La corrosión por fatiga, se incrementa naturalmente con la presencia de un medio agresivo, de tal forma que el esfuerzo necesario para producir la corrosión por fatiga, se reduce en algunas ocasiones hasta la mitad del necesario, para producir la falla en aire seco (Figura N° 8).

Figura Nº 8 Corrosión por Tensión.


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Los métodos para evitar la corrosión por fatiga, necesitan prevenir la fractura producida por ésta desde el principio, ya que es muy difícil detener la propagación de las fracturas, una vez que se inician. De lo indicado anteriormente, se ve la necesidad de reconocer en primer lugar, las diferentes formas en las que se presenta la corrosión para así tomar medidas pertinentes que permitan establecer los métodos correctivos para atenuarla, los cuales son mejor comprendidos si se conoce la teoría de la corrosión.

CAPITULO II QUÍMICA Y ELECTROQUÍMICA DE LA CORROSIÓ N. La corrosión como una reacción química, para poder comprender el fenómeno corrosivo como el resultado de una reacción química, es necesario disponer de algunos principios elementales de química, los cuales se enunciarán brevemente a continuación.

II.1. PRODUCTOS DE LA CORROSIÓN.

El término productos de la corrosión se refiere a las substancias obtenidas durante las reacciones de corrosión y estas pueden ser solubles como en el caso del cloruro de zinc y del sulfato de zinc o insolubles como en el caso del óxido de fierro e hidróxido de fierro. La presencia de los productos de la corrosión es una de las formas por las cuales se detecta ésta, por ejemplo el óxido. Sin embargo, es conveniente notar que los productos insolubles de la corrosión no siempre son visibles, por ejemplo al exponer una pieza de aluminio al aire, se forma una película de óxido casi invisible que protege al metal de un ataque posterior y la película es casi invisible porque es extraordinariamente delgada, siendo esta la razón del uso extensivo del aluminio en la construcción de ventanas, canceles y molduras automotrices.


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II.2. REACCIONES ANODICAS. Durante el ataque corrosivo la reacción anódica siempre es la oxidación de un metal a un estado superior de valencia, por ejemplo las reacciones 1, 2 y 3. Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ..............................................................................( 1 ) Fe + 2HCI = FeCI2 + H2 ...............................................................................( 2 ) 2Al + 6HCI = 2AlCI3 + 3H2......................................................................... ( 3 ) Todas ellas, representan la reducción de los iones hidrógeno a gas hidrógeno y la única diferencia entre ellas, es la naturaleza de sus procesos anódicos de oxidación dentro de esto podemos observar que la reacción catódica es simplemente el desprendimiento de gas hidrógeno. Este desprendimiento de hidrógeno ocurre con una gran variedad de metales y de ácidos, tales como el clorhídrico, sulfúrico, fluorhídrico, acético, fórmico y otros ácidos orgánicos solubles en agua. Separando las reacciones 1, 2 y 3 en reacciones anódicas y catódicas, vemos que la ecuación 1 representa la oxidación del zinc a sus iones, tal como se indica en las siguientes reacciones anódicas: Zn = Zn+2 + 2e.......................................................................(4) Fe = Fe+2 + 2e ......................................................................(5) Al = Al+3 + 3e ........................................................................(6) De acuerdo con estas reacciones, la reacción anódica se puede representar en forma general como sigue: M = M+n + ne ........................................................................(7) Es decir, la corrosión del metal M da por resultado su oxidación para formar iones con valencia +n y la liberación de n electrones.

El valor de n depende de la naturaleza del metal, así por ejemplo, la plata es monovalente mientras que otros metales como el fierro, titanio y uranio son polivalentes y algunos pueden tener cargas positivas tan elevadas como 8. La ecuación 7 es entonces general y se aplica a todas las reacciones de corrosión.


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II.3. REACCIONES CATÓDICAS. Hay varias reacciones catódicas que se encuentran durante la corrosión de los metales, tales como las que se enlistan a continuación: Desprendimiento de hidrógeno 2H++2e = H2..........................................................................(8) Reducción de oxígeno (en soluciones ácidas) O2 + 4H++ 4e = 2H2 O ...........................................................(9) Reducción de oxígeno (en soluciones neutras o alcalinas) O2 + 2H2 O + 4e = 4OH-.......................................................(10) Reducción de iones metálicos Fe+3 + 1e = Fe+2...................................................................(11)

Depósito de metal Cu+2 + 2e = Cu ....................................................................(12) La reducción del oxígeno, ecuaciones 9 y 10, es una reacción catódica muy común ya que el oxígeno está presente en la atmósfera y las soluciones están expuestas a la misma. La reducción de iones metálicos y el depósito de metales aunque es menos frecuente, causa problemas de corrosión muy severos. Todas estas reacciones tienen en común que consumen electrones y todas las reacciones de corrosión son simplemente combinaciones de una o más de las reacciones catódicas indicadas, unidas con una reacción anódica similar a la ecuación 7. Durante la corrosión pueden ocurrir más de una reacción de oxidación y de reducción, así por ejemplo, durante el ataque de una aleación, los átomos de los componentes metálicos pasan a la solución en forma de iones, como sucede con la aleación de cromo fierro en donde tanto el cromo como el fierro son oxidados a iones.


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II.4. FENÓMENOS DE POLARIZACIÓN. Es de interés primordial del ingeniero de corrosión, el conocer la velocidad a la cual se desarrollan las reacciones catódicas y anódicas que pueden ser determinada por varios métodos físicos y químicos. Cuando una reacción electroquímica se retarda, se dice que esta polarizada y hay dos tipos diferentes de polarización que son:

a) Polarización de activación. b) Polarización por concentración.

La polarización por activación: Se refiere a aquellos factores retardadores de la reacción que son inherentes a la reacción misma como por ejemplo, la velocidad a la cual los iones hidrógeno se reducen a gas hidrógeno, otro factor determinante de esto que incluyen la velocidad de transporte del electrón al Ion hidrógeno en la superficie metálica, que naturalmente es inherente de un metal en especial y depende de la concentración de iones hidrógeno y de la temperatura del sistema, por lo que la velocidad de desprendimiento del hidrógeno es muy diferente para cada metal. Por otra parte, la polarización por concentración: Se refiere al retardo de la reacción electroquímica como un resultado de los cambios de concentración en la solución adyacente a la superficie metálica. Si la reacción procede a muy alta velocidad y la concentración de iones hidrógeno de la solución es baja, se puede ver que la región cercana a la superficie metálica se agota en sus iones hidrógeno puesto que son consumidos en la reacción química. Bajo estas condiciones, la reacción es controlada por la velocidad de difusión de los iones hidrógeno a la superficie metálica. La polarización por activación es generalmente el factor que controla la corrosión en ácidos fuertes, mientras que la polarización por concentración predomina cuando la concentración de las especies activas es baja, por ejemplo, en ácidos diluidos o en soluciones salinas y agua con oxígeno, ya que la solubilidad del oxígeno es muy baja en soluciones acuosas y en agua. El conocimiento del tipo de polarización que se presenta es muy útil ya que permite predecir las características del sistema corrosivo, por ejemplo, entonces cualquier incremento en la velocidad de difusión de las especies activas como H+ deberá


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incrementar la velocidad de corrosión y en un sistema de esta naturaleza, la agitación del líquido tiende a incrementar la velocidad de corrosión del metal. Por otra parte, si la reacción catódica se controla por polarización por activación, entonces la agitación no tendrá ningún efecto en la velocidad de corrosión, lo cual confirma que el conocimiento del tipo de polarización presente permite hacer predicciones muy útiles concernientes a efecto relativo que sobre la velocidad de corrosión puede ser producida por el aumento de velocidad de flujo de un líquido en una tubería.

II.5. POTENCIAL DE CORROSIÓN. El potencial de un metal que se corroe es muy útil en los estudios de corrosión y se puede obtener fácilmente en el laboratorio y en condiciones de campo y se determina midiendo la diferencia de potencial existente entre el metal sumergido en un medio corrosivo y un electrodo de referencia apropiado. Los electrodos de referencia más utilizados son el electrodo saturado de calomel, el electrodo de cobre – sulfato de cobre, plata-cloruro de plata y el de zinc puro. La medición de la diferencia de potencial entre el metal que se corroe y el electrodo de referencia se lleva a cabo con la ayuda de un potenciómetro. Al medir y reportar los potenciales de corrosión es necesario indicar la magnitud y el signo de voltaje obtenido.

II.6. POTENCIALES DE OXIDO REDUCCIÓN. El potencial de óxido reducción se refiere al potencial relativo de una reacción electroquímica en condiciones de equilibrio por lo que las reacciones deben proceder a la misma velocidad en ambas direcciones. Estos potenciales también son conocidos con el nombre de potenciales Redox, potencial de media celda y serie de fuerzas electromotrices.


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II.7. CRITERIO PARA CORROSIÓN. Los potenciales de óxido reducción son muy útiles ya que pueden ser utilizados para predecir si un metal es o no corroído en un medio ambiente dado. Esto se puede establecer por medio de la siguiente regla generalizada: “En cualquier reacción electroquímica la media celda más negativa tiende a oxidarse, mientras que la media celda más positiva tiende a reducirse”. Se puede ver que todos los metales que tienen potenciales Redox más negativos que la media celda iones hidrógeno – gas hidrógeno, serán corroídos por soluciones ácidas lo cual incluye a metales como el plomo, estaño, níquel, fierro y aluminio junto con los metales con potenciales negativos. Por otra parte, el cobre, mercurio, plata, paladio y los otros metales con potenciales más positivos que la media celda iones hidrógeno – gas hidrógeno, no serán corroídos por soluciones ácidas, es decir, el cobre por ejemplo, podría ser un buen material para guardar ácidos, sin embargo el cobre se corroe si el ácido contiene oxígeno ya que el potencial Redox del cobre es menos positivo que el potencial de las dos medias pilas de oxígeno, tal y como se muestra en la tabla de los potenciales redox a 25o C.


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Au = Au+3 + 3e 1.42 Noble Pt = Pt+2 + 2e 1.2 O2 + 4H+ + 4e = 2H2O 1.23 Pd = Pd++ + 2e 0.83 Ag = Ag+ + e 0.799 2Hg = Hg2++ + 2e 0.798 Fe+3 + e = Fe+2 0.771 O2 + 2H2O + 4e = 4OH 0.401

Cu = Cu+2 + 2e 0.34 Sn+4 + 2e = Sn+2 0.154 2H+ + 2e = H2 0.000 Referencia Pb = Pb+2 + 2e -0.126 Sn = Sn+2 + 2e -0.140 Ni = Ni+2 + 2e -0.23 Co = Co+2 + 2e -0.27 Cd = Cd+2 + 2e -0.402 Fe = Fe+2 + 2e -0.44 Cr = Cr+3 + 3e -0.71 Zn = Zn+2 + 2e -0.763 Al = Al+3 + 3e -1.66 Mg = Mg+2 + 2e -2.38 Na = Na+ + e -0.71 K = K+ + e -2.92 Activo

Tabla N° 1 Potenciales Standard de Óxido - reducci ón (Redox) a 25 ° C


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II.8. DIAGRAMAS DE POTENCIAL ION PH (2*). El uso de los potenciales Redox puede ser extendido, graficando los potenciales Redox como función del pH de la solución. Estos diagramas se conocen como diagramas de Pourbaix y se elaboran utilizando cálculos electroquímicos, datos de solubilidad y constantes de equilibrio. Es necesario recordar que el pH es simplemente el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno de tal manera que un pH de 7 indica que se tiene 10-7 iones gramo de hidrógeno por litro de solución y corresponde a una solución neutra, mientras que un pH = 0 representa una solución muy ácida y un pH = 14, es una solución muy alcalina. El diagrama de Pourbaix para el sistema Fe – H2O permite ver que a potenciales más positivos que –0.6 volts y pH menor que nueve, los iones ferrosos son la substancia estable por lo que el fierro deberá corroerse en estas condiciones suministrando iones Fe+2 En otras regiones del diagrama se puede ver que la corrosión del fierro produce iones férricos, hidróxido ferroso y en condiciones muy alcalinas iones complejos de fierro. El principal uso de los diagramas de Pourbaix, que pueden ser constituidos para todos los metales son:

1.- Predecir si hay o no corrosión. 2.- Estimar la composición de los productos de la corrosión. 3.- Predecir cambios del medio ambiente que ayuden a prevenir o reducir el ataque corrosivo. En el diagrama de Pourbaix en el sistema fierro agua, la región oscura indica que el fierro no se corroe bajo estas condiciones de potencial y pH, es decir si el potencial de corrosión del fierro se hace suficientemente negativo, por ejemplo –1.2 volts, el fierro no se corroerá en ningún sistema que varié desde pH muy ácido hasta pH muy básico. Esta observación es le fundamento de la protección catódica del fierro. (2*) “Mas allá de la herrumbe”


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II.9. CORROSIÓN GALVÁNICA.

En las instalaciones de planta, se emplean una gran variedad de metales y aleaciones diferentes, que a menudo están en contacto físico y eléctrico. Este contacto o acoplamiento de metales diferentes algunas veces causa velocidad de corrosión elevada, que recibe el nombre de corrosión galvánica. La corrosión galvánica se presenta cuando se tienen las siguientes condiciones:

• Cuando se conectan metales diferentes, el más activo o metal anódico se corroe más rápidamente que el metal más noble o metal catódico tiende a protegerse.

• A medida que la diferencia de potencial entre los dos metales se incrementa, la corrosión galvánica también aumenta. Un ejemplo de la corrosión galvánica se presenta al conectar tuberías de aluminio y de fierro que dan como resultado una mayor velocidad de corrosión en la tubería de aluminio.

• La corrosión galvánica se presenta también con mucha frecuencia en cambiadores de calor donde los tubos generalmente son de cobre, mientras que el resto del cambiador de calor es de acero. En estas condiciones, la parte de acero funciona anódicamente disolviéndose mientras que los tubos de cobre funcionan catódicamente protegiéndose.

• En el problema planteado del cambiador de calor se puede ver el efecto que las áreas de los diferentes metales tienen en el fenómeno corrosivo y puede establecerse que a medida que la reacción del área catódica a área anódica se aumenta, la velocidad de corrosión se acelera.

II.10. RECONOCIMIENTO DE LA CORROSIÓN GALVÁNICA. Antes de discutir la forma de prevenir la corrosión galvánica, es necesario asegurarse de que este tipo de corrosión está ocurriendo para lo cual es necesario que coincidan tres condiciones:

• Presencia de dos metales electroquímicamente diferentes.

• Contacto eléctrico entre los dos metales diferentes.

• Los metales deberán estar expuestos a un electrolito.


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II.11. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN GALVÁNICA. Hay varias formas para evitar la corrosión galvánica y pueden ser usadas en forma aislada o combinadas y naturalmente, los métodos de prevención, se basan en el conocimiento del mecanismo de la corrosión galvánica. La forma de prevenir este tipo de corrosión se puede hacer con los siguientes métodos:

• Evitando el uso de metales diferentes siempre que esto sea posible. Si esto no es práctico, tratar de usar metales que estén lo más cercano posible entre sí en la serie galvánica. (Tabla Nº 2)

• Es necesario evitar una relación de áreas desfavorables, es decir, bajo ninguna circunstancia conectar una pequeña área anódica a una gran área catódica.

• Si se utilizan metales diferentes, aislar eléctricamente uno del otro, instalando juntas de aislamiento.

• Si se necesita utilizar metales diferentes, y no pueden ser aislados, las partes anódicas deberán ser diseñadas de manera de poderlas reemplazar fácilmente o construirlas de materiales más gruesos para alargar la vida del equipo bajo los efectos de la corrosión.


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Activo o Anódico Magnesio Aleaciones de Magnesio Zinc Acero Galvanizado Aluminio 1100 Aluminio 2024 Acero Hierro Dulce Hierro Colado Acero Inoxidable 13% Cr, tipo 410 (Activo) Acero Inoxidable 18 – 8, tipo 304 (activo) Soldaduras Pb – Sn Plomo Estaño Metal Muntz Bronce al Manganeso Latón Naval Níquel (activo) Aleación 76 Ni – 16 Cr – 7 Fe (activo) Aleación 60 Ni – 30 Mo – 6 Fe (1Mn) Latón Amarillo Latòn Admiralty Latón Rojo Cobre Bronce al Silicio Cuproníquel 70 – 30 Bronce G. Soldadura de Plata Níquel (pasivo) Aleación 76 Ni – 16 Cr 7 Fe (pasiva) Acero Inoxidable 18 – 8. tipo 304 (pasivo) Plata Grafito Oro Noble o Catódico Platino

Tabla N° 2 (Serie galvanica en agua de mar, de algu nos materiales metálicos comerciales.)


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II.12. PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN POR MÉTODOS ELECT ROQUÍMICOS. La protección catódica se utiliza cuando un metal se hace más catódico o negativo, imprimiéndose una corriente eléctrica, conectándolo con otro metal más activo que el metal del equipo que se desea proteger. Por ejemplo, cuando un equipo de acero se conecta a una pieza de zinc, el zinc se corroe dando protección al fierro, en este caso el zinc es el metal anódico y recibe el nombre de ánodo de sacrificio, mientras que el acero funciona como cátodo recibiendo protección. En el Siguiente capítulo se indicará la forma en que se estudia la prevención de la corrosión por medio de la protección catódica.

CAPITULO III FUNDAMENTOS BÁSICOS DE PROTECCIÓN CATO DICA.

III.1. DEFINICIÓN DE PROTECCIÓN CATÓDICA. La protección catódica se define como “el método de reducir o eliminar la corrosión de un metal, haciendo que, la superficie de este, funcione completamente como cátodo cuando se encuentra sumergido o enterrado en un electrólito”. Esto se logra haciendo que el potencial eléctrico del metal a proteger se vuelva más electronegativo mediante la aplicación de una corriente directa o la unión de un material de sacrificio (comúnmente magnesio, aluminio o zinc). Normalmente, el método es aplicable a estructuras de fierro y acero pero, también, se usa en grado limitado en plomo, aluminio y otros metales. Se debe recordar que el cátodo es aquel electrodo donde se desarrolla la reacción de reducción y prácticamente no ocurre corrosión alguna. Antes de aplicar la protección catódica, las estructuras corroíbles presentan áreas catódicas y anódicas (estas son aquellas donde la estructura se corroe). Por lo tanto, si todas las áreas anódicas se pudieran convertir en catódicas, la estructura completa funcionaría como un cátodo y la corrosión sería eliminada.


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III.2. MEDIDA DE POTENCIALES.

La determinación para saber si una estructura se encuentra adecuadamente protegida, generalmente se basa en una medida de la FEM (voltaje) entre la estructura y un electrodo de referencia. Para la realización de ésta, se deben hacer conexiones tanto a la estructura como al electrólito, la conexión a la estructura por proteger se puede hacer mediante una barra de acero la cual se pone en contacto con aquella, mientras que la conexión al electrólito se puede hacer con una variedad de medios, pero como el potencial se desarrollará en este punto y formará parte del valor final, se deberá hacer con bastante exactitud y facilidad de reproducción, las lecturas de la medida del potencial estructura / electrólito siempre especificarán el tipo de electrodo de referencia usado. La conexión al electrólito se puede hacer simplemente sumergiendo un pedazo de metal dentro de aquél, este método es algunas veces aceptable, por ejemplo; (a) pequeños bloques de zinc puro se pueden emplear en ciertos sistemas de agua de mar donde la exactitud es de menor importancia, (b) un simple electrodo metálico que contacte al terreno puede ser satisfactorio cuando las medidas de potencial se hacen a intervalos relativamente cortos entre las condiciones “encendido y apagado” de la fuente de corriente. En general, si se emplea una media celda de referencia, las lecturas del potencial deben ser reproducibles a un grado razonable de exactitud durante ciertos periodos de tiempo. El potencial de la media celda al estar en contacto ésta con el terreno o cualquier otro electrólito variará en una cantidad pequeña (20 mv), dependiendo del electrólito presente, como una consecuencia de la difusión desarrollada en la unión de la celda y el electrólito. En la práctica es muy común ignorar estas diferencias de potencial. Cuando la corriente fluye hacia una superficie metálica, se establece un gradiente de potencial entre el ánodo y la superficie protegida. Este potencial depende en cierto grado del lugar donde se coloque el electrodo de referencia, por esta razón, dicho electrodo se debe colocar lo más cercano posible a la estructura o bien, se debe definir el criterio de protección de acuerdo a la geometría particular y las densidades de corriente consideradas. Este gradiente de potencial estará en función tanto de la resistividad del electrólito como de la corriente, así en los muelles sumergidos en agua salada (con una resistividad de 20


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a 40 ohm-cm), la localización de la media celda se puede hacer a un pie o más de retirado pero en los condensadores que manejan agua aereada de alta resistividad y donde se necesitan grandes cantidades de corriente, el electrodo se debe localizar a una fracción de una pulgada de la superficie protegida. En la medida del potencial, existen numerosos factores como la difusión del potencial, la variación de éste debido a la temperatura y la concentración del líquido que pueden ser causa de error, además existen errores inherentes en el aspecto eléctrico de la medida, es probable que en trabajos de campo se obtenga una exactitud no mayor de ±20 milivolts.

III.3. CRITERIOS DE PROTECCIÓN

Cuando se aplica protección catódica a una estructura, es extremadamente importante saber si esta se encontrará realmente protegida contra la corrosión en toda su plenitud así que para la verificación existen diferentes criterios.

Existen varios criterios para comprobar que la estructura en mención está exenta de riesgo de corrosión, basados en unos casos en función de la densidad de corriente de protección aplicada y otros en función de los potenciales de protección obtenidos.

No obstante, el criterio más apto y universalmente aceptado es el de potencial mínimo que debe existir entre la estructura y el agua de mar, generalmente se basa en una medida de la Fuerza Electromotriz (FEM), medición que se realiza con un electrodo de referencia.

El criterio de potencial mínimo se basa en los estudios realizados por el Profesor Michael Pourbaix, en 1939, quién estableció a través de un diagrama de potencial de electrodo Vs pH del medio, un potencial mínimo equivalente a –0.85 volts con relación al electrodo de referencia cobre-sulfato de cobre, (Cu-SO4Cu) observando una zona definida por la inmunidad del acero.

Los criterios de potencial mínimo de protección que se utilizará es de –0.85 volts respecto al Cu-SO4Cu como mínimo, ya que si se alcanzan valores en oscilan entre los –0.500 a –0.600 volts el acero empezara a corroerse


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PH

POTENCIAL EN VOLTS

-0.8

0

-0.2

5

0.8

0

-1.8

5

-0.8

0

-0.2

5

ZN

1.4

0

1.8

0

2.8

0

2.4

0

Ag/

AgC

l

0.3

5

0.7

5

1.7

5

1.3

5

0.4

0

-1.9

5

-0.8

5

-0.3

5

0.00

0.2

0

-0.0

0

-0.2

0

-0.4

0

-0.6

0

-0.8

0

-1.0

0

-1.2

0

-1.4

0

-1.6

0

Cu/

CuS

O4

0.2

5

0.6

5

1.2

5

1.6

5

H

2.0

0

1.8

0

1.6

0

1.4

0

1.2

0

1.0

0

0.8

0

0.6

0P

AS

IVA

CIÓ

N

9.00

5.00

CO

RR

OS

IÓN

2.00

1.00

4.00

3.00

INM

UN

IDA

D

7.00

6.00

8.00

13.0

011

.00

10.0

012

.00

15.0

014

.00

Figura Nº 9 Diagrama potencial-PH para el Hierro (F e).


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III.4. MÉTODO PARA DETERMINACIÓN DE POTENCIALES ELÉ CTRICOS EN PLATAFORMAS MARINAS FIJAS BASADO EN EL ELECTRODO DE REFERENCIA.

• Se localiza la plataforma, la cual se va a evaluar.

• Se dispone de un multimetro de alta impedancia tipo Flucke-77 (ver figura N° xxx), en el cual se tienen dos conectores, uno positivo (+) y otro negativo (-), en el conector positivo se conecta la media celda de plata cloruro de plata Ag/AgCl y en el conector negativo se conecta un alambre (cable) de calibre 4 AWG, que es aterrizado en la estructura de la plataforma.

• Una vez formado este circuito se introduce el electrodo de referencia (media celda de plata cloruro de plata Ag/AgCl), a diferentes profundidades hasta tocar el lecho marino, distancias de –5 metros, -10 metros, -30 metros y –40 metros, en seguida se enciende el multimetro y se coloca la perilla de control en la posición de corriente directa (VCA), así mismo se van leyendo y registrando las lecturas de voltaje a las diferentes profundidades mencionadas anteriormente y de esta manera se conoce el nivel de protección catódica de la Plataforma..

• En seguida se compara con el valor de potencial eléctrico que recomienda el NACE para Plataformas Marinas en lodos marinos que es de –0.800 volts y en superficie de –0.850 volts, si el valor encontrado está por encima de este estándar se dice que el Ducto Ascendente está protegido, si está por debajo se dice que el ducto empieza a declinar su valor de la protección catódica y se previene que este valor no alcanza el potencial de corrosión del acero, que oscila entre –0.500 a –0.600 volts.

• Por consiguiente se tendría que reforzar el nivel de la protección catódica mediante la instalación de ánodos fabricados a base de aluminio con un activador de indio para promover la activación del ánodo.

Figura Nº 10 Multimetro de alta impedancia.


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III.5. FORMAS DE PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN

• Para prevenir la corrosión es importante la homogeneidad del material existen cuatro métodos para evitar la oxidación del hierro.

• Mediante aleaciones del hierro que lo convierten en químicamente resistente a la corrosión, es el más satisfactorio pero también el más caro. Un buen ejemplo de ello es el acero inoxidable, una aleación de hierro con cromo o con níquel y cromo. Esta aleación está totalmente a prueba de oxidación e incluso resiste la acción de productos químicos corrosivos como el ácido nítrico concentrado y caliente.

• Amalgamándolo con materiales que reaccionen a las sustancias corrosivas más fácilmente que el hierro, quedando éste protegido al consumirse aquéllas. Es igualmente satisfactorio pero también costoso. El ejemplo más frecuente es el hierro galvanizado que consiste en hierro cubierto con zinc. En presencia de soluciones corrosivas se establece un potencial eléctrico entre el hierro y el zinc, que disuelve éste y protege al hierro mientras dure el zinc.

• Recubriéndolo electrolíticamente con una capa impermeable que impida el contacto con el aire y el agua, es el más barato y por ello el más común. Este método es válido mientras no aparezcan grietas en la capa exterior, en cuyo caso la oxidación se produce como si no existiera dicha capa.

• Pinturas, los recubrimientos más apreciados son los esmaltes horneados, y los menos costosos son las pinturas de minio de plomo.

Algunos metales como el aluminio, aunque son muy activos químicamente, no suelen sufrir corrosión en condiciones atmosféricas normales.

Generalmente el aluminio se corroe con facilidad, formando en la superficie del metal una fina capa continua y transparente que lo protege de una corrosión acelerada.

El plomo y el zinc, aunque son menos activos que el aluminio, están protegidos por una película semejante de óxido.

El cobre, comparativamente inactivo, se corroe lentamente con el agua y el aire en presencia de ácidos débiles como la disolución de dióxido de carbono en agua (que posee propiedades ácidas), produciendo carbonato de cobre básico, verde y poroso. Los productos de corrosión verdes, conocidos como cardenillo o pátina, aparecen en


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aleaciones de cobre como el bronce y el latón, o en el cobre puro, y se aprecian con frecuencia en estatuas y techos ornamentales.

Algunos trabajos experimentales han demostrado que en el caso del acero sumergido en soluciones que contengan bacterias sulfato-reductoras, el potencial de protección mínimo será de –0.97 volts en lugar de –0.85 volts.

III.6. MEDIAS CELDAS DE REFERENCIA

La fuerza electromotriz (FEM) posible medirla mediante la utilización de una media celda de referencia en contacto con un electrolito.

Las medias celdas más conocidas en el campo de la protección catódica son:

• HIDROGENO O CALOMELO (H+/H2) • ZINC PURO (Zn/Zn++) • PLATA-CLORURO DE PLATA (Ag/AgCl)

• COBRE-SULFATO DE COBRE (Cu/SO4Cu)

Estas medias celdas de referencia se utilizan en diferentes tipos de mediciones ya sea por su importancia o por el tipo de medio en que se desea medir, por ejemplo:

ELECTRODO LECTURA

Ag-AgCl

Cu-SO4Cu

Calomel

Zn puro

-0.800 Volts

-0.850 Volts

-0.77 Volts

+0.25 Volts

Tabla N° 3


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III.7. ELECTRODOS DE REFERENCIA

Se ha creado, pues, una diferencia de potencial entre el metal y el electrolito. Para poder medir esta diferencia de potencial se adoptó un electrodo patrón que es el electrodo normal de hidrógeno, al cual, por convención y a cualquier temperatura, se le asignó el valor cero.

Este electrodo está constituido por una lámina de platino-platinado, sobre la cual se hace burbujear hidrógeno gas a la presión de una atmósfera, sumergida en una solución ácida (electrolito), cuya actividad de iones hidrógeno a 25°C es la unidad, de acuerdo con la reacción de equilibrio:

2H++2e H2

En las condiciones mencionadas, el potencial de este electrodo es únicamente función del pH, según la siguiente expresión:

E = 0.059 pH

Tomando como referencia el electrodo de hidrógeno, el potencial de un metal cualquiera sumergido en una solución de sus iones de actividad igual a la unidad, corresponde a la fuerza electromotriz (FEM) de una pila, en la cual el semielemento metal / solución de sus

iones actúa como polo positivo, o sea de cátodo, y el electrodo de H2 como polo negativo, o ánodo, según la convención propuesta por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC), universalmente aceptada. Lo anterior lo podemos representar de una manera esquemática como:

-Pt, H2 (1 atm)/H+(aH+ = 1)// Me

n+/Me +,

donde una barra indica la presencia de una interfase y la doble barra significa la presencia de una unión electrolítica o puente salino entre ambos semielementos de la pila. En la convención propuesta, el polo negativo o ánodo se coloca en el lado izquierdo de la pila, en la forma en que tiene lugar la reacción de oxidación:

H2 2H++e-

Hay que resaltar que en la bibliografía norteamericana, es común que se trabaje con potenciales de oxidación, por lo que serán los mismos en valor absoluto, pero con el signo


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cambiado. Por ejemplo, el oro (Au) tiene un potencial de reducción alto y positivo porque es fuerte su tendencia a aparecer en su estado reducido; consecuentemente, su tendencia a la oxidación es pequeña y su potencial de oxidación es alto en valores absolutos, pero negativo.

Las dificultades operativas que se presentan en el manejo de un electrodo de hidrógeno, demasiado frágil para la mayoría de las aplicaciones prácticas, han dado lugar a la utilización de otros electrodos de referencia que lógicamente deben de reunir determinadas condiciones. Aparte de ser manejables y de construcción sencilla, la condición fundamental es que el potencial de equilibrio de la reacción de óxido-reducción (redox) que tenga lugar en ellos, permanezca constante respecto al electrodo de hidrógeno. En estas condiciones, en cualquier momento se podría referir un potencial al del electrodo de hidrógeno o viceversa.

Como electrodos de referencia se utilizan los siguientes:

1) Electrodo de calomelanos. Este electrodo está formado por mercurio cubierto por una capa de cloruro insoluble (calomelanos), Hg2Cl2 en equilibrio con una disolución de cloruro potásico, KCl, que puede ser 0.1 N, 1 N o saturada. El contacto eléctrico con el mercurio se realiza por medio de un hilo de platino. Un esquema de este electrodo se presenta en la figura N° 11.

PUENTE SALINO (KCL)

PUNTA CAPILAR

CONECCIÓN ELECTRICA

ALAMBRE DE Pt

SOLUCIÓN DE K Cl

HgHg2 Cl2

Figura Nº 11 Electrodos de referencia: a) Calomelan os saturado, EC S


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La reacción del electrodo de calomelanos es:

Hg2Cl2 + 2e- 2 Hg +2 Cl-.

Así pues, si el electrodo actúa como ánodo (-) la reacción es hacia la izquierda, (oxidación); si el electrodo actúa como cátodo (+), la reacción es hacia la derecha, (reducción).

2) Electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl). Está formado por un hilo de Ag sobre el cual se deposita AgCl, generalmente por vía electroquímica, en una solución de NaCl o KCl, en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo, como se muestra en la figura N° 12.

E.R DE Ag/AgCl

SOLUCIÓN DE K ClPUNTA CAPILAR

VARILLA DE Ag

CONECCIÓN ELECTRICA

PUENTE SALINO (KCL)

Figura Nº 12 Plata /cloruro de plata, Ag/AgCl

La reacción electródica es la siguiente:

AgCl + e- Ag + Cl-,

y su potencial de equilibrio a 25°C es:

E = 0.2224 - 0.059 log [Cl-].

En agua de mar, el valor del potencial es aproximadamente de + 0.25 V respecto al electrodo normal de hidrógeno (ENH) a 25°C. El pote ncial del electrodo depende muy especialmente de la salinidad de la solución en la cual el electrodo está sumergido.


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3) Electrodo de zinc (Zn). Está constituido por un bloque de Zn de alta pureza; generalmente se utiliza una aleación de Zn como la empleada para los ánodos galvánicos de Zn de composición como la especificada por la norma militar americana: MIL-A-18001 H (véase el cuadro 4).

Cuadro N°4 Electrodos de referencia.

La reacción electródica es la siguiente:

Zn Zn2+ + 2e-,

y su potencial de equilibrio a 25°C es:

E = -0.763 + 0.0295 log [Zn2+] V vs. ENH

El potencial en agua de mar es de cerca de -0.80 V vs. ENH.


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Se emplea como electrodo de referencia fijo en agua de mar, como alternativa a los de Ag/ AgCl. También puede utilizarse en el suelo. Un esquema del mismo se presenta en la figura N° 13.

TAPON DE GOMA

HILO CONDUCTOR

Zn DE ALTA PUREZA

Figura Nº 13 Zinc, Zn.

4) Electrodo de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4). Está formado por una barra cilíndrica de Cu sumergida en una solución de CuSO4 saturada. El contacto electrolítico con la solución o suelo se realiza mediante un puente salino constituido (formado) por un tapón de madera de balsa. En la figura N° 14 se ilustra e ste tipo de electrodo.

HILO DE COBRE

TAPÓN DE GOMA

BARRA DE COBRE

TUBO METRACRILATO

CRISTALES CuSO4

TAPÓN DE MADERA DE BALSA

SOLUCIÓN SAT. CuSO4

Figura Nº 14 Cobre/ sulfato de cobre, Cu/CuSO 4.


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La reacción de electrodo es la siguiente:

Cu Cu2+ + 2e-;

su potencial de equilibrio a 25°C viene dado por:

E = 0.340 + 0.0295 log [Cu2+] V vs. ENH.

Con la solución saturada de CuSO4, se tiene E = + 0.318 V vs. ENH, pero para uso práctico se considera un valor de 0.30 V. Este tipo de electrodo puede utilizarse en cualquier ambiente, sea en el suelo o agua de mar, aguas dulces o saladas. Entre otras ventajas, presenta la sencillez de su preparación y su gran estabilidad. Cuando se utiliza en agua de mar, puede contaminarse con cloruros, por lo cual es aconsejable más bien en el suelo, en aguas dulces y en salmueras.


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0.00

-0.10

-0.20

-0.60

-0.70

-0.80

-0.85

-0.90

-1.00

-1.10

-1.20 -1.15

-1.10

-1.00

-0.90

-0.80

-0.70

-0.50

-0.20

-0.10

0.00

+0.30

+0.20

+0.10

-0.30

-0.40

-0.50

-0.55

-0.60

-0.70

-0.80

-0.90-1.10

-1.00

-0.90

-0.80

-0.77

-0.70

-0.60

-0.50

-0.20

-0.10

0.00

+1.10

+1.00

+0.90

+0.40

+0.50

-0.30

+0.25

+0.20

+0.10

0.00

-0.10

SOBREPROTECCIÓN

SOBREPROTECCIÓN PEQUEÑA

ZONA DE PROTECCIÓN

PROTECCIÓN PARCIAL

CORROSIÓN LIBRE

ENHAg/AgClCu/CuSO4 Hg/Hg2Cl2 Zn Agua de mar

Figura Nº 15 Equivalencia entre escalas de potencia l. (2*)

Equivalencia aproximada entre las escalas de potencial relativas a los eléctrodos de referencia utilizados en protección catódica, con indicación de los intervalos de corrosión, protección y sobreprotección para acero al carbono.

(2*) “Mas allá de la herrumbe”


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III.8. DIFERENTES ZONAS DE CORROSIÓN EN UNA PLATAFO RMA MARINA. Zona atmosférica : Esta parte de la estructura donde se encuentra continuamente sobre el nivel del mar. Los problemas de corrosión se resuelven con el uso de recubrimientos anticorrosivos. Zona de marea y oleaje: Es la parte de la estructura expuesta intermitentemente a la acción de la olas y mareas. En el Golfo de México es aproximadamente igual a dos metros. Zona sumergida: Es la parte de la estructura que se encuentra sumergida continuamente, La protección catódica se utiliza para la protección de esta zona. Zona por debajo del fondo del mar: Se debe considerar que cierta cantidad de corriente de protección catódica es captada por esta zona. En la siguiente figura se ilustran las zonas antes mencionadas.


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Diferentes zonas de corrosión en una Plataforma Marina. .

Figura Nº 16 Diferentes Zonas de Corrosión.


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CAPITULO IV DISEÑO DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO.

En este capitulo se expondrá la forma de calcular la Protección Catódica por dos métodos, uno tomando en cuenta la Norma de referencia vigente PROY-NRF-047-PEMEX-2002 Rev. 0 (Diseño, Instalación y Mantenimiento para los sistemas de protección catódica), está de acuerdo a lo establecido por PEMEX Explotación y Producción (PEP). y el segundo por el método propuesto por la Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión (NACE) y se compararan de acuerdo a los resultados obtenidos. También se mostrara un ejemplo de la forma de realizar este proceso, se calculará esta protección para la Plataforma de producción PB-KU-H Para realizar el diseño de un sistema de Protección catódica con ánodos galvánicos o de sacrificio se deben considerar los puntos siguientes:

• Selección del material de los ánodos a utilizar, de acuerdo a la resistividad del agua de mar.

• Costo. • Disponibilidad.

• Eficiencia del ánodo.

• Vida útil deseada.

• Selección de la configuración de los ánodos. • Accesibilidad de los sitios para montaje e inspección.

• Seguridad de funcionamiento.

• En agua de mar deben emplearse ánodos con base aluminio o zinc y sus respectivas aleaciones sin contenido de mercurio, según se especifica.

• Material de la Estructura.

• Especificaciones y propiedades del revestimiento (si existe)

• Características de la construcción y dimensiones geométricas.

• Información referente a los sistemas de protección catódica, y las características de los sistemas de aplicación en las estructuras aledañas.

Consideraciones de diseño.

• Para que la protección catódica sea efectiva y eficiente, se debe seleccionar el sistema más adecuado para cada caso particular, que proporcione una corriente eléctrica suficiente, una distribución uniforme de la misma en la estructura por


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proteger, evite interferencias y daños en el recubrimiento anticorrosivo de tal manera que se cumpla con el criterio de protección catódica.

• El diseño del sistema de protección debe estar en función de la vida útil de la estructura, generalmente se calculan a 20 años de vida útil aunque en casos esta pueda variar.

• Todas las estructuras submarinas deben contar con un sistema de protección catódica permanente instalado simultáneamente en la fase de construcción, este sistema generalmente se coloca en el patio de construcción para que en el momento de la Instalación de la plataforma en el sitio ya tenga la protección y no cause ningún problema la corrosión.

• Potencial estructura / electrólito máximo permisible. Este valor se fijará de acuerdo a las características particulares del recubrimiento anticorrosivo dieléctrico existente en la tubería. No debe exceder al potencial de desprendimiento catódico o a valores de potencial más negativos que originen problemas colaterales.

IV.1. CARACTERÍSTICAS DE LOS ANODOS DE SACRIFICIO.

Desde el punto de vista técnico y económico, un ánodo tiene que reunir una serie de propiedades esenciales como las siguientes:

• Tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo para polarizar la estructura (en el caso del acero a –0.8 Volts)

• Debe presentar una tendencia pequeña a la polarización, es decir no debe desarrollar películas pasivamente u obstructoras con los productos de corrosión.

• El material debe tener un elevado rendimiento eléctrico en A/h kg.

• El ánodo debe corroerse uniformemente. • El metal será de fácil adquisición y deberá poder fundirse en diferentes formas y

tamaños.

• El material deberá tener un costo razonable, de modo que unido con otras características electroquímicas se pueda conseguir la protección a un costo razonable por amperio/año.


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Figura Nº 17 Anodo de aluminio.

IV.1.1. ALEACIONES PARA ANODOS DE SACRIFICIO.

La composición química de los ánodos de sacrificio incide en el comportamiento de ellos y particularmente sobre las propiedades que las caracterizan:

• Potencial de disolución.

• Rendimiento de corriente. • Polarización.

• Homogeneidad de la corrosión anódica.

Asimismo, la composición química ejerce influencia sobre las propiedades del producto de corrosión como:

• Porosidad. • Adherencia.

• Dureza.

• Conductividad eléctrica.


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IV.1.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LOS ANODOS DE SACRIF ICIO.

La composición química de los ánodos debe de cumplir con lo indicado en las tabla siguiente.

Según la norma “PROY-NRF-047-PEMEX-2002” para ánodos de aluminio debe tener la siguiente composición:

Elementos Especificación en % peso Zinc 3.5 – 5.0 Silicio (Si) 0.10 max Hierro (Fe) 0.13 max Magnesio (Mg) 0.3 – 0.8 Indio (In) 0.02 – 0.05 Cobre (Cu) 0.006 max Aluminio (Al) Resto a 100 Eficiencia 90% Potencial -1.10 volts (Ag/AgCl) Capacidad de drenaje de corriente 2700 Amp-hr/Kg max.

IV.2. CALCULO DEL NUMERO DE ANODOS DE ACUERDO A LA NORMA “PROY-NRF-047-PEMEX-2002”

Se debe conocer el área de acero a proteger tanto sumergida como en zona de lodos, para poder hacer el análisis primeramente se calcula la corriente necesaria para la protección

I .Am Dm

Donde I = Intensidad de corriente necesaria. Am = Área mojada. Dm = Densidad media. Para conocer la densidad que se utilizara la norma hace referencia a la tabla Nº 4 donde nos indica rangos de corriente requerida en donde nosotros podemos basarnos para realizar nuestro calculo.


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Tabla Nº 4

Posteriormente se calcula la cantidad de masa anódica requerida con la siguiente expresión:

W ..I Rc Vidap

Donde: W= Cantidad de masa anódica Rc= Relación de consumo. Vidap = Vida de proyecto. Finalmente se calcula el número de ánodos requeridos.

NW

Wa

Donde: N= Número de ánodos. Wa= Peso del ánodo.

A continuación se muestra un ejemplo de la forma del cálculo de los ánodos galvanicos para su mejor comprensión. (1*) “PROY-NRF-047-PEMEX-2002. Diseño Instalación y mantenimiento para los sistemas de protección ca tódica.

DENSIDAD DE CORRIENTE DE PROTECCIÓN EN DISTINTOS MEDIOS AGRESIVOS (1*)

Estado superficial. Medio Agresivo Densidad de Corriente mA/m2

Acero Desnudo. Tierra seca. 10.76 - 21.52

Acero Desnudo. Tierra con agua. 21.52 - 53.82 Acero Desnudo. Agua de mar sin corriente. 32.29 - 129.17 Acero Desnudo. Agua de mar con corriente. 107.6 - 2691


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DATOS PARA ÉL CALCULO DEL NUMERO DE ÁNODOS.

Concepto. Cantidad. Unidad.

Densidad de corriente media. (Dm) 5 mA/ft2

Densidad de corriente en zona de lodos. (Dl) 2 mA/ft2

Peso del ánodo a utilizar. (Wa) 725 lb

Área mojada expuesta. (Am) 206216.56 ft2

Área en zona de lodos. (Azl) 75963.88 ft2

Vida de proyecto. (Vidap) 20 años

Relación del consumo del ánodo. (Rc) 7.62 lb/amp*año

Dimensiones del ánodo a utilizar. Calculo de la corriente necesaria.

Corriente en el área mojada.

I .Am Dm =I 1031.083 amp

Corriente en zona de lodos.

Il .Al Dl =Il 151.928 amp

Calculo de la masa anódica requerida

Para el área mojada.

W ..I Rc Vidap =W 71276.153 kg

Para el área en zona de lodos.

b= 23.90 cm

h= 24.90 cm

L= 243.84 cm


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Wl ..Il Rc Vidap =Wl 10502.383 kg

Calculo del número de ánodos requeridos.

Nº de ánodos en el área mojada.

NW

Wa

=N 216.741

Nº de ánodos en el área mojada.

NlWl

Wa

=Nl 31.936

Como se observa la suma algebraica de la cantidad de ánodos en el área mojada y en la zona de lodos nos indican que se utilizarán 249 ánodos para la protección de la plataforma.


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IV.3. CALCULO DEL NUMERO DE ANODOS DE ACUERDO A LA

ASOCIACIÓN NACIONAL DE INGENIEROS DE CORROSIÓN “NAC E”

Primeramente se tiene que conocer el área de acero a proteger (sumergida y en zona de lodos), después es necesario conocer la densidad de corriente que utilizaremos para nuestro Análisis, la muestra la tabla N° 5, dependi endo de la zona en donde este ubicada la plataforma. Esta nos proporciona tres densidades diferentes que son Inicial, Media y Final, estas densidades nos muestran como se comportara el ánodo a lo largo de su vida útil.

FACTORES DEL MEDIO AMBIENTE (3*)

Densidad de corriente

mA/m2 (mA/pie2) Área de

producción

Resistividad del agua de

mar (ohm-cm)

Temperatura del agua de

mar (°C)

Factor de turbulencia (acción de la onda)

Flujo lateral del agua

Inicial Media Final

Golfo de México

20 22 Moderado Moderado 110 (10) 55 (5) 75 (7)

Costa oeste E.U.

24 15 Moderado Moderado 150 (14) 90 (8) 100 (9)

Cook inlet (Alaska)

50 2 Bajo Alto 430 (40) 380 (35) 380 (35)

Mar del Norte 26 - 33 0 – 12 Alto Moderado 180 (17) 90 (8) 120 (11)

Mar del Sur 26 - 33 0 – 12 Alto Moderado 150 (14) 90 (8) 100 (9)

Golfo Pérsico 15 30 Moderado Bajo 130 (12) 65 (6) 90 (8)

Australia 23-30 12-18 Alto Moderado 130 (12) 90 (8) 90 (8)

Brasil 20 15-20 Moderado Alto 180 (17) 65 (6) 90 (8)

Oeste de África 20-30 5-21 - - 130 (12) 65 (6) 90 (8)

Indonesia 19 24 Moderado Moderado 110 (10) 55 (5) 75 (7)

Tabla N° 5 (Criterios de diseño para sistemas de pr otección catódica)

(3*) “NACE RP 0176 94 Corrosión Control of Steel Fixed Offshore Platforms Associated with Petroleum Productión.”


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La densidad de corriente en Zona de lodos es de 1-3 (mA/pie2) según el NACE. Primeramente se calcula el radio del ánodo, cabe mencionar que cuando el ánodo no es de forma cilíndrica se tiene que calcular un radio equivalente con la siguiente formula, también se calculara el radio final que tendrá el ánodo cuando ya no sea capaz de suministrar la corriente necesaria.

ri.( )h b 2

.2 π

rf ri .riAlma

2Fu

Donde: h = Altura del ánodo. b = Base del ánodo. Alma = Diámetro del alma. ri = Radio inicial. Fu = Factor de utilización. rf = Radio final del ánodo. Los datos de la altura, base, longitud y diámetro del alma son proporcionados por el fabricante del ánodo. Para el calculo de la resistencia ánodo-electrolito existen formulas que se pueden utilizar de acuerdo a los requerimientos del problema analizado, a continuación se muestran las formulas mencionadas.


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NOMBRE FORMULA

Modificada de Dwight R .ρ..2 π L

ln.4 L

r1

McCoy R . 0.315 ρ

A

Waldron y Peterson R ρ

. 0.58 A 0.727

LLoyd´s R ρ . 2 S

Tabla N° 6. Diferentes formulas utilizadas.

Donde:

ρ= Resistividad específica del agua de mar (ohm-cm). L = Longitud del ánodo (cm). r = Radio equivalente del ánodo. Para otras formas diferentes al cilindro

r = C/2π , donde C, es el perímetro de la sección transversal. A = área de la superficie expuesta del ánodo (cm2). S = Media aritmética de la longitud y ancho del ánodo (cm). Para tener un panorama más amplio se detalla a continuación la forma de utilizar más eficientemente estas formulas.

• La ecuación modificada de Dwight es la más usada para el ánodo tipo barra o ánodos delgados (de sección transversal rectangular o trapezoidal), libremente suspendidos o separados de la plataforma, sin embargo se puede aplicar para ánodos montados apoyados al mismo nivel de la superficie a proteger.

• La ecuación de McCoy fue expuesta para determinar la resistencia del ánodo

basado en la superficie expuesta y sin considerar la forma geométrica. Se recomienda para ánodos tipo brazalete, también se aplica en ánodos montados al mismo nivel de la superficie a proteger.

• La ecuación de Waldron y Peterson se usa para ánodos rectangulares y planos con respaldo de madera, brazalete seccionado sobre línea de tubos y estructuras.


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• La fórmula de Lloyd´s ha sido propuesta para el tipo de ánodo de placa delgada expuesta por un solo lado, aunque puede aplicarse a brazaletes y montados al mismo nivel de la superficie a proteger.

De acuerdo a lo que vimos anteriormente y a sus recomendaciones podemos usar la ecuación de Dwight para él calculo de la resistencia. En donde también sabemos que esta ecuación sólo se podrá usar si se cumple la siguiente igualdad. .4 L

r16

Para ánodos donde

<.4 L

r16

ó para ánodos que se aproximan a la forma cilíndrica pueden emplearse ecuaciones como la de McCoy o la de Crennell’s. También se debe considerar que generalmente estas estructuras tendrán una parte de acero enterrada en el fondo marino, (generalmente pilotes y placa base), esta también se tendrá que calcular para poder brindar una protección a esta parte de la estructura.

Después de tener el calculo de la resistencia ánodo-electrólito del ánodo utilizaremos la ecuación de Ohm para conocer la corriente de salida del ánodo.

IiE

Ri

Donde: Ii = Intensidad de corriente (Amp) Ri= Radio inicial. E= Potencial de empuje neto (Volts). Después se calcula el número inicial de ánodos con la siguiente formula:


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Ni.Di Am

Ii

Seguidamente se calcula en numero de ánodos por demanda media con la formula siguiente:

Nm..Dm Am Vidap

.Cc Wa

Y finalmente en calculo por demanda final.

Nf.Df Am

If

Donde: Nm = Numero de ánodos por corriente media. Dm = Densidad media. Ni = Numero Inicial de ánodos. Di = Densidad Inicial. Nf = Numero de ánodos por corriente final. Df = Densidad final. If = Corriente de salida final de un ánodo. Y se tomara él número mayor de ánodos, para tener un mejor entendimiento del procedimiento descrito se efectuara un ejemplo para tener un mejor entendimiento de este proceso.


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CALCULO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CATODICA CON ANODOS DE SACRIFICIO PARA PLATAFORMAS MARINAS

DATOS DE PROYECTO

DATOS PARA ÉL CALCULO DEL NUMERO DE ÁNODOS.

Concepto. Cantidad. Unidad.

Densidad de corriente Inicial. (Di) 10 mA/ft2

Densidad de corriente media. (Dm) 5 mA/ft2

Densidad de corriente final. (Df) 7 mA/ft2

Densidad de corriente en zona de lodos. (Dl) 2 mA/ft2

Diámetro del alma del ánodo. (Alma) 4.5 in

Peso del ánodo a utilizar. (Wa) 725 lb

Área mojada expuesta. (Am) 206216.56 ft2

Área en zona de lodos. (Azl) 75963.88 ft2

Vida de proyecto. (Vidap) 20 años

Capacidad de corriente teórica. (Cc) 0.290 amp*(año/kg)

Factor de utilización (Fu) 0.85 -

Potencial de empuje neto. (E) 0.80 Volt.

Resistencia del agua de mar. (ρ) 20 Ohm*cm

Relación del consumo del ánodo. (Rc) 7.62 lb/amp*año

Dimensiones del ánodo a utilizar.

b= 23.90 cm

h= 24.90 cm

L= 243.84 cm


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Calculo del radio equivalente tanto inicial como fi nal.

ri.( )h b 2

.2 π =ri 6.116 in

rf ri .riAlma

2Fu

=rf 2.83 in

Verificar que la siguiente igualdad se cumpla .4 L

ri16

=

.4 L

ri62.791

Esta se cumple por consiguiente se puede continuar con el calculo. Calculo de la resistencia ánodo-helectrólito, utilizando la Ecuación de Dwight se tiene. Resistencia inicial.

Ri .ρ..2 π L

ln.4 L

ri1

=Ri 0.041 ohm

Resistencia final.

Rf .ρ..2 π L

ln.4 L

rf1

=Rf 0.051 ohm

Utilizando la ecuación de ohm para el calculo de la corriente de salida se tiene: Corriente de salida inicial.

IiE

Ri =Ii 19.518 amp

Corriente de salida final.

IfE

Rf =If 15.67 amp


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Para él calculo del numero de ánodos inicialmente r equeridos se calcula de la siguiente forma. Numero de ánodos para el área mojada.

Ni.Di Am

Ii =Ni 105.7

Numero de ánodos para el área en zona de lodos.

Nil.Dl Al

Ii =Nil 7.784

Calculo de ánodos para la corriente media

Numero de ánodos para el área mojada.

Nm..Dm Am Vidap

.Cc Wa =Nm 216.23


Nzl..Dl Al Vidap

.Cc Wa =Nzl 31.86

Para él calculo del numero de ánodos para la corrie nte final se toma en cuenta el desgaste que sufre el ánodo por la acción de la cor rosión Numero de ánodos para el área mojada.

Nf.Df Am

If =Nf 92.1


Nfl.Dl Al

If =Nfl 9.7


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Una vez efectuados los cálculos podemos tener el siguiente resumen: Una aclaración importante es que la suma algebraica del número de ánodos siempre se tendrá que redondear al inmediato superior, y de acuerdo a los resultados se observa que el número de ánodos por corriente media es mayor así que ese es el que se usara para la plataforma.

IV.4. DISTRIBUCIÓN DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO (4*).

La cantidad calculada de ánodos debe quedar distribuida proporcionalmente en toda la plataforma para que exista una repartición de corriente en toda la estructura y no exista el problema de la corrosión. En el anexo Nº 2 se muestran unos esquemas de la distribución de los ánodos. y la forma en que se entregaría un plano de distribución de ánodos con sus respectivos detalles. (4*) Norma P.20353.01 Sistemas de protección catódica de Petróleos Mexicanos

Nº DE ÁNODOS ÁREA MOJADA ÁREA EN ZONA DE LODOS. SUMA.

Corriente inicial. 105.7 7.784 114

Corriente media. 216.23 31.86 249

Corriente final. 92.1 9.7 102


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CAPITULO V INSTALACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LOS ÁNODO S DE SACRIFICIO.

Los ánodos se pueden colocar en la estructura a proteger con distintos procedimientos, pero siempre con ayuda del alma que los atraviesa que suele ser redonda y de acero. Los extremos que sobresalen del alma pueden doblarse ligeramente y soldarse, lo que es el caso más común.

Ahora bien, se utilizan también con frecuencia sistemas de grapas o espárragos o simplemente se atornillan, un problema que existe al ser atornillados es que la corriente calculada disminuirá en un 20 ó 25% aproximadamente.

En ánodos que para su fijación cuenten con alma o soportes al código metálico, el alma o soporte, debe soldarse a la estructura por proteger, de acuerdo al código AWS A.3.061 o equivalente. Dentro del ámbito petrolero se efectúan dos tipos de mantenimiento que son el mantenimiento preventivo y correctivo cada uno de estos tienen su procedimiento y a continuación se describe cada uno de ellos.

MANTENIMIENTO PREVENTIVO: La programación de inspecciones, tanto de funcionamiento como de seguridad, ajustes, reparaciones y limpieza que deben llevarse a cabo en forma periódica en base a un plan establecido, también es conocido como Mantenimiento Preventivo Planificado - MPP Su propósito es prever las fallas manteniendo los elementos estructurales de la plataforma en completa operación a los niveles y eficiencia óptimos. La característica principal de este tipo de Mantenimiento es la de inspeccionar los ánodos y detectar las fallas en su fase inicial, y corregirlas en el momento oportuno. Con un buen Mantenimiento Preventivo, se obtiene experiencias en la determinación de causas de las fallas repetitivas o del tiempo de operación, así como a definir puntos donde los ánodos son más susceptibles a daños


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Ventajas del Mantenimiento Preventivo:

• Confiabilidad, de la plataforma en general. • Mayor duración, de los ánodos e instalaciones. • Disminución de existencias en Almacén y, por lo tanto sus costos, puesto que se

ajustan los repuestos de mayor y menor consumo. • Uniformidad en la carga de trabajo para el personal de Mantenimiento debido a una

programación de actividades. • Menor costo de las reparaciones.

Fases del Mantenimiento Preventivo:

• Inventario técnico, con manuales, planos, características de la protección catódica. • Procedimientos técnicos, listados de trabajos a efectuar periódicamente, • Control de frecuencias, indicación exacta de la fecha a efectuar el trabajo. • Registro de reparaciones, repuestos y costos que ayuden a planificar.

EL MANTENIMIENTO CORRECTIVO Definición de Mantenimiento Correctivo No Planificado: Corrección de las averías o fallas, cuando éstas se presentan, y no planificadamente, al contrario del caso de Mantenimiento Preventivo. Esta forma de Mantenimiento impide el diagnostico fiable de las causas que provocan la falla, pues se ignora si falló por mal trato, por abandono, por desconocimiento del manejo, por desgaste natural, etc. El ejemplo de este tipo de Mantenimiento Correctivo No Planificado es la habitual reparación urgente tras una avería en la estructura o la reparación de algún ánodo de forma inmediata. Planificado: El Mantenimiento Correctivo Planificado consiste la reparación de un equipo o máquina cuando se dispone del personal, repuestos, y documentos técnicos necesario para efectuarlo.


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CAPITULO VI INSPECCIÓN DE LOS ÁNODOS DE SACRIFICIO . En este capitulo se mostrara la forma de efectuar una inspección a los ánodos de sacrificio tanto antes de instalarlos como ya funcionando. Una forma de realizar está inspección es mediante la ayuda de buzos, estos deberán llevar un registro de cada uno de los ánodos anotando el estado en que se encuentran, si tienen algún golpe o que se haya desprendido de una de sus patas de sujeción o en su defecto que se halla desprendido totalmente. También se medirá el potencial que esta drenando cada ánodo, esto se efectuara mediante una pistola TM de PC POLATRAK – (Medidor de corrosión manual para buzo) o similar. Mediante esta inspección se podrá saber que ánodos ya no están funcionando y que deberán ser reemplazados así como la reparación de los que se encuentren dañados.

Figura Nº 18 Pistola Polatrak Figura Nº 19 Pistola Polatrak


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Otra manera de efectuar estas inspecciones es mediante la ayuda de un Vehículo operado a control remoto (ROV) Antes y después de cada inmersión se realizarán pruebas de calibración para todo el equipo de inspección estableciendo así un orden perfecto del funcionamiento del ROV y sus sistemas. Previo a cada inmersión se realizarán juntas para establecer buena comunicación entre el supervisor del ROV, el Jefe de cuadrilla, el Capitán del barco y el representante de la compañía, discutiendo los objetivos de dicha inmersión y elaborando planes de ataque para cumplir con los mismos. El ROV iniciara los trabajos de inspección cuando todos los grupos interesados se encuentren listos para efectuar operaciones. En donde se encuentre un ánodo, el vehículo se detendrá, mientras se registra el evento en vídeo y en la bitácora tomando todos los datos necesarios para su posterior evaluación.

Figura Nº 20 Inspección con ROV.


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VI.1. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN

En este capitulo se mostrara los elementos más importantes que se deben de tomar en cuenta para realizar una inspección de los ánodos de sacrificio. Para realizar una inspección existen tres Niveles los cuales son los siguientes.

• Inspección Visual General. • Inspección Visual Detallada.

En la siguiente sección se explicará con más detalle los objetivos, alcances, limitaciones y ventajas de cada uno de estos niveles, así como sus derivaciones.

VI.2. INSPECCIÓN VISUAL Esta técnica es una de las más complicadas de aplicar en la inspección, primordialmente porque se requiere de ciertos conocimientos, de protección contra la corrosión, sobre los tipos de daños, probabilidad de daño, etc. Por lo tanto, la inspección visual es normalmente realizada por buzos inspectores con Nivel 2 como mínimo. Existen dos tipos de inspección visual: una inspección general para asegurar que no existan defectos mayores de los ánodos y una inspección visual detallada en áreas donde se desea confirmar la existencia de daños o defectos. También es importante señalar que cada país tiene sus propias normas las cuales exigen que la estructura se encuentre dentro de los requerimientos aceptables para su certificación, de esta manera, la estructura debe someterse a un programa de inspección periódica tomando áreas representativas de la misma.


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VI.3. INSPECCIÓN VISUAL GENERAL. La inspección se realiza en forma visual por medio de personal calificado, para descubrir cambios, daños obvios o cualquier anomalía que afecte a la estructura, en este caso no se requiere de limpieza previa ni mediciones especiales. Esta técnica se utiliza en la inspección de grandes áreas de una estructura para detectar signos de daños, deterioro u otras situaciones indeseables que pueden ser detectadas sin limpieza o preparación especial de la estructura inspeccionada. La inspección visual general, normalmente se efectúa para detectar:

• Extensión del crecimiento marino en la estructura.

• Integridad de los sistemas de recubrimiento anticorrosivo y protección catódica.

• Daños en los ánodos.

• Nivel de Corrosión. Esta inspección puede ser complementada con registros fotográficos y de video, sin embargo, lo anterior puede verse obstaculizado por la baja visibilidad bajo el agua en algunos casos. De tal forma, la inspección visual general está limitada por la mala visibilidad y el crecimiento marino sobre la estructura, por lo que se recomienda efectuar la inspección dentro de los periodos o estaciones del año más favorables. Existen diferentes tipos de crecimiento marino, pero en general éste hace que la inspección visual se dificulte en la detección de daños. En alguno casos, sólo daños mayores pueden ser detectados, como el desprendimiento de los ánodos, abolladuras importantes, etc. Una de las partes importantes de la inspección visual general (y de la detallada también), es que los hallazgos hechos por los inspectores, tienen que ser evaluados por otras personas. Por lo tanto es necesario utilizar terminología precisa para estimar realmente la aproximación de los datos obtenidos.


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VI.4. INSPECCIÓN VISUAL DETALLADA.

Es la inspección que se realiza en forma detallada para comprobar la existencia de daños, determinar dimensiones y/o realizar levantamientos de secciones, requiere de limpieza intensa en el área o elemento a ser inspeccionado. Las áreas específicas que son objeto de una inspección visual detallada, son seleccionadas por su alta concentración de esfuerzos, por su alta probabilidad de daño y/o su baja vida por fatiga; ejemplos de algunas de estas áreas son elementos principales, nodos, conexiones a pierna de atracaderos, de defensas de pierna y de defensas de ductos ascendentes, camisas de succión, pilotes (si están expuestos), etc. Algunas áreas observadas en la inspección visual general, pueden requerir también de una inspección visual detallada. Todas estas áreas son de gran importancia ya que si la corrosión afecta estas zonas pueden ocasionarse daños importantes a la estructura de la Plataforma. La inspección visual detallada generalmente se concentra en los siguientes detalles:

• Verificar los ánodos seleccionados: Esta se realiza para obtener una descripción detallada y la condición de eficiencia de los ánodos, además de sus condiciones físicas. Basándose en mediciones perimetrales se puede calcular el índice de consumo del ánodo, y por lo tanto, calcular así la vida útil del ánodo.

• Corrosión: La corrosión es uno de los daños que más problemas causan en estructuras costa fuera. Por lo que es necesaria la inspección visual detallada de ciertas áreas y elementos para determinar la presencia de corrosión (corrosión general, localizada, picaduras, etc.)

Figura Nº 21 Inspección con buzos.


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VI.5. LIMITACIONES DE LA INSPECCIÓN VISUAL

La detección visual de defectos está limitada al orden de las líneas de las grietas (en su caso). Observando la superficie, el buzo puede usualmente ver algunas grietas si el sabe que existen, si ocurre lo contrario, las posibilidades de detección son reducidas. En una inspección visual detallada existen varios factores físicos, los cuales pueden afectar la detección de un defecto. La limpieza, por ejemplo, de una soldadura a inspeccionar puede afectar las probabilidades de detección de una grieta. Para una inspección general, o una inspección donde la cámara es utilizada a distancia, la visibilidad bajo el agua viene a ser un factor importante.

VI.6. TIPOS DE DEFECTOS DETECTABLES Uno de los daños detectados por el nivel de inspección visual es la corrosión y es complementado con los métodos ultrasónicos para la medición de espesores. Las grietas en soldaduras son normalmente identificadas por una inspección visual detallada, sin definir la procedencia de dichas grietas.

VI.7. LIMITACIONES HUMANAS

Existen muchos factores en el medio ambiente, los cuales pueden afectar al buzo y a su habilidad para la detección, también la monotonía de la inspección puede influir. El último trabajo de inspección puede ser muy monótono para el buzo, y esto puede afectar de forma particular a la inspección, lo anterior puede traer como consecuencia que un defecto pase por desapercibido, porque el buzo pierde cierta concentración. En una inspección general, este problema puede ser solucionado usando un sumergible no tripulado, con cámaras de vídeo y/o fotográficas.

VI.8. LIMITACIONES DEL EQUIPO UTILIZADO El equipo utilizado para una inspección visual está limitado por su tamaño en zonas donde el acceso es muy restringido. Actualmente la televisión no proporciona con exactitud todos los detalles que da una inspección visual detallada, en forma ideal sería realizar una inspección visual detallada complementada con la inspección de un vehículo controlado remotamente (ROV); por las razones descritas, no es conveniente que el buzo maneje la


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cámara de video. Existen compañías que están adoptando el sistema donde los buzos son monitoreados utilizando un vehículo a control remoto, de esta manera los buzos tendrán plena libertad para realizar una inspección visual detallada. Usando este método, el buzo sólo puede traer consigo una cámara fotográfica. Una cámara de mano puede fotografiar o filmar áreas no accesibles para los sumergibles, si es usada una cámara fotográfica, el buzo puede efectuar una inspección visual, teniendo ambas manos libres para mantener la posición (la cámara es sujetada a él). De cualquier forma, usando una cámara de video, el buzo debe tener concentración para la filmación y la inspección visual. El buzo con un casco en el cual va montada una cámara de video tiene la ventaja de filmar completamente la inspección que realice el mismo; sin embargo, éste no es un lugar muy estable para montar la cámara, pues se pueden perder ciertos detalles durante la filmación. Un sumergible puede constituir un lugar estable para el montaje de una cámara, restringido por las limitaciones propias del vehículo.

VI.9. MEDICIÓN DE ESPESORES Actualmente la verificación de espesores se lleva a cabo mediante equipos de pulso-eco cuyas lecturas vienen dadas por un indicador de aguja con escala graduada en el TRC o mediante un sistema digital y se pueden emplear ondas compresivas o cortantes, dependiendo del tipo de equipo empleado y el espesor a medir. La inspección efectuada en operaciones de mantenimiento, tiene como finalidad primordial detectar las reducciones de espesor en superficies ocultas o inaccesibles que son producidas por corrosión o deterioro, debido a la acción de agentes ambientales.

Figura Nº 22 Medición de Espesores.


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VI.10. MEDICIÓN DE POTENCIAL CATÓDICO Para tener control sobre este sistema de protección catódica se requiere de efectuar inspecciones regulares como se menciono anteriormente, utilizando la inspección visual para la corrosión y la otra es realizando medidas de potencial. Para tomar estas mediciones se utilizan voltímetros de alta impedancia para medir el potencial eléctrico entre el acero y cierta celda de referencia. Midiendo el potencial entre la estructura y el mar, es posible determinar si se encuentra actuando el sistema de protección catódica. Existen dos sistemas utilizados: el primero es un dispositivo de mano, conteniendo el electrodo de referencia y el voltímetro utilizado por el buzo. Con el segundo, el electrodo de referencia es permanente y adherido a la estructura, conectado a la superficie por cable, el voltímetro se encuentra en la superficie. El segundo sistema es de utilidad para verificar toda la protección catódica del sistema, pero no para áreas locales del mismo. Los electrodos de referencia son utilizados para verificar que los ánodos se encuentren funcionando correctamente.

Figura Nº 23 Medición de potencial Catódico.


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VI.11. REPORTE DE INSPECCIÓN Todos los resultados de la inspección se concentran en los formatos especificados en el manual de inspección. Estos datos son indispensables para la evaluación de la condición de la estructura, por lo que la confiabilidad de estos y la claridad con que se presenten son determinantes para agilizar su procesamiento. Durante la inspección el contratista deberá de mantener informado a PEMEX continuamente de los resultados y avances de los trabajos, con el objeto de que en caso de ser necesario, se modifique el programa de inspección o bien conocer oportunamente cuando se deben de tomar medidas preventivas o correctivas. El representante de la inspección tendrá acceso permanente a todos los reportes, los cuales estarán sujetos a su aprobación, para verificar que la información contenida sea la suficiente e indicada. Los estados de daño a emplearse en la evaluación son:

•••• Daños mayores (MA). Son aquellos que por su localización y severidad pueden disminuir el nivel de integridad (confiabilidad) de la estructura o podrían ser potencialmente un riesgo en un plazo relativamente corto de la vida de la misma, y requiere que se tomen medidas correctivas y/o preventivas lo antes posible.

•••• Daños menores (ME). Son aquellos que no tienen efecto significativo en la integridad de la estructura por afectar a elementos secundarios o aquellos que no son severos y se presentan en elementos importantes. Sin embargo, deben someterse a un programa de mantenimiento o seguimiento, y evitar que pudieran inducir daños a otras áreas de mayor importancia o pudieran agravarse posteriormente.

•••• Buen estado (BE). No existen daños en el área inspeccionada

•••• Falta información (FI). La información reportada no es suficiente para realizar la

evaluación.


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•••• Discrepancia (DP). No hay correspondencia entre los datos reportados, o respecto

a alguna referencia en los planos de identificación de áreas y elementos. A continuación se listan los criterios de evaluación que deben aplicarse a cada uno de los conceptos de inspección y el formato en que se recomienda realizar el reporte de evaluación:

VI.12. CRITERIOS DE EVALUACIÓN Inspección Visual General (VGE) Objetivo: Evaluar los daños detectados visualmente en toda la estructura sin

requerir limpieza previa. Se clasifica en: MA Desprendimiento del 30% de la cantidad total de ánodos, daños

mecánicos, tales como grietas, pandeos y abolladuras severas en elementos principales (se mencionan brevemente, sin dimensiones) y desprendimiento de elementos.

ME Abolladuras ligeras evidentes (solo mencionar sin indicar elementos),

falta de pasillos barandales y escaleras de acceso a la elevación superior; escurrimientos de fluidos, desperdicios metálicos en contacto con la estructura, falta y desprendimiento de ánodos (sin afectar el potencial establecido), corrosión en elementos de la zona atmosférica.

DP Discrepancia en la localización de elementos y ánodos, diferencias

entre nomenclaturas de ejes y nodos con respecto a la indicada en la forma de diseño PL-IDE (plano de identificación de áreas).

Lecturas de Potencial (POT) Objetivo: Verificar que el sistema de potencial catódico de los nodos

programados se encuentre dentro de los rangos permisibles (-0.800 y -1.100 Volts).


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Se clasifica en: MA Cuando el 30% o más de las lecturas de potencial tomadas estén

fuera del rango permisible. ME Cuando menos del 30% de las lecturas de potencial tomadas estén

fuera de rango. BE Cuando las lecturas de potencial tomadas estén dentro del rango

permisible. Corrosión (COR) Objetivo: Evaluar el tipo de corrosión que presentan los elementos

estructurales, así como el estado que guarda la protección anticorrosiva. Se indicarán las áreas de los daños detectados considerando la siguiente clasificación: Corrosión Ligera Corrosión Media Corrosión Severa

Se clasifica en: MA

Cuando la corrosión y/o desprendimientos de recubrimiento epóxico sea severa y afecte a la mayoría de los elementos inspeccionados, o en áreas considerables; cuando la corrosión ocasione disminución de espesor en los elementos estructurales.

ME Cuando la corrosión sea ligera o media y afecte sólo algunos

elementos; cuando las áreas con desprendimiento de recubrimiento epóxico no sean significativas.


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VI.13. MEDICIÓN DE ESPESORES (REPORTE)

Objetivo: Evaluar las lecturas de espesor en los elementos inspeccionados. Se clasifica en: MA Cuando en por lo menos el 30% de elementos inspeccionados, el

espesor medido sea menor por 2 mm a los de diseño en elementos diagonales bajo el agua y/o en más del 25% en elementos de la zona de mareas.

ME Cuando la disminución de espesores no cumpla con la condición de la clasificación MA.

DP Cuando en la medición de espesores no se detecta la existencia de canutos indicados en diseño.

Ánodos Seleccionados (ANO) Objetivo: Evaluar la funcionalidad de la protección catódica, con base en el

nivel de desgaste (%) de los ánodos seleccionados. Se clasifica en: MA Cuando el 30% del total de ánodos inspeccionados presentan

desgaste severo mayor al 80%, y/o cuando el potencial esté fuera de rango.

ME Cuando los ánodos presenten problemas de fijación, estén desprendidos y/o cuando algunos presenten desgaste medio y/o ligero.


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VI.14. COMENTARIOS FINALES

Objetivo: Indicar de manera breve el estado en que se encuentra conformado

el reporte, indicando, si es necesario, la falta de información fotográfica o discrepancia de la información recibida. Incluir la descripción del estado general de la estructura.

Tabla de Intervalos de Inspección de Plataformas.

Intervalos De Inspección (Años) Categoría de Exposición. Nivel I Nivel II Nivel III

Muy Alta 1 3 5 Alta 2 4 6

Moderada 2 6 8

Tabla N° 7.

Nivel 1: Inspección Visual General. Nivel II: Inspección Visual Detallada. Nivel III: Inspección Empleando Pruebas No Destruc tivas.

VI.15. INSPECCIÓN EN EL PATIO ANTES DE SER INSTALAD OS En este capítulo se establecerá la clasificación y los requisitos mínimos que deben cumplir los ánodos de aluminio, respecto a sus características y propiedades, métodos y procedimientos aceptables para su evaluación así como los criterios de aceptación. Los ánodos de aluminio se clasifican de la siguiente manera:

• Peso

• Dimensión

• Forma También se clasifican por la forma en que se instalaran y de acuerdo a la estructura que protegerán de la siguiente manera:


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• De brazalete • Barra

• Trapezoidal

• Rectangular

• Cilíndrico entre otras figuras geométricas.

Anodo de brazalete Anodo de Trapezoide

Anodo de Barra Anodo de Cilindro

Alma del anodo

Figura Nº 24 Tipos de ánodos.

Para las características y propiedades se establecen requisitos mínimos y criterios de aceptación.

• Físicas (apariencia, dimensiones y peso).

• Químicas (elementos de aleación e impurezas). • Comportamiento electroquímico.

Los métodos y procedimientos de evaluación son para determinar:

• Composición química

• Comportamiento electroquímico Para la aplicación de los métodos y procedimientos de evaluación se consideran los siguientes conceptos.


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• Muestreo (tamaño de muestra, criterio de aceptación). • Identificación lote de ánodos (documentación, certificado de calidad)

• Muestreo para análisis químico.

Para la realización de las pruebas se deben implementar y realizar a través de un laboratorio acreditado.

VI.15.1. MUESTREO. (5*) El laboratorio responsable de efectuar el muestreo ya sea en la planta del fabricante de ánodos, en instalaciones o tuberías en operación, donde formen parte de un sistema de protección catódica; debe ser también quien realice la inspección y evaluación conforme con los requerimientos establecidos y debe estar acreditado ante la EMA. Cuando no existan laboratorios acreditados, se podrán aceptar resultados de laboratorios no acreditados, siempre y cuando demuestren que cuentan con la infraestructura necesaria para el desarrollo de estas actividades. A continuación se establecen las condiciones y criterios de muestreo para obtener los especimenes de prueba que sirven para evaluar el lote de ánodos conforme con la NMX-Z-012-2-1987, “Muestreo para la inspección por atributos.-Parte 2: métodos de muestreo, tablas y gráficas” en la cual se basa la tabla 1, misma que indica el tamaño de la muestra en función del tamaño del lote, así como los criterios de aceptación y rechazo, con un nivel especial (S-3) y un nivel de calidad aceptable (NCA) igual a 2,5 %.

Criterio de aceptación Tamaño del lote

(N)

Tamaño de la muestra

(n) Aceptación Rechazo

I II III IV

16 a 50 3 0 1

51 a 150 5 0 1

151 a 500 8 0 1

501 a 3 200 13 1 2

3201 a 10000 20 1 2

Tabla Nº 8 Muestreo para inspección por atributos N MX-Z-12-2

(5*) “PROY-NRF-126-PEMEX-2004 Ánodos de aluminio ..


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Para el caso de adquisición, se debe seleccionar de manera aleatoria, una muestra de (n) ánodos indicado en la columna II del lote de tamaño (N) identificado en la columna I de la Tabla 1 de esta norma, cuyo criterio para aceptación es el cumplimiento al número de ánodo que forman la muestra (n) columna II, aceptados columna III o fuera de norma columna IV, se rechaza el lote completo (N) columna I.

Para el caso de lotes de tamaño menor a 16 ánodos, en los cuales sería incosteable aplicar la tabla 1 , el área usuaria debe establecer los criterios, forma de muestreo y tamaño de la muestra a evaluar para determinar la calidad del material por adquirir.

Cuando sea necesario evaluar ánodos que ya formen parte de un sistema de protección catódica, PEMEX establecerá condiciones aplicables para cada caso, en cuanto a la cantidad, obtención de la muestra de prueba y el criterio de aceptación o rechazo. Las pruebas de comportamiento electroquímico y de composición química serán de acuerdo a la norma de referencia.

VI.15.2. IDENTIFICACIÓN DEL LOTE DE ÁNODOS. Para un mejor control y seguimiento de la evaluación realizada por el laboratorio responsable, el fabricante debe identificar cada lote mediante una etiqueta resistente al medio con la siguiente información, la cual debe ser proporcionada tanto al laboratorio de pruebas como al usuario final.

• Identificación física por lote y por colada.

• Identificación física por ánodo.

• Información contenida en el certificado de calidad.

VI.15.3. IDENTIFICACIÓN FÍSICA POR LOTE Y POR COLAD A: Razón social del fabricante.

• Material de los ánodos.

• Tamaño del lote.

• Número de lote.

• Tamaño de la muestra.

• Fecha y criterio de muestreo.


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VI.15.4. IDENTIFICACIÓN FÍSICA POR ÁNODO:

Los datos siguientes deben estar identificados en el cuerpo del ánodo con letra de golpe.

• Marca ó razón social del fabricante. • Fecha de fabricación.

• Número de lote.

• Número de serie.

• Peso del ánodo.

VI.15.5. INFORMACIÓN CONTENIDA EN EL CERTIFICADO DE CALIDAD:

• Razón social del fabricante.

• Fecha de fabricación.

• Tamaño del lote y embarque. • Número de lote y embarque.

• Número de serie de cada ánodo.

• Número y fecha de cada colada.

• Tamaño de la muestra. • Fecha y criterio de muestreo.

• Nombre del laboratorio y su constancia de acreditación.

• Nombre y firma del técnico que obtiene la muestra. • Nombre y firma del analista.

• Especificación de la aleación.

• Composición química del ánodo.

• Método de análisis. • Peso bruto (ánodo, alma).

• Dimensiones, densidad y peso del alma.

• Dimensiones, densidad y peso del ánodo.

• Eficiencia de corriente en porcentaje. • Potencial a circuito cerrado.

• Capacidad de corriente real en Ah.

• Capacidad de drenaje de corriente Ah/kg. • Hoja técnica de especificaciones del ánodo.


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VI.15.6. INSPECCIÓN Y PRUEBAS.

Los ánodos seleccionados de cada lote se deben someter a las evaluaciones establecidas, como requisito para su aceptación o rechazo. Inspección física. Apariencia. La inspección de la superficie externa de los ánodos debe ser por medios visuales. Defectos del ánodo. Se debe llevar a cabo una inspección de la apariencia física y la calidad de manufactura de cada ánodo a temperatura ambiente, verificándose la posición del alma del ánodo, presencia de cavidades, grietas y fracturas entre otras. Criterio de aceptación. Cada ánodo debe cumplir con las siguientes condiciones para su aceptación: Para los ánodos trapezoidales deben cumplir con los requisitos del estándar NACE RP0387-99, en los conceptos 3.9 “Irregularidades superficiales de los ánodos” y 3.10 “Grietas en los ánodos”.

Figura Nº 25 Inspección física.


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VI.15.7. DIMENSIONES Y PESO.

Dimensiones. Se debe constatar y registrar la forma y dimensiones de los ánodos que integran la muestra para prueba, de acuerdo con lo solicitado en el proyecto ó en las bases de licitación. Criterio de aceptación. Cada ánodo debe presentar las variaciones máximas que se mencionan ydeben cumplir con el punto 9.5 sobre “Dimensiones” de la norma internacional ISO 15589-2-2004 que establece lo siguiente:

• Ánodos con geometría distinta al tipo brazalete. - Longitud: ± 3 % de la longitud nominal o ± 25 mm, lo que sea de menor

dimensión. - Ancho: ± 5 % del ancho promedio nominal. - Altura: ±10 % de la altura promedio nominal.

• bÁnodos tipo brazalete. - Longitud: ± 25 mm. - Diámetro interior: 0 + 4 mm. - Espesor: ± 6 mm del espesor nominal.

Peso. Para los ánodos que integran la muestra para prueba, se debe verificar y registrar el peso bruto del ánodo de aluminio que se compone del peso nominal del alma y del peso de la aleación de aluminio; Criterio de aceptación. El peso de los ánodos debe cumplir con el punto 9.4 sobre “Peso” de la norma internacional ISO 15589-2-2004 que establece lo siguiente: Cada ánodo debe presentar variaciones máximas 3 % del peso neto nominal o ± 2 kg, lo que sea mayor y se debe cumplir como mínimo con el 100 % del peso total del lote o partida adquirida y el laboratorio de pruebas debe manifestarlo en el certificado correspondiente. Alma del ánodo. Debe estar libre de cualquier impureza, mediante la preparación de la superficie a metal blanco antes de ser colocada.


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Las soleras o varillas deben ser de acero estructural soldable grado ASTM A36 o equivalente y los tubos deben ser de acero grado ASTM A53 grado B o API 5L grado B o equivalentes.

Muestreo por ánodo. De cada ánodo se debe obtener una muestra representativa de la composición promedio del mismo, como se indica en el estándar ASTM-E88-91 (reapproved 2001) o equivalente. Se deben tomar muestras de toda la pieza Obtención de rebabas por barrenación. Las muestra para análisis químico deben obtenerse de cada ánodo, empleando brocas con punta de carburo de tungsteno, las cuales deben mantenerse secas, libres de polvo, arena o algún otro material ajeno; apropiadamente afiladas y utilizadas únicamente para propósitos de muestreo y después de cada uso, las brocas se deben limpiar para su almacenamiento. El peso de la muestra por ánodo debe ser de 10 a 15 gramos como mínimo.

VI.15.8. MANEJO Y TRANSPORTE.

Se debe tener un manejo adecuado al realizar las maniobras de carga, transporte y desembarque de tal forma que se evite dañar físicamente al ánodo, así como el cable y conexiones, en su caso.

Figura Nº 26 Transportación.


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VI.15.9. ALMACENAMIENTO.

En caso de que se deban almacenar los ánodos por un periodo mayor a 3 meses, ya sea por el cliente, o el contratista (proveedor o fabricante), se deben considerar las siguientes condiciones: Las áreas de almacenaje deben permitir la inspección y el retiro de los ánodos y deben estar bajo techo, con ventilación, libre de humedad y contaminantes agresivos. Se debe evitar que los ánodos estén en contacto directamente con la tierra o alguna estructura metálica. La envoltura de plástico utilizada en el embarque debe ser eliminada del grupo de ánodos para permitir la ventilación. Las estibas en áreas no protegidas por aspersores deben limitarse a un volumen de 28,34 m3 (1 000 pies3) y evitar el contacto entre los ánodos mediante espaciadores no metálicos.

Figura Nº 27 Almacenamiento . Figura Nº 28 Almacenamiento.


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VI.15.10. SEGURIDAD INDUSTRIAL Y PROTECCIÓN AMBIENT AL. El prestador de servicios debe comprobar mediante los certificados que procedan, que su producto cumple con la LGEEPA y su reglamento. Debe presentar los procedimientos y programas de seguridad del personal, disponibilidad y mantenimiento del equipo, observando las políticas y medidas de seguridad de Petróleos Mexicanos y Organismos Subsidiarios que al respecto se le señalen.


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CONCLUSIONES

• En la actualidad, está universalmente aceptado que la protección catódica es una guía tecnológica valiosísima para la economía, en la construcción y explotación de estructuras metálicas sumergidas o enterradas.

• La protección catódica por ánodos de sacrificio es uno de los métodos más usados para minimizar los efectos de la corrosión.

• La protección catódica no es una ciencia exacta; los cálculos finales se basan en una densidad de corriente que ha demostrado ser la correcta en un área particular o bajo condiciones específicas.

• Para la selección del material del ánodo se tiene en cuenta la serie electroquímica de los metales, los cuales tendrán carácter anódico con relación a otro, si se encuentra por encima de ellos en esta serie.

• La composición química tiene una gran importancia en el comportamiento general, actuando muy directamente en las propiedades que determinan su utilización como ánodo: potencial de disolución, rendimiento de corriente, polarización y homogeneidad de la corrosión anódica.

• Es necesario recordar siempre que: • Se pueden establecer variados criterios para clasificar los diferentes modos de

corrosión que se presentan. Las informaciones de muchos investigadores señalan que por lo menos hay 16 mecanismos por los que la corrosión nos ataca en forma incesante destruyendo nuestras instalaciones.

• La corrosión llega a causar pérdidas en muchos productos que se han obtenido con mucho esfuerzo.

• No olvidar que la corrosión causa pérdidas humanas. • Hay muchas ideas erróneas que son barreras para plantear un enfrentamiento

racional y resolver el problema. • Hoy existe información disponible, la cual bien difundida y utilizándola

adecuadamente permitiría en gran parte resolver el problema de minimizar los daños de la corrosión.

• Seguramente se dirá que hay nuevos materiales que soportan la acción corrosiva; sin embargo, podemos decir que habrá nuevos materiales pero también nuevos ambientes que darán lugar a fenómenos de corrosión conocidos o nuevos que exigirán nuevas investigaciones.


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RECOMENDACIONES

• El presente trabajo solo pretende advertir a los ingenieros de diseño, inversionistas, empresarios, gobierno, entidades científicas y tecnológicas, profesionales de todas las carreras, médicos y estudiantes en general sobre la importancia que debemos dar a los fenómenos de la corrosión por los daños que causa, y que el apoyo económico a las investigaciones en este campo quedará plenamente justificado.

• No pintar los ánodos. • Una vez instalados los ánodos deberá verificarse, mediante la toma de potenciales

con un electrodo de referencia Ag/AgCl, su comportamiento periódicamente durante su tiempo de vida.

• Las investigaciones que se efectúen en este campo de la ingeniería deben trabajar en coordinación con las empresas que requieren este tipo de servicio para garantizar la selección y eficiencia del sistema así como para brindar apoyo.


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GLOSARIO DE TERMINOS

CORROSIÓN: Es el proceso de naturaleza electroquímica, por medio del cual los Metales refinados retornan a formar compuestos (óxidos, hidróxidos, etc.) termodinámicamente estables debido a la interacción con el medio.

Velocidad de corrosión:

Es la relación de desgaste del material metálico con respecto al tiempo, expresada generalmente en milésimas de pulgada por año (MPY)

Protección Catódica:

En el caso de tubería submarina ó sumergida, es una conexión eléctrica entre el ánodo y la tubería que hace las veces de cátodo, para evitar la corrosión, normalmente se hace por medio de ánodos de sacrificio tipo brazalete y son comúnmente instalados en combinación con un revestimiento anticorrosivo adecuado. Los ánodos son diseñados para una vida útil igual a la de la tubería.

Electrolito: Es un medio líquido ó sólido capaz de conducir corriente eléctrica por movimiento de iones, se refiere al terreno o al agua en contacto con un ducto metálico enterrado y/o sumergido.

Electrodo de referencia:

Es una media celda electroquímica cuyo potencial es constante, electrodo no polarizable.

Ánodo: Elemento emisor de corriente eléctrica, es el electrodo en el cual ocurre el fenómeno de oxidación.

Ánodo Galvánico o de sacrificio:

Es el metal con potencial de oxidación más electronegativo que el ducto por proteger y que al emitir corriente de protección, se consume.

Corriente de protección:

Es la magnitud de corriente directa necesaria para obtener los valores de potencial de protección de una estructura metálica enterrada y/o sumergida en un electrolito.

Cátodo: Es el electrodo de una celda electroquímica, en el cual ocurren las reacciones electroquímicas de reducción, en un sistema de protección catódica es la estructura a proteger.

Polarización: Es el tiempo de retardo ó duración de la reacción electroquímica a la cual existe el intercambio de iones de un elemento metálico a otro en un medio electrolito.

Potencial: Es la diferencia de tensión entre una estructura metálica enterrada ó sumergida y un electrodo de referencia en contacto con el electrolito.

Gradiente de Potencial:

Es la variación en la lectura de potenciales, de positivo a negativo, que indica la presencia de áreas expuestas en la tubería o ánodos detectados, respectivamente.


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Oxidación: Es la perdida de los electrones de un átomo ó grupo de átomos de un metal, como producto de una reacción química en la que intervienen dos ó más elementos químicos.

Reducción: Es la ganancia de electrones de un átomo o grupo de átomos de un metal a otro, como producto de una reacción química en la que interviene dos ó más elementos químicos.

Densidad de corriente:

Es la corriente por área unitaria, expresada usualmente en miliamperios por metro cuadrado ó miliamperios por pie cuadrado.

FEM:

Fuerza electromotriz, es la diferencia de potencial producida por los generadores de corriente (Ánodos de aluminio en contacto con el acero al carbón en un electrolito), capaz de elevar las cargas eléctricas de un potencial a otro más alto.

Recubrimiento Anticorrosivo:

Componente químico utilizado para proteger la superficie metálica externa de los ductos, protege las áreas desnudas y evita la fuga de corriente.

ROV (Vehículo Operado a Control Remoto):

Equipo que se utiliza para la inspección de los Ductos Submarinos ó Lecho Marino de la Sonda de Campeche.

Impedancia Es la oposición que presenta un circuito al paso de la corriente alterna. Es un valor vectorial compuesto en su parte real por un valor de resistencia y en su parte imaginaria.


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SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

GPS:

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL, BASADO EN UNA CONSTELACIÓN DE 24 SATÉLITES DENOMINADA NAVISTAR, FUE DESARROLLADO POR EL DEPARTAMENTO DE DEFENSA DE E.U.A., SE UTILIZA PARA EL POSICIONAMIENTO DE EMBARCACIONES EN LA SONDA DE CAMPECHE.

DGPS:

Sistema de Posicionamiento Diferencial Geográfico es utilizado para georeferenciar hasta ± 1.5 metros las coordenadas geográficas de los Ductos de la Región Marina Suroeste en la Sonda de Campeche por medio de embarcaciones.

UTM: Unidad de Transformación Marítima, Coordenadas Geográficas X, Y.

ANSI: Instituto Nacional Americano de Estándares.

ASME: Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos.

API: Instituto Americano del Petróleo.

API RP 1111: Diseño, Construcción, Operación y Mantenimiento de tuberías para el transporte de hidrocarburo costa afuera.

NACE: Asociación Nacional de Ingenieros de Corrosión, dedicada a la investigación de la corrosión, por lo que es un organismo que regula y emite criterios para el control y prevención de la corrosión.

PEP PEMEX Explotación y Producción.

IUPAC Unión Internacional de Química Pura y Aplicada.

ENH Electrodo normal de Hidrógeno.

OEA General de la Organización de los Estados Americanos.

EMA Entidad Mexicana de Acreditación

NCA Nivel de calidad aceptable.


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BIBLIOGRAFÍA

(1*) “PROY-NRF-047-PEMEX-2002. Diseño Instalación y mantenimiento para los sistemas de protección catódica. Rev.: 0 Edición 2002 PEMEX. Paginas 14-18 y 27-30. México.


Javier Avila / Joan Genescá. Fondo de Cultura Económica S. A. de C. V , 1995 Tomo I Paginas 10-74. Tomo II Paginas 19-122. México.

(3*) “NACE RP 0176 94

Corrosión Control of Steel Fixed Offshore Platforms Associated with Petroleum Productión.” NACE International, 1998 Paginas 23 - 33 Estados Unidos.

(4*) Norma P.20353.01 Sistemas de protección catódica de Petróleos Mexicanos Primera Edición septiembre, 2000. PEMEX (Explotación y Producción) Paginas 18 - 47 México.

(5*) “PROY-NRF-126-PEMEX-2004

Ánodos de aluminio.. Rev.: 0 Paginas 10 - 25 México. http://members.tripod.com www.hghouston.com

I n ge n i e r í a C i v i l

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Y UM - 2B

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K I X- 1A

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YAX CH E

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MANIK

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TUMUT-A

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Bateria Luna

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PB-KU-H HA-KU-H

22

21

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C AAN -A

AN EXO 1

I n ge n i e r í a C i v i l

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AN EXO 2


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ANEXO 3

En este anexo se muestran diferentes medios agresivos los cuales pueden estar en contacto con la plataforma en determinado tiempo, tambien pueden servir de apoyo para complementar lo que nos muestra la NRF-047 y el NACE.


DENSIDAD DE CORRIENTE DE PROTECCIÓN EN DISTINTOS MEDIOS AGRESIVOS (2*)

Estado superficial. Medio Agresivo Densidad de

Corriente mA/m2 Acero Desnudo. Agua de mar (Velocidad 0.5 m/s) 80-200 Acero Desnudo. Agua de mar (Velocidad 1-15 m/s) 150-600 Acero pintado (Epoxi, vinílica, clorocaucho)

Agua de mar 25-35

Acero pintado sujeto a roces por hielos, fondos, etcétera.

Agua de mar 50-210

Acero pintado (aluminio bituminosa)

Agua de mar 35-50

Tanques de carga de lastre de petróleo.

Agua de mar 100

Tanques de carga de lastre ligero.

Agua de mar 170

Tanques de carga de lastre limpio.

Agua de mar 190

Acero desnudo Agua dulce estancada 56 Acero desnudo Agua dulce en movimiento 56-66 Acero desnudo Agua dulce turbulenta o caliente 56-170

Acero desnudo Suelo neutro o estéril 5-17

Acero desnudo Suelo aereado y seco 5-17 Acero desnudo Suelo húmedo 28-66 Acero desnudo Suelo muy ácido 56-170 Acero desnudo Suelo con bacterias 450

Acero bien revestido Suelo normal 0.1-0.2 Acero muy bien revestido Suelo normal 0.01


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DEDICATORIAS.

Dedico el presente trabajo a mis padres que me vieron nacer y que su enseñanza y sus buenas costumbres han creado en mi sabiduría haciendo que hoy tenga el conocimiento de lo que soy. Con respeto y admiración a mis padres: Rayo Varona Orlando y Piedad Aguilar Carrillo Agradezco a mis hermanos el apoyo que siempre me han brindado con su impulso, fuerza y tenacidad que son parte de mi formación, como muestra de gratitud les dedico el presente trabajo: Con todo lo que he podido ser hasta hoy, para ustedes: Oscar Rayo Aguilar y Víctor Hugo Rayo Aguilar Con todo respeto y gratitud a la Empresa CPI Ingeniería y Administración de proyectos S.A. de C.V, por todas las facilidades prestadas para la realización de la presente tesis. Para mi asesora la profesora Ing. Rosario Mendoza González, por el tiempo prestado para la realización y revisión de la presente tesis, así como por todas sus enseñanzas que son parte de mi formación Al Instituto Politécnico Nacional (IPN) y en especial a la Escuela Superior de Ingeniería y Arquitectura (ESIA) Unidad Zacatenco por haberme permitido estudiar la carrera de Ingeniería Civil. Para todos los que me faltaron, Instituciones, amigos, compañeros de trabajo, que me han aceptado, enseñado y han hecho lo que soy. “Gracias”.

246 PROTECCIÓN CATÓDICA CON ÁNODOS DE...

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