Protección Catodica Tanques

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CRITERIOS DE DISEÑO PARA SISTEMAS DEPROTECCIÓN CATÓDICA

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  • PDVSA N TTULO

    REV. FECHA DESCRIPCIN PAG. REV. APROB. APROB.

    APROB. FECHAAPROB.FECHA

    VOLUMEN 4I

    PDVSA, 1983

    HA201 CRITERIOS DE DISEO PARA SISTEMAS DEPROTECCIN CATDICA

    PARA APROBACIN

    Luis Tovar Ernesto ValeryABR.05 ABR.05

    ESPECIFICACIN DE INGENIERA

    JUL.93

    ABR.05 L.T.1

    0

    REVISIN GENERAL 7728

    E.V.

    L.T.

    MANUAL DE INGENIERA DE DISEO

    ESPECIALISTAS

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    CRITERIOS DE DISEOPARA SISTEMAS DE PROTECCIN CATDICA ABR.051

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    ndice1 OBJETIVO 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 ALCANCE 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 REFERENCIAS 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    3.1 Petrleos de Venezuela PDVSA 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 American Society for Testing and Materials (ASTM) 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 American Petroleum Institute (API) 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    4 DEFINICIONES 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 Aislamiento Elctrico 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 nodo 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 nodo Galvnico/nodo de Sacrificio 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 Bacterias Sulfatoreductoras 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Juntas Aislantes 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.6 Cada IR 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7 Ctodo 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.8 Corriente Impresa 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.9 Corrosin 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.10 Densidad de Corriente 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.11 Electrodo de Cobre/Sulfato de Cobre 5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12 Electrodo de Referencia 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.13 Electrolito 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.14 Estacin de Prueba (Punto de Medicin) 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.15 Interconexin 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.16 Interferencia 6. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.17 Lecho de nodos Profundos 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.18 Lecho de nodos Superficial 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.19 Potencial Natural 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.20 Potencial OFF (Potencial Polarizado) 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.21 Potencial ON 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.22 Potencial de Proteccin 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.23 Proteccin Catdica 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.24 Recubrimiento/Revestimiento 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.25 Revestimiento + Proteccin Catdica 7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.26 Relleno o Backfill 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.27 Sobreproteccin 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCINCATDICA 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.1 Proteccin Catdica 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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    5.2 Requerimientos 8. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3 Criterios de Proteccin Catdica 9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.4 Revestimientos 10. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    6 BASES DE DISEO 11. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al Diseo 14. . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Efectos de Interferencia Elctrica 19. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    7 PROTECCIN CATDICA POR NODOS DE SACRIFICIO 22. . . . . 7.1 General 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 Aplicaciones de los nodos de Sacrificio 22. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 Material de los nodos 23. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    8 PROTECCIN CATDICA POR CORRIENTE IMPRESA 26. . . . . . . . 8.1 General 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Fuentes de Corriente 26. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Material de los nodos 28. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    9 CLCULOS DE DISEO 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.1 nodos Galvnicos 30. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Corriente Impresa 36. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    10 AISLAMIENTO ELCTRICO 47. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1 Sistemas de Proteccin de los Accesorios Aisladores 49. . . . . . . . . . . . . . . .

    11 INTERFERENCIA ELCTRICA 50. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 UBICACIN DE LOS SISTEMAS DE MONITOREO DE SPC 51. . . . 13 PROTECCIN DE TUBERAS ENTERRADAS 51. . . . . . . . . . . . . . . . .

    13.1 General 51. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.2 Opcin de Sistema 52. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13.3 Aterramiento de Tubera 54. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    14 PROTECCIN DE TUBERAS O ESTRUCTURAS SUMERGIDAS 5415 PROTECCIN DE FONDOS DE TANQUES 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    15.1 General 55. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.2 Determinacin de las Necesidades de Proteccin Catdica 56. . . . . . . . . . . 15.3 Condiciones del Suelo y Fundaciones 57. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.4 Factores que deben ser Considerados 59. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.5 Tipos de Proteccin Catdica Aplicables 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15.7 Puesta en Marcha y Prueba 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    16 ESTRUCTURAS COSTA AFUERA ASOCIADAS CON PRODUCCINDE PETROLEO Y GAS 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.1 General 63. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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    16.2 Procedimiento para el Diseo de Sistemas de Proteccin Catdica deEstructuras Costa Afuera 64. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    16.3 Tipos de Sistemas para Proteccin Catdica 65. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16.4 Factores que Determinan el Requerimiento Total de Corriente para

    Sistemas de Proteccin Catdica 67. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 PROTECCIN DE EMBARCACIONES 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 PROTECCION DE INTERCAMBIADORES DE CALOR 70. . . . . . . . .

    18.1 Cajas Enfriadoras (Box Coolers) 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18.2 Intercambiadores de Calor de Carcaza y Tubo 70. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

    19 SUPERFICIE EXTERNA DE CAMISAS DE POZOS PARA LAEXTRACCIN DE PETROLEO Y GAS 71. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.1 General 71. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.2 Determinacin de las Necesidades de Proteccin Catdica 71. . . . . . . . . . . 19.3 Objetivos del Diseo de Proteccin Catdica 73. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.4 Mtodos para Determinar los Requerinientos de Corriente de Diseo 73. . 19.5 Tipos de Sistemas de Proteccin Catdica 74. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19.6 Consideraciones para el Diseo de Sistemas por Corriente Impresa 74. . . 19.7 Consideraciones de Diseo para la Aplicacin de Proteccin Catdica

    a Varios Pozos 75. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 PRECAUSIONES DE SEGURIDAD 76. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 CONSIDERACIONES ECONMICAS 76. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 REGISTROS 77. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 BIBLIOGRAFA 77. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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    1 OBJETIVOEstablecer una gua para el diseo de un sistema de proteccin catdica yhomologar los criterios y procedimientos mnimos para el diseo de los mismosa nivel corporativo.

    2 ALCANCEEste documento establece los principios bsicos para el control de la corrosinde estructuras metlicas enterradas o sumergidas, mediante el uso de proteccincatdica, y a su vez describe los requerimientos y procedimientos mnimosnecesarios para el diseo de los sistemas.

    3 REFERENCIAS3.1 Petrleos de Venezuela PDVSA

    O201 Seleccin y Especificaciones de Aplicacin de PinturasIndustriales.

    PI050304 Proteccin Catdica Galvnica en Cascos de GabarrasVer Tabla 2 de esta norma.

    3.2 American Society for Testing and Materials (ASTM)G 57 Standard Test Method for Field Measurement of Soil Resistivity

    Using the Wenner FourElectrode Method.

    3.3 American Petroleum Institute (API)RP 651 Cathodic Protection of Aboveground Petroleum Storage Tanks

    Second Edition.

    4 DEFINICIONES4.1 Aislamiento Elctrico

    Describe la condicin de estar elctricamente aislado de otra estructura metlica,mediante el uso de empacaduras, juntas aislantes y otros dispositivos.

    4.2 nodoElectrodo de una celda electroltica en el que se produce la oxidacin o corrosin.

    4.3 nodo Galvnico/nodo de SacrificioMetal que, debido a su ubicacin relativa en la serie electromotriz, suministracorriente directa de proteccin a metales que son ms nobles en dicha serie,cuando ambos estn acoplados en el electrlito y elctricamente. Estos nodosconstituyen la fuente de corriente en la proteccin catdica por nodosgalvnicos.

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    4.4 Bacterias SulfatoreductorasGrupo de bacterias presentes en suelos y aguas naturales, pero activassolamente en condiciones anaerbicas y de pH cerca del neutro. Estas bacteriasaumentan el requerimiento de potencial de proteccin debido a la despolarizacinresultante de la produccin de sulfuros.

    4.5 Juntas AislantesAccesorio constituido de un material aislante que se intercala entre estructurasmetlicas para separarlas elctricamente. Estas incluyen bridas aislantes y juntasmonolticas.

    4.6 Cada IRVoltaje a travs de una resistencia de acuerdo con la Ley de Ohm.

    4.7 CtodoElectrodo de una celda electroltica en el que se produce la reaccin de reducciny prcticamente no sufre corrosin.

    4.8 Corriente ImpresaCorriente directa suministrada por una fuente de poder externa al componenteandico. Entre las fuentes de poder tpicas, tenemos: rectificadores, mdulossolares, generadores de motores elctricos, baterias y molinos de viento (energaelica).

    4.9 CorrosinDeterioro de un metal, o de sus propiedades, debido a su reaccin electroqumicacon el medio ambiente.

    4.10 Densidad de CorrienteCorriente directa que circula hacia o desde la superficie de un electrodo porunidad de rea, generalmente expresada como A/m2 o mA/m2, mA/ft2. Ladensidad de corriente ptima para obtener proteccin catdica varadependiendo del ambiente y de la estructura a ser protegida.

    4.11 Electrodo de Cobre/Sulfato de CobreElectrodo de referencia muy estable, utilizado para medir niveles de proteccincatdica de un metal. Est formado por una barra de cobre de alta pureza, encontacto elctrico con una solucin saturada de sulfato de cobre.

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    4.12 Electrodo de ReferenciaMedia celda reversible con potencial de circuito abierto constante bajocondiciones similares de medida que se puede utilizar en forma permanente oporttil. Se utiliza para medir potenciales metal/electrolito, siendo los mscomunes los electrodos de cobre/sulfato de cobre, plata/cloruro de plata y cinc.

    Fig 1. CELDA DE REFERENCIAConexin para Instrumento deMedicin

    MetalMetalMetal

    Solucin

    Tapn deMaterial Poroso

    4.13 ElectrolitoMedio en el cual se encuentran el nodo y el ctodo. Sustancia qumica o mezcla,usualmente lquida o slida, que contiene iones que migran en un campoelctrico. Para efectos de este manual, el trmino electrolito se refiere al suelo olquido adyacente y en contacto con la estructura metlica enterrada o sumergida,incluyendo humedad, sales y otros qumicos contenidos en l.

    4.14 Estacin de Prueba (Punto de Medicin)Dispositivo superficial al cual llegan uno o ms cables soldados a la estructura.Se instalan en la trayectoria de la estructura con la finalidad de obtenermediciones de potencial para evaluar el nivel de proteccin, patrones deinterferencia y drenaje de corriente de las estructuras.

    4.15 InterconexinConductor elctrico, usualmente de cobre, utilizado para interconectarestructuras diferentes, a fin de evitar cambios apreciables en el potencial de unpunto con respecto al otro o nivelarlos.

    4.16 InterferenciaEfecto adverso causado sobre estructuras no conectadas a los sistemas deproteccin catdica por corriente impresa, generando corrosin acelerada de lasmismas.

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    4.17 Lecho de nodos ProfundosGrupo de nodos instalados en un hoyo vertical, cuya profundidad es mayor a20 m. Los objetivos que se persiguen con este tipo de lecho son obtener bajaresistencia en el sistema, distribuir uniformemente la corriente y minimizar lainterferencia elctrica andica.

    4.18 Lecho de nodos SuperficialGrupo de nodos instalados en un hoyo horizontal, vertical o direccional, cuyaprofundidad es menor a 20 m.

    4.19 Potencial NaturalPotencial espontneo (sin impresin de corriente elctrica directa) que adquiereuna estructura metlica al estar en contacto con un electrolito, tambindenominado potencial de corrosin.

    4.20 Potencial OFF (Potencial Polarizado)Suma del potencial de corrosin y la polarizacin catdica medidoinmediatamente despus de haber interrumpido el flujo de corriente (descartandola cada IR).

    4.21 Potencial ONPotencial medido con la corriente de proteccin aplicada. Representa la suma detodas las cadas de potencial del circuito de medicin.

    4.22 Potencial de ProteccinPotencial mnimo requerido para que una estructura metlica est protegidacatdicamente.

    4.23 Proteccin CatdicaTcnica mediante la cual se controla la corrosin de superficies metlicasinmersas en un medio conductivo o electroltico, alterando el potencial natural delmetal hacia valores catdicos por medio de la aplicacin de corrientes impresaso galvnicas.

    4.24 Recubrimiento/RevestimientoMaterial que se aplica sobre la superficie de un metal para aislarlo del medioambiente o del electrolito.

    4.25 Revestimiento + Proteccin CatdicaCombinacin ideal (costo/calidad) para controlar la corrosin en estructurasmetlicas enterradas o sumergidas.

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    4.26 Relleno o BackfillMaterial absorbedor de humedad, de baja resistencia elctrica, que rodea alnodo enterrado, utilizado con el propsito de incrementar el rea efectiva decontacto con el suelo, y por lo tanto, reducir la resistencia de contacto con elmismo.

    4.27 SobreproteccinTrmino utilizado cuando el potencial de proteccin causa prdidas de energa,desgaste prematuro de los nodos, desprendimiento del revestimiento y enalgunos casos la fragilidad de la estructura por penetracin de hidrgeno.

    5 PRINCIPIOS Y REQUERIMIENTOS DE PROTECCINCATDICA

    5.1 Proteccin CatdicaTodas las estructuras metlicas enterradas o sumergidas estn sujetas acorrosin, por lo cual deben adoptarse procedimientos adecuados para el controlde la misma y asegurar la integridad mecnica para una operacin segura yeconmica.La proteccin catdica, es una tcnica de control de corrosin, la cual tiene comofundamento la polarizacin, a potenciales ms negativos, de cualquier superficiemetlica hasta alcanzar un grado de polarizacin, en el cual se acepta que dichasuperficie metlica es inmune a la corrosin. Esta polarizacin se alcanzamediante el empleo de una fuente externa. Existen dos mtodos diferentes paralograr la proteccin catdica; el primero, conectando la superficie metlica que setrata de proteger a un metal menos noble que sta, es decir, ms negativo en laserie electroqumica, este procedimiento es conocido como sistema deproteccin catdica por nodos galvnicos, ya que se forma una pila galvnica.El segundo, es denominado, sistema de proteccin catdica por corrienteimpresa, el cual consiste en conectar un conjunto de nodos a la superficiemetlica por medio de una fuente de energa externa, obligando a drenarcorriente entre la superficie a proteger y el conjunto de nodos alcanzando lospotenciales de proteccin.

    5.2 Requerimientos5.2.1 Los controles de corrosin externa deben ser considerados durante el diseo del

    sistema (estructura) y de las primeras defensas contra la corrosin externa debenser los revestimientos y la seleccin de materiales. Los revestimientos perfectosno son posibles por lo cual la proteccin catdica debe combinarse con stos.

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    5.2.2 Se instalar un sistema de proteccin catdica para toda estructura enterrada osumergida a fin de contrarrestar la corrosin que podra ocasionar fallasestructurales. As mismo, se desarrollarn los procedimientos de monitoreo paradeterminar si se ha obtenido una proteccin catdica adecuada.

    5.2.3 Todas las estructuras de acero, enterradas o sumergidas, deben contar con unsistema de proteccin catdica permanente en un plazo no mayor a un aoposterior a la finalizacin de su construccin. En el caso que ya exista el sistemade proteccin catdica, la nueva estructura se conectar al mismo, si ste tuviesela capacidad adecuada o se puede adecuar amplindolo.

    5.2.4 Los planos de ingeniera debern definir claramente la ubicacin del equipo deproteccin catdica incorporado en la tubera, as como la ubicacin de otrasinstalaciones o estructuras, bien sean a la vista o enterradas, que pudiesenafectar o ser afectadas por el sistema de proteccin catdica. El diseo delsistema se har para el tiempo de vida til de la instalacin.

    5.2.5 El sistema de proteccin catdica seleccionado deber ser diseado de forma talque se evite cualquier efecto corrosivo adverso en estructuras cercanas (equipos,tuberas, cables, etc.).

    5.2.6 Los materiales y equipos cumplirn con las normas citadas o sern aprobados porel ingeniero del proyecto para los requerimientos especiales. Cuando se requiera,se suministrar al ingeniero del proyecto un grupo de materiales de muestra paraensayos destructivos, para la inspeccin de control de calidad y su respectivaaprobacin antes de que se enven los materiales. Se incluir una copia de losresultados del ensayo, junto con la muestra. Cualquier otro equipo estar sujetoa una inspeccin de aceptacin por parte del ingeniero del proyecto.

    5.2.7 La aplicacin de esta norma debe estar bajo la direccin de especialistasdesignados por PDVSA, quienes por conocimiento de los principios fsicos,matemticos y de ingeniera, adquiridos por educacin y experiencia prcticarelacionada, estn capacitados para dedicarse a la prctica de control decorrosin de estructuras metlicas enterradas o sumergidas.

    5.3 Criterios de Proteccin CatdicaDebido a que, a diversos niveles de polarizacin catdica se puede controlar lacorrosin externa en estructuras de acero enterradas o sumergidas en un medioelctricamente conductor, se recomienda tomar en cuenta los siguientes criteriosde proteccin:

    5.3.1 Criterio del Potencial Mnimo: El valor mnimo de polarizacin catdica paracontrolar la corrosin es de 850 mV. Este valor es medido respecto al electrodode referencia de cobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) en contacto con el electrolito,con la proteccin catdica aplicada (Potencial ON).

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    5.3.2 Para medios anaerbicos o condiciones especiales, puede requerirse un valorms negativo. Tal es el caso de medios con bacterias sulfatoreductoras, en losque se requiere un potencial mnimo de 950 mV con respecto al electrodo deCu/CuSO4.

    5.3.3 Criterio del Cambio de Potencial: La diferencia de los potenciales de referenciamedidos en OFF y Natural de la estructura debe ser como mnimo de 100 mV.

    5.3.4 Criterio 850 mV Polarizado (Potencial OFF): cuando existe un potencialpolarizado negativo de al menos 850 mV con respecto al electrodo de referenciade cobre/sulfato de cobre en contacto con el electrolito.

    5.4 RevestimientosLa corrosin pudiera prevenirse cubriendo la totalidad de la estructura enterradao sumergida con un recubrimiento impermeable no conductivo, lo cual sera ideal,pero casi imposible de llevar a cabo a un costo razonable. En general losrecubrimientos sufren daos en el transporte al sitio de instalacin. En sueloscorrosivos, la ms pequea discontinuidad del revestimiento protector puederedundar en corrosin local severa. Prcticamente, todo tipo de revestimientodesarrolla imperfecciones, y se produce corrosin en las pequeas reas demetal expuesto donde se rompe la barrera de aislamiento. El revestimiento es unaherramienta muy efectiva en el control de la corrosin, y cuando se utiliza juntocon la proteccin catdica, se puede obtener un control completo con un mnimode corriente aplicada.Los revestimientos casi nunca son afectados por la aplicacin correcta de laproteccin catdica; sin embargo, potenciales muy negativos, con referencia alelectrodo de Cu/CuSO4 pueden daar el revestimiento causando evolucin dehidrgeno en la superficie del metal. La Tabla 1 muestra los lmites de potencialON recomendados, en el punto de inyeccin, para estructurasenterradas/sumergidas, para evitar el desprendimiento del revestimiento porexceso de corriente de proteccin catdica.

    TABLA 1. LMITES DE POTENCIAL ON RECOMENDADOS, EN EL PUNTO DEINYECCIN, PARA ESTRUCTURAS ENTERRADAS/SUMERGIDAS (REFERIDOS AL

    ELECTRODO DE COBRE/SULFATO DE COBRE)Tipo de revestimiento Potencial (V) vs Cu/CuSO4

    Resina epxica en polvo, aplicada por fusinelectrosttica

    1.5

    Esmalte asfltico 2.0Alquitrn de hulla 1.5

    Polietileno 1.0Cinta adhesiva 1.5

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    6 BASES DE DISEOEl diseo de un sistema de proteccin catdica deber basarse en informacinobtenida de la inspeccin de instalaciones similares, en ambientes similares y/ode un estudio detallado de las condiciones en sitio. Las condiciones a determinaren sitio son:a. Resistividad, pH y composicin qumica del mediob. Continuidad elctrica de la estructurac. Proximidad de otras estructurasd. Potenciales de Referencia de estructuras adyacentese. Disponibilidad de energa elctricaf. Condicin y tipo de revestimientog. Facilidad de acceso para construccin y mantenimientoh. Clasificacin de reasi. Seguridad en sitio de los equipos en cuanto a hurtoj. Planos y especificaciones de construccink. Tiempo de vida til de la estructura (activa)l. Histrico de inspecciones de tuberas o estructuras adyacentesEl diseo de un sistema de proteccin catdica debe considerar los aspectosantes mencionados u otros que no permitan interferencia a las estructurasadyacentes.El diseo de un sistema de proteccin catdica no deber contemplar lainstalacin en reas peligrosas de equipos de suministro de energa elctrica,cajas de conexiones, etc., cuando sea posible. Cuando la instalacin debarealizarse en este tipo de reas clasificadas, se debern utilizar los materialescorrespondientes especificados para tal fin (Ver Tabla 2).TABLA 2. MANUALES DE ESPECIFICACIONES TCNICAS DE

    MATERIALES PDVSA

    Cdigo Ttulo

    EM2201/01 ALAMBRES Y CABLES MONOPOLARES AISLADOSCON TERMOPLASTICOS PARA 600VEM2205/01 CABLES PARA INSTRUMENTACION Y CONTROL

    EM2411/01CAJAS Y ACCESORIOS PARA INSTALACIONESELECTRICAS DE USO EN LUGARES(CLASIFICADOS) PELIGROSOS

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    Cdigo Ttulo

    EM2807/01 ANODOS DE ALUMINIO (AL) PARA PROTECCIONCATODICAEM2807/02 ANODOS DE MAGNESIO (MG) PARA PROTECCIONCATODICA

    EM2807/03COQUE METALURGICO PARA USO EN LECHOS DEANODOS PARA SISTEMAS DE PROTECCIONCATODICA CON CORRIENTE IMPRESA

    EM2807/04ANODOS DE HIERROSILICIO Y HIERRO SILICIO CROMO PARA PROTECCION CATODICA PORCORRIENTE IMPRESA

    EM2807/05 TRANSFORMADOR / RECTIFICADOR DEPROTECCION CATODICA

    EM0100/01 RESINA EPOXICA EN POLVO PARA TUBERIAMETALICA

    EM0101/03 REVESTIMIENTO INTERNO CON EPOXI ADUCTOAMINA PARA TANQUES Y TUBERIAS

    EM0101/04 REVESTIMIENTO DE ZINC SOBRE PRODUCTOS DEHIERRO Y ACERO

    EM0101/05REVESTIMIENTO INTERNO DE EQUIPOS CONPLASTICO REFORZADOS CON FIBRA DE VIDRIO(PRFV)

    EM0101/06RESINA POLIESTER ISOFTALICA PARA ELREVESTIMIENTO Y FABRICACION DE TANQUES YTUBERIAS

    EM0101/07RESINA POLIESTER BIFENOLICA PARA ELREVESTIMIENTO Y FABRICACION DE TANQUES YTUBERIAS

    EM0101/08RESINA EPOXI POLIAMIDA PARA ELREVESTIMIENTO Y FABRICACION DE TANQUES YTUBERIAS

    EM0101/09 RESINA FURANICA PARA EL REVESTIMIENTO YFABRICACION DE TANQUES Y TUBERIAS

    EM0101/10 RESINA VINIL ESTER PARA EL REVESTIMIENTO YFABRICACION DE TANQUES Y TUBERIAS

    EM0101/11 FIBRA DE VIDRIO PARA EL REVESTIMIENTO YFABRICACION DE TANQUES Y TUBERIAS

    EM0101/16SISTEMA MULTICAPA EPOXIPOLIOLEFINAREVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA A ALTASTEMPERATURAS

    EM0101/17 RESINA EPOXICA EN POLVO PARA REVESTIMIENTODE TUBERIA METALICA, A ALTAS TEMPERATURAS

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    Cdigo Ttulo

    EM0101/18CINTAS DE POLIOLEFINAS PARA ELREVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA A ALTASTEMPERATURAS

    EM0101/19RESINA EPOXICA REFORZADA CON FIBRA DEVIDRIO PARA REVESTIMIENTO EXTERNO DETUBERIA METALICA A ALTAS TEMPERATURAS

    EM0102/01BREA EPOXICA (COALTAR EPOXY) CURADA CONPOLIAMIDA PARA EL REVESTIMIENTO DE TUBERIAMETALICA

    EM0102/02BREA EPOXICA (COAL TAR EPOXY) CURADA CONAMINA PARA EL REVESTIMIENTO DE TUBERIAMETALICA

    EM0102/03BREA EPOXICA (COAL TAR EPOXY) CURADA CONADUCTOAMINA PARA EL REVESTIMIENTO DETUBERIA METALICA

    EM0211/01ACEITES MINERALES AISLANTES CON INHIBIDORDE OXIDACION PARA USO EN TRANSFORMADORESE INTERRUPTORES

    EM0402/01 MORTERO DE CEMENTO PARA EL REVESTIMIENTODE TUBERIA METALICA

    EM0405/01 POLIETILENO DE ALTA DENSIDAD EXTRUIDO PARAEL REVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA

    EM0405/02 POLIPROPILENO EXTRUIDO PARA ELREVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA

    EM0410/01CINTAS DE POLIETILENO APLICADAS EN FRIO Y/OEN CALIENTE PARA EL REVESTIMIENTO DETUBERIA METALICA

    EM0411/01MANGAS TERMOCONTRACTILES PARAPROTECCION DE JUNTAS Y/O REPARACIONES DEREVESTIMIENTOS DE TUBERIA METALICA

    EM0411/02MANGAS TERMOCONTRACTILES PARAPROTECCION DE JUNTAS Y/O REPARACIONES DEREVESTIMIENTOS DE TUBERIA METALICA A ALTASTEMPERATURAS

    EM0413/01 CAUCHO POLICLOROPRENO (NEOPRENO) PARAEL REVESTIMIENTO DE TUBERIA METALICA

    FUENTE: Manuales de Especificaciones Tcnicas de Materialeswww.intevep.pdv.com/santp

    Todas las estructuras enterradas o sumergidas en un corredor debern tener unsistema de proteccin catdica integrado, cualquiera sea el tipo de revestimientode las estructuras existentes.

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    Se podr utilizar la capacidad disponible de los sistemas de proteccin catdicaexistentes, siempre y cuando su desempeo no sea afectado en forma adversa.

    Se requieren consideraciones especiales de diseo para tuberas enterradasdentro del rea de plantas, refineras, etc. Lechos de nodos galvnicos o inertes,distribuidos, debern instalarse en estas reas para complementar la proteccin.Se debern instalar puntos de prueba adicionales para monitorear los niveles deproteccin de estas secciones de tubera.

    6.1 Mediciones e Investigaciones Preliminares al DiseoLa adecuada recopilacin de datos en campo es obligatoria. Adems de lamedicin elctrica, la informacin incluir fechas, estado del tiempo, descripciny condicin del terreno, vas de acceso, fuentes potenciales de energa elctrica,ubicacin adecuada para lechos de nodos o nodos de sacrificio, seguridad, ascomo cualquier otra informacin pertinente.

    Los datos obtenidos en las mediciones indicarn tambin la ubicacin de todaslas estructuras enterradas o sumergidas adyacentes a la obra, la condicin de lassuperficies metlicas expuestas y la calidad del aislamiento del revestimiento endichas estructuras.

    Los sitios posibles de ubicacin detallada de los sistemas de proteccin catdica,sern localizados con mediciones detalladas tomando como referencia puntosfijos establecidos usando el mtodo de triangulacin.El especialista preparar un diseo detallado del sistema de proteccinpropuesto, el cual tomar en consideracin las siguientes proposiciones:

    a. Estar basado en una continua operacin del sistema para la vida tilespecificada en el diseo de la estructura o equipo a ser protegido.

    b. Considerar los requerimientos para la instalacin de cualquierinterconexin necesaria entre estructuras que puedan estar sujetas ainterferencia catdica.

    c. Incluir detalles para la puesta en marcha del sistema, el diseo y laubicacin de bridas con aislamiento y puntos de medicin.

    6.1.1 Caracterizacin del Medio

    Para el diseo de sistemas de proteccin catdica de estructuras enterradas osumergidas es importante la realizacin de mediciones de campo que permitanla caracterizacin del medio, para as evaluar la factibilidad de instalar un sistemade proteccin catdica.

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    La resistividad del electrolito representa la investigacin preliminar msimportante al momento de disear un sistema de proteccin catdica. En suelosla resistividad puede variar con el contenido de agua y sales disueltos en estosy por lo tanto, se ve influenciada por las lluvias. An cuando la resistividad solano indica la corrosividad de un medio, existe cierta relacin entre las dospropiedades, como se muestra en la Tabla 3.

    TABLA 3. CLASIFICACIN DEL MEDIO ELECTROLITO DE ACUERDO CON SURESISTIVIDAD

    Resistividad del medio (ohmcm) CorrosividadMenos de 500 Muy corrosivoEntre 500 y 1.000 CorrosivoEntre 1.000 y 2.000 Moderadamente CorrosivoEntre 2.000 y 10.000 Ligeramente CorrosivoMayores a 10.000 Progresivamente menos corrosivo

    FUENTE: API RP 651La medicin de la resistividad del suelo se realizar utilizando el mtodo de loscuatro electrodos (mtodo de Wenner), segn procedimiento especificado en lanorma ASTM G 57.Donde se requieran mediciones de la resistividad a lo largo de la tubera, stasse harn a intervalos mximos de 1 Km (o menos cuando las condiciones delsuelo cambien), utilizando una separacin entre electrodos equivalente a laprofundidad de la estructura o a la profundidad requerida.Se tomarn lecturas de resistividad en las ubicaciones propuestas para los lechosde nodos a fin de elaborar mapas de contornos para cada una de ellas. Laslecturas de resistividad sern corregidas para considerar condiciones mscrticas, es decir, en poca de verano.Cuando se presenten factores que puedan alterar las caractersticas del medio,se tomarn muestras del suelo para determinar caractersticas adicionales delmismo, tales como sales solubles, contenido de humedad, pH, etc. Sedeterminar el contenido de sulfatos a fin de detectar la presencia de bacteriassulfatoreductoras.

    6.1.2 Pruebas de Drenaje de CorrienteSe obtendrn parmetros de diseo completos al instalar un sistema deproteccin temporal, el cual permitir medir la cantidad de corriente requeridapara proteger adecuadamente una estructura enterrada o sumergida. El sistemade proteccin catdica temporal estar conformado por:

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    a. Un lecho de nodos temporal, el cual estar ubicado en el lugarseleccionado para la instalacin permanente propuesta. Este lechotemporal estar constituido por tubera de desecho, estructuras metlicasenterradas o sumergidas abandonadas, etc. El cableado temporal,necesario para conectar los lechos de nodos, tendr aislamiento suficientepara prevenir fugas de corriente no controladas y garantizar la seguridad delpersonal. A su vez, se deber contar con un interruptor adecuado para llevara cabo de forma eficiente y eficaz las pruebas de drenaje de corriente.

    b. Una fuente de energa temporal, la cual consistir de generadoresimpulsados por motores, acumuladores estacionarios, unidades deproteccin catdica existentes, rectificadores porttiles combinados conenerga comercial disponible, etc. Este equipo suministrar una corrientedirecta constante, bien regulada, de una tensin e intensidad en lasmagnitudes requeridas durante el ensayo.

    Una vez que el sistema se ha estabilizado en los niveles de proteccin requeridos,se harn mediciones del drenaje de corriente del sistema temporal y seconsiderar la resistencia total del circuito de inyeccin de 1000 mV conrespecto a Cu/CuSO4, esto para clculo de diseo.La Tabla 4 indica un estimado de las densidades de corriente mnimas requeridaspara la proteccin catdica de acero desnudo en diferentes medios, atemperatura ambiente de 15 a 25 C.

    TABLA 4. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCINCATDICA DE ACERO DESNUDO EN DIVERSOS MEDIOS (@Tambiente =15 a 25 C)

    Medio Densidad de Corriente(mA/m2)

    Suelos * 10 a 30 (1)Suelos neutro o estril ** 5 a 17Suelo aereado y seco ** 5 a 17Suelo hmedo 28 a 66Suelo muy cido 56 a 170Suelo con bateras 450Agua Dulce y Zonas Fangosas *** 11 a 32Agua Dulce estancada ** 56Agua Dulce en movimiento ** 56 a 66Agua Dulce, turbulenta ** 56 a 170Agua Salada * 50 a 80Agua Salada en movimiento * 100 a 150Lago de Maracaibo * 50 a 100

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    Medio Densidad de Corriente(mA/m2)

    Plataforma Continental Venezolana(agua) *

    80

    Plataforma Continental Venezolana(barro) *

    30

    FUENTE:* Manual de Proteccin Catdica: Diseo y Aplicaciones. Jorge Goldin.** www.biblioteca.redescolar.ilce.edu.mx. Ciencias qumica. Ms all de la

    herrumbre II.*** Cathodic Protection Manual. Royal Dutch / Shell Group:(1) En suelos anaerbicos, transcurren algunos meses antes de que se

    verifique la polarizacin completa.(2) Los valores dependen de la velocidad del agua.Las densidades de corriente mnimas para la proteccin catdica de estructurasmetlicas revestidas se especifican en la Tabla 5.

    TABLA 5. DENSIDADES DE CORRIENTE REQUERIDAS PARA PROTECCINCATDICA DE ESTRUCTURAS METLICAS REVESTIDAS

    Tipo de Revestimiento Densidad de Corriente(mA/m2 )

    Cinta 1.25Resina Epxica en polvo 0.10Polietileno Extruido 0.10Brea Epoxy (Coal Tar) 0.75

    FUENTE: Manual de Ingeniera de Diseo de Sistemas de ProteccinCatdica de estructuras enterradas/sumergidas, PDVSAOccidente, 1998 (RPPC00198).

    Cuando no pueda ser determinada a travs de una prueba de drenaje decorriente, la seleccin final de los requerimientos de corriente ser unacombinacin de los factores indicados anteriormente. Para estructurasrevestidas, es necesario estimar la superficie total sobre la cual el revestimientono es efectivo (% de rea desnuda) y en base a sta, determinar losrequerimientos de corriente.La Tabla 6 muestra valores de eficiencia del revestimiento, que deben serconsiderados para determinar la superficie total a proteger.

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    TABLA 6. EFICIENCIA DEL REVESTIMIENTO

    Aos de servicio de lainstalacin

    Deterioro delrevestimiento (%)

    0 1.011 1.162 1.323 1.514 1.735 1.986 2.277 2.608 2.979 3.40

    10 3.8911 4.4512 5.0913 5.8214 6.6615 7.6316 8.7317 9.9918 11.4319 13.0720 14.96

    FUENTE: Manual de Ingeniera de Diseo de Sistemas de ProteccinCatdica de estructuras enterradas/sumergidas, PDVSAOccidente, 1998 (RPPC00198).

    6.1.3 Medicin de PotencialesLa medicin de potencial entre la estructura y el medio electrolito se obtendr entodos los terminales de medicin, a ambos lados de las bridas o uniones conaislamiento, en los cruces con otras estructuras metlicas enterradas osumergidas o cualquier estructura similar prxima a la estructura que est siendoprotegida; asimismo, en cualquier otro punto donde se considere necesariodeterminar la efectividad del sistema de proteccin catdica propuesto, y evitarla corrosin por corrientes de fuga a estructuras que no estn incluidas dentro delsistema de proteccin.

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    Todas las lecturas de potencial sern registradas con precisin de milivoltios(mV), utilizando instrumentos adecuados y electrodos de referencia decobre/sulfato de cobre (Cu/CuSO4) o plata/cloruro de plata (Ag/AgCl).Las lecturas de potencial sern tomadas a intervalos suficientes para prevenir laomisin de alguna zona no protegida, o en proceso de corrosin de la estructuraa ser protegida. Las lecturas tambin se obtendrn para asegurar que el sistemade proteccin catdica que se est diseando no ocasionar problemas deinterferencia no controlables en otras estructuras. En reas clasificadaspeligrosas, tales como estaciones y patios de tanques, se tomarn lecturasadicionales necesarias que permitan detectar cualquier situacin de peligro quepueda originarse de la instalacin de la proteccin catdica.Para el diseo del sistema de proteccin catdica se realizarn las siguientesmediciones de potencial:a. Potencial Natural: se tomar el potencial de la estructura sin aplicacin de

    corriente. Para ello se deben desconectar todos los sistemas de proteccincatdica que puedan estar ocasionado alguna influencia sobre la estructurabajo estudio y esperar un tiempo prudencial para que se produzca ladespolarizacin de la estructura.

    b. Nivel Mnimo de Proteccin: utilizando el sistema de proteccin catdicatemporal, se drenar suficiente corriente a fin de lograr la proteccin de todala estructura, alcanzando los niveles mnimos aceptables aplicables paralos criterios que sean utilizados.

    c. Nivel Mximo de Proteccin: una vez que se hayan determinado los nivelesmnimos de corriente de proteccin, la salida de corriente del sistema deproteccin catdica temporal se incrementar hasta que se alcancen losniveles mximos de proteccin aceptables. En esta condicin se medir laatenuacin de la proteccin a travs de toda la estructura.

    6.2 Efectos de Interferencia ElctricaLas corrientes de interferencias (corrientes parsitas) asociadas con losproblemas de corrosin son, como su nombre lo indica, corrientes directas quefluyen en la tierra desde una fuente asociada con la lnea afectada. Para causarcorrosin en la tubera, la corriente directa debe fluir desde una fuente externahacia un rea de la tubera, viajar a travs de sta hacia otra rea y salir de latubera para volver a entrar al medio (resultando en corrosin), completando elcircuito al regresar a la fuente de poder original. Las corrientes de interferenciapueden ser estticas o dinmicas.Las fuentes tpicas de corrientes parsitas son:a. Sistemas de proteccin catdica por corriente impresa

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    b. Sistemas de transporte masivo operados por electricidad (trenes)d. Torres de alta tensine. Corrientes telricasEn ocasiones, las corrientes AC fluyen a la tierra de sistemas de distribucinelctrica, pudiendo convertirse en pequeos problemas de interferencia demenor grado.Los sistemas de proteccin catdica por corriente impresa pueden causarcorrientes de interferencia en tuberas adyacentes dependiendo de la ubicacindel lecho de nodos, localizacin exacta de la tubera y las caractersticasoperacionales del sistema.Cualquier accin que se tome para prevenir la entrada de corriente al electrolitodisminuir la posibilidad de que las corrientes parsitas afecten una estructuraenterrada o sumergida, razn por la cual, la presencia de corrientes parsitasdebe ser tomada en cuenta durante el diseo de los sistemas de proteccincatdica, as mismo, el diseo de instalaciones para proteccin catdica debeminimizar la interferencia con otras estructuras.En los puntos donde se presume puedan existir problemas de interferencia sedar revestimiento adecuado y/o aislamiento a fin de minimizar el flujo de estascorrientes.El diseo tambin debe considerar, cuando sea necesario, la instalacin depuentes adecuados, entre las estructuras enterradas y/o sumergidas, a fin deprevenir el efecto corrosivo de las corrientes parsitas.Se debern mantener registros o mapas actualizados para mostrar la localizacinde los sistemas de proteccin catdica propios y forneos, las tuberasprotegidas, las tuberas interconectadas, etc.; a fin de mantener un estricto controlsobre la proteccin catdica de las estructuras correspondientes.Se debern realizar pruebas y mediciones de potenciales en reas donde sepiense disear un sistema de proteccin catdica para verificar la posiblepresencia de corrientes de interferencia, para lo cual se podr usar cualquiera ouna combinacin de los mtodos de ensayo descritos en los puntos 6.2.1 al 6.2.4de la presente norma.Algunos de los mtodos utilizados para reducir o eliminar las interferencias porcorrientes parsitas desde instalaciones de proteccin catdica, incluyen:

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    6.2.1 InterconexionesCuando se tiene que una tubera est siendo afectada por otra que tieneproteccin catdica, el mtodo comnmente usado para corregir esta situacinconsiste en conectar una resistencia entre las dos tuberas. Esta resistencia enla interconexin debe estar ajustada para que drene slo la corriente suficientedesde la lnea afectada para eliminar la condicin de dao. Normalmente, estaoperacin es realizada en conjunto con el representante de la lnea afectada obajo su consentimiento, preferiblemente por escrito. El establecimiento exacto decuando ha sido eliminado el efecto de las corrientes de interferencia es crtico.Para determinarlo, la conexin se ajusta con el interruptor de corriente en elrectificador de la lnea que causa la interferencia con un voltmetro preparadopara medir el potencial de la lnea afectada con respecto al electrodo decobresulfato de cobre en el punto de cruce o en el punto de mayor exposicin.La resistencia de la conexin se hace de manera que el potencial de la lneaafectada con el rectificador ON sea la misma que la observada antes de lainstalacin de la conexin.El propsito principal de la interconexin es evitar la corriente de interferenciamediante el balance de los potenciales de referencia de las estructurasconectadas.

    6.2.2 RevestimientosAlgunas interferencias no pueden ser resueltas mediante la interconexin, tal esel caso de interferencia producto de cruces de tuberas poco revestidas odesnudas. Si se sabe relativamente la densidad de corriente que entra en latubera desnuda a travs del suelo, se localizar la zona en la cual se reduce elpotencial de la tubera que se quiere proteger, una solucin sera disminuir el flujode la densidad de corriente a la tubera desnuda en el rea de cruce. Esto puedeser logrado a travs de la aplicacin de revestimientos de calidad en el rea decruce en la tubera que causa la interferencia; obtenindose como resultado unareduccin del flujo de corriente desde el suelo hacia la lnea que produce lainterferencia.

    6.2.3 Uso de nodos GalvnicosOtra medida para corregir las interferencias implica el uso de nodos galvnicosconectados a la lnea afectada en el rea de interferencia producto de la lneafornea protegida catdicamente.Para muchas aplicaciones de este tipo, una lnea simple de nodos entre la lneaafectada y la causante de la interferencia, ser suficiente para mitigar los efectosdainos. Los nodos ms fuertes sern usados en los puntos de mayorexposicin en los cruces de tuberas y los ms dbiles en cualquier otra zona. Losnodos de magnesio son usados exitosamente porque tienen un campo degradiente de potencial andico mas alto que los de cinc. La longitud de la ristra

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    de nodos depende de la longitud del rea de potencial cado en la lnea afectada.Se deber instalar un punto de prueba para monitorear peridicamente la salidadel nodo y facilitar la medicin de potenciales.

    6.2.4 Uso de Escudos ElctricosEn lugares donde una lnea pasa cerca del rea de influencia de un lecho denodos circundante, es posible reducir la cantidad de corriente de interferenciaque la lnea recoge mediante el uso de escudos elctricos. Los escudos reducenla absorcin de corrientes de interferencia pero no las eliminan por completo. Sepuede esperar que la corriente de interferencia an fluya desde el rea deabsorcin hasta algn punto de descarga donde ocurrir la corrosin. Este flujode corriente necesita ser revertido y se puede hacer a travs de nodosgalvnicos o interconexiones, si el escudo ha reducido razonablemente laabsorcin de corrientes de interferencia.Para los escudos se utiliza tubera desnuda, de dimetros pequeos (una tuberade 1/4 pulgada podra ser satisfactorio en muchos casos), para mantener lademanda de corriente entre lo razonable. Previo a la instalacin de los escudosse debe realizar un estudio econmico, para determinar la factibilidad de sucolocacin o de reubicar el lecho de nodos.

    7 PROTECCIN CATDICA POR NODOS DE SACRIFICIO7.1 General

    Con este mtodo, prevalece la accin galvnica para proveer corriente deproteccin. La superficie de la estructura se hace catdica conectndola a unmetal menos noble (nodo) en un electrolito comn. Los elementos ms usadospara este fin son el magnesio, el aluminio y el cinc. Estos nodos comnmentese conocen como nodos de sacrificio porque la proteccin de la estructura vaacompaada del consumo simultneo de los nodos por corrosinelectroqumica.

    7.2 Aplicaciones de los nodos de SacrificioLos nodos de sacrificio se utilizan principalmente cuando se requieren corrientesrelativamente pequeas en sitios con muy baja resistividad elctrica. Los sistemas de proteccin catdica por nodos de sacrificio son utilizadosprincipalmente para:

    7.2.1 Proteger pequeas secciones de tubera con revestimiento en buenascondiciones o fondos de tanques, que requiera una cantidad moderada decorriente.

    7.2.2 Complementar localmente la falta de proteccin de una estructura ya protegidapor un sistema de corriente impresa.

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    7.2.3 Proteger temporalmente una estructura durante su construccin, hasta que seainstalado el sistema de proteccin catdica por corriente impresa.

    7.2.4 Corregir interferencias que puedan presentarse por corrientes parsitas de bajaintensidad producidas por un sistema de proteccin catdica por corrienteimpresa u otra fuente de corriente continua (este tipo de situacin se producegeneralmente en los cruces de tuberas).

    7.2.5 Controlar corrientes de interferencia en reas congestionadas y en reasurbanas.

    7.2.6 Proteger estructuras donde no se disponga de ninguna fuente de energaelctrica.

    7.2.7 Aunque no represente una aplicacin de proteccin catdica, los nodos desacrificio pueden ser utilizados como tomas de tierra en estaciones para eliminarpuntos de tensin AC sobre los equipos.

    7.3 Material de los nodosLos nodos de sacrificio se fabrican principalmente de magnesio, aluminio y cinc.Las principales caractersticas de estos nodos se presentan en la Tabla 7.

    TABLA 7. CARACTERSTICAS DE LOS NODOS DE SACRIFICIO

    Aleacin MedioConsumo

    (kg/Aao)(1)

    CapacidadTerica(Ah/kg)

    (2)

    Eficiencia(%)(3)

    CapacidadPrctica(Ah/kg)

    (4)Magnesio

    0.51.3% Mn Suelo/Agua dulce 3,98 2.200 50 1.10057% Al / 24% Zn Suelo/Agua dulce

    Cinc0.30.5% Al / 0.0250.1 % Cd Agua de mar 10,69 820 9095 (5) 740780

    Aluminio (6)0.350.5% Zn Agua de mar

    68% Zn/0.1.02% Sn Fango de mar 2,94 2.980 8595 2.5402.83025%Zn/0.020.05%In/0.51% Mg Fango de mar

    (1) El consumo fue calculado a partir de la siguiente expresin:W M * t * ln * F * 1000

    donde:

    W : Consumo (kg/A*ao)M : Peso atmico del material andico (gr)

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    t : Tiempo (3.1536x107 s/ao)l : Flujo de corriente promedio (A) en el tiempo t.n : Nmero de electrones transferidos por tomo de material andico (Estado

    de oxidacin o Valencia).F : Constante de Faraday (96490 coulombios/equiv.gr.material andico).

    (2) La capacidad terica fue calculada a partir de la siguiente expresin:

    Ct 8760W

    donde:

    Ct : Capacidad Terica de drenaje de corriente del material andico (A*h/kg).W : Consumo (kg/A*ao)

    (3) WAGNER, John: Cathodic Protection Design I. NACE International. Abril,1993.PEABODY, A.W. : Control of Pipeline Corrosion. NACE. Houston, 1967.

    (4) La capacidad prctica fue calculada a partir de la siguiente expresin:Cp Ct * Eficiencia

    donde:

    Cp: Capacidad Prctica (A*h/kg)Ct: Capacidad Terica (A*h/kg)

    (5) La eficiencia del cinc es razonablemente constante para salidas de corrientebajas a muy altas, en trminos de mA/pie2 de superficie del nodo. Estoaplica cuando se emplean nodos de cinc de alto grado de pureza. Unaeficiencia de 90% es conservadora.

    (6) A regulaciones ambientales, los nodos de aluminio no deben contenermercurio (Hg).

    Los nodos de magnesio pueden utilizarse econmicamente en medios de msalta resistividad (mayor de 3.000 ohmcm), en comparacin con los nodos decinc de aluminio. No deben utilizarse en aguas salobres a temperaturas mayoresde 30C o en aguas frescas a temperaturas mayores de 45C, dado que laautocorrosin de los nodos se acenta a altas temperaturas, disminuyendo assu eficiencia.Para aplicar proteccin catdica con nodos de magnesio, stos deben tener unaalta pureza.

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    Los nodos de cinc no son una alternativa econmica en medios de resistividadmayor de 1.500 ohmcm. Su principal uso se circunscribe al agua de mar, ocuando la corriente requerida es baja, pero constante y se desea un largo tiempode servicio. El cinc puede utilizarse en aguas de altas temperaturas (30 60 C),en las cuales las aleaciones de magnesio se corroen rpidamente. Sin embargo,no deben emplearse nodos de cinc a temperaturas superiores a 60en algunos tipos de aguas, a 70 C aproximadamente, su polaridad cambia denegativa a positiva con respecto al acero, promoviendo el ataque del mismo enlugar de protegerlo. Tampoco se recomienda en los ambientes donde haypresencia de carbonatos o bicarbonatos.Los nodos de aleacin de aluminio no se recomiendan para otro servicio que nosea agua de mar o aguas salobres, preferiblemente si la aleacin est activadacon indio. Las aleaciones de aluminio no se emplean en suelos por cuanto serecubren de una capa de xido de aluminio que las inactiva, es decir, las pasiva;por el contrario, al ser sometidas a la accin de agua de mar, o de aguas consuficiente contenido de cloruros (mayor de 3.000 ppm), stos rompen la capapasiva activando nuevamente la aleacin. Es por ello que el aluminio slo puedeser empleado cuando el contenido de cloruros es suficientemente alto como paradespasivar la superficie del nodo y permitir el drenaje de corriente.En instalaciones subterrneas, para asegurar su buen funcionamiento, losnodos de magnesio y cinc se emplean con una mezcla de relleno preparado quelos cubre completamente. Este relleno, por su baja resistividad (50 ohmcm) y porla solubilidad de sus componentes, tiene un efecto de acondicionamiento sobrela resistividad del suelo adyacente, y como resultado se obtiene una resistividadms baja sobre varios metros alrededor del nodo. As mismo, el relleno aumentala superficie efectiva del nodo, reduciendo la resistencia entre el nodo y elsuelo.La mezcla comnmente utilizada como relleno para los nodos de magnesio ycinc es la siguiente:

    75% yeso hidratado (CaSO4.2H2O)20% arcilla de bentonita5% sulfato de sodio (Na2SO4)

    Los nodos galvnicos sern instalados en grupos en puntos distribuidos a lolargo de la tubera a fin de suministrar una proteccin total y para facilitar lainspeccin y el mantenimiento.Los suelos con la mejor combinacin de baja resistividad elctrica, altaconcentracin qumica y mximo contenido de humedad, sern seleccionadospara la ubicacin del nodo galvnico. La distancia hasta la estructura enterradadeber estar entre 1,0 m y 6,0 m, dependiendo de la resistividad del medio.

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    En sistemas mixtos (nodos galvnicos/corriente impresa), la ubicacin de losnodos depender del perfil de potenciales de la estructura.La seleccin de los nodos galvnicos estar restringida a los de magnesio o decinc de alta pureza que se consigan en el mercado.Los nodos de cinc se utilizarn solo en medios electrolitos de baja resistenciay donde las bajas salidas de corriente y los bajos potenciales de solucinresultantes sean tolerables.El tamao del nodo, forma, peso, pureza y relleno depender de losrequerimientos para cada instalacin en particular, de acuerdo a los materialesespecificados en esta norma.

    8 PROTECCIN CATDICA POR CORRIENTE IMPRESA8.1 General

    Con este mtodo, la estructura a proteger forma parte de un circuito elctrico, conuna fuente de corriente directa y un lecho de nodos.El lecho de nodos puede estar formado por grafito, hierro/silicio/cromo, chatarra,titanio platinizado, magnetita, MMO (Oxidos de Metal Mezclado), etc., cuyo costodepender de la rata de consumo en el tiempo, factor determinante en el costodel proyecto.Los sistemas de proteccin catdica por corriente impresa se utilizan cuando serequieren grandes cantidades de corriente para la proteccin de la estructura.

    8.2 Fuentes de CorrienteLas fuentes de corriente externa utilizadas en los sistemas de proteccin catdicaincluyen: rectificadores/transformadores AC/DC, motores generadores,generadores termoelctricos, generadores de viento y generadores solares, delos cuales, los rectificadores/transformadores son los utilizados con mayorfrecuencia.En cuanto a los rectificadores se prefieren aquellas unidades estandarizadas quecumplan con las regulaciones elctricas aplicables al rea donde sean instalados.La seleccin del tipo se har de acuerdo a lo siguiente:a. Para requerimientos normales se usarn unidades monofsicas enfriadas

    con aire.b. Las unidades sumergidas en aceite sern utilizadas en reas donde se

    presenten condiciones de alto grado de humedad, ambiente marino, altatemperatura ambiental, vapores corrosivos dainos, condiciones de polvoexcesivo, vapores explosivos peligrosos o condiciones similares.

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    c. Las unidades trifsicas sern usadas siempre que se disponga desuministro elctrico trifsico.

    d. Unidades montadas en bases sern utilizadas en aquellos casos en que laapariencia y/o el peso son los factores determinantes. Las fundaciones paraestas unidades las disear la seccin de Ingeniera Civil.

    e. Se utilizarn rectificadores de silicio de onda completa, los cuales sernprotegidos con limitadores de sobretensin (varactor) y pararrayosdiseados especficamente para este uso.

    Los rectificadores y/o dems fuentes de poder debern instalarse enlocalizaciones accesibles, que faciliten su posterior mantenimiento. La ubicacinestar determinada por los siguientes factores:

    a. Cercana a una fuente de energa elctrica econmica

    b. Fuente de energa de corriente continua adyacente al lecho de nodos

    c. rea no clasificadad. Resguardo y ventilacin adecuada

    e. Vas de acceso cercanas

    f. Suelo de baja resistencia, bien humectadoLa capacidad mxima de salida de la fuente de poder deber ser 50% (tierra) y20% (agua) mayor que la capacidad calculada en el diseo.Los rectificadores de proteccin catdica debern espaciarse a intervalos a lolargo de la tubera. La separacin estar determinada por los siguientes factores:

    a. Capacidad del rectificador y el lecho de nodos

    b. Efecto de corrientes de interferencia (parsitas)c. Potenciales permitidos en revestimientos (ver Tabla 1)d. Cualidades dielctricas y de aislamiento de los revestimientos de proteccin

    e. Costos

    f. Condiciones del electrolito

    Los rectificadores para proteccin catdica debern cumplir con la especificacinTcnica de Materiales PDVSA EM2807/05 Transformador/rectificador deProteccin Catdica.

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    8.3 Material de los nodosPara los sistemas de proteccin catdica por corriente impresa se usarn nodosinertes (pasivos), tales como hierrosiliciocromo, hierro fundido, grafito, titanio,MMO y otros metales recubiertos. Dichos nodos estarn rodeados de carbnsuave compactado o coque desmenuzado, cuando sea posible, a fin de aumentarel tamao efectivo del nodo. En la Tabla 8 se muestran las principalespropiedades de los nodos de corriente impresa.

    TABLA 8. PROPIEDADES DE LOS NODOS DE CORRIENTE IMPRESA

    nodos de Corriente ImpresPropiedad FeSiCr Grafito Niobioplatinizado Lida

    Chatarra deacero

    MMO

    Consumo aproximado(kg/A.ao)Agua de mar 1.0 N 8.63x106 0.0005 9.1Suelo 1.0 0.20 1x106 0.0071 9.1 1x106

    Fondo del Lago 1.3 N 9.1Densidad de corrienteMxima recomendada(mA/cm2)Agua de mar 0.5 N 40 60 LAgua dulce 0.5 N 40 11 LSuelo 1.0 0.15 0.15 10 0.5Voltaje mximo permitido(voltios)Agua de mar N/L N 60 N/L LAgua dulce N/L N N/L N/L LSuelo N/L N/L N/L N/L LFactor de utilizacinRecomendado (F utilizacin)

    0.85 0.85 0.90 0.90 0.75

    N : No recomendadoL : Si est colgado en agua, no hay lmite.N/L : Sin lmiteFUENTE : Manual de Ingeniera de Diseo de Sistemas de Proteccin Catdica.

    Lagoven. Marzo, 1997.

    Los nodos de hierrosiliciocromo son usados comnmente para lechossuperficiales, sin embargo tambin pueden ser utilizados para lechos profundos.

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    El relleno de coque utilizado para la construccin del lecho de nodos debertener una resistividad no mayor de 25 ohmcm a presin atmosfrica, as mismo,deber cumplir con la norma PDVSA EM2807/03 Coque Metalrgico para usoen Lechos de nodos para Sistemas de Proteccin Catdica por CorrienteImpresa. Por otro lado, debe poseer una granulometra de 90% finos menor de1 mm, bajo contenido de S < 2 ppm en peso, para FeSiCr. Para el MMO, elcoque debe ser de muy baja resistividad elctica < 2 ohmcm.La colocacin de los nodos en el lecho ser diseada de forma tal que permitauna descarga uniforme de corriente.Los nodos en los lechos superficiales normalmente se colocarn en posicinvertical a menos que se presenten rocas o alguna otra obstruccin. En tal casopodrn ser instalados en posicin horizontal de manera de aprovechar lascondiciones del suelo.Los nodos de Titanio y MMO se instalarn de forma directa a la estructura desoporte o como lechos flotantes, para el caso de estructuras sumergidas.Para la ubicacin del lecho de nodos se deben tomar en cuenta los siguientesfactores:a. Facilidades de corriente: los lechos de nodos estarn ubicados de tal

    modo de utilizar al mximo la corriente de proteccin con un flujo mnimo decorriente de interferencia.

    b. Accesibilidad: el diseo debe procurar minimizar los problemas deobtencin de derecho de paso a la vez que se suministre accesibilidad parala instalacin, la inspeccin y el mantenimiento.

    c. Suelo: se preferir para la ubicacin de los lechos de nodos los suelos quecontengan la mejor combinacin de baja resistividad elctrica, altaconcentracin qumica y mximo contenido de humedad.

    d. Potencial estructuraelectrolito: el lecho de nodos estar localizado deforma que el potencial entre la superficie recubierta y el electrolito no excedalos valores reportados en la Tabla 9.

    TABLA 9. POTENCIAL MXIMO ENTRE LA SUPERFICIE RECUBIERTA Y ELELECTROLITO, MEDIDO RESPECTO AL ELECTRODO DE Cu/CuSO4

    Condicin Potencial Mximo (VSuelo de alta resistencia, revestimiento de altaadherencia

    3,0

    Suelo de alta resistencia, revestimiento de bajaadherencia

    2,5

    Suelo de baja resistencia 2,0Agua de mar 1,3

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    La seleccin del tipo de lecho de nodos a utilizar (horizontal, vertical, profundo),depender de ciertas variables, tales como: precipitacin anual, condiciones delsuelo, problemas de interferencia y costos del derecho de paso e inversin inicial.Los lechos de nodos de corriente impresa remotos (sencillos o distribuidos)debern utilizarse de acuerdo con los requerimientos mnimos de diseo y lasconsideraciones econmicas a que haya lugar.Las distancias recomendadas del lecho de nodos de corriente impresa a latubera ser definida de acuerdo con lo indicado en la Tabla 10.

    TABLA 10. DISTANCIA MNIMA DEL LECHO DE NODOS A LA TUBERACapacidad de corriente

    del lecho (A)

    Distancia mnima de lasestructuras enterradas

    (m)30 50

    50100 80100150 150

    FUENTE: Manual de Ingeniera de Diseo de Sistemas de ProteccinCatdica de Tuberas Enterradas. Lagoven. Marzo, 1997.

    La separacin entre nodos de un lecho deber ser como mnimo 7,5 m; mientraslos lechos de nodos de corriente impresa adyacentes debern estar separadosentre s una distancia mnima de 50 m. Si la capacidad de salida de corriente decualquiera de ellos es mayor que 50 A, la distancia mnima ser de 80 m.La resistencia del lecho de nodos puede ser disminuida aumentando el nmerode nodos, longitud del nodo, dimetro, profundidad o separacin ydisminuyendo la resistencia del suelo adyacente a los nodos.Puede incrementarse el alcance de la proteccin al aumentar la distancia entreel lecho y la estructura protegida, as como tambin, mejorando el revestimientode la estructura enterrada o sumergida adyacente al lecho de nodos.La salida de corriente estable del lecho puede asegurarse tomando previsionespara el reabastecimiento futuro de agua, si fuera necesario mantener la humedad.

    9 CLCULOS DE DISEO9.1 nodos Galvnicos

    La corriente de salida, drenada por el nodo, as como la determinacin delnmero de nodos requeridos, su tasa de consumo y el tiempo de servicio sonfundamentales a la hora de disear un sistema de proteccin catdica.

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    Para realizar los clculos de diseo se requiere de ciertos datos tcnicos, a saber:

    a. rea a proteger (m2, ft2)b. Revestimiento aplicado, en caso de estructuras nuevas

    c. Resistividad del Medio (ohmcm)d. Temperatura promedio (C)e. Condicin del revestimiento (% rea desnuda o con daos). Ver Tabla 5.f. Vida til de la estructura (activo)g. Tipo de nodo, dimensionesh. Eficiencia del nodo (%)i. Factor de utilizacin del nodo (%)j. Densidad de corriente (mA/m2)

    N PrequeridoPcomercial

    donde:

    N : Nmero de nodos

    Prequerido : Peso total de material andico requerido (kg)Pcomercial : Peso del nodo comercial (kg)

    Prequerido 8.76 * Ap * i * n

    Enodo * Ct * Futilizacin

    donde:

    Prequerido : Peso total de material andico requerido (kg)Ap : rea a proteger (m2)i : Densidad de corriente (mA/m2)n : Vida til del sistema de proteccin catdica (nmero de aos)Enodo : Eficiencia del nodo (%)Ct : Capacidad terica del nodo (A.h/kg)Futilizacin : Factor de utilizacin (Futilizacin = 0.85)

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    El factor de utilizacin (Futilizacin) est determinado por la cantidad de materialandico consumido (85%) cuando el material andico remanente no puedeproporcionar la corriente requerida. En otras palabras, cuando el nodo se haconsumido el 85%, requerir reemplazo pues no hay suficiente material andicoremanente para mantener un porcentaje razonable de su capacidad de corrienteoriginal.Para verificar la mxima salida de corriente por nodo, se debe calcular laresistencia elctrica del nodo en el medio.

    9.1.1 Resistencia de un nodo Vertical en SueloPara nodos cilndricos, la resistencia puede ser calculada segn:

    Rvert 0.1592

    L2.3 log 8Ld 1 (Ec.deDwight)

    Fuente: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:21.

    donde:

    Rvert : Resistencia de un nodo vertical (ohm) : Resistividad del medio (ohmcm)L : Longitud del nodo (cm)d : Dimetro del nodo (cm)

    Para otras formas o configuraciones de nodos, el radio efectivo puede calcularsea partir de la siguiente expresin:

    r Atransversal nodo

    FUENTE: Curso de Proteccin Catdica. Nivel Avanzado. A. Alvarez y J.Goldin. Junio 1984.

    donde:

    Atransversalnodo

    : rea transversal del nodo (cm2). Se calcula segn laforma geomtrica del nodo en cuestin.

    r : Radio efectivo del nodo (cm)Igualmente, puede utilizarse la ecuacin de McCoy para calcular la resistencia deun nodo no cilndrico:

    Ranodo no cilndrico 0.315

    Aexpuesta nodo(Ec.de McCoy)

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    FUENTE: Corrosion 86 Forum. Paper Number 286. R. Mollan & T.Andersen. Houston, 1986. P. 8. Curso de Proteccin Catdica.Nivel Avanzado. A. Alvarez y J. Goldin. Junio 1984.

    donde:Ranodo nocilndrico

    : Resistencia de un nodo no cilndrico (ohm)

    : Resistividad del medio (ohm*cm)A expuestanodo

    : rea de superficie expuesta del nodo (cm2)

    9.1.2 Resistencia de un nodo Horizontal en Suelo

    Rhor 0.1592

    L2.3 log 4Ld 2.3 log Lh 2 2hL (Ec.de Dwight)

    FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:20.

    donde:

    Rhor : Resistencia de un nodo horizontal (ohm) : Resistividad del medio (ohm*cm)L : Longitud del nodo (cm)d : Dimetro del nodo (cm)h : Prof. medida desde la superficie hasta el centro del nodo (cm)

    9.1.3 Resistencia de un nodo Colgado en Agua

    Rcolgado 0.1592

    L2.3 log 8Ld 1 (Ec.de Dwight)

    FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:21.

    donde:

    Rcolgado : Resistencia de un nodo colgado en agua (ohm) : Resistividad del medio (ohm*cm)L : Longitud del nodo (cm)d : Dimetro del nodo (cm)

    9.1.4 Resistencia de un nodo tipo Brazalete en Agua

    Rbrazalete 0.315

    Aexpuesta nodo(Ec.de McCoy)

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    FUENTE: Corrosion 86 Forum. Paper No. 286. R. Mollan & T. Andersen.Houston, 1986. P. 8.

    donde:

    Rbrazalete : Resistencia de un nodo tipo brazalete (ohm) : Resistividad del agua (ohm*cm)A expuestanodo

    : rea de superficie expuesta del nodo (cm2)

    9.1.5 Factor de Espaciamiento (FN)Cuando los nodos se colocan muy prximos uno de otro, se ofrecen interferenciaentre s, siendo la resistencia del grupo de nodos mayor que la de un solo nodo.

    Fn 1

    SRnodoln (0.66N)

    donde:

    Fn : Factor de espaciamiento (>1) : Resistividad del medio (ohm*cm)S : Distancia entre nodos (cm)R nodo : Resistencia de un nodo (ohm)N : Nmero de nodos

    Luego, la resistencia del grupo o lecho de nodos se determina por:

    Rlecho de nodo FnRnodo

    Ndonde:

    R lecho deanodos

    : Resistencia de un lecho de nodos (ohm)

    Fn : Factor de espaciamiento ( > 1 )R anodo : Resistencia de un nodo (ohm)N : Nmero de nodos

    A la resistencia total del sistema, debe agregarse la del cable empleado en lasconexiones de los nodos.La salida de corriente por nodo es funcin del voltaje y la resistencianodo/suelo. Se determina por la Ley de Ohm:

    lnodo V

    Rnodo

    Enodo Ectodo polarizadoRnodo

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    FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.6:33.

    donde:

    l nodo : Corriente de salida del nodo (AR nodo : Resistencia de un nodo (ohm)V : Diferencia esperada de potencial nodoestructura (V)E nodo : Potencial del nodo (V)E ctodopolarizado

    : Potencial del ctodo polarizado (V). (0.85 V para el acero, o un valor ms negativo)

    El voltaje es la diferencia entre el potencial del nodo, o fuerza electromotriz, yel potencial del ctodo. A medida que pasa la corriente desde el nodo al ctodo,ocurre un cambio de potencial en ambos (polarizacin), y su diferencia depotencial se hace cada vez ms pequea hasta que se alcanza un valor deequilibrio, donde la cantidad de corriente que fluye es exactamente la requeridapara mantener una diferencia de potencial constante (corriente de polarizacin).El valor utilizado para lanodo debe derivarse de la Ley de Ohm. Un error comnconsiste en utilizar los requerimientos de densidad de corriente mnima,suministrados por los estndares o cdigos existentes, y dividir su valor por elnmero de nodos para estimar la corriente individual del nodo. Se deberecordar que las densidades de corriente dadas en los estndares son mnimas,y en la generalidad de los casos, al disear nodos galvnicos por esta tcnica,stos producen ms corriente bajo la mayora de las condiciones operacionales.Durante el diseo, el especialista utilizar factores de seguridad que le permitangarantizar que el sistema cumplir con el objetivo planteado.Si lanodo no es suficiente para producir el potencial de polarizacin deseado(potencial a circuito cerrado entre el ctodo y el electrodo de referencia), entoncesse deber aumentar el nmero de nodos.

    9.1.6 Vida til del nodo

    Y M * Cprctica * Futilizacin

    8760 * lnodo

    FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.6:33.

    donde:

    Y : Vida til o tiempo de servicio estimado del nodo (aos)M : Peso del nodo (kg)

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    C prctica : Capacidad prctica del nodo (A.h/kg) (Ver Tabla 7)l nodo : Corriente de salida del nodo (AF utilizacin : Factor de utilizacin (Futilizacin = 0.85)

    9.2 Corriente ImpresaPara realizar los clculos de diseo de un sistema de proteccin catdica porcorriente impresa se requiere de ciertos datos tcnicos, a saber:a. rea a proteger (m2)b. Porcentaje de deterioro del revestimiento (% de daos) (Ver Tabla 6).c. Densidad de corriente (mA/m2)d. Vida til del sistema de proteccin catdica (nmero de aos)Las ecuaciones siguientes pueden utilizarse para estimar la resistencia de unlecho de nodos convencionales profundo o superficial, constituido por nodosverticales u horizontales en una lnea central comn.

    9.2.1 Resistencia de un Lecho de nodos Vertical (Rlecho vertical):R lecho vertical Rnodo Rcabezal de cables Rcama vertical

    donde:

    R nodo : Resistencia nodo verticalelectrolito (ohm)R cabezal decables

    : Resistencia del cabezal de cables (ohm)

    R cama vertical : Resistencia de la cama de nodos vertical (ohm)

    Rnodo 0.00521

    L2.3 log 8Ld 1 (Ec.de Dwignt)

    FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:20.

    donde:

    R nodo : Resistencia nodo verticalelectrolito (ohm) : Resistividad del medio, medida a una profundidad correspondiente al

    centro de la columna de nodo ms backfill (ohmcm)L : Longitud del nodo ms el backfill (piesd : Dimetro del nodo ms backfill (pies)

    La resistencia nodo/medio de un grupo de nodos verticales, en paralelo, yespaciados equidistantemente entre s, en lnea recta, es:

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    RN 1N Rnodo

    FIS

    FUENTE: Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition.Marshall Parker & Edward Peattie. Gulf Publishing Company.Houston, 1995. P. 62.

    donde:

    RN : Resistencia del lecho de nodos (ohm)R nodo : Resistencia nodo vertical (ohm)N : Nmero de nodos : Resistividad del medio, medida a una profundidad correspondiente al

    centro de la columna de nodo ms backfill (ohmcm)S : Espaciamiento de los nodos (cmFi : Factor de interferencia entre nodos adyacentes. Se obtiene a partir

    de la Tabla 11.

    TABLA 11. FACTORES DE INTERFERENCIA (Fi)N (No. de nodos Fi

    2 0.002613 0.002904 0.002835 0.002686 0.002527 0.002388 0.002249 0.00212

    10 0.0020111 0.0019212 0.0018313 0.0017514 0.0016815 0.0016116 0.0015517 0.0015018 0.0014519 0.0014020 0.00136

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    N (No. de nodos Fi21 0.0013222 0.0012823 0.0012424 0.0012125 0.0011826 0.0011527 0.0011228 0.0010929 0.0010730 0.00104

    FUENTE: Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. MarshallParker & Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 62.

    Rcabezal de cables N 1) * S * Rcable principal N * Lcable nodo * Rcable nodo

    R : Resistencia del cabezal de cables (ohm)N : Nmero de nodosS : Espaciamiento de los nodos (cm[ (N 1) * S] : Longitud del cable principal (m)R cable principal : Resistencia del cable principal (ohm/m) (Ver Tabla 12)L cable nodo : Longitud del cable del nodo (m)R cable nodo : Resistencia del cable del nodo (ohm/m) (Ver Tabla 12)

    Se define cabezal de cables como la longitud de cable principal al cual seconectan los nodos individuales. Comprende, asimismo, la longitud de loscables de los nodos.La resistencia del cabezal de cables es cero en aquellos diseos en los cualeslos nodos se interconecten individualmente a la caja de distribucin de positivos.

    Rcama vertical 0.00521

    N * L2.3 log 8Ld 1 2LS 2.3 log (0.656N) (Ec.de Sunde)

    FUENTE: Cathodic Protection Design 1. John Wagner. NACE, 1992. P.5:20.

    donde:R cama vertical : Resistencia de la cama de nodos vertical (ohm) : Resistividad del medio (ohmcm)

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    N : Nmero de nodosS : Espaciamiento entre nodos (pies)L : Longitud de un nodo (pies)d : Dimetro de un nodo (incluye el relleno o backfill), (pies)

    Rtotal cables Lcable positivo * Rcable positivo Lcable negativo * Rcable negativo

    donde:

    R total cables : Resistencia total de los cables (ohm)L cable positivo : Longitud del cable positivo (m). Se define cable positivo como

    la longitud de cable que se extiende desde el nodo No. 1 (onodo ms prximo al transformador/rectificador) hasta elpositivo del transformador/rectificador.

    L cable negativo : Longitud del cable negativo (m). Se define cable negativocomo la longitud de cable que se extiende desde la estructuraprotegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

    R cable positivo : Resistencia del cable positivo (ohm/m) (Ver Tabla 12).R cable negativo : Resistencia del cable negativo (ohm/m) (Ver Tabla 12).

    Esta ecuacin se aplica cuando los nodos se interconectan a un cabezal decables que luego se extiende hacia el positivo del transformador/rectificador.En aquellos diseos en los que los cables se interconectan individualmente a unacaja de distribucin de positivos, la resistencia total de los cables se calcula apartir de la siguiente expresin:

    Rtotal cables Rtotal cables positivos Rtotal cables negativos

    Rtotal cable negativo Lcable negativo * Rcable negativo

    1Rtotal cable negativo

    1R1 1R2

    1R3 .. 1RN

    RN LN * Rcable positivo

    donde:

    R total cables : Resistencia total de los cables positivos y negativo (ohm). (Noincluye la resistencia del cabezal de cables, por cuanto sta secalcula segn ecuacin presentada con anterioridad).

    R total cablespositivos

    : Resistencia de los cables positivos (ohm). Se define cablepositivo como la longitud de cable que se extiende desde cadanodo hasta la caja de distribucin de positivos.

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    R total cablesnegativos

    : Resistencia del cable negativo (ohm). Se define cable negativocomo la longitud de cable que se extiende desde la estructuraprotegida hasta el negativo del transformador/rectificador.

    L cable negativo : Longitud del cable negativo (m)R cable negativo : Resistencia del cable negativo (ohm/m) (Ver Tabla 12).R1, R2, RN : Resistencia del cable conectado al nodo 1, nodo 2, nodo 3

    hasta el nodo N respectivamente (ohm)LN : Longitud del cable conectado al nodo N (m). Tambin se

    conoce como longitud del cable positivo asociado al nodo N.R cable positivo : Resistencia del cable positivo (ohm/m) (Ver Tabla 12).N : Nmero de nodos

    En el diseo de sistemas de proteccin catdica, es prctica comn utilizar cablesde cobre aislados con polietileno, recubiertos con PVC (policloruro de vinilo),cuyas dimensiones dependen de la capacidad de corriente requerida. La Tabla12 presenta los tamaos (calibres) de cables necesarios para diversas cargas decorriente, as como las resistencias correspondientes.

    TABLA 12. PROPIEDADES DE LOS CONDUCTORES DE COBRE(CABLEADO CLASE B, COBRE BLANDO)

    CalibreAWG

    Resistencia x 103(ohm/m)

    Capacidad deCorriente (A)

    18 21.4 516 13.4 1014 8.45 1512 5.32 2010 3.342 308 2.102 406 1.322 554 0.8315 702 0.5230 951 0.4147 110

    1/0 0.3288 1252/0 0.2608 1453/0 0.2069 1654/0 0.1640 195

    FUENTE: Accesorios Venezolanos, C.A. (ACCEVENCA)

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    Restructura PproteccinIrequerida

    donde:

    R estructura : Resistencia de la estructura (ohm)P proteccin : Potencial de proteccin (V)I requerida : Corriente requerida (A)

    Rcircuito Rlecho vertical Restructura Rtotal cables

    donde:

    R circuito : Resistencia del circuito (ohm)R lecho vertical : Resistencia del lecho vertical (ohm)R estructura : Resistencia de la estructura (ohm)R total cables : Resistencia total de los cables (ohm)

    Irequerida Ap * i1000

    donde:

    I requerida : Corriente requerida (A)Ap : rea a proteger (m2)i : Densidad de corriente (mA/m2)

    El voltaje de salida del transformador/rectificador ser:

    Vsistema Rcircuito * Irequerida 2, para definir transformadorrectificador

    FUENTE: Pipeline Corrosion and Cathodic Protection. Third Edition. MarshallParker & Edward Peattie. Gulf Publishing Company. Houston, 1995. P. 64.donde:

    V sistema : Voltaje del sistema (V)R circuito : Resistencia del circuito (ohm)I requrida : Corriente requerida (A)

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    Para establecer la salida del rectificador, se emplea la Ley de Ohm. Se adicionandos (02) voltios al voltaje del sistema debido a que si pusiramos en contacto latubera de acero enterrada con los nodos de hierro/silicio en su relleno de coquemetalrgico, se formara una pila de aproximadamente dos (02) voltios pordiferencia galvnica, en la cual los nodos seran el ctodo de la pila, y la tubera,el nodo correspondiente. Si deseamos drenar corriente en sentido contrario,debemos aadir al voltaje calculado estos dos voltios, necesarios para vencer lapila anterior.

    A continuacin se presenta un esquema de un lecho de nodos vertical.Fig 2. RESISTENCIA DE UN LECHO DE NODOS VERTICAL

    Estructura

    S

    En el caso de una fila de nodos verticales paralelos, espaciadosequidistantemente, la resistencia total mxima del circuito ser de 2 ohm. Slo encasos excepcionales, se aceptar una resistencia mxima de 3 ohm. Elespecialista deber definir el estrato con ms baja resistividad a travs delMtodo de Capas de Barnes, lo cual permitir la ubicacin de los nodos a laprofundidad ptima.

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    9.2.2 Resistencia de un Lecho de nodos Horizontal (Rlecho horizontal)Rlecho horizontal Rcabezal de cables Rcama horizontal

    donde:

    R lecho horizontal : Resistencia del lecho de nodos horizontal (ohmR cabezal de cables : Resistencia del cabezal de cables (ohm)R cama horizontal : Resistencia de la cama de nodos horizontal (ohm)

    Rcabezal de cables (N 1) * S * Rcable principal N * Lcable nodo * Rcable nodo

    donde:

    R cabezal de cables : Resistencia del cabezal de cables (ohm)N : Nmero de nodosS : Espaciamiento entre nodos (m)[(N1) *S] : Longitud del cable principal (m)R cable principal : Resistencia del cable principal (ohm/m). Ver Tabla 11L cable nodo : Longitud del cable del nodo (m)R cable nodo : Resistencia del cable del nodo (ohm/m). Ver Tabla 11

    Se define cabezal de cables como la longitud de cable principal al cual seconectan los nodos individuales. Comprende, asimismo, la longitud de loscables de los nodos. La resistencia del cabezal de cables es cero en aquellosdiseos en los cuales los nodos se interconecten individualmente a la caja dedistribucin de positivos.

    Rcama horizontal 0.1592

    LL2.3 log 4LLD 2.3log LLh 2 2hLL (Ec.de Dwignt)

    donde:

    R cama horizontal : Resistencia de la cama horizontal (ohm) : Resistividad del medio (ohm * cm)h : Profundidad desde la superficie hasta el centro del

    lecho(cm)D : Dimetro del lecho (incluye el relleno o backfill) (cm)LL : Longitud del lecho (cm). La longitud del lecho (LL) se

    calcula haciendo uso de la siguiente expresin:

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    LL = N(L + S)donde:

    N : Nmero de nodosL : Longitud de un nodo (cm)S : Espaciamiento entre nodos (cm)

    Rtotal cables Lcable positivo * Rcable positivo Lcabl