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1 941 DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA ALUMNA: SANDRA GARCIA CASTILLO MATRICULA: TE060676 CARRERA: INGENIERIA MECATRONICA. EMPRESA: PEMEX (ZONA INDUSTRIAL COMALCALCO TAB.) PERIODO: 24 DE EMERO AL 24 DE JUNIO DEL 2011. ASESOR INTERNO: ASESOR EXTERNO: __________________________ ____________________________ ING. ALEJANDRO PEREGRINO M. ING. RAFAEL ALEGRIA GARCIA. COMALCALCO, TABASCO. A 4 DE JULIO DEL 2011

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941 DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCION CATODICA

ALUMNA: SANDRA GARCIA CASTILLO

MATRICULA: TE060676

CARRERA: INGENIERIA MECATRONICA.

EMPRESA: PEMEX (ZONA INDUSTRIAL COMALCALCO TAB.)

PERIODO: 24 DE EMERO AL 24 DE JUNIO DEL 2011.

ASESOR INTERNO: ASESOR EXTERNO:

__________________________ ____________________________ ING. ALEJANDRO PEREGRINO M. ING. RAFAEL ALEGRIA GARCIA.

COMALCALCO, TABASCO. A 4 DE JULIO DEL 2011

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INDICE

Capitulo 1: Generalidades.

1.1. Introducción………………………………………………………………………..……..5

1.2. Justificación………………………………………………………………………..…..…7

1.3. Objetivos…………………………………………………………………………….……8

1.4. Problemática………………………….……………………………………………..……9

1.5. Alcances y limitaciones……..…………………………………………………………10

1.6. Descripción de la empresa……………………………………………………….……16

1.7. Cronograma de actividades…………………………………………………………...18

Capitulo 2: Estado del arte de los sistemas de protección catódica

2.1. Antecedentes de los sistemas de protección………………………………………….19

2.2. Corrosion………………………………………………………………………………..…19

2.3. Clases de corrosión……………………………………………………………………....20

2.3.1. Corrosión química……………………………………………………………………....20

2.3.2. Corrosión electroquímica…………………………………………………………..…..21

2.4. Protección catódica…………………………………………………………………….…22

2.5. Fundamentos de la protección catódica………………………………………………..23

2.6. Tipos de sistemas de protección catódica……………………………………………..23

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3

2.7. Ánodos galvánicos de sacrificio…………………………………………………………25

2.8. Vida de los ánodos………………………………………………………………….…….26

2.9. Corriente impresa……………………………………………………………………...….27

2.10 fuentes de corriente…………………………………………………………………..….28

2.11 diseño (consideraciones generales)……………………………………………………33

2.12. Procedimiento de cálculo para el diseño de protección catódica con ánodos

galvánicos para ductos terrestres…………………………………………………………….34

2.13. Instalación para sistemas con ánodos galvánicos para ductos terrestres………...34

2.14. Instalación para sistemas de corriente impresa……………………………………...39

2.15. Inspección………………………………………………………………………………..41

2.16. Mantenimiento…………………………………………………………………………...44

Capitulo 3: Elementos que conforman y son más vandalizado en un SPC.

3.1.Elementos que integran un sistema de protección catódica…………………………46

3.2. Nuevas tecnologías aplicables a los sistemas de protección catódica…………....48

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4

Capitulo 4: Diseño del nuevo sistema de protección catódica subterráneo.

4.1. Diseño propuesto……………………………………………………………………….…52

4.2.desarrollo del diseño del nuevo sistema de protección catódica……………………..55

Conclusión…………………………………………………………………………………..…63

Bibliografía…………………………………………………………………………………..…65

Anexos…………………………………………………………………………………….……69

Glosario……………………………………………………………………………………….…73

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1.1. INTRODUCCION

Es de conocimiento general que las estructuras o tuberías de acero enterradas y/o

expuestas al aire presentan muchas formas de corrosión, producto de diferentes causas

que inciden en el deterioro del metal, esto se debe a que diversos factores afectan

sustancialmente, el tipo y velocidad de corrosión en una estructura en contacto con el

suelo.La protección catódica es, quizás, el método más importante para conseguir el

control de la corrosión, en los casos en que su aplicación es posible.

Mediante una corriente eléctrica aplicada exteriormente, desde unos ánodos situados

en el mismo electrolito que la estructura, la corrosión se reduce virtualmente a cero y se

puede mantener una superficie metálica en un medio corrosivo, sin sufrir deterioro

durante un tiempo indefinido. Por ello, el metal a proteger debe alcanzar un

determinado potencial respecto a un electrodo de referencia, denominado Potencial de

Protección. Su campo clásico de aplicación es en protección externa de estructuras

metálicas sumergidas o enterradas, y en protección interna de depósitos y grandes

tubos que contengan agua.

Pueden utilizarse recubrimientos inorgánicos como vitrificados, silicatos de zinc,

cemento, o bien recubrimientos orgánicos aplicados en frío o en caliente, siendo estos

últimos los más empleados en estructuras enterradas.

En el capítulo 1 se muestran las generalidades del proyecto las cuales constituyen la

introducción, justificación, objetivos generales y específicos, la descripción de la

empresa, la problemática, los alcances y limitaciones.

En el capítulo 2 se muestra el estado del arte de los sistemas de protección catódica, lo

que es un sistema de protección catódica, los diferentes tipos de corrosión a los cuales

están expuestos los ductos, el diseño, instalación, mantenimiento de los SPC.

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En el capítulo 3 se encuentran los elementos que conforman y son más vandalizados

en un sistema de protección catódica actual y posibles propuestas de nuevas

tecnologías o tipos de seguridad que se pueden implementar en los sistemas de

protección catódica.

En el capítulo 4 se realiza el desarrollo del nuevo diseño de protección catódica

propuesto para evitar los vandalismos mostrando cada una de las características con

las que contara este diseño.

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1.2. JUSTIFICACION

La protección catódica está basada en un fenómeno electroquímico de la naturaleza,

que el hombre actualmente utiliza como una tecnología anticorrosiva para la protección

o conservación de estructuras metálicas enterradas o sumergidas. A nivel mundial, la

conducción y transporte de hidrocarburos del petróleo y sus derivados petroquímicos,

se efectúa utilizando tuberías de acero y altas presiones de operación. Se ha

establecido como una norma a nivel internacional la utilización de los sistemas de

protección catódica (ya se a base de ánodos galvánicos o de corriente impresa) para

garantizar en las tuberías una operación segura y confiable.

En nuestro país, esta tecnología se ha venido utilizando en instalaciones petroleras

aproximadamente. Desde el año de 1955, las tecnologías de protección catódica

utilizan diversos metales de muy alta pureza y en muy importantes cantidades, como

elementos básicos de conducción y disipación de corriente de protección hacia las

tuberías. El alto costo de estos metales en nuestro país, los ha situado como el objetivo

principal de los actos vandálicos que culminan con el robo de estos metales.

Una vez llevados a cabo estos actos vandálicos, la protección catódica en los sistemas

de ductos que transportan hidrocarburos y petroquímicos deja de funcionar, quedando

las tuberías expuestas al ataque directo de la corrosión externa. Durante el tiempo que

quedan desprotegidos los ductos quedan en condiciones de muy alta riesgo a la

seguridad de las personas, instalaciones, medo ambiente y grandes pérdidas

económicas.

El desarrollo del diseño del sistema de protección catódica que se muestra en la

siguiente tesis tiene el objetivo de disminuir, los riesgos, las perdidas económicas y

mantener los sistemas en un alto funcionamiento impidiendo que estos se han

vandalizado por los materiales que utiliza, debido a que al utilizar materiales más

económicos y a la vez, implementar alarma de seguridad satelital disminuirá la

posibilidad de que se han propensos a ser robados.

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1.3. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL: Diseñar un sistema de protección catódica anti vandalismo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Describir en qué consiste la protección catódica

Mostrar cómo se realiza la instalación de un sistema de protección catódica.

Implementar nuevas medidas de seguridad para evitar que los SPC sean vandalizados.

Desarrollar el nuevo diseño de sistema de protección catódica.

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1.4. PROBLEMÁTICA

El principal problema a resolver mediante el diseño propuesto es el robo de algunos de

los materiales con los que cuentan los sistemas de protección catódica, como son los

cables de cobre que son utilizados principalmente para las conexiones de los ánodos,

rectificadores y transformadores.

También se tiene como objetivo disminuir las anomalías que se tienen al realizar

inspecciones físicas a los sistemas tales como, traslado al sitio, uso de herramientas

manuales con errores de calibración, exposición del personal a riesgos y riesgo de error

de transición de datos entre otros.

1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES

El diseño propone una nueva forma de construir los sistemas de protección catódica,

sumergiendo toda la estructura bajo tierra para que así se pueda impedir el acceso a los

ladrones, mediante los costados de dicha estructura, y así poder evitar el acceso para

que sea vandalizada. La solución incluye el monitoreo remoto, captura de información

(datos), generación de alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un

informe que se presenta de forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de

recomendaciones necesarias para evitar las fallas. Este análisis es realizado por

especialistas utilizando para ello los datos provenientes directamente desde los equipos

de medición Los datos son transportados de manera segura al Centro de Datos de

Monitoreo donde son convertidos en información crítica para toma de decisiones

generada por una plataforma de reporte basada en Web. Modificación en línea de

umbrales y niveles de alarma. Evaluación de estatus de equipo y datos de auditoría en

una pantalla. Seguimiento y análisis a eventos de paro. Identifica y responde a

problemas potenciales antes de que ocurran. No requiere software especial, sólo

Internet.

Las limitaciones que podrían existir para dicho diseño podría ser la falla de internet o

desastre naturales.

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1.6. DESCRIPCION DE LA EMPRESA

HISTORIA DE PEMEX

Pemex tiene sus orígenes desde que en 1919, Shell tomó el control de la Mexican

Eagle Petroleum Company y en 1921 formó Shell-Mex Limited, la cual comerciaba

productos bajo las marcas “Shell” e “Eagle” en el Reino Unido. En 1931, parcialmente

en respuesta a las difíciles condiciones económicas de aquellos tiempos, Shell-Mex

fusionó sus operaciones de mercado en el Reino Unido con las de la British Petroleum y

creó la Shell-Mex and BP Ltd., una compañía que funcionó hasta que las marcas se

separaron en 1975.

En 1935, las compañías petroleras que operaban en territorio mexicano (que en ese

entonces se encontraban en manos de capital extranjero) se negaron e intentaron

impedir la creación de sindicatos de trabajadores petroleros. Sin embargo, pese a los

esfuerzos de estas empresas se logró crear al Sindicato Único de Trabajadores

Petroleros, este sindicato comenzó una huelga para mejorar las condiciones de trabajo

e incrementar los salarios de los trabajadores. Ese mismo año el entonces Presidente

de México Lázaro Cárdenas intervino para mediar la situación. Ya que el problema

entre los trabajadores y las compañías no se resolvía y esto afectaba grandemente a la

economía de todo el país, en 1938 Lázaro Cárdenas se unió a las peticiones de los

trabajadores y se exigió el incremento en los salarios y una mejora en los servicios

sociales de los trabajadores. Desafortunadamente las compañías británicas y

norteamericanas se negaron a esto y los inversionistas extranjeros amenazaron con

irse del país llevándose todo su capital.

¿QUE ES PEMEX?

Petróleos Mexicanos (Pemex)(antes PETROMEX) es una empresa pública

paraestatal mexicana petrolera, creada en 1938, que cuenta con un régimen

constitucional para la explotación de los recursos energéticos (principalmente petróleo

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gas natural) en territorio mexicano, aunque también cuenta con diversas operaciones

en el extranjero. Esta empresa actúa bajo la supervisión de un consejo de

administración, cuyo presidente es el Secretario de Energía, actualmente el Dr. José

Antonio Meade Kuribreña. El Director General de Pemex (el cual es el encargado de las

operaciones diarias) es Juan José Suárez Coppel.

Pemex es además la compañía estatal encargada de administrar la exploración,

explotación y ventas del petróleo, siendo la mayor empresa de México. Fue la mayor

compañía Latinoamericana hasta mediados del 2009, antes de ser superada por la

petrolera brasileña Petrobras.1 2 3 4 5 Pemex tiene ventas superiores a los 106.000

millones USD al año, una cifra incluso superior al PIB de algunos de los países de

Latinoamérica. Su sede de administración está ubicada en la avenida Marina Nacional

#329 en la colonia Huasteca en Ciudad de México donde concentra todas sus áreas

administrativas en la llamada Torre Ejecutiva Pemex y en edificios contiguos alberga

sus sistemas informáticos.

MISIÓN

Maximizar el valor económico a largo plazo de las reservas de crudo y gas

natural del país, garantizando la seguridad de sus instalaciones y su personal, en

armonía con la comunidad y el medio ambiente.

VISIÓN

Ser reconocida como la mejor inversión de los mexicanos, como una empresa

líder de exploración y producción en el ámbito internacional, comprometida con el

desarrollo integral de su personal y con los más altos estándares de eficiencia,

ética profesional, protección al medio ambiente y seguridad.

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FILOSOFÍA

Creemos que las actividades para la explotación de los hidrocarburos son una labor de

equipo y que en la ejecución cotidiana se deben optimizar y utilizar racionalmente los

recursos asignados, dentro de un clima de respeto, orgullo, pertenencia, ética, probidad

e integridad, sustentando económicamente todas las acciones y decisiones

emprendidas, cuidando el entorno ecológico y social, sosteniendo un estrecho vínculo

entre tecnología y modernización.

VALORES

En PEP reconocemos la dignidad que cada quien tiene por el hecho de ser persona y

nos comprometemos a reconocer ese valor en nuestros compañeros, clientes y

proveedores, así como en las comunidades en donde trabajamos y a la sociedad a la

que servimos.

Competitividad: Nuestro compromiso con la competitividad supone tener

objetivos claros y dar lo mejor de nosotros mismos al realizar nuestras tareas con

empeño y dedicación, ser productivos, rentable y exitosos, así como estar

capacitados y dispuestos a atender con rapidez y calidad las demandas de

nuestros clientes.

Integridad: Nuestro compromiso es trabajar éticamente, luchar por el desarrollo

humano actuando con honestidad, de buena fe, empeñando nuestra palabra y

cumpliendo nuestros compromisos a plenitud.

Innovación: En PEP queremos trabajar con creatividad en el desarrollo de

nuevos productos, tecnologías, servicios y procesos para generar crecimiento en

lo personal, organizacional y social. Aceptamos el reto de imaginar nuevas

formas de hacer las cosas, el de ser flexibles y adaptarnos a los cambios que

demanda el entorno, el de no conformarnos con lo establecido.

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13

Sustentabilidad: Ser sustentable significa estar comprometido con el largo plazo,

con el medio ambiente y con el cuidado de los recursos en beneficio de las

generaciones venideras. Para ser una organización sustentable es necesario que

todas nuestras decisiones y actividades consideren el impacto a largo plazo. En

PEP hemos apostado por el futuro y queremos comprometernos con él.

Compromiso Social: En PEP estamos comprometidos a devolver en bienes,

servicios y productos la riqueza que la sociedad mexicana nos ha confiado.

Sabemos que nuestras acciones deben redundar en servicio, lealtad y cuidado

para nuestra sociedad

OBJETIVOS ESTRATÉGICOS

Identificar las ventajas estratégicas y competitivas en el corto, mediano y largo

plazo que ayuden a mejorar el desempeño operativo y financiero de la Región.

Determinar iniciativas de corto, mediano y largo plazo que generen valor en los

Activos y en la Región en general.

Asegurar que las iniciativas identificadas estén alineadas con el Plan de

negocios de PEP.

Implantar mecanismos de seguimiento, retroalimentación y difusión del plan

estratégico de la Región.

Fortalecer el liderazgo como productor y proveedor de hidrocarburos.

Integrar una cartera de proyectos de alta calidad y rentabilidad.

Asegurar la suficiencia y oportunidad de recursos de inversión.

Lograr la ejecución eficiente de proyectos.

Alcanzar niveles internacionales de eficiencia en costos, seguridad y protección

ambiental.

Fortalecer las capacidades profesionales y evaluar el desempeño en función de

generación de valor.

Mejorar los términos de relación con la sociedad y el gobierno.

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POLÍTICAS GENERALES

Cuidar que las estrategias de producción estén dirigidas al cumplimiento de la

misión y objetivos de Pemex Exploración y Producción.

Vigilar que el cumplimiento de metas y aspiraciones de PEP sean de acuerdo al

Plan de Negocios 2002-2010.

Lograr el fortalecimiento hacia el liderazgo como productor y proveedor de

hidrocarburos.

Mantener la integración de una cartera de proyectos de alta calidad y

rentabilidad.

Asegurar la suficiencia y oportunidad de los recursos de inversión.

Impulsar la ejecución eficiente de proyectos.

Contribuir al logro de niveles internacionales de eficiencia en costos, seguridad y

protección ambiental.

Fortalecer las capacidades profesionales y evaluar el desempeño en función de

la generación de valor.

Propiciar que las relaciones con la sociedad y el gobierno se den dentro de un

marco de respeto y cordialidad.

Procurar que la incorporación de reservas se efectúe optimizando la relación

costo beneficio.

Consolidar el liderazgo en los mercados de crudo pesado y mantener el nivel

actual de producción.

Impulsar el incremento de la producción de crudo ligero.

Contribuir a satisfacer la demanda de gas natural.

Mantener y asegurar la cantidad y oportunidad en los recursos de inversión.

Fortalecer la capacidad de ejecución de proyectos de inversión.

Fortalecer a los Activos como Unidades de Negocio con enfoque en actividades

sustantivas.

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Fortalecer y mantener el proceso de toma de decisiones y la rendición de

cuentas.

Coadyuvar en el fortalecimiento de las especialidades relacionadas con la

Ingeniería Petrolera, incentivando su capacitación, actualización profesional,

promoción y ubicación en Proyectos que requieran y se ajusten al perfil de cada

profesionista.

Impulsar el diseño y ejecución de proyectos de recuperación secundaria y

mejorada, particularmente el de doble desplazamiento, así como la aplicación de

procesos para incrementar la recuperación final de los yacimientos de aceite

volátil y de gas y condensado.

Promover la adquisición, integración y el análisis integral de la información

técnica necesaria, con objeto de aplicar las mejores prácticas internacionales,

que permitan maximizar su rentabilidad mediante su explotación racional.

Documentar proyectos de explotación, en la medida de lo posible, para la

totalidad de la base de reservas probadas.

Impulsar la estrategia tecnológica incorporando al Instituto Mexicano del Petróleo

y nuevas opciones tecnológicas en proyectos de inversión.

Promover reuniones de trabajo periódicas donde se presenten programas,

avances, problemática y alternativas de solución, además de enfocar e integrar

los esfuerzos a las actividades estratégicas.

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1.8. CRONOGRAMA DE RESIDENCIA PROFESIONAL

Nombre: SANDRA GARCIA CASTILLO No. de Control: TE060676

Carrera: INGENIERIA MECATRONICA

Proyecto: DISEÑO DE UN SISTEMA DE PROTECCIÓN CATODICA

NOMBRE DE TAREAS INICIO FIN

2011

E F M A M J J A

Definir el nombre del proyecto 01/01/11 14/01/11 X

Definir el obj.gral y específicos 24/01/11 31/01/11 X

Investigar referente al tema 02/02/11 07/02/11

Buscar información del capítulo 1 07/02/11 12/02/11 x

Terminar capitulo 1 15/02/11 03/03/11

Investigar para el capitulo 2: elementos que conforman y son más vandalizados en un sistema de protección catódica actual. 22/03/11 07/04/11

Terminar el capitulo 2: elementos que conforman y son más vandalizados en un sistema de protección catódica actual. 09/04/11 11/04/11 X

Iniciar capitulo 3: diseno del nuevo sistema de protección catódica. 09/04/11 11/04/11

Investigar y revisar capitulo 3: diseño del nuevo sistema de protección catódica. 13/05/11 20/05/11

Terminar capitulo 3: diseño del nuevo sistema de protección catódica. 23/05/11 31/05/11

conclusión 01/05/11 18/05/11

Revisar la conclusión y corregir detalles. 18/05/11 23/05/11

Realizar los anexos 25/05/11 03/06/11

Proyecto terminado 28/06/11

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CAPITULO 2: ESTADO DE

ARTE DE LOS SISTEMAS

DE PROTECCIÓN

CATÓDICA.

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2.1. ANTECEDENTES DE LOS SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA.

Las masas (tuberías, tanques de almacenamiento, etc.), se encuentran sujetos a los

campos electromagnéticos, con transformación a cargas electrostáticas, con

intercambios de iones, que traen como consecuencias su deterioro molecular parcial o

total en algunas ocasiones.Es fundamental, que en todo diseño de estructuras, se

consideren estos efectos resonantes electromagnéticos, en base a la longitud de onda

de la longitud física de los tramos (ductos o tuberías).

Las estructuras (tanques de almacenamiento, ductos o tuberías, etc.), no están

diseñadas para la neutralización o drenaje de las cargas electrostáticas originadas por

los campos electromagnéticos, esto inducidos naturalmente o artificialmente, para lograr

completar el actual diseño de protección catódica, es fundamental y necesario, además

de los principios químicos y electroquímicos, el electromagnético, considerado el

análisis en que las masas a proteger son un “plasma en movimiento” por lo que su

estudio estará soportado en ecuaciones hidrománticas.

Con esto, al referirlo como un plasma, se relaciona con el estudio de los fluidos, los

cuales obedecen las leyes de la hidrodinámica, sin olvidar que los fluidos se consideran

conductores de energía eléctrica y que las fuerzas de los campos electromagnéticos

resultan de gran importancia. 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. [10]

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19

2. 2 CORROSIÓN.

Se entiende por corrosión la destrucción o deterioro de los materiales por procesos

químicos o electroquímicos. En el caso del hierro y del acero, se habla indistintamente

de corrosión o de oxidación. La corrosión comienza en la superficie de la pieza; con

ello, en dicha superficie se forma generalmente una capa de un compuesto químico del

metal con el elemento atacante, por ejemplo el oxígeno. Si dicho compuesto no es

poroso ni soluble en agua, él mismo actúa como un revestimiento protector, como es el

caso del óxido de aluminio sobre el aluminio; con ello termina la corrosión. Si dicha

capa es porosa, soluble en agua o incluso hidrófila, como por ejemplo el óxido de

hierro, acelera la corrosión. [6]

2.3. CLASES DE CORROSIÓN.

Se distinguen la corrosión química, la corrosión electroquímica y la electromagnética

(todas interactuando).

Razones termodinámicas motivan que los metales que se han obtenido a partir de sus

minerales en la naturaleza tiendan, en su uso normal, a volver al estado combinado. El

fenómeno que conduce al deterioro progresivo de las propiedades metálicas queda

designado por el término corrosión.

La corrosión es casi siempre de naturaleza electroquímica, esto es, una corriente

eléctrica que circula entre determinadas zonas de la superficie del metal, conocidas con

el nombre de ánodos y cátodos, a través de una solución llamada electrolito capaz de

conducir dicha corriente. Este conjunto constituye micro o macro pilas en las que la

zona anódica es la que sufre los efectos de la corrosión. Cuando los átomos del ánodo

se disuelven para formar iones, los electrones que dejan libres hacen al ánodo negativo

con respecto a la solución. Sus electrones pasan al cátodo a través de la masa metálica

y allí neutralizan a los iones positivos. La corrosión, por tanto, es sostenida por

procesos simultáneos anódicos y catódicos. [6]

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2.3.1. CORROSIÓN QUÍMICA.

En el caso de la corrosión química, se forman compuestos de los metales por la acción

de sustancias atacantes. Esta corrosión de tipo electroquímico, característica de

estructuras sumergidas o enterradas, es sumamente peligrosa, no por la pérdida de

metal en si, que suele ser pequeña, sino por tratarse de una corrosión localizada que

puede ser origen de picaduras profundas. Para que exista corrosión hemos visto la

necesidad de que existan simultáneamente ánodos, cátodos y un electrolito.

Estos ánodos y cátodos son micro o macropilas con una diferencia de potencial entre

sus dos semielementos. Las micropilas pueden tener su origen en el metal o en el

electrolito, siendo en cada caso provocadas por varios motivos.

El acero caliente se oxida, al recocer por ejemplo el acero, tres átomos de hierro se

combinan con cuatro átomos de oxígeno formando óxido ferroso-férrico Fe3O4

(cascarilla). Los contactos de plata se ennegrecen, si el aire está contaminado con

humos sulfurados: se forma sulfuro de plata (Ag2S). El cobre de un conductor en

manguera de goma se puede combinar con el azufre del aislamiento de la goma, si

dicho cobre no está protegido por galvanizado. El cobre se puede combinar también

con el ácido acético, dando lugar a la formación de cardenillo, venenoso. El cobre se

combina con los elementos componentes del aire, formando una pátina insoluble en

agua. Sometido a la acción del aire, el aluminio se cubre de una capa de óxido de

aluminio (A12O3). El aluminio es atacado también por los álcalis. Incluso los morteros

húmedos son perjudiciales para el aluminio, puesto que contienen caliza y la caliza

combinada con agua puede formar un álcali. Asimismo el plomo es atacado por los

álcalis. [10]

2.3.2. CORROSIÓN ELECTROQUÍMICA.

La corrosión electroquímica presupone la existencia de un electrolito (líquido conductor

de la electricidad). Normalmente, dicho electrolito es agua (agua de lluvia, corriente o

de mar, humedad del aire, sudor corporal).

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21

También los aceites y las grasas pueden actuar como electrolitos, si se han vuelto

rancios bajo la acción del aire y del calor o si por cualquier motivo no están libres de

ácidos y álcalis. Los procesos que se presentan en la corrosión electroquímica son

similares a los producidos en el interior de un elemento galvánico. Cuando un metal se

disuelve en un electrolito y debido a la cesión de electrones por parte de los átomos, se

produce un exceso de electrones en el metal, al abandonar los iones la superficie de

dicho metal (Fig.2.3.2). La tendencia del metal a disolverse se llama tensión de

disolución. Sumergidos en un electrolito, los metales cuya tensión de disolución es

elevada presentan un gran exceso de electrones y metales cuya tensión de disolución

es baja, un pequeño exceso de electrones. El metal que forma el polo negativo resulta

deteriorado al ceder iones; se dice que es el metal menos noble. [6]

Figura 2.3.2. Formación de la carga negativa en una placa de Zinc, debido a la formación de iones.

2.4. PROTECCIÓN CATÓDICA.

La protección catódica es una técnica de control de la corrosión, que está siendo

aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero, en que cada día se hacen

necesarias nuevas instalaciones de ductos para transportar petróleo, productos

terminados, agua; así como para tanques de almacenamientos, cables eléctricos y

telefónicos enterrados y otras instalaciones importantes.

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En la práctica se puede aplicar protección catódica en metales como acero, cobre,

plomo, latón, y aluminio, contra la corrosión en todos los suelos y, en casi todos los

medios acuosos. De igual manera, se puede eliminar el agrietamiento por corrosión bajo

tensiones por corrosión, corrosión intergranular, picaduras o tanques generalizados.

Como condición fundamental las estructuras componentes del objeto a proteger y del

elemento de sacrificio o ayuda, deben mantenerse en contacto eléctrico e inmerso en

un electrolito. [5]

2.5. FUNDAMENTO DE LA PROTECCIÓN CATÓDICA.

Si cada fracción del metal expuesto de una tubería o una estructura construida de tal

forma de coleccionar corriente, dicha estructura no se corroerá porque sería un cátodo.

La protección catódica realiza exactamente lo expuesto forzando la corriente de una

fuente externa, sobre toda la superficie de la estructura. Mientras que la cantidad de

corriente que fluye, sea ajustada apropiadamente venciendo la corriente de corrosión y,

descargándose desde todas las áreas anódicas, existirá un flujo neto de corriente sobre

la superficie, llegando a ser toda la superficie un cátodo. Para que la corriente sea

forzada sobre la estructura, es necesario que la diferencia de potencial del sistema

aplicado sea mayor que la diferencia de potencial de las microceldas de corrosión

originales. La protección catódica funciona gracias a la descarga de corriente desde

una cama de ánodos hacia tierra y dichos materiales están sujetos a corrosión, por lo

que es deseable que dichos materiales se desgasten (se corroan)a menores

velocidades que los materiales que protegemos. Teóricamente, se establece que el

mecanismo consiste en polarizar el cátodo, llevándolo mediante el empleo de una

corriente externa, más allá del potencial de corrosión, hasta alcanzar por lo menos el

potencial del ánodo en circuito abierto, adquiriendo ambos el mismo potencial

eliminándose la corrosión del sitio. La protección catódica no elimina la corrosión, éste

remueve la corrosión de la estructura a ser protegida y la concentra en un punto donde

se descarga la corriente. Para su funcionamiento práctico requiere de un electrodo

auxiliar (ánodo), una fuente de corriente continua cuyo terminal positivo se conecta al

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23

electrodo auxiliar y el terminal negativo a la estructura a proteger, fluyendo la corriente

desde el electrodo a través del electrólito llegando a la estructura. Influyen en los

detalles de diseño y construcción parámetro de geometría y tamaño de la estructura y

de los ánodos, la resistividad del medio electrólito, la fuente de corriente, etc. [5]

2.6. TIPOS DE SISTEMAS DE PROTECCIÓN CATÓDICA.

Existen dos tipos de sistemas de protección catódica que pueden utilizarse

individualmente o combinados, siendo éstos los siguientes: Corriente impresa y

Ánodos galvánicos (de sacrificio).

2.7. ÁNODOS GALVÁNICOS DE SACRIFICIO

Un metal tendrá carácter anódico respecto de otro si se encuentra arriba de él en dicha

serie. Así, por ejemplo, el hierro será anódico con relación al cobre y catódico respecto

al zinc. El metal que actúa como ánodo se "sacrifica" (se disuelve) en favor del metal

que actúa como cátodo; por esto el sistema se conoce como protección catódica con

ánodos de sacrificio. Lo anterior se ilustra en un esquema de la figura (1.8).

Figura 2.7. Mecanismo de protección catódica con ánodo de sacrificio

Page 24: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

24

LAS PROPIEDADES QUE DEBE REUNIR UN MATERIAL ANÓDICO SON LAS

SIGUIENTES:

1) Debe tener un potencial de disolución lo suficientemente negativo como para

polarizar la estructura de acero (que es el metal que normalmente se protege) a -0.80 V.

Sin embargo, el potencial no debe ser excesivamente negativo ya que eso motivaría un

gasto innecesario de corriente. El potencial práctico de disolución puede estar

comprendido entre - 0.95 V y - 1.7 V.

2) Cuando el metal actúe como ánodo debe presentar una tendencia pequeña a la

polarización, no debe desarrollar películas pasivantes protectoras y debe tener un

elevado sobre potencial para la formación de hidrógeno.

3) El metal debe tener un elevado rendimiento eléctrico, expresado en amperes-hora

por kg. de material (Ah/kg.) lo que constituye su capacidad de drenaje de corriente.

4) En su proceso de disolución anódica, la corrosión deberá ser uniforme.

5) El metal debe ser de fácil adquisición y deberá de poderse fundir en diferentes

formas y tamaños.

6) El metal deberá tener un costo razonable, de modo que en conjunción con las

características electroquímicas correctas, pueda lograrse una protección a un costo

bajo por ampere-año.

Estas exigencias ponen de manifiesto que solamente el zinc, el magnesio y el aluminio

y sus respectivas aleaciones pueden ser considerados como materiales para ser

utilizados prácticamente como ánodos de sacrificio.

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25

2.8. VIDA DE LOS ÁNODOS.

Un factor importante que se debe tener en cuenta es la duración o vida" de los ánodos.

La vida para cada valor de intensidad de corriente será una función del peso del ánodo

(ley de Faraday) y no del número de ánodos que se coloquen. Si se conoce la

intensidad que es capaz de suministrar un ánodo (1) y su peso (kg), teniendo en cuenta

su capacidad de corriente calculada teóricamente (Cuadro 6) así como su rendimiento y

su factor de utilización, se puede calcular fácilmente su duración. El factor de utilización

puede ser de 85%, ya que, cuando un ánodo se ha consumido, este porcentaje debe

sustituirse, pues el material que queda es insuficiente para mantener un porcentaje

adecuado de la intensidad de corriente que inicialmente era capaz de suministrar. En la

figura 2.8 se muestra una tabla con los valores electroquímicos para el cálculo de la

vida de los ánodos.

METAL ANODICO CAPACIDAD

CORRIENTE TEORICA

(A-año/kg)

RENDIMIENTO

%

FACTOR

UTILIZACION

%

Zinc (Zn) 0.094 90 85

Aluminio (Al) 0.340 90 85

Magnesio (Mg) 0.251 50 85

Figura 1.5.1.2 valores electroquímicos para el cálculo de la vida de los ánodos

La vida del ánodo puede calcularse mediante la fórmula que se muestra a continuación

en la (figura 1.5.1.3). [18]

Figura 2.8. Fórmula para calcular la vida de los ánodos.

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26

2.9. CORRIENTE IMPRESA.

El sistema de protección catódica con corriente impresa se llevó a cabo

aproximadamente cien años después que el de ánodos galvánicos. En este sistema de

protección catódica se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para

imprimir la corriente necesaria para la protección de una estructura. Este procedimiento

consiste en unir eléctricamente la estructura que se trata de proteger con el polo

negativo de una fuente de alimentación de corriente continua (pura o rectificada) y el

positivo con un electrodo auxiliar que cierra el circuito. Los electrodos auxiliares se

hacen de chatarra de hierro, aleación de ferrosilicio, grafito, titanio platinado, etc. Es

completamente indispensable la existencia del electrolito (medio agresivo) que

completa el conjunto para que se realice el proceso electrolítico.

Este sistema de protección catódica tiene la característica de que utiliza como

ánodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metálicos que en

mayor o menor grado se consumen con el paso de la corriente. Sin embargo, el

intercambio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a través de

reacciones electroquímicas, las cuales dependen tanto del material anódico, como

del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que éste

suministra como se muestra en la figura (1.10). [10]

Figura 2.9. Esquema de protección catódica con corriente impresa de una tubería enterrada.

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27

2.10 FUENTES DE CORRIENTE.

El sistema de corriente impresa requiere de una fuente de corriente continua, no

importa de dónde provenga, a condición de que se mantenga pese al paso del

tiempo. Un sistema de corriente impresa debe de poder funcionar de forma

permanente al menos durante diez años.

Rectificadores: Los aparatos que permiten el paso de la corriente en un solo

sentido se conocen con el nombre de rectificadores. Estos aparatos se alimentan

con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monofásico (Figura 2.10), estará

constituido por un transformador monofásico T, alimentado en el primario a 110 o

220 V (tensión de la red de distribución). La tensión de salida puede ajustarse

según las necesidades. Un puente monofásico reductor P, compuesto por 4 diodos

o grupos de diodos de selenio o silicio. Este puente reduce las dos alternancias de

la corriente monofásica. El selenio es más barato, pero también es más frágil que el

silicio.

Figura 2.10. Esquema de un transforrectificador monofásico.

Un voltímetro permite controlar la tensión de salida y un amperímetro la intensidad

total. La tensión de salida puede ser regulada con ayuda de regletas o por medio de

un "variac", el cual permite una regulación continua desde el 0 al valor máximo.

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28

Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es más económico utilizar

rectificadores alimentados con corriente trifásica de 380 V.

Dinamo con motor térmico: Permite la protección catódica en donde no existe

posibilidad de suministrar energía eléctrica, como en el caso de los desiertos o

zonas selváticas. El motor térmico puede estar alimentado, ya sea directamente a

partir de la conducción que se desea proteger, ya sea por un depósito que se llena

periódicamente. [10]

2.11. DISEÑO (CONSIDERACIONES GENERALES).

Recubrimiento anticorrosivo - Las estructuras metálicas enterradas o sumergidas,

con excepción de las subestructuras de las plataformas marinas, deben protegerse con

un recubrimiento anticorrosivo con propiedades dieléctricas. Las tuberías nuevas

enterradas y/o sumergidas deben recubrirse externamente y protegerse conforme a lo

indicado en la NRF-026-PEMEX-2001. En los ductos ascendentes y ejes de las

plataformas marinas en la zona de mareas y oleaje, se les debe aplicar un sistema de

recubrimiento anticorrosivo de acuerdo con la NRF-053-PEMEX-2005.

Aislamiento eléctrico - Los ductos y estructuras metálicas a proteger, deben aislarse

eléctricamente a la salida y llegada de las instalaciones de proceso. Cualquier otro tipo

de estructuras de metal o de concreto, que formen parte del arreglo de la tubería que

transporte el fluido, deben ser consideradas en el diseño del sistema de protección

catódica.

Criterios para protección catódica – Para proteger catódicamente a las estructuras

enterradas o sumergidas, se debe cumplir como mínimo con uno de los criterios

indicados a continuación.

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29

a) Un potencial estructura-electrolito (catódico) mínimo de - 0,850 V, de CD, medido

respecto de un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO),

en contacto con el electrolito en estructuras enterradas. La determinación de este

voltaje se debe hacer con la corriente eléctrica aplicada; 4

b) Un potencial de protección estructura-electrolito (catódico) de - 0,950 V, medido

respecto de un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO).

Cuando el área circundante de la tubería se encuentre en condiciones anaeróbicas y

estén presentes microorganismos asociados al fenómeno de corrosión como las

bacterias sulfato-reductoras, para una interpretación válida se debe efectuar la

corrección a que haya lugar, debido a la caída de voltaje originada durante la medición.

c) Un cambio de potencial de polarización mínimo de - 0,100 V, medido entre la

superficie de la tubería y un electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre saturado

(Cu/CuSO) en contacto con el electrolito. El cambio de potencial de polarización se

debe determinar interrumpiendo la corriente eléctrica de protección y midiendo el

abatimiento de la polarización. Los periodos de suspensión de corriente eléctrica de

protección, durante los cuales se puede realizar dicha medición están en el rango de

0,1 a 3,0 segundos.

Potencial permisible estructura/electrolito para evitar daño al recubrimiento

anticorrosivo - Este valor se debe fijar de acuerdo a las características particulares del

recubrimiento anticorrosivo de la tubería, no debe exceder al potencial de

desprendimiento catódico o a valores de potencial más negativos que originen

desprendimiento del recubrimiento. En caso de no conocerse el valor del potencial

permisible, éste no debe ser más negativo de -1.1 V (Cu/CuSO4) en la condición de

apagado instantáneo.

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30

Consideraciones de diseño - Se debe seleccionar el sistema de protección catódica

para cada caso particular, de tal manera que: se proporcione una corriente eléctrica que

satisfaga la demanda, se distribuya uniformemente la misma en la estructura por

proteger, se eviten interferencias y daños en el recubrimiento anticorrosivo. El diseño

del sistema de protección, debe estar en función de la vida útil de la estructura e incluir

todos los accesorios metálicos y líneas que vayan a ser conectados eléctricamente al

ducto, tales como curvas de expansión, interconexiones, acometidas, entre otras. Los

sistemas de protección catódica para ductos terrestres que utilicen ánodos galvánicos,

deben usar ánodos de magnesio que cumplan con la NRF-110-PEMEX-2003. Los

sistemas de protección catódica para ductos en zonas lacustres que utilicen ánodos

galvánicos, pueden utilizar ánodos de zinc que cumplan con esta norma; siempre y

cuando su desempeño garantice el cumplimiento de los criterios de protección mediante

un estudio previo. Las estructuras y ductos marinos, deben contar con un sistema de

protección catódica permanente instalado simultáneamente en la fase de construcción.

Deben emplearse ánodos base aluminio que cumplan con la NRF126-PEMEX-2005 o

zinc que cumplan con lo indicado en esta norma de referencia y sus respectivas

aleaciones sin contenido de mercurio, según se especifique.

Información mínima para el diseño de los sistemas de protección catódica en

ductos enterrados, lacustres y marinos:

a) Planos de trazo y perfil o planos de alineamiento (con coordenadas geográficas

UTM).

b) Fecha de construcción.

c) Especificaciones de la tubería, conexiones y otros accesorios.

d) Tipo y calidad del recubrimiento anticorrosivo dieléctrico.

e) Instalaciones adyacentes, cruces entre tuberías e interconexiones.

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31

f) Cruces encamisados.

g) Aislamientos eléctricos.

h) Puenteos eléctricos entre ductos.

i) Requisitos de seguridad.

j) Cruzamientos con vías terrestres y fluviales.

k) Temperatura de operación de la tubería.

l) Sistemas de protección catódica existentes o propuestos.

m) Posibles fuentes de interferencia.

n) Condiciones especiales del ambiente.

o) Vida útil del ducto.

p) Estructuras metálicas enterradas vecinas.

q) Accesibilidad a las áreas de trabajo.

r) Disponibilidad de energía eléctrica.

s) Factibilidad de aislamiento eléctrico de las estructuras vecinas.

t) Corrientes de agua.

u) Uso y ocupación del suelo.

v) Pruebas de requerimiento de corriente y número total de puntos de drenaje.

w) Perfil de resistividad del electrolito.

x) Estadística de fallas de la tubería.

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32

y) Perfil de potenciales estructura-electrolito.

z) Análisis físico-químicos y microbiológicos del electrolito.

Juntas aislantes - Las juntas aislantes que se utilicen para aislar eléctricamente la

estructura a proteger, deben cumplir con lo indicado en 1.6 de la NRF-096-PEMEX-

2004.

Planos de diseño - Los planos aprobados para construcción se deben elaborar

mostrando con detalle y precisión, el sistema de protección catódica y cumplir con

la NOM-008-SCFI-2002, así como la especificación de los materiales empleados.

La relación de los planos debe incluir lo siguiente:

a) Datos de la tubería por proteger, como: diámetro, espesor, tipo de acero, servicio,

longitud, estructuras vecinas enterradas o sumergidas, aislamiento eléctrico, espesor y

tipo recubrimiento.

b) Ubicación del sistema (casetas, camas anódicas, postes de señalamiento, registro y

puenteo), mediante posicionamiento en coordenadas geográficas UTM considerando el

DATUM WGS84.

c) Acceso a las instalaciones.

d) Cable y soldadura.

e) Número, tipo, peso, espaciamiento y profundidad de ánodos, si van empacados o no.

f) Perfil de resistividad del terreno.

g) Nombre del (los) propietario(s) del terreno donde se localiza la instalación de

protección catódica.

h) Capacidad y tipo del rectificador o de la fuente de energía empleada.

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i) Capacidad de la subestación eléctrica.

j) Caseta de protección para el rectificador.

k) Cantidad, tipo y ubicación de postes de señalamiento y registro.

l) Gráfica para determinar la tierra remota.

m) Medición de potenciales a todo lo largo de la tubería antes y después de la

instalación del sistema de protección catódica. [15]

2.12. PROCEDIMIENTO DE CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE PROTECCIÓN

CATÓDICA CON ÁNODOS GALVÁNICOS PARA DUCTOS TERRESTRES.

Para el diseño de un sistema con ánodos galvánicos se deben considerar los puntos

siguientes:

a) Selección del material de los ánodos.

b) Arreglo para la instalación de los ánodos.

c) Propiedades electroquímicas y rendimiento del ánodo indicadas en la siguiente

tabla.1.13.

d) Consumo de ánodos de magnesio y zinc.[11]

METAL ANODICO CAPACIDAD

CORRIENTE TEORICA

(A-año/kg)

RENDIMIENTO

%

POTENCIAL A

CIRCUITO ABIERTO

(V)

Zinc (Zn) 0.094 95 -1.1 vs Cu/CuSO4

Aluminio (Al) 0.340 90 -1.03 vs Ag/AgCl

Magnesio (Mg) 0.251 50 -1.78 vs Cu/CuSO4

Fig.2.12. se muestran las propiedades electroquímicas y rendimiento del ánodo

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34

2.13. INSTALACIÓN PARA SISTEMAS CON ÁNODOS GALVÁNICOS.

a) Los ánodos galvánicos deben alojarse en agujeros con dimensiones tales que

permitan que el ánodo quede cubierto por una capa de material de relleno, con un

espesor mínimo de cinco centímetros en su periferia.

b) El cable de los ánodos debe soldarse a la estructura por proteger.

c) La colocación de los ánodos de sacrificio tipo brazalete para protección de tuberías

sumergidas (Marinas), debe hacerse removiendo el revestimiento de concreto, dejando

una cavidad de longitud aproximada al ancho del brazalete, con una tolerancia máxima

de un centímetro y procurando no dañar el recubrimiento anticorrosivo. En caso de que

ocurra algún daño, dicha protección debe resanarse o restituirse.

d) El brazalete debe colocarse sobre el recubrimiento anticorrosivo por el procedimiento

que el proyecto indique.

e) En el caso de líneas submarinas no deben instalarse ánodos de brazalete en las

juntas de campo.

f) Para fines de rehabilitación de la protección catódica en líneas submarinas en

operación, se deben considerar ánodos tipo trapezoidal para ser instalados en línea

regular y tipo brazalete en ducto ascendente. [3]

2.14. INSTALACIÓN PARA SISTEMAS DE CORRIENTE IMPRESA.

Fuentes de energía - La fuente de energía debe contar con los elementos necesarios

para medir y controlar voltaje y amperaje, pueden ser accionadas por corriente alterna,

celdas solares, generadores de combustión interna, eólicos o por medios térmicos:

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35

a) Corriente alterna, (cuando aplique).

b) Corriente directa.

Camas anódicas - La figura 2.14. muestra un arreglo típico de un sistema de

protección a base de corriente impresa.

Figura 2.14. Arreglo típico de un sistema de protección a base de corriente impresa.

Instalación y conexión de ánodos para corriente impresa - Para un sistema de

protección mediante corriente impresa, la colocación de los ánodos debe hacerse de

acuerdo a lo indicado en la ingeniería del proyecto, en cuanto a la localización para su

instalación y separación entre los ánodos.

El circuito del sistema de protección, sobre todo cuando protege más de un ducto,

debe ser capaz de controlar la corriente drenada por ducto, de tal forma que solo se

suministre a cada ducto la corriente necesaria para alcanzar alguno de los criterios de

protección indicados en la figura 2.14.

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36

Opcionalmente, los ánodos pueden ser conectados individualmente en una caja de

conexiones a través de una resistencia variable, como se muestra en la figura 1.15.

Cuando se opte por usarla, la caja de conexiones con resistencias variables se debe

instalar entre el rectificador y la cama de ánodos. La colocación de los ánodos debe

hacerse de acuerdo a lo indicado en el proyecto.

Instalación y pruebas comunes a ambos sistemas de protección: Previo a la

aplicación de cualquier tipo de soldadura se debe medir el espesor del ducto para

confirmar que se encuentre dentro del espesor permisible.

Medición de potenciales – Estas mediciones deben hacerse con voltímetros o

multímetros digitales con las siguientes características mínimas:

a) Impedancia de entrada de 10 MΩ.

b) Exactitud de ± 1 porcentaje +1.

c) Sensibilidad de 2 V.

d) Resolución de 0,0001 V.

Adicionalmente, los voltímetros o multímetros, deben ser calibrados por un laboratorio

acreditado .Los electrodos de referencia que deben usarse en trabajos de protección

catódica son los siguientes:

a) Cobre / Sulfato de cobre saturado (Cu/CuSO saturado).

b) Plata (Ag) / cloruro de plata (AgCl).

c) Calomel (Hg2Cl2) saturado con cloruro de potasio (KCl).

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37

Medición de la resistividad – Se debe medir la resistividad del electrolito conforme a lo

indicado en ASTM G57-95a-2001, o equivalente en donde se localizará el sistema de

protección catódica y los valores obtenidos, deben ser usados para el diseño del

mismo.

Clasificación de medios corrosivos en función de su resistividad.

Aislamiento de las conexiones - Las conexiones deben ser aisladas con resina

epóxica líquida, vertida en un molde desechable.

Conexión por aluminotermia - La soldadura por aluminotermia se debe emplear en las

conexiones siguientes:

a) Entre el elemento de medición del poste de registro y amojonamiento y la estructura

por proteger.

b) Entre el cable catódico y la estructura por proteger.

c) En puenteos.

A las soldaduras efectuadas por el procedimiento de aluminotermia se les debe aplicar

una “carga”. La cual debe estar en función del calibre del conductor, según lo indica la

tabla 16 de este documento.

Soldadura eléctrica - Para la fijación de ánodos que cuenten con alma o soportes

metálicos, el alma o soporte, debe soldarse a la estructura por proteger, de acuerdo al

código AWS D1.1/D1.1M 2004, o equivalente y la calificación de los soldadores

conforme a la NRF-020-PEMEX-2005.

Postes de señalamiento y registro - Los postes deben contener los requerimientos

mínimos especificados en las figuras que se muestra en los anexos, pero se aceptan

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38

Postes con diferente configuración y materiales, siempre y cuando cumplan con la

función, requerimientos de identificación, resistencia y durabilidad.

Los postes debe ser instalados estratégicamente donde se registren los valores de

potencial más representativo como: antes y después de cuerpos de agua, vías de

comunicación, zonas de interface, cruce con líneas de alta tensión, cruces con vías de

tren, cruce con otros ductos o estructuras metálicas, en terrenos con presencia de

bacterias sulfato reductoras, en zonas urbanas a una distancia no mayor a 500 metros y

en zonas rurales de acuerdo a lo que se indica en los incisos a, b y c de este numeral.

Poste tipo “R” Se deben instalar con espaciamiento máximo de 1 kilómetro, a lo largo

de la(s) tubería(s) por proteger, o donde lo indique el proyecto.

Poste tipo “RA” Se deben instalar con espaciamiento máximo de 5 km, a lo largo de

la(s) tubería(s) por proteger, o donde lo indique el proyecto.

Poste de puenteo eléctrico entre ductos que se cruzan Se debe interconectar

mediante una resistencia conocida a dos ductos que se cruzan y poder registrar sus

niveles de protección catódica. Estos postes pueden ser “R” o “RA”.

Aislamiento y parchado El resane y aislamiento de la conexión a la estructura por

proteger, debe hacerse con materiales dieléctricos compatibles con el recubrimiento

original de la estructura.

Aislamientos eléctricos Los aislamientos eléctricos deben ser instalados durante la

construcción de la línea, de acuerdo con el diseño. Para el suministro e instalación de

las juntas aislantes, se debe cumplir con 8.6 de la NRF-096-PEMEX-2004

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39

Pruebas - Una vez construido el sistema de protección catódica, debe obtenerse un

perfil de potenciales a intervalos cercanos encendido-apagado (on-off) a todo lo largo

de la tubería, para verificar que se cumpla con alguno de los criterios de protección

establecidos en esta norma. . [6]

2.15. INSPECCIÓN.

En los sistemas con corriente impresa, las fuentes de energía no controladas en forma

remota, se deben inspeccionar cada 30 días máximo o antes si las condiciones lo

requieren, para asegurar su operación continúa. En las zonas donde se presenten

actos vandálicos recurrentes y regiones conflictivas, las inspecciones deben realizarse

cada semana. Durante la inspección realizar las mediciones siguientes:

a) El voltaje y la corriente alterna de alimentación.

b) El voltaje y la corriente directa aplicado a la estructura protegida.

c) El potencial estructura-electrolito en el punto de drenaje.

Inspección de sistemas con supervisión a control remoto - Los sistemas con

supervisión a control remoto, deben inspeccionarse al menos seis veces al año. Si

el sistema de transmisión de datos llegara a interrumpirse por un tiempo mayor a un

mes, la frecuencia de inspección es la indicada para los no controlados.

En ambos casos se deben de llevar registros mensuales de las condiciones de

operación, de cualquier ajuste de las variables mencionadas, así como el cálculo de

la eficiencia de la fuente de energía y de la resistencia de circuito calculada con los

parámetros de corriente directa.

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40

Inspección de camas de ánodos inertes - Las camas de ánodos inertes, se

deben inspeccionar como mínimo una vez al año. Cuando existan conexiones

individuales para cada ánodo la inspección se debe realizar mediante medición

directa de corriente. En caso contrario, se usará la medición de potencial sobre

cada ánodo.

Levantamiento de potenciales a intervalos cercanos - Se debe realizar un

levantamiento de potenciales a intervalos cercanos (CIS) encendido-apagado,

máximo cada 5 años o cuando se modifique el sistema de protección catódica, para

verificar que el nivel de protección cumple con los criterios establecidos en este

documento.

Perfil de potenciales - Se debe levantar un perfil de potenciales de la estructura

completa con las frecuencias indicadas a continuación:

a) Para ductos terrestres, al menos cada seis meses donde la tubería se encuentre en

clases de localización 1 y 2, y cada tres meses para clase de localización 3 y 4.

b) Para ductos marinos en línea regular (no incluye ducto ascendente), debe ser cada

cinco años como máximo.

c) Para ductos ascendentes, subestructuras de plataformas marinas, cada tres años

como máximo.

Recubrimiento anticorrosivo del ducto - Se debe de realizar una inspección del

recubrimiento anticorrosivo en las zonas donde se tengan indicios de una falla masiva

del recubrimiento por medio de técnicas como los gradiente de voltaje de corriente

directa (DCVG), métodos inductivos o conductivos, con la finalidad de detectar si

existen fallas y en su caso repararlas para hacer más eficiente el sistema de protección

catódica.

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41

Se deben llevar registros del estado del recubrimiento anticorrosivo de la estructura

por proteger, cada vez que se tenga la oportunidad de verificar visualmente la

estructura, registrando la ubicación del punto y las condiciones en que éste se

encuentre, para lo cual se debe contar con un formato específico para este fin.

De aquellos ductos que se inspeccionen con equipo instrumentado, se debe revisar el

informe de la inspección para comprobar que las pérdidas de metal exterior, no sean

causadas por fallas en el sistema de protección catódica o del recubrimiento dieléctrico

y en su caso tomar las medidas correctivas necesarias.

Levantamiento de perfil de resistividades.- Cada 10 años se debe realizar el

levantamiento del perfil de resistividades del suelo a lo largo del derecho de vía. [7]

2.16. MANTENIMIENTO.

Rectificador, dispositivos de protección y conexiones eléctricas - Las conexiones

eléctricas tanto internas del rectificador como las de alimentación de corriente alterna o

de cualquier fuente de energía de corriente directa, se deben limpiar, ajustar y proteger

una vez al año, para mantener bajas resistencias de contacto y evitar

sobrecalentamiento. Cualquier defecto en los componentes del sistema debe de

eliminarse o corregirse.

Fuente de energía - Cuando se requiera, debe aplicarse recubrimiento anticorrosivo a

la cubierta de las fuentes de energía, transformador de la subestación eléctrica y a

todas las partes metálicas de la instalación.

Caseta – Cada dos años se debe aplicar recubrimiento a la caseta y componentes de la

misma; así como su rotulación.

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42

Postes de registro y conexión eléctrica ducto-poste - Los postes de registro R y RA,

deben rehabilitarse cada vez que se detecte que están desconectados, derribados o

fuera de la vertical y pintarse cada 2 años, de acuerdo con las especificaciones del

anexo. [5]

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43

CAPITULO 3: ELEMENTOS

QUE CONFORMAN Y SON

MÁS VANDALIZADOS EN

UN SISTEMA DE

PROTECCIÓN CATÓDICA.

Page 44: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

44

3.1. ELEMENTOS QUE INTEGRAN UN SISTEMA DE PRETECCION CATODICA

Para el diseñar del nuevo sistema de protección catódica es necesario analizar cada

uno de los elementos que integran el sistema actual y convencional de protección

catódica de corriente impresa, su importancia en el sistema y cuáles de ellos son los

más destruidos por el vandalismo. como se muestra en la figura 3.1.

Figura. 3.1. Elementos que integran el sistema actual y convencional de protección catódica de corriente impresa.

Zona 1.Interconexiones del rectificador a las estructuras por proteger: Es la

corriente negativa (-) que el rectificador suministra a los ductos (estructuras por

proteger).

Zona 2. dispositivo de tierra del sistema de protección catódica: Es aquella que

sirve como soporte para cuando haya una descarga eléctrica, ya que esta ayuda a que

los componentes del sistema no sufran daño.

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45

Zona 3. Interconexiones entre rectificador y dispositivo anódico: ES El enlace

de corriente entre el ánodo y rectificador.

Zona 4. Dispositivo anódico e Interconexiones internas: son las conexiones entre

ánodos y ánodos.

Zona 5.rectificador de C.A: es el elemento o circuito que permite convertir una

Señal eléctrica alterna en una continua.

Zona 6. Transformador: que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de

tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de la acción de un

campo magnético

Zona 7. Sistema de transmisión de alta tensión: aquella que genera la energía

eléctrica utilizada para suministrar la energía al transformador.

Los principales elementos que son objetos de vandalismo en los sistemas de protección

catódica son los cables de cobre, los ánodos y el rectificador. Como se muestra en la

figura 3.1.1.

Figura 3.1.1 Robo de cables, ánodos, rectificador

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46

3.2 NUEVAS TECNOLOGIAS APLICABLES A LOS SISTEMAS DE PROTECCION

CATODICA.

Se investigo el estado actual de la tecnología tanto de la generación de energía

eléctrica, como la de la transferencia de energía eléctrica.

LA GENERACION DE ENERGIA ELECTRICA, para sistemas de protección catódica,

continúa siendo a base de:

Aerogeneradores.

Colectores solares

Generadores de gas

Termogeneradores

TRANSFERENCIA DE ENERGIA ELECTRICA: el estado de la tecnología actual de la

transferencia de energía eléctrica sin conductores o por superconductores, se

encuentra aun en un nivel que no es razonablemente practico ni económico, adaptarla a

los sistemas de protección catódica; por lo que se debe de utilizar inteligentemente los

recursos para adaptarlos a las necesidades parea combatir el vandalismo.

Posteriormente se analiza los elementos que no pueden ser cambiados por sus

propiedades o limitaciones como se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2. Elementos necesarios para crear un circuito eléctrico

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47

En la figura 3.2.1 se muestra el fenómeno electroquímico que ocurre en un sistema de

protección catódica, el cual consiste en corriente iónica y la corriente electrónica.

Figura 3.2.1. Figura del fenómeno electroquímico entre la corriente electrónica e iónica.

FLUJO ELECTRICO A TRAVES DE UN CIRCUITO DE PROTECCION CATODICA

FUENTE DE PODER: dispositivo que proporciona la fuerza electromotriz para

establecer la diferencia de potencial que impulsa la corriente eléctrica a través de los

componentes del circuito.

CONDUCTORES: los tipos de materiales y al naturaleza de las reacciones

electroquímicas que participan en la conducción eléctrica en un circuito son muy

variados y tienen muy importantes efectos sobre los resultados de la resisten cia del

circuito.

CONDUCTIVIDAD ELECTRICA: es el movimiento de la carga eléctrica la habilidad de

diferentes substancias para permitir el flujo eléctrico en un sistema de protección

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48

Catódica, está determinada por la movilidad de los electrones y los iones que

contengan los materiales y las substancias

TIPOS DE CONDUCTORES EN UN CIRCUITO DE PROTECCION CATODICA

CONDUCTORES DE PRIMER ORDEN: estos poseen una conductancia eléctrica en la

cual los portadores de la carga son electrones, se caracterizan por tener una

conducción sin transferencia substancial de masa (conductores metálicos).

CONDUCTORES DE SEGUNDO ORDEN: estos poseen conductancia iónica o

electrolítica y los portadores de la carga son los iones. En este tipo de conductores

se tiene transferencia de masa asociada con el flujo eléctrico (suelos, sales y

soluciones).

CONDUCTORES DE TERCER ORDEN (MIXTOS): estos poseen tanto conductancia

iónica como electrónica, generalmente domina su conductancia es demasiado baja en

general (óxidos metálicos y algunos metales).En la figura 3.2.2. Se muestra el análisis

del comportamiento de los metales en un sistema de protección catódica de corriente

impresa.

Figura 3.2.2 análisis del comportamiento de los metales en un sistema de protección catódica de corriente impresa.

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49

En la figura 3.2.3 se muestra una grafica donde se hace una comparación de la

resistencia relativa entre el cobre y otros metales.

Figura 3.2.3 Resistencia relativa de diferentes metales en comparación con el cobre.

En la figura 3.2.4 se muestran los precios que se pagan por cable de cobre y s realiza

una comparación con el de aluminio.

En la figura 3.2.4 .análisis económico sobre los precios que se pagan por el cable de cobre en comparación con el de

aluminio.

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50

En la figura 3.2.5 se muestran dos tipos de cable conductores diferentes al cobre y en la

figura 3.2.6. Se muestra la estructura de dichos cables.

En la figura 3.2.5 tipos de cable conductores diferentes al cobre

Figura 3.2.6. Estructura de conductores metálicos diferentes al cobre.

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51

CAPITULO 4: DISEÑO DEL NUEVO SISTEMA DE

PROTECCION CATODICA SUBTERRANEO.

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52

4.1. DISEÑO PROPUESTO

Con la finalidad de proporcionar una visión del lugar que ocuparan los equipos en el

diseño subterráneo, se realizó un croquis el cual muestra la (figura 4.1). En la cual se

muestran las conexiones y ubicaciones del nuevo sistema de protección catódica Anti

vandalismo.

La función que tiene el presente diseño es proteger los ductos por donde circula el gas

,petróleo(crudo) o aceite, entre otros materiales, suministrando una corriente máxima de

95 amperes que es lo que requiere la tubería para su protección, evitar que este se ha

dañado evitando que se oxide y se tenga perdida fugas en dichos ductos.

Transformador: es el que convertirá la tensión alterna de entrada en otra tensión

alterna del valor que se requiere para proporcionar la energía que se necesita para que

funcione el sistema.

Rectificador: es el que se va a encargar de convertir la corriente alterna que viene del

transformador en corriente continua.

Caja general de protección: también denominada caja unión cuenta con unas

conexiones las cuales van conectada al rectificador, otra va dirigida al ducto donde es

Rectificador

Acceso a

la caseta

Tubería a

proteger

Cama

anódica

Figura 4.1. Conexiones y ubicaciones del nuevo sistema de protección catódica Antivandalismo.

Antena satelital

Recolector

de datos

Dispositivo de

venteo

Caja

unión

Transformador

Poste de CFE

Acometida eléctrica

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53

soldada (puenteo de ductos) y otra más al transformador. Este es un elemento muy

importante en nuestro diseño, ya que es la encargada de mantener unidos, la mayoría

de los elementos básicos del sistema.

Acometida eléctrica: en esta parte del diseño se realizara una excavación para

instalar las líneas que bajaran del transformador para suministrar la corriente que

requiere el rectificador.

Cama anódica: esta permitirá proporcionar una corriente positiva (corriente directa), al

rectificador.

Dispositivo de venteo: se conectara al rectificador exhibe una cámara interna que

contiene un primer fluido y un segundo fluido, en el que dicho dispositivo comprende:

una primera trayectoria de venteo adecuada para comunicar dicha cámara interna del

rectificador con el exterior donde será monitoreada vía satelital junto con el control de

los datos del spc.

La solución también incluye el monitoreo remoto, captura de información (datos),

generación de alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un informe que se

presenta de forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de recomendaciones

necesarias para evitar las fallas. Este análisis es realizado por especialistas utilizando

para ello los datos provenientes directamente desde los equipos de medición. El

sistema que se instalara consta de los siguientes elementos.

-Transductores de señal

-Equipo terminal remoto

-Equipo de transmisión satelital

-Servicio de hosting

-Acceso web a la información.

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54

Dada la tecnología de transmisión (satelital) el sistema ofrece cobertura total de las

mediciones desde cualquier ducto. Además que se contaría con fflexibilidad o

disponibilidad para transmitir las variables en tiempo real de un SPC por Corriente

Impresa y proporcionaría datos e información a tiempo para la toma de decisiones y

acciones.Lo cual aportara el beneficio de tener estos spc bajo supervisión remota

permanente para la toma de decisiones oportunas que lo mantengan bajo condiciones

normales de trabajo.

La solución incluye el monitoreo remoto, captura de información (datos), generación de

alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un informe que se presenta de

forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de recomendaciones necesarias

para evitar las fallas. Este análisis es realizado por especialistas utilizando para ello los

datos provenientes directamente desde los equipos de medición.

También contara con un dispositivo de comunicación de campo está diseñado de

manera compacta para ser instalado internamente en el medidor y recibe alimentación

de energía directamente del mismo, o por batería. La solución recolecta a través de

medidores, datos claves de operación de los equipos en campo, construye su historia y

codifica y consolida estos datos para una transferencia eficiente vía satélite. Los datos

son transportados de manera segura al Centro de Datos de Monitoreo donde son

convertidos en información crítica para toma de decisiones generada por una

plataforma de reporte basada en Web.

Esta información es analizada por un equipo de expertos para recomendar las acciones

adecuadas a profesionistas claves y tomadores de decisiones designados quienes

pueden visualizar dicha información 24 horas diarias, 7 días a la semana como si se

estuviera en sitio.

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55

La finalidad de este diseño es evitar los robos a través de los muros, debido a que esto

estará enterrado bajo tierra pues disminuye la posibilidad de que acecen a través de los

muros o paredes de la caseta como se muestra en la (figura 4.1.1). Donde se muestran

como son cometidos los actos vandálicos a los sistemas de protección catódica que

actualmente se encuentran funcionando.

Figura 4.1.1.vandalismo a través de los muros.

4.2. ASPECTOS QUE DEBEN DE TOMARSE ENCUENTA PARA REALIZAR UN

DISEÑO DE PROTECCION CATODICA.

Una vez que se haya elegido el ducto al cual aplicar la protección catódica es

necesario llevar a cabo una limpieza y desmonte del área elegida donde será instalada

la caseta la cual consistirá en la remoción y disposición de toda la vegetación y

desechos dentro de las áreas que se indiquen, exceptuando los objetos que sean

señalados para permanecer en sus sitios.

El Desmonte consistirá en la remoción y disposición de toda la vegetación y desechos

dentro de las áreas que se indiquen, sin incluir desraigue. Estos trabajos también

incluirán la debida protección a toda la vegetación y objetos destinados a preservarse.

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56

Tanto en la Limpieza y Desraigue como en el Desmonte, se entenderá como remoción

y disposición de “desechos” todo tipo de material orgánico o inorgánico, natural o

fabricado por el hombre, como lo son chatarras de todo tipo, rocas, troncos, etc., que

afecten la ejecución satisfactoria del trabajo.

Una vez llevada a cabo la actividad anteriormente mencionada se procede a realizar la

excavación en el área que se ha limpiado la excavación llevara una medida de 3m x 3m

como se muestra en la (figura 4.2).

3m

3m

Figura 4.2. Detalles de las medidas que debe de llevar la excavación.

Una vez que se comience a escarbar, es necesario sumarle a las medidas 40

centímetros más, es decir, se suman los 40 centímetros para al largo y ancho, y esta

serán las medidas de la excavación que es el grosor del concreto que debe de llevar la

caseta para evitar que la presión que ejerce el suelo sobre la construcción puede

ocasionar que esta se colapse por eso es necesario tomar en cuenta estas

consideraciones de diseño.

Page 57: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

57

Es indispensable que se sumen estos cuarenta centímetros, ya que si no se toma en

cuenta, las medidas de la excavación disminuirán. Como se muestra en la (figura

4.2.1).

Figura 4.2.1. Vista frontal de las especificaciones de concreto del diseño.

Después de realizar la construcción de la caseta, es necesario ubicar el lugar donde se

encuentra el último ducto que pasa por ese lugar, debido a que la ubicación de la cama

anódica debe de ir a 60m de distancia.

CAMA ANODICA: el tipo de ánodos que se utilizaran para este diseño son llamados

ánodos PROTE-CAT diseñados por la compañía HC industrial, s.a de C.V son ánodos

de fierro-silicio y cromo.

Para determinar el número de ánodos, es necesario determinar mediante pruebas de

campo los requerimientos de corriente de las estructuras a proteger (ductos), debido a

que el presente diseño no ha sido aplicado se realizara para drenar una corriente

máxima de 95 Amps. Con base a ese dato se realizaran los cálculos y aplicación de las

fórmulas para su diseño.

40cm

3m

3m

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58

Con el objeto de tener una base aproximada del numero de nodos PROTE-CAT por

emplear en un determinado punto de drenaje, tomaremos los 95 Amp, dividida entre la

capacidad máxima recomendada de drenaje de corriente por cada ánodo, que para el

caso de los ánodos PROTE-CAT es de 4 Amp por ánodo. Entonces (95 Amp / 4 Amp=

23.75) lo que nos ayuda a determinar que para el siguiente diseño se requieren 24

ánodos PROTE-CAT.

Una vez que determinamos el número de ánodos que debe de llevar la cama anódica,

se debe de trazar la ubicación de la cama, como se muestra en la (figura 4.2.2). La

siguiente figura, es un ejemplo de cómo se debe de realizar el trazado de las medidas

de la cama anódica, la cual debe de tener una profundidad de 2m por 200m de largo.

Figura 4.2.2.trazo de las medidas de la cama anodica

Despues de concluir con la excavacion de la cama anodica, se hacen unos hoyos con

un cava hoyos, para realizar la instalacion de los anodos, la distancia entre anodo y

anodo es de 7m. La profundidad del hoyo para instalar el anodo es de 2 m asta llegar al

agua, como se muestra en la (figura 4.2.3). Los anodos deben ir instalados en el agua

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59

debido a que el agua es conductora de corriente,la corriente que se necesita obtener de

la cama anodica es corriente positiva.

.

Figura 4.2.3.excavacion para instalar el anodo.

Una vez que se instalan los anodos, se realiza un empalme de anodos. El cual consiste

en quitar una parte del recubrimiento del cable que sale del anodo y del cable que viene

de la caja union que da al rectificador, para hacer la conexión.Una vez que los

recubrimientos de los cables han sido retirados, se utiliza un conector para unir los

cables y se les coloca un molde como se muestra en la (figura 4.2.4). Despues se

coloca cinta electrica y se vierte resina scotchcast, la cual seca en menos de 15

minutos,realizado esto se concluye con el empalme de los anodos.

Figura 4.2.4. Empalme de ánodos.

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60

Concluido el empalme de ánodos, se realiza una elaboración y vaciado de mezcla

sobre el cable, como se muestra en la (figura 4.2.5) para concluir con el tapado de la

excavación.

Figura 4.2.5 vaciado de mezcla sobre el cable.

Después que concluimos la instalación de la cama anódica, el cable que viene de la

cama, se conecta al rectificador que está dentro de la caseta subterránea y

posteriormente, se realiza lo que se llama un puenteo de ductos. El cual consiste en

aplicar soldadura, sobre un área del ducto más cercano a la caseta, en el cual se

remueve parte de la pintura, para poder soldar el cable al ducto, como se muestra en la

(figura 4.2.6).

Figura 4.2.6. Puenteo de ductos

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61

El tipo de corriente que se obtiene del puenteo es negativa y el cable que sale del ducto

soldado, es colocado en la caja union que esta conectada al rectificador.

El rectificador que se utlizara es un rectificador que no tiene cobre, esta fabricado con

devanados de aluminio, esto para evitar que sea vandalizado como en los sistemas de

proteccion catodica.

El rectificador se encarga de mandar una capa o pelicula de corriente de 20 volts, que

lo protege de la corrosion y el desgaste. En la (figura 4.2.7) se muestra el tipo de

rectificador que debe utilizarse para este diseño.

Figura (4.2.7)rectificador con devanados de aluminio.

Despues que se termino con el puenteo y empalme de anodos, se realiza la instalacion

de la acometida electrica. La cual consiste en realizar otra excavacion, hacia el poste

donde se instalara el transformador, como se muestra en la (figura 4.2.8)

Figura 4.2.9.instalacion de acometida electrica.

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62

Cuando se termina con la instalacion de la acometida electrica, se instala el

tranformador en el poste y conecta al rectificador para proporcionar el voltaje par que

funcione el diseño.

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63

CONCLUSION

Del desarrollo del del sistema anteriormente descrito en el capítulo 4 se puede concluir

que dada la tecnología de transmisión (satelital) el sistema ofrece cobertura total de las

mediciones desde cualquier ducto. Además flexibilidad para transmitir las variables en

tiempo real de un SPC por Corriente Impresa. Proporcionando datos e información a

tiempo para la toma de decisiones y acciones. Lo cual aportara el beneficio de tener los

sistemas de protección catódica bajo supervisión remota permanente para la toma de

decisiones oportunas que lo mantengan bajo condiciones normales de trabajo.

La solución incluye el monitoreo remoto, captura de información (datos), generación de

alarmas, análisis e interpretación de los resultados, en un informe que se presenta de

forma mensual, el cual contiene un listado priorizado de recomendaciones necesarias

para evitar las fallas. Este análisis es realizado por especialistas utilizando para ello los

datos provenientes directamente desde los equipos de medición

El dispositivo de comunicación de campo está diseñado de manera compacta para ser

instalado internamente en el medidor y recibe alimentación de energía directamente del

mismo o por batería. La solución recolecta a través de medidores, datos claves de

operación de los equipos en campo, construye su historia y codifica y consolida estos

datos para una transferencia eficiente vía satélite.

Los datos son transportados de manera segura al Centro de Datos de Monitoreo donde

son convertidos en información crítica para toma de decisiones generada por una

plataforma de reporte basada en Web. Esta información es analizada por un equipo de

expertos para recomendar las acciones adecuadas a profesionistas claves y tomadores

de decisiones designados por quienes pueden visualizar dicha información 24 horas

diarias, 7 días a la semana como si se estuviera en sitio.

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64

El diseño anterior muestra 2 grandes soluciones la primera es evitar que sean

vandalizados debido a que al no utilizar cable de cobre disminuye la posibilidad del

robo del mismo y como la caseta es subterránea el acceso atravez del rompimiento de

dicha estructura como en los otros diseños existentes es menos improbable, y la otra es

que por medio del monitoreo satelital estos pueden estar en constante revisión sin

necesidad de tantas visitas a campo y al mismo tiempo estar al pendiente que la

protección que está generando la protección catódica está trabajando al 100%.

Page 65: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

65

BIBLIOGRAFIA

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Autor:Ronald J. Gillespie, Aurelio Beltrán

Editorial porrua

1ra edicion 1884

2.- Introducción a la ciencia e ingeniería de los materiales: Volumen 2

Autor:William D. Callister

Editorial mc graw Hill

3ra edicion 1862

3.-Metalurgia general: Volumen 2

Autor:F.R. Morral

Editorial limussa

2da edicion 2001

4.-Corrosión y protección

Autor:Bilurbina Alter, Luis

Editorial nueva imagen

1ra edicion 1868

5.-La protección catódica y sus aplicaciones

Autor: Jehan Changarnier

Editorial mc graw hill

8va edición 1893

Page 66: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

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6.-Corrosiones metálicas

Autor: Ulick R. Evans

Editorial porrua

1ra edicion 1789

7. - Química general

Autor: Ralph S. Becker, Wayne E. Wentworth

Editorial mc graw Hill

1ra edición 1987

8.-Ciencia e ingeniería de los materiales -

Autor: Donald R. Askeland, Pradeep P. Phulé

Editorial nueva imagen

1ra edición 1743

9.-Tecnología de materiales

Autor: Vicente Amigó Borrás

Editorial limusa

2da edición 1989

10.-Protección catódica aplicada a estructuras enterradas y sumergidas

Autor: Jorge Alberto Vidales Rangel

Editorial mc graw Hill

9na edicion 2003

Page 67: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

67

11.-Manual práctico de electricidad para ingenieros –

Autor: Donald G. Fink, H. Wayne Beaty, John M. Carroll

Editorial mc graw Hill

3ra edicion 1899

12.-Química: la ciencia central

Autor: Theodore L. Brown, Bruce E. Bursten, Julia R. Bur

Editorial porrua

5ta edición 1981

13.-Química: una ciencia experimental

Autor: Chemical Education Material Study

Editorial limusa

1ra edición 1798

14.-Ingeniería electroquímica: informción exhaustiva de la teoría

Autor: C.L. Mantell

Editorial nueva imagen

4at edición 2002

15.-Tecnología de materiales

Autor: Vicente Amigó Borrás

Eitorial mc graw Hill

1ra edicion 1999

Page 69: 64377643 proyecto-correcto-de-residencia

69

ANEXOS

Figuras

Las grabaciones en las caras de los postes deben ser bajo-relieve.

Los postes deben ser pintados de color naranja y las grabaciones de color negro.

Los postes de concreto deben ser tipo V, con una resistencia a la compresión (f´c) igual

a 150 kg/cm2,reforzados con varillas de 9,5 mm (3/8 pulg) y estribos de 6,3 mm (1/4

pulg).

Figura anexos. Acabados y grabados para postes de señalamiento y reghistro tipo RA

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70

Figura anexos. Arreglo tipico de un sistema de proteccion a base de anodos galvanicos.

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71

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

A Ampere

a Espaciamiento entre electrodos del Método de Wenner para medir resistividad de

suelos (cm)

Ag Plata

Ag/AgCl Plata-Cloruro de Plata

Al Aluminio

ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y

Materiales)

AWG American Wire Gauge (Calibre de Cable Americano).

BS British Standard (Norma Británica)

oC Grado Celsius

CD Corriente directa

cm Centímetro

Cu/CuSO4 Cobre-Sulfato de Cobre

DNV Det Norske Veritas (Norma Noruega)

E Potencial ó diferencia de potencial eléctrico

U Vida útil material anódico (factor de utilización)

h Hora

I Corriente eléctrica

Ic Valor desconocido de la corriente que circula en un circuito

In Indio

km Kilómetro

m Metro

M Mega

mA Miliamperes

NACE National Association of Corrosion Engineers (Asociación Nacional de Ingenieros

en Corrosión).

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72

N.T.N. Nivel de terreno natural

Porcentaje de IR Parámetro obtenido en mediciones de gradientes de potencial de

corriente directa.

R Resistencia eléctrica (Ω)

Rs Valor de la resistencia (shunt) (Ω)

s Segundo

V Volt

Vs Caída de potencial medida entre los extremos de la resistencia (shunt) (V)

Zn Zinc

ρ Resistividad (Ω - cm)

Ω Ohm

ISO International Organization for Standardization (Organización Internacional para la

Estandarización)

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73

GLOSARIO

Alma del ánodo - Varilla, solera o tubo de acero colocado en el centro del ánodo

galvánico, utilizado para la sujeción o fijación del mismo.

Ánodo - El electrodo de una celda electrolítica en el cual la principal reacción que

ocurre es la de oxidación.

Ánodo galvánico o de sacrificio - Es un metal con potencial normal de oxidación

mayor que el de la estructura metálica por proteger, de tal forma, que al emitir corriente

de protección se consume.

Ánodo inerte - Es aquél que no produce corriente eléctrica y su consumo no es

directamente proporcional a la corriente de protección.

Caída de voltaje IR - Cambio de potencial debido al paso de una corriente eléctrica “I”

en un circuito de resistencia “R”. Esta caída debe ser considerada para una

interpretación válida en la medición de potenciales en los sistemas de protección

catódica.

Cambio de potencial - Diferencia entre el potencial estructura – medio (electrolito),

medido después de suspender la corriente de un sistema de protección catódica y el

potencial instantáneo en estado apagado.

Cátodo - Es el electrodo de una celda electroquímica, en el cual la principal reacción

que ocurre es la de reducción.

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74

Corriente de protección - Es la corriente eléctrica directa, necesaria para obtener los

valores de potenciales de protección catódica de una estructura metálica enterrada o

sumergida en un electrolito.

Corrosión - Es la reacción electroquímica de un metal con su ambiente, resultando en

un deterioro gradual y progresivo del metal y sus propiedades. Esta especificación se

refiere a la corrosión como una acción electroquímica.

Densidad de corriente - Es la corriente eléctrica directa por unidad de área de

superficie de un electrodo, expresada en mili ampere por metro cuadrado.

Ducto ascendente - Tramo de tubería ascendente que conecta la trampa de diablos o

tubería de cubierta con la curva de expansión de la línea regular que se instala en el

lecho marino.

Electrodo de Referencia - Electrodo con potencial estable y reproducible, el cual se

usa en la medición de potenciales estructura – medio (electrolito).

Electrolito - Conductor iónico de corriente eléctrica directa. Se refiere al subsuelo o al

agua en contacto con una tubería metálica enterrada o sumergida.

Factor de daño del recubrimiento (ƒc) - Es el cociente que resulta de dividir la

relación de la densidad de corriente requerida para polarizar una superficie metálica de

acero recubierta, entre la densidad de corriente de la superficie metálica del acero

desnudo.

Factor de utilización - Es la proporción de material anódico considerada en el diseño,

que puede ser consumida en un ánodo.

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75

Fuente de energía (Rectificador) - Es cualquier dispositivo que permite imprimir

gradualmente, la corriente eléctrica necesaria para la protección de una estructura a

través de energía eléctrica continua.

Masa neta total - Es la masa que se requiere para satisfacer la demanda de corriente

media, sin considerar la masa adicional del alma o soportes.

Polarización - Es la magnitud de variación de potencial de circuito abierto de un

electrodo, causado por el paso de una corriente eléctrica.

Poste de señalamiento y registro - Es aquél que indica la trayectoria y localización de

las estructuras metálicas por proteger, sirviendo además para medir el potencial de la

estructura al electrolito.

Potencial de estructura-electrolito - Es la diferencia de tensión, entre una estructura

metálica enterrada o sumergida y un electrodo de referencia, en contacto con el

electrolito.

Potencial en estado encendido - Potencial estructura–medio (electrolito), medido con

la corriente de protección catódica circulando.

Potencial de polarización - Potencial estructura–medio (electrolito), medido

inmediatamente después de interrumpir las fuentes de energía de protección catódica.

Es el potencial real de protección de la estructura.

Protección catódica - Procedimiento eléctrico para proteger las estructuras metálicas

enterradas o sumergidas contra la corrosión exterior, el cual consiste en establecer una

diferencia de potencial para que convierta a las estructuras en cátodo, mediante el paso

de corriente eléctrica directa proveniente del sistema de protección seleccionado.

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76

Resistencia (shunte) - Resistencia de valor conocido, la cual permite determinar la

corriente eléctrica, mediante la obtención de diferencias de potenciales fijas, cuando es

insertada en un circuito que transporta carga eléctrica.

Resistividad del terreno - Es la resistencia eléctrica específica de un terreno, se

expresa en Ω-cm.

Soldadura por aluminotermia - Procedimiento para soldar conductores eléctricos a

estructuras metálicas, consiste de una mezcla pulverizada de óxidos de cobre y

aluminio con polvo de arranque, que se activa mediante una chispa, dentro de un

molde.