Bases de Diseño de la Protección Catódica

Para iniciar el diseño de la protección catódica, se deberá establecer cuanto tiempo de vida requiere el sistema, posteriormente se decide que tipo de sistema, debido a las mediciones de resistividad del terreno y las condiciones de la estructura a proteger.

Consideraciones:

• Protección mecánica • Longitud del ducto

• Instalaciones superficiales • Aislamientos dieléctricos.

Datos del gasoducto: & Diámetro

& Longitud & Recubrimiento

& Densidad de corriente sugerida & Porcentaje de área desnuda

610 mm (24”) 39.040 km alquitrán de hulla 0.001 amp/cm2 8% Cálculo Teórico: I = A d P I = Corriente requerida A = Área desnuda ( π D L) π = 3.1416

D = Diámetro del tubo en pies L = Longitud del ducto.

d = Densidad de corriente sugerida P = Porcentaje de área desnuda.

Donde:

D = 610mm/305mm (24”/12”) = 2 pies. L = 39040 m x 3.28 pie/m = 128051.2 pie

Por lo tanto:

Cálculo Real:

Se realizaron dos pruebas de campo de requerimiento de corriente y se estableció una necesidad de 72.45 amperes, con un mínimo de dos puntos de drenaje.

Cálculo del sistema:

Se ha establecido una necesidad del sistema de 75 amperes y al menos dos puntos de impresión de corriente. Esta corriente, desde el punto de vista económico, solo puede solventarse mediante el diseño de un sistema de protección catódica por medio de corriente impresa, por lo que la cantidad de corriente requerida se dividirá en dos partes y se requieren dos fuentes de corriente de aproximadamente de 36 amperes. Es importante observar que la fuente de energía eléctrica por corriente directa más económica es por medio de rectificadores de corriente.

Si se considera que para fines prácticos los rectificadores de corriente eléctrica deberán operarse aproximadamente al 50% de su capacidad, se necesita un rectificador de 72 amperes y si comercialmente existen de 75 amperes y 100 amperes, teniendo aproximadamente el mismo costo, se decide por dos unidades de 100 amperes de salida de corriente directa.

Número de Ánodos

El sistema de protección catódica está formado por la estructura a proteger, una fuente de poder que es el rectificador, los cables que unen las partes del sistema, el electrolito que envuelve o baña a este, y los ánodos que dispersarán la corriente generada por la fuente a través del electrolito. El número de ánodos a utilizar depende de la cantidad de corriente que se va a dispersar y del número que se necesite para obtener la resistencia del circuito.

Si se considera una corriente final de 100 amperes y se utilizan 25 piezas que puedan drenar hasta 4 amperes por ánodo, se garantiza una vida útil de 15 años, Tabla 2.6.

Grafito

El grafito puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media, con un relleno de grafito o de carbón de coque. Este ánodo es frágil, por lo que su transporte y embalaje debe ser cuidadoso. Sus dimensiones varían: su longitud oscila entre 1000 y 2 000 mm y su diámetro entre 60 y 100 mm. Pesan menos que los de ferrosilicio. La salida máxima de corriente que tienen estos ánodos es de 3 a 4 A por ánodo y su desgaste varía entre 0.5 y 1 Kg / A-año.

Tabla 2.6. Tipos de metales para ánodos. [2.26]

Densidad de corriente A/m2 Tipo Peso específico g/cm3 Consumo kg/A-año máxima práctica Utilización (medio)

Acero Chatarra 7.8 _{7.0 4.5-1} ~9 5 1 Todos

Grafito 1.6 0.1-1 10-100 2.5-40 Terreno, agua de mar; excluido el fondo marino y el agua dulce Ferro-silicio: 0.95% C 16% Si, 0.75% Mn

7 0.25-1 30-40 Agua dulce, _terreno

Fe-Cr-Si; 0.95%C, 0.75% Mn, 4.5%Cr, 14.5% Si 7 0.25-1 27 10-100 _{Terreno, agua de} mar, fondo marino Pb-Ag (2% Ag) 11.3 0.2 300 30-65 Pb-Ag-Sb (1%Ag, 6% Sb) 11 0.5 300 50-200 Sólo agua de mar; excluido el Fondo marino Titanio platinado 4.5 500-100 Niobio platinado 8.4 500-700 Tántalo platinado 16.6

8.10-6 400 por cada _{micra de} platino de

espesor 500-1100

Terreno no salino con relleno, agua de mar; excluido el fondo marino y

el agua dulce Titanio-óxido de

La resistencia de contacto a tierra de un ánodo de grafito se obtiene de la siguiente ecuación:

RC = 0.002 R

Donde:

RC = Resistencia de contacto a tierra.

R = Resistividad en el punto de instalación.

Los valores de resistividad promedio encontrados en los posibles puntos de impresión de corriente son del orden de 2200 Ohm/cm, por lo que la resistencia de contacto a tierra, será de valores aproximados a:

RC = 0.002 X 2200 = 4.4 Ohms

Este valor es muy alto, por lo que es necesario la instalación de una cama anódica de al menos 25 piezas por espaciamiento de 10 m. entre si, para esperar una disminución en la resistividad de contacto a tierra del 17% y tener un valor aproximado a 0.748 Ohms.

La resistencia eléctrica de los conductores, considerando una longitud aproximada de 300 m de cable de cobre calibre 1/0, será de:

La resistencia eléctrica de la tubería como conductor y tomando en consideración su longitud y diámetro es de aproximadamente:

RT = 0.0000002485 Ohms/pie x 128.01510 = 0.0307236 Ohms.

De lo anterior, la resistencia del circuito es la suma de todos los conceptos anteriores y es de aproximadamente de 0.905 Ohms por lo que la cantidad de ánodos a utilizar para la cama anódica será de 25 piezas.

Estos ánodos deberán de ser de grafito producidos por medio de la sinterización de grafito en polvo y el poro resultante, deberá ser protegido por medio de parafina. Se deberá de unir en el centro de este ánodo, un cable de cobre calibre 8 AWG, forro THW de 1.45 m de longitud y se protegerá la conexión por medio de un capuchón termo contráctil. Tómese en cuenta que es necesario mantener el aislamiento eléctrico del sistema para protegerlo de otras estructuras por redes metálicas.