"Protección catódica con corriente impresa de aceros estructurales ASTM A 36, recubiertos con pintura y enterrados en suelos franco arenosos húmedos"

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ESCUELA DE POSGRADO. DO. -U. NT. UNIDAD DE POSGRADO EN INGENIERIA. RA. “PROTECCIÓN CATÓDICA CON CORRIENTE IMPRESA. PO SG. DE ACEROS ESTRUCTURALES ASTM A-36, RECUBIERTOS CON PINTURA Y ENTERRADOS EN. DE. SUELOS FRANCO- ARENOSOS HÚMEDOS”. BI. BL IO. TE CA. TESIS PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL. AUTOR:. CON MENCION EN: DIRECCION DE PROYECTOS. Ing. ALEJANDRO AUSBERTO QUEVEDO NARVÁEZ.. ASESOR: Dr. Ing. DONATO CÁRDENAS ALAYO TRUJILLO – PERÚ 2016. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) RA. DO. -U. NT. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. PO SG. DEDICATORIA:. Este esfuerzo y dedicación, es de. BI. BL IO. TE CA. DE. exclusividad para la persona que durante casi una vida me acompaña siempre en todos mis Proyectos, mi adorada esposa Ruby Azucena Cruz Terrones Asimismo, a mis queridos Padres porque me dieron lo mejor de ellos SU AMOR. y. ENSEÑANZAS. para. caminar en la vida.. i Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. NT. AGRADECIMIENTO:. -U.  Al Dr. Ing. Donato Cárdenas Alayo, por la predisposición para. DO. asesorarnos, enseñarnos y guiarnos en esta parte de nuestra vida.  A los docentes de la Escuela de Postgrado de la Universidad. RA. Nacional de Trujillo por las enseñanzas y orientación brindadas. PO SG. durante el desarrollo de la maestría.  Al Jefe del Laboratorio de Corrosión de Ingeniería de Materiales por permitirme trabajar en sus ambientes durante el desarrollo del proyecto.. DE.  A mi amada esposa Ruby Cruz Terrones por todo el apoyo. TE CA. incondicional para poder realizar este nuevo sueño.  A mis queridos padres porque me dieron lo más importante, LA VIDA.. BL IO.  A mis hijas Ruby y Stefany por alentarme siempre en este nuevo. BI. reto de mi vida.. ii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. INDICE Dedicatoria ........................................................................................................ i Agradecimiento ................................................................................................. ii Índice ................................................................................................................ iii Resumen ........................................................................................................... v. NT. Abstracto ........................................................................................................... vi. INTRODUCCIÓN. -U. I.. Realidad problemática ......................................................................... 1. 1.2.. Antecedentes empíricos ....................................................................... 2. RA. DO. 1.1.. ANTECEDENTES TEORICOS. PO SG. II.. Fundamento teórico ............................................................................. 4. 2.2.. Problema ............................................................................................. 22. 2.3.. Hipótesis ............................................................................................. 23. 2.4.. Objetivos ........................................................................................... 23. 2.5.. Justificación ........................................................................................ 23. TE CA. BL IO. 3.1.. DE. 2.1.. III.. MATERIALES Y MÉTODOS. OBJETO DE ESTUDIO ...................................................................... 24. BI. 3.1.1. Universo objetivo .......................................................................... 24 3.1.2. Universo muestral .......................................................................... 24 3.1.3. Muestra ......................................................................................... 24 3.2.. MÉTODOS Y TÉCNICAS .................................................................. 25 3.2.1. Matriz de diseño. ........................................................................... 25. 3.3.. PROCEDIMIENTO DE TOMA DE DATOS. ...................................... 27. 3.4.. PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS ....................... 28. iii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. IV.. RESULTADOS Y DISCUSION. 4.1.. ENSAYO SIN PROTECCIÓN CATÓDICA........................................ 32. 4.2.. ENSAYOS CON PROTECCIÓN CATÓDICA USANDO CORRIENTE IMPRESA............................................................................................ .33. CONCLUSION Y RECOMENDACIONES. NT. V.. Conclusiones.................................................................................. 37. 5.2.. Recomendaciones .......................................................................... 37. VI.. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.............................. 39. PO SG. RA. DO. -U. 5.1.. APENDICE .................................................................................. 41. BI. BL IO. TE CA. DE. ANEXOS ...................................................................................... 48. iv Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. En el presente trabajo de investigación se ha evaluado el efecto que tiene la corriente catódica aplicada, sobre la velocidad de corrosión de aceros ASTM A 36, cuando están pintados con un sistema de pintura anticorrosiva y además están enterrados en suelos húmedo franco arenoso (predominio de arena, adecuada retención de humedad).. NT. Para obtener los resultados se ha utilizado, probetas de acero pintado de las dimensiones 100 X 50 X 6 mm y se ha dejado descubierta un área lateral de 600mm(100 X 6 mm). -U. Simulando los defectos de pintura y rasguños que se presentan durante la manipulación, soldeo, etc. de estos aceros cuando forman parte de estructuras, además se suministró. DO. corriente continua controlada, usando un transformador rectificador de corriente y todo. RA. el circuito experimental además permitió enterrar las probetas en el terreno de la ciudad. PO SG. universitaria de la UNT.. Los resultados más saltantes indican que las probetas sin protección registraron un potencial electroquímico de -493mV (respecto al electrodo de cobre/ sulfato de cobre) y. DE. una velocidad de corrosión de 114.19 µ/año, en cambio cuando se aplicó corriente en un rango de 5.3369 mA/m2, a un potencial electroquímico de -1249 mV (respecto al. TE CA. electrodo de cobre/ sulfato de cobre) se logró disminuir la velocidad de corrosión a un valor de 1.423 µ/año lo que equivale a una disminución de 98 % respecto a la condición. BL IO. sin protección.. Estos resultados son alentadores pues plantean una tecnología de protección adaptada a. BI. un medio natural local.. Palabras Clave: Acero ASTM A-36, Protección catódica, Suelo franco arenoso.. vi Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT. In the present research the effect of the cathodic current applied on the corrosion rate of steels ASTM A 36, when they were painted with anti-corrosive paint system and buried in sandy loam soil moist was evaluated (predominance of sand, adequate moisture retention).. NT. For the results has been used, painted steel specimens of dimensions 100 x 50 x 6mm and has been left uncovered a side area of 600mm (6 X 100 mm) Simulating paint defects and. -U. scratches that occur during handling, welding, etc. of these steels when they are part of. DO. structures, also controlled current was supplied using a current transformer rectifier and. RA. the experimental circuit also allowed specimens buried in the ground of the UNT campus.. PO SG. The salient results indicate that the specimens unprotected recorded an electrochemical potential of -493mV (relative to the electrode copper / copper sulphate) and corrosion rate 114.19 μ/year, while when current is applied in a range of 5.3369 mA/m2, to an electrochemical potential -1249 mA (relative to the electrode copper / copper sulphate). DE. was able to reduce the corrosion rate to a value of 1.423 which is equivalent to a decrease. TE CA. of 98% compared to the unprotected condition.. BI. BL IO. Word Keys: ASTM A-36 Steel, Cathodic protection, sandy loam soil.. vii Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I.. INTRODUCCIÓN. 1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA La corrosión es una de las causas más frecuentes de roturas de estructuras metálicas en contacto con electrolitos (aguas y suelos); por tal motivo, a nivel mundial se dedican grandes esfuerzos destinados a evitar estos daños, los cuales generan un alto impacto en el ambiente, metas de producción, costos de operación,. NT. penalizaciones y mantenimiento, traduciéndose en pérdidas equivalentes entre 3 y. -U. 5 % del PBI de los países industrializados.. Todo esto justifica ampliamente la utilización de la protección catódica, técnica. DO. anticorrosiva, cuyo costo de instalación usualmente no representa ni el 3% del costo. RA. del activo metálico a proteger. (Medina, 2010).. Esta técnica, está siendo aplicada cada día con mayor éxito en el mundo entero,. PO SG. debido a 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. DE. importantes. (García, 2009).. En nuestro país existen empresas tales como Sedalib, Petroperú, Repsol, etc. que. TE CA. tienen tuberías de grandes longitudes enterradas que transportan diferentes productos por distintas regiones. Estas empresas se ven en la necesidad de. BL IO. protegerlas y como no es posible la inspección cotidiana por no estar a la vista, se les ha implementado un sistema de protección catódica con corriente impresa y se monitorea fácilmente mediante un rectificador, lo que alarga la vida útil de estas. BI. tuberías.. Sin embargo, a pesar de ser una tecnología muy efectiva, el conocimiento de los parámetros operativos para su instalación en un medio natural especifico, supone el realizar pruebas a nivel laboratorio y piloto, lo que al final garantizará su efectividad y permitirá comprender a cabalidad los fundamentos teóricos publicados en la literatura correspondiente.. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2 ANTECEDENTES EMPIRICOS Cayotopa y Salirosas, evaluaron lá “Influencia de la densidad de corriente aplicada sobre la velocidad de corrosión del acero ASTM A-36, latón 70/30 y aluminio 1100, protegidos catódicamente con corriente continua, sumergidos en una solución al 3.5 % de cloruro de sodio”; y se determinó que el material que mayor se protege catódicamente con corriente continua es el acero ASTM A-36 que disminuye su velocidad de corrosión en un 99.5% en comparación del latón 70/30(66%) y. NT. aluminio 1100(46%). (Cayotopa y Salirosas, 2006).. -U. Olguín y Cárdenas, evaluaron la “Influencia de la densidad de corriente catódica aplicada sobre el potencial de protección y velocidad de corrosión de pares. experimentalmente que el rango efectivo de. RA. mar artificial” y se determinó. DO. galvánicos a base de acero ASTM A-36, fundición y latón, expuestos en agua de. densidad de corriente catódica para el par galvánico Acero ASTM A-36/ latón. PO SG. 70/30 está entre 440 a 550 mA/m2, con lo que se consigue llevar al par galvánico a valores de potenciales de protección ubicadas en zonas de inmunidad contra la corrosión. Así mismo esas densidades de corriente de protección generaron un. DE. rango de velocidad de corrosión del par galvánico entre 136.3 a 64.96 μ/año.. TE CA. (Olguín y Cárdenas, 2007).. Soto y Vásquez, evaluaron el “Efecto de la densidad de corriente catódica. BL IO. aplicada sobre el potencial de protección y velocidad de corrosión del acero estructural ASTM A -36, expuesto a una solución al 3.5% de cloruro de sodio”; Se determinó experimentalmente que el rango efectivo de densidad de corriente. BI. catódica aplicada para el Acero ASTM A-36 se encuentra entre 500 y 550 mA/m2, con lo que se consigue llevar, dentro de valores de potenciales de protección, a. zonas de inmunidad contra la corrosión. Los potenciales de protección obtenidos se encontraron en un rango de entre -1125 a -1138 mV (Cu/CuSO4), respectivamente. Así mismo a esas densidades de corriente de protección generaron un rango de velocidad de corrosión de 25.704 a 6.533 μ/año respectivamente. (Soto y Vásquez, 2008).. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Taboada y Zavala, evaluaron el “Efecto de la corriente catódica aplicada sobre el potencial electroquímico y velocidad de corrosión del acero ASTM A -36 y cobre, sumergidos en agua de mar natural”. Se comprobó mediante el análisis estadístico que la densidad de corriente catódica aplicada, influye de manera significativa en el potencial de protección y velocidad de corrosión tanto del acero ASTM A-36 como del Cobre Electrolítico. (Taboada y Zavala, 2009). Yuan-Long y colaboradores, evaluaron la protección catódica de aceros para. NT. plataformas marinas en agua de mar contaminadas. Donde la presencia de H2S u otros contaminantes del agua de mar próximas a la superficie de las plataformas. -U. marinas, han llevado al estudio del óptimo rango de potenciales de protección para la protección catódica del acero. Los resultados fueron discutidos desde el. DO. punto de vista de la eficiencia de protección y la baja tensión para la fractura por. RA. fragilidad del acero, resultando agrietamiento inducido por hidrogeno. (Yuan-. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. Long, 1988).. 3 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. II.. ANTECEDENTES TEÓRICOS. 2.1 FUNDAMENTO TEÓRICO 2.2.1. PROTECCIÓN CATÓDICA: La protección catódica ocurre cuando un metal es forzado a ser el cátodo de la celda corrosiva, adhiriéndole (acoplándolo o recubriéndolo) un metal que se corroa más fácilmente que él, de forma tal que esa capa recubridora de metal se. NT. corroe antes que el metal que está siendo protegido y así evite la reacción. -U. corrosiva. Una superficie metálica se puede volver catódica mediante dos. DO. procedimientos diferentes:. A. Ánodos de sacrificio:. RA. Conectando el metal que se trata de proteger a otro menos noble que él,. PO SG. es decir, más negativo en la serie electroquímica. Este sistema se conoce como protección catódica con ánodo de sacrificio y consiste en la creación de una pila galvánica en la que el metal a proteger actué forzosamente de. DE. cátodo, mientras que el metal anódico se sacrifica, o sea se disuelve (Fig.2.1). El metal comúnmente utilizado por su bajo precio y alta. TE CA. resistencia mecánica es el acero, y los metales que se pueden conectar a él por tener un potencial más negativo, son el zinc (Zn), aluminio (Al) y. BI. BL IO. magnesio(Mg) y sus aleaciones. (Imbat, 2009). Fig. 2.1: Protección catódica con ánodos de sacrificio. (Imbat, 2009). 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. B. Corriente impresa: Conectando el metal a proteger al polo negativo de una fuente de alimentación de corriente continua y el polo positivo a un electrodo auxiliar que puede estar constituido por chatarra de hierro, ferro-silicio, plomo-plata, grafito, etc. Este sistema se conoce con el nombre de protección catódica con corriente impresa, este es el método utilizado para proteger a la tubería de la de la corrosión electroquímica como se muestra. PO SG. RA. DO. -U. NT. en la Fig. 2.2 (Imbat, 2009). Fig. 2.2: Protección catódica con corriente impresa. (Imbat, 2009). DE. Desde el punto de vista de la termodinámica, la protección catódica se basa en la existencia de un potencial y de una zona de inmunidad, en el. TE CA. correspondiente diagrama de estabilidad termodinámica o diagrama de Potencial – pH, más conocido como diagrama de Pourbaix. Ver Fig. 2.3.. BI. BL IO. (Patiño, 1990). Fig.2.3: Diagrama de Pourbaix para el hierro (Fe). (Patiño, 1990). 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Si se considera el diagrama de Pourbaix mostrado en la Fig. 2.3 para el caso de hierro, se puede observar que están perfectamente delimitadas las zonas de corrosión, inmunidad y pasivación. Para poder pasar el hierro a zona de inmunidad hay que disminuir su potencial a un valor de -0.62 V con respecto al electrodo de referencia de hidrogeno. Esta es otra definición de protección catódica. La densidad de corriente que sea necesario aplicar para conseguir rebajar el potencial de la estructura a proteger (-0.62 V) al valor señalado. Desde un punto de vista cinético, en un sistema cualquiera el cual tenga lugar. NT. el fenómeno de corrosión, existe un balance perfecto entre las reacciones. -U. catódicas y anódicas sobre la superficie del metal. La Fig. 2.4, conocida como diagrama de Evans ejemplifica lo anterior. En la Fig. 2.4 (a) se representa un. DO. diagrama que relaciona la densidad de corriente con el potencial. Por razones de simplicidad en la construcción gráfica, se acostumbran. RA. representar ambos procesos, anódico o de oxidación y catódico o de. PO SG. reducción, en un mismo cuadrante con lo que se obtiene, como se indica en la Fig. 2.4 (b), el diagrama de Evans o el de Evans- Tafel si en lugar de utilizar la corriente se emplea el logaritmo de la corriente Fig. 2.4(c). Polarizando la. DE. superficie del metal que se corroe a un valor igual o inferior al potencial electroquímico anódico, Ea, mostrado en la Fig. 2.4, por lo cual se anula la. TE CA. reacción anódica en el metal, siendo Ipc la corriente catódica que tendrá que. BI. BL IO. ser suministrada por el sistema de protección catódica. (Patiño, 1990). Fig. 2.4: Diagrama de Evans de un sistema en corrosión. (Patiño, 1990). 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.1.1.PROTECCIÓN CATÓDICA CON CORRIENTE IMPRESA Se utiliza la corriente suministrada por una fuente continua para imprimir la corriente necesaria para la protección de una estructura Este sistema de protección tiene la característica de que utiliza como ánodo dispersor de la corriente (electrodo auxiliar) materiales metálicos que en menor o mayor grado se consumen con el paso de la corriente. El sistema de corriente impresa requiere una fuente de corriente continua. Los aparatos que permiten el paso. aparatos. se. alimentan. con. corriente. alterna.. El. dínamo. -U. estos. NT. de la corriente en un solo sentido se conocen con el nombre de rectificadores,. con motor eléctrico permite la protección catódica en donde no existe. DO. posibilidad de suministrar energía eléctrica. Los ánodos auxiliares son. RA. utilizados, pues los ánodos son consumidos a mayor o menor velocidad con el paso de la corriente, los electrodos utilizados son: chatarra de hierro, ferro. PO SG. silicio, grafito, titanio platinado, tántalo platinado, plomo-plata, titanio-óxido de titanio y óxido de rutenio. Es completamente indispensable la existencia del electrolito (medio agresivo) que completa el conjunto para que se realice. DE. el proceso electrolítico. (Ávila y Genesca, 1995). TE CA. 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. BL IO. embargo, el intercambio necesario de corriente con el electrolito tiene lugar a través de reacciones electroquímicas, las cuales dependen tanto del material. BI. anódico, como del ambiente que rodea al mismo e incluso de la densidad de corriente que éste suministra. Por ejemplo, en el caso de un ánodo de chatarra de hierro o de acero al carbono, la reacción en el electrodo es la de disolución del hierro:. Fe. Fe2+ + 2e-. (1). 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. y por tanto, el ánodo se consume con el tiempo. Para aquellos ánodos que se pueden considerar insolubles o inertes, por ejemplo el de titanio platinado, la reacción electroquímica puede ser:. 4 OH-. O2 + 2 H2O + 4 e-. (2). C12 +2e-. (3). NT. 2Cl -. -U. En el suelo y en las aguas naturales tiene lugar la reacción (2), mientras que en el agua de mar tiene lugar principalmente la reacción (3). Los. DO. componentes de un sistema de protección catódica con corriente impresa son:. RA. un ánodo dispersor, una fuente de corriente continua y el cable portador de la corriente. En la Fig. 2.5, se presenta un esquema de la protección de una. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. tubería enterrada en el suelo.(Ávila y Genesca, 1995). Fig. 2.5: Esquema de protección catódica con corriente impresa de una tubería enterrada.(Ávila y Genesca, 1995). 8 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.1.2.VENTAJAS Y LIMITACIONES DE LA PROTECCION CATODICA CON CORRIENTE IMPRESA (Guillarte, 2002) Las ventajas y desventajas que presenta el método de protección catódica por corriente impresa se resumen en la tabla 2.1. Esencialmente, se puede decir que este método es más conveniente que el de los ánodos de sacrificio, cuando se tratan de proteger estructuras muy grandes o con una gran demanda de corriente y cuando la resistividad del ambiente es elevada, como en el caso. -U. NT. de los suelos.. Tabla N°2.1: Ventajas y limitaciones de la protección catódica con corriente impresa.. DO. (Guillarte, 2002). Limitaciones. RA. Ventajas. Puede causar problemas de interferencia.. PO SG. Puede diseñarse para un amplio intervalo de potencial y corriente. Un ánodo o lecho anódico puede suministrar una gran corriente. Con una sola instalación pueden proteger superficies muy grandes. Potencial y corrientes variables.. DE. Está sujeto a rotura de la fuente de corriente. Requiere una inspección periódica y de mantenimiento. Requiere una fuente de corriente continua. Posibilidad de condiciones de sobreprotección con daños a recubrimientos y problemas de fragilización por la acción del hidrógeno. Conexiones y cables sujetos a roturas.. TE CA. Se puede utilizar en ambientes de resistividad elevada.. BL IO. Eficaz para proteger estructuras no recubiertas o mal recubiertas.. BI. Tiene un costo elevado.. Una gran ventaja de este método es su posibilidad de proteger una gran superficie con un solo ánodo. Por otra parte, tanto la diferencia de potencial como la corriente suministrada son variables y de aquí se desprende que el sistema presenta una gran flexibilidad operacional. Este tipo de sistemas debe ser proyectado con cuidado para no causar problemas de corrientes erráticas (parásitas), las cuales pueden provocar la corrosión de estructuras vecinas.. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.2. FUENTES DE CORRIENTE. (TEIXEIRA, 2007) 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:. NT. Los aparatos que permiten el paso de la corriente en un solo sentido se. -U. conocen con el nombre de rectificadores.. DO. Estos aparatos se alimentan con corriente alterna. Si se trata de un rectificador monofásico (Fig. 2.6), estará constituido por un transformador monofásico. RA. T, alimentado en el primario a 110 o 220 V (tensión de la red de distribución).. PO SG. 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.. BI. BL IO. TE CA. DE. El selenio es más barato, pero también es más frágil que el silicio.. Fig. 2.6:Esquema de un transforrectificador monofásico.(Teixeira, 2007). 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 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. Cuando se necesitan intensidades altas de corriente es más económico utilizar. Dinamo con motor térmico:. -U. . NT. rectificadores alimentados con corriente trifásica de 380 V.. Permite la protección catódica en donde no existe posibilidad de suministrar. DO. energía eléctrica, como en el caso de los desiertos o zonas selváticas. El. RA. 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. PO SG. periódicamente.. 2.2.3. CABLES CONDUCTORES (Guillarte, 2002). DE. La función de los cables conductores dentro de un sistema de protección catódica, es la de conducir la corriente por todo el circuito eléctrico, que es. TE CA. suministrada por el rectificador para energizar a los ánodos, formando de esta manera el circuito positivo, y por otra parte conectar la estructura a proteger al punto negativo del rectificador, para garantizar un retorno adecuado de. BL IO. corriente.. Generalmente se emplean cables de cobre, con doble cubierta protectora,. BI. fabricados para enterramiento directo y con calibre que varía de acuerdo a la intensidad de corriente que puedan conducir, los que serán instalados directamente en el suelo por medio de zanjas hechas para tal fin y posteriormente enterrados. Hay que resaltar que, como todos los cables conectados al terminal positivo del rectificador representan un potencial positivo con respecto a la tierra (suelo), el aislamiento del cable tiene que estar en buenas condiciones, debido a que si este tiene alguna parte descubierta puede descargar corriente hacia la. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. tierra (actúa como un ánodo), factor que conduciría a la corrosión del propio cable y a una rápida falla del sistema de protección catódica. Por esto todos los cables positivos del sistema deben estar instalados cuidadosamente tomando las precauciones necesarias durante el relleno y compactación de las zanjas, para inspeccionar que el material de relleno debe estar libre de piedras y todo aquello que puedan dañar el aislamiento de los cables. En aquellas áreas donde se realizan excavaciones frecuentes, o donde el. NT. aislamiento de los cables puede ser dañado por roedores, los cables deben ser. -U. instalados en tuberías conduits protectoras.. DO. 2.2.4. ÁNODOS AUXILIARES. (Ornés, 2012). RA. Todos estos ánodos van consumiéndose a mayor o menor velocidad con el. PO SG. paso de la corriente. Así, por ejemplo, la chatarra de hierro se consume muy rápidamente y el titanio platinado a un ritmo muy lento. A continuación se describen brevemente cada uno de estos electrodos.. DE. a) Chatarra de hierro. TE CA. Por ser lo más económico, la chatarra de hierro es utilizada con frecuencia como ánodo auxiliar. Dentro de los perfiles es el carril viejo el más utilizado. BL IO. y, dentro de las fundiciones, la tubería. Puede ser aconsejable la utilización de este tipo de ánodos en terrenos de resistividad elevada, y es recomendable también que se le rodee de un relleno. BI. artificial constituido por carbón de coque (con un diámetro medio de partícula de 10 mm). El consumo medio de los lechos constituidos por perfiles de acero viene a ser de 5 kg/A-año y de 8-10 kg/A-año para la tubería de fundición.. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. b) Ferro silicio El ánodo de ferro silicio es recomendable en terrenos de media y baja resistividad. Se coloca hincado o tumbado, en el suelo, y normalmente rodeado de un relleno de carbón de coque. A intensidades bajas de corrientes (1 A), su vida es prácticamente ilimitada, y su capacidad máxima de salida de corriente es de unos 12 a 15 A por ánodo.. NT. Su consumo oscila, a intensidades de corriente altas, entre 0.1 0.3 kg/A-año. Sus dimensiones más normales corresponden a 1 500 mm de longitud, 75. -U. mm de diámetro, y su peso aproximado es de 60 kg.. DO. El ferro silicio es muy frágil en virtud de su estructura cristalina, por lo que. RA. se ha de tener un extremo cuidado en su embalaje y transporte.. PO SG. c) Grafito. El grafito puede utilizarse principalmente en terrenos de resistividad media,. DE. con un relleno de grafito o de carbón de coque. Este ánodo es frágil, por lo que su transporte y embalaje debe ser cuidadoso.. TE CA. Sus dimensiones varían: su longitud oscila entre 1 000 y 2 000 mm y su diámetro entre 60 y 100 mm. Son más ligeros de peso que los de ferro silicio.. BL IO. 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.. BI. d) Titanio platinado El de titanio platinado es un ánodo especialmente indicado para instalaciones en agua de mar, aunque también es perfectamente utilizable en aguas dulces o incluso en suelos. Su característica más relevante es que con pequeños voltajes (12 V) se pueden sacar intensidades elevadas de corriente, y además, su desgaste es apenas perceptible. En el agua de mar tiene, sin embargo, algunas limitaciones con respecto a la tensión a la que se puede aplicar, la cual nunca puede pasar de 12 V, ya que las tensiones más elevadas podrían ocasionar que se despegara la capa de óxido de titanio y que, por tanto, se 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. deteriorara el ánodo. En aguas dulces que no tengan cloruros estos ánodos pueden actuar a tensiones de 40-50 V. La salida máxima de corriente puede ser de 3 000 A/m2, y su desgaste en las condiciones más adversas es de 0.01 g/A-año. Su forma es diversa: pueden estar hechos en forma de una barra maciza, de tubo, chapa, alambre, etc. El platinado puede ser continuo o a intervalos, según las necesidades, y los espesores de platino pueden ser de 2.5 y 5 micras.. NT. La vida de los ánodos con 2.5 micras de espesor de platino se estima en 10. -U. años aproximadamente y los de 5 micras duran entre 20 y 25 años. Su resistencia mecánica es pequeña, y por simple abrasión, como en los casos. DO. de buques que naveguen por zonas que tengan arena, puede suceder que el. RA. platino desaparezca y quede el ánodo pasivado instantáneamente, y resulte, por tanto, inservible. Es éste un caso extremo, que no suele suceder, pero al. e) Tántalo platinado. PO SG. menos se tiene que saber que esto puede pasar.. DE. El ánodo de tántalo platinado es semejante al anterior, aunque tiene sobre aquél la ventaja de que en agua de mar puede trabajar a tensiones altas (50-. TE CA. 60 V); sin embargo, su adquisición es menos fácil y su precio es más elevado. Dado que en agua de mar y a voltajes bajos se emplean grandes intensidades. BL IO. de corriente, el uso de este ánodo, en general, no se justifica del todo. f) Plomo-plata. BI. La aleación plomo plata está constituida por 1% de plata y una pequeña cantidad de antimonio. El peróxido de plomo que se forma al actuar anódicamente (que tiene el color del cacao) posee unas propiedades mucho más elevadas en virtud de los elementos de aleación que se traducen en un mejor funcionamiento y duración del electrodo. Se utiliza más frecuentemente en agua de mar, en donde la corriente máxima de salida no pueda ser superior a 270 A/m2. Se desgasta entre 50 y 200 g/Aaño.. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Estos ánodos deben presentar una superficie plana, con lo cual se evitan en lo posible las aristas, pues en estas zonas la capa de peróxido de plomo se forma mal o no se forma, por lo que en estos puntos se puede presentar una corrosión fuerte. g) Titanio-óxido de titanio y óxido de rutenio Estos ánodos, desarrollados en Estados Unidos en 1968, están constituidos por una combinación de óxidos de titanio y de rutenio, que se adhieren a un. NT. soporte de titanio, mientras se controla el proceso a alta temperatura (700°. -U. C) Como resultado se obtiene una estructura cristalina y dura que presenta una superficie extremadamente rugosa, lo que aminora los problemas de. DO. resistencia y facilita el proceso electroquímico. Su máxima capacidad de. RA. corriente (1100 A/m2) lo coloca a la altura de los ánodos de titanio platinado,. PO SG. y su costo es, aproximadamente, 20% menor. 2.2.5. PROPIEDADES DE LOS ÁNODOS AUXILIARES. (Imbat, 2009): Como se ha visto, los diversos tipos de materiales que se utilizan como. DE. ánodos para los sistemas de protección catódica con corriente impresa se. TE CA. escogen básicamente en función de sus prestaciones necesarias y del medio en que serán colocados.. BL IO. En general, un buen ánodo debe poseer las propiedades siguientes: a) Bajo consumo.. BI. b) Densidad de corriente erogada elevada. c) Pequeñas dimensiones. d) Baja resistividad. e) Buena resistencia mecánica. f) Elevado potencial de ruptura. Los ánodos que se utilizan en la corriente impresa pueden dividirse, en cuanto a su consumo, en: a) ánodos solubles, b) semiinertes y c) inertes. Actualmente se prefieren los inertes ya que, pese a que su costo es más alto,. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. tienen las mejores características. En Tabla 2.2 se resumen las propiedades principales de los ánodos utilizados en la corriente impresa, clasificados según su consumo. En el mismo cuadro se incluye el medio en el cual pueden utilizarse. Tabla N°2.2: Características de los ánodos empleados en protección catódica con corriente impresa. (Imbat, 2009). ~7. 0.25 - 1. 0.25 - 1. 11.3. ~0.2. Pb-Ag-Sb (1%Ag, 6%Sb). 11. ~0.5. Titanio platinado. 4.5. Niobio platinado. 8.4. Tántalo platinado. 16.6. Titanio - óxido de rutenio (DSA). 4.5. TE CA. DE. 7. BL IO. DO. 0.1 - 1. BI. Ferro - silicio: 0.95%C 16%Si, 0.75%Mn Fe-Cr-Si: 0.95%C, 0.75%Mn, 4.5%Cr, 14.5%Si Pb-Ag (2% Ag). 1.6. 10 - 100. RA. Grafito. PO SG. Acero chatarra. -U. NT. Tipo. Peso especí Consumo Densidad de corriente fico Kg/A. año A/m2 g/cm3 máxima práctica 7.8 ~9 5 1 7.0 4.5 -1. 8*10-6. 5*10-7. 2.5 - 40. Utilización (medio) todos. Terreno, agua de mar, excluido el fondo marino y el agua dulce Agua dulce, terreno. 30 - 40 10 - 100. Terreno, agua 270 de mar, fondo marino Sólo agua de 300 30 - 65 mar; excluido el fondo 300 50 - 200 marino Terreno no 500 - 1000 salino con 400 por backfill, agua cada micra 500 - 700 de mar; de platino excluido el de espesor 500 - 1100 fondo marino y agua dulce. 1100. 700 - 1100. Todos. En el suelo o terreno se usa principalmente la aleación Fe-Cr-Si, mientras que en el agua de mar se tiende a utilizar ánodos inertes del tipo Ti/Pt o Ti/RuO2 (ánodos dimensionalmente estables, DSA).. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La elección de un ánodo no se hace solamente en base a su consumo o a la densidad de corriente que puede proporcionar; hay que tener en cuenta, además, sus propiedades de resistencia mecánica, su resistencia a la erosión (como en el caso de que sean utilizados en agua de mar, y sobre todo sumergidos en las inmediaciones del mar o en el fondo marino), su facilidad de instalación, el tiempo de sustitución e incluso su disponibilidad en el mercado.. NT. En el terreno, los ánodos pueden ser instalados en un lecho de bentonita o polvo de coque, lo cual crea un medio homogéneo, húmedo y de baja. -U. resistividad alrededor del ánodo, con lo que se aumenta su diámetro aparente. DO. y las dimensiones efectivas del ánodo, y se disminuye de esta forma la resistencia ánodo-suelo, se evitan los problemas de corrosión localizada que. PO SG. RA. pueden romper el ánodo y reducir el consumo del material anódico.. 2.2.6. CÁLCULO DE LA PROTECCIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE LOS. DE. ÁNODOS. (Ornés, 2012). El cálculo de un sistema de protección catódica con corriente impresa es. TE CA. relativamente más sencillo que el de ánodos galvánicos. De hecho, no es necesario optimizar las dimensiones y peso de los ánodos para garantizar por un lado el suministro de la corriente necesaria para la protección, y por el. BL IO. otro la duración de los ánodos elegidos. Una vez establecida la corriente total de protección, se elige el tipo de ánodo. BI. con base en los criterios examinados en el párrafo anterior y, teniendo en cuenta la densidad de corriente máxima que puede suministrar cada ánodo, se determina su número por exceso con respecto al teórico, para así poder obtener un mayor grado de confiabilidad. Todavía deberá tenerse en cuenta, para lograr una protección lo más económica posible, la optimización del número y dimensiones de los ánodos, en relación con la mayor o menor resistencia total que se determine, lo que. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. se reflejará en la potencia del generador o fuente de corriente continua y en su costo de instalación. Para la protección de estructuras ya existentes en agua de mar (por ejemplo la protección de estructuras viejas, protegidas inicialmente con ánodos de sacrificio) la elección de pocos pero potentes ánodos remotos, o al revés, de muchos pequeños distribuidos sobre toda la estructura, puede llevar a grandes diferencias en el costo de instalación, todo ello ligado al elevado. NT. costo de la instalación submarina de los ánodos. La elección de instalar pocos ánodos resulta sin duda más económica, pero en este caso es necesario tener. -U. presente que si se instalan pocos ánodos el sistema pierde confiabilidad, pues. DO. si uno de los ánodos queda fuera de servicio, esto significará una pérdida de protección que puede oscilar entre 50 y 100%, lo cual no sucede cuando se. RA. colocan muchos ánodos pequeños distribuidos en toda la estructura.. PO SG. En la ubicación de los ánodos o del lecho anódico es muy importante conocer la posición de posibles estructuras que pudieran estar presentes en las vecindades, con objeto de evitar fenómenos de interferencia que puedan. DE. provocar ataques graves de corrosión. Por ejemplo, si se debe proteger una tubería que cruza a otra, disponiendo los ánodos como se indica en la Fig.. TE CA. 2.7, se interfiere la tubería extraña. Ésta, de hecho, representa el "camino" preferible (de menor resistencia) para la corriente suministrada por los ánodos. Aquella zona de la tubería extraña que recibe la corriente queda. BL IO. protegida catódicamente, mientras que en aquella de las cual sale la corriente, hay corrosión. Como la mayoría de la tuberías enterradas, está además. BI. protegida con algún tipo de recubrimiento aislante, la corriente está relacionada con algún defecto del recubrimiento, por lo cual la densidad de corriente local puede resultar muy elevada y por ahí producir un ataque particularmente severo.. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. DO. -U. NT. Fig. 2.7: Ejemplo de interferencia provocada por una tubería extraña situada en la proximidad de una tubería protegida catódicamente.(Ornés, 2012). RA. 2.2.7. CORROSIÓN EN LOS SUELOS. (Ávila y Genesca, 1995): El suelo generalmente es un medio heterogéneo en donde se dan muchas. PO SG. variaciones en la velocidad de corrosión de los metales. La velocidad de corrosión está ligada a la resistividad del terreno. La resistividad de un terreno depende, en particular, de su estructura, de las dimensiones de sus partículas. DE. constituyentes, de su porosidad y permeabilidad, de la húmeda y de su contenido de iones. En lo que se refiere a la acidez, los suelos muy. TE CA. ácidos pueden motivar una rápida corrosión del metal al desnudo, y la. BL IO. agresividad del suelo aumenta. Ver tabla 2.3.. BI. Tabla 2.3: Relación porosidad corrosión. (Imbat, 2009) AUMENTO DE RESISTIVIDAD CORROSIÓN Aumenta Baja Baja Baja. Porosidad Salinidad Humedad Temperatura. Baja Aumenta Aumenta Aumenta. En cualquier electrolito que sea homogéneo existen diferencias en la concentración de aire disuelto, está por lo tanto es una causa de corrosión. La corrosión galvánica tiene lugar cuando se ponen en contacto dos metales diferentes. Se puede incluir a este tipo de corrosión el caso de la asociación. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de un conducto viejo y oxidado con un conducto nuevo. Para determinar si puede utilizarse la protección catódica para prevenir la corrosión de una estructura enterrada, se debe conocer en primer lugar, como medir la resistividad del suelo o terreno. Ver tabla 2.4.. CORROSIVIDAD DEL SUELO. < 9 Ohm * m. Muy corrosivos. SI. 9 a 23 Ohm * m. Bastante corrosivos. SI. 23 a 50 Ohm * m. Moderadamente corrosivos. SI. 50 a 100 Ohm * m. Ligeramente corrosivos Muy ligeramente corrosivos. SI. -U. RA. Depende. PO SG. > 100 Ohm * m. PROTECCIÓN CATODICA. NT. RESISTIVIDAD. DO. Tabla 2.4: Relación resistividad corrosión. (Imbat, 2009). La unidad de resistividad del suelo es el ohm-centímetro (Ω-cm.). En la. DE. práctica de la ingeniería de la corrosión se requiere de medir la resistividad de grandes extensiones y a menudo una cierta profundidad. Para ello se utiliza. TE CA. el método de Wenner, mejor conocido como el método de los cuatro electrodos.. Cuando los ánodos están en contacto con el suelo, se recubren con una capa. BL IO. muy resistente, esta capa ocasiona un aumento sensible de la resistencia de los ánodos con tendencia a avisarlos, hasta el punto de hacerlos inoperables y. BI. para remediar la influencia de estos factores se coloca a su alrededor un medio químico artificial, llamado activador, mejor conocido en la terminología de la ingeniería como "backfill".. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 2.5: Características de acuerdo a la resistividad del suelo. (Imbat, 2009) CARACTERÍSTICAS. Bajo 9. Muy corrosivo. 9 a 23. Corrosivo. 23 a 50. Moderadamente corrosivo. 50 a 100. Medio corrosivo. Sobre 100. Menos corrosivo. -U. NT. RESISTIVIDAD OHM–m. La medición del potencial de una estructura enterrada se mide con la ayuda. DO. de un electrodo de referencia de Cu/SO4 saturado y un voltímetro de alta impedancia de entrada. El valor del potencial medido depende de la posición. RA. en que se sitúa el electrodo de referencia con respecto a la estructura. En la. PO SG. práctica de este tipo de determinaciones sólo es posible en estructuras no revestidas, en cuanto que la corriente en éstas es lo suficientemente elevada como para dar lugar a caídas óhmicas importantes en el terreno y debido a. DE. esto, medir diferencias de potencial apreciables cuando se traslada el. BI. BL IO. TE CA. electrodo de referencia de un punto a otro. Ver Fig. 2.8.. Fig. 2.8: Realización practica de medida del potencial de una tubería con un electrodo de referencia Cu/CuSO4 sat. (Ávila, 2014). 21 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2.8. CAUSAS DE CORROSIÓN EN TUBERÍAS ENTERRADAS (Imbat, 2009):. Las causas más conocidas son las siguientes: . Golpes y deterioros en las conducciones.. . Deterioros en los revestimientos.. . Aeración diferencial entre distintas partes de las tuberías. NT. enterradas por utilización de rellenos artificiales no uniformemente distribuidos.. Diferencias de pH del entorno circundante de las tuberías sean. -U. . DO. naturales o artificiales por percolación de productos vertidos (ácidos o básicos).. Presencia de corrientes erráticas a partir de puestas a tierra de. RA. . 2.1. Problema :. PO SG. equipos de alta o baja tensión, grandes equipos, etc.. ¿Cuál es el efecto de la densidad de corriente sobre la velocidad de corrosión. DE. de aceros estructurales, ASTM A-36 recubiertos con pintura y enterrados en. BL IO. TE CA. suelos franco arenosos húmedos?. BI. Acero ASTM A-36 recubierto con pintura. Densidad de corriente. PROTECCIÓN CATÓDICA CON CORRIENTE IMPRESA. Velocidad de corrosión del acero ASTM A-36. Figura 2.9:Diagrama esquemático del problema de investigación.. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 2.2. Hipótesis: A medida que se incrementa la densidad de corriente aplicada sobre la estructura de acero ASTM A-36 protegido con corriente impresa en suelo franco-arenoso húmedo, se lograra disminuir la velocidad de corrosión debido a que el acero se ubicara en zona de inmunidad termodinámica.. 2.3. Objetivos: 2.3.1.. Objetivo general:. NT. Determinar experimentalmente la influencia de la densidad de corriente. -U. aplicada sobre la velocidad de corrosión de un acero ASTM A-36 recubierto. 2.3.2. Objetivos específicos:. Obtener el rango efectivo de densidad de corriente a suministrar para. PO SG. . RA. un suelo franco arenoso húmedo.. DO. con pintura y protegido catódicamente con corriente continua enterrado en. llevar el acero estructural ASTM A-36 a zonas de inmunidad contra la corrosión.. Elaborar una figura de densidad de corriente aplicada versus. DE. . velocidad de corrosión, que nos permita determinar el rango de. TE CA. densidad de corriente requerido para lograr las más bajas velocidades de corrosión.. BL IO. 2.4. Justificación. Debido a las pérdidas ocasionadas por la corrosión, el presente proyecto de. BI. investigación se justifica científicamente porque permitirá obtener conocimientos para demostrar que la densidad de corriente aplicada a los aceros ASTM A–36 permite disminuir la velocidad de corrosión cuando está enterrados en suelos franco arenosos húmedos. Se obtendrán datos de laboratorio que se podrán llevar a un pilotaje y posteriormente a un nivel industrial. Lograr obtener datos que posibiliten una futura protección catódica de las tuberías que conducen agua potable enterrada en suelos franco arenosos en la región La Libertad.. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. III.. MATERIALES Y MÉTODOS:. 3.1 OBJETO DE ESTUDIO 3.1.1 Universo Objetivo: Acero ASTM A – 36 pintado con anticorrosivos. 3.1.2 Universo Muestral: Está constituido por tramos de tubería recubierta con pintura asfáltica exteriormente y mortero interiormente, de 900 mm de diámetro y 6mm de espesor de acero ASTM A-36. 3.1.3 Muestra: Se usó 33 probetas rectangulares, de dimensiones 100 mm de largo,. NT. 50 mm de ancho y 6mm de espesor de acero ASTM A-36 con zona descubierta. -U. de 600 mm2.. Zona sin pintura. BL IO. TE CA. DE. PO SG. RA. DO. 6 mm. Figura 3.1: Representación gráfica de dimensiones de las probetas de Acero. BI. ASTM grado A36 utilizada en los ensayos experimentales.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.2.MÉTODOS Y TÉCNICAS 3.2.1. Matriz de Diseño: Se planteó un diseño monofactorial, con 10 niveles para la densidad de corriente, lo que se resume en las tablas N° 3.1, 3.2, 3.3. Tabla N° 3.1: Niveles de las Variables de Estudio. NIVELES DE ESTUDIO a1 a2. NT. VARIABLE INDEPENIENTE. a3. -U. a4. Factor A: Densidad de corriente (mA/m2). DO. a5 a6. RA. a7. PO SG. a8 a9. a10. VARIABLE DEPENDIENTE. TE CA. DE. VELOCIDAD DE CORROSION (µ/año). Tabla N° 3.2: Diseño de la matriz experimental.. BI. BL IO. DENSIDAD DE CORRIENTE. VELOCIDAD DE CORROSION (µ/año). y1. y2. y3. a1. a1 y1. a1 y2. a1 y3. a2. a2 y1. a2 y2. a2 y3. a3. a3 y1. a3 y2. a3 y3. a4. a4 y1. a4 y2. a4 y3. a5. a5 y1. a5 y2. a5 y3. a6. a6 y1. a6 y2. a6 y3. a7. a7 y1. a7 y2. a7 y3. a8. a8 y1. a8 y2. a8 y3. a9. a9 y1. a9 y2. a9 y3. a10. a10 y1. a10 y2. a10 y3. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla N° 3.3: Matriz de diseño incluido los niveles y repeticiones Nº pruebas. y2 (a1 y2 )1 (a1 y2 )2. y3 (a1 y3 )1 (a1 y3 )2. 3. (a1 y1 )3. (a1 y2 )3. (a1 y3 )3. 1. (a2 y1 )1. (a2 y2 )1. (a2 y3 )1. 2. (a2 y1 )2. (a2 y2 )2. (a2 y3 )2. 3. (a2 y1 )3. (a2 y2 )3. (a2 y3 )3. 1. (a3 y1 )1. (a3 y2 )1. (a3 y3 )1. 2. (a3 y1 )2. (a3 y2 )2. (a3 y3 )2. 3. (a3 y1 )3. (a3 y2 )3. (a3 y3 )3. 1. (a4 y1 )1. (a4 y2 )1. (a4 y3 )1. 2. (a4 y1 )2. (a4 y2 )2. (a4 y3 )2. 3. (a4 y1 )3. (a4 y2 )3. (a4 y3 )3. 1. (a5 y1 )1. (a5 y2 )1. (a5 y3 )1. 2. (a5 y1 )2. (a5 y2 )2. (a5 y3 )2. 3. (a5 y1 )3. (a5 y2 )3. (a5 y3 )3. 1. (a6 y1 )1. (a6 y2 )1. (a6 y3 )1. a6. 2. (a6 y1 )2. (a6 y2 )2. (a6 y3 )2. 3. (a6 y1 )3. (a6 y2 )3. (a6 y3 )3. 1. (a7 y1 )1. (a7 y2 )1. (a7 y3 )1. 2. (a7 y1 )2. (a7 y2 )2. (a7 y3 )2. 3. (a7 y1 )3. (a7 y2 )3. (a7 y3 )3. 1. (a8 y1 )1. (a8 y2 )1. (a8 y3 )1. 2. (a8 y1 )2. (a8 y2 )2. (a8 y3 )2. 3. (a8 y1 )3. (a8 y2 )3. (a8 y3 )3. 1. (a9 y1 )1. (a9 y2 )1. (a9 y3 )1. 2. (a9 y1 )2. (a9 y2 )2. (a9 y3 )2. 3 2. (a9 y1 )3 (a10 y1 )1 (a10 y1 )2. (a9 y2 )3 (a10 y2 )2 (a10 y2 )3. (a9 y3 )3 (a10 y3 )3 (a10 y3 )4. 3. (a10 y1 )3. (a10 y2 )4. (a10 y3 )5. PO SG DE. a5. TE CA. Densidad de Corriente (mA). a4. a8. BI. BL IO. a7. a9. 1. a10. -U. DO. a3. RA. a2. NT. 2. y1 (a1 y1 )1 (a1 y1 )2. 1. a1. Velocidad de Corrosion. Nº total de pruebas = (N° niveles)* (N° replicas) + Probetas control = 10 * 3 + 3 = 33. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.3.PROCEDIMIENTO DE TOMA DE DATOS. Habilitación de probetas de acero ASTM A-36 y compra de materiales Limpieza superficial de probetas de acero ASTM A-36. 1.. NT. Recubrimiento de probetas ASTM A-36. -U. Pesaje inicial de probetas y codificación 2.. DO. Habilitación del área de realización del ensayo. RA. Instalación del rectificador con los cables conductores. PO SG. Ensamblaje de probetas al cableado. Caracterización del Medio. DE. Ensayo de Protección Catódica. TE CA. Retiro de probetas del medio corrosivo. BI. BL IO. Limpieza de probetas de acero ASTM A-36 según norma ISO 8407. Pesaje y determinación de la pérdida de peso. Cálculo de la velocidad de corrosión. Análisis de resultados. Elaboración de Informe. Fig. 3.2:Diagrama de Bloques del Procedimiento experimental. 27 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.4.PROCEDIMIENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS.. A) Habilitación de probetas de acero ASTM A-36 y compra de materiales: Se compró los materiales necesarios para realizar las pruebas pre – experimentales, se seleccionó y habilito 33 probetas de acero ASTM A-36 que estaban disponibles en el laboratorio de corrosión.. B) Limpieza superficial de probetas de acero ASTM A-36:. NT. Primero se hizo el desengrase de las probetas con detergente luego enjuague y. -U. posteriormente se sumergen en la solución de ácido muriático previamente preparada y colocada en la campana extractora de gases, luego se enjuago dos veces en agua. DO. destilada y se secaron las probetas con ayuda de paños secadores y una secadora. PO SG. RA. eléctrica. Ver figura 4.. C) Recubrimiento de probetas ASTM A-36: Una vez secas las probetas se procedió recubrirlas con pintura epóxica, dejando libre. DE. el área a exponer que fue el área lateral (6mm x 100mm) y se dejaron secar.. TE CA. D) Pesaje inicial de probetas y codificación: Una vez secas las probetas se procedieron a pesar en balanza analítica HW KESSEL. BL IO. de 0.0001g de precisión y se tomó nota de los pesos iniciales. Ver figura 4 d. E) Habilitación del terreno para la realización del ensayo:. BI. Se ubicó el terreno detrás del pabellón de Ingeniería de Materiales para poder enterrar las probetas y realizar el ensayo, se quitó la maleza y se nivelo, luego se hicieron 10 canales donde se enterraron las probetas de los 10 niveles. Y además las probetas de control detrás de las demás. Ver figura 5 a. 28 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. F) Instalación del rectificador con los cables conductores: Se instaló la fuente de corriente continua, conectada eléctricamente al laboratorio de corrosión ayudado con una extensión, con los cables de cobre revestido #12, se armó un diseño de tal forma que en cada nivel suministro corriente a 3 probetas, y este cableado se unió al rectificador por cables conductores con cocodrilos de tal forma que facilito la medida de la intensidad de corriente de cada nivel, el rectificador cuenta con 10 perillas que regulaban la intensidad de corriente suministrada en cada. DE. PO SG. RA. DO. -U. NT. nivel. Ver figura 3.3.. TE CA. Fig. 3.3:Diagrama de Distribución de probetas.. G) Ensamblaje de probetas al cableado:. BL IO. Las probetas que estaban previamente embaladas y codificadas se sacaron una a una y se ensamblaron según su código en cada nivel, se midió la conductividad del cable. BI. a la probeta y luego se selló con moldimix.. H) Ensayo de Protección Catódica: Una vez instalado todo el sistema se procedió con el ensayo y se regulo la corriente de cada nivel con ayuda del electrodo Cu/CuSO4 se midió el potencial de cada probeta y se regulo con el rectificador así se le dio a cada nivel el potencial designado para cada uno. Por un lapso de 30 días se rego con agua de caño el medio para mantener el suelo húmedo, y luego se midió el potencial de cada probeta con el electrodo de referencia Cu/CuSO4 y se regulaba al potencial designado para cada. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. uno de los niveles. Se tuvo que regular ya que a diario se encontraba variaciones del potencial que se dejaba un día anterior.. I). Caracterización del terreno de ensayo:. Ya que el suelo es el medio donde se enterraron las probetas e influyen en la conductividad dada alrededor de las probetas, se realizó la medición del pH, esto se realizó en el laboratorio de corrosión, y la conductividad se hizo en los laboratorios. NT. de Ing. Química.. -U. J) Retiro de probetas del medio corrosivo:. DO. Pasado los 30 días de mediciones se retiraron las probetas con mucho cuidado una a una y se fue colocando en una bolsa con su respectivo código, para esto se retiró el. RA. moldimix con ayuda de un alicate de corte y se retiró el barro acumulado en el luego. PO SG. se llevaron todas las probetas al laboratorio de Corrosión para su posterior limpieza, y el área donde estuvieron enterradas se limpió se retiró todo el cableado y los backfill (con el grafito) usado como electrodo auxiliar en este ensayo.. DE. K) Limpieza de probetas de acero ASTM A-36:. TE CA. Se hizo el procedimiento de limpieza de superficies de probetas de acero ASTM A36 según norma ISO 8407, donde se preparó una solución con los siguientes reactivos:. BL IO. Solución 1Lt. Ácido Muriático 500ml Hexametilentetramina 3.5g Agua destilada aforado a 1000ml. BI.   . Primero con ayuda de una espátula se retiró el producto corrosivo de la superficie y luego según norma se hace el desengrase de las probetas con detergente luego se enjuagaron y por consiguiente se sumergen en la solución previamente preparada y colocada en la campana extractora de gases, luego se enjuago dos veces en agua destilada y se secaron las probetas con ayuda de paños secadores y una secadora eléctrica.. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. L) Pesaje y determinación de la pérdida de peso: Teniendo las probetas ya secas se prosiguió a pesar en la balanza analítica HW KESSEL de 0.0001g de precisión y se tomó nota de los pesos finales, siempre se tuvo cuidado con la codificación. M) Cálculo de la velocidad de corrosión: Teniendo los pesos iniciales y los pesos finales se calculó la velocidad de corrosión. -U. Pérdida de Peso (mg). Area Exp. (dm2 )  Tiempo de Ensayo (dias ).  mdd. RA. DO. Velocidad de Corrosión . NT. de cada una de las probetas en los 10 niveles, usando la siguiente formula:. PO SG. N) Análisis de resultados. Además de las velocidades de corrosión también tendremos los potenciales y la intensidad de corriente, se calculará la densidad de corriente de cada nivel con las intensidades y el área, luego con estos datos se podrá hacer diagrama de Velocidad. TE CA. DE. de corrosión con densidad de corriente y finalmente se discutió los resultados.. O) Elaboración de Informe. BI. BL IO. Se realizó e informe final, una vez teniendo todos los resultados y discusión de estos.. 31 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. IV.. RESULTADOS Y DISCUSION 4.1. ENSAYO SIN PROTECCION.. En la tabla 4.1. se puede apreciar que el potencial de corrosión medido fue de -493mV (Cu/CuSO4) y con respecto al electrodo hidrogeno equivale a 176mV (SHE), a este potencial le correspondió una velocidad de corrosión. NT. de 24.53mdd lo que es igual a 114.19 µ/año.. 441.5. -493. DO. 0.6. Velocidad de corrosion (mdd). Velocidad de corrosion (µ/año). -176.0000. 24.53. 114.19. Potencial Hidrogeno (mV). RA. ∆W (mg). Potencial Cu/CuSO4 (mV). PO SG. Area Superficial (dm2). -U. Tabla 4.1: Velocidades de corrosión del acero ASTM A 36 sin protección.. DE. El fenómeno corrosivo presentado, según se aprecia en el acero ASTM A-36 no protegido ha sido una corrosión uniforme y se ha formado incluso. TE CA. herrumbre de color marrón rojizo, identificada como producto de la corrosión. Esto ocurre debido a que el acero estructural evaluado se corroe en contacto con suelos húmedos. Estos resultados difieren de los obtenidos por. BL IO. los antecedentes empíricos pues ellos trabajaron en otro medio como es agua. BI. de mar artificial.. 32 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 4.2. ENSAYOS CON PROTECCION CATODICA USANDO CORRIENTE. IMPRESA.. En la tabla 4.2, y Fig. 4.1 se presentan los resultados de velocidades de corrosión del acero ASTM A 36 pintado, a diferentes densidades de corriente catódica aplicada.. NT. Tabla 4.2.: Velocidades de corrosión del acero ASTM A 36 protegidas. -U. catódicamente. Densidad de Corriente aplicada (mA/m2) 1.3617 1.8494 2.4768 2.5497 3.2303 3.3251 3.9986 4.9025 4.9799 5.3369. DO. Velocidad de Corrosion. RA. (mdd). 82.766 55.117 39.900 33.839 27.037 17.657 15.820 10.363 3.587 1.423. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. 20.9981 15.0907 10.7296 8.0685 6.7685 5.2204 3.3981 2.2259 0.7704 0.2167. (µ/año). 33 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(41) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 4.3: Velocidades de corrosión del acero ASTM A 36 protegidas. BI. BL IO. TE CA. DE. PO SG. RA. DO. -U. NT. catódicamente. 34 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(42) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. NT. DIAGRAMA VCORR VS I. -U. 90,000. DO. 80,000. RA. 70,000. PO SG. Vcorr (u/año). 60,000 50,000 40,000. DE. 30,000. Series1. CA. 20,000. 0,000. 1,8494. 2,4768. 2,5497. 3,2303. 3,3251. 3,9986. 4,9025. 4,9799. 5,3369. i (mA/m2). BI. BL. 1,3617. IO. TE. 10,000. Fig. 4.1. Velocidad de corrosión del acero ASTM A–36 a diferentes densidad de corrientes aplicados a los 10 niveles.. 35 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.