Aguirre Amaguaya Carlos

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1 UNIVERSIDAD ESTATAL PENÍNSULA DE SANTA ELENA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA EN PETRÓLEOS “CONTROL DEL ATAQUE CORROSIVO EN EL CAMPO PACOA, APLICANDO ÁNODOS DE SACRIFICIO PARA LA OPTIMIZACIÓN DEL TIEMPO DE VIDA ÚTIL DE LAS INSTALACIONES DE SUPERFICIE.” TESIS DE GRADO Previa a la obtención del Título de: INGENIERO EN PETRÓLEO AUTORES: Carlos Geovanni Aguirre Amaguaya Mayra Alejandra Ortiz Rodríguez TUTOR: ING. FAUSTO CARVAJAL LA LIBERTAD – ECUADOR 2012 -2013

Transcript of Aguirre Amaguaya Carlos

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    UNIVERSIDAD ESTATAL PENNSULA DE SANTA ELENA

    FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

    CARRERA DE INGENIERA EN PETRLEOS

    CONTROL DEL ATAQUE CORROSIVO EN EL CAMPO PACOA,

    APLICANDO NODOS DE SACRIFICIO PARA LA

    OPTIMIZACIN DEL TIEMPO DE VIDA TIL DE LAS

    INSTALACIONES DE SUPERFICIE.

    TESIS DE GRADO

    Previa a la obtencin del Ttulo de:

    INGENIERO EN PETRLEO

    AUTORES: Carlos Geovanni Aguirre Amaguaya

    Mayra Alejandra Ortiz Rodrguez

    TUTOR: ING. FAUSTO CARVAJAL

    LA LIBERTAD ECUADOR 2012 -2013

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    UNIVERSIDAD ESTATAL PENNSULA DE SANTA ELENA

    FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERA

    CARRERA DE INGENIERA EN PETRLEOS

    CONTROL DEL ATAQUE CORROSIVO EN EL CAMPO PACOA,

    APLICANDO NODOS DE SACRIFICIO PARA LA

    OPTIMIZACIN DEL TIEMPO DE VIDA TIL

    DEINSTALACIONES DE SUPERFICIE.

    TESIS DE GRADO

    Previa a la obtencin del Ttulo de:

    INGENIERO EN PETRLEO

    AUTORES: Carlos Giovanni Aguirre Amaguaya

    Mayra Alejandra Ortiz Rodrguez

    TUTOR: ING. FAUSTO CARVAJAL

    LA LIBERTAD ECUADOR 2012 -2013

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    La Libertad, 29 de Enero del 2013

    APROBACIN DEL TUTOR

    En mi calidad de Tutor del trabajo de investigacin, CONTROL DEL ATAQUE

    CORROSIVO EN EL CAMPO PACOA, APLICANDO NODOS DE

    SACRIFICIO PARA LA OPTIMIZACIN DEL TIEMPO DE VIDA TIL DE

    LAS INSTALACIONES DE SUPERFICIE. Elaborado por la seora Mayra

    Alejandra Ortiz Rodrguez y el Sr. Carlos Geovanny Aguirre Amaguaya, egresados de la

    Carrera de Ingeniera en Petrleos, Facultad de Ciencias de la Ingeniera de la

    Universidad Estatal Pennsula de Santa Elena, previo a la obtencin del Ttulo de

    Ingeniero en Petrleo, me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y

    revisado, la Apruebo en todas sus partes.

    Atentamente

    ____________________________ Ing. Fausto Carvajal

    TUTOR

  • 4

    DECLARACIN EXPRESA

    Nosotros, Carlos Geovanni Aguirre Amaguaya y Mayra Alejandra

    Ortiz Rodrguez declaramos que el trabajo de titulacin aqu

    presentado corresponde exclusivamente a sus autores, documento

    consultado en referencias bibliogrficas as como investigaciones de

    datos reales de campo as como correlacionado con profesionales del

    rea, a travs de la presente declaracin cedemos nuestros derechos de

    propiedad intelectual de este trabajo a la Universidad Estatal

    Pennsula de Santa Elena.

    _______________________ _______________________ Carlos Aguirre Amaguaya Mayra Ortiz Rodrguez

  • 5

    DEDICATORIA

    Este trabajo de tesis de grado est dedicado a DIOS, por darme la vida a

    travs de mis queridos PADRES quienes con mucho cario, amor y ejemplo

    han hecho de m una persona con valores en especial a mi MADRE por

    darme su apoyo incondicional para poder desenvolverme como: ESPOSA,

    MADRE YPROFESIONAL, a mi ESPOSO, que ha estado a mi lado

    brindndome cario, confianza y apoyo para seguir adelante y cumplir

    otra etapa en mi vida.

    A Miguel y Maitte, mis HIJOS, que son el motivo y la razn que me ha

    llevado a seguir superndome da a da, para alcanzar mis ms apreciados

    ideales de superacin, quiero tambin dejar a cada uno de ellos una

    enseanza que cuando se quiere alcanzar algo en la vida, no hay tiempo ni

    obstculo que lo impida para poderlo LOGRAR.

    A todos los ingenieros que dieron su apoyo para desarrollar este proyecto.

    Y a todos los que confiaron en m

    Agradecimientos infinitos

    Mayra Ortiz

  • 6

    DEDICATORIA

    El presente trabajo de titulacin dedico a mi sagrada Madre y a mis

    hermanos quienes con mucha paciencia, entereza y gran ejemplo pese a

    las adversidades supieron ser una gua invaluable de esfuerzo y dedicacin

    lo que ha permitido que salgamos triunfantes de innumerables batallas de

    esta vida de probacin, a Dios por crear este mundo y darme una familia

    maravillosa, a mi Madre adoptiva y a mi hermano mayor que son ejes

    fundamentales de este logro, a mis eternos compaeros y amigos, y sobre

    todo a la memoria de mi Padre.

    Carlos Aguirre

  • 7

    AGRADECIMIENTO

    Agradecemos la inmensa y dedicada colaboracin de nuestro profesor, maestro

    y amigo el Ingeniero Fausto Carvajal quien sin egosmo ha compartido el

    conocimiento para la realizacin de este proyecto, al Ingeniero Alamir lvarez

    Loordestacado directivo quien con abnegacin y vocacin de enseanza supo

    dirigir los destinos de la Carrera de Ingeniera en Petrleo constituyndose un

    referente para la provincia, el pas y el mundo.

  • 8

    TRIBUNAL DE GRADO ____________________________ ____________________________ Econ. Ramn Muoz Ing. Alamir lvarez DECANO DE LA FACULTAD DE DIRECTOR DE LA CARRERA CIENCIAS DE LA INGENIERA DE INGENIERA DE PETRLEO _____________________________ _____________________________ Ing. Fausto Carvajal Ing. Carlos Portilla Daz PROFESOR TUTOR PROFESOR DE REA

    _________________________________ Abg. Milton Zambrano Coronado.

    SECRETARIO GENERAL PROCURADOR

  • 9

    RESUMEN

    La industria petrolera mundial est en constante investigacin tecnolgica para

    solucionar los diferente problemas que se presentan es esta compleja profesin, es as

    que la corrosin ser un tema de debate en toda la industria, debido a que sta se halla

    presente desde el yacimiento hasta la comercializacin debido a su composicin y

    origen por lo tanto en todas su etapas se adapta a altos estndares de control y calidad.

    La salinidad que se halla presente en el medio ambiente del perfil costanero ecuatoriano

    y particularmente en la Provincia de Santa Elena por su condicin de pennsula hace que

    las instalaciones de superficie de los campos petroleros existentes en la zona, tengan

    que sufrir a causa de problemas relacionados con la corrosin, cuyas afectaciones son

    muy visibles en tanques, equipos, tuberas y ms instalaciones del Bloque 1 Campo

    Pacoa localizado al norte de la provincia de Santa Elena, campo que por ms de veinte

    aos ha venido produciendo petrleo sin interrupcin , en tanto que sus instalaciones se

    han deteriorado con rapidez a pesar del mantenimiento dado.

    La vida til del equipo de la industria petrolera se acorta a menudo como resultadode la

    corrosin y en los ltimos diez aos se han tenido grandes adelantos en sudeteccin con

    mtodos aplicados para un adecuado control en la produccin del petrleo.En trminos

    tcnicos simplificados, la corrosin ha sido definida como la destruccin deun metal por

    reaccin qumica o electroqumica por el medio ambiente y representa ladiferencia entre

    una operacin libre de problemas con gastos de operacin muyelevados.Para efectos

    prcticos, es casi imposible eliminar la corrosin y el secreto efectivo de laingeniera en

    este campo radica ms en su control, que en su eliminacin siendonecesario tomar en

    cuenta el fenmeno corrosivo desde el diseo de las instalaciones yno despus de

    ponerlas en operacin.

  • 10

    En funcin de este conocimiento se realizar un diagnsticode los diferentes ambientes

    en los que est expuesto la infraestructura (calidad del agua, temperaturas de operacin y

    temperatura ambiente, humedad, ambientes severos, marinos, alta

    contaminacinatmosfrica, etc.) y se determinar la colocacin del sistema anticorrosivo

    adecuado para aplicarse en las instalaciones de superficie del campo Pacoa una vez

    realizado los clculos y diseos de construccin respectivos en las zonas de mayor

    afectacin lo que permitir la implementacin del sistema de nodos de Sacrificio para

    evitar el dao corrosivo y optimizar el tiempo de vida til de las instalaciones de

    superficie de dicho campo.

    Una vez determinado los lugares de aplicacin se proceder al diseo de los materiales

    bajo estndares internacionales para aplicarlos en las tuberas y tanques del Campo

    Pacoa determinando los costos de implementacin del sistema y su factibilidad.

  • 11

    NDICE GENERAL

    PGINA

    PORTADA. I

    APROBACIN DEL TUTOR... II

    DECLARACION EXPRESA III

    DEDICATORIA IV

    AGRADECIMIENTO V

    RESUMEN. VI

    NDICE GENERAL. VII

    NDICE DE CUADROS VII

    NDICE DE GRFICOS IX

    NDICE DE ANEXOS... X

    INTRODUCCIN.. XI

    CAPTULO I

    PRINCIPIOS Y FUNDAMENTOS DE LA CORROSIN

    1.2 Proceso de la corrosin. 27

    1.2.1. nodo o zona andica 28

    1.2.2. Ctodo o zona catdica... 28

    1.3. Medio corrosivo.. 28

    1.3.1. Corriente elctrica... 28

    1.3.2. Conductor elctrico..... 28

    1.3.3.Reacciones andicas.... 29

    1.3.4.Reacciones catdicas... 30

  • 12

    1.4.Factores que afectan la velocidad de corrosin... 31

    1.4.1. Clasificacin de los metales.... 36

    1.4.2.Causas de corrosin....... 38

    1.5. nodo.... 38

    1.5.1. Ctodo... 39

    1.5.2. Electrolito. 40

    1.6. Clasificacin de la corrosin.. 47

    1.6.1.Clasificacin de acuerdo al tipo... 47

    1.6.2.Corrosin combinada con otros fenmenos....... 51

    1.6.3. Clasificacin de acuerdo al medio ambiente................ 54

    CAPTULO II

    La corrosin en la industria petrolera

    2.1. Corrosin en facilidades de superficie 58

    2.2. Cabezal de pozos,. 58

    2.3. Lneas de flujo. 58

    2.4. Equipos de procesamiento de gas..... 59

    2.5. Tratadores de calor.... 59

    2.6. Tanques de almacenamiento...... 59

  • 13

    CAPTULO III

    CORROSIN EN TUBERAS

    3.1. Corrosin interna... 61

    3.2. Factores que la originan..... 61

    3.3. Formas de deteccin....... 62

    3.4. Perfil de calibracin.... 63

    3.5. Cupones... 63

    3.6. Localizacin.... 64

    3.7. Mtodos utilizados para controlar el problema... 65

    3.7.1. Uso de inhibidores....65

    3.8. Corrosin externa... 66

    3.8.1.Factores que la originan... 66

    3.8.2. Forma de deteccin..... 67

    3.8.3. Mtodos utilizados para controlar el problema... 67

    3.8.4. Introduccin a los mtodos protectores..... 68

    3.8.5. Pinturas y recubrimientos.. 68

    3.8.6. Preparacin de la superficie... 69

    3.9. Diseo para el control anticorrosivo en las instalaciones de superficie. 71

  • 14

    3.9.1. Mtodo de proteccin catdica... 71

    3.9.2. Proteccin catdica por corriente impresa....73

    3.9.3. Proteccin catdica con nodos de sacrificio 75

    3.9.4. Caractersticas de un nodo de galvnico o de sacrificio 78

    3.9.5. Tipos de nodos 78

    3.9.6. Criterios de proteccin 79

    3.9.7.Resistividad del suelo 80

    3.9.8. Clculosde diseo de un sistema de nodos galvnicos.. 85

    CAPTULO IV

    ANLISIS DE LABORATORIO DEL CAMPO PACOA

    4.1 Caracterizacin del agua de las estaciones campo Pacoa central 88

    4.2. Caracterizacin del agua de las estaciones campo Pacoa norte 89

    4.3Caracterizacin del crudo. 90

    4.4. Caracterizacin del agua de las estaciones campo Pacoa sur.. 91

    4.5. Caracterizacin del crudo del campo Pacoa yacimiento productor

    Socorro pozo matachivato, formacin D 93.

  • 15

    4.6. Caracterizacin del crudo producido en el campo Pacoa -01 yacimiento

    productor, socorro, arena productiva C/D................................ 94

    4.7.Caracterizacin del crudo producido en el campo Pacoa -02 yacimiento

    productor socorro, arena productora B.. 95

    4.8. Caracterizacin del crudo producido en el campo Pacoa -03 yacimiento

    productor socorro arena productoraC. 96

    4.9.Caracterizacin del crudo de las estaciones de campo estacin Pacoa

    norte.. 96

    CAPTULO V

    Especificaciones de los materiales y constructivas para

    proteccin catdica

    5.1.Unidades transforectificadoras..... 97

    5.2.nodos titanio mix (tipo varilla slida)... 99

    5.3. Relleno de coque metalrgico... 100

    5.4. Uniones de cable...... 101

    5.4.1. Uniones de estructura - cable.. 102

    5.4.2. Juntas aislantes.... 103

    5.5. Protector de juntas aislantes (pararrayos).. 104

  • 16

    5.6. Instalacin del sistema de proteccin catdica.... 104

    5.7. Instalacin del rectificador.... 105

    5.8. Tuberas... 106

    5.9. Instalacin de las camas andicas. 107

    5.9.1. Amarre de nodos y uniones cable cable 107

    5.9.2. Colocacin de los nodos. 108

    5.9.3. Tendido de los cables para corriente directa... 108

    5.9.4. Instalacin del protector de juntas aislantes..... 109

    5.9.5. Condiciones de suelo.... 109

    CAPTULO VI

    ANLISIS TCNICO ECONMICO

    6.1 Anlisis tcnico. 110

    6.1.2. Anlisis econmico...... 110

    6.2. Criterios de evaluacin... 111

    6.2.1. Ingresos..... 111

    6.2.2. Egresos.. 111

  • 17

    6.3. Indicadores econmicos..... 111

    6.4. Tasa interna de retorno (tir).. ... 112

    6.5. Relacin beneficio/costo..... 112

    6.6. Clculos en base a los resultados para el control anticorrosivo..... 115

    6.7. Clculos de parmetros para proteccin con los datos obtenidos.. 116

    6.8. Criterios de diseo... 116

    CAPTULO VII

    PROTECCIN CATDICA EN TANQUES DE ALMACENAMIENTO

    7.1. Normas................ 126

    7.2 Criterios para sistemas de proteccin catdica 126

    7.3. Mediciones de potencial. 126

    7.4. Criterios para la prevencin de la corrosin en tanques.... 127

    7.5. Especificaciones para tanques de almacenamiento..... 131

    7.6. nodos de sacrificio 131

    7.6.1. nodos galvnicos (de sacrificio)... 133

    7.7. Factores que afecta la proteccin catdica... 134

    7.8. Reemplazo de fondos de tanques... 134

    7.8.1. Mantenimiento 135

  • 18

    CAPTULO VIII

    OPERACIN Y MANTENIMIENTO DE SISTEMAS DE PROTECCIN

    CATDICA

    8.1. Consideraciones y suposiciones..... 140

    8.2. Conclusiones...... 141

    8.3. Recomendaciones... 142

    8.4. Bibliografa..... 143

    NDICE DE CUADRO

    Cuadro 1. Elementos Metlicos.... 43

    Cuadro 2. Recubrimientos............ 69

    Cuadro 3. nodos galvnicos y campos de aplicacin... 77

    Cuadro 4. Caracterstica de los nodos........................... 78

    Cuadro 5. Clasificacin de los medios corrosivos segn su

    resistividad..... 84

    Cuadro 6. Electrodos de referencia ms usados .... 85

    Cuadro 7. Clculos de vida de nodos..... 87

    Cuadro 8 Composicin qumica.............. 100

    Cuadro 9 Tipos de recubrimientos... 116

  • 19

    NDICE DE GRFICOS

    Grfico 1 Proceso metalrgico .. 25

    Grfico 2 Corrosin en tramo de tubera enterrada o sumergda... 27

    Grfico 3 Efecto acelerador del xido de hierro 32

    Grfico 4 Efecto acelerador de la pila galvnica ... 33

    Grfico 5 Efecto acelerador de medios diferentes.. 34

    Grfico 6 Efecto de acelerador de diferentes concentraciones de oxgeno.. 35

    Grfico 7 Proceso de corrosin ... 41

    Grfico 8 Celda electrnica... 42

    Grfico 9 Caractersticas de corrosin por picadura..... 48

    Grfico 10 Condiciones de un ataque corrosivo ........ 50

    Grfico 11 Corrosin general y localizada . 53

    Grfico 12 nodos de sacrifico vs. Corriente impresa. 60

    Grfico 13 Corrosin interna en tuberas .. 61

    Grfico 14 Monitoreo detector de corrosin .. 62

    Grfico 15 nodo...... 72

    Grfico 16 Ubicacin delrectificador...... 73

    Grfico 17 Mtodo de WENNER para medir resistividad de suelos.82

  • 20

    Grfico 18 Caja de suelo para medicin de resistividad elctrica.... 84

    Grfico 19 Proteccin de tanque con nodos de sacrificio. 132

    Grfico 20 Cambio de fondo de tanque viejo.. 135

    NDICE DE ANEXOS

    Anexo I Mapas de ubicacin del campo Pacoa.. 144

    Anexo II Mapa de ubicacin del bloque 1... 145

    Anexo III Tabla comparativa de nodos de sacrificio.... 146

    Anexo IV Fotografas de corrosin en el campo..... 147

    Anexo V Listas de smbolos. 151

    Anexo VI Resistividad de los suelos mtodo WENNER 4 barras 153

    Anexo VII Medicin Potencial.. 155

    Anexo VIII Series potenciales normales o estndar... 156

    Anexo IX Elementos qumicos, smbolos y potenciales.. 157

    Anexo X Glosario... 158

  • 21

    INTRODUCCIN

    El bloque 1 est ubicado en la Provincia de Santa Elena, a 120 km al Oeste de la ciudad

    de Guayaquil. Tiene una extensin de 1200 km2 de los 480 km2

    El bloque 1 est localizado al norte y oeste del bloque ESPOL, tiene una extensin de

    4000 km

    se encuentran costa

    afuera.

    2 de los cuales 3000 km2 estn costa afuera 1000 km2

    en la tierra.

    GENERALIDADES DEL REA DE ESTUDIO

    VAS DE ACCESO

    La principal va de acceso es la carretera Guayaquil Salinas 20 km antes de llegar a la

    cabecera cantonal de Santa Elena que comunican a las poblaciones de Baos de San

    Vicente, San Vicente, Punta Blanca y San Pablo. Existen otras vas de segundo orden

    que comunican las poblaciones de Cerro Alto, El morrillo y Santa Rosa del Morrillo,

    tambin se puede acceder desde la capital de provincia de Santa Elena hacia la Ruta del

    Spondilus a 30 km de dicha localidad.

    CLIMA Y METEOROLOGA

    La Pennsula de Santa Elena presentaun clima llamativo divido en dos estaciones bien

    definidas durante el ao, una estacin clida y lluviosa entre los meses de Enero Abril

    una estacin fra y seca entre Mayo Diciembre. La primera se debe a la zona de

    convergencia intertropical y a la influencia de la corriente clida del golfo de Panam

    (corriente del nio).Koppen clasifica al clima como seco, semirido, del tipo estepa. De

    acuerdo a la clasificacin bioclimtica.

  • 22

    Las precipitaciones anuales no alcanzan los 200 mm3. Una variacin ligera pero

    apreciable se presenta en las localidades de Morrillo y Cerro Alto, pues segn datos

    presentados por la PRONAREG (Programa Nacional de Regionalizacin), se indica una

    precipitacin total anual inferior a 300 mm3

    , es decir el clima es un poco hmedo.

    Geologa regional

    La presencia de grandes anomalas gravimtricas positivas, indican que no existe

    litsfera continental bajo la costa Ecuatoriana sino ms bien una litsfera Ocenica que

    fue accionada por alguna forma de colisin, por efecto de una antigua zona de

    subduccin frente a la costa Ecuatoriana.

    Geologa local (Cuenca Pacoa)

    El bloque 1 geogrficamente est localizada al sur de la falla Colonche que separa la

    cordillera Chongn Colonche del levantamiento Santa Elena/Cuenca Progreso. Dentro

    del Bloque 1 se definen dos campos de mayor y menor productividad, el Campo Pacoa y

    el rea de Monteverde respectivamente, ambas ubicadas en la parte Sur-central del

    bloque 1.El campo Pacoa, con una extensin de 15 km2

    , fue el nuevo campo petrolero

    descubierto en 1990 por Belco.

  • 23

    OBJETIVOS GENERAL:

    Establecer los criterios, metodologas y requisitos mnimos, para eldiseo, seleccin de

    materiales, instalacin y mantenimiento de los sistemas deproteccin catdica en

    tanques de almacenamiento de hidrocarburos.

    Especficos

    1. Conocer las ventajas y desventajas de los sistemas de proteccin catdica por

    medio de corriente impresa.

    2. Conocer las ventajas y desventajas de los sistemas de proteccin catdica por

    medio de nodos de sacrificio.

    3. Conocer el diseo, instalacin y mantenimiento de sistemas de proteccin

    catdicas para tanques de almacenamiento de productos petroleros.

    4. Aplicar un sistema de proteccin catdica a tanques de almacenamiento de

    productos petroleros.

  • 24

    La integridad de una instalacin hidrocarburfera garantiza que ste sea

    seguro y que permanezca intacto. Incluye cada aspecto del diseo, la inspeccin,

    la administracin y el mantenimiento del mismo.

  • 25

    CAPTULO I

    PRINCIPIOS Y FUNDAMENTOS DE LA CORROSIN

    DEFINICIN Y CONCEPTO DE LA CORROSIN

    1. CORROSIN

    En la naturaleza los metales se encuentran bajo la forma de compuestosestables. As

    como ejemplo el hierro se encuentra bajo la forma de xido dehierro, debido a que es la

    forma ms estable, de menor energa y menosreactiva.

    El hombre ha encontrado la manera de utilizar los metales para subeneficio,

    extrayndolos de la naturaleza, purificndolos y asocindolos conotros elementos para

    mejorar sus propiedades fsicas y dndoles la formaapropiada para su utilizacin

    prctica. ste es el campo de la Metalurgia.

    Como nos muestra la figura 1, a travs de estos procesos, se va transformando aquel

    compuesto natural en piezas metlicas que conformarnequipos; cada uno de stos

    procesos utilizados requiere de un aporte de energay la pieza metlica final, tiene la

    forma y las propiedades deseadas, que son:dureza, brillo, color, elasticidad, resistencia

    mecnica por mencionar algunas, yposee un nivel de energa mucho mayor del

    compuesto natural de dondeproviene.

    Figura 1. Proceso Metalrgico

  • 26

    sta mayor carga energtica hace que el metal resultado de ste proceso sea mucho ms

    inestable que el compuesto original, y como consecuencia stetienda a regresar al nivel

    de energa bajo del compuesto natural. Esta tendenciade un metal de volver a su estado

    de energa natural es el fenmeno queconocemos con el nombre de corrosin.

    Dando una definicin ms completa podemos decir que:

    A pesar de que existe este fenmeno natural que tiende a degradar nuestros objetos

    metlicos para llevarlos al estado de xidos o sales disueltas,sabemos que se emplean los

    metales y aleaciones metlicas en formageneralizada en todos los aspectos de la vida

    humana: en el hogar, en laindustria, en los servicios, en los transportes, etc.

    CORROSIN = DETERIORO DE UN MATERIAL POR ACCIN DEL MEDIO.

    Esto se debefundamentalmente a que la velocidad de corrosin puede ser

    suficientementebaja para no afectarnos significativamente.

    Existen varias maneras de expresar el concepto de corrosin, uno de los conceptos ms

    aceptados a nivel de ingeniera es DETEORIZACIN DE UNA SUSTANCIA ,

    METAL o de sus propiedades por la interaccin del medio con el metal, es decir se

    cumple la siguiente accin:

    MATERIAL + MEDIO = PRODUCTO DE CORROSIN + ENERGA

  • 27

    En la naturaleza las minas son muy estables, aun estando en la tierra por muchos aos

    poseen cambios muy pequeos. Como es de conocimiento general los metales son

    extrados de las minas para refinarla y volverlas a su composicin pura se utiliza energa

    destruyendo as el equilibrio que le proporciona la naturaleza.

    Depende del tipo del metal para que requiera la cantidad de energa necesaria,

    determinando as que entre ms energa se necesite para refinar un metal, dicho cuerpo

    se hace ms susceptible, a la degradacin por corrosin.

    1.2. PROCESO DE LA CORROSIN

    Siempre que se produce un fenmeno de corrosin de un metal oAleacin metlica

    sumergida en un medio hmedo, suelo, agua de ro, agua demar, medio industrial, etc.

    Es posible identificar varios de los componentes delproceso corrosivo. La figura 2 nos

    muestra un tramo de tubera enterrada en elcual se han sealado stos componentes.

    Figura 2. Corrosin en tramo de tubera enterrada o sumergida

    nodo Ctodo Ctodo

  • 28

    1.2.1 nodo o zona andica: Sitio donde se produce la salidade una corriente

    elctrica desde el metal hacia el suelo.Esta es la zona donde el metal sufre

    corrosin.

    1.2.2 Ctodo o zona catdica: sitio al cual llega la corrienteque proviene del

    suelo.

    1.3. Medio corrosivo: en este caso el medio corrosivo es elsuelo hmedo que ataca al metal.

    1.3.1. Corriente elctrica: flujo ordenado de electrones queviajan en una misma direccin, resultado de una diferenciade potencial existente entre dos

    elementos.

    1.3.2. Conductor elctrico: la corriente que sale de la zonaandica y circula por el medio corrosivo para penetrar en laestructura por la zona catdica, debe

    cerrar el circuito, eneste caso a travs de la propia tubera que acta

    comoconductor elctrico.

    El paso de una corriente elctrica desde el metal hacia el suelo (zona andica) o desde

    el suelo hacia el metal (zona catdica) produce reacciones quedebemos conocer para

    poder familiarizarnos con el fenmeno de corrosin yentender luego los mecanismos

    utilizados para prevenirlo.

    Es oportuno recordar el modelo del tomo, que tiene carga neutra o la suma de todas las

    cargas es cero. Si liberamos electrones del tomo se vuelveun in positivo.

  • 29

    1.3.3. Reacciones Andicas

    En la zona andica el metal se oxida siguiendo la reaccinsiguiente:

    METAL METAL OXIDADO + ELECTRONES

    Ejemplos:

    Fe (Hierro) +2 electrones

    Al(Aluminio) + 3 electrones

    Zn (Cinc) + 2 electrones

    Estos electrones que quedan libres o disponibles de la reaccin andicase trasladan hasta

    la zona catdica, en la cual son consumidos en otrasreacciones que se conocen con el

    nombre de reacciones catdicas.

  • 30

    1.3.4. Reacciones Catdicas

    Las reacciones catdicas ms comunes son las siguientes:

    Reaccin del Oxgeno:

    Reaccin del Hidrgeno:

    Se analizar cada una de ellas:

    La reaccin del oxgeno tiene lugar cuando en el medio hmedo hayoxgeno disuelto;

    esa combinacin de agua y oxgeno reacciona con loselectrones que quedaron

    disponibles de la reaccin andica o reaccin decorrosin para dar como resultado la

    formacin de iones de oxidrilo.

    Estos ionesson los causantes principales de la alcalinidad de un medio, podemos decir

    que sta reaccin catdica de reduccin de oxgeno aumenta la alcalinidad de unmedio

    corrosivo.

  • 31

    La reaccin del hidrgeno tambin consume electrones provenientes de lareaccin

    andica o de corrosin, pero en este caso el resultado es la formacinde hidrgeno

    gaseoso. La presencia de iones hidrgeno en un medio hmedo escomn en los medios

    cidos. Recordemos que la acidez de un medio est dadapor la presencia de estos iones

    hidrgeno.

    A medida que son consumidos por lareaccin catdica del hidrgeno el medio pierde

    carcter cido.Es importante destacar que si no hubiera reaccin catdica capaz

    deconsumir los electrones que se generan en la reaccin de corrosin o reaccinandica

    el fenmeno se detendra, porque de acuerdo con las leyes bsicas dela electricidad no

    se puede acumular electrones.

    Por eso algunos de losmtodos de prevencin de la corrosin se basan en neutralizar las

    posiblesreacciones catdicas que complementan la reaccin de corrosin

    consumiendolos electrones que aquella libera.

    No puede haber reaccin andica o decorrosin si no hay una reaccin catdica capaz de

    consumir los electrones quese producen.

    1.4. Factores que afectan la velocidad de corrosin

    Entre los factores que intervienen en la velocidad de corrosin de unmetal podemos

    mencionar los siguientes:

    La humedad del suelo o medio corrosivo.

    Su contenido salino.

    Los gases presentes en el medio.

    La composicin del metal o aleacin.

    Las tensiones residuales que pudieran quedar en el objetometlico, producto del

    proceso de fabricacin.

    Las tensiones mecnicas a que est sometido el objeto por su uso.

  • 32

    En trminos generales se puede afirmar que toda discontinuidad o irregularidad que

    exista en el objeto metlico o en el medio corrosivo constituirun factor acelerador de la

    corrosin.

    Discontinuidades en el metal

    En la figura 3 se muestra una tubera enterrada y sometida a la accincorrosiva del suelo

    hmedo.Una mancha de xido presente en la tubera secomporta como factor acelerador

    de la corrosin. ste xido se comporta comocatdico frente al hierro no oxidado,

    formando una pila o par bimetlico queacelera el fenmeno natural de la corrosin. Es

    importante destacar que lacorrosin ocurrira de todos modos, con o sin la presencia de

    las manchas dexido, el efecto de stas es acelerar la velocidad del proceso.

    Figura 3. Efecto acelerador del xido de hierro

    En la figura 3 se muestra un caso tpico de una red de gas en la cual la tubera principal

    es de acero y la tubera de entrada a una casa para suministrargas es de cobre.

    CTODO nodo nodo

  • 33

    ste ltimo metal es ms noble que el acero normal y, enconsecuencia se formar una

    pila galvnica en la cual el nodo o zona decorrosin ser la tubera de acero y el ctodo

    lo constituir la tubera de cobre.

    Esto puede multiplicar la velocidad de corrosin enormemente.

    Figura 4. Efecto acelerador de pila galvnica

    Discontinuidades en el medio corrosivo

    La figura 5 muestra el cruce de una tubera a travs de un ro oquebrada; la zona mojada

    de la misma ser ms andica que la zona seca, formndose tambin una pila

    Brida

    Tubera de cobre

    Tubera de acero

  • 34

    aceleradora de la corrosin, slo que en este casola causa es una discontinuidad en el

    medio corrosivo.

    Figura 5. Efecto acelerador de medios diferentes

    En la figura 5 tambin tenemos el caso de una tubera enterrada; se observa que la parte

    superior de la misma recibe ms oxgeno por encontrarsems cerca de la superficie y

    ste gas penetra en el suelo por difusin; mientrastanto, la parte inferior de la tubera

    est menos oxigenada. Esto produce unfenmeno acelerador de la corrosin conocido

    como celda o pila de aireacindiferencial.

    La zona que recibe ms oxgeno, en este caso la de arriba, tienemayor facilidad para que

    se produzca la reaccin catdica que involucra estegas, mientras que la zona con menor

    concentracin del gas se convierte en lazona andica o de corrosin.

    Suelo Corriente

    Suelo Corriente

    CTODO CTODO NODO

  • 35

    Por ello es muy comn observar que cuando sedestapa una tubera enterrada la parte

    inferior est ms corroda que lasuperior.

    Figura 6. Efecto acelerador de diferentes concentraciones de oxigeno

    1.4.1. Clasificacin de los metales

    Si bien la corrosin es un fenmeno natural que afecta a todos losmetales y aleaciones,

    la velocidad del proceso es diferente para cada uno deellos; As por ejemplo; sabemos

    MUCHO OXIGENO MUCHO OXIGENO

    SUELO

    OXIGENO

    POCO OXIGENO

    TUBERA

    CTODO CTODO

    NODO

  • 36

    que los aceros inoxidables son ms resistentesa la corrosin en ciertos medios agresivos

    que los aceros al carbono normales.

    Esto nos permite establecer una clasificacin de los metales en funcin de lavelocidad

    con la cual se oxidan en un medio determinado; para ello se hanelaborado dos tipos de

    ordenamiento llamados series.

    Serie de Potenciales Normales o Estndar

    Ordena los potenciales de oxidacin de los metales sumergidos en unasolucin normal

    de sus propios iones a presin y temperatura normales.

    En anexos se incluye una serie de Potenciales Normales o Estndar tpica; cada elemento

    se representa por una reaccin en equilibrio, siendo el trminode la izquierda el

    elemento en estado metlico y el de la derecha el estadooxidado del mismo,

    establecindose un valor de potencial para cada uno de losequilibrios.

    Para medir este potencial se fij como referencia y se le asign unvalor de cero, a la

    reaccin del hidrgeno:

    Estas series de potenciales normales sirven como referencia solamente, porque se basa

    en reacciones de equilibrio con una solucin de sus propios iones del metal, lo que

    representa una condicin ideal que difcilmente se da en la prctica. El segundo tipo de

    series engloba los metales y aleaciones de uso comn en uno de los medios naturales

    ms corrosivos y el que ocupa dos terceras partes del planeta Tierra es el agua de mar.

  • 37

    Series Galvnicas

    A diferencia de la serie de potenciales normales, en la serie galvnica seincluyen

    tambin aleaciones comerciales como Moner, Inconel RHastelloy. En el extremo activo

    o andico indica aquellos metales o aleaciones que tienden a corroerse en agua de mar,

    en tanto que el extremo noble o catdico incluye alos que tiende a resistir mejor la

    corrosin en dicho medio. Tambin en este caso debe tomarse en consideracin que la

    serie fue establecida en condicionesde laboratorio, de modo que slo puede servir como

    referencia.

    Para qusirven las Series?

    Una de las aplicaciones posibles se da cuando se deben poner en contacto dos metales o

    aleaciones diferentes en un medio determinado; sabemos que el contacto entre dos

    metales produce un efecto acelerador de la corrosin en el cual uno de ellos se

    comportar como andico y sufrir corrosin en tanto que el otro ser catdico

    quedando parcialmente protegido.

    Culasumir cada papel?.

    El estudio de las series nos permite anticipar cul ser la tendencia de cada metal al ser

    acoplados, por ejemplo, la unin o contacto entre acero y aluminio en agua de mar (ver

    ubicacin de cada uno en la serie galvnica) hace que el aluminio se disuelva (nodo) y

    el hierro se proteja (ctodo).

  • 38

    1.4.2. CAUSAS DE CORROSIN Existen 3 importantes causas que dan pi a la corrosin las mismas que se explicar ms

    detalladamente a continuacin

    CORROSIN ELECTROQUMICA

    La corrosin electroqumica consiste en la formacin de celdas, en diferentes puntos de

    la estructura mecnica, causando un flujo de corriente causando de esta manera

    alteraciones qumicas del metal.

    Este tipo de corrosin implica varios parmetros como:

    1.5. NODO El nodo es un electrodo en el que se produce una reaccin de oxidacin, mediante la

    cual un material aumenta su estado de oxidacin al perder electrones. Un gran error que

    fue desarrollado es pensar en que su polaridad es eternamente positiva, el nodo es

    positivo si absorbe energa y negativo cuando la suministra.

    Cuando el metal se disuelve, los tomos que lo constituyen pierden electrones y van en

    la solucin como in. Los tomos contienen igual nmero de protones (partculas

    cargadas negativamente)La prdida de electrones deja un exceso de cargas positivas y

    por lo tanto el in resultante est cargado positivamente.

    Dentro de esta reaccin la perdida de electrones se la conoce como oxidacin El in

    hierro est en solucin y los dos electrones permanecern en el metal.

  • 39

    1.5.1. CTODO

    Es la porcin superficial insolubles del metal, pero en dicha rea se desarrollan otras

    reacciones qumicas que se originan durante el proceso de corrosin los electrones son

    dejados atrs por la solucin de hierro en el viaje del nodo a travs del metal hacia el

    rea de la superficie catdica, los mismos que son consumidos por reaccin con el

    agente oxidante presente en el agua. Este proceso donde son consumidos los electrones

    se llama reaccin de oxidacin.

    (Iones H) (Electrones) (Gas Hidrogeno)

    Si el Oxigeno est presente, pueden ocurrir las siguientes reacciones:

    (Soluciones cidos)

    (Soluciones Neutras y Alcalinas)

    Las reacciones de la seccin andica, producen electrones y la reaccin o reacciones de

    la seccin catdica consumen los electrones, Siendo as la caracterstica principal de la

  • 40

    reaccin electroqumica. Los electrones se generan mediante una reaccin qumica,

    partiendo en un punto luego viajan a otro punto donde estos son usados para posteriores

    reacciones.

    Con certeza se sabe que el flujo de corriente elctrica da paso a los electrones de un

    punto a otro. El flujo de corriente elctrica est en direccin opuesta al viaje del

    electrn, entonces los electrones fluyen desde el rea andica al rea catdica, el flujo de

    corriente elctrica se encontrar en direccin opuesta, es decir el ctodo en direccin al

    nodo.

    Teniendo presente que este flujo de corriente en mencin de encuentra dentro del metal,

    motivo por la cual el camino metlico entre el nodo y el ctodo es conductor de

    electricidad.

    1.5.2. ELECTROLITO

    Para completar el circuito electrnico, la superficie del metal ambos ctodos y nodos

    puede ser cubierta con solucin elctricamente conductiva, esta solucin es conocida

    como electrolito. El agua pura es un electrolito pobre pero su conductividad elctrica se

    puede incrementar disolviendo en ella sales.

    El electrolito es el encargado de conducir corriente desde el nodo al ctodo. Esta

    corriente fluye hacia atrs del nodo atreves del metal, a su vez completando el circuito.

    Esta combinacin entre nodo ctodo y electrolito es llamado celda de corrosin

    PROCESO DE CORROSIN

  • 41

    Figura 7. Proceso de corrosin

    La transformacin electroqumica, por la cual se produce la celda de corrosin, uno de

    los mtodos ms eficaces de proteccin contra la corrosin electroqumica es la

    aplicacin de un sistema de proteccin catdica.

    ELECTROLITO

    NODO FLUJO/CORRIENTE CTODO

    Fe2

    METAL

    CELDA ELECTRNICA

    6

    +

    5

  • 42

    Figura 8. Celda electrnica

    1. Varilla de carbn (ctodo)

    2. Envase de zinc (nodo)

    3. Electrolito

    4. Direccin del flujo de corriente a travs del electrolito

    5. Direccin del flujo de corriente en el circuito exterior

    6. Flujo de electrones

    CORROSIN

  • 43

    La corrosin qumica consiste en el ataque directo de un elemento no metlico

    contra uno metlico.

    Ejemplo de elementos metlicos:

    ELEMENTO SMBOLO

    Oxigeno O

    Azufre S

    Cloro Cl

    Cuadro .1 Elementos Metlicos

    Ejemplo de elementos no metlicos:

    Son esencialmente metales ferrosos constituidos a base de Hierro (Fe), que

    conforma la mayora de las instalaciones de superficie en los campos petroleros.

    El agua (H20) es el enemigo de la mayora de los metales, porque uno de sus

    componentes es el oxgeno.

    Por causa del agua ocurren las siguientes reacciones que son:

  • 44

    Adems del ataque corrosivo de estos elementos mencionados, la corrosin puede ser

    causada por la reaccin de ciertas soluciones o compuestos qumico y sales oxidantes

    como:

    Clorurofrreo

    Sulfato de cobre

    Sulfuros metlicos

    Gases sulfhdricos

    Sulfato de hidrgeno

    Sulfuro de hidrgeno

    cidos orgnicos

    Dixido de carbono

    Cloruro de amonio

    Estos tienen una corrosivita caracterstica o especfica.

    La corrosin de oxigeno ocurre por medias las siguientes reacciones:

    El oxgeno principalmente causa corrosin por picadura

    Cuando el dixido de carbono es disuelto en el agua, da cabida a la formacin del cido

    carbnico, disminuye el pH del agua y se incrementa la corrosivita.

  • 45

    Esta corrosin no es como la del oxgeno pero por lo general resulta de la picadura, la

    reaccin es:

    (Dixido de Carbono) (Agua) (Acido Carbnico)

    (Hierro) (Acido Carbnico) (Hierro carbonatado) (Hidrogeno)

    (Producto Corrosin)

    La corrosin primaria es causada por la disolucin de carbono es comnmente llamada:

    corrosin dulce.

    El sulfuro de hidrogeno es muy soluble en agua y una vez disuelto su comportamiento es

    como un cido dbil, originando generalmente picadura. Al ataque corrosivo por H2S se

    lo llama: corrosin agria.

    La reaccin general de corrosin por H2S puede establecerse de la siguiente manera:

  • 46

    (cido Sulfrico) (Hierro) (Agua) (Sulfuro de Hierro) ( Hidrogeno)

    Los daos que se producen por la corrosin en el interior de las tuberas se deben a la

    accin de este fenmeno.

    CORROSIN BACTERIAL.

    El deterioro del metal puede tener algunos causales pero principalmente puede ser

    influenciada por varios micros organismos que pueden dar inicio o estimular la

    corrosin de un metal.

    Debemos considerar que las bacterias sulfato- reductoras son micro- organismos que

    participan en la corrosin, ya que estos se caracterizan por tener la habilidades de

    utilizar el compuesto azufre para un posterior proceso metablico, para as producir los

    sulfuros.

    Puesto que estas bacterias son consideradas en los grupos de las anaerbicas, son muy

    comunes en sistemas altamente aireados. Existe similitud entre la accin de un

    despolarizador y las bacterias sulfato reductoras dentro del proceso de corrosin.

    Estas bacterias tienen la capacidad de reducir los sulfatos o sulfuros, y como en toda

    ecuacin qumica la reduccin corresponde a la oxidacin, tanto los cidos orgnicos

    como los hidrocarburos e hidrgenos presentes en el sistema, actuarn como materiales

    oxidables, permitiendo cumplirse la reaccin siguiente.

  • 47

    1.6. CLASIFICACIN DE LA CORROSIN

    La corrosin est clasificada en dos grupos:

    Por el tipo de corrosin

    Por el medio ambiente

    1.6.1. CLASIFICACIN DE ACUERDO AL TIPO

    CORROSIN GENERALIZADA

    Es considerada como una corrosin uniforme, es decir que la superficie del metal

    es corroda uniformemente en toda su longitud. Su caracterstica es una reaccin

    por lo general qumica que se realiza sobre un rea bien extensa del material.

    Este tipo incluye formas de corrosin tan conocidas, como la formacin de

    herrumbre en el hierro, oxidacin de los metales, el empaado de la plata etc.

    CORROSIN LOCALIZADA

    Esta corrosin se destaca preferentemente en algunos puntos discretos y puede ser

    sub-clasificada en:

    1.- Por Picadura.- Este tipo de corrosin se caracteriza por la perforacin en

    determinados puntos.

    Los orificios o agujeros, generalmente son causados por una celda de corrosin.

  • 48

    De accin local que produce cavidades de dimetro pequeo, comnmente

    distantes uno de otros, pero cuando estn cercanos dan la apariencia de una

    superficie rugosa.

    Figura. 9 Una picadura se caracteriza porque el rea superficial es pequea pero la

    profundidad del ataque es importante

    Cavitacin.- El tipo de corrosin por cavitacin se produce por la formacin de

    burbujas de vapor de los lquidos y el impacto posterior de las mismas en la

    superficie dinmica del contacto metal lquido. Como sucede en los rotores de

    las bombas en las tuberas con altas velocidades de lquidos, en los separadores

    etc.

    Lo que causa una serie de picadura generalmente donde se encuentra los dimetros

    pequeos en la cara del material expuesto. Las burbujas formadas por el lquido

    aceleran la cavitacin las mismas que colapsan y destruyen la capa protectora del

    metal.

    Friccin o Roce.- Esta corrosin por friccin o roce se produce por un

    movimiento relativamente pequeo como el que produce la vibracin entre dos

    materiales en contacto que por lo general uno o ambos son de estructura metlica y

    dan paso a que se origine una serie de picadura en el rea de contacto o cara de

  • 49

    roce, aunque se presenten pequeos desplazamientos entre 10 a 8 cm se producen

    daos de friccin si esta accin es repetida.

    Hendidura.- Es frecuente que exista una corrosin intensa que se localizan dentro

    de las fisuras y otras reas cubiertas de superficies metlicas expuestas a ambientes

    corrosivos.Este tipo de ataque se presenta con pequeos volmenes de solucin

    estancados en huecos, empaques, uniones, depsitos superficiales y algunas fisuras

    debajo de cabezas de pernos y remaches.Algunos de los depsitos que pueden ser

    causante de este tipo de corrosin son: polvo, arena, productos de corrosin y otros

    slidos, que cubren ciertas reas y cubren ciertas reas y establecen condiciones de

    la solucin en la zona cubierta.

    Este tipo de corrosin tambin puede presentarse en contacto con un cuerpo metal

    y un no metal como son: empaques, maderas, plsticos, cauchos, concretos,

    asbestos, etc.

    Para que una fisura pueda actuar como zona de corrosin debe tener la suficiente

    abertura para permitir la entrada del lquido, pero al mismo tiempo debe ser lo

    suficiente estrecha para contener el lquido estancado dentro de la fisura por tal

    motivo este tipo de corrosin se desarrolla en fisuras de algunas milsimas por

    2mm o 3 mm de largo.

    Corrosin en grietas

    Se muestra un caso tpico de corrosin en grietas o espacios confinados, se trata de

    un tornillo o perno con su arandela que sujeta dos planchas metlicas entre s.

    Entre la arandela y la plancha hay un espacio confinado en el cual puede

    penetrar lquido pero la concentracin de oxgeno es menor que en la parte exterior

    de la grieta. Se forma entonces una celda o pila de aireacin diferencial que

    produce un ataque acelerado bajo la arandela, precisamente donde no es posible

    detectarlo.Para que se produzca este tipo de ataque deben darse ciertas

  • 50

    condiciones: existencia de un espacio confinado o grieta, presencia de un medio

    corrosivo y diferencia en la concentracin de algn agente agresivo dentro y fuera

    del espacio confinado, principalmente oxgeno.

    Fig. 10. Condiciones para el ataque corrosivo

    1.6.2. Corrosin combinada con otros fenmenos

    En muchas ocasiones se produce un efecto conjunto de corrosin con otro tipode ataque

    a la estructura; por ejemplo.

    Esfuerzos Mecnicos

    Un material sometido a un medio corrosivo y a un esfuerzo mecnico enforma

    simultnea, puede sufrir daos en un tiempo muy corto. El esfuerzomecnico puede ser

    continuo o discontinuo. La combinacin de corrosin yesfuerzos mecnicos continuos

    produce un fenmeno acelerado conocido comocorrosin bajo tensiones. Si la tensin

    se aplica en forma cclica, por ejemplolas dilataciones y contracciones que sufre un

    Pared de tanque

    Corrosin Agua Mucho oxgeno

    Remache

    Poco oxgeno

  • 51

    equipo sometido a calentamientosy enfriamientos sucesivos, el fenmeno se denomina

    corrosin por fatiga. Esimportante destacar que aun cuando estos fenmenos se dan en

    formasimultnea, cada uno de ellos se trata en forma separada porque se trata

    deprocesos diferentes.

    Erosin

    En este caso la corrosin va acompaada de una accin superficial de erosin; un

    ejemplo de ello es el de las bombas que envan petrleo con arena desde el fondo de un

    pozo productor hacia la superficie: el efecto corrosivo de algunos componentes del

    petrleo se suma al efecto erosivo de la arena que lo acompaa.

    Tambin se observa ste fenmeno en pozos de agua con arena yen reactores catalticos

    de refineras, en donde los catalizadores, generalmentexidos metlicos muy duros,

    producen erosin simultneamente con lacorrosin.

    Una caracterstica interesante de este tipo de ataque es que la erosin va eliminando los

    productos de corrosin, lo que dificulta determinar los agentes corrosivos que causan el

    ataque.

    Adems, los productos de corrosin pueden actuar brindando una proteccin parcial

    contra la corrosin posterior del metal pero la erosin los elimina. Los procesos de

    corrosin-erosin se presentan preferentemente donde la mezcla corrosiva choca con

    una pared metlica, como ocurre en codos de tuberas, sitios donde cambia el dimetro

    de una tubera etc. una forma de minimizar su efecto destructivo es precisamente evitar,

    a nivelde diseo, el uso de codos en 90, cambios bruscos en la direccin del fluido.

    Corrosin por bacterias

  • 52

    Cuando se habla de corrosin por bacterias debe tomarse en consideracin que las

    bacterias no atacan directamente al metal sino que se trata de fenmenos complejos en

    los cuales intervienen los procesos alimenticios de estos microorganismos; por ejemplo,

    las bacterias sulfato reductoras (desulfovirio desulfuricans) que se identifican por la sigla

    SRB, se alimentan de sulfatos orgnicos y producen como desecho sulfuros qupueden

    afectar a algunos metales y aleaciones.

    Como caracterstica tpica de estosataques debe destacar la aparicin de un producto de

    corrosin consistente en una capa de sulfuro de hierro de color negro.

    Las bacterias sulfato-reductoras se desarrollan cuando el medio es pobre en oxgeno

    (condicin anaerbica); con frecuenciaun depsito de suciedad o barro hace que el

    contenido de oxgeno bajo el mismo sea suficientemente reducido como para permitir el

    desarrollo de estas bacterias.

    Se produce entonces un ataque ocasionado por dos factores que actan en forma

    conjunta: el desarrollo de SRB y la existencia de una celdao pila de aireacin diferencial.

    Corrosin selectiva

    Por socavados

    Bajo tencin

    Por corrientes parsitas

    Intergranular

    Galvnica

  • 53

    CORROSIN GENERAL CORROSIN LOCALIZADA

    Figura. 11 comparaciones de corrosin general y localizada

    1.6.3. CLASIFICACIN DE ACUERDO AL MEDIO AMBIENTE Existen las siguientes clases:

    GASEOSO:

    Cuando el medio est constituido por gases o el aire atmosfrico, que es el ejemplo

    tpico.

    El aire atmosfrico puede ser subclasificado en:

    INDUSTRIAL: Que contiene SO2, H2S, NO2, y otros productos qumicos.

    MARINO: Que contiene cloruros.

  • 54

    URBANOS: Que contiene SO2, CO2, CO, Y NO2 en concentraciones bajas.

    TROPICAL: Que posee una alta unidad relativa de aire a temperatura elevada.

    POLUIDO: Es el compuesto por el nitrgeno, vapor de agua y gas carbnico

    (componentes naturales) y que contiene otros gases o sustancias.

    COMBINACIN DE LAS ANTERIORES

    NO POLUIDO O RURAL

    Es aquel que contiene los componentes normales del aire y eventualmente

    polvo(slidos (SiO2) EN SUSPENSIN).

    SLIDO

    Est representado particularmente por los suelos. Se subdivide en:

    Arenosa

    Arcillosa

    Otras

    LQUIDO:

    Tiene las siguientes subdivisiones:

    NATURAL: Representada por las aguas y que se subdivide en:

  • 55

    DULCE.-Representada por los ros y lagos.

    SALADA.- Representada por los mares y ocanos.

    OTRAS.- Representadas por los productos qumicos tales como:

    Alcohol, cidos, teres, esteres, etc.

    CAPITULO II

    LA CORROSIN EN LA INDUSTRIA PETROLERA

    La vida til del equipo de la industria petrolera se acorta a menudo como un

    resultado de la corrosin y en los ltimos 10 aos se ha tenido grandes adelantos

    en su deteccin y remedios aplicados para controlar, en la produccin del petrleo.

    En trminos tcnicos simplificados, la corrosin ha sido definida como la

    destruccin de un metal por reaccin qumica o electroqumica por el medio

    ambiente y representa la diferencia entre una operacin libre de problemas con

    gastos de operacin muy elevados.

  • 56

    Para efectos prcticos, es casi imposible eliminar la corrosin y el secreto efectivo

    de la ingeniera en este campo radica ms en su control, que en su eliminacin

    siendo necesario tomar en cuenta el fenmeno corrosivo desde el diseo de las

    instalaciones y no despus de ponerlas en operacin.

    El ingeniero que trabaja en problemas de corrosin necesita saber dnde empezar

    y tener un conocimiento bsico para reconocer la corrosin, cmo se produce,

    cmo impedir su severidad, qu herramientas son necesarias, tcnicas de

    inspeccin, variables de diseo que afectan a la corrosin, seleccin de materiales

    y la forma de interpretar y aplicar la informacin del problema corrosivo, as como

    saber dnde obtener ayuda.

    Todos los metales y aleaciones son susceptibles de sufrir el fenmeno de

    corrosin, no habiendo material til para todas las aplicaciones.

    Por ejemplo el oro, conocido por su excelente resistencia a la atmsfera, se corroe

    si se pone en contacto con mercurio a temperatura ambiente. Por otra parte el

    acero no se corroe en contacto con el mercurio, pero rpidamente se oxida

    expuesto a la atmsfera.

    Afortunadamente se tienen bastantes metales que pueden comportarse

    satisfactoriamente en medios especficos y tambin se tienen mtodos de control

    de la corrosin que reducen el problema.

    La ocurrencia de corrosin en la produccin de un campo petrolero es un proceso

    continuo que nunca termina. Muchos campos son designados NO

    CORROSIVOS al comienzo de su historia, pero con el paso del tiempo los

    problemas de operacin y fallas debido a la corrosin aumentan y se hacen

    necesarias medidas de control de corrosin.

  • 57

    Mtodos modernos de medicin de las tasas de corrosin muestran que estos

    valores pueden variar en horas, das, o semanas.

    Algunos de los factores que pueden originar cambios en las tasas de corrosin son:

    fuga de aire, incremento de la produccin de agua incremento del contenido de gas

    acido (como el H2S), actividad bacteria, operaciones de recuperacin secundaria y

    variaciones en la presin.

    La corrosin puede ocurrir en cualquier parte del sistema de produccin, desde el

    fondo del pozo hasta en los equipos utilizados en el proceso para la venta del

    petrleo y gas.

    2.1. CORROSIN EN FACILIDADES DE SUPERFICIE

    2.2. CABEZAL DE POZOS

    Los cabezales que trabajan con una alta presin en pozos de gas, pueden ser

    severamente corrodos y/o erosionados.

    Los cabezales de pozos productores con un alto porcentaje molar de gases cidos

    generalmente estn sujetos al mismo ataque corrosivo experimentado por los

    equipos de subsuelo, bajo las mismas condiciones.

    Frecuentemente este tipo de ataque puede ser disminuido con la seleccin de

    materiales apropiados y completado con diseos de programas agresivos de

    tratamientos.

  • 58

    2.3. LNEAS DE FLUJO

    Las lneas de flujo estn ubicadas en un rango que van desde tuberas nuevas a

    tuberas desgastadas.

    Estn sujetas a los mismos agentes corrosivos y modos de ataque como los tubos

    bajo superficie esto es: acumulacin de depsitos y picaduras.

    Los depsitos pueden ser removidos por chanchos mecnicos o poliuretano.

    Los diseos de las lneas de flujo con respecto al tamao y velocidades son

    extremadamente importantes.

    La corrosin interna puede ser controlada por recubrimiento o inhibidores. La

    corrosin externa por proteccin catdica y recubrimiento.

    2.4. EQUIPOS DE PROCESAMIENTO DE GAS

    Estos equipos estn sujetos a una corrosin que resulta de la presencia de trazos

    de oxgeno y otros gases cidos en las corrientes de gas.

    El ataque corrosivo puede ocurrir donde la humedad es condensada por el flujo de

    hidrocarburos.

    2.5.TRATADORES DE CALOR

  • 59

    Los tratadores de calor usados para la deshidratacin de crudos de aceites estn

    sujetos a la depositacin de escalas y corrosin. Las elevadas temperaturas en el

    tratador de calor tienden a incrementar la corrosin y la tendencia al escalamiento.

    La seccin de agua en el tratador y recipientes similares son generalmente

    protegidos internamente por recubrimientos o proteccin catdica.

    2.6.TANQUES DE ALMACENAMIENTO

    Los tanques de almacenamiento estn sujetos a corrosin particularmente en el

    lado de abajo del techo donde las gotas de gas cido o y/o el oxgeno estn

    presente. Un segundo tipo de corrosin tiene lugar en el fondo del tanque de

    almacenamiento. La corrosin tiene lugar cuando gotas pesadas de escala golpean

    el lado de abajo del tanque.

    Figura 12. Instalacion de proteccion catodica por corriente impresa vs. nodos de

    sacrificio

  • 60

    CAPTULO III

    CORROSIN EN TUBERAS

    Tanto el interior como el exterior de la tubera pueden ser atacados por la corrosin.

    Situacin que se reconoce por la presencia de picaduras o huecos en la tubera.

    3.1. CORROSIN INTERNA

    3.2. FACTORES QUE LA ORIGINAN.-

    El desgaste en el interior de la tubera generalmente es causado por la produccin de

    fluidos corrosivos desde el pozo, pero se puede incrementar por efectos abrasivos en la

    tubera y en equipos de bombeos y por las altas velocidades de los fluidos.

  • 61

    La corrosin interna tambin puede ser originada por corriente elctrica errantes

    (electrolisis) o por la similitud de los metales puestas en contacto (corrosin galvnica

    bimetlica)

    Figura. 13 Corrosin interna en tuberas

    3.3. FORMAS DE DETECCIN

    Si encontramos un porcentaje de dixido de carbono Co2 de aproximadamente

    20% y tomando en cuenta la presin de operacin en la cabeza del pozo por sobre

    1300 lbs./pulg2.Pudiendo presumir que la presin parcial de Co2

    seria

    suficientemente alta como para producir corrosin interna.

    Figura. 14 La tcnica para detecta la corrosin es la de monitoreo

  • 62

    3.4. PERFIL DE CALIBRACIN

    Las herramientas para la inspeccin de presencia de corrosin se han utilizado por

    muchos aos, la reduccin del dimetro interno de la tubera de revestimiento indica

    corrosin general o ataque por picaduras.

    Probablemente el mtodo ms comn de deteccin y monitoreo de la corrosin interna y

    su control ha sido la exposicin a prueba de una pieza modelo de un material, colocado

    en el lugar de ambiente corrosivo para luego ser analizado

  • 63

    Esta tentativa incluye cupones, pruebas de boquillas bobinas y dispositivos especiales

    usando pruebas de corrosin.

    3.5. CUPONES

    En produccin de hidrocarburos es comn instalar cupones para la evaluacin de

    sistemas de corrosin.

    Un cupn es una pieza pequea de metal que es insertada en el sistema y que admite la

    corrosin.

    Estos cupones son cuidadosamente limpiados y pesados, antes y despus de ser

    expuestos a la corrosin. De la prdida de peso del cupn se puede determinar la tasa de

    corrosin.

  • 64

    La tcnica consiste en introducir un electrodo mvil en los pozos de medicin, lo

    ms cerca posible del testigo conectado a la canalizacin bajo una corriente de

    proteccin catdica. Se realiza una medida de potencial ON entre el electrodo y

    el testigo, adems, la conexin entre el cupn y el conducto se corta varios

    milisegundos para realizar una medida potencial

    3.6. LOCALIZACIN.-

    La localizacin del cupn en el sistema tiene grandes efectos en los resultados

    debido a que la corrosin no siempre tiene lugar uniformemente a travs del

    sistema.

    El cupn en el cabezal del pozo indica una tasa baja de corrosin sin embargo si

    se coloca al mismo tiempo el cupn bajo superficie nos puede presentar ndices

    altos con serios problemas de corrosin.

  • 65

    3.7. MTODOS UTILIZADOS PARA CONTROLAR EL PROBLEMA

    Cuando se conoce que existe corrosin podemos utilizar las siguientes prcticas

    para controlar la situacin.

    Es preferible la dependencia de inhibidores para proteger el interior de la tubera.

    3.7.1. USO DE INHIBIDORES

    Los inhibidores de corrosin hacen que se formen capas protectoras en las

    tuberas.

    Aunque estas reducen la corrosin, no pueden contrarrestarla totalmente. Por lo

    tanto, el xito de cualquier inhibidor de corrosin depende de la habilidad del

    operador del agua en:

    Aplicar el doble y el triple de la dosis de diseo del inhibidor durante las

    aplicaciones iniciales para construir una capabaseprotectoraque prevenga

    picaduras.

    Mantener dosis del inhibidor continuas y suficientemente altas para prevenir la

    redisolucin de la capa protectora; y alcanzar un flujo de agua constante sobre las

    superficies metlicas del sistema parapermitir una aplicacin continua del

    inhibidor.

    Existen varios inhibidores de corrosin comercialmente disponibles que pueden

    ser aplicados con sistemas qumicos de alimentacinnormales.Entrelos ms

    comnmente usadospor fuentes de agua potable son los fosfatosinorgnicos, los

    silicatos de sodio y las mezclas de fosfatos y silicatos.

  • 66

    3.8. CORROSIN EXTERNA

    3.8.1. FACTORES QUE LA ORIGINAN

    La corrosin en el exterior de la tubera de revestimiento puede ser causada. Por fluidos

    corrosivos de la formacin en contacto con la tubera de revestimiento o por corrientes

    elctricas errantes que fluyen por la tubera.Una corrosin grave tambin puede ser

    originada por la presencia de bacterias sulfato reductoras.

    Una diferencia potencial (voltaje) es necesaria para el flujo de corriente en cualquier

    circuito.

    Esta diferencia de potencial puede ser causada por una reaccin electroqumica cuando

    la corrosin electroqumica cuando la corrosin fluye del rea andica de la estructura

    hacia el rea catdica (corrosin).

    El punto donde el flujo de la corriente regresa a la estructura es el rea catdica, que se

    protege a expensas del rea andica.

    En la perforacin y completacin de pozos, la tubera de revestimiento asentada,

    atraviesa tubera con composiciones variadas (arena, arcilla, caliza, etc.).

    Los fluidos de cada una de estas zonas, especialmente el agua, tienen rangos de

    composicin diferente: desde agua fresca hasta agua saturada de sal. La conduccin

    La conductividad elctrica y el potencial esttico de la zona se basan sobre estas

    caractersticas, razn por la que en algunos campos existen intervalos de corrosin de

    moderada a severa detrs de la tubera de revestimiento.

    Estos intervalos problemticos se pueden identificar y la severidad de la corrosin de

    una zona especfica puede ser pronosticada.

  • 67

    3.8.2. FORMA DE DETECCIN

    Ninguna herramienta ha sido diseada para la determinacin la condicin externa de la

    tubera de revestimiento de un pozo sin embargo el detectar la condicin externa de la

    tubera de revestimiento de un pozo.

    Sin embargo el detectar la disminucin en la concentracin de ppm Cl-

    y un aumento en

    el porcentaje del corte de agua (BSW) son los primeros indicios para identificar una

    posible rotura de la tubera de revestimiento, razn por la que todos los pozos con

    salinidades bajo 22000 ppm Cl deben ser observados cuidadosamente y se convierten en

    candidatos a ser reacondicionados con el fin de realizar el chequeo del dimetro interior

    de la tubera.

    3.8.3. MTODOS UTILIZADOS PARA CONTROLAR EL PROBLEMA

    Cuando se sabe que existe corrosin externa o se conoce que corrientes elctricas

    errantes relativamente altas entran en l, pozo entonces las siguientes prcticas pueden

    ser empleadas.

    Aislamiento elctrico de las lneas de flujo que van al pozo utilizando

    bridas de ensamblaje no conductoras para reducir o prevenir que corrientes

    elctricas entren al pozo.

    El uso de lodo altamente alcalino o lodo tratado con bactericida as como

    los fluidos de completacin, pueden ayudar a aliviar la corrosin causada

    por las bacterias sulfato reductoras.

    Un apropiado diseo de un sistema de proteccin catdica puede aliviar la

    corrosin externa de la tubera de revestimiento.

  • 68

    3.8.4. Introduccin a los Mtodos Protectores.

    Una vez conocidos los principios involucrados en el fenmeno de Corrosin estamos en

    condiciones de comenzar el estudio de los mtodos preventivos.

    Existe una gran variedad de tcnicas que nos permiten reducir los efectos perjudiciales

    de la corrosin sobre los materiales de uso industrial o domstico; cada una de ellas tiene

    un campo de aplicacin especfico y es comn el uso de combinaciones de las mismas.

    Las dos principales formas de proteccin son pinturas y proteccin catdica.

    3.8.5. Pinturas y recubrimientos

    Aunque no es el tema especfico de estudio de este trabajo, est ntimamente ligado a la

    proteccin catdica, por lo tanto vale la pena hacer una resea sobre los principales

    conceptos de ste campo.

    Desde el punto de vista de la corrosin, un recubrimiento es una barrera fsica que

    separa el metal del medio corrosivo.

    Acostumbramos a ver una pintura o recubrimiento simplemente como una capa que se

    aplica sobre un metal pero es mucho ms que eso.

  • 69

    Cuadro 2. Recubrimiento

    3.8.6. Preparacin de la Superficie:

    Probablemente es aspecto ms importante del sistema. Sin una buena preparacin de la

    superficie la pintura o revestimiento no se adherir apropiadamente, perdiendo su efecto

    protector.

    La mayora de fallas en pinturas se produce por deficiencias en la preparacin de la

    superficie. Los objetivos son bsicamente dos: eliminar todo aquello que puede reducir

    la adherencia de la pintura como xido, grasa, aceite, polvo, sales, etc.

    Y crear un patrn de anclaje o rugosidad superficial para dar adherencia mecnica al

    fondo o imprimacin.

  • 70

    La mejor preparacin de la superficie se logra comn chorro de arena o de abrasivos, sin

    embargo la arena se ha prohibido en muchos pases porque produce una enfermedad

    pulmonar grave e irreversible conocida como silicosis.

    Su uso debe restringirse a reas abiertas lejos de toda otra actividad (talleres, oficinas,

    etc.) y el personal debe utilizar equipo de proteccin personal adecuado para esa

    actividad.

    Pintura base, imprimacin o fondo:

    Es la ltima defensa del sistema contra los agentes agresivos del medio; si alguno de

    estos agentes logra atravesar las capas exteriores o de acabado, al llegar al metal se

    encontrar con un inhibidor de corrosin que retardar el ataque.

    Tambin se emplean con gran xito los fondos basndose en pigmentos ricos en Zinc

    que dejan al secarse una capa de este metal adherida alacero de la estructura. En caso de

    un poro o falla, el zinc formar unapila que proteger al acero de forma similar una

    proteccin catdica.

    Losfondos no resisten la radiacin solar, no son impermeables, no tienen unbuen color ni

    brillo. En cuanto a lo que llamamos imprimacin o fondo,normalmente sirven de base

    para la adherencia de revestimientosgruesos como el polietileno o el polipropileno;que

    pueden o no tenerinhibidores de corrosin.

    Capas de acabado o pintura exterior:

    En general se recomienda un mnimo de dos capas de acabado y una de fondo para un

    total de trescapas; la pintura exterior o de acabado debe ser resistente a lahumedad, la

  • 71

    radiacin solar, la lluvia, el viento y en general a los agentesagresivos y contaminantes

    del medio ambiente. Tambin deben dar unabuena apariencia en cuanto a color y brillo.

    3.9. DISEO PARA EL CONTROL ANTICORROSIVO EN LAS

    INSTALACIONES DE SUPERFICIE

    3.9.1. MTODO DE PROTECCINCATDICA

    Proteccin Catdica

    Recordando que todo fenmeno de corrosin a baja temperatura y enambiente hmedo,

    puede ser interpretado como la formacin de una pila dondeel nodo o zona andica

    sufre la corrosin (oxidacin).

    Mientras el ctodo ozona catdica no es afectado en la figura 14 nos muestra un sistema

    deproteccin catdica por nodos galvnicos o de sacrificio; se basa en laformacin de

    una pila entre dos materiales que hace que la estructura secomporte como catdica y, en

    consecuencia, no sufra corrosin.

    El nodo puedeser de aleacin de magnesio o zinc, si se usa en suelos, o de aleacin

    dealuminio si el medio es agua de mar.

    El nodo se sacrifica para proteger a laestructura y se va consumiendo a lo largo de un

    perodo que se conoce comovida til del nodo. Este sistema se conoce como Proteccin

    catdica por nodos galvnicos o de sacrificio.

  • 72

    Figura 15NODO

    En este caso se drena corriente desde un conjunto de nodos que pueden serde diferentes

    materiales porque una fuente de energa los obliga a comportarsecomo nodos frente a la

    estructura.

    Esto es lo que se conoce como sistema de proteccin catdica por corriente impresa. El

    principio es el mismo pero la formade aplicarlo vara.

    Los nodos galvnicos son muy simples de instalar y controlar pero sus limitaciones

    principales son:

    a) En medios muy secos o poco conductores la pila entre nodo y estructura no

    ser suficiente para drenar la corriente de proteccin.

    b) Estructuras grandes requerirn cantidades significativas de corriente de

    proteccin y esto requerir tantos nodos galvnicos que el sistema sermuy

    costoso.

  • 73

    Figura 15 Ubicaciones del rectificador

    3.9.2. Proteccin catdica por corriente impresa

    El sistema por corriente impresa puede superar estas dificultades dadoque desde la

    fuente que se conoce como transformador-rectificador, se imponeel voltaje necesario

    para vencer la resistencia del medio y la corriente necesariapara proteger toda la

    superficie expuesta, su limitacin es que debeinspeccionarse peridicamente para

    asegurar su funcionamiento adecuado.

    Segn las normas API (American Petroleum Institute), Instituto Americano delPetrleo,

    y AGA (American Gas Association), Asociacin Americana del Gas.

    Todosistema de proteccin catdica por corriente impresa debe inspeccionarse

    comomnimo una vez al mes.

  • 74

    En cuanto a los materiales que se utilizan, paracorriente impresa los nodos se fabrican

    de grafito, hierro/silicio/cromo, xidoscermicos plomo/plata, titanio platinado. Para

    nodos galvnicos se empleanaleaciones de magnesio zinc y aluminio.

    Cuando se habla de proteccin catdica se piensa inmediatamente entuberas enterradas;

    no obstante esta tcnica tiene un campo enorme deaplicaciones, entre las estructuras que

    pueden protegerse con sta tcnicamencionaremos las siguientes:

    Tuberas enterradas.

    Tuberas sumergidas (en el mar o en ros)

    Fondos de tanque de almacenamiento apoyados en suelos corrosivos.

    Tanques de estaciones de servicio enterrados.

    Interior de tanques de almacenamiento de agua industrial o potable.

    Barcos.

    Pilotes Metlicos de Muelles.

    Pozos Petroleros.

    Pozos de Agua.

    Plataformas marinas o lacustres.

    Intercambiadores de calor.

    Cajas de condensadores.

    Enfriadores.

    Puentes de acero

  • 75

    Pilotes y puentes de concreto reforzado.

    .

    Este sistema consiste en imprimir a la estructura por proteger una corriente directa o

    continua proveniente de una fuente exterior para eliminar el efecto electroqumico o

    corrosin de dicha estructura

    3.9.3. ProteccinCatdica con nodos de sacrificio

    Este mtodo consiste en unir elctricamente el metal a proteger a uno menos noble, es

    decir que este situado por encima de la serie electroqumica de los metales , el mismo

    que al reaccionar con el medio ambiente (por ser el ms electronegativo) produce un

    flujo de corriente que protege la estructura.

    Debido a esto el nodo se corroe y al estructura se vuelve ctodo y se protege.

    Figura. 16 Estructura del nodo

  • 76

    La instalacin del nodo se la realiza bajo tierra y va conectando a la tubera por medio

    de un cable. En las instalaciones comunes la corriente suministrada por los nodos de

    sacrificio es relativamente pequea. Debido a ello se usa generalmente donde existe

    poca necesidad de corriente de proteccin y en aquellos sitios donde la resistividad del

    suelo es muy baja.

    El uso de nodos de sacrificio es recomendable para la proteccin de estructuras que

    tengan superficies pequeas y en terrenos cuyas resistividades del suelo sean inferiores a

    los 5000 ohm-cm.

    En aquellas zonas donde exista ms de una estructura encerrada y donde no exista

    facilidades necesarias de energa elctrica, tambin es aconsejable usas nodos de

    sacrificio debido a que no originan problemas de interferencia con estructuras extraas

    al sistema y no necesitan de energa elctrica para su operacin.

    El diseo de sistemas de proteccin catdica por nodos galvnicos o desacrificio, fue

    utilizada por SirHumpry Davy (1778-1829), en Inglaterra en1823, buscando proteger

    de la corrosin las planchas de cobre que seutilizaban en los cascos de barcos, ensaya

    conectarlas a elementos de hierro, de zinc y de estao.

    Los dos primeros elementos dieron buenos resultados parareducir la corrosin de las

    lminas de cobre. Posteriormente, cuando el cobrees reemplazado por el hierro en la

    fabricacin de barcos, los nodos de zincadquieren mayor importancia, porque proveen

    adecuada proteccin a los acerosdurante tiempo suficientemente prolongado.

    Este sistema utiliza como fuente de corriente, la diferencia de potencial entre el material

    del nodo y la estructura a proteger. En este tipo de instalacin elmaterial de los nodos

    se consume dependiendo de los siguientes factores: dela demanda de corriente

    proteccin de la estructura a proteger, la resistividad del electrolito y del material usado

    como nodo, durante el proceso de descarga del mismo.

  • 77

    En la tabla se muestra las aplicaciones especficas ms utilizadas de nodos galvnicos

    o de sacrificio.

    Cuadro 3 nodos Galvnicos y su Campo de aplicacin

    En la tabla podemos observar que las aleaciones de zinc y de aluminio poseen una

    eficiencia muy elevada, la eficiencia est originada en la cantidad de material andico

    que se consume por auto-corrosin del nodo.

    En cambio el magnesio tiene baja eficiencia pero presenta el ms alto valor de potencial

    de trabajo. El aluminio no puede utilizarse en suelos porque se recubre con una capa de

    xido que lo inactiva (ste fenmeno se conoce comopasivacin) pero en agua de

    mar, los cloruros rompen dicha capa y losreactiva.

    En agua de mar las aleaciones de aluminio no tienen competencia; si observamos los

    valores indicados en la tabla posterior, vemos que el rendimiento prctico de estas

    aleaciones de aluminio es casi cuatro veces quelas de zinc.

    Esto significa que por cada kilogramo de material de aluminio obtenemos mucho ms

    corriente por unidad de tiempo que por un kilogramo de magnesio o de zinc. Tambin

    implica que para un barco, por ejemplo, se puede lograr proteccin con menor cantidad

    y peso de nodos de aluminio que sutilizramos magnesio o zinc.

  • 78

    Cuadro 4 caractersticas de los nodos

    3.9.4. Caractersticas de un nodo de Galvnico o de Sacrificio

    a. Debe tener un potencial de disolucin lo suficientemente negativo, para

    polarizar la estructura de acero (metal que normalmente se protege) a -0.8

    Voltios. Sin embargo el potencial no debe de ser excesivamente negativo, ya que

    eso motivara un gasto superior, con un innecesario paso de corriente. El

    potencial prctico de disolucin puede estar comprendido entre -0.95 a -1.7

    Voltios.

    b. Corriente suficientemente elevada, por unidad de peso de material consumido.

    c. Buen comportamiento de polarizacin andica a travs del tiempo.

    d. Bajo costo.

    3.9.5. Tipos de nodos

    Considerando que el flujo de corriente se origina en la diferencia de potencial existente

    entre el metal a proteger y el nodo, ste ltimo deber ocupar una posicin ms elevada

    en la tabla de potencias (serie electroqumica o serie galvnica).

  • 79

    Los nodos galvnicos que con mayor frecuencia se utilizan en la proteccin catdica

    son: Magnesio, Zinc, Aluminio.

    Magnesio: Los nodos de Magnesio tienen un alto potencial con respecto al hierro y

    estn libres de pasivacin. Estn diseados para obtener el mximo rendimiento posible,

    en su funcin de proteccin catdica.

    Los nodos de Magnesio son apropiados para oleoductos, pozos, tanques de

    almacenamiento de agua, incluso para cualquier estructura temporal que requiera

    proteccin catdica. Se utilizan en estructuras metlicas enterradas en suelo de baja

    Resistividad hasta 3000 ohm-cm.

    Zinc: Para estructura metlica inmersas en agua de mar o en suelo con resistividad

    elctrica de hasta 1000 ohm-cm.

    Aluminio: Para estructuras inmersas en agua de mar.

    3.9.6. Criterios de Proteccin

    Cuando se aplica proteccin catdica a una estructura, es extremadamente importante

    saber si esta se encontrar realmente protegida contra la corrosin en toda su plenitud.

    Varios criterios pueden ser adoptados para comprobar que la estructura en mencin est

    exenta de riesgo de corrosin, basados en unos casos en funcin de la densidad de

    corriente de proteccin aplicada y otros en funcin delos potenciales de proteccin

    obtenidos.

    No obstante, el criterio ms apto y universalmente aceptado es el de potencial mnimo

    que debe existir entre la estructura y terreno, medicin que se realiza con un electrodo de

    referencia.

  • 80

    Un potencial mnimo equivalente a -850 mv con relacin al electrodo de referencia

    cobre-sulfato de cobre, observando una zona definida por la inmunidad del acero.

    Los criterios de potencial mnimo de proteccin que se utilizar son de -850 mV

    respecto al Cu/SOCu como mnimo y permitiendo recomendar asimismo, un mximo

    potencial de proteccin que pueda estar entre los 1200 mVa -1300 mV, sin permitir

    valores ms negativos, puesto que se corre el riesgo de sobre proteccin, que afecta de

    sobre manera al recubrimiento de la pintura, ya que hay riesgos de reaccin catdica de

    reduccin de hidrgeno gaseoso que se manifiesta como un ampollamiento en la pintura.

    3.9.7. Resistividad del Suelo

    Cuando se disea proteccin catdica o simplemente cuando se estudia la influencia de

    la corrosin en un medio en el cual se instalar equipos o se tender una lnea, es

    necesario investigar las caractersticas del medio, entre estas caractersticas, relacionada

    directamente con el fenmeno corrosivo se encuentra la resistividad del medio.

    La resistividad es el recproco de la conductividad o capacidad del suelo para conducir

    corriente elctrica. En la prctica se ejecutan medidas de resistencia de grandes masas de

    material y se calcula un valor promedio para el mismo.

    Las reas de menor resistividad son las que tienden a crear zonas andicas en la

    estructura, pero as mismas son las zonas ms aptas para instalacin de las camas de

    nodos.

    En la prctica se realiza esta medida empleando un voltmetro y un ampermetro o bien

    instrumentos especiales como el Vibro-Graund, Nilsson 400, Metrawatt o el Megger

    complementados mediante un equipo de cuatro picas o electrodo directamente en el

    campo o mediante el Soil Box en laboratorio.

  • 81

    Cuando se ejecuta en el campo, el mtodo consiste en introducir en el suelo 4 electrodos

    separados por espaciamientos iguales, los espaciamientos representan la profundidad

    hasta lo que se desea conocer la resistividad.

    Este mtodo regulado por ASTM (American Society for Testing and Materials),

    Asociacin Americana Para pruebas y Materials, en la Norma G57-78 standard Method

    for field measurement of soil resistivity using the Wenner four electrode Method.

    Mtodo normalizado para la medicin de campo de la resistividad de suelos utilizando el

    mtodo de Werner de los cuatro electrodos.

    Se calcula la resistividad aplicando la siguiente frmula:

    Dnde:

    Rs = resistencia del suelo

    a = espaciamiento de los electrodos en metros.

    R = resistencia leda en equipo en ohm ().

  • 82

    Figura 17. Mtodo de Wenner para medir resistividad de suelos

    Algunos aspectos importantes a tomar en cuenta en el uso de ste mtodo son:

    Profundidad de los electrodos: no es un factor crtico, basta con clavar las

    barras hasta que se sostengan firmes en el terreno.

    Profundidad mxima de medicin: con los instrumentos normales que se

    emplean en el campo de la proteccin catdica puede medirse hasta unos 15

    metros (esto depende del instrumento utilizado).

    Valores de resistividad que se pueden medir: esto depende del instrumento

    utilizado. El Megger puede medir valores muy elevados por el rango de los

    50,000 -cm, ste valor es considerado muy poco corrosivo y no es

    necesario precisar el valor de la resistividad elctrica despus de este valor.

    Cuando se efectan las mediciones en tiempo seco es muy recomendable usar el mtodo

    Wenner pero si se realizan en tiempo de lluvias podemos usar el Mtodo de Soil Box

    o Caja de Suelos.

  • 83

    El procedimiento es a seguir es el siguiente:

    a) Se quita una capa del suelo de aproximadamente 30cm para eliminar la vegetacin.

    b) Se tamiza la muestra para eliminar piedras, races, etc.

    c) Se coloca la muestra en la caja de suelos hasta llenarla completamente, se muestra

    laelaboracin de una caja de suelos y las conexiones de potencial y corriente.

    d) Se mide, y se satura con agua destilada hasta que quede sobrellenado,

    e) Se vuelve a medir.

    Este procedimiento equivale a una lluvia intensa sobre el suelo. La caja de suelos (Soil

    Box), tambin sirve para medir la resistividad del coque utilizado como relleno.

    El material de las barras de la caja de suelos puede ser de acero al carbono, de acero

    inoxidable, o de cobre. Tambin se puede fabricar con cuatro barras o varillas de

    construccin de 3/8.

  • 84

    Figura 18 Caja de suelos para medicin de resistividad elctrica

    Se muestra una clasificacin de medios corrosivos, segn su resistividad elctrica.

    Cuadro 5

    Clasificacin de medios corrosivos segn su resistividad

    Electrodos de referencia ms usados

  • 85

    Cuadro 6. Electrodos de referencia ms usados

    Medicin

    Para medir el potencial elctrico de una estructura en contacto con un medio corrosivo

    determinado, se compara dicho valor con el potencial de un electrodo o celda de

    referencia en contacto con el mismo medio. Los electrodos de referencia ms utilizada.

    3.9.8. Clculos de Diseo de un Sistema de nodos Galvnicos

    El diseo de un sistema con nodos galvnicos se deben considerar los siguientes:

    Seleccin del material de los nodos a utilizar, de acuerdo a la disponibilidad en el

    mercado.

    Eficiencia resistividad del electrolito.

    Costo del nodo y vida til deseada.

    Seleccin de la configuracin de los nodos.

    Seguridad de funcionamiento.

    En agua de mar deben emplearse nodos con base aluminio o zinc y sus

    respectivas aleaciones sin contenido de mercurio.

  • 86

    La vida til del nodo depende tanto de su material como de su peso. Los

    comportamientos del nodo instalado, deben usarse para calcular el valor probable de

    consumo.

    El tiempo de vida del nodo galvnico, se determina con la expresin:

    Dnde:

    V = Tiempo de vida del nodo en aos

    C = Capacidad de corriente en A ao/kg

    P = Peso del nodo en kilogramos

    R = Rendimiento en % (tablas)

    U = Factor de Utilizacin 0.85

    I = Entrega de corriente del nodo en amperios (A)

  • 87

    Cuadro 7. Clculo de vida til de nodos

    Espaciamiento entre nodos

    Dnde:

    S = Espaciamiento requerido, en m.

    L = Longitud de la tubera, por proteger en m.

    N = Nmero de nodos requeridos.

    Separacin mxima de nodos

    Tubera de 0.304m D.N.(12) y menores: 152.4m (500 pies).

    Mayores de 0.304m D.N.(12): 304.8m (1000 pies).

    Separacin entre la estructura por proteger y los nodos

    La separacin de los nodos a la estructura por proteger debe ser de al menos 4.5 metro

    CAPTULO IV

  • 88

    ANLISIS DE LABORATORIO DEL CAMPO PACOA

    4.1. CARACTERIZACIN DEL AGUA DE LAS ESTACIONES CAMPO PACOA

    PARMETRO UNIDADES VALOR SALINIDAD COMO- IN, CLORO, CLORUROS

    ppm Cl- 28200

    ALCALINIDAD TOTAL COMO CARBONATOS

    ppm Ca2CO3 200

    ALCALINIDAD COMO BICARBONATOS ppm Ca2CO3 244 DUREZA TOTAL COMO CARBONATO DE CALCIO

    ppm Ca2CO3 5200

    DUREZA CLCICA COMO CARBONATO DE CALCIO

    ppm Ca2CO3 3300

    DUREZA MAGNSICA ppm Ca2CO3 1900 CALCIO ppm Ca2CO3 1320 MAGNESIO ppm Ca2CO3 456 SULFATO ppm (SO4)2- 80 HIERRO ppm Fe2+ 18 TEMPERATURA DE CABEZA DE POZO C 28 CO2 EN CABEZA DE POZO % CO2 PH DEL AGUA DE FORMACIN pH 7,5 TENDENCIA DEL AGUA DE FORMACIN STIFF DAVIS INCRUSTANTE BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS col/ml 10000 OBSERVACIN: El agua tiene tendencia incrustante y se encuentra con un alto contenido de bacterias sulfato reductoras.

    4.2. CARACTERIZACIN DEL AGUA DE LAS ESTACIONES CAMPO PACOAESTACIN PACOA NORTE

  • 89

    PARMETRO UNIDADES VALOR SALINIDAD COMO- IN, CLORO, CLORUROS ppm Cl- 22450 ALCALINIDAD TOTAL COMO CARBONATOS ppm Ca2CO3 200 ALCALINIDAD COMO BICARBONATOS ppm Ca2CO3 244 DUREZA TOTAL COMO CARBONATO DE CALCIO ppm Ca2CO3 4500 DUREZA CLCICA COMO CARBONATO DE CALCIO

    ppm Ca2CO3 3500

    DUREZA MAGNSICA ppm Ca2CO3 1000 CALCIO ppm Ca2CO3 1400 MAGNESIO ppm Ca2CO3 240 SULFATO ppm (SO4)

    2- 90 HIERRO ppm Fe2+ 1,9 TEMPERATURA DE CABEZA DE POZO C 28 CO2 EN CABEZA DE POZO % CO2 PH DEL AGUA DE FORMACIN pH 7,4 TENDENCIA DEL AGUA DE FORMACIN STIFF DAVIS INCRUSTANTE BACTERIAS SULFATO REDUCTORAS col/ml 100000 OBSERVACIN: El agua tiene tendencia incrustante y se encuentra con un alto contenido de bacterias sulfato reductoras lo que origina un problema serio de corrosin en el tanque de lavado.

    CARACTERIZACIN DEL CRUDO DATOS DE LA MUESTRA DE CRUDO

    NOMBRE: CRISTAL 02,ARENA HI,CLORUROS=1250ppm PARMETROS UNIDADES NORMA ASTM CRISTAL 02

  • 90

    API OBSERVADO /TEMPERATURA F API/F

    D 1298-85

    31,8 / 78F

    API 60 F API 30,6

    API SECO API 30,6

    GRAVEDAD ESPECIFICA 0,8729

    AGUA LIBRE %

    D 96-88

    0

    EMULSIN % 0

    SEDIMENTOS % 0

    PARAFINA % 0,2

    BSW % 0,1

    BSW POR DESTILACIN % D 4006-81 0,100

    SLIDOS POR EXTRACCIN % D 473-81 0,007

    BSW TOTAL % 0,107

    AZUFRE % peso D 4294-90 0,66


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