Nuestras Técnicas
Estudio de ductos
- Objetivos de los estudio
- Técnica (CIS).
- Técnica (DCVG).
- Categorías de reparación
- Impresiones de onda
- Evaluación en juntas aislantes
- Evaluación en cruces encamisados
- Resistividad del terreno
- Mediciones de profundidad
- Mediciones del pH del terreno
Objetivos de los estudio
La corrosión en cañerías metálicas es un proceso electroquímico, causado por la generación de sitios anódicos y catódicos en la superficie del ducto con el subsiguiente flujo de corriente continua entre estas áreas. En sitios anódicos, se generan electrones a causa de la disolución del metal. Estos electrones viajan por el acero de la cañería a las zonas catódicas donde son consumidos en reacciones de reducción (oxidación). El circuito eléctrico se completa mediante el flujo iónico en la tierra entre el sitio catódico y el sitio anódico.
Para prevenir los daños causados por la corrosión externa, las cañerías son protegidas contra estos efectos mediante una combinación de revestimientos dieléctricos y sistemas de protección catódica. Los revestimientos dieléctricos representan la primera línea de defensa contra la corrosión externa. Aunque los revestimientos generalmente proporcionan una excelente protección, la mayoría de ellos se deterioran con el tiempo debido a absorción de agua, presiones de la tierra, abrasión del suelo, daño de raíces, ataque bacteriológico y numerosas otras causas. Estos daños permiten que la corrosión ocurra en los lugares en donde se producen contactos entre el medio corrosivo (la tierra) y las superficies del acero expuestas por los defectos del revestimiento.
La protección catódica tiene la función de proteger la cañería en los lugares donde el revestimiento ha fallado, actuando como la segunda línea de defensa contra la corrosión externa. La protección catódica se logra mediante el suministro de electrones a la estructura metálica, transformando su potencial a valores más negativos con respecto al medio en que se encuentra. Por definición, la corrosión ocurre cuando los electrones penetran la superficie metálica desde el electrolito. Cuando estos electrones son suministrados externamente a través del acero de la cañería (por protección catódica), los mecanismos de corrosión son reducidos hasta niveles insignificantes. Estos efectos son complementados con los cambios electroquímicos en la tierra (aumento en pH) causado por los subproductos de aplicación de protección catódica.
Actualmente en la industria, se acepta generalmente que la combinación de revestimientos dieléctricos con sistemas de protección catódica es la medida más efectiva para controlar los efectos de corrosión externa en cañerías subterráneas. Un factor que es menos comprendido es que este control depende de un equilibrio delicado entre el estado físico en que se encuentra el revestimiento y los niveles de protección catódica. Para obtener niveles efectivos de protección catódica, los potenciales de la cañería deben ser mantenidos entre las fronteras de -850 mV "off" (subprotección) y -1140 mV "off" (sobreprotección). Esta meta solo se puede alcanzar si existe un decaimiento controlado en el perfil de potencial de la cañería desde los puntos de máximo potencial (los rectificadores ó ánodos galvánicos) a los puntos de mínimo potencial (las áreas remotas de los rectificadores ó ánodos galvánicos). El ritmo de decaimiento del potencial depende principalmente de la condición del revestimiento de la cañería que se considera como el factor crítico para el correcto funcionamiento de los sistemas de protección catódica.
La metodología empleada para el control de corrosión externa en cañerías subterráneas consiste en la inspección del revestimiento y de la efectividad de la protección catódica para evaluar el equilibrio entre ambos sistemas. Las inspecciones se realizan empleando una combinación de las siguientes técnicas:
(i) Técnica "Close Interval Survey" (CIS).
(ii) Técnica "Direct Current Voltage Gradient" (DCVG)Técnica "Close Interval Survey" (CIS).
La técnica de CIS es un sistema de inspección desarrollado para el análisis detallado de los niveles de protección catódica en cañerías subterráneas. La técnica consiste de la medición continua de los potenciales de la cañería con respecto al electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre. El operador realiza un recorrido del ducto extendiendo un alambre de fino calibre desde el poste de prueba más cercano. El alambre se conecta a un par de celdas de referencia a través de una computadora de campo. Las celdas de referencia se ubican en turno apoyadas sobre la tierra mientras el operador avanza sobre la cañería y la computadora de campo registra los valores de los potenciales.
Los potenciales de la cañería son registrados con corriente encendida (potenciales "on") y con corriente apagada (potenciales "off") para eliminar los errores de "IR" en las mediciones causados por el flujo de corriente entre la cañería y las celdas de referencia. Para obtener los potenciales "off", se colocan temporizadores cíclicos en todas las fuentes de protección catódica con influencia en la zona bajo estudio. Los temporizadores deben funcionar en perfecta sincronía para permitir mediciones precisas de potenciales "off". Los ciclos de interrupción de los temporizadores deben conformar con una relación de 4:1 en encendido/apagado para evitar la despolarización significante de la cañería durante el transcurso de los estudios.
Los resultados de los estudios de CIS sirven los siguientes propósitos:
(a) Identificación de los niveles de protección de la cañería:
El perfil de potenciales "off" de las gráficas de CIS sirve para identificar con precisión los niveles de polarización de la cañería. Los potenciales "off" se deben mantener entre la frontera de subprotección (-850 mV) y la frontera de sobreprotección (-1140 mV). Potenciales "off" por debajo de -850 mV sugieren una insuficiente polarización del acero de la cañería, situación que puede permitir la corrosión de la cañería. Potenciales "off" por arriba de -1140 mV sugieren una excesiva polarización del acero de la cañería, situación que puede resultar perjudicial para el revestimiento de la cañería por efectos de despegue catódico.
(b) Estimación del estado del revestimiento de la cañería:
El perfil de potenciales "on" resulta una herramienta útil para la evaluación del estado del revestimiento de la cañería. En zonas con una buena calidad de revestimiento, el perfil de potencial se mantiene principalmente estable y existirá una diferencia constante entre los perfiles de potenciales "on-off". En zonas donde existen defectos en el revestimiento de la cañería, se registrarán valles en el perfil de potencial, los tamaños de los valles siendo proporcionales a la severidad de los defectos. Adicionalmente, existirá una reducción en la diferencia entre los perfiles de potenciales "on-off".
(c) Identificación de zonas con posibles interferencias eléctricas:
Una función adicional de la técnica de CIS es la detección de zonas de la cañería afectadas por posibles interferencias eléctricas, particularmente las interferencias de corriente directa asociadas con cargas y descargas de corriente a través de la tierra desde ó hacia sistemas de ductos ajenos. Las zonas de carga de corriente manifiestan aumentos significativos tanto en el perfil de potencial "on" como en el perfil de potencial "off", sin que existan cambios significativos en la diferencia entre ambos perfiles. Similarmente, las zonas de descarga de corriente manifiestan reducciones inusuales en ambos perfiles de potenciales con una diferencia constante entre ambos perfiles.
En resumen, la técnica de CIS cumple las siguientes funciones:
(a) Identificación de zonas con inadecuados niveles de protección catódica.
(b) Identificación de zonas con excesivos niveles de protección catódica.
(c) Identificación de zonas con posibles deficiencias en la calidad del revestimiento.
(d) Identificación de zonas afectadas por posibles interferencias eléctricas.Técnica "Direct Current Voltage Gradient" (DCVG).
La técnica de "Direct Current Voltage Gradient" (DCVG) es un sistema desarrollado para la detección y el análisis de defectos en el revestimiento de cañerías subterráneas. Los defectos se localizan examinando los gradientes de potencial en la tierra cubriendo las cañerías para determinar la dirección del flujo de las corrientes de protección catódica. Dado que la protección catódica actúa en un flujo de corriente hacia los puntos de acero expuestos en la cañería, los defectos en el revestimiento pueden ser localizados individualmente. La alta sensibilidad de los aparatos de DCVG permite la localización de hasta los más pequeños defectos con una exactitud aproximada de 10cm.
Una vez localizado el defecto, se determina su importancia considerando los siguientes cuatro parámetros:
(a) Tamaño del defecto:
El tamaño del defecto se determina midiendo la pérdida de potencial entre el epicentro del defecto y tierra remota. Este valor se expresa como una fracción del cambio de potencial de la cañería (el aumento de potencial debido a la aplicación de protección catódica) para calcular un porcentaje denominado el % IR. Los defectos son designados a las siguientes cuatro categorías según sus respectivos valores de % IR:
Categoría 1: (51-100 % IR)
Los defectos de revestimiento de Categoría 1 se consideran críticos dado que el alto tamaño de acero expuesto a la tierra impide funcionamiento adecuado de los sistemas de protección catódica aumentando los riesgos de corrosión. El inevitable consumo de corriente relacionado con estos defectos también impide la protección adecuada en zonas más remotas con respecto a los puntos de suministro de protección catódica.
Categoría 2: (36-50 % IR)
Los defectos de revestimiento de Categoría 2 representan amplias áreas de acero en contacto con la tierra. Estos defectos generan altos consumos de corrientes de protección catódica e impiden una buena distribución de corriente desde los puntos de suministro de protección catódica.
Categoría 3: (16-35 % IR)
Los defectos de revestimiento de Categoría 3 representan medianas áreas de acero en contacto con la tierra causando moderados consumos de corrientes de protección catódica.
Categoría 4: (0-15 % IR)
Los defectos de revestimiento de Categoría 4 representan pequeñas áreas de acero en contacto con la tierra. Los defectos se consideran de menor importancia dado que los sistemas de protección catódica pueden proteger estos puntos a largo plazo.
Es importante destacar que las estimaciones de %IR no siempre están relacionadas en forma directa con los tamaños físicos de los defectos del revestimiento. Existen casos donde la aplicación de protección catódica genera capas de depósitos calcáreos y/ó magnetita sobre las superficies de acero expuestas por defectos del revestimiento. Estas capas presentan una alta resistencia al circuito de protección catódica y actúan como un revestimiento secundario para la protección de las cañerías. En estos casos, las estimaciones de %IR consideran ambos "revestimientos" y los tamaños físicos de los defectos resultan inferiores a los anticipados. En otros casos donde existen bajos niveles de protección catódica y/ó la presencia de tierras acídicas que inhiben la formación de las capas calcáreas, los tamaños físicos de los defectos resultan superiores a los anticipados.
(b) Longitud del defecto:
Operadores experimentados en el sistema de DCVG pueden determinar la longitud aproximada de los defectos del revestimiento mediante la examinación de los gradientes de potencial a su alrededor. Estos datos proveen información crítica en cuanto a la longitud de excavaciones y cantidad de materiales y recursos necesarios para efectuar las reparaciones.
(c) Estado de corrosión del defecto:
El DCVG proporciona información adicional acerca del estado de corrosión de cada defecto. Se mencionó anteriormente que la técnica es capaz de determinar la dirección del flujo de corriente por la tierra cubriendo los ductos. Dado que la corrosión resulta en el flujo de corriente desde los defectos y la protección catódica resulta en el flujo hacia los defectos, es posible determinar individualmente el estado de corrosión de cada defecto. Esta aplicación del DCVG resulta particularmente útil durante la detección de ánodos galvánicos.
(d) Influencia del defecto con respecto a interferencias eléctricas:
Operadores experimentados en el sistema de DCVG pueden realizar investigaciones de interferencias eléctricas desde ductos ajenos así como hacia ductos ajenos. Interferencias desde ductos ajenos registrarán señales anódicas en la cañería propia. Interferencias hacia ductos ajenos registrarán señales anódicas en la cañería ajena. El sistema de DCVG también representa una herramienta ágil para la detección y determinación del flujo de corrientes parásitas en la tierra entre la cañería propia y la cañería ajena.
En resumen, la técnica de DCVG cumple las siguientes funciones:
(a) Detección exacta de los defectos en el revestimiento del ducto.
(b) Evaluación del tamaño de los defectos.
(c) Evaluación de la longitud de los defectos.
(d) Evaluación del estado actual de corrosión en el acero expuesto por los defectos.
(e) Detección de ánodos galvánicos.
(f) Investigación de zonas con posibles interferencias eléctricas.Categorías de reparación
Los datos de los estudios combinados de CIS y DCVG se emplean para elaborar las siguientes categorías de reparación para los defectos de revestimiento:
(a) Categoría A:
La Categoría A incluye los puntos donde se considera que existen deficiencias en ambos sistemas de protección anticorrosiva (el revestimiento y la protección catódica). Los defectos del revestimiento en la Categoría A se consideran críticos y se recomiendan reparaciones a corto plazo (2000) para prevenir la corrosión de la cañería.
(b) Categoría B:
La Categoría B incluye los defectos del revestimiento que representan una limitación a la distribución de corriente desde los sistemas de protección catódica debido a los altos tamaños de acero expuestos a la tierra. Los defectos de Categoría B se recomiendan para reparación a mediano plazo (2001) para eliminar las zonas de mayor consumo de corriente permitiendo una mejor distribución de protección catódica en el recorrido de la cañería.
(c) Categoría C:
La Categoría C incluye los defectos del revestimiento de mediano tamaño que pueden resultar susceptibles en el futuro a los efectos de la corrosión externa. Los defectos de Categoría C se recomiendan para reparación a largo plazo (2002-2003) para prevenir futuros problemas de corrosión y para mantener una buena distribución de protección catódica en el recorrido de la cañería.
En resumen, las tres categorías de reparación cumplen los siguientes objetivos:
Categoría A - eliminación de zonas con posible corrosión activa.
Categoría B - eliminación de zonas con altos consumos de corriente para aumentar la influencia de los sistemas de protección catódica.
Categoría C - eliminación de áreas de mediano consumo de corriente para optimizar a largo plazo la efectividad de los sistemas de protección catódica.Levantamiento de impresiones de onda
Antes del arranque de cada corrida de CIS, se registraron impresiones de onda del perfil de potencial del gasoducto.Las mediciones fueron registradas con el DVM 3300, empleando períodos de adquisición de datos de 2.0 segundos con una velocidad de aproximadamente 7,200 lecturas por segundo.Evaluación del estado de aislamiento de juntas aislantes
Las mediciones de eficiencia de aislamiento de juntas aislantes se realizaron empleando los equipos de DCVG. Ambos lados de la brida aislante fueron preparados para las mediciones exponiendo una muestra mínima de acero en la capa de pintura. Posteriormente, se midieron las señales de DCVG en el lado "vivo" (sección protegida) y en el lado "muerto" (sección no protegida) de la junta.
La eficiencia de aislamiento se calculó determinando la fracción de la señal de DCVG que logró atravesar a tráves del empaque aislante de la junta. Se empleó la siguiente formula:
Eficiencia de aislamiento = 1 - ( dV "muerto" / dV "vivo" )
El aislamiento se considera efectivo en casos donde la eficiencia supera un valor de 80%. El aislamiento se considera inefectivo en casos donde la eficiencia resulta inferior a 20%, usualmente a causa de la ausencia ó el deterioro de un empaque aislante. En casos donde la eficiencia se encuentra entre 20% y 80%, se considera que existe un corto de alta resistencia en la junta aislante, posiblemente por la presencia de impurezas ó humedad en el empaque aislante ó por la presencia de rutas alternativas de corriente a través de otras cañerías.Evaluación del estado de aislamiento en cruces encamisados
Las mediciones de eficiencia de aislamiento en cruces encamisados se realizaron empleando los equipos de DCVG. Los tubos de ventéo de los encamisados fueron preparados para las mediciones exponiendo una muestra mínima de acero en la capa de pintura. Posteriormente, se midió la señal de DCVG en los ventéos para determinar el valor de dV en el encamisado.
A continuación se calculó el valor de dV en la cañería en la zona del encamisado asumiendo un decaimiento linear en los valores de dV registrados en los postes de prueba a ambos lados del encamisado. La eficiencia de aislamiento se calculó determinando la fracción de la señal de DCVG que logró atravesar desde la cañería al encamisado. Se empleó la siguiente formula:
Eficiencia de aislamiento = 1 - ( dV encamisado / dV cañería )
El aislamiento se considera efectivo en casos donde la eficiencia supera un valor de 80%. El aislamiento se considera inefectivo en casos donde la eficiencia resulta inferior a 20%, usualmente por la presencia de un contacto físico entre el encamisado y la cañería. En casos donde la eficiencia se encuentra entre 20% y 80%, se considera que exista un corto de alta resistencia entre el encamisado y la cañería, usualmente causado por un ingreso de agua por dentro del espacio anular entre ambas estructuras.Mediciones de la resistividad del terreno
Las mediciones de resistividad se realizaron empleando un instrumento "Wenner 4-pin" con cuatro electrodos metálicos. Los electrodos se colocaron en la tierra con una separación de 1.0 (correspondiente al promedio de la profundidad anticipada del gasoducto) aplicando agua al terreno para obtener buenos contactos a tierra.
Los dos electrodos exteriores se conectaron a las terminales de suministro de corriente del instrumento Wenner. Los dos electrodos interiores se conectaron a las terminales de medición de potencial. Las lecturas de resistencia suministradas por el instrumento de Wenner se convirtieron a valores de resistividad en ohm-cm empleando formulas de conversión.Mediciones de profundidad
Las mediciones de la profundidad de entierro del gasoducto se registraron empleando el detector "Radiodetection RD433HCTx-2". La cañería fué detectada con exactitud antes de activar el sistema electrónico de medición que suministró automáticamente la distancia entre la superficie del suelo y el centro de la cañería.Mediciones del pH del terreno
Las mediciones de pH se realizaron empleando un multímetro digital, un electrodo de sulfato de cobre y un electrodo de antimonio. Los electrodos se colocaron en la tierra con una separación de 5 cm, aplicando agua al terreno para evitar mediciones erróneas por falsos contactos. Posteriormente, se midió la diferencia de potencial entre ambos electrodos.
Este proceso se repitió con los cables del multímetro invertidos. El promedio de estos dos valores elimina posibles errores de medición asociados con el flujo de corrientes ajenas en la tierra entre la ubicación los dos electrodos. Los valores de potencial se convirtieron a valores de pH empleando tablas de conversión.