capitulo 4

CAPTULO 4 Mediciones de Campo

Proteccin Catdica Nivel I Manual de Enseanza NACE International, 2000 01/01/02

Otros Electrodos de Referencia Porttiles

Electrodo de Plata-Cloruro de Plata

Los electrodos de plata-cloruro de plata (Ag-AgCl) se utilizan para efectuar mediciones en agua de mar, y tambin en estructuras de hormign.

Electrodo de Referencia de Calomelanos

El electrodo de referencia de calomelanos saturados consiste en mercurio-cloruro mercurioso en una solucin saturada de cloruro de potasio. Es bsicamente un electrodo de laboratorio.

Electrodo de Referencia de Zinc

A veces se utiliza el zinc como electrodo de referencia, ya que el potencial de este elemento es relativamente estable. En realidad, el zinc es un pseudo-electrodo de referencia, ya que su potencial puede cambiar segn cambia el medio. Para el uso bajo tierra, el electrodo de zinc viene empaquetado en una bolsa de tela que contiene el mismo backfill que se usa en nodos de zinc. En agua, estos electrodos se utilizan desnudos.

Dixido de Manganeso

El electrodo de dixido de manganeso se usa en estructuras de hormign reforzado.

Electrodo de Grafito

Es un pseudo-electrodo de referencia que a veces se utiliza en estructuras de hormign reforzado.

Mediciones de Campo 4:2


Valores de Potencial de Algunos Electrodos de Referencia vs. el Electrodo de Cobre-Sulfato de Cobre

En la Tabla 4.1 se listan algunos valores relativos.

Tabla 4.1 Valores de Algunos Electrodos de Referencia Relativos al Electrodo de Cobre-Sulfato de Cobre

Electrodo (Hemi-pila) Potencial (volt) Cobre-Sulfato de Cobre 0.000 Calomelanos Saturados +0.070 Plata-Cloruro de Plata (saturado) +0.050 Zinc 1.100

*Electrodos usados en condiciones standard (de RPO169-96)

Electrodos Permanentes

Para las instalaciones enterradas se utiliza por lo general un electrodo de referencia permanente de cobre/sulfato de cobre. Estos electrodos se usan para reducir la cada IR en puntos inaccesibles. La Figura 4.1 muestra una de estas unidades permanentes.

Figura 4.1 Electrodo de Referencia Permanente



En estructuras offshore se utilizan celdas de referencia que contienen unidades de zinc y Ag-AgCl. En calentadores de petrleo (oil heater-treater), cajas de agua de intercambiadores de calor y otros recipientes, los electrodos de referencia pueden instalarse a travs de la pared del recipiente en puntos estratgicos. De la misma manera, en estructuras de hormign reforzado se instalan electrodos de referencia permanentes. Para este uso se utilizan distintos tipos de electrodos.

Aplicaciones Comunes

Potencial Estructura-Electrolito

Fundamento de la Medicin

Un potencial estructura-electrolito generalmente es denominado potencial estructura-electrolito o potencial estructura-suelo. La definicin de potencial estructura-electrolito es: La diferencia de potencial entre la superficie metlica de la estructura y el electrolito que se mide con respecto a un electrodo de referencia en contacto con el electrolito. El potencial estructura-suelo es una medicin en paralelo. En esta medicin, la resistencia del circuito externo es elevada, por lo que se requiere un voltmetro de alta impedancia de entrada para obtener una medicin precisa.

Rangos en Voltmetros

Las escalas ms comunes en voltaje de corriente continua y sus aplicaciones son:

200 milivolts Lecturas de corriente en shunts 2 voltios Potenciales estructura-electrolito



20 volts Potenciales estructura-electrolito y tensin de salida del rectificador

200 volts Tensin de salida del rectificador 1000 volts Voltajes desconocidos

Ubicacin del Electrodo de Referencia

Para minimizar la cada hmica en el electrolito, el electrodo de referencia debe ubicarse lo ms cerca posible de la estructura. Cuando se trata de caeras o tanques enterrados, la ubicacin correcta del electrodo de referencia ser sobre el centro de la estructura. Sin embargo, hay ocasiones en que intencionalmente se coloca el electrodo de referencia a cierta distancia de la estructura; esto se analiza ms adelante en la seccin Relevamiento de Potenciales sobre la Superficie y Determinacin del Terreno Remoto. En tanques de almacenamiento de agua, el electrodo debe colocarse lo ms cerca posible de la pared del tanque. Lo mismo en estructuras costeras (muelles) y offshore; el electrodo debe estar lo ms cerca posible de los pilotes. En aguas en movimiento, el electrodo puede moverse, de manera que algunas estructuras estn equipadas con cables de gua o ductos de plstico perforados para restringir el movimiento de los electrodos porttiles. Para tanques de almacenamiento a nivel, con frecuencia se recogen las mediciones alrededor del permetro del tanque. Estas mediciones pueden no resultar demasiado precisas, especialmente si los nodos estn dispuestos en forma de anillo alrededor del tanque. En estos casos, los datos ms precisos se obtienen con electrodos permanentes colocados debajo del fondo del tanque.

Relevamiento de Potencial Paso a Paso (Close Interval Survey)

Para determinar variaciones en los niveles de proteccin catdica, puede resultar til una serie de potenciales estructura-electrolito medidos sobre la parte superior de una caera. Para determinar si la proteccin catdica es adecuada en todos los puntos a lo largo de una determinada estructura se confecciona un perfil de potenciales. La Figura 4.2 muestra un perfil de potencial cao-suelo. Ntese que el electrodo de referencia de cobre/sulfato de cobre (hemi-celda o celda de referencia) se conecta al terminal negativo del instrumento de medicin.



En un relevamiento paso a paso, los potenciales cao-suelo se recogen en forma continua. Generalmente esto se realiza utilizando un colector de datos (datalogger) y un bobina de alambre con un equipo que posibilita la medicin de distancias. Se utilizan dos electrodos de referencia, en el extremo de bastones cortos, uno en cada mano. El cable se conecta a la estacin de medicin y el operario camina sobre el cao, haciendo contacto entre los electrodos y el suelo a intervalos cortos. El operario registra accesorios y accidentes a nivel a medida que avanza, para poder luego reconocer a qu puntos corresponden las mediciones. Una vez completado el relevamiento, los datos se bajan a una computadora y se imprimen generalmente en forma de grfico. El relevamiento se realiza sobre la traza del cao, por lo que debe asignarse otro operario para localizar y establecer la lnea y suministrar asistencia. Al medir varias caeras unidas entre s, los datos del relevamiento pueden representar en realidad un promedio de todas las caeras.

Reading

+ _

Electrodo deReferencia deCu/CuSO4

Voltmetro

Caeria

Electrolito

Reading

+ _

Electrodo deReferencia deCu/CuSO4

Voltmetro

Caeria

Electrolito

Potential Profile

Figura 4.2 Perfil de Potencial Cao-Suelo



Mediciones de Circulacin de Corriente en el Terreno y Potenciales sobre la Superficie

Una serie de potenciales medidos entre dos electrodos de referencia pueden indicar circulacin de corriente y el sentido en la tierra, como se ve en la Figura 4.3. Este tipo de medicin se usa a veces para determinar si la corriente est circulando hacia o desde una estructura. El sentido del flujo de corriente es del electrodo positivo al negativo.

+ Reading

+ _Electrodo Referencia

Voltmetro conLectura +

Electrodo Referencia

Direccion de Corriente

Figura 4.3 Medicin de Potencial entre Dos Electrodos de Referencia

Cada hmica (IR) en las Lecturas de Potencial

Una de las responsabilidades ms importantes es la precisin de los datos. Sin datos precisos, los responsables del programa de control de corrosin en su compaa no sabrn con exactitud cun protegidas estn sus estructuras. Conocer las cadas hmicas al medir el potencial es fundamental para obtener datos precisos.

Voltmetros con Registro

Los voltmetros con registro se utilizan cuando se requiere un registro de datos en forma grfica o cuando se desea registrar el potencial durante un perodo de tiempo. Tambin se usan en reas con corrientes vagabundas donde puede haber variaciones de potencial. Estas variaciones pueden



identificarse fcilmente en el grfico. Los voltmetros con registro pueden presentar los datos directamente en grficos o cuadros o pueden almacenar los datos para su posterior impresin. Colectores de Datos (Data Loggers) Los almacenadores de datos son instrumentos computarizados en los cuales se pueden ingresar datos, puntos de control y cualquier otra informacin. Algunos de ellos son tan pequeos que pueden ubicarse dentro de las estaciones de medicin. Luego de usarlos, estos almacenadores de datos se conectan a una computadora para descargar la informacin. La computadora puede tambin generar grficos de los datos. En la Figura 4.4 se muestra una foto de un almacenador de datos.

Datalogger

Figura 4.4 Colector de datos (data logger) Plotters X-Y Estos instrumentos tienen dos plumas que registran datos sobre el eje de las X (horizontal) y el de las Y (vertical). Son muy tiles en zonas de corrientes vagabundas, donde los potenciales varan constantemente. Son a menudo usados para generar curvas que relacionan el potencial caera-riel y caera-suelo cuando se trabaja en determinacin de corrientes vagabundas por sistemas de transporte.



Registradores de Papel Continuo Estos registradores contienen un rollo de papel en donde una pluma registra el voltaje a medida que el papel se mueve.

Medicin de la Corriente Para obtener una medicin de corriente pueden usarse tres mtodos: un ampermetro, una pinza amperomtrica, o una resistencia calibrada (shunt).

Uso del Ampermetro Al medir el flujo de corriente en un circuito elctrico, el ampermetro se conecta en serie en el circuito. La conexin en serie se realiza abriendo el circuito y forzando a la corriente del circuito externo a pasar por el instrumento para completar el circuito, como se ve en la Figura 4.5.

+ _

+ _ AMPS

Conexin en Serie

R A R B R C

E

Figura 4.5 Conexin del Ampermetro

Hoy en da existe una amplia gama de ampermetros disponibles. El requerimiento ms importante de un ampermetro para relevamientos de proteccin catdica es su resistencia interna. sta debe ser pequea, para no agregar resistencia al circuito externo, reduciendo la corriente que circula por el mismo. Atencin: por este motivo, es importante asegurarse de que el voltmetro no se use como ampermetro al medir voltajes. Esto puede quemar un fusible o daar el instrumento. En la prctica, an la pequea resistencia de un ampermetro afectar el flujo de corriente en un sistema de nodos galvnicos. Por lo tanto,



generalmente en el circuito permanente de un sistema de nodos galvnicos se instalan resistencias calibradas (no en nodos conectados directamente a la estructura). De hecho, en la mayora de los casos las resistencias calibradas son ms precisos que un ampermetro y se los prefiere. Una medicin de corriente para la que se utiliza un ampermetro requiere ms precauciones que una medicin de voltaje, dado que debe interrumpirse el circuito. Antes de hacer esto, el circuito debe desenergizarse. Si el circuito se interrumpe mientras circula corriente y sus manos actan como conectores, su corazn funcionar como interruptor de la corriente externa. Trabaje con cuidado!

Signo del Flujo de Corriente

Si se conecta un ampermetro a un circuito externo de modo que la corriente fluya hacia el terminal positivo del instrumento, la lectura ser positiva. Si la lectura es negativa, esto indica que la corriente est entrando en el terminal negativo. Como en proteccin catdica el sentido de la corriente es tan importante como su magnitud, usted deber anticipar la direccin de la corriente antes de conectar el instrumento al circuito. La Figura 4.6 ilustra el sentido del flujo de corriente en una medicin con ampermetro. La corriente circula desde el nodo, a travs del suelo, hacia el cao, luego a travs del instrumento, y de vuelta al nodo. Ntese que la corriente ingresa al terminal negativo del instrumento, y por esto la lectura es negativa.

ANODE

PIPE

+- aAMPS

-10 mA

Figura 4.6 Direccin del Flujo de Corriente en una Medicin con Ampermetro



Rango de Corriente

Las escalas de corriente continua ms comunes en los instrumentos son:

200 microamperes 2 miliamperes 20 miliamperes 200 miliamperes 2 amperes 10 amperes

Pinzas Amperomtricas (Clamp-on Ammeters)

El segundo mtodo para medir corriente es con una pinza amperomtrica, (Ver Figura 4.7). Este instrumento rodea al paso metlico a travs del cual circula la corriente y mide el campo magntico generado por ella. Este tipo de ampermetros pueden medir corriente alterna y continua. Las pinzas amperomtricas se utilizan generalmente en alambres y cables ms que en caeras debido al costo elevado de pinzas grandes. Las pinzas amperomtricas de corriente continua en caos utilizan anillos sensores.

Figura 4.7 Pinza Amperomtrica



Shunts Este es el tercer mtodo para medir corriente. Al utilizar un shunt, lo que se mide es la cada hmica a travs de una resistencia de valor conocido y luego se calcula la corriente. En la prctica, an la pequea resistencia interna de un ampermetro afecta el flujo de corriente en un sistema de nodos galvnicos. Por lo tanto, generalmente se instalan shunts en estos sistemas, pero no en sistemas de nodos distribuidos conectados directamente a la estructura. De hecho, en la mayora de los casos se prefiere usar shunts y no ampermetros. Una resistencia calibrada se conecta en serie con el circuito, al igual que el ampermetro. La corriente se obtiene midiendo el voltaje a travs de la resistencia y calculando la corriente utilizando la Ley de Ohm. La Figura 4.8 muestra una medicin con una resistencia calibrada (shunt).

Figura 4.8 Medicin con Shunt

Clculo de la Corriente

El valor de la resistencia de un shunt puede darse en ohms o en amps/milivolts. Si la unidad es el ohm, use la Ley de Ohm, pero no olvide

V medida R shunt

I calculada = + _

+ _ VOLTS

R A

R B

R C

E

I

El shunt de resisten cia conocida est en serie en el circuito

Voltimetro es

conectadoen paralelo conel shunt



de realizar cualquier conversin que sea necesaria para mantener las unidades utilizadas al aplicar la frmula (amps y volts o miliamps y milivolts). Por ejemplo, Dado Shunt = 0.01 ohms Cada de potencial en el shunt = 50 mV Calculo de la corriente

1. Transformar unidades de potencial, 50 mV = 0.05 V 2. Calcular la corriente utilizando la Ley de Ohm

I = 0.05 V / 0.01 Ohm = 5 Amperes Si en el ejemplo anterior quisiramos estimar la cada hmica para una corriente conocida, de nuevo aplicaramos la Ley de Ohm. Para estimar la cada hmica para una corriente de 5 amps, simplemente se despeja el voltaje en la Ley de Ohm. E = I x R = 5 A x 0.01 = 0.05 V = 50 mV Un mtodo ms sencillo de calcular la corriente es determinar la razn de amps/milivolt del shunt. Hay dos valores asociados con el shunt, uno en amps y el otro en milivolts. Excepto en los shunts tipo alambre, la mayora trae estos valores impresos. Se puede determinar la relacin amps/milivolts dividiendo el valor en amps por el valor en milivolts. Este clculo nos dice cuntos amps circulan por cada milivolt que se mide a travs del shunt. Una vez que se mide la cada a travs del shunt, multiplquela por la razn amps/milivolts. Esto nos dar el flujo de corriente a travs del shunt en amps. Por ejemplo, Dados:

Datos del resistor: 15 amps, 50 mV Cada de potencial medida: 28 mV

Determine la constante del shunt: Relacin = 15amps/50 mV = 0.3 amps/mV



Calcule la corriente: Corriente = 0.3 amps/mV x 28 mV = 8.4 amps Para los shunts que se midan regularmente resulta muy til escribir la relacin directamente sobre el shunt, para acelerar el trabajo al recoger los datos. Para obtener la corriente, slo hay que multiplicar este valor por la cada hmica en milivolts.

Direccin del Flujo de Corriente

Adems de saber qu cantidad de corriente circula a travs del shunt, usted necesitar determinar el sentido de esa corriente. Esto se hace en la misma forma que con los voltmetros. Recuerde que cuando la corriente ingresa al instrumento por el terminal positivo, la lectura ser positiva en el instrumento digital, y la aguja se mover hacia la derecha en uno analgico. Recuerde tambin que el voltmetro est en paralelo con el shunt. Por lo tanto, la direccin del flujo de corriente a travs del instrumento ser la misma que a travs del shunt. Volviendo a la Figura 4.8, ntese que el cable positivo del instrumento est conectado al terminal izquierdo del shunt y el cable negativo al terminal derecho. La figura tambin muestra un instrumento analgico y ntese que la aguja se ha movido hacia la derecha desde la posicin izquierda de cero. Esto indica que el flujo de corriente va de izquierda a derecha a travs del shunt. Observe tambin la batera y la direccin del flujo de corriente por el circuito. La corriente sale del terminal positivo de la batera y avanza en sentido antihorario por el circuito. Por lo tanto, la corriente circula de izquierda a derecha a travs del shunt. En la Tabla 4.2 se muestran varios tipos de shunts y sus constantes. El factor del shunt que se da en la tabla est en amperes/milivolt.



Tabla 4.2 Tipos y Valores de Shunts

Constante del Shunt Valor del Shunt

Factor del Shunt

Amps mV Ohms A/mV

Tipo Holloway

RS 5 50 .01 .1

SS 25 25 .001 1

SO 50 50 .001 1

SW o CP 1 50 .05 .02

SW o CP 2 50 .025 .04

SW o CP 3 50 .017 .06

SW o CP 4 50 .0125 .08

SW o CP 5 50 .01 .1

SW o CP 10 50 .005 .2

SW 15 50 .003 .3

SW 20 50 .0025 .4

SW 25 50 .002 .5

SW 30 50 .0017 .6

SW 50 50 .001 1

SW 60 50 .0008 1.2

SW 75 50 0.00067 1.5

SW 100 50 .0005 2

Tipo J.B.

Agra-Mesa 5 50 .01 .1

Cott o MCM

Rojo (MCM) 2 200 .0 .01

Rojo (Cott) .5 50 .1 .01

Amarillo (MCM)

8 80 .01 .1

Naranja 25 25 .001 1



Aplicaciones Comunes En los relevamientos de proteccin catdica se realizan comnmente distintas mediciones de corriente: Drenaje de corriente de un sistema de nodos galvnicos Drenaje de corriente del rectificador Medir la corriente para determinar el requerimiento de corriente de una

estructura Flujo de corriente en una estructura (sta es una medicin de voltaje, y

la corriente se calcula luego) Flujo de corriente a travs de un puente (bond)

Drenaje de nodos Galvnicos

En un circuito de nodos galvnicos se puede conectar directamente un ampermetro. Esto no presenta dificultades en una estacin de medicin donde se conectan los cables de nodo y estructura mediante una planchuela de vinculacin. Sin embargo, en muchas estaciones de medicin la conexin se realiza mediante un conector y luego se cubre con cinta. Abrir esta conexin lleva su tiempo y, una vez realizado el ensayo, debe volvrsela a hacer. Como se dijo antes, hasta la pequea resistencia del ampermetro puede hacer que el instrumento lea una corriente menor que el drenaje real de corriente del nodo. En consecuencia, un shunt conectado al circuito es el mtodo de medicin de corriente preferible. El voltmetro que se usa para medir la corriente a travs de un shunt en una instalacin de nodos galvnicos debe tener una escala muy pequea para poder medir drenajes pequeos de corriente. A veces se necesitan deflecciones a fondo de escala de slo 2 mV. Con un shunt, la medicin puede realizarse sin necesidad de abrir el circuito. Esto no slo ahorra tiempo, sino que tambin ofrece una lectura ms precisa que la que se obtiene con un ampermetro.



Corriente de Salida del Rectificador

La mayora de los rectificadores tiene un shunt sobre el tablero. Generalmente la constante del shunt est impresa sobre el mismo. Se puede determinar el drenaje de corriente del rectificador midiendo la cada de voltaje a travs del shunt. Luego se compara este valor con el que muestra el ampermetro del rectificador. Esto sirve como verificacin de la precisin del instrumento. Tambin se puede insertar un ampermetro en el circuito del rectificador. Sin embargo, muchos rectificadores tienen drenajes elevados, por lo que es necesario asegurarse de que el ampermetro pueda soportar la corriente. Al trabajar con corrientes elevadas tambin existe un factor de riesgo. Si usted mide el drenaje de esta manera, asegrese de que el rectificador est apagado al abrir y cerrar el circuito.

Ensayos de Requerimiento de Corriente

En estos ensayos, se imprime corriente en la estructura a proteger y se miden los cambios de potencial producidos por esa corriente. De los datos obtenidos puede calcularse la cantidad de corriente requerida para proteger la estructura. La corriente en el circuito de ensayo puede determinarse colocando un ampermetro dentro del circuito o usando un shunt. De nuevo, si se utiliza un ampermetro, debe tener capacidad suficiente para soportar la corriente de ensayo.

Flujo de Corriente por una Caera o un Cable

Una seccin de cao, cable o cualquier estructura larga y delgada de metal puede servir como shunt. La medicin de corriente en una lnea es til para determinar la distribucin de corriente a lo largo de una estructura protegida catdicamente, para resolver problemas de corrientes vagabundas, y para localizar zonas con mal revestimiento o un corto circuito. En esta seccin analizaremos dos tcnicas para determinar el flujo de corriente a lo largo de una estructura: Estaciones de ensayo de 2 conductores



Estaciones de ensayo de 4 conductores Las conexiones a la estructura deben hacerse con cables conectados en forma permanente; en caos mal revestidos o desnudos a veces se usan varillas de contacto .

Estacion de Medicin de Corriente en una Lnea con 2 conductores

En una estacin de medicin de 2 conductores, estos estn conectados a una longitud conocida de una estructura como una caera y se conocen el dimetro y espesor de pared o el peso por metro lineal, se puede calcular el flujo de corriente que circula por el tramo en estudio. Esto se calcula midiendo la cada de voltaje sobre el tramo, determinando la resistencia del tramo mediante una tabla de caeras, y usando la Ley de Ohm, como si se tratara de un shunt. La Figura 4.9 muestra la configuracin del ensayo. La Tabla 4.3 ofrece algunos valores de resistencia para tamaos comunes de caeras.

Extensin del Tramo

Los cables debenser de color

0.17 mV

+ _

Tamao del cao espesor de pared y peso por metro conocido.

Caera

Figura 4.9 Estacin de Medicin de Corriente de 2 Conductores Como la cada de voltaje a travs de un tramo de caera es relativamente pequea, con los antiguos instrumentos se haca necesario usar un factor de correccin para la cada de voltaje en los cables de ensayo, causada por la corriente que absorba el instrumento. En cambio, con los instrumentos de resistencia de entrada elevada que existen hoy en da, este factor de correccin ya no es necesario.



Usando un instrumento de alta impedancia, el procedimiento consiste sencillamente en medir la cada de voltaje entre los cables de ensayo. Por ejemplo, si la cada de potencial a lo largo de un tramo de 200 pies de un cao de 30 pulgadas (76.2 cm) que pesa 118.7 libras/pie (176.65 kg/m) es 0.17 mV, entonces el flujo de corriente se calcula de la siguiente manera: Resistencia del cao/pie = 2.44 /pie = 0.00000244 /pie Resistencia total = 200 pies x 0.00000244 /pie = 0.000488 Cada de potencial medida = 0.17 mV Corriente (I) = E/R =0.17 mV/0.000488 = 348 mA 0.348 A

Observe que el clculo da el valor en miliamps porque usamos milivolts en la Ley de Ohm. Vuelva a la Figura 4.9. Observe que el instrumento muestra una indicacin positiva. Esto significa que la corriente ingresa al instrumento por el terminal positivo, que est conectado al extremo oeste del tramo. Como el instrumento est en paralelo con el tramo, el flujo de corriente en el cao es de oeste a este. La precisin de este mtodo depende en gran medida de la precisin con que se conozcan las dimensiones del cao. Si existe una seccin de tamao irregular dentro del tramo, o algn complemento como una vlvula, la resistencia calculada no ser la correcta. El mtodo que utiliza 4 conductores elimina estas dificultades.



Tabla 4.3 Tabla de Resistencias de Caos

Resistencia de Caos de Acero *(A)(B) Tamao del cao

Dimetro Externo

Espesor de Pared Peso Resistencia

pulg. pulg. cm pulg. cm libras/pie kg / m ohms/pie ohms/m

2

2.35

5.97

0.154

0.39

3.65

5.43

76.2

256.84

4 4.5 11.43 0.237 0.60 10.8 16.07 26.8 87.93 6 6.62 16.81 0.280 0.71 16.0 28.28 15.2 46.87 8 8.62 21.89 0.322 0.82 28.6 42.56 10.1 33.14 10 10.75 27.31 0.365 0.93 40.5 60.27 7.13 23.39 12 12.75 32.38 0.375 0.95 46.6 73.81 5.82 16.09 14 14.00 35.56 0.375 0.95 54.6 81.26 5.29 17.36 16 16.00 40.64 0.375 0.95 62.6 93.16 4.61 15.12 18 18.00 45.72 0.375 0.95 70.6 105.07 4.09 13.42 20 20.00 50.80 0.375 0.95 78.6 116.97 3.68 12.07 22 22.00 55.88 0.375 0.95 86.6 128.88 3.34 10.96 24 24.00 60.96 0.375 0.95 94.6 140.78 3.06 10.04 26 26.00 66.04 0.375 0.95 102.6 152.69 2.82 6.25 28 28.00 71.12 0.375 0.95 110.6 164.59 2.62 8.60 30 30.00 76.20 0.375 0.95 118.7 176.65 2.44 8.01 32 32.00 81.28 0.375 0.95 126.6 188.41 2.28 7.48 34 34.00 86.36 0.375 0.95 134.6 200.31 2.15 7.05 36 36.00 91.44 0.375 0.95 142.6 212.22 2.03 6.66

*Conversiones: 1 pulgada = 2.54 cm 1 pie = 0.3048 m

(A) Basado en una densidad del acero de 489 libras/pie3 (7832 kg/m3) y una resistividad del acero de 18 microhm-cm.

(B) R = 16.061 x resistividad en microhm-cm = Resistencia de 1 pie de Peso por pie de cao, microhms

Estaciones de Ensayo de 4 conductores

Para determinar la corriente en la lnea, an cuando las dimensiones de la caera sean desconocidas o haya otras anomalas dentro del tramo, se puede usar una estacin de medicin de corriente de 4 conductores. La Figura 4.10 muestra la configuracin.



Tramo de Caera para Medir Corriente

Cables deben estar

identificados

0.17 mV

+ _

Caera

Fuente Energia

+ _

InterruptorI Corriente +

_AMPS

VOLTS

Figura 4.10 Estacion de Ensayo de 4 Conductores

El procedimiento de este ensayo es el siguiente: 1. Se calibra el tramo haciendo circular una cantidad de corriente conocida

entre los cables externos y midiendo el cambio en la cada de potencial a lo largo del tramo (E) utilizando los cables internos. Divida el flujo de corriente en amperes (I) por el cambio en la cada de voltaje en milivolts para obtener el factor de calibracin (K) en amperes por milivolt. El factor de calibracin se calcula de la siguiente manera: K = I / E = I / E con la corriente aplicada E sin la corriente aplicada Generalmente, si la temperatura de funcionamiento de la caera es estable, esto puede hacerse una sola vez, ya que el factor de calibracin puede registrarse para ensayos futuros en la misma ubicacin. En caeras en las que la temperatura cambia en forma considerable (con los consecuentes cambios de resistencia), puede ser necesario una calibracin ms frecuente.

2. Mida la cada de potencial en milivolts a lo largo del tramo (sin la

corriente de la batera) utilizando los cables internos de medicin de potencial. Esta cada de potencial resulta de la corriente que normalmente circula por la caera.

3. Calcule el flujo de corriente multiplicando el factor de calibracin por la

cada de potencial medida anteriormente:



I (amps)= K (amps/mV) x cada en mV

4. Observe el signo de la cada de voltaje para determinar el sentido de la

corriente. Si es positivo, el flujo de corriente va del terminal positivo al negativo del voltmetro. Si es negativo, la direccin del flujo de corriente es del terminal negativo al positivo.

Basndonos en la Figura 4.10, si 10 A de corriente de la batera pasan de los cables externos este a los oeste, resultando en una cada de potencial (E) de :

On = 5.08 mV Off = 0.17 mV E = 4.91 mV

Entonces el factor de calibracin ser:

mV/A04.2mV17.008.5

A10orm91.4

A10K =

=

Sin la corriente de ensayo aplicada, la cada de voltaje a lo largo del tramo entre los cables internos es de 0.17 mV. Por lo tanto, el flujo de corriente es:

milliamps347Amps347.mV

mV017.xamps04.2dropmVxKI ====

Volviendo a la Figura 4.10, observe que al cable interior este est conectado al terminal positivo de un instrumento digital. El instrumento da una lectura positiva, indicando que la corriente ingresa al instrumento por el terminal positivo. Repetimos, el instrumento est en paralelo con el tramo, por lo tanto, la corriente circula por el cao de este a oeste. La mayora de los instrumentos digitales no miden por debajo de 0.1 mV. Si se esperan valores menores que 0.1 mV, o si se obtiene una lectura nula (cero) durante el ensayo, deber usarse un instrumento ms sensible.



Corriente en los Puentes (Bonds)

Los puentes se colocan entre estructuras para conectarlas a los fines de aplicar proteccin catdica o para canalizar una corriente vagabunda a su fuente. Por lo general, los puentes tienen un shunt para permitir medir la magnitud y la direccin del flujo de corriente. El procedimiento para leer estos shunts es el mismo que se analiz antes en la seccin Shunts.

Medicin de la Resistencia

Mediciones Comunes En el control de la corrosin se realizan varios tipos de mediciones de resistencia. Algunos de ellos son: A travs de uniones aislantes Cao Camisa-cao Continuidad en la estructura Estructura-estructura Estructura-nodo Estructura-tierra nodo-tierra En este curso veremos la medicin de la resistencia a travs de una unin aislante y entre un cao camisa y un cao. Tambin se cubrir la medicin de la continuidad de una estructura y el circuito para prueba de diodos. Las mediciones se efectan usando la Ley de Ohm y algunas veces usando un hmetro. Estos dos mtodos se analizan a continuacin.

Usando la Ley de Ohm Es una de las mejores formas de determinar la resistencia entre estructuras enterradas o inmersas en un electrolito. Este procedimiento se ha analizado en relacin con el mtodo de 2-conductores para medir flujo de corriente en una caera. Se usar de nuevo para medir la resistencia a travs de una conexin aislante. En esta aplicacin, se usan una corriente y un voltaje conocidos, y se calcula la resistencia.



Usando un Ohmetro Un hmetro es el medidor de resistencia en un multmetro. Determina la resistencia suministrando una pequea corriente o cada de potencial a travs de una resistencia interna y comparando este valor con la resistencia externa. El voltaje de ensayo del instrumento es voltaje DC (corriente continua) y es apto para elementos metlicos. Este instrumento no es apto para pasajes electroqumicos, porque la corriente continua genera polarizacin y un cambio en la resistencia. Usar un hmetro para verificar la efectividad de una junta aislante no es confiable, por las resistencias en paralelo a travs del suelo, como se ve en la Figura 4.11.

.320

+ _

Parallel resistance path may display lowresistance & indicate shorted insulator

Soil

Figura 4.11 Medicin de una Junta Aislante Usando un Ohmetro

Si el aislante no est en servicio y no existe un camino en paralelo, entonces s se puede usar un hmetro para el ensayo. Existen verificadores de aislaciones que se basan en el uso de radio frecuencia y son ms confiables para las aislaciones en servicio.



Continuidad Elctrica Todas las partes de una estructura que recibe proteccin catdica desde una nica fuente, ya sea con nodos galvnicos o con corriente impresa, deben tener continuidad elctrica (metlica). Las estructuras soldadas la tienen debido a las caractersticas de su fabricacin. Si no hay continuidad elctrica, deben utilizarse uniones con cables o algn otro medio para establecerla. Algunos elementos que requieren puentes de unin: Cuplas u otros accesorios de compresin. Uniones roscadas Uniones del tipo campana-espiga Algunos tipos de bridas Conjunto de pilotes Armaduras de hierro en hormigones Las cajas de agua y placas de tubos de los intercambiadores de calor generalmente se protegen con nodos colocados dentro de la caja. La caja de agua est conectada a la carcaza del intercambiador mediante uniones abisagradas. Es importante mantener la continuidad elctrica entre la caja y la carcaza para proteger la placa de tubos.

Aislacin Elctrica

Propsito y Usos El objetivo de una aislacin elctrica es confinar la corriente de proteccin a la estructura a proteger. Por ejemplo, si se quiere proteger el casing de un pozo de produccin, y ste est conectado a estructuras sin proteger, como colectores y otros caos, puestas a tierra u otras estructuras enterradas, parte de la corriente de proteccin se perder protegiendo esas otras estructuras. Otro ejemplo: cuando se usan nodos galvnicos para proteger caos o tanques bien revestidos, la prdida de corriente hacia otras estructuras implica generalmente que stos no reciben la corriente adecuada para protegerlos.



Las juntas aislantes tambin pueden utilizarse para controlar las corrientes vagabundas. Por ejemplo, colocar aislaciones estratgicamente en una red de caeras puede aumentar la resistencia longitudinal lo suficiente como para minimizar la recoleccin de corrientes vagabundas. En intercambiadores de calor donde la placa de tubos es, por ejemplo, de metal Monel y la caja es de hierro dctil, generalmente lo ideal es proteger slo la caja. Esto puede lograrse aislando elctricamente de la carcaza. Hay situaciones en las que no slo no es prctico, sino que tampoco es recomendable aislar estructuras protegidas de estructuras no protegidas. Por ejemplo, en refineras, plantas industriales, playas de tanques grandes y otras instalaciones complejas, ya que hay muchas conexiones enterradas y habra que poner una junta dielctrica en cada una de ellas, haciendo poco prctico y econmico su mantenimiento; adems, un corto circuito podra hacer que muchas estructuras perdieran la corriente de proteccin. A veces es recomendable suministrar una proteccin catdica conjunta a varias caeras de distintas compaas, en especial cuando se encuentran todas dentro de la misma traza. En estos casos, se pueden conectar las caeras y protegerlas con una serie de rectificadores, y cada compaa asume la responsabilidad sobre una porcin del sistema.

Juntas Aislantes Los elementos comerciales disponibles para aislacin elctrica incluyen: Bridas Cuplas Uniones Juntas de aislacin monolticas Caera y elementos estructurales no metlicos

Contactos Accidentales Algunos de los puntos donde puede comprometerse la aislacin elctrica son: Estructuras que se cruzan. Contactos accidentales bajo tierra en el punto

donde se cruzan las lneas. Un buen ejemplo es una lnea de agua de



cobre en contacto con una lnea de gas de acero. An si la lnea de gas est revestida, el movimiento de la caera puede hacer que la lnea de cobre desgaste el revestimiento y entre en contacto con el acero.

Conexiones. Se pueden hacer varias conexiones a una estructura

protegida, entre ellas, telemedicin y otros equipos de monitoreo remoto, actuadores elctricos de vlvulas, lineas de medicin, etc. Si estas conexiones hacen un by-pass en un accesorio aislante, se producir un corto circuito. Debe prestarse atencin a estas conexiones y cualquier otro corto circuito. Una de las causas de que una estructura no llegue a alcanzar el cirterio de proteccin, puede ser justamente un corto circuito. Al realizar la rutina diaria de medicin, asegrese de que no haya cortos.

Cao camisa. Los caos camisa deben estar elctricamente aislados de los caos de transporte para no funcionar como pantalla entre la caera y la proteccin catdica. En el Captulo 9 se muestra un casing correctamente aislado. Si usted debe participar o asistir en la instalacin de un cao camisa, es importante que garantice la correcta aislacin.

Puestas a tierra: Pueden surgir problemas adicionales con los

equipos de puesta a tierra y con los puentes de seguridad. Una vez ms, es fundamental asegurar que puestas a tierra y puentes no pongan en corto circuito a ningn accesorio aislante.

Algunos mtodos para verificar un accesorio aislante son: Medir el potencial cao-suelo a cada lado del elemento aislante con el

electrodo de referencia en una posicin esttica. Si la diferencia en los potenciales es de aproximadamente 100mV o ms, el accesorio aislante es efectivo. Si es menor a 100 mV, entonces pueden ser necesarias otras mediciones.

Si la corriente de proteccin catdica puede interrumpirse, se pueden registrar los potenciales cao-suelo on y off a cada lado del accesorio aislante, con la celda de referencia en la misma ubicacin. Si los potenciales on y off a cada lado del accesorio son similares, esto indica un corto. Si el potencial on es menor en el lado del aislante que no recibe el drenaje de corriente, entonces el accesorio es efectivo.



Si no hay corriente de proteccin catdica para interrumpir o si hacerlo resulta difcil, se puede establecer un drenaje temporario de corriente y registrar mediciones on y off como se describi antes.

Medicin de la Resistencia entre un Cao y un Cao Camisa El procedimiento es el mismo que se usa para medir la resistencia a travs de un elemento aislante. Se conecta la corriente de ensayo entre los cables del cao y los del cao camisa. Si este ltimo tiene un solo cable, se usa el venteo como segundo cable.

Medicin de la Continuidad de la Estructura Existen varias formas de medir la continuidad en la estructura. Analizaremos solamente el mtodo de electrodo de referencia fijo y conexin mvil. En este ensayo se coloca un electrodo de referencia en un punto fijo y el cable positivo del multmetro se coloca en contacto con diversas partes de la estructura. Si en cada contacto se mide esencialmente el mismo potencial estructura-electrolito, esto es indicacin de continuidad. Es posible que una porcin aislada de la estructura tenga el mismo potencial que el resto de la misma. Si usted sospecha que ste es el caso, se requerirn otros ensayos, que estn ms all del objetivo de este curso. La continuidad en caeras, cables y estructuras similares tambin puede medirse usando un localizador de cao o cable. Estos instrumentos se estudiarn ms adelante en este captulo.

Circuito para Verificacin de Diodos Este es un multmetro operado en el modo voltaje. Un diodo que funciona adecuadamente mostrar normalmente una lectura de 0.3 V a 0.9 V cuando el borne positivo est conectado al nodo, y el borne negativo al ctodo. En la situacin inversa, cable positivo al ctodo y cable negativo al nodo, un diodo que funciona correctamente, mostrar OL (overload-sobrecarga- o out of limits-fuera de los lmites). Para los diodos en corto circuito, el instrumento mostrar un valor de voltaje bajo en las dos configuraciones de conexin. En el caso de un diodo



abierto, el instrumento mostrar OL para las dos configuraciones de conexin. Para verificar correctamente el funcionamiento del diodo, al menos un cable debe estar desconectado del circuito. Los diodos no pueden ser verificados correctamente mientras estn conectados en el circuito o con suministro de energa.

Medicin de la Resistividad del Electrolito Mtodo de Cuatro Puntas de Wenner La mayora de las mediciones de resistividad de suelos se realizan mediante el mtodo de las cuatro puntas de Wenner. Este mtodo se usa para determinar la resistividad del suelo dentro de un rea. El procedimiento de Wenner requiere clavar cuatro varillas metlicos en la tierra, sobre una lnea, equidistantes. La separacin entre las varillas equivale a la profundidad de la resistividad promedio del suelo, como se indica en la Figura 4.12. La resistividad promedio del suelo est en funcin de la cada de potencial entre el par central de varillas con la corriente circulando entre las dos varillas externas. Una vez medida la resistencia con una separacin dada, puede cambiarse esta separacin y medir la resistencia con este nuevo valor.

a

= 2 a R

a a

P1 P2C1 C2

Instrumento para medirresistividad

Figura 4.12 Mtodo de Cuatro Puntas (Wenner) para Medir Resistividad de Suelos



Es importante que las varillas se hallen sobre una lnea recta y que sean equidistantes entre s. Las estructuras metlicas cercanas producirn una lectura falsa, ya que pasan a formar parte del circuito medido. Por lo tanto, la varilla ms cercana debe estar por lo menos a una distancia igual a 1.5 veces la separacin entre varillas de cualquier estructura metlica. Si esto no es posible, las varillas deben colocarse en ngulo recto con la estructura enterrada. La resistencia, R, para cada separacin de varillas a, es la resistencia desde el nivel de la superficie hasta una profundidad igual a la separacin entre pins. Usando el mtodo de Wenner, la resistividad del suelo, (letra griega rho), en ohm-cm se determina por:

= 2 a R = 6.28 x a x R

Con a en centmetros y R en ohms

Para obtener en ohm-cm, si a est en pies y R en ohms, la frmula pasa a ser:

= 191.5 x a x R Puede suceder que usted tenga que recoger datos para calcular las resistividades de distintas capas de suelo. La Figura 4.13 muestra una tpica situacin de capas.

1 avg2 avg

3 avg

a1

a2

1 capa

2 capa

3 capaa3

Figura 4.13 Resistividad Promedio y de Capas



Esta medicin se realiza tomando mediciones con un espaciamiento entre varillas cada vez mayor. Es importante que la separacin entre varillas est centrada en un punto fijo entre las dos varillas centrales. Esto significa mover las cuatro varillas, alejndolos cada vez ms, de manera tal que el punto central de la medicin est siempre centrado entre las dos varillas internas. Para garantizar la precisin, es aconsejable realizar dos conjuntos de mediciones, perpendiculares entre s. Esto ayudar a revelar cualquier anomala en las capas del suelo.

Caja de Suelos El mtodo de la caja de suelos se usa para medir la resistividad de un electrolito que ha sido removido de su medio natural. Tambin puede usarse para medir la resistividad de un lquido. Si se lo utiliza para medir la resistividad de un suelo, la muestra de suelo debe apisonarse en una caja simulando la compactacin natural y enrasar el material. Debido a que no siempre resulta fcil simular la compactacin natural y el contenido natural de humedad, los resultados del ensayo pueden variar con respecto a las mediciones de resistividad in situ. Una caja de suelos consiste en dos placas en el extremo de la caja para que circule la corriente y dos puntas en el centro para medir la cada de potencial, como se ilustra en la Figura 4.15. La seccin transversal entre las puntas de medicin de cada de potencial es constante e igual en valor numrico a la separacin lineal, resultando en un factor de calibracin de la caja de 1. Por lo tanto, la resistencia medida equivale a la resistividad de la muestra en ohm-cm. La caja de suelo se conecta al instrumento de medicin de resistividad de la misma manera que en el mtodo de Wenner.



P1 P2C1 C2

Caja de Suelos

Resistivmetro

Electrodos Corriente Puntas de Potencial

Fig. 4.14 Caja de Suelos para Medir Resistividad

Si dispone de una caja de suelos y un instrumento para medir la resistividad, tmese el tiempo ahora de trabajar con ellos; conecte los instrumentos como se ve en la Figura 4.14. Llene la caja con agua y cualquier muestra de suelo disponible.

Sonda de Resistividad Este mtodo se usa para determinar la resistividad del suelo en la vecindad inmediata al extremo de una jabalina enterrada a la profundidad deseada para la medicin. Este mtodo es til para: Determinar rpidamente resistividades locales a lo largo de la zanja de

una caera durante la construccin (para usar luego al disear el sistema de proteccin catdica).

Verificaciones puntuales de la resistividad del suelo o el agua

Este mtodo de una jabalina se ilustra en la Figura 4.15.



Metal tip of controlleddimensions insulatedfrom the rest of themetal probe rod,contacting soil at adepth of desired soilresistivity measurement

Insulated wire,inside of rod,from tip toterminal

Hollow baremetal proberod

Terminals:One to rodOne to tip

Soil ResistivityInstrument

Figura 4.15 Medicin de la Resistividad del Suelo con una nica

Jabalina

Medicin del pH La resistividad del electrolito puede medirse de diferentes maneras. Para los lquidos, puede usarse el papel de pH (tornasol) o un medidor de pH. Para suelos, puede usarse un medidor de pH, o se puede realizar un filtrado de agua destilada y una muestra del suelo y el pH medido con papel tornasol, medidor de pH o un kit de medicin de pH. Ntese que un medidor de pH utiliza un electrodo de vidrio con un bulbo de vidrio bastante frgil abajo. Al utilizar estos instrumentos, debe tener cuidado de no romper el bulbo del electrodo. El pH del suelo tambin se puede medir usando un electrodo de antimonio y un electrodo de cobre/sulfato de cobre. El electrodo de antimonio consiste en una punta de antimonio en el extremo de un tubo no-metlico. Esta punta se conecta a un terminal en la parte superior del tubo. Es importante mantener el antimonio brillante y limpio. Para limpiarlo utilice papel esmeril . No use virutas de acero u otro abrasivo metlico, ya que pueden penetrar partculas del metal en el antimonio y afectar la medicin. Las dos celdas se colocan cercanas entre s en el suelo y se conectan a un voltmetro. No importa qu celda se conecte a qu terminal del instrumento, ya que lo que interesa es la diferencia de potencial entre los dos electrodos.



Asegrese de que el sulfato de cobre no entre en contacto con la punta de antimonio. A un lado del electrodo de antimonio hay una escala calibrada en milivolts y pH. Una vez medido el potencial, se puede determinar el pH usando esta escala .

Uso de Dispositivos para Localizar Caeras Al realizar mediciones de corrosin, frecuentemente es necesario determinar con precisin la ubicacin de elementos enterrados, como una caera, conducto o tanque de almacenamiento. Tambin es importante determinar los puntos de continuidad y discontinuidad elctrica. Un localizador de caeras y cables puede ahorrar mucho tiempo para realizar estas determinaciones. La mayora de estos localizadores incluyen un transmisor y un receptor. El transmisor es una fuente de radiofrecuencia que se usa para imprimir una seal a la estructura. El receptor recibe esta seal desde la estructura y la convierte, igual que un amplificador de sonido. Tanto el sonido de la seal como la frecuencia y velocidad del pulso, se pueden controlar con el transmisor. El receptor controla el volumen de la seal. El sonido puede recibirse por medio de auriculares o de un parlante. En una zona ruidosa pueden ser preferibles los primeros. Si usted debe trabajar continuamente con un localizador de caeras, tal vez prefiera el parlante. Existen dos tipos de localizadores de caeras. Algunos contienen ambas formas de operacin en la misma unidad: Conduccin Induccin

Operacin por Conduccin Este tipo de localizador usa una seal alternada de radiofrecuencia conectada a la estructura directamente con un cable.

El transmisor convierte la corriente continua proveniente de las bateras a corriente alterna mediante un oscilador. Esta corriente alterna puede pasar luego a travs de un transformador para suministrar una salida de varios cientos de volts. Este voltaje AC est conectado entre la tierra y la estructura a localizar. La seal AC circular entonces a travs de la tierra



hacia la estructura y finalmente a la conexin con la estructura para completar el circuito.

Cuando el receptor est cerca de la estructura, el campo AC alrededor de la misma induce un voltaje en la bobina. Este voltaje se amplifica en forma de seal audible para el operario. La Figura 4.16 ilustra el principio de un localizador conductor.

Pipe

Transmitter Receiver

Figura 4.16 Principio de un Localizador de Caos por Conduccin

La Figura 4.17 es de uno de los instrumentos disponibles en el mercado.

Figura 4.17 Localizador de Caos por Conduccin



Inductivos Un localizador que opera por induccin utiliza una seal AC de radiofrecuencia, que se induce en la estructura a localizar mediante una bobina de induccin que forma parte del transmisor.

Los localizadores del tipo inductivo permiten la localizacin de estructuras metlicas enterradas en los casos en que no es posible conectar un cable directamente a la estructura, como en los localizadores por conduccin. Esto se logra por medio de una bobina en el transmisor que establece un fuerte campo magntico que induce una corriente alterna en la estructura. El campo AC alrededor de la misma puede detectarse de manera similar a la descrita para el localizador por conduccin. La Figura 4.18 ilustra el principio de un localizador que opera por efecto inductivo.

Pipe

Transmitter Receiver

Figura 4.18 Principio de un Localizador de Caos por Induccin

Uso de Interruptores de Corriente Frecuentemente se desea conocer el efecto de una fuente de corriente en varias ubicaciones remotas. Para esto, se incorpora un interruptor de corriente en la fuente. Un interruptor es una llave que se prende y se apaga alternativamente en un ciclo regular mediante algn medio, ya sea mecnico o electrnico. En la Figura 4.19 se muestra un interruptor de corriente.



Figura 4.19 Interruptor de Corriente

Mediciones con Cupones Los cupones se usan con frecuencia para verificar la efectividad de la proteccin catdica. Estn hechos del mismo metal que la estructura y conectados a ella elctricamente. Se pesan antes de la instalacin y luego en forma peridica, para determinar si han perdido peso, ya que esto evidenciara la corrosin. Algunas estaciones de medicin estn equipadas con un cupn, de forma tal que las mediciones de potencial estructura-suelo pueden hacerse bsicamente sin cada hmica. Algunas de estas estaciones de medicin incluyen un electrodo de referencia permanente y otras tienen un tubo por el cual puede bajarse el electrodo de referencia. Para monitorear la efectividad de la proteccin catdica tambin se utilizan probetas de variacin de resistencia elctrica (probetas ER). Se las puede colocar enterrados, dentro de tanques de almacenamiento de agua u otros contenedores, o en estructuras marinas. Se usa un instrumento que mide elctricamente la velocidad de corrosin. Si la proteccin es efectiva, la velocidad de corrosin ser igual a cero.

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capitulo 4