Interferencia de Corrientes Vagabundas

CAPÍTULO 5 Interferencia por Corrientes Vagabundas

Protección Catódica Nivel I Manual de Enseñanza © NACE International, 2000 01/01/02

Definiciones La interferencia es cualquier perturbación eléctrica en una estructura metálica causada por una corriente vagabunda. Corriente vagabunda puede definirse como una corriente que circula hacia una estructura que no forma parte del circuito eléctrico previsto. Para que haya corrosión a causa de las corrientes vagabundas, debe haber un intercambio de corriente entre una estructura metálica y un medio electrolítico.

Efectos Las corrientes vagabundas continuas, en oposición a las alternas, tienen el efecto más pronunciado sobre la corrosión. La corriente continua (DC) circula continuamente en una misma dirección. La corriente alterna (energía comercial alterna de 50 o 60 ciclos) invierte su dirección 100 ó120 veces por segundo. Con algunas excepciones, las corrientes alternas no generan una corrosión significativa en los materiales estructurales comunes. La corriente alterna puede constituir un serio peligro para la seguridad. Según la Ley de Faraday, el peso de metal corroído es proporcional a la cantidad de corriente que se descarga desde el metal hacia el electrolito. La corrosión por corrientes vagabundas es un problema, ya que por lo general son corrientes muy grandes. Mientras que la corrosión natural puede generar algunos miliamperes de corriente, una corriente vagabunda puede ser de varios cientos de amperes. Una corriente de 100 amperes (perfectamente razonable para algunos sistemas de transporte ferroviarios) destruiría 9,10 kg (2,000 libras) de acero en un año. Por lo tanto, al encontrar una corriente vagabunda, es necesario encontrar la fuente que la origina e implementar una solución.

Fuentes Las corrientes vagabundas pueden producirse por cualquier sistema que conduce una corriente eléctrica y tiene dos o más puntos de contacto con un electrolito. Estos puntos de contacto deben tener alguna diferencia de potencial entre ellos.

Interferencia por Corrientes Vagabundas 5:2


Las fuentes más típicas de corrientes vagabundas son: 1. Sistemas de protección catódica en estructuras enterradas o sumergidas

(esto se llama interferencia) . 2. Sistemas de transporte eléctricos (llamadas corrientes vagabundas de

sistemas de tracción). 3. Sistemas de Soldadura en donde la conexión a tierra de la estructura está a

alguna distancia de los electrodos de soldadura. 4. Líneas de transmisión eléctrica (peligro de AC inducida). 5. Sistemas de transmisión de alto voltaje DC (HVDC) (principalmente en

operación unipolar). 6. Corrientes telúricas (asociadas a la actividad de las manchas solares y el

campo magnético terrestre).

Más allá de la fuente, las corrientes que circulan en un electrolito producen diferencias de voltaje (gradientes) en el electrolito. Si una estructura metálica (caño, cable, pilote, etc.) cruza un gradiente de voltaje, se generará una corriente en la estructura. En el punto en que la estructura colecta la corriente, estará protegida; la corrosión ocurre en el punto en que la corriente abandona el metal y reingresa al electrolito.

Tipos de Corrientes Vagabundas

Corrientes Vagabundas Dinámicas Las corrientes vagabundas dinámicas varían en magnitud y muchas veces en dirección. Estas corrientes pueden ser de origen natural o artificial. Las corrientes vagabundas dinámicas artificiales provienen de fuentes como sistemas eléctricos de transporte ferroviario u operaciones de minería o equipos de soldadura por arco. Las corrientes telúricas son corrientes vagabundas dinámicas que ocurren naturalmente debido a perturbaciones en el campo magnético terrestre por la actividad de las manchas solares. Se encuentran comúnmente en cañerías de gran longitud, en latitudes altas, pero también se las ha visto en latitudes más bajas. La cantidad de corrosión, si es que causan corrosión, que causan



las corrientes telúricas es un tema aún en discusión, pero sí se sabe que generan grandes variaciones en las mediciones de potencial caño-suelo y de flujo de corriente.

Corrientes Vagabundas Estáticas Las corrientes vagabundas estáticas mantienen una magnitud y una dirección constantes. Ejemplos de ellas son la interferencia de un sistema de protección catódica y la corriente que proviene de los electrodos de puesta a tierra en líneas de transmisión de alto voltaje DC (HVDC).

Identificación de las Corrientes Vagabundas

Corrientes Vagabundas Dinámicas

Indicaciones en las Mediciones

Las corrientes vagabundas dinámicas se manifiestan como fluctuaciones en los potenciales estructura-electrolito y, en cañerías, como variaciones en el flujo de corriente que transita por la línea. Si usted se enfrenta con este tipo de fluctuaciones, debe considerar la presencia de corrientes vagabundas. Para determinar el grado de las fluctuaciones y la fuente de la corriente vagabunda es necesario llevar a cabo ensayos adicionales. Para determinar la magnitud de las fluctuaciones, se usa un instrumento registrador, como un datalogger o un registrador de papel. Estos instrumentos acumulan o muestran las mediciones durante el período de prueba, de manera que puede evaluarse la actividad de la corriente vagabunda. La Figura 5.1 muestra un típico registro de potenciales producidos por una corriente vagabunda dinámica.



POTENCIAL TIEMPO

Figura 5.1 Registro de Corrientes Vagabundas Dinámicas

Proximidad de las Posibles Fuentes

Aún antes de encontrar mediciones fluctuantes, es posible que usted sospeche que está trabajando en una zona de corrientes vagabundas. La presencia de cualquiera de las fuentes listadas antes debe hacerlo estar atento a encontrar una corriente vagabunda dinámica. Una vez localizadas las posibles fuentes de corriente vagabunda y una vez demostrada su presencia mediante mediciones, es necesario determinar precisamente cuál es la fuente. Esto se hace con una serie de ensayos entre la posible fuente y la estructura afectada. En este curso no describiremos este tipo de ensayos, por estar fuera del alcance y objetivos del mismo.

Corrientes Vagabundas Estáticas

Indicaciones en las Mediciones

La corriente de interferencia puede reconocerse de varias maneras: • Cambios en el potencial estructura-electrolito

• Cambios en el flujo de corriente en una cañería

• Picado localizado cerca o inmediatamente adyacente a una estructura

ajena



• Rotura del revestimiento en un área localizada cerca de un dispersor u otra fuente de corrientes vagabundas.

Si usted está realizando un relevamiento de rutina y encuentra un área en la que los datos han cambiado significativamente con respecto al relevamiento anterior, debe sospechar que puede haber corrientes vagabundas estáticas. Un gráfico como el que muestra la Figura 5.2 indicaría la presencia de interferencia catódica. POTENCIAL -1.5 -1.0 VOLTS -0.5 0.0 LONGITUD ESTRUCTURA Figura 5.2 Gráfico de Potenciales Caño-Suelo que Indica Interferencia

Catódica

Localización de Estructuras Extrañas y Rectificadores

Una vez más, en algunos casos usted puede identificar los posibles problemas de interferencia sólo con mirar alrededor de la estructura. Si usted ve por ejemplo un nuevo cruce con una cañería o una cañería o una playa de tanques en construcción, es recomendable establecer quién es el dueño y si las estructuras tienen protección catódica por corriente impresa. (es poco frecuente que los ánodos galvánicos generen interferencia.) Mientras recorre su territorio, esté alerta a los rectificadores de protección catódica. Si encuentra uno que no había visto antes, o uno nuevo en reemplazo de uno viejo, el nuevo rectificador puede ser una fuente de corriente de interferencia. Al hablar con colegas de su empresa o de otras compañías, tal vez usted se entere de que han modificado las condiciones de salida de corriente y/o

PUNTO DE INTERFERENCIA SOSPECHADA



tensión de algún rectificador. En este caso, puede generarse un problema de interferencia en sus estructuras.

Control de la Corrosión por Corrientes Vagabundas Hay muchas maneras de controlar una corriente vagabunda. A veces es posible reubicar o eliminar la fuente de la corriente. Las estructuras planificadas pueden re-localizarse para evitar la fuente. Entre los métodos más comunes se halla la instalación de uniones mitigantes y el uso de la protección catódica.

Uniones Mitigantes Las uniones mitigantes, llamadas también uniones o cables de drenaje o simplemente drenajes, suministran un paso metálico entre la estructura afectada y la fuente de la corriente vagabunda. Esto permite que la corriente sea drenada a través del cable de vuelta hacia la fuente, en lugar de abandonar la estructura a través de la tierra. En estas uniones puede incorporarse una resistencia para controlar la cantidad de corriente vagabunda a drenar. Si se trata de corrientes dinámicas, puede ser necesario instalar un diodo o interruptor para revertir la corriente, para impedir que el flujo de corriente se invierta. Los drenajes requieren mantenimiento. Si no se los mantiene, la estructura afectada puede padecer una corrosión muy seria. Una parte importante de su trabajo consistirá en realizar inspecciones regulares, que son obligatorias en varias industrias reguladas, para asegurarse de que la unión esté funcionando y drenando la cantidad apropiada de corriente. La Figura 5.3 muestra el uso de un drenaje para resolver un caso de corriente vagabunda proveniente de un sistema de transporte ferroviario. La Figura 5.4 muestra una unión similar para mitigar la interferencia proveniente de un sistema de protección catódica.



DCSubestación

+ _

Retorno Negativo porVías

Cable deAlimentación Positivo

Corriente para Operacion del Tren Eléctrico

Drenaje

Puente para continuidad

Figura 5.3 Drenaje para Controlar la Corriente Vagabunda Proveniente de un Sistema de Transporte Ferroviario

CathodicProtectionCurrent

Protective Current

Protected Line

Foreign or AffectedLine

Protective CurrentPicked Up byForeign Line

MITIGATIONBOND

Interference (Corrosive)Current Flowing Throughthe Earth to Return toProtected Line

p

Figura 5.4 Puente para Resolver un Problema de Interferencia Catódica



Mitigación con Protección Catódica En algunos casos puede aplicarse protección catódica para resolver problemas de corrientes vagabundas. Esto funcionará si la corriente vagabunda no es tan grande comopara que no pueda ser superada por la corriente de protección catódica. Una ventaja de usar protección catódica es que se evita el uso de uniones y los problemas de instalación y mantenimiento que traen aparejados. Los ánodos galvánicos pueden usarse para resolver problemas de interferencia catódica. Se colocan los ánodos en la zona de descarga de la corriente. En este curso no analizaremos las mediciones y diseños de este tipo de sistemas.



Experimento 5-1 — Demostración de la Interferencia Catódica

V

A

B

C

V

D E F

+ _ 9 VDC

Ánodo deCorriente Impresa

Placa de Acero

Barra de Acero Ajena

Procedimiento

1. Prepare el experimento como se muestra en la figura, sin la barra de acero (estructura ajena).

2. Mida y registre los potenciales de la estructura catódicamente protegida, la placa de acero, en las posiciones A, B y C.

3. Desconecte el sistema de protección catódica. 4. Coloque la barra de acero (estructura ajena) en la bandeja dentro del

agua, como se ve en la figura. 5. Mida y registre los potenciales en la estructura ajena en las posiciones

D, E y F. 6. Conecte el sistema de protección catódica. 7. Repita el Paso 5. 8. Repita el Paso 2.



Resultados

Paso Potenciales de la Estructura Catódicamente Protegida

(mV)

Potencial de la Estructura Ajena (mV)

A B C D E F

Paso 2

Paso 5

Paso 7 y 8

CONCLUSIONES

1. En la posición F se colecta la corriente vagabunda y se verifica un desplazamiento negativo del potencial de la estructura extraña.

2. En la posición D se descarga la corriente vagabunda y se verifica un

desplazamiento positivo del potencial de la estructura ajena. 3. Los potenciales en la estructura catódicamente protegida se alteran por

la presencia de la estructura ajena, porque la distribución de corriente ha sido perturbada.

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