Corrosión Bajo Soportes de Tuberías (CUPS): comprensión, detección y prevención

Introducción

La corrosión es un proceso natural que afecta a todos los metales, causando deterioro con el tiempo. En entornos industriales, especialmente en las industrias de petróleo y gas, procesamiento químico y generación de energía, los problemas de corrosión en tuberías representan un desafío significativo. No solo afecta la integridad estructural y la longevidad del equipo, sino que también conduce a un mantenimiento y reparaciones costosos, e incluso a fallas catastróficas.

La corrosión bajo soportes de tuberías comúnmente conocida como CUPS (Corrosion Under Pipe Supports), es un problema crítico en las industrias, ya que afecta la vida útil y seguridad de los sistemas de tuberías. Se produce en los puntos de contacto entre tuberías y soportes, donde la humedad y agentes corrosivos se acumulan, causando deterioro. Este tipo de corrosión, difícil de detectar en inspecciones por su baja visibilidad, puede provocar fallas inesperadas, fugas e incidentes graves.

En este artículo, profundizaremos en la naturaleza del CUPS, explorando sus causas, identificando signos de daño y discutiendo las mejores prácticas para la inspección, prevención de la corrosión y mantenimiento. Comprender cómo se desarrollan los problemas de corrosión en tuberías bajo soportes e implementar estrategias de mitigación efectivas es fundamental para garantizar la seguridad, fiabilidad y eficiencia de las operaciones industriales.

Formas y clasificación de la corrosión

Fontana, ha clasificado las formas de corrosión en que se manifiestan. La base de esta clasificación es el aspecto de los materiales corroídos. Fontana¹ ha mencionado 8 formas de corrosión, más o menos relacionadas entre sí. Las 8 formas son: (1) Ataque uniforme o general (2) Corrosión galvánica o bimetálica (3) Corrosión por hendiduras (4) Corrosión por picaduras (5) Erosión intergranular (6) Lixiviación selectiva o partición (7) Corrosión por erosión y (8) Corrosión por tensiones. Estos 8 tipos cubren prácticamente todos los tipos de fallos y problemas de corrosión.

Winston Revie & H.H. Uhlig² han clasificado más o menos los tipos de corrosión como: (1) Corrosión General o Ataque Uniforme, (2) Pitting, Fretting, Cavitación-erosión, (3) Dealloying Dezincification y Parting, (4) Corrosión Intergranular, (5) Cracking. Se puede notar que en ambas clasificaciones son más o menos las mismas con una ligera modificación/diferencia en la nomenclatura. La siguiente figura muestra los esquemas de las formas comunes de corrosión.

Cada uno de los tipos de corrosión se presenta a través de un mecanismo y efecto diferentes, influenciado por las condiciones ambientales, las propiedades de los materiales y los factores operativos. Además, la estructura, la composición y las propiedades del metal suelen ser responsables del comportamiento ante la corrosión, de allí la importancia de la selección de materiales.

Importancia de comprender CUPS

La corrosión bajo soportes de tuberías (CUPS) compromete significativamente la integridad estructural de los sistemas de tuberías. Al atacar el metal en puntos de contacto, el CUPS conduce a un adelgazamiento localizado y picaduras, debilitando la pared de la tubería y las áreas de soporte. Este deterioro socava la capacidad de carga de las tuberías, haciéndolas propensas a fracturas y fugas. Con el tiempo, el CUPS no detectado puede causar fallas catastróficas, poniendo en peligro todo el sistema estructural.

Los riesgos de seguridad asociados con el CUPS son sustanciales. Las fallas en las tuberías debido a la corrosión pueden resultar en la liberación de sustancias peligrosas, provocando incendios, explosiones y contaminación ambiental. Desde una perspectiva económica, los costos del CUPS son igualmente alarmantes. Los costos directos incluyen reparaciones y reemplazos, mientras que los costos indirectos implican el tiempo de inactividad de la producción, la limpieza ambiental y posibles responsabilidades legales. Las medidas de prevención de la corrosión son, por lo tanto, cruciales para minimizar las pérdidas financieras y salvaguardar vidas humanas.

Cumplir con los estándares y regulaciones de la industria es esencial para una gestión efectiva del CUPS y de la corrosión en tuberías. Normas como API 570 (Código de Inspección de Tuberías) y API 580 (Inspección Basada en Riesgos) proporcionan directrices para evaluar y gestionar los riesgos de corrosión en tuberías. El cumplimiento de estos estándares asegura que las empresas mantengan altos niveles de seguridad y fiabilidad operativa, previniendo las repercusiones de incumplimientos regulatorios y mejorando la seguridad general de la planta.

Causas y mecanismos de CUPS 

El CUPS es impulsado principalmente por condiciones ambientales. La humedad atrapada entre la tubería y su soporte crea un entorno ideal para la corrosión. Las fluctuaciones de temperatura agravan el problema al causar condensación, lo que favorece la acumulación de agua y acelera los procesos corrosivos. La exposición a agentes corrosivos, como el agua salada o los vapores químicos, agrava aún más la situación, llevando a una degradación más rápida.

La susceptibilidad de las tuberías al CUPS está influenciada por los materiales utilizados y el diseño del soporte de la tubería. Los materiales propensos a la corrosión, como el acero al carbono, son más vulnerables a los problemas de corrosión en tuberías, especialmente en condiciones ambientales donde los recubrimientos protectores están comprometidos. Los defectos de diseño, como un mal drenaje y espacios reducidos, pueden atrapar humedad y escombros, creando cavidades donde la corrosión puede iniciarse y prosperar.

El CUPS se debe en gran medida a reacciones electroquímicas, donde la presencia de agua actúa como electrolito. Este entorno permite la transferencia de iones, provocando que el metal en el punto de contacto se oxide y se deteriore. Con el tiempo, esto conduce a la formación de óxido y picaduras, que comprometen la integridad de la tubería. Comprender estos mecanismos y el papel de las condiciones ambientales es clave para desarrollar estrategias efectivas de prevención de la corrosión.

Técnicas de detección e inspección para CUPS 

El CUPS es impulsado principalmente por condiciones ambientales. La humedad atrapada entre la tubería y su soporte crea un entorno ideal para la corrosión. Las fluctuaciones de temperatura agravan el problema al causar condensación, lo que favorece la acumulación de agua y acelera los procesos corrosivos. La exposición a agentes corrosivos, como el agua salada o los vapores químicos, agrava aún más la situación, llevando a una degradación más rápida.

La susceptibilidad de las tuberías al CUPS está influenciada por los materiales utilizados y el diseño del soporte de la tubería. Los materiales propensos a la corrosión, como el acero al carbono, son más vulnerables a los problemas de corrosión en tuberías, especialmente en condiciones ambientales donde los recubrimientos protectores están comprometidos. Los defectos de diseño, como un mal drenaje y espacios reducidos, pueden atrapar humedad y escombros, creando cavidades donde la corrosión puede iniciarse y prosperar.

El CUPS se debe en gran medida a reacciones electroquímicas, donde la presencia de agua actúa como electrolito. Este entorno permite la transferencia de iones, provocando que el metal en el punto de contacto se oxide y se deteriore. Con el tiempo, esto conduce a la formación de óxido y picaduras, que comprometen la integridad de la tubería. Comprender estos mecanismos y el papel de las condiciones ambientales es clave para desarrollar estrategias efectivas de prevención de la corrosión.

Técnicas de inspección para Corrosión Bajo Soportes de Tuberías (CUPS)

• Inspección visual: Es la técnica inicial y más básica para identificar signos visibles de corrosión en tuberías y sus soportes. Se enfoca en detectar manchas de óxido, decoloración y otros indicadores de deterioro que puedan sugerir la presencia de corrosión bajo los soportes. Aunque no es exhaustiva, proporciona una indicación preliminar y puede guiar la aplicación de métodos más detallados.
• Ultrasonido para corroboración: Utilizado después de la inspección visual o mapeos de corrosión, el ultrasonido es una técnica no destructiva que permite medir el espesor de las paredes de las tuberías con precisión. Es efectivo para confirmar la extensión y profundidad de la corrosión en puntos específicos, proporcionando datos cuantitativos sobre la pérdida de material.
• Ultrasonido de ondas guiadas: Esta técnica permite la inspección de tramos largos de tuberías desde un solo punto de acceso. Las ondas ultrasónicas se propagan a lo largo de la tubería y detectan la presencia de corrosión en áreas difíciles de alcanzar, como debajo de los soportes. Es particularmente útil para identificar cambios en las propiedades del material que indican la corrosión. Existen unos equipos de Ondas Guiadas con tecnología avanzada que combinan ondas guiadas circunferenciales con un análisis avanzado de frecuencia para cuantificar la pérdida de espesor en las paredes de las tuberías. Este sistema permite medir con precisión la extensión de la corrosión, identificando las áreas donde el material ha sufrido degradación. La tecnología puede detectar pérdidas de espesor en un rango de milímetros, proporcionando datos detallados y cuantitativos sobre la integridad estructural de las tuberías y los soportes.

Para conocer un poco más acerca de esta técnica, ver el siguiente video. Fuente: GUL – Ultrasonidos guiados Ltd.

Para conocer un poco más acerca de esta técnica ver el siguiente video:

• Corrientes Eddy (Eddy Current Testing – ECT): Una técnica que utiliza campos electromagnéticos para detectar defectos superficiales y cercanos a la superficie en materiales metálicos. Las corrientes Eddy son efectivas para localizar picaduras y pérdida de espesor en áreas donde la corrosión puede estar presente, proporcionando una evaluación rápida y precisa de las condiciones superficiales de la tubería y sus soportes.

Estrategias de prevención y mantenimiento para CUPS 

1. Mejoras en el diseño: Prevenir la corrosión bajo soportes de tuberías (CUPS) comienza con la optimización del diseño. Mejorar las capacidades de drenaje de los soportes de tuberías es crucial para evitar la acumulación de humedad. Los diseños de soportes deben incorporar características como superficies inclinadas o agujeros de drenaje que permitan la salida fácil del agua. Utilizar soportes elevados o ajustables puede minimizar el contacto directo entre la tubería y el soporte, reduciendo las áreas de cavidades donde la humedad puede acumularse. Además, implementar materiales no metálicos o compuestos en los diseños de soporte puede evitar el acoplamiento galvánico.
2. Selección de materiales: Elegir los materiales adecuados es fundamental para minimizar el CUPS. Opte por aleaciones resistentes a la corrosión, como el acero inoxidable o el acero inoxidable dúplex, que ofrecen una resistencia superior a los entornos corrosivos. Al utilizar acero al carbono, asegúrese de que esté adecuadamente recubierto para mejorar su durabilidad. La elección del material también debe considerar las condiciones ambientales, como la exposición al agua salada o productos químicos, que pueden acelerar la corrosión.
3. Revestimientos y recubrimientos protectores: Aplicar revestimientos protectores tanto a tuberías como a soportes es una barrera efectiva contra la humedad y los agentes corrosivos. Los recubrimientos epóxicos, de poliuretano y los imprimadores ricos en zinc se utilizan comúnmente para proporcionar una protección robusta. Estos recubrimientos deben aplicarse con atención al detalle, asegurando cobertura en áreas de difícil acceso. Los recubrimientos deben inspeccionarse y mantenerse regularmente para evitar la degradación y asegurar una protección continua. Las medidas regulares de prevención de la corrosión incluyen la revisión de la integridad de estos recubrimientos en diversas condiciones ambientales.
4. Protección Catódica: La protección catódica es una técnica que minimiza la corrosión haciendo que la superficie metálica sea el cátodo de una celda electroquímica. Esto se logra aplicando un ánodo de sacrificio o utilizando un sistema de corriente impresa. La CP es particularmente útil en entornos subterráneos o sumergidos donde prevalece el CUPS. Proporciona una capa adicional de defensa al neutralizar las reacciones corrosivas, integrando la prevención de la corrosión en el proceso.
5. Mantenimiento y Limpieza de Rutina: El mantenimiento regular es vital para prevenir la acumulación de humedad, suciedad y sustancias corrosivas que contribuyen al CUPS. La limpieza programada de los soportes de tuberías y las áreas circundantes puede ayudar a identificar signos tempranos de corrosión. Las inspecciones deben realizarse periódicamente utilizando métodos de ensayos no destructivos para evaluar la integridad de las tuberías y soportes. Las medidas de prevención de la corrosión aseguran que estas inspecciones sean consistentes y efectivas, adaptándose a diversas condiciones ambientales.
6. Sellantes y Juntas: Utilizar selladores y juntas para cerrar espacios entre las tuberías y los soportes puede prevenir la entrada de humedad. Estas soluciones de sellado deben ser resistentes a las condiciones ambientales y compatibles con los materiales utilizados en los sistemas de tuberías. Un sellado adecuado reduce el riesgo de atrapamiento de humedad, que es una causa principal del CUPS, sirviendo así como una estrategia de prevención de la corrosión.

Aplicaciones industriales del conocimiento sobre CUPS 

• Industria del petróleo y gas: El CUPS es un problema generalizado en el sector de petróleo y gas, afectando a oleoductos, refinerías y plataformas costa afuera. Las condiciones ambientales adversas y la exposición constante al agua salada, productos químicos y fluctuaciones de temperatura hacen del CUPS una preocupación significativa. Una gestión efectiva del CUPS y las prácticas de prevención de la corrosión son fundamentales para evitar fugas y fallos estructurales, que pueden llevar a desastres ambientales y costosos tiempos de inactividad.
• Plantas de procesamiento químico: En las instalaciones de procesamiento químico, las tuberías a menudo transportan sustancias corrosivas, lo que aumenta la probabilidad de CUPS. La naturaleza agresiva de los productos químicos requiere prácticas de gestión de la corrosión rigurosas. Implementar estrategias de prevención del CUPS, como el uso de materiales resistentes a la corrosión y recubrimientos protectores, es esencial para mantener la integridad de las tuberías y equipos de proceso, respaldado por una prevención regular de la corrosión.
• Instalaciones de generación de energía: El CUPS es particularmente relevante en plantas de energía, donde los sistemas de agua de enfriamiento y las líneas de vapor son propensos a la corrosión. La presencia de humedad y altas temperaturas acelera el proceso de corrosión. Las inspecciones regulares y la prevención de la corrosión son cruciales para prevenir fallas relacionadas con el CUPS que podrían interrumpir el suministro de energía y causar riesgos de seguridad.
• Industria petroquímica: Las instalaciones petroquímicas enfrentan desafíos únicos de CUPS debido a la amplia gama de productos químicos procesados. Las tuberías en estos entornos están sujetas a diversas composiciones químicas y condiciones operativas, aumentando el riesgo de CUPS. Implementar regímenes completos de inspección y mantenimiento ayuda a mitigar estos riesgos y garantiza la fiabilidad operativa a través de una prevención efectiva de la corrosión.

Caso de estudio: Tecnología QSR1 de Guided Ultrasonics Ltd

La Corrosión Bajo Soportes de Tuberías (CUPS) presenta un riesgo considerable para la integridad de las tuberías, especialmente por las dificultades para inspeccionar las áreas en contacto con los soportes. La acumulación de agua y oxígeno en los espacios confinados entre la tubería y el soporte acelera la corrosión externa, lo que complica su detección y evaluación precisa debido al acceso limitado.

Para superar estos desafíos, la tecnología QSR1 de Guided Ultrasonics Ltd emplea ondas guiadas circunferenciales y un innovador análisis de frecuencia para detectar y medir con precisión la corrosión en los soportes. Esta solución permitió identificar pérdidas de espesor crítico, proporcionando mediciones confiables del espesor residual de la tubería. Los datos obtenidos no solo evitaron posibles incidentes peligrosos, sino que también respaldaron decisiones críticas sobre la integridad estructural y operativa.

Este estudio demuestra cómo la adopción de tecnologías avanzadas como QSR1 es clave para enfrentar los desafíos de la CUPS, garantizando la seguridad y prolongando la vida útil de las instalaciones industriales.

Tendencias futuras en la prevención y gestión del CUPS

El campo de la corrosión bajo soportes de tuberías (CUPS) está evolucionando con la incorporación de nuevas tecnologías y enfoques avanzados. Las innovaciones en ciencia de materiales, como aleaciones avanzadas resistentes a la corrosión y materiales compuestos, están mejorando significativamente la durabilidad de las tuberías en entornos hostiles. Estas mejoras en los materiales se complementan con tecnologías de inspección más sofisticadas, como el ultrasonido de arreglo de fases y el escaneo láser, que ofrecen evaluaciones detalladas y precisas, incluso en áreas de difícil acceso.

El análisis predictivo, impulsado por la inteligencia artificial (IA) y el análisis de datos, está transformando la gestión del CUPS. Los algoritmos de IA analizan datos históricos de inspecciones y sensores ambientales para predecir posibles fallos, lo que permite a las empresas programar mantenimientos preventivos de manera más proactiva. El uso de gemelos digitales facilita el monitoreo en tiempo real y la simulación de procesos de corrosión, mejorando la capacidad de respuesta y prevención.

La colaboración entre organismos reguladores, organizaciones de estándares e instituciones de investigación es clave para actualizar las mejores prácticas y normas de la industria, como API 570 y ASME B31.3. Además, la investigación continua está enfocada en desarrollar nuevas soluciones de recubrimiento y métodos avanzados de protección catódica para mitigar el CUPS, garantizando operaciones más seguras y eficientes.

Conclusión 

La gestión eficaz de la corrosión bajo soportes de tuberías (CUPS) es fundamental para garantizar la integridad, seguridad y eficiencia de los sistemas industriales. La corrosión bajo soporte de las tuberías (CUPS), puede causar daños estructurales graves, reparaciones costosas y riesgos de seguridad, es importante que los profesionales adopten mejores prácticas, como inspecciones regulares, el uso de tecnologías avanzadas de detección y la implementación de medidas preventivas. Una gestión proactiva, apoyada por investigación continua, avances tecnológicos y capacitación, es vital para reducir el riesgo de CUPS, mejorar la fiabilidad operativa y minimizar los impactos ambientales y económicos.

¡Invierte en prevención del CUPS y protege tus sistemas!

Referencias

1. Fontana, M. G., Corrosion Engineering, McGraw Hill Education (India) Pvt, Ltd, New Delhi (2016).
2. R. W. & H. H. Uhlig, Corrosion & Corrosion Control, John Wiley & Sons, Inc, USA (2008).