¿Sabes cómo medir la eficiencia de tu sistema de Protección Catódica? Aquí te lo explicamos

Introducción

La Protección Catódica (PC) es una técnica avanzada de control de la corrosión electrolítica aplicada a componentes metálicos expuestos a entornos conductores de electricidad. Esta técnica es fundamental para prolongar la vida útil de estructuras metálicas críticas, como tuberías, tanques y plataformas marinas. Bajo este contexto, el monitoreo continúo de la protección catódica es crucial para evitar el deterioro de estructuras metálicas en contacto con entornos conductores de electricidad. Esta práctica es significativa en el mantenimiento, integridad estructural y la eficiencia operativa de las estructuras metálicas industriales.

La eficacia de un sistema de Protección Catódica se confirma si está controlando adecuadamente la corrosión, aunque este proceso corrosivo puede identificarse en algunas tuberías mediante pigs inteligentes; sin embargo, determinar directamente el índice de corrosión no suele ser un proceso sencillo. Por lo tanto, hay que recurrir a métodos indirectos para evaluar la idoneidad de un sistema de protección catódica.

El artículo se centra principalmente en los aspectos que pueden condicionar a lo largo del tiempo la eficacia de los sistemas de protección catódica, como son las técnicas de medida, el control y el mantenimiento. Destaca como la utilización correcta de técnicas adecuadas y los modernos sistemas de televigilancia de la protección catódica, las operaciones de control se simplifican y permiten asegurar la eficacia del sistema a lo largo del tiempo.

Metodos y principio de funcionamiento de la protección catódica

El principio básico de la protección catódica implica la aplicación de una corriente continua entre un electrodo, denominado ánodo, y la superficie del componente a proteger, conocido como cátodo. Esta corriente reduce el potencial eléctrico de la superficie metálica, ralentizando significativamente el proceso de corrosión. Existen dos métodos principales de protección catódica:

1. Protección Catódica por ánodos de sacrificio: También conocida como protección galvánica, depende del potencial típico del ánodo, es el metal más activo y actúa como material de sacrificio (se corroe) y el más noble será el cátodo (se protege).
2. Protección Catódica por corriente impresa (ICCP): Requiere de una fuente de corriente externa. Este tipo de método también simula a una celda electrolítica, es decir, se asemeja a una batería. El material a proteger funcionará como el polo negativo de la fuente, por lo que será el cátodo de la celda electrolítica.

Tipos de ánodos de sacrificio

Los ánodos de sacrificio más utilizados son:  Magnesio, Zinc y Aluminio, cada uno tiene su aplicación dependiendo del medio y ciertas condiciones al momento de realizar un diseño de PC, es importante conocer las condiciones del medio para su adecuada selección: A continuación se detallan algunas las características de interés:

• Magnesio: Principalmente para uso en suelos y agua dulce. Se utilizan en terrenos con baja en recubrimientos en mal estado e incluso en terrenos de alta resisteividad con resubrimientos que no demanden altas densidades de corriente.
• Zinc: Se utiliza masivamente, sobre todo para la realización de la protección catódica en agua de mar, Aplicaciones principales en: cascos de embarcaciones marinas, condensadores verticales de pozos, estructuras y líneas sumergidas, entre otros.
• Aluminio: Utilizados especificamnete en agua de mar. Por sus características electroquímicas, es el material idóneo para ser utilizado como ánodo de sacrificio, su empleo como tal es relativamente reciente. Una de las desventajas del aluminio es la formación de una película de óxido de aluminio (pasivación anódica) que lo hace muy resistente a la corrosión y por tanto al “sacrificio”.

Monitoreo de la eficiencia de un sistema de Protección Catódica

Las actividades relacionadas con la correcta operación del sistema para protección catódica de líneas y tanques corresponden a: Monitoreo y mantenimiento, cada una de las cuales debe ser realizado por personal capacitado, mediante el uso de herramientas e instrumentos de medición adecuados, en la figura 1, se aprecia un arreglo para el monitoreo de la eficiencia de un sistema de PC¹.

La eficacia de los sistemas de protección catódica debe ser supervisada regularmente para garantizar su correcto funcionamiento y realizar el mantenimiento necesario. Durante la fase de diseño, se establecen puntos de medición en las redes de distribución, transporte y almacenamiento. Estos puntos permiten la adquisición de potenciales tubo-tierra como por ejemplo de una tubería a proteger, medidas necesarias para programar controles manuales.

¿Cómo asegurar que se tiene suficiente protección catódica?

Haciendo que el potencial eléctrico del metal a proteger se vuelva más electronegativo mediante aplicación de corriente directa de una fuente externa o la unión con un material de sacrificio. A continuación se recomiendan los pasos a seguir en el monitoreo de la eficiencia de un sistema de PC.

Un sistema de protección catódica funciona correctamente y permite evitar la corrosión de las estructuras, cuando las medidas de potencial que se realizan cumplen unos valores determinados. El modo clásico de medir el potencial de una tubería consiste en hacer contacto con la misma en las Tomas de Potencial (TP) y medir con un voltímetro de elevada impedancia interna respecto a un electrodo de referencia de cobre sulfato de cobre portátil, situado sobre el terreno.

Conocer y seguir los criterios de protección catódica

Como primer paso es importante conocer y seguir las normas que rigen los criterios de funcionamiento de los sistemas de PC, el cual funciona, funciona correctamente y permite controlar la corrosión, cuando las medidas de potencial que se realizan cumplen unos valores determinados. Para conseguir controlar la velocidad de corrosión de una tubería enterrada mediante protección catódica, los potenciales medidos deben cumplir los Criterios de Protección que se reflejan en la tabla 1, de la norma NACE.

Tabla I. Normas NACE: Criterios de funcionamiento de los sistemas de Protección Catódica.

Criterios de potenciales de protección catódica.

Es importante llevar un registro continuo de los siguientes datos:

• Potencial Estructura-electrolito.
• Voltaje del rectificador.
• Corriente de salida ánodos galvánicos.
• Magnitud y dirección de la corriente a través de enlaces de la mitigación.
• Resistencia de las camas enterradas.
• Integridad de los rectificadores, juntas aislantes, enlaces eléctricos, y otras características físicas asociadas al sistema de control de corrosión.

Medición de los potenciales estructura-a-electrolito

En las medidas de potencial real que se realizan en campo, deben estar libre de caídas de resistencia IR (figura 2), existe una distancia importante entre la posición del electrodo de referencia y el metal del que queremos medir el potencial³. Por un lado está la distancia entre el electrodo de referencia y el tubo, y por otro la distancia entre el defecto del revestimiento más cercano y la vertical del electrodo de referencia.

¿Cómo medir el potencial de protección?

Conocer y aplicar las metodologías de inspección indirecta para ductos enterrados

Medidas de Potencial Clásicas

Las medidas de potencial clásicas se realizan midiendo en las tomas de potencial (TP) con el sistema de protección catódica en funcionamiento y utilizando electrodos portátiles. Estos valores obtenidos representan la media de los potenciales reales de los defectos más cercanos al punto de medida, a los que se añade el error I x R. Debido a esto, existe un riesgo significativo de que los valores aparentes sean engañosamente adecuados, sin alcanzar el potencial real necesario para una correcta protección catódica. Este método puede llevar a la falsa creencia de que la tubería está protegida cuando, en realidad, los potenciales reales no cumplen con los criterios de protección y la corrosión puede ser significativa.

Medidas de potencial On-Off

Las medidas On-Off se realizan mediante cortes cíclicos de la corriente de protección catódica en los rectificadores. Estas medidas pueden proporcionar una indicación relativamente fiable en ausencia de corrientes vagabundas. Durante la fase ON (figura 3a), cuando la protección catódica está activa, las diferentes condiciones de cada defecto, como la resistividad del suelo, el tamaño y la superficie del defecto, hacen que el nivel de potencial real en cada defecto pueda variar³.

En el momento de interrumpir la protección catódica fase OFF (figura 3b), se generan corrientes de compensación que producen un cierto error I x R. Aunque esta técnica mejora la precisión respecto a las medidas clásicas, es importante tener en cuenta estos errores para asegurar una correcta evaluación de la protección catódica y evitar la corrosión significativa en los defectos no adecuadamente protegidos.

Innovaciones tecnológicas en el monitoreo de la PC

Tras su puesta en servicio, estos sistemas deben ser supervisados para evaluar su eficacia y realizar el mantenimiento necesario. Para ello, durante la fase de diseño se determinan los puntos de medición de la protección catódica en las redes de distribución, transporte y almacenamiento. Mediante la adquisición de los potenciales tubo-tierra de la tubería a proteger, se pueden programar controles manuales en los puntos de medición o métodos convencionales de medición.

Monitoreo remoto: Protección Catódica por Telemetría

La protección catódica por telemetría es una técnica avanzada utilizada para evaluar la eficacia de los sistemas de protección catódica en diversas instalaciones. Esta técnica se basa en el uso de sensores remotos para recopilar datos sobre el estado de la protección catódica y transmitirlos a una ubicación central. Esto permite a los operadores monitorear y controlar los sistemas de protección catódica de manera remota, facilitando la toma de medidas correctivas en caso de ser necesario y asegurando la integridad de la instalación.

Funcionamiento de la Telemetría en la Protección Catódica

La telemetría para medir la protección catódica emplea sensores y dispositivos de comunicación que recogen datos sobre el estado de los sistemas de protección. Estos datos incluyen la resistencia de la corriente de tierra a través de diversos materiales y revestimientos, como tierra, estructuras, tuberías, cables, tanques de almacenamiento de combustible líquido, gaseoso y sólido.

1. Sensores remotos: Los sensores remotos instalados en puntos estratégicos de la infraestructura miden continuamente la resistencia de la corriente de tierra y otros parámetros críticos. Estos sensores son capaces de detectar variaciones en el potencial de protección catódica, proporcionando información precisa sobre el estado del sistema.
2. Transmisión de datos: Los datos recopilados por los sensores se transmiten en tiempo real a una ubicación central mediante sistemas de comunicación inalámbrica. Esta transmisión permite la supervisión continua del estado de la protección catódica, sin necesidad de inspecciones físicas frecuentes.
3. Análisis centralizado: En la ubicación central, los datos recibidos se analizan utilizando software especializado. Este análisis permite a los ingenieros identificar cualquier desviación de los parámetros normales de protección catódica y tomar decisiones informadas sobre las acciones correctivas necesarias.

Aplicaciones y beneficios

La protección catódica ofrece múltiples beneficios en la gestión y mantenimiento de las infraestructuras protegidas:

• Monitoreo continuo: Permite la supervisión constante del estado de la protección catódica, facilitando la detección temprana de problemas y minimizando el riesgo de fallos estructurales.
• Intervenciones proactivas: La capacidad de identificar y corregir problemas antes de que se conviertan en amenazas para la seguridad de la instalación reduce significativamente el costo y el tiempo asociados con reparaciones mayores.
• Optimización de recursos: Al reducir la necesidad de inspecciones físicas frecuentes, se optimizan los recursos humanos y materiales, mejorando la eficiencia operativa.
• Seguridad mejorada: La supervisión constante y la capacidad de respuesta rápida contribuyen a la seguridad general de las infraestructuras, evitando daños a las estructuras y equipos críticos.

En resumen, la protección catódica por telemetría es una herramienta esencial para asegurar la eficacia y confiabilidad de los sistemas de protección catódica, permitiendo una gestión más eficiente y segura de las instalaciones industriales.

Estos pueden sustituirse o completarse con la instalación de dispositivos electrónicos capaces de adquirir continuamente los potenciales y enviarlos a un centro de recogida de datos que analiza automáticamente los parámetros y, en caso necesario, cumple las obligaciones de telecontrol de la red mediante señales de alarma que permiten identificar la anomalía y resolverla rápidamente.

Para mejorar la eficiencia del monitoreo, es posible instalar dispositivos electrónicos que adquieren continuamente los potenciales y los envían a un centro de recogida de datos. Este centro analiza automáticamente los parámetros y, si es necesario, activa el telecontrol de la red mediante señales de alarma para identificar y resolver rápidamente cualquier anomalía. Este sistema asegura que los equipos protegidos mantengan su integridad estructural y operativa.

¿Por qué es importante comprobar el correcto funcionamiento del sistema de protección catódica?

Comprobar el correcto funcionamiento del sistema de protección catódica no solo es un requisito de las normas internacionales es un paso importante que deben cumplir las industrias al decidir la instalación de estos sistemas con el fin de garantizar la integridad y durabilidad de las infraestructuras metálicas. Un sistema de protección catódica operando adecuadamente previene la corrosión, que puede causar graves daños estructurales y comprometer la seguridad de la instalación.

La supervisión constante del sistema permite detectar y corregir problemas que involucren danos a los materiales, evitando fallos desastrosos y costosas reparaciones. Además, un sistema de protección bien mantenido asegura el cumplimiento de las normativas y estándares internacionales, protegiendo tanto a las personas como al medio ambiente de los efectos adversos de la corrosión.

La razón más importante de supervisar la protección catódica es cerciorarse de que la corrosión está bajo control. Cuando una estructura se corroe, las fugas pueden ocurrir, se puede perder producto, y los daños estructurales pueden ocurrir. Hay también de la preocupación pública sobre la seguridad y daños ambientales. Por esta razón, las regulaciones se han decretado en muchas industrias y los países se aseguran que estructuras que contienen productos peligrosos se protegen adecuadamente para reducir el riesgo al público y ambiental.

Conclusión

La protección catódica es una herramienta esencial para prevenir la corrosión en componentes metálicos expuestos a entornos conductores de electricidad. Su eficacia depende de la correcta aplicación y el monitoreo continuo de los sistemas implementados. Mediante la adquisición y análisis de datos, se pueden identificar y resolver rápidamente las anomalías, asegurando la protección continua de las infraestructuras críticas.

Referencias

1. Pietro Florentina; Protección Catódica Pasiva y Activa.
2. Jazmín del R. Torres Hérnandez, Ebelia Del Angel Meraz, Lucien Veleva; “Evaluación de un sistema de protección catódica de un gasoducto enterrado”; Rev. LatinAm. Metal. Mat. 2017; 37 (1): 19-26.
3. Adrián Gomila Vinent; Control, mantenimiento y televigilancia de la protección catódica de tuberías de agua de acero.