Reutilizacion-tuberia

•

Outros

Estudia Aquí

23/12/2022

¡Este material tiene más páginas!

Entonces, ¿te gustó este material?

Ayude a animar a otros estudiantes a mejorar el contenido

¿Te gustó este material? ¡Compartir! 🧡

Biología

323.047 Materiales compartidos

Descarga la aplicación para disfrutar aún más

Lea materiales sin conexión, sin usar Internet. Además de muchas otras características!

Vista previa del material en texto

REUTILIZACIÓN DE TUBERIA COMO ANODO DE SACRIFICIO PARA LA
MITIGACIÓN DE LA CORROSIÓN EN EL MUNICIPIO DE TRINIDAD
(CASANARE)

LUIS CARLOS CAMACHO GARCÍA
CÓD: 201615285

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE POSTGRADOS DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN GESTIÓN DE INTEGRIDAD Y CORROSIÓN
BOGOTÁ
2019
2

REUTILIZACIÓN DE TUBERIA COMO ANODO DE SACRIFICIO PARA LA
MITIGACIÓN DE LA CORROSIÓN EN EL MUNICIPIO DE TRINIDAD
(CASANARE)

LUIS CARLOS CAMACHO GARCÍA
CÓD: 201615285

PROPUESTA DE TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE
MAGÍSTER EN GESTIÓN INTEGRIDAD Y CORROSIÓN

Director
ENRIQUE VERA LOPEZ
Codirector
CARLOS MAURICIO MORENO TELLEZ

UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE POSTGRADOS DE INGENIERÍA
MAESTRÍA EN GESTIÓN DE INTEGRIDAD Y CORROSIÓN
BOGOTÁ
2019
3

NOTA DE ACEPTACIÓN

Aprobado por el comité de Currículo en
cumplimiento de los requisitos exigidos
por la Universidad Pedagógica y
Tecnológica de Colombia para optar el
título de Magíster en Gestión de
Integridad y Corrosión.

__________________________________
Presidente del Jurado

__________________________________
Jurado

Bogotá D.C., 29 de Abril de 2019
4

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 15
CAPITULO I ........................................................................................................... 17
1. OBJETIVOS .................................................................................................... 17
1.1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................. 17
1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................ 17
CAPITULO II .......................................................................................................... 18
2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO ................................................ 18
2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 18
2.2. JUSTIFICACIÓN .......................................................................................... 19
2.3. VIABILIDAD ................................................................................................. 20
CAPITULO III ......................................................................................................... 21
MARCO TEORIO Y ESTADO DEL ARTE ............................................................. 21
3. MARCO TEÓRICO .......................................................................................... 21
3.1. CORROSIÓN ............................................................................................... 22
3.2. MECANISMOS DE CORROSIÓN ................................................................ 24
3.2.1. Corrosión Química .................................................................................... 24
3.2.2. Corrosión Electroquímica .......................................................................... 25
Ánodos ............................................................................................................ 25
Cátodos ........................................................................................................... 26
Electrolito ......................................................................................................... 26
Contacto metálico ............................................................................................ 26
3.2.3. Corrosión en la Industria Petrolera ........................................................... 27
Corrosión por presencia de CO2 ..................................................................... 27
Corrosión por presencia de H2S ...................................................................... 28
3.3. TIPOS DE CORROSIÓN ............................................................................. 29
3.3.1. Corrosión Uniforme ................................................................................... 30
3.3.2. Corrosión Localizada ................................................................................ 30
Por Picadura (Pitting) ...................................................................................... 31
En resquicio o fisura ........................................................................................ 31
5

Galvánica ........................................................................................................ 31
Intergranular .................................................................................................... 32
Corrosión bajo tensión .................................................................................... 32
Por metales en solución .................................................................................. 32
Erosión ............................................................................................................ 33
Cavitación ........................................................................................................ 33
Por choque ...................................................................................................... 33
Por fatiga ......................................................................................................... 33
Corrosión Microbiológica ................................................................................. 34
Corrosión por hendidura (Crevice) .................................................................. 35
Celda de concentración de oxígeno: ............................................................... 36
3.3.3. Factores que afectan en la corrosión ........................................................ 36
Temperatura .................................................................................................... 36
Propiedades físicas del material y tratamiento ................................................ 36
Aireación ......................................................................................................... 37
Velocidad ......................................................................................................... 38
Agentes Oxidante ............................................................................................ 38
Impurezas ........................................................................................................ 38
Formación de películas y biopelículas ............................................................. 38
3.3.4. Comportamiento de la corrosión ............................................................... 39
Aspectos Electroquímicos ............................................................................... 39
Aspectos Termodinámicos .............................................................................. 41
3.4. PRINCIPIOS DE CORROSIÓN ................................................................... 43
3.4.1. Proceso de corrosión ................................................................................ 43
3.4.2. Fuerza Motriz ............................................................................................ 44
Voltaje ............................................................................................................. 46
3.4.3. Celda electroquímica ................................................................................ 46
3.4.4. Potencial Electroquímico .......................................................................... 48
3.4.5. Ánodos y Cátodos ....................................................................................49
3.4.6. Celda de Corrosión ................................................................................... 50
Reacciones Anódicas ...................................................................................... 51
6

Reacciones Catódicas ..................................................................................... 51
Celdas Localizadas ......................................................................................... 52
Circuito Externo ............................................................................................... 52
Transferencia de Cargas en el Electrolito........................................................ 53
Circulación convencional de Corriente ............................................................ 54
3.4.7. CORROSIÓN GALVANICA ...................................................................... 54
3.5. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN .................................. 55
3.6. CONTROL Y PREVENCIÓN DE LA CORROSIÓN ..................................... 58
3.6.1. Métodos de control de corrosión ............................................................... 59
Inhibidores ....................................................................................................... 60
Revestimiento .................................................................................................. 61
Selección de Materiales .................................................................................. 62
Protección Catódica (CP) ................................................................................ 62
3.7. PROTECCIÓN CATÓDICA .......................................................................... 64
3.7.1. Polarización de un Estructura ................................................................... 66
3.7.2. Tipos de protecciones ............................................................................... 70
Protección por Corriente Impresa .................................................................... 70
Protección con ánodos de sacrificio ................................................................ 72
3.7.3. Criterios de protección .............................................................................. 75
3.7.4. Fundamentos de los criterios de protección ............................................. 76
Potencial de -850 mVCSE para el acero ........................................................... 76
Polarización de 100 mV .................................................................................. 77
3.8. ÁNODOS DE SACRIFICIO .......................................................................... 79
Ventajas de los Ánodos de Sacrificio .............................................................. 80
Desventajas de los Ánodos de Sacrificio......................................................... 80
3.8.2. Tipos de Ánodos de Sacrificio .................................................................. 81
Ánodos de Zinc y sus aleaciones .................................................................... 81
Ánodos de Aluminio y aleaciones .................................................................... 82
Ánodos de Magnesio y sus aleaciones ........................................................... 82
3.8.3. Eficiencia de los ánodos ........................................................................... 83
3.8.4. Ley de Ohm .............................................................................................. 83
7

3.8.5. Leyes de la Electroquímica de Faraday .................................................... 84
Primera Ley de Faraday .................................................................................. 85
Segunda Ley de Faraday ................................................................................ 85
3.8.6. Diseño de un Sistema de Protección Catódica ......................................... 86
3.9. TÉCNICAS DE INSPECCIÓN DE LA TUBERIA .......................................... 90
3.9.1. Técnica de Inspección de Intervalo de Potencial Cerrado (CIPS) ............ 91
4. ESTADO DEL ARTE ....................................................................................... 93
4.1.1. Antecedentes ............................................................................................ 93
4.1.2. Casos desarrollados ................................................................................. 95
CAPITULO IV ......................................................................................................... 97
5. DISEÑO METODOLOGICO ............................................................................ 97
5.1. REVISIÓN BIBLIOGRAFICA ....................................................................... 97
5.2. PROCEDIMIENTO ....................................................................................... 98
5.2.1. Localización de la Tubería ........................................................................ 98
5.2.2. Excavación ............................................................................................. 100
5.2.3. Conexionado de Tubería ........................................................................ 102
5.2.4. Tapado de Área ...................................................................................... 103
5.2.5. Etapa final ............................................................................................... 104
5.2.6. Medición de Potenciales ......................................................................... 109
CAPITULO VI ....................................................................................................... 110
6. RESULTADOS .............................................................................................. 110
6.1. CASO 1 ...................................................................................................... 112
6.2. CASO 2 ...................................................................................................... 112
6.3. RECTIFICADOR GVN ............................................................................... 114
CAPITULO VII ...................................................................................................... 114
7. ANALISIS DE RESULTADOS ....................................................................... 114
7.1. PRUEBAS ADICIONALES ......................................................................... 119
CAPITULO VIII ..................................................................................................... 121
8. CONCLUSIONES .......................................................................................... 121
9. RECOMENDACIONES ................................................................................. 123
BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 124
8

LISTADO DE ECUACIONES

Ecuación 1. Corrosión química, acción directa de un ácido sobre un metal. ......... 24
Ecuación 2. Corrosión en presencia de H2S. ......................................................... 28
Ecuación 3. Arrhenius. ........................................................................................... 36
Ecuación 4. Reacción de oxidación Fe+2. .............................................................. 39
Ecuación 5. Reacción de oxidación Fe+3. .............................................................. 39
Ecuación 6. Reacción de reducción H+. ................................................................. 40
Ecuación 7. Energía libre de Gibbs. ....................................................................... 41
Ecuación 8. Potencial del electrodo (Nernst). ........................................................ 42
Ecuación 9. Reacción de oxidación, en el ánodo...................................................47
Ecuación 10. Reacción de reducción, en el cátodo. .............................................. 47
Ecuación 11. Área a proteger en un Sistema de Protección Catódica. .................. 86
Ecuación 12. Demanda de corriente en un Sistema de Protección Catódica. ....... 88
Ecuación 13. Peso total del ánodo en un Sistema de Protección Catódica. .......... 88
Ecuación 14. Corriente que puede proveer el ánodo en un Sistema de Protección
Catódica. ................................................................................................................ 88
Ecuación 15. Vida del ánodo en un Sistema de Protección Catódica. ................... 89
Ecuación 16. Número de ánodo en un Sistema de Protección Catódica. .............. 90

LISTADO DE FOTOGRAFIAS

Fotografía 1. Excavación del área de la tubería como ánodo. ............................. 101
Fotografía 2. Corte de la tubería como ánodo, para delimitación de área de uso.
............................................................................................................................. 102
Fotografía 3. Conexión de cableado a tuberías con soldadura exotérmica. ........ 103
Fotografía 4. Unidad Rectificadora Gavan. .......................................................... 107
Fotografía 5. Inspección CIS en proceso. ................ ¡Error! Marcador no definido.

LISTADO DE GRÁFICAS

Gráfica 1. CIS TRD 13 @ TRD sin Conectar ánodo.. ....................................... 1123
Gráfica 2. CIS TRD 13 @ TRD sin Conectar
ánodo.Cont………………………………..1134
Gráfica 3. CIS TRS-GVN sin Conectar
ánodo……………………………………...12104
Gráfica 4. CIS TRD 13 @ TRD sin Conectar ánodo. .............. ¡Error! Marcador no
definido.6
Gráfica 5. CIS TRD 13 @ TRD conectando el ánodo CONT …….....................106
Gráfica 6. CIS TRS-GVN Conectando el ánodo.. ............................................ 1127
Gráfica 7. Inspección CIS sin conectar ánodo y líneas Zona
sur.………………...11310
Gráfica 8. Inspección CIS conectando el ánodo y las líneas Sur de TRD
.……...12111
Gráfica 9. Inspección CIS sobre la línea de GVN-TRS sin conexión de los pozos
de las líneas Sur de TRD. ...................................... ¡Error! Marcador no definido.9

LISTADO DE IMÁGENES

Imagen 1. Protección Catódica de una tubería de hierro. ...................................... 22
Imagen 2. Fenómeno de corrosión en una tubería de transporte. ......................... 24
Imagen 3. Reacciones de corrosión en la superficie del acero. ............................. 25
Imagen 4. Diagrama de corrosión electroquímica. ................................................. 26
Imagen 5. Corrosión por picadura. ......................................................................... 28
Imagen 6. Corrosión ataque tipo Mesa. ................................................................. 28
Imagen 7. Corrosión por H2S. (A) Generalizada y (B) por picaduras. ................... 29
Imagen 8. Clases generalizadas de corrosión. ...................................................... 30
Imagen 9. Corrosión influenciada microbiológicamente o corrosión microbiológica
generada por subproductos. .................................................................................. 35
Imagen 10. Interacción de la humedad en una pieza. ........................................... 37
Imagen 11. Oxidación de un metal. ....................................................................... 40
Imagen 12. Reducción de un metal. ...................................................................... 41
Imagen 13. Diagrama de Pourbaix del hierro......................................................... 43
Imagen 14. Proceso de refinación del acero. ......................................................... 45
Imagen 15. Representación de una celda electroquímica. .................................... 47
Imagen 16. Serie galvánica para algunos metales y aleación comunes. ............... 48
10

Imagen 17. Dirección de la corriente positiva en una pila seca. ............................ 50
Imagen 18. Celda de Corrosión Básica. ................................................................ 51
Imagen 19. Típicas Celdas de Corrosión Localizadas sobre una Estructura. ........ 52
Imagen 20. Circulación de electrones e Iones. ...................................................... 53
Imagen 21. Celda de corrosión. ............................................................................. 55
Imagen 22. Representación esquemática del proceso de producción de gas. ...... 57
Imagen 23. Procedimientos de protección contra la corrosión. ............................. 59
Imagen 24. Circuito de protección catódica. .......................................................... 63
Imagen 25. Celda de Corrosión Microscópica. ...................................................... 64
Imagen 26. Protección Catódica Aplicada a una Estructura. ................................. 65
Imagen 27. Funcionamiento del Sistema de Protección Catódica. ........................ 66
Imagen 28. Polarización de una Estructura. .......................................................... 67
Imagen 29. Polarización de una Estructura. .......................................................... 68
Imagen 30. Polarización del Cátodo al Potencial del Ánodo Más Activo. .............. 69
Imagen 31. Esquema de protección catódica con corriente impresa. .................... 72
Imagen 32. Esquema de un sistema de protección catódica por ánodos de
sacrificio. ................................................................................................................ 73
Imagen 33. Esquema de protección catódica con ánodos de sacrificio. ................ 74
Imagen 34. Estructura polarizada a -850 mVCSE. ................................................... 77
Imagen 35. Estructura polarizada a -100 mVCSE. ................................................... 78
Imagen 36. Imagen 37. Características Unidad Rectificadora Gavan……………………. 92
Imagen 37. Esquema general de la Estación de Trinidad con las líneas de la
misma. ................................................................................................................. 110
Imagen 38. Esquema del lugar de las inspecciones señalado en rojo. ................ 111
Imagen 39. Inspección del rectificador y balanceo después de la conexión de la
tubería y su estabilización. ....................................... ¡Error! Marcador no definido.
Imagen 40. Resumen del comportamiento de la protección catódica, en función de
la distancia para los dos escenarios evaluados. .................................................. 116
Imagen 41. Esquema general de la Estación de Trinidad con la sobreposición de
las líneas. ............................................................................................................. 120

LISTADO DE TABLAS

Tabla 1. Guía de falla de recubrimiento en estructuras marinas. ........................... 86
Tabla 2. Guía de densidad de corriente mínima para protección catódica de acero
sin recubrimiento. ................................................................................................... 87
Tabla 3. Fórmulas de resistencia para ánodos sumergidos, con geometrías
variadas. ................................................................................................................ 89

GLOSARIO

ÁNODO: es el electrodo en el cual, o a través del cual, la corriente positiva pasa
hacia el electrolito, por lo que al perder electrones, incrementa su estado de
oxidación.

ÁNODO DE SACRIFICIO: es el componente principal de un sistema de protección
catódica galvánica que se utiliza para proteger contra la corrosión las estructuras
metálicas enterradas o sumergidas.

CÁTODO: es el electrodo en el cual entra la corriente positiva provenientedel
electrolito, debido a que este material reduce su estado de oxidación al
recibir electrones.

CORROSIÓN: proceso de deterioro de materiales metálicos (incluyendo tanto
metales puros, como aleaciones de estos), mediante reacciones químicas y
electroquímicas.

ELECTRONES: se encargan de establecer las atracciones existentes entre los
átomos y producen, a través de su movimiento, corriente eléctrica en la mayoría
de los metales.

INSPECCIÓN CIS: es un sistema de inspección desarrollado para el análisis
detallado de los niveles de protección catódica en tuberías subterráneas. La
https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_oxidaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_oxidaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Protecci%C3%B3n_cat%C3%B3dica
https://es.wikipedia.org/wiki/Protecci%C3%B3n_cat%C3%B3dica
https://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_oxidaci%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n
12

técnica consiste en la medición continua de potenciales tubería/suelo respecto de
una hemipila de cobre sulfato de cobre.

MONITOREO: Proceso mediante el cual se reúne, observa, estudia y emplea
información para luego poder realizar un seguimiento de un programa o
hecho particular.

POLARIZACIÓN: es cuando una reacción electroquímica se retarda, teniendo en
cuenta la cinética característica de las reacciones anódicas y catódicas, sus
causas pueden ser muy diferentes según los metales que sufren corrosión y los
electrolitos.

POTENCIALES: es una magnitud (vectorial o escalar) que permite señalar la
modificación o el desarrollo posible de una magnitud diferente. Se denomina
potencial, por otra parte, a la función matemática que se usa para conocer qué tan
intenso es un campo de fuerzas en un cierto punto

POTENCIAL “OFF”: también denominada corriente apagada, físicamente se
define como una magnitud que describe un campo físico y se utiliza para eliminar
errores de medición causados por el flujo de corriente entre la tubería y la celda de
referencia.

POTENCIAL “ON”: físicamente se define como una magnitud que describe un
campo físico y se utiliza para determinar la condición aproximada del
revestimiento.

PROTECCIÓN CATÓDICA: (CP) es una técnica para controlar la corrosión
galvánica de una superficie de metal convirtiéndola en el cátodo de una celda
electroquímica.

https://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n_galv%C3%A1nica
https://es.wikipedia.org/wiki/Corrosi%C3%B3n_galv%C3%A1nica
https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1todo
https://es.wikipedia.org/wiki/Celda_electroqu%C3%ADmica
https://es.wikipedia.org/wiki/Celda_electroqu%C3%ADmica
13

PROTECCIÓN ANODICA: consiste en la polarización de la pieza metálica hasta
un potencial fijo más positivo que el de equilibrio metal/disolución.

REQUERIMIENTO DE CORRIENTE: Aplicación de corriente eléctrica directa a la
tubería por proteger catódicamente con el fin de cuantificar la corriente eléctrica de
protección y determinar los alcances de protección para cada uno de los puntos de
drenaje eléctrico.

REUTILIZACIÓN: es la acción que permite volver a utilizar los bienes o productos
desechados y darles un uso igual o diferente a aquel para el que fueron
concebidos.

SISTEMA DE TUBERÍAS: incluye tuberías para el transporte de fluidos y tuberías
asociadas, juntas, válvulas y estranguladores. El término general abarca tubos,
líneas de flujo para el transporte de hidrocarburos procesados y no procesados y
tuberías aguas abajo del separador de primera etapa.

VOLTAJE AC: la corriente alterna invierte su dirección en forma cíclica,
generalmente 100 0 120 veces por segundo. Se usa en la zona urbana.

VOLTAJE DC: la corriente continua circula en una única dirección. Es producida
por una batería y tiene apariencia de línea recta y se basan en corriente continua.

RESUMEN

En el departamento de Casanare, se ubica una serie de tuberías que
interconectan una variedad de pozos y estaciones petroleras, de propiedad de la
empresa PERENCO. En varias de estas estaciones se han ido deshabilitando de
manera continua tuberías que ya no se requieren, debido al cierre de los pozos de
exploración al completar su ciclo en el proceso. Todas estas tuberías son dejadas
en su ubicación y deshabilitadas, ya que el proceso de excavación y retiro de las
mismas, ocasiona un costo económico y ambiental muy alto, en comparación con
el de simplemente abandonarlas.
Teniendo en mente esto, se crea un desafío: qué hacer con un activo anterior una
vez que se retira y / o se abandona para evitar consecuencias no deseadas, como
es el caso de una tubería en la Estación de Trinidad, la cual se encuentra fuera de
servicio desde hace más de un año. Tras realizar una revisión, se encuentra que
este activo se encuentra en un estado adecuado, y nos permite analizar un uso
adecuado para ellos, teniendo presente sus componentes y características, para
ser un adecuado candidato a ánodo de sacrificio.
Entendiendo que los ánodos son herramientas que se utilizan en los sistemas de
protección catódica, para prevenir y controlar el fenómeno de la corrosión en
estructuras enterradas.
Con esta idea en mente y teniendo claridad de la función de un ánodo de
sacrificio, se propone con este proyecto la implementación de esta tubería como
un ánodo que repotencie el Sistema de Protección Catódica de Gavan, y de esta
manera se pueda evaluar su funcionamiento óptimo y viabilidad económica y
ambiental para la operadora y la comunidad. Permitiendo brindar a través de esta
propuesta una respuesta adecuada al tratamiento que se puede dar a los activos
retirados de una industria como lo es la petrolera; que no solo asegura realizar un
reciclo de los bienes sino que permite que estos contribuyan en el cuidado de los
activos de fenómenos como la corrosión, mediante la mitigación de los mismos
con mecanismos propios para el control de este.
15

PALABRAS CLAVES: Corrosión, Ánodo, Cátodo, Protección Catódica,
Polarización, Potenciales, Reutilización, Ánodo de Sacrificio.

INTRODUCCIÓN

En la actualidad la industria petrolera constituye el motor de la economía
colombiana, siendo el primer generador de renta externa por encima de incluso el
café, nuestro producto insignia a nivel mundial de exportación. Colocándose de
esta manera como una fuente principal de renta para las regiones, ya sea por
regalías por su explotación o por contribuciones fiscales en las distintas fases de
su proceso.

Sin embargo, a través de los años y más específicamente de estos últimos tres
años la industria petrolera ha sufrido una serie de dificultades bien sea por la labor
misma de exploración y hallazgo de reservas de este compuesto, como por las
actividades de explotación, transporte y refinado que requiere para su posterior
venta y consumo, los cuales se han visto perjudicadas por situaciones o eventos
de carácter jurídico, político, económico, público y aún más ambiental, que
requieren de un alto nivel de compromiso para su óptimo desarrollo y
cumplimiento por el alto costo que implican dentro de la operación y el planeta.

Cada una de estas situaciones ha generado un interés permanente en las
empresas operadoras de la industria de hidrocarburos, por generar posibilidades
adecuadas para afrontar de manera apropiada cada una de las situaciones que se
produzcan en cada uno de estos aspectos. Uno de los cuales y quizás el más
importante actualmente, a nivel ambiental debido a que los requerimientos
actuales que son exigidos a cada uno de estas empresas son de alto significado
para la operación, por lo altos costos en los que se pueden llegar incurrir en caso
16

de no cumplir, y aún más el alto costo social y ambiental que bajo las situacionesactuales representa un peso de mayor relevancia para todos.

Debido a los requerimientos y la importancia de mantener estructuras idóneas
para el transporte de este hidrocarburo, las empresas han incorporado áreas de
integridad, encargadas de evaluar cada una de los escenarios posibles que se
presentan en las tuberías y/o estructuras de acero enterradas, sumergidas o
áreas, que puedan generar condiciones para el desarrollo de fenómenos como el
de la corrosión, y encontrar soluciones que mitiguen y controlen de manera
adecuada este tipo de contingencias.

Ahora bien, hablando de manera específica del fenómeno de corrosión, se
encuentran varias estrategias desarrolladas a través de los años, una de ellas que
permiten prevenir, mitigar y controlar esta situación son los Sistemas de
Protección Catódica por corriente impresa, en donde se busca establecer una
relación de ánodo-cátodo, con el objetivo de proteger las tuberías orientando de
manera específica la corrosión a una estructura que tendrá las funciones de
ánodo, ocurriendo en ella la reacción de oxidación, ofreciendo con ello protección
a nuestra tubería o estructura objetivo. Es por ello que, la integridad de ductos
constituye un papel fundamental, pues permite garantizar el proceso de trabajo de
manera continua, segura y sin afectar gravemente al medio ambiente.

En este orden de ideas, y con el panorama general en el planeta y las diferentes
circunstancias que lo aquejan, ocasionan que en la actualidad se requiera de
garantizar la operación, seguridad y ejecución de las actividades de ingeniería de
la mano con el medio ambiente, convirtiéndose en la guía de todas las empresas
que buscan garantizar los más altos estándares de cumplimiento, calidad,
competitividad y cuidado del medio ambiente.

En busca de este cuidado, se han investigado y generado nuevas ideas que
permitan aprovechar de manera óptima cada uno de los recursos con los que se
17

cuentan en la industria de hidrocarburos, es precisamente una de estas opciones
la que evaluaremos en este documento, donde se propone la reutilización de
tuberías de transporte de petróleo fuera de servicio como ánodos de sacrificio que
complemente los sistemas de protección existentes en estas estaciones,
generando utilidad en bienes retirados y reduciendo costos de implementación,
que ayuden al ambiente y al adecuado uso de los recursos que nos provee.

CAPITULO I
1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Realizar la implementación de una tubería abandonada de la Estación Trinidad, de
la operadora PERENCO COLOMBIA LIMITED, ubicada en el municipio de
Trinidad, del departamento de Casanare, como ánodo de sacrificio que repotencie
el Sistema de Protección Catódica ya existente y conocido como Gavan,
evaluando su funcionalidad para poder definir el uso correcto de la misma al
conectarse al SPC Gavan.

1.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Identificar los posibles sectores en los que se presenten potenciales
invertidos y como plan de mitigación sea el uso de la tubería como ánodo
de sacrificio.
 Hacer las pruebas de funcionalidad para poder definir el uso correcto de la
tubería como ánodo conectado al SPC Gavan.
 Evaluar las características que se requieren para la reutilización de tuberías
fuera de uso del sector petrolero, como ánodos de sacrificio.
18

 Validar con inspección CIS (Close Interval Survey) si se presentan
potenciales invertidos en las diversas líneas de flujo involucradas y
foráneas al sistema de protección catódica Gavan.
 Validar si existe algún tipo de interferencia entre las mismas estructuras del
sistema o genera interferencias a estructuras foráneas.
 Realizar un comparativo con un estimado del requerimiento de corriente
requerida por una cama anódica profunda VS el suministro de corriente de
la tubería antigua como ánodo.
CAPITULO II
2. DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO

2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La corrosión es un fenómeno que afecta de manera directa a gran parte de la
industria mundial, teniendo un efecto que puede poner en peligro la integridad de
los bienes y activos de una compañía. Una de ellas es la industria petrolera, la
cual utiliza una red de tuberías como medio de transporte para sus productos, un
ejemplo de ello es la operadora PERENCO, quien maneja una serie de campos y
pozos donde se ubican kilómetros de tuberías de transporte que se encuentran
expuestos al ambiente o enterrados en el suelo, donde se propician escenarios
para el desarrollo de este fenómeno.

Dicho ese escenario debe buscar prevenirse, debido a las consecuencias que
pueden llegar a generarse de no tratarse de manera adecuada, es esta razón por
la que existen una serie de métodos que buscan prevenir la corrosión, y que será
funcional teniendo en cuenta el entorno en el que se ubique la tubería, uno de
ellos es la protección catódica como una herramienta de protección y prevención
y, es esta la que para nuestro caso en específico utilizaremos.

Lo anterior se debe a que en la Estación de Trinidad, ubicada en el Municipio de
Trinidad, Casanare se ubica un sistema de protección catódica con ánodos de
sacrificio, que tiene interconectadas las líneas que vienen de la Estación Toros.
Sin embargo y como medida de repotenciación del sistema se da la posibilidad de
utilizar una tubería abandonada como ánodo de sacrificio, esto con el ánimo de
evaluar la funcionalidad de esta idea como una opción viable para la reutilización
de tuberías como ánodos de sacrificio, como un apoyo para fortalecer los sistemas
de protección catódica preexistentes.

En este orden de ideas, y trayendo en contexto la situación que encontramos en la
estación, se decide por parte de la empresa operadora y con ayuda de los
profesionales de corrosión, realizar el proceso correspondiente para el estudio e
interconexión adecuada de la tubería, así como su posterior evaluación de
acuerdo con los parámetros establecidos por las entidades correspondientes,
como la NACE.

2.2. JUSTIFICACIÓN

El fenómeno de corrosión para la tubería enterrada es un hecho debido a los
múltiples factores que sin duda alguna lo afectan, como es: el suelo, el pH, la
resistividad, composición, entre otros, que generan escenarios de alto riesgo para
los activos de industrias como la petrolera, donde se pueden generar catástrofes
ambientales por la inadecuada prevención de este, generando no solo perdidas
económicas sino desastres que afectan el ambiente de manera drástica.

Son precisamente estas pérdidas, las que se buscan disminuir en un porcentaje
significativo al aplicar las diferentes metodologías que ayudan a proteger y mitigar
los efectos de la corrosión. Una de ellas es la repotenciación de los Sistemas de
Protección Catódica, mediante el uso de tuberías abandonadas de transporte de
crudo o gas como ánodo de sacrificio, evaluando mediante este la adecuada
20

funcionalidad de estas como ánodos, y de esta manera observar sus ventajas para
su implementación como una opción viable a nivel técnica y económica en otras
estaciones de la operadora.

2.3. VIABILIDAD

El proyecto tiene un valor alto de desarrollo, debido a que no solo representara un
método de apoyo a los ya existentes para prevenir la corrosión en tuberías
enterradas, sino que permite dar un uso óptimo y de reciclo a los activos ya
retirados de uso de la compañía, generando un nuevo propósito para ellos. De
esta forma, no solo se busca prevenir el fenómeno sino que se busca aprovechar
los bienes inactivos, dando una respuesta a nivel ambiental y económico.

En otras palabras, el proyecto busca ser viable no solo porque se aprovechan
recursos con los que ya se cuentan, sino porque se busca seguir generando
procesos circulares comprometidos con el bienestar ambiental, y la adecuada
utilización de cada unode los materiales del mismo, al crear soluciones para sus
residuos, como esta.

CAPITULO III
MARCO TEORIO Y ESTADO DEL ARTE

Este capítulo tiene por objeto describir de manera clara y detallada los aspectos
conceptuales que involucran el estudio del fenómeno de la corrosión, su proceso,
efectos y mecanismos para su control y prevención, presentes en la tubería de
transporte de hidrocarburos y gasoductos. Todo ello buscando describir el
desarrollo de nuevas opciones para reforzar los sistemas actuales que previenen y
controlan el fenómeno evaluado en ello las posibilidades y viabilidad en la
reutilización de bienes obsoletos de la industria petrolera, como lo son las tuberías
abandonadas.

3. MARCO TEÓRICO

La industria de hidrocarburos es una de las más importantes en nuestro país
debido a su constante desarrollo e implementación en grandes zonas del territorio,
a través de una red de pozos y tuberías mediante la cual se extrae y transporta
para su refinamiento y, así dar continuidad a su ciclo de producción y distribución
para su uso en las diferentes industrias químicas, energéticas, textiles, entre otras.
Es precisamente esta estructura de tuberías y pozos, las que están expuestas a
una serie de efectos que se generan por el medio en el que se encuentran, ya sea
la intemperie o el suelo, y es llamado de manera usual corrosión.

Es este concepto el que buscaremos analizar a través de este capítulo, detallando
los conceptos básicos que se requieren para su comprensión, así como los
procesos de control, prevención y mitigación, evaluando opciones viables de
acuerdo con el contexto del trabajo que desarrollamos.

Imagen 1. Protección Catódica de una tubería de hierro.

Fuente: (FERREPRO, 2015)

3.1. CORROSIÓN

La corrosión es un término que se utiliza para describir el proceso de deterioro de
materiales metálicos (incluyendo tanto metales puros, como aleaciones de estos),
mediante reacciones químicas y electroquímicas (REVIE, y otros, 2008). Para el
caso del deterioro relacionado con otros tipos de materiales, como los polímeros y
cerámicos, se utiliza el término degradación.

Es una oxidación acelerada y continua que desgasta, deteriora e incluso puede
afectar la integridad física de objetos y estructuras. Esta degradación de los
materiales puede llegar a provocar interrupciones en los procesos de fabricación
de las empresas, reducción en la eficiencia de los procesos, contaminación
ambiental, pérdida de productos, mantenimientos muy costosos y la necesidad de
rediseñar equipos y procesos industriales. (Tecnologia industrial II, 2010)
23

Estos materiales metálicos son obtenidos a través del procesamiento de minerales
y menas, que constituyen su estado natural, induciéndolos a un estado de mayor
energía. El fenómeno de la corrosión ocurre debido a que, con el tiempo, dichos
materiales tratan de alcanzar su estado natural, el cual constituye un estado
energético de menor potencial, lo que les permite estabilizarse
termodinámicamente. (JAVAHERDASHTI, 2008).

Las tres razones principales de la importancia de la corrosión son: economía,
seguridad y conservación. Por lo tanto, los especialistas en corrosión, buscan
reducir el impacto económico de la corrosión, al reducir las pérdidas de materiales,
así como las pérdidas económicas asociadas, que resultan de la corrosión de
tuberías, tanques, componentes metálicos de máquinas, buques, puentes,
estructuras marinas, etc. Teniendo en cuenta que la corrosión puede comprometer
la seguridad del equipo operativo al causar fallas con consecuencias catastróficas,
por lo que la seguridad se vuelve un tema fundamental para las centrales
nucleares y la eliminación de desechos nucleares. La pérdida de metal por
corrosión es un desperdicio no solo del metal, sino también de la energía, el agua
y el esfuerzo humano utilizado para producir y fabricar las estructuras metálicas en
primer lugar. (REVIE, y otros, 2008)

Por lo tanto, la corrosión es la degradación de los metales y alecciones por
interacciones de tipo químico o electroquímico, con el medio ambiente que los
rodea. Mediante dichas interacciones los metales pasan a su forma más estable
como los óxidos o sales, liberando cierta cantidad de energía. (Urbáez, 2009)

Dicho proceso de degradación, trae consigo una serie efectos sobre distintos
aspectos fundamentales para las industrias, por su alto impacto a nivel económico
como ambiental, por lo tanto se hace necesario conocer con claridad el
mecanismo por el cual se produce este fenómeno y con ello evaluar la manera
adecuada de controlarlo y prevenirlo.
24

Imagen 2. Fenómeno de corrosión en una tubería de transporte.
Fuente: (Mackay, y otros, 2016)

3.2. MECANISMOS DE CORROSIÓN

La corrosión de un metal implica su oxidación y ésta puede producirse por
diferentes vías, pudiendo destacarse en general dos tipos de corrosión química y
electroquímica.
3.2.1. Corrosión Química

La corrosión química se observa durante la acción directa de diferentes sustancias
sobre los metales, sin que se produzcan o generen corrientes eléctricas. Puede
considerarse corrosión química a la acción directa de un ácido sobre un metal,
como ocurre con la producción de la siguiente reacción: (Hernandez, 2002)

( )
25

Ecuación 1. Corrosión química, acción directa de un ácido sobre un metal.
En este caso la oxidación del metal y la reducción del ácido se producen
prácticamente en el mismo punto, existiendo un contacto directo entre iones y
átomos.

Imagen 3. Reacciones de corrosión en la superficie del acero.
Fuente: (Vélez, 2009)
3.2.2. Corrosión Electroquímica

La corrosión electroquímica se establece cuando en una misma superficie
metálica ocurre una diferencia de potencial en zonas muy próximas entre sí, en
donde se establece una migración electrónica desde aquella en que se verifica el
potencial de oxidación más elevado, llamado área anódica hacia aquella donde se
verifica el potencial de reducción más bajo, llamado área catódica.
Existen cuatro elementos que hacen posible la ocurrencia de la corrosión: ánodo,
cátodo, electrolito y contacto metálico. (Henthorne, 1971)

 Ánodos

Son áreas en el metal donde ocurren reacciones anódicas o reacciones de
oxidación. Consiste en la pérdida de electrones de átomos metálicos
eléctricamente neutros para producir iones, estos pueden permanecer en la
solución o reaccionar para generar productos de corrosión insolubles. (Trethewey,
y otros, 1988) Los ánodos se encuentran presentes en el metal debido a
imperfecciones de superficies, inclusiones o impurezas, concentración de
esfuerzos y cambios de ambiente.

 Cátodos

Son áreas en el metal donde ocurren reacciones catódicas o reacciones de
reducción química, es decir, son aquellos que consumen electrones.

 Electrolito

Es toda aquella solución que permite la transferencia de cargas en formas de
iones entre el ánodo y el cátodo; por ejemplo, condensación de agua, agua de
producción, agua de lluvia, agua de mar, etc.

 Contacto metálico

Es el medio por el cual los electrones viajan del ánodo al cátodo. En el caso de un
metal, el contacto metálico es el metal mismo.
27

Imagen 4. Diagrama de corrosión electroquímica.
Fuente: (Catedu, 2018)
3.2.3. Corrosión en la Industria Petrolera

Ahora bien, la corrosión en las tuberías utilizadas en los pozos y el transporte de la
industria del petróleo y gas se debe principalmente a la presencia de Dióxido de
Carbono (CO2), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y la producción de agua en el fluido de
producción. (Lusk, y otros, 2008)

 Corrosión por presencia de CO2

El CO2 usualmente está presente en los fluidos producidos. Aunque este, no
puedepor sí sólo causar el modo catastrófico de falla por grietas asociado al H2S.
Sin embargo, su presencia en contacto con una fase acuosa puede resultar en
altas velocidades de corrosión donde la morfología de ataque suele ser altamente
localizada (corrosión mesa). (Kermani, y otros, 2003)

La corrosión del acero al carbono en ambientes con CO2 es un fenómeno muy
complejo y aún requiere futuras dilucidaciones. En general, el CO2 se disuelve en
agua para formar ácido carbónico (H2CO3), un ácido débil comparado con los
ácidos minerales ya que este no puede disociarse completamente.
Es evidente que las concentraciones de especies de CO2 disuelto en solución y el
transporte de masa del CO2 disuelto a la superficie metálica tiene una influencia
28

crítica en la reacción y subsiguiente velocidad de corrosión y que cada especie
disuelta presente en el medio puede contribuir a la reacción catódica. (Harrop, y
otros, 1988) Consecuentemente, hay una clara necesidad de caracterizar la
química de la solución con respecto a la disolución del CO2 donde la acidificación
resultante dependerá también de la composición del agua y de su capacidad
buffer. (Crolet, y otros, 1983)

La corrosión por CO2 ocurre principalmente en forma de corrosión general y en
tres tipos de corrosión localizada: picaduras (Ver Imagen 4), ataque mesa (Ver
Imagen 5) y corrosión localizada inducida por el flujo. (Kermani, y otros, 1997)

Imagen 5. Corrosión por picadura.
Fuente: (Jaspe, 2006)

Imagen 6. Corrosión ataque tipo Mesa.
Fuente: (Jaspe, 2006)
29

 Corrosión por presencia de H2S

El fenómeno de corrosión H2S en tuberías de producción de crudo, tiene lugar en
presencia de sulfuro de hidrógeno (H2S) y agua. (PDVSA, 2008) Aunque de una
forma más general se puede resumir la corrosión por sulfuro de hidrógeno como:

Ecuación 2. Corrosión en presencia de H2S.

Como producto de la reacción se obtiene Sulfuto de Hierro (FeS) con
desprendimiento de hidrógeno. (PDVSA, 2008)
La corrosión por H2S generalmente se presenta bajo las siguientes formas:
Película de FeS y Picaduras distribuidas al azar de forma cónica y bordes filosos,
de color negro o azul profundo. (Ver Imagen 6)

Imagen 7. Corrosión por H2S. (A) Generalizada y (B) por picaduras.
Fuente: (Guevara, 2010)

3.3. TIPOS DE CORROSIÓN

El termino corroer proviene del Latín corrodere que significa roer intensivamente y
se le puede agregar el significado adicional de comer o desgastar gradualmente.
La corrosión generalmente deja una rúbrica visible que es característica del
agente y el mecanismo que la produjo. Si bien no constituye una lista exclusiva, la
corrosión usualmente corresponde a una o más de las siguientes clases: general o
uniforme, localizada, galvánica, inducida por la erosión o por el flujo, corrosión por
30

grietas o fisuras, picaduras, bajo depósito, por cavitación, intergranular, fisuración
por tensocorrosión y fatiga por corrosión. (Ver Imagen 7) Otros tipos de corrosión
son la corrosión ambiental, la corrosión de tope de línea y la corrosión microbiana.
(Mackay, y otros, 2016)

La corrosión puede ser clasificada por su apariencia y por el agente causante.
Estos ochos tipos de corrosión cubren la mayor parte de los mecanismos de
corrosión observados en los metales.

Imagen 8. Clases generalizadas de corrosión.
Fuente: (Mackay, y otros, 2016)

3.3.1. Corrosión Uniforme

Es típica de los aceros de baja aleación y puede observarse a través de toda un
área expuesta. La evidencia inicial de la corrosión uniforme es la rugosidad de la
superficie. El espesor del metal se reduce a medida que la corrosión avanza y
tarde o temprano falla debido a la presión interna o las fuerzas externas. Dado que
este tipo de corrosión se vincula con la exposición de las superficies, puede
31

prevenirse mediante la protección adecuada de las mismas. (Mackay, y otros,
2016)

3.3.2. Corrosión Localizada

Se produce en determinados lugares, en vez de producirse a través de un área
generalizada, y es más peligrosa que algunos tipos de corrosión debido a su
naturaleza impredecible y el potencial para el desarrollo rápido. La corrosión
localizada, a la cual son susceptibles hasta las CRAs tales como los aceros
inoxidables, puede subdividirse en (Mackay, y otros, 2016):

 Por Picadura (Pitting)

Las picaduras son una forma de corrosión que se desarrolla en áreas muy
localizadas en la superficie del metal. Esto da como resultado el desarrollo de
cavidades o agujeros que van desde profundas cavidades de pequeños diámetros
a depresiones pequeñas (Urbáez, 2009).
Es una de las causas principales de fallas en los equipos petroleros, incluyendo
las tuberías de producción, de revestimiento, las varillas de bombeo y el equipo de
superficie.

 En resquicio o fisura

Este tipo de corrosión se produce en áreas restringidas, en las que el metal en la
grieta se vuelve anódico y el resto del metal actúa como cátodo. La grieta puede
formarse donde dos metales disímiles entran en contacto o puede ser creada por
las celdas micro galvánicas presentes en ciertas aleaciones de acero. (Mackay, y
otros, 2016)

 Galvánica

Tiene una alta velocidad de corrosión, y está asociada con el flujo de corriente que
ocurre entre metales en contacto, a través de un mismo ambiente (Urbáez, 2009).
El metal que posee la menor resistencia a la corrosión actúa como ánodo y el
metal más resistente actúa como cátodo. El ánodo se corroe con mayor
preferencia. Esta forma de corrosión se observa con frecuencia en las líneas de
conducción y en las plataformas marinas (Mackay, y otros, 2016).

La corriente eléctrica por la inmersión de distintos metales en un electrolito, en
este caso el suelo uniforme, viaja desde el ánodo recorriendo el electrolito hasta el
cátodo y retorna a través de un conductor externo, así la corrosión toma lugar en
la superficie del electrodo debido a que se presenta una descarga del ánodo al
electrolito lo que hace que se presente una pérdida del metal y que haya
presencia de corrosión. (Vila Casado, 1990)

 Intergranular

Se refiere a la corrosión selectiva en los límites de grano de un metal o aleación
sin ataque apreciable en los mismos granos o cristales. Los limites intergranulares
pueden volverse anódicos con referencia a la superficie catódica circundante,
debido habitualmente a la formación de carburos de cromo o nitruros. Las
impurezas del metal pueden incrementar el efecto, al igual que los precipitados
que se forman en el metal durante los tratamientos térmicos. (Mackay, y otros,
2016)

Como consecuencia de este fenómeno el material sufre una degradación, cuando
por ejemplo efectúa de manera inadecuada las soldaduras o cuando se produce
un exceso desde el punto térmico. La corrosión intergranular se inicia en la
superficie que está expuesta y se propaga penetrando hasta cubrir toda la
extensión de los granos al azar. También se presenta una difusión entre una zona
y otra generando una disminución de la resistencia a la corrosión llevando a un
33

fenómeno denominado sensibilización dejando expuesto el metal en ambientes
corrosivos. (Reyes, y otros, 2016)

 Corrosión bajo tensión

La corrosión se puede acelerar debido a los esfuerzos, ya sea el esfuerzo residual
interno del metal o algún esfuerzo aplicado desde el exterior.

 Por metales en solución

Los metales líquidos también pueden causar fallos por corrosión. Los más dañinos
son los metales líquidos que penetran en el metal a lo largo de los límites de grano
para causar fallos catastróficos.
 Erosión

Es la destrucción de un metal por la acción de la abrasión o la fricción causada por
el flujo de líquido o gas. Esta se produce cuando el flujo de fluidos remueve la
película de protecciónque se forma de manera natural o que ha sido aplicada
externamente. Debido a sus propiedades abrasivas, los sólidos suspendidos
aceleran el proceso. El daño puede manifestarse como ranuras en la tubería, que
se corresponden con la dirección del flujo. (Mackay, y otros, 2016)

 Cavitación

Se da por la formación de huecos transitorios o burbujas de vacío en una corriente
de líquido que pasa sobre una superficie. Esta tiene lugar cuando la presión
cambia rápidamente en los líquidos en circulación. Con el tiempo, la cavitación
puede producir la formación de picaduras profundas en áreas de flujo turbulento,
especialmente de los impulsores de las bombas. Los aceros con bajo contenido de
carbono son susceptibles; los aceros inoxidables son más resilientes. (Port, 1998)

 Por choque

Se presenta cuando el deterioro se acelera por la eliminación mecánica de los
productos de corrosión (como los óxidos).

 Por fatiga

Es una reducción por corrosión de la capacidad de un metal para soportar
esfuerzos cíclicos o repetidos.

 Corrosión Microbiológica

Es también llamada corrosión bacteriana y es provocada por la presencia de
microorganismos tales como bacterias, hongos y algas y sus actividades en la
superficie del material. La asociación de microorganismos conduce a la formación
de biopelículas, que son comunidades microbianas encastradas en o sobre una
superficie de asociación. (Madigan, y otros, 2014) Cuando existen biopelículas
presentes en los sistemas de producción, incluyendo el interior de las tuberías de
producción, los separadores de tipo hidrociclón y los separadores por acción de la
gravedad, los tanques de almacenamiento, las líneas de conducción y los
sistemas de inyección de agua, puede producirse la corrosión MIC.

Las biopelículas pueden entrampar iones y generar potenciales electroquímicos
localizados, análogos a una celda de corrosión galvánica, o pueden contribuir a la
corrosión al intervenir en la formación de productos de corrosión catódica y
conductiva sobre la superficie del metal. (Mackay, y otros, 2016)

Se origina con mayor probabilidad en presencia de microorganismos quimio
autótrofos, mediante procesos biológicos los organismos pueden producir un flujo
de electrones o modificar el medio ambiente local, entre las bacterias autótrofas
encontramos las Quimiolitótrofas los cuales obtienen su energía a partir de los
elementos no orgánicos, como la transformación de los compuestos reducidos de
35

azufre, hierro, magnesio, nitrógeno e hidrógeno y tampoco son fotosintéticas lo
que quiere decir que se pueden desarrollar en la oscuridad y las Sulfobacterias
metabolizan el azufre a partir de azufrados reducidos y los almacenan o pasan al
medio formando lodos o bien oxidan el azufre modificando considerablemente el
pH del medio produciendo una acción corrosiva importante. (Campos, y otros,
2004)

Imagen 9. Corrosión influenciada microbiológicamente o corrosión microbiológica generada por subproductos.

Fuente: (Mackay, y otros, 2016)
 Corrosión por hendidura (Crevice)

Esta corrosión localizada ocurre frecuentemente en volúmenes de solución
estancada en rendijas, grietas o hendiduras formadas entre superficies de metales
ensamblados y se manifiesta en forma de picaduras. Inicialmente las reacciones
de oxidación del metal y reducción del oxígeno ocurren uniformemente sobre toda
la superficie, incluyendo el interior de la rendija; este tipo de ataque se presenta
generalmente en un medio donde hay una concentración alta de cloruros. (Reyes,
y otros, 2016)
 Celda de concentración de oxígeno:

Es una celda electrolítica, en la que la fuerza impulsora que causa la corrosión es
la diferencia en el contenido del oxígeno en un punto comparado con otro.

3.3.3. Factores que afectan en la corrosión

Los principales factores que influyen en la velocidad de corrosión son:

 Temperatura

Es un aspecto que afecta directamente a la corrosión, ya que ésta tiende a
aumentar al elevar la temperatura. Esto se debe a que se afecta la solubilidad de
la sustancia más común que interviene en la corrosión, el aire. Con respecto a la
disminución de temperatura en lugares húmedos, la humedad se condensa y se
aloja en la superficie de los materiales acelerando la corrosión. Cuando el
porcentaje de humedad en el ambiente es mayor a 80% la reacción aumenta y se
acelera la corrosión, en el caso que se encuentre por debajo del 40% la velocidad
de la reacción disminuye. Esto es sustentado por la ecuación de Arrhenius, la cual
establece que la velocidad de reacción tiende aumentar con la temperatura como
se aprecia en la ecuación (UDLAP, 2007):

⁄

Ecuación 3. Arrhenius.

 Propiedades físicas del material y tratamiento

Cuando el material ha sido sometido a esfuerzos cíclicos de torsión, flexión,
compresión o la combinación de estos, es más susceptible a la corrosión. Sí la
estructura externa del material posee poros o grietas, es más susceptible a la
corrosión. (UDLAP, 2007) En la Imagen 9 se observa cómo se genera el proceso
debido a las propiedades físicas del material y a los agentes oxidantes, en este
caso, la humedad y el aire.

Imagen 10. Interacción de la humedad en una pieza.

Fuente: (UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2015)
38

 Aireación

Al presentarse un flujo continuo en el medio en el que se encuentra el metal, la
cantidad de oxígeno en el medio es constante lo que causa una reacción de
oxidación permanente. (UDLAP, 2007)

 Velocidad

Un aumento en la velocidad del movimiento relativo entre una solución corrosiva y
una superficie metálica tiende a acelerar la corrosión, ocasionando que las
sustancias oxidantes lleguen a la superficie. Todos los metales pueden ser usados
siempre que su velocidad de deterioro sea aceptablemente baja, ya que influye en
el costo-beneficio de algún proyecto y el bienestar de la sociedad frente a éste.
(UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2015)
 Agentes Oxidante

Los agentes oxidantes que aceleran la corrosión de algunos materiales pueden
retrasar la corrosión de otras, mediante la formación en sus superficies de óxidos
o capas de oxígeno absorbidos que los hacen más resistentes a los ataques
químicos. El ambiente influye directamente en el proceso, así es como
dependiendo del pH del ambiente se obtiene una corrosión más rápida y certera.
Por ejemplo al exponer un metal a un medio que es corrosivo con contaminantes
como es el caso del azufre, la reacción ocurre mucho más rápido que en medios
normales. Por lo general, las piezas se ven afectadas por agentes como: el aire y
humedad, agua, agua salada, vapor (H2O a una temperatura entre 200 a 400 ºC),
distintos gases como los CFC, NH3, ácidos orgánicos. (UDLAP, 2007)
(UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2015)
 Impurezas

Al exponer un metal a un medio corrosivo con contaminantes como el azufre alta
salinidad u otros, la reacción ocurre más fácilmente que en condiciones normales.
39

Las impurezas o contaminantes en el metal como el azufre en el acero, hacen más
susceptible al metal a corroerse. (UDLAP, 2007)

 Formación de películas y biopelículas

Las películas formadas por microorganismos (Biofilm) pueden tener tendencia a
absorber la humedad o retenerla, incrementando la corrosión resultante de la
exposición a la atmosférica o los vapores corrosivos. (UNIVERSIDAD
TECNOLÓGICA DE PEREIRA, 2015)

3.3.4. Comportamiento de la corrosión

 Aspectos Electroquímicos

Actualmente la teoría de la corrosión se basa en el concepto de la distribución de
áreas anódicas y catódicas en la superficie del metal, para comprender esto el
área de la electroquímica se fundamenta en la cinética del electrón, debido a que
el comportamiento del movimiento y su trasferencia es la causa dela corrosión.
Por medio de la oxido – reducción presente entre las sustancias en contacto, se le
conoce como oxidación a la perdida de uno o más electrones en un átomo o en
una molécula, que pasa a ser un ion positivo (como se muestra en la Ecuación 4 y
en la Ecuación 5 el hierro, por ejemplo, libera dos y tres electrones
respectivamente. Cuando un átomo o una molécula seden electrones, ocurre una
reacción de oxidación, reduciendo su carga negativa. (NACE International, 2002)

Ecuación 4. Reacción de oxidación Fe
+2
.

Ecuación 5. Reacción de oxidación Fe
+3
.

Imagen 11. Oxidación de un metal.
Fuente: (NACE International, 2002)

Como se muestra en la Imagen 11, se puede evidenciar que el ánodo o electrodo
es el sitio sobre el metal donde acurre la oxidación, se presenta un flujo de
electrones donde hace que se presente un desgaste como se muestra en el borde
que esta entre el ánodo y el electrolito.

Se presenta la reducción cuando hay ganancia de uno o más electrones por parte
de un átomo o molécula, donde pasa de una carga positiva a un ion con una carga
negativa o un elemento neutro, este fenómeno se muestra en la Imagen 12 y no
se presenta ningún desgaste en el borde del cátodo y el electrolito.

Donde se presenta la reducción se conoce como cátodo, allí es donde el átomo o
molécula ganan los electrones por medio de una reacción de reducción
aumentando su carga negativa, la Ecuación 6 presenta la reacción que se tiene
con el hidrógeno.

Ecuación 6. Reacción de reducción H
+
.

Imagen 12. Reducción de un metal.
Fuente: (NACE International, 2002)

Las ecuaciones de la 4 a la 6 representan la transferencia de electrones en las
reacciones tanto de oxidación como de reducción, donde las velocidades de
reacción son las mismas en términos de producción y consumo de electrones,
complementándose entre sí y no es posible que se presenten individualmente en
la forma de la corrosión.

 Aspectos Termodinámicos

Para establecer este aspecto es indispensable entender la termodinámica de la
reacción, debido a que eso permite predecir la espontaneidad y dirección de una
reacción; relacionando parámetros como la energía libre de Gibbs, la entalpía y la
entropía, en la ecuación 7.

Ecuación 7. Energía libre de Gibbs.

Es importante establecer que la tendencia a realizar la reacción se mide por la
variación de la energía libre de Gibbs, como se muestra en la ecuación 7. Cuando
el valor de ∆G es negativo, la tendencia a realizar la reacción es mayor, si el valor
42

de ∆G es positivo, bajo las condiciones particulares donde se encuentra el sistema
no se realizará en lo absoluto a no ser que se al sistema ingrese energía.

El cambio en la energía libre se calcula mediante la Ecuación 8 que hace
referencia a la ecuación Nernst (MONROY, y otros, 2001), para cada celda
electroquímica se relaciona con el potencial del electrodo y a su vez permite
construir el diagrama de Pourbaix.

Ecuación 8. Potencial del electrodo (Nernst).

Donde:
 : Potencial del electrodo.
 : Potencial estándar del electrodo.
 R: Constante de gases. (8.314 J/mol K).
 T: Temperatura absoluta.
 F: Constante de Faraday. (96500 C/mol).

Relacionando la variación de la energía libre de Gibbs negativa con el potencial
del electrodo que serían los resultados de operar la Ecuación 8 y la ecuación 9, se
puede establecer que para que la corrosión sea imposible o esté en una condición
de inmunidad, se debe cumplir que Ereducción < Eoxidación; en el caso contrario
Ereducción > Eoxidación el proceso de corrosión es posible. Todos los conceptos
tratados en las aplicaciones termodinámicas nombradas anteriormente, parten del
supuesto de un estado en equilibrio, lo que permite dar una guía del
comportamiento para determinar el fenómeno de la corrosión. (Vila Casado, 1990)

El diagrama de Pourbaix se simplifica generalmente delimitando las regiones de
estabilidad de las diferentes especies químicas, como se evidencia en el Imagen
12. La zona 1 hace referencia a la zona de corrosión donde el hierro se disuelve
43

en la solución y forman sales e hidróxidos solubles, esta es la más peligrosa. La
zona 2 de pasivación donde el hierro está protegido por una película de óxidos
que lo aísla del medio ambiente, esta es región inestable y la zona 3 de inmunidad
donde el hierro permanece en estado metálico y no puede corroerse.
(PANCORBO, 2011)

Imagen 13. Diagrama de Pourbaix del hierro.
Fuente: (PANCORBO, 2011)

3.4. PRINCIPIOS DE CORROSIÓN

La corrosión implica un proceso en el cual una carga eléctrica circula desde una
superficie metálica, un ánodo, hacia el electrolito y desde el electrolito hacia una
segunda superficie metálica, un cátodo.
3.4.1. Proceso de corrosión

Existen varias clases de corrosión; para la industria del petróleo y el gas, los tipos
más comunes son la exposición al dióxido de carbono [CO2, corrosión dulce], al
ácido sulfhídrico [H2S, corrosión ácida] y al oxigeno [O2], y la corrosión causada
por los microbios, aludida como corrosión influenciada microbiológicamente o
corrosión microbiológica (MIC). (Popoola, y otros, 2013)

Algunas formas de corrosión de los metales se relacionan con la estabilidad; por
ejemplo, la corrosión galvánica es un proceso electroquímico asociado con el
movimiento de los electrones entre áreas que poseen potenciales electroquímicos
diferentes (Mackay, y otros, 2016).

3.4.2. Fuerza Motriz

La fuerza motriz que causa que un metal se corroa es consecuencia de su
existencia natural en forma combinada. Para alcanzar el estado metálico se
requiere una cantidad de energía.

En la naturaleza, los metales se hallan en forma de varios compuestos químicos
conocidos como piritas. Una vez que la pirita se extrae en una mina, se extrae el
compuesto metálico de la pirita y se lo refina para conseguir un estado casi puro
del metal. Para transformar las piritas en metales útiles se emplean varios
procesos –mecánicos, químicos y eléctricos. Más allá del proceso utilizado, el
metal absorbe energía durante la transformación. La cantidad de energía
requerida por un metal durante el proceso de refinación determina el voltaje o
estado activo del metal. El voltaje es relativamente elevado para metales como el
magnesio, aluminio e hierro, y relativamente bajo para metales como cobre y
plata. Cuanto mayor sea la energía, más activo será el metal y más tendencia
tendrá a corroerse.

Se muestra a continuación el ciclo típico del hierro. La pirita de hierro más común,
la hematita, es un óxido de hierro (Fe2O3). El producto de corrosión más común
45

del hierro, el óxido, tiene la misma composición química. La energía requerida
para convertir una pirita de hierro en hierro metálico es “devuelta” cuando el hierro
se corroe y forma el óxido. (NACE Intenational, 2008)

Imagen 14. Proceso de refinación del acero.
Fuente: (NACE Intenational, 2008)
La Imagen13 muestra los procesos de refinación y corrosión para el hierro y el
acero. El hierro se halla siempre en estado oxidado. Se extrae de la tierra en
forma de pirita. Se usa energía para convertir este óxido de hierro en hierro y
acero. Se lo carga en un alto horno en el que la energía calórica elimina el
oxígeno, dejando atrás el hierro elemental. Luego se lo alea con otros materiales y
se lo carga en un horno de Bessemer. Finalmente, se lo lamina para formar tubos,
refuerzos para concreto (rebar) o formas estructurales. Cuando el hierro entra en
contacto con un electrolito, como la tierra o el hormigón, tiene lugar la corrosión.
En el proceso de corrosión se pierde energía y el hierro se combina con el oxígeno
46

para formar óxido dehierro. Este producto de corrosión, el óxido, es idéntico al
óxido de hierro extraído de la tierra. El hierro se considera termodinámicamente
inestable; en el medio apropiado, el hierro se corroerá fácilmente para volver a un
estado de menor energía, como el óxido. (NACE Intenational, 2008)
 Voltaje

El voltaje es la medida de la diferencia electroquímica entre dos electrodos que
comparten un electrolito. Un metal inmerso en un electrolito se corroerá y
manifestará lo que se conoce como potencial de electrodo. El potencial de
electrodo representa el trabajo reversible necesario para mover una unidad de
carga desde la superficie del electrodo a través de la solución hasta el electrodo
de referencia. Equivale a la diferencia de potencial entre dos puntos en donde 1
coulomb de electricidad realizará 1 joule de trabajo al moverse desde un punto al
otro. El potencial de electrodo se mide en relación a una celda de referencia
standard (NACE Intenational, 2008).

3.4.3. Celda electroquímica

La celda de corrosión describe esquemáticamente la corrosión oxidante, que es
análoga a una bacteria en la cual dos metales disímiles son conectados por un
electrolito (Stansbury, y otros, 2000). Un metal que posee un índice de corrosión
más alto – más inestable – representa la parte negativa de la celda y actúa como
ánodo; un segundo metal que posee un índice de corrosión más bajo – más
estable – actúa como la parte positiva de la celda; es decir, el cátodo (Brondel, y
otros, 1994).

La mayoría de procesos de corrosión involucran reacciones de reducción-
oxidación (reacciones electroquímicas), donde para que se desarrollen estos
procesos, es necesaria la existencia de tres constituyentes: (1) unos electrodos
(un ánodo y un cátodo), (2) un electrolito, como medio conductor, que en la
mayoría de casos corresponde de una solución acuosa, y (3) una conexión
47

eléctrica entre los electrodos. (ECCA, 2011) La figura 1 muestra de forma
representativa un esquema de estos elementos, formando lo que se conoce como
una celda electroquímica. Las ecuaciones de las reacciones que ocurren en los
electrodos son las siguientes:
 En el ánodo:
( )

Ecuación 9. Reacción de oxidación, en el ánodo.
 En el cátodo:
( )

Ecuación 10. Reacción de reducción, en el cátodo.

Imagen 15. Representación de una celda electroquímica.
Fuente: (JIMÉNEZ, 2015)

Como se observa en las ecuaciones, el ánodo cede electrones al sistema cuando
reacciona, aumentando su número de oxidación, cambiando de su estado metálico
base a cationes que se disuelven en el electrolito, siendo este el material que se
48

sufre el fenómeno de corrosión; mientras que, en el cátodo, los aniones metálicos
absorben electrones, disminuyendo su número de oxidación, por lo que cambian a
su estado base (JIMÉNEZ, 2015).

3.4.4. Potencial Electroquímico

El potencial electroquímico define la susceptibilidad o la resistencia de un material
metálico a la corrosión, cuyo valor varia en dependencia de la composición del
electrolito. Cuanto más positivo sea el valor de dicho potencial, más noble
(resistente) es el material. Mientras que en el caso contrario, cuanto más negativo
sea este, más reactivo es el material a la corrosión. La serie galvánica consiste es
una tabla donde se ubican diferentes tipos de materiales respecto al potencial
electroquímico de estos.

Imagen 16. Serie galvánica para algunos metales y aleación comunes.

Fuente: (ECCA, 2011)

Los productos que se forman a partir del proceso de corrosión, sobre la superficie
del material, pueden afectar de manera negativa o positiva, las propiedades del
material, dependiendo de su naturaleza y las condiciones que lo rodean. Para el
caso del hierro (y otros metales), el producto que se forma se conoce como
herrumbre, y tiene una menor densidad que el metal base, lo que provoca que
49

este se desprenda de la superficie, facilitando que la corrosión continúe
ocurriendo, consumiendo el material. Por otro lado, para otros tipos de metales,
como el aluminio, el níquel o el cromo, los productos de la corrosión tienen una
mayor densidad que el material base, formando un capa sólida y estable sobre la
superficie de este, evitando que la corrosión se extienda, protegiendo al material.
Este proceso se conoce como pasivación, fenómeno que brinda la denominación
de inoxidable a un material como, por ejemplo, los aceros inoxidables. (REVIE,
2011), (SCHWEITZER, 2009).

3.4.5. Ánodos y Cátodos

Para la notación de los dos electrodos en una celda electroquímica (galvánica
o electrolítica) son válidas las siguientes definiciones generales: El ánodo es
el electrodo en el cual, o a través del cual, la corriente positiva pasa hacia el
electrolito. El cátodo es el electrodo en el cual entra la corriente positiva
proveniente del electrolito. (ÁVILA, y otros, 1995)

Generalmente, se toman como válidas las siguientes reglas:

1) La reacción anódica es una oxidación y la reacción catódica una reducción.

2) Los aniones (iones negativos) migran hacia el ánodo y los cationes (iones
positivos) hacia el cátodo. Hay que hacer notar que particularmente en una
celda galvánica, por ejemplo en una pila seca (Imagen 16), la corriente
positiva fluye del polo (+) al (-) en el circuito externo, mientras que dentro de la
celda, la corriente positiva fluye del (-) al (+)

Imagen 17. Dirección de la corriente positiva en una pila seca.

Fuente: (ECCA, 2011)

3.4.6. Celda de Corrosión

La corrosión es un proceso electroquímico relacionado con el flujo de electrones y
iones. La pérdida de metal (corrosión) ocurre en el ánodo. En el cátodo no se
pierde metal (el cátodo está protegido).

La corrosión electroquímica se relaciona con la transferencia de electrones a
través de las interfaces metal/electrolito. La corrosión tiene lugar dentro de una
celda (o pila) de corrosión, que consiste en cuatro partes, como se ilustra en la
Imagen 17.

 Ánodo
 Cátodo
 Electrolito
 Paso (o Camino) Metálico

Imagen 18. Celda de Corrosión Básica.

Fuente: (NACE International, 2002)

 Reacciones Anódicas

La reacción química en el ánodo, la reacción anódica, es una reacción de
oxidación. La corrosión es el resultado de la reacción de oxidación en la celda de
corrosión. La oxidación es la pérdida de electrones como se muestra en la
siguiente reacción (NACE International, 2000):

Donde n es el número de electrones:

 Reacciones Catódicas

La reacción química que tiene lugar en el cátodo, la reacción catódica, es una
reacción de reducción. La reducción es la ganancia de electrones. La reacción
catódica que efectivamente tiene lugar depende del electrolito. Las que se
52

describen a continuación son dos de las reacciones de reducción más comunes
que ocurren sobre la superficie del cátodo. (NACE International, 2000)

Reducción de Oxígeno -más común en medios neutros.

Reducción de Ion Hidrógeno –más común en medios ácidos.

En el cátodo de una pila de corrosión, nunca hay corrosión.

 Celdas Localizadas

Las celdas localizadas son ánodos y cátodos cercanos sobre una misma
estructura. Ver Imagen 18. (NACE International, 2002)

Imagen 19. Típicas Celdas de Corrosión Localizadas sobre una Estructura.

Fuente: (NACE International, 2002)

 Circuito Externo

El circuito externo lo forman las partes de un circuito electroquímico en las que el
movimiento de cargas es electrónico; es decir, concierne al movimiento de
electrones.

La corriente eléctrica producida por oxidación y reducción circula a través del
camino electrónico como movimiento de electrones.