Calculadora de protección catódica: corriente y vida de ánodos

Esta calculadora de protección catódica estima cuánta corriente necesita una estructura de acero enterrada o sumergida y cuánto duran unos ánodos galvánicos. La corriente es el área de acero desnudo, que es el área de la superficie por el deterioro del recubrimiento, multiplicada por una densidad de corriente para acero desnudo en ese suelo o agua. Para una milla de tubo de 6 pulg con un buen recubrimiento que deja 2 % de la superficie desnuda, a 3 mA/pie², son unos 0.55 A, y catorce ánodos de magnesio de 17 lb duran unos 21 años con esa corriente. Cada valor es un punto de partida típico que puede reemplazar con datos de prueba.

Cómo usar la calculadora

Ingrese el diámetro exterior y la longitud del tubo, o el área de la superficie de un tanque u otra estructura. Elija el suelo o el agua: el campo de densidad de corriente se llena con el valor alto del rango publicado, y puede escribir su propio valor. Ingrese el deterioro del recubrimiento, la parte de la superficie que queda desnuda. Después elija el material del ánodo, la masa neta por ánodo, el número de ánodos y la vida útil de diseño. Si midió la salida de los ánodos, elija “Salida medida de los ánodos” para estimar su vida con ella. El formulario funciona en unidades de EE. UU. o métricas.

Cómo calcular la corriente de protección catódica

1. Calcule el área de la superficie. Para un tubo, π × diámetro exterior × longitud. Para un tanque, el fondo y la envolvente en contacto con el suelo o el agua.
2. Calcule el área desnuda. Multiplique por el deterioro del recubrimiento: 2 % desnudo es una eficiencia del recubrimiento de 98 %. Use 10 % o más para un recubrimiento viejo o dañado.
3. Elija una densidad de corriente para acero desnudo en ese medio, de una prueba de requerimiento de corriente cuando sea posible.
4. Multiplique el área desnuda por la densidad de corriente para obtener la corriente.
5. Revise los ánodos. Vida de los ánodos en años = masa de los ánodos × capacidad práctica × factor de utilización ÷ (corriente × 8,760 horas).

Ejemplo resuelto

Una milla (5,280 pies, 1.6 km) de tubo de acero de 6 pulg, 6.625 pulg (168.28 mm) de diámetro exterior, con un buen recubrimiento 2 % desnudo, en suelo neutro bien aireado:

• Superficie: π × 6.625 ÷ 12 × 5,280 = 9,157.7 pies² (850.8 m²).
• Área desnuda: 9,157.7 × 0.02 = 183.15 pies² (17.02 m²).
• Corriente a 3 mA/pie²: 183.15 × 3 = 549.5 mA, o sea 0.5495 A.
• Ánodos: magnesio a 500 A·h/lb (eficiencia de 50 %) con factor de utilización de 0.85. Para 20 años: 0.5495 × 20 × 8,760 ÷ (500 × 0.85) = 226.5 lb (102.7 kg), o sea catorce ánodos de 17 lb (238 lb, 108 kg). Su vida con 0.5495 A es 238 × 500 × 0.85 ÷ (0.5495 × 8,760) = 21.0 años.

Elija el inicio rápido “Ducto recubierto, 1.6 km” en la calculadora de arriba para ver cada paso.

Valores típicos y de dónde vienen

• Densidad de corriente para acero desnudo: 0.4 a 1.5 mA/pie² en suelo neutro, 2 a 3 en suelo neutro bien aireado, 1 a 6 en suelo húmedo, 3 a 15 en suelo muy ácido, 6 a 42 en suelo con bacterias reductoras de sulfato, 3 a 25 en suelo caliente, 1 a 6 en agua dulce estancada, 5 a 15 en agua dulce en movimiento con oxígeno disuelto y 3 a 10 en agua de mar (Air Force Manual AFM 88-9, como aparece en el manual TM 5-811-7 del Ejército de EE. UU.; 1 mA/pie² son 10.76 mA/m²). Al elegir un medio, la calculadora usa el valor alto de su rango.
• Deterioro del recubrimiento: ningún valor sirve para todos los recubrimientos. La calculadora empieza en 2 % desnudo, lo que supone un buen recubrimiento moderno como FBE o polietileno extruido; uno bien aplicado puede quedar muy por debajo de 1 % desnudo durante años. Los recubrimientos viejos o dañados pueden llegar a 10 % o más, y los ejemplos de diseño del TM 5-811-7 usan eficiencias del recubrimiento de 80 a 90 %, es decir, de 10 a 20 % desnudo.
• Ánodos de magnesio: 2,200 A·h/kg (1,000 A·h/lb) en teoría y una eficiencia de alrededor de 50 % en servicio, o sea unos 1,100 A·h/kg (500 A·h/lb), u 8 kg (17.5 lb) por ampere-año.
• Ánodos de zinc: 820 A·h/kg (372 A·h/lb) en teoría y una eficiencia de alrededor de 90 %, o sea unos 740 A·h/kg (335 A·h/lb), o 11.8 kg (26 lb) por ampere-año.
• Ánodos de aluminio-zinc-indio, solo en agua de mar o salobre: 2,000 A·h/kg, el valor de diseño de DNV-RP-B401 para agua de mar. La calculadora no los acepta en suelo.
• Factor de utilización: 0.85 es común para ánodos empacados; el valor correcto depende de la forma y del núcleo del ánodo.

Lo que la calculadora no revisa

No revisa si los ánodos pueden entregar la corriente. La salida de un ánodo galvánico depende de la resistividad del suelo, del tamaño del ánodo y del potencial impulsor entre el ánodo y el acero protegido. Tampoco muestra cómo se reparte la corriente a lo largo de un tubo largo, la interferencia con otras estructuras ni si la estructura cumple los criterios de protección de AMPP (NACE) SP0169, que solo las mediciones pueden confirmar. Usa un solo deterioro del recubrimiento, el valor al final de la vida de diseño, tanto para la corriente como para la masa de ánodos, lo cual es conservador para la masa. Con una salida medida, el número de ánodos supone que la salida total se mantiene en ese valor; por lo general, más ánodos entregan más corriente.

Preguntas frecuentes

¿Cuántos ánodos de magnesio necesito?

Divida la masa de ánodos necesaria para la vida de diseño entre la masa de un ánodo. La masa es corriente × años × 8,760 ÷ (capacidad × factor de utilización). Con 0.5 A durante 20 años y magnesio, son unas 206 lb (94 kg), o sea trece ánodos de 17 lb. Después revise que los ánodos puedan entregar esa corriente en su suelo.

¿Magnesio o zinc?

El magnesio tiene un potencial de circuito abierto de alrededor de −1.55 a −1.75 V respecto a un electrodo de cobre-sulfato de cobre, con un potencial impulsor de unos 0.7 a 0.9 V contra acero protegido a −0.85 V, así que conviene en suelos de resistividad más alta. El zinc, de alrededor de −1.1 V, tiene unos 0.25 V de potencial impulsor; se usa en suelos de baja resistividad y en agua de mar, donde su alta eficiencia de corriente rinde. Arriba de unos 49 °C (120 °F) el zinc se puede pasivar.

¿Qué densidad de corriente debo usar?

Lo mejor es una prueba de requerimiento de corriente en la propia estructura: aplique una corriente temporal y mida el cambio de potencial. Sin ella, use el rango publicado para el medio, y el valor alto para un diseño que tenga que funcionar en la temporada más húmeda o más corrosiva.

¿20 años es una vida de diseño típica?

Diseñamos los sistemas galvánicos para 20 años y los de corriente impresa para 30 años, a menos que el propietario especifique otra cosa.

Cuándo contratar a un ingeniero

Un diseño de protección catódica parte de la resistividad del suelo, el estado del recubrimiento y una prueba de requerimiento de corriente, y se confirma con un estudio de puesta en marcha. Dreiym diseña, instala, prueba y pone en marcha sistemas galvánicos y por corriente impresa, con sello de PE cuando se requiera. Nuestro equipo de corrosión incluye a Stepan V. Eero, P.E., Especialista en Protección Catódica CP4 de AMPP (antes NACE). Herramienta relacionada: la tabla de corrosión galvánica. Vea nuestros servicios de diseño de protección catódica, análisis de la corrosividad del suelo y estudios de potencial de protección catódica que ofrecemos, o póngase en contacto con nosotros para recibir una cotización gratuita. Normalmente respondemos en un día hábil.