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CONTENIDO
RESUMEN
Pág
INTRODUCCION……………………………………………………………………. 1
1. MARCO REFERENCIAL……………………………………………………….. 3
1.1 TIPOS DE SIMULADORES DE CORROSIÓN…………………………… 3
1.1.1 El electrodo de disco rotatorio (RDE)…………………………………………... 3
1.1.2 Circuito hidrodinámico. ………………………………………………………… 4
1.1.3 El electrodo de cilindro rotatorio (RCE)………………………………………... 5
1.2 CORRIENTES DE DIFUSIÓN Y VELOCIDADES DE CORROSIÓN OBTENIDOS POR DIFERENTES AUTORES. ……………………………………..
5
1.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSIÓN POR CO2 Y PUEDEN ALTERAR LAS MEDIDAS…………………………………………………………...
5
1.3.1 Velocidades de flujo. …………………………………………………………… 6
1.3.2 Presión parcial del CO2......................................................................................... 7
1.3.3 La actividad del CO2. ………………………………………………………….. 8
1.3.4 Temperatura……………………………………………………………………... 8
1.3.5 Potencial de hidrógeno, pH……………………………………………………... 8
1.4 GENERALIDADES DE LAS BOMBA ………………………………………… 9
1.4.1 Clasificación de las bombas…………………………………………………….. 9
1.4.1.1 Bombas Centrifugas…………………………………………………………... 9
1.4.1.3 Bombas Rotatorias o de desplazamiento positivo…………………………….. 9
2
1.4.1.2. Bombas Reciprocantes……………………………………………………….. 10
1.5 TIPOS DE FLUJOS………………………………………………………………. 10
1.5.1 El flujo laminar………………………………………………………………….. 10
1.5.2 El flujo turbulento………………………………………………………………. 11
1.6 PATRONES DE FLUJO EN TUBERIAS………………………………………. 11
1.7 ECUACIÓN DE CONTINUIDAD……………………………………………… 13
1.7.1 Principio de conservación de la materia………………………………………… 13
1.8 VELOCIDAD DE CORROSIÓN POR GRAVIMETRIA ……………………….. 13
2.0 RESULTADOS Y DISEÑO DEL LOOP………………………………………… 15
2.1 PRIMERA ETAPA: CELDA (PRUEBAS GRAVIMÉTRICAS)……………………….... 16
2.1.1 Cupón…………………………………………………………………………… 16
2.1.2 Porta cupón. …………………………………………………………………….. 17
2.1.3 Sistema de presión mecánico……………………………………………………. 17
2.2 SEGUNDA ETAPA: CELDA (PUEBAS POTENCIODINÁMICAS)...………… 17
2.2.1 Porta electrodo…………………………………………………………………... 18
2.2.2 Electrodo de trabajo…………………………………………………………….. 18
2.2.3 Contra electrodo………………………………………………………………… 18
2.2.4 Electrodo de referencia………………………………………………………….. 18
2.2.5 Termómetro……………………………………………………………………... 19
2.2.6 Cables de conexión……………………………………………………………… 19
2.3 TUBERÍA………………………………………………………………………… 19
2.3.1 Resistencia a la temperatura…………………………………………………….. 20
3
2.3.2 Resistencia a la presión…………………………………………………………. 20
2.3.3 Diámetro………………………………………………………………………… 20
2.4 TERMOSTATO…………………………………………………………………... 20
2.4.1 Termopar………………………………………………………………………... 21
2.4.1.1 Características…………………………………………………………………. 21
2.4.3 Resistencia………………………………………………………………………. 21
2.5 TANQUE DE ALMACENAMIENTO………………………………………….. 22
2.5.1 Entrada y distribución del co2…………………………………………………… 22
2.5.2 Entrada e inmersión de la resistencia…………………………………………… 22
2.5.3 Alimentación del circuito……………………………………………………….. 22
2.5.4 Nivel…………………………………………………………………………….. 22
2.5 BOMBA DE PROPULSIÓN…………………………………………………….. 23
2.5.1 Cálculo de la potencia de la bomba……………………………………………... 23
3. CIRCUITOS DE RECIRCULACION…………………………………………….. 25
3.1 CIRCUITO DE HOMOGENIZACIÓN………………………………………….. 25
3.2 CIRCUITO PARA PRUEBA GRAVIMÉTRICA……………………………….. 26
3.2.1. Prueba dinámica………………………………………………………………... 26
3.2.2. Prueba estática………………………………………………………………….. 27
3.3 CIRCUITO PRUEBAS POTENCIODINÁMICAS………………………………. 27
3.3.1 Prueba dinámica………………………………………………………………… 28
3.3.2 Prueba estática…………………………………………………………………... 28
3.4 PRUEBAS MIXTAS…………………………………………………………… 28
4
3.4.1 Pruebas gravimétrica estática y potenciostática………………………………… 28
3.4.2 Pruebas gravimétrica estática y potenciodinámica……………………………… 29
3.4.3 Pruebas gravimétrica dinámica y potenciostática……………………………….. 29
3.4.4 Pruebas gravimétrica dinámica y potenciodinámica……………………………. 29
4. MONTAJE TOTAL DEL CIRCUITO HIDRODINÁMICO………………………. 30
4.1 COMPRA DE EQUIPOS, ACCESORIOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA... 31
4.1 Equipos…………………………………………………………………………… 31
4.1.1.1 Potenciostato – Galvanostato. ………………………………………………… 31
4.1.2 Computador…………………………………………………………………….. 31
4.1.3 Bomba…………………………………………………………………………… 32
4.2 Accesorios………..……………………………………………………………...... 33
4.1.2.1 Tubería y codos, uniones, T………………………………………………….. 33
4.2.2 Tanque. ………………………………………………………………………… 33
4.2.3 Válvulas…………………………………………………………………………. 34
4.2.4 Celdas…………………………………………………………………………… 34
4.2.5 Electrodos ………………………………………………………………………. 36
4.2.6 Cable conector…………………………………………………………………... 37
4.2.7 Cilindro de CO2…………………………………………………………………. 37
4.2.8 Manguera………………………………………………………………………... 37
4.3 Instrumentos de medida. ………………………………………………………… 38
4.3.1 Termómetro análogo……………………………………………………………. 38
4.3.2 Termostato………………………………………………………………………. 39
5
4.3.3 Electrodo de referencia………………………………………………………….. 39
4.3.4 Rotámetro……………………………………………………………………….. 40
3.5 Nivel de mirilla……………………………………………………………………. 40
4.4 MONTAJE DEL CIRCUITO TOTAL……………………………………………. 41
1. OPTIMIZACION DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN ………………… 42
5.1 TOMA DE DATOS………………………………………………………………... 42
5.1.1 Estabilización del potencial……………………………………………………... 42
5.1.2 Calibración con la celda Dummy………………………………………………... 44
5.2 INSTRUMENTOS DE MEDIDA………………………………………………… 44
5.2.1 Celda de pruebas gravimétricas…………………………………………………. 44
5.2.2 Termostato………………………………………………………………………. 45
5.2.3 Rotámetro……………………………………………………………………….. 45
5.3 ACCESORIOS……………………………………………………………………. 45
5.3.1 Distribución de termocupla y del CO2………………………………………….. 45
5.3.2 Cable de transmisión de datos………………………………………………….. 46
5.3.3 Soportes………………………………………………………………………... 46
6. DISEÑO EXPERIMENTAL Y REALIZACIÓN DE PRUEBAS DE SIMULACIÓN EN LABORATORIO………………………………………………...
47
6.1 DISEÑO DE FACILIDADES …………………………………………………… 47
6.2 PREPARACION DE PROBETAS Y ELECTROLITO…………………………… 48
6.2.1 Prueba gravimétrica…………………………………………………………….. 48
6.2.2 Prueba potenciodinámica……………………………………………………….. 48
6.2 MATERIALES UTILIZADOS…………………………………………………. 50
6
7. DATOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS…………………………………… 51
7.1 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES DE CORROSIÓN MEDIANTE PRUEBA GRAVIMÉTRICA. …………………………………………………………
51
7.2 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES DE CORROSIÓN MEDIANTEPRUEBAS POTENCIODINÁMICAS…..……………………………………………..
54
7.2.1 Resistencia a la polarización lineal (RPL)………………………………………. 54
7.2.2 Técnica de tafel. ………………………………………………………………… 55
CONCLUSIONES…………………………………………………………………….. 57
RECOMENDACIONES………………………………………………………………. 58
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Representación esquemática de un cilindro rotatorio…………………….. 4
Figura 2. Relación entre la velocidad de fluido con la velocidad de corrosión….….. 7
Figura 3. Esquema de flujo laminar…………………………………………………. 10
Figura 4. Esquema de flujo turbulento……………………………………………… 11
Figura 5. Patrones de flujo más comunes en dos fases liquida/gaseosa en tuberías 12
7
Horizontales ………………………………………………………………………
Figura 6. Representación esquemática de la metodología utilizada para la
contrición del Loop…………………………………………………………………...
15
Figura 7: Representación esquemática del diseño del LOOP. ……………………………… 16
Figura 8. Representación esquemática de la celda pruebas gravimétricas (AutoCad) 17
Figura 9. Representación esquemática de celda pruebas potenciostáticas (AutoCad) 19
Figura 10. Respuesta para diferentes tipos de termopares………………………….. 21
Figura 11. Representación esquemática: tanque de almacenamiento y accesorios
(AutoCad)…………………………………………………………………………….
23
Figura 12. Representación esquemática de los circuitos de recirculación………….. 25
Figura 13. Representación esquemática: de circuito de homogenización (AutoCad). 26
Figura 14. Representación esquemática: circuitos de recirculación de pruebas
gravimétricas (AutoCad)……………………………………………………………...
27
Figura 15. Representación esquemática: circuitos de recirculación de pruebas
potenciodinámicas (AutoCad)………………………………………………………..
28
Figura 16. Representación esquemática: circuitos de recirculación mixtos
(AutoCad)…………………………………………………………………………….
29
Figura 17. Representación esquemática: montaje del circuito hidrodinámico…….... 30
Figura 18. Potenciostato – Galvanostato……………………………………………. 31
Figura 19. Computadora y software de análisis de datos labVIEW………………… 32
Figura 20, bomba rotodinámica centrifuga………………………………………….. 33
Figura 21. Tanque y sus accesorios…………………………………………………. 34
Figura 22. Celda y porta cupón de las pruebas gravimétricas………………………. 35
Figura 23. Celda y porta cupón de las pruebas gravimétricas………………………. 36
Figura 24 Electrodo de trabajo……………………………………………………… 36
Figura 25. Montaje del contra electrodo (grafito)…………………………………... 37
Figura 26. Montaje y disposición del CO2 y su medio de transporte……………….. 38
Figura 27. Termómetro análogo…………………………………………………….. 38
Figura 28. Termostato y termocupla………………………………………………… 39
Figura 29. Montaje del electrodo de referencia Ag/AgCl…………………………... 40
8
Figura 30. Rotámetro………………………………………………………………... 40
Figura 31. Montaje total del circuito……………………………………………….. 41
Figura 32. Representación esquemática de la optimización de condiciones de
operación……………………………………………………………………………...
42
Figura 33. Prueba de potenciometría. ………………………………………………. 43
Figura 34. Celda Dummy…………………………………………………………… 44
Figura 35. Tipos comunes de porta cupón. ………………………………………… 45
Figura 36. Tanque vista interior. …………………………………………………… 46
Figura 37. Representación esquemática del diseño de facilidades…………………. 47
Figura 38. cupón gravimetrico………………………………………………………. 48
Figura 39. superfie de contacto del electrodo de trabajo……………………………. 49
Figura 40. Resultado del cupón gravimetrico utilizado para la técnica de perdida de
peso, con salmuera al 3%.. …………………………………………………………...
52
Figura 41. Resultado del cupón gravimetrico utilizado para la técnica de perdida 53
de peso, con salmuera al 3% y aceite de linaza………………………………………
Figura 42. Representación del cálculo de la resistencia a la Polarización………….. 52
Figura 43. Representación del cálculo de las pendientes de TAFEL……………….. 55
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Composicion química en (% en peso) del acero AISI-SAE 1020, para el cupón gravimétrico y el electrodo de trabajo……………………………………….. 50
Tabla 2. Caracterizacion de la solución de trabajo……………………………………. 51
Tabla 3. Velocidad de corrosión por gravimetría……………………………………... 53
Tabla 4. Cálculo de las Pendientes de TAFEL de un Acero AISI-SAE 1020 en presencia de la Mezcla Salmuera/CO2 a 60ºC (+/-1ºC)……………………………….. 56
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LISTA ESPECIAL DE ANEXOS
Pág.
ANEXO 1. CORRIENTES CATÓDICAS LIMITANTES, DE CORROSIÓN, DEDIFUSIÓN Y VELOCIDADES DE CORROSIÓN OBTENIDOS POR DIFERENTES AUTORES………………………………………………………………. 59
ANEXO 2. DISEÑO DE LA CELDAD DE PRUEBAS GRAVIMÉTRICAS CON SUS REPECTIVAS COTAS EN LAS TRES VISTAS PRINCIPALES……………………….60
ANEXO 3. DISEÑO DE LA CELDA DE PRUEVAS POTENCIODINÁMICAS CON SUS RESPECTIVAS COTAS EN LAS TRES VISTAS PRINCIPALES………………...61
ANEXO 4. DISEÑO DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTOCON SUS RESPECTIVAS COTAS EN LAS TRES VISTAS PRINCIPALES……….. …………... 62
ANEXO 5. DISEÑO TOTAL DEL CIRCUITO HIDRODINAMICO………………….. 63
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RESUMEN
Un problema difícil de predecir en las pantas petroquímicas es la corrosión por CO2,producida generalmente en los sistemas de de producción y transporte de crudo. Por tal motivo surge la necesidad de crear un circuito hidrodinámico, que permita simular condiciones reales de los oleoductos, en una forma sencilla que permita solucionar problemas tan complicados como la corrosión por CO2 en la industria petrolera, evaluando el fenómeno de este tipo de corrosión en condiciones cercanas a las servicio. Adicionalmente, sirviendo como herramienta para futuras investigaciones que aporten a la solución de diversos problemas que hoy en día afectan los oleoductos como causa de la de corrosión. De igual manera hacer que la universidad sea líder en la búsqueda de soluciones para problemas de esta rama.
Para el estudio de los mecanismos de la corrosión por CO2 se creo el Loop, el cual realiza una reproducción de un proceso de almacenamiento y transporte de hidrocarburos, para la realización de pruebas de medición de las ratas de corrosión mediante técnicas potenciodinámicas y gravimétricas, con la posibilidad de modificar cualquier variable dentro del circuito, permitiendo una gran variedad de estudios sobre diversos fenómenos de corrosión.
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Para la optimización de las condiciones de operación, se realizaran pruebas potenciodinámicas junto con las técnicas de LPR, TAFEL y prueba gravimétrica con una muestra de composición similar que permita dar un dictamen del tipo y el grado de corrosión que presentara el circuito hidrodinámico para ciertos parámetros establecidos.
PALABRAS CLAVES: Loop, corrosión por CO2, velocidad de corrosión.
ABSTRACT
A difficult problem to predict in the petrochemical industries is the CO2 corrosion that generally is produced in the production systems and transportation of oil. For this reason the necessity of creating an hydrodynamic circuit take importance. It must be able to simulate real conditions of the pipelines in a simple way in order to solve difficult problems like the corrosion for CO2 in oil industry evaluating this phenomenon in near conditions to real situations moreover this circuit is very useful for future researching that can contribute with the solution of different problems that nowadays are affecting the pipelines as a cause of the corrosion. Ata the same time this project contributes to make that the UPTC becomes leader in the searching of solutions for this kind of problems.
The LOOP was created for the study of the CO2 corrosion mechanisms; it simulates a storage and transportation process of hidrocarbides and permits to carry out tests of measuring of corrosion rates using power – dynamic and lost weight techniques whit the possibility of modifying any variable inside the circuit and permitting a great variable inside the circuit and permitting a great variety of studies about different corrosion phenomenon’s.
To perfectionate the operation conditions, it will do power-dynamic test tareig into account LPR and TAFEL tecniques and the lost weight tests with a sample of similar composition that permits to get a about the shape and the grade of the corrosion that the hydrodynamic circuit will presents for some established parameters.
KEYWORDS: Loop, Corrosion for CO2, Rate of corrosion.
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INTRODUCCION
Uno de los principales sistemas de transporte de hidrocarburos son los ductos y de ellos en nuestro país hay instalados un poco más de 50 mil kilómetros en tierra y cerca de 2 mil en el mar. Por esta red de ductos se distribuyen crudo, gas natural, gasolina, diesel y otra gran variedad de productos refinados en todo nuestro territorio. Su eficiente operación contribuye a reducir costos de operación, riesgos ambientales, además, garantizan el potencial de desarrollo de una amplia gama de sectores industriales.
Desafortunadamente la no regularidad de la geografía colombiana hace que estos productos se tengan que transportar por condiciones climáticas muy severas, por tal razón están sometidos a cambios extremos de temperatura afectando su estructura y sus propiedades, especialmente la condición de proteger el metal mediante métodos aun no clarificados para el caso CO2 y para el cumplimiento de una operación eficiente.
Es por esto que el proyecto nace de la necesidad de abarcar los diferentes problemas que hoy en día causan efectos perjudiciales sobre las plantas petroquímicas y su entorno, de igual manera para lograr acercarse al a los parámetros mas influyentes durante el transporte de hidrocarburos y poder dar solución a algunos de estos.
Las nuevas investigaciones en la universidad acerca de la corrosión por CO2 producida generalmente en las plantas de producción y transporte de crudo, han generado la necesidad de crear un sistema hidrodinámico, que permita simular condiciones reales de los oleoductos, en una forma sencilla. Este circuito hidrodinámico se realiza dada la necesidad de generar recomendaciones para solucionar problemas tan complicados como la corrosión por CO2 en la industria petrolera, evaluando el fenómeno de este tipo de corrosión en condiciones cercanas a las que suceden en procesos reales. Adicionalmente, sirviendo como herramienta para futuras investigaciones que aporten a la solución de diversos problemas que hoy en día mantienen los oleoductos a causa de la de corrosión y de igual manera que la universidad sea líder en la búsqueda de solución es para problemas de esta rama.
Para el estudio de los mecanismos de la corrosión por CO2 se creo el circuito hidrodinámico, el cual realiza una simulación de un proceso de almacenamiento y transporte de hidrocarburos, para la realización de medición de las ratas de corrosión por pruebas gravimétricas y potenciodinámicas, con la posibilidad de modificar cualquier variable dentro del circuito, permitiendo una gran variedad de estudios sobre diversos fenómenos de corrosión. Para acercarnos más a las condiciones reales de operación se ha querido aumentar específicamente la temperatura y la presión de una manera considerable, de tal forma que se pueda realizar el mayor acercamiento a las condiciones de servicio en los hidrocarburos.
Es claro que en Colombia el 100% de los posos explotados mantienen determinada concentración de CO2, que unido al agua y otros gases forman una solución multifásica lo cual hace que las tuberías sean más susceptibles a este tipo de corrosión. De igual manera la
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mayoría de los fluidos encontrados en la industria presentan un flujo turbulento lo cual hace que la medición, control, disminución y erradicación de este fenómeno sea obsoleta y hasta el momento no se haya conseguido una solución total para este tipo de corrosión.
Para obtener medidas con mayor precisión se hará un estudio del efecto de cada parámetro sobre la velocidad de corrosión; de igual manera cada equipo se pondrá a punto de acuerdo a los requerimientos y recomendaciones de fabrica para su mejor funcionamiento.
Además se utilizaran las pruebas potenciodinámicas para el calculo de la velocidad de corrosión, junto con las técnicas de LPR y TAFEL. De igual manera para mantener una buena correlación de los datos obtenidos en las pruebas potenciodinámicas, se realizara una prueba gravimétrica con una muestra de similar composición y con esta prueba poder dar un dictamen del tipo y el grado de corrosión que presentara el circuito hidrodinámico paraciertos parámetros establecidos.
Finalmente se realizara un análisis de las medidas de corrosión por pruebas gravimétricas y potenciodinámicas, manteniendo una relación directa entre cada una de las pruebas, la prueba gravimétrica con ayuda del cupón nos dará la verificación y un aspecto general del tipo de corrosión obtenida en el sistema; además la posible caracterización de los productos de corrosión formados en películas sobre el cupón.
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1. MARCO REFERENCIAL
1.1 TIPOS DE SIMULADORES DE CORROSIÓN
Las líneas de transporte de hidrocarburos mantienen condiciones de flujo complejas las cuales ocasionan corrosión interna y por lo tanto son difíciles de simular a nivel de laboratorio; por tal motivo se han desarrollado dispositivos que permiten reproducir fielmente todas las condiciones presentadas en campo, algunos de ellos son los cilindros rotatorios, discos rotatorios y cada uno de estos mantienen dentro de un sistema undispositivo para estudiar cómo la velocidad del fluido afecta la corrosión en una geometría real y de gran longitud. Dentro de estos simuladores se encuentra el sistema hidrodinámico de flujo (Loop), equipo de laboratorio que se desarrollo para operar bajo condiciones hidrodinámicas controladas y conocidas.
No es fácil simular la velocidad del fluido afecta la corrosión en una longitud considerada y una geometría real, de tal forma que el diseño se la corrosión se basa en la siguiente suposición: “generalmente la corrosión en la industria es sensible a la velocidad y tipo de fluido, por tanto las condiciones pueden reproducirse, simularse y así el mismo mecanismo podrá ser reproducido en el laboratorio con la misma sensibilidad a la velocidad del fluidocon o sin las mismas condiciones en los diferente parámetros”. El problema está en que generalmente no se conoce si la velocidad de corrosión en la geometría de la planta es sensible a la velocidad del fluido, es decir, que se deberá trabajar en primera instancia bajo el supuesto de que la velocidad de flujo ejerce una influencia sobre la corrosión.
1.1.1 El electrodo de cilindro rotatorio (RCE). Este equipo se maneja a nivel de laboratorio bajo una hidrodinámica controlada y normalmente sometida a condiciones de flujo turbulento. Para esto se requiere de velocidades muy bajas de rotación, produciendoun transporte de masa continuo y uniforme sobre toda la longitud de su superficie de contacto con la muestra. Este es un equipo versátil y de fácil manejo en comparación con otros dispositivos, además requiere pequeñas cantidades de electrolito, convirtiéndose en una herramienta muy útil para estudiar el efecto de la cinética en la corrosión.
Durante muchos años se han creado una variedad de sistemas que han sido construidos empleando el electrodo de cilindro rotatorio; el sistema consta de un acero al carbono AISI 1020 – oxígeno – agua y cloruro de sodio en particular. Este sistema comúnmente estápresente en corrientes de procesos Industriales, de Refinería y Petroquímicos. La representación esquemática de este equipo se puede observar en la figura 1.
El equipo se simulación de electrodo de cilindro rotatorio es muy versátil ya que permite mediante el manejo de variables hidrodinámicas, establecer cómo la velocidad de flujo y la temperatura afectan la transferencia de masa del sistema y ésta es traducida en coeficientes de transferencia de masa. Además mantiene la ventaja de conocer la cinética de corrosión mediante técnicas electroquímicas de corriente directa y de corriente alterna en la
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evaluación de inhibidores, manteniendo una buena optimización del equipo para llevarlo a tener un mejor control del fenómeno corrosivo producido en el sistema.
Figura 1. Representación esquemática de un cilindro rotatorio.
Fuente: Webster, S. McMahon, AJ. Harrop, D. Corrosión Inhibidor Test Methods. Corrosión. Nov 1196. P.62.
1.1.2 El electrodo de disco rotatorio (RDE). Es un sistema que normalmente se usa para medidas electroquímicas a determinadas RPM constante y con modulación hidrodinámica. De igual manera se pueden realizar pruebas estáticas con electrodo estacionario. Mantiene un eje corto de titanio y el electrodo de ¼” de diámetro, lo hace que el sistema sea de baja inercia capaz de conseguir gran exactitud en rotación y modulación.
El sistema mantiene firmemente todos los componentes de la celda electroquímica (vial, electrodos y tapa) y consecutivamente proporciona velocidades de rotación de electrodo en el rango de 50 – 10,000 RPM. En este sistema se incluye una gran variedad de material necesario para realizar experimentos con electrodos de trabajo de carbón vítreo. Generalmente el electrodo de trabajo es un disco construido de un conductor metálico inerte que permite realizar el comportamiento electrónico de especies en solución como función no solo de la perturbación eléctrica aplicada, sino también de las frecuencias de rotación del mismo. Los programas que se aplican son similares a otras técnicas. Habitualmente se determina la variación de la corriente como función del potencial aplicado al electrodo.
1.1.3 Circuito hidrodinámico. La mayoría de estos circuitos son diseñados para predecir la velocidad de corrosión por CO2 en tuberías horizontales con variaciones de flujo homogéneo hasta flujo turbulento de acuerdo a viscosidad, densidad y velocidad de fluido, diámetro de la tubería y el tipo de bomba a manejar. Estos circuitos manejan variables hidrodinámicas normalmente de fluidos compuestos por agua/aceite. Normalmente estos modelos son validos para tuberías de gran longitud que transportan las fases liquidas agua y aceite de baja viscosidad en flujo homogéneo o simple y las
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temperaturas se encuentran en un rango de 273ºK hasta 373 ºK. El movimiento de las especies corrosivas y las reacciones electroquímicas que toman lugar en la interfase metal/solución y la remoción de depósitos de productos de corrosión dan lugar a que este circuito sea bastante versátil. Adema aquí el pH de la solución tiene mayor incidencia en la corrosión por CO2, requiriendo un control excesivo sobre este parámetro. El modelo además del valor de corrosión que puede predecir, calcula el valor del pH y la concentración de varios iones. Los resultados del modelo son verificados con datos experimentales obtenidos en los circuitos hidrodinámicos del laboratorio con relación a los presentados por los diversos autores.
1.2 CORRIENTES DE DIFUSIÓN Y VELOCIDADES DE CORROSIÓN OBTENIDOS POR DIFERENTES AUTORES.
Para la implantación del circuito hidrodinámico era indispensable la verificación de circuitos ya existentes con las mismas características. En el anexo 1, se presenta un resumen de los resultados simuladores más comunes con sus respectivas pruebas y resultados obtenidos por algunos autores. Estos han trabajado con solución es saturadas de CO2 a diferentes condiciones velocidad de flujo, temperatura, pH y flujo, alcanzando resultados experimentales de corrosión, basados en técnicas electroquímicas con electrodos de disco rotatorio, con el cilindro rotatorio y electrodos colocados en circuitos hidrodinámicos. Los valores obtenidos por estos autores para el caso del Loop se tomaran como referentes para la puesta a punto del circuito hidrodinámico construido.
Se puede observar en el anexo 1, los ensayos expuestos por E. Eriksrud y T. Sontvedt [1], que se puede deducir que cuando la temperatura es llevada hasta 333°K (60 ºC), la corriente de corrosión tiende a igualar la corriente catódica total, por lo cual cambia el mecanismo a una corrosión dependiente del flujo. De igual manera a 293°K (20 ºC) se puede observar que la velocidad de corrosión no se incrementó con la velocidad del fluido, además cuando trabajan en flujo slug a una velocidad promedio del fluido (VSL + VSG) superior a 1.7 m/s. allí podemos encontrar que la velocidad de corrosión, aumenta en ciertos limites de velocidad del fluido entre 0 y 0.5 m/s, pero a velocidades superiores a ésta se mantiene constante. También puede concluirse que en este caso del CO2 y justo en ese rango de velocidad de flujo, la velocidad de corrosión no depende de la velocidad de flujo, excepto en grado leve a muy bajas velocidades de flujo.
De igual manera se pueden observar los ensayos realizados por E. Dayalan y R. shadley [2]. Aquí estos autores realizaron ensayos con ayuda de un circuito hidrodinámico de 2.4 cm aproximadamente 1 pulgada que es el diámetro de tubería a utilizar en este circuito, además mantiene unos parámetros estándar como lo es la saturación total de la solución con CO2, con temperaturas entre los 20 y 60 ºC y una gran variedad de PH. Estos autores plantean un ______________________[1] E. Eriksrud, T. Sontvedt, “Effect of Flow on CO2 Corrosión Rates in Real and Synthetic Formation Waters”, Advances in CO2 Corrosión, Vol. 1, p. 20, Proceedings of the corrosión/83, NACE.
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control mixto de la solución pero cuando las velocidades son superiores a 3 m/s y cuando sobrepasan el control pasa a ser dependiente de la velocidad de reacción. De igual manera es claro que a valores bajos de pH, la velocidad de corrosión aumenta con el flujo. Para finalizar en el anexo 1 se puede observar que la corriente de corrosión aumenta de manera similar con la velocidad del fluido.
1.3 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA CORROSIÓN POR CO2 Y PUEDEN ALTERAR LAS MEDIDAS.
Dentro del estudio de la cinética de corrosión en simuladores, existen diversos parámetros que afectan la corrosión por CO2 y por tal motivo las medidas tomadas de la velocidad de corrosión muchas veces pueden ser falseadas. Además la corrosión por CO2 es afectada por un número de factores que incluyen entre otros los ambientales, los metalúrgicos y los hidrodinámicos. Estos factores y parámetros se deben tener en cuenta en los análisis de la corrosión por CO2. Los diferentes diseños de los modelos que simulan y predicen la corrosión, los cuales pueden dar una idea en la selección de los métodos de control de la corrosión. A continuación se presenta una breve descripción de algunos aspectos relacionados con estos parámetros.
1.3.1 Velocidades de flujo. La velocidad de flujo es un parámetro importante a tener en cuenta debido a que la variación excesiva de éste puede afectan tanto la composición como las películas de los productos de corrosión que se forman. Normalmente, a alta velocidades (4 m/s para sistemas no inhibidos) conllevan a la remoción de las capas de corrosión y a la exposición de la superficie metálica al medio corrosivo que la degrada nuevamente, originando elevadas velocidades de corrosión como se observa en la figura
En la simulación de los hidrocarburos con fluidos multifásicos, la velocidad de flujo influye en la velocidad de corrosión del acero. De tal forma que el comportamiento y el régimen de flujo se pueden dividir en condiciones estáticas (con poco o ningún flujo) con velocidades muy bajas y flujo estratificado en condiciones intermedias y flujo turbulento a altas velocidades.
Durante el proceso de corrosión existen varias etapas para la consecución del mecanismo cinético, estas etapas se muestran en la figura 2 y se pueden presentar como:
Corrosión controlada por transporte de masa (Etapa 1): durante esta etapa la velocidad es afectada por el transporte de especies corrosivas a la superficie del metal o por la disolución de productos de corrosión fuera de la superficie.
________________________[2] E. Dayalan, G. Vani, J. R. Shadley, S. A. Shirazi, E. F. Rybicki, “Modeling CO2 Corrosión of Carbon Steel in Pipe Flow”, CORROSIÓN 95, paper no. 118, NACE.
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Corrosión controlada por el transporte de fase (Etapa 2): conocida como activación generalmente esta depende de la mojabilidad de la superficie metálica. Además la distribución de la fase es fuertemente afectada por el flujo multifásico.
Corrosión erosión (Etapa 3): conocida como corrosión por erosión y que ocurre cuando la alta velocidad del flujo es de alta turbulencia y / o el flujo de materiales abrasivos previenen la formación de una capa protectora, permitiendo que el material fresco sea continuamente expuesto al ambiente corrosivo y por tanto aumentando la rata de corrosión.
Cuando hay mayor velocidad de flujo, la corrosión por cavitación ocurre en altas velocidades de flujo con cambios muy fuertes y rápidos de presión. Haciendo que las burbujas colapsen y ejerzan una alta fuerza sobre la superficie metálica. Ocasionando la remoción de los productos de corrosión y que la superficie del metal activo esté expuesta a mayor tiempo de contacto con el electrolito.
Figura 2. Relación entre la velocidad de fluido con la velocidad de corrosión.
Fuente: The Development of controlled Hydrodynamic Techiques for Corrosión Testing. MTI Publications. 1986.
1.3.2 Presión parcial del CO2. En los equipos simuladores se ha considerado la presión del CO2 en la fase gaseosa como una relación directa con la velocidad de corrosión en medios con CO2, y se ha llegado a observar que a medida que en la fase gaseosa aumenta la presión parcial del CO2, también aumenta la concentración del CO2 en la fase acuosa en equilibrio y por lo tanto la velocidad de corrosión.
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1.3.3 La actividad del CO2. Es importante en la reacción de corrosión en la fase acuosa y es función de la composición química de la solución y la concentración del CO2. La actividad del CO2 en la fase acuosa está Relacionada con la fugacidad del CO2 que a la vez es función de la presión parcial del CO2 en la fase gaseosa. Para gases ideales la fugacidad es igual a la presión parcial del CO2.
Con base en lo anterior es importante tener en cuenta la presión del CO2 en las correlaciones de predicción de la velocidad de corrosión, haciendo las correcciones necesarias de la fugacidad debido a la desviación del comportamiento ideal que presenta el CO2 cuando se incrementan las presiones en el sistema.
1.3.4 Temperatura. Éste es uno de los parámetros más importantes en la determinación de la rata de corrosión durante la producción y transporte de hidrocarburos. Es claro afirmar que a medida que la temperatura cambia, se afectan otros parámetros que a la vez inciden en la corrosión del acero al carbono, parta este caso AISI-SAE 1020. A temperaturas alrededor de los 353°K, comienza a decrecer la solubilidad del carbonato de hierro hasta cierta cantidad, permitiendo la precipitación y formación de películas que pueden detener la corrosión [3]. Pero estas películas y sus propiedades para detener la corrosión, a su vez dependen de la cantidad de hierro disuelto en los hidrocarburos.
En algunos estudios se ha encontrado que la velocidad inicial de corrosión uniforme aumenta a medida la temperatura llega hasta valores próximos a los 363°K, debido al incremento de las velocidades de transferencia de masa y carga. A temperaturas superiores a éstas, la velocidad de corrosión comienza a disminuir. La explicación puede ser atribuida a la formación de la película protectora por la disminución de la solubilidad del carbonato de hierro.
Generalmente para la mayoría de los casos, la presencia de iones cloruros, que penetran las películas de corrosión y el aumento de la temperatura pueden generar la corrosión localizada en una superficie metálica. Para otros casos se puede mantener la presencia de H2S en el medio, la temperatura puede también desestabilizar las capaz de sulfuro de hierro formadas, permitiendo que se acelere la corrosión localizada.
1.3.5 Potencial de hidrógeno, pH. En la mayoría de los casos la corrosión de un acero al carbono se incrementa cuando el pH de la fase acuosa decrece. Por lo tanto cuando la presión parcial del CO2 o H2S aumenta, el pH descenderá y finalmente aumentará la corrosión consecutivamente. Algunos autores han realizado estudios [1] de los mecanismos de la corrosión por CO2, y de acuerdo a estos resultados de laboratorio, se ha logrado encontrar que la reducción del H+, controlada por la velocidad del flujo, domina la reacción catódica a pH por debajo de 4.5, mientras que a pH superiores a este valor, la reducción del H2CO3 es quien controla la velocidad de reducción catódica.___________________________[3] C. A. Palacios, J. R. Shadley, “CO2 Corrosión of N-80 Steel at 71°C in a Two-Phase Flow System", Corrosión, Vol. 49, no. 8, p.686, 1993.
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Este pH mantiene una consecuencia significativa sobre la corrosión, haciendo referencia a la incidencia en la solubilidad del carbonato de hierro. Casi siempre cuando el pH aumenta, la solubilidad de los productos disminuye, presentándose una supersaturación de los carbonatos de hierro generando a su vez la aceleración de la precipitación y formación de películas protectoras en el substrato metálico.
1.4 GENERALIDADES DE LAS BOMBAS
Introducción: Básicamente, una bomba es un equipo usado para proporcionar energía o cabezal a un líquido con el objeto de superar las pérdidas por fricción que normalmente ocurren en un sistema de transferencia de líquidos y/o llevar al líquido a una elevación mayor.
1.4.1 Clasificación de las bombas. Debido a que la bomba cumple la función mas importante dentro del circuito, enfatizaremos sobre la misma, ya que de ésta depende la velocidad, la presión, de flujo y por lo tanto el tipo de flujo producido por esta. Las bombasse clasifican según las consideraciones generales diferentes:
La que toma en consideración la características de movimiento de los líquidos. La que se basa en el tipo de aplicación especifica para los cuales se ha diseñado la
bomba.
En el mercado se consiguen tres clases de bombas que son las de uso más común: centrífuga, rotatoria o de desplazamiento positivo y reciprocante.
1.4.1.1 Bombas Centrifugas. Existen de varios tipos, pero la más comercial es la Voluta: En donde el impulsor descarga en una caja espiral que se expande progresivamente, proporcionada en tal forma que la velocidad del líquido se reduce en forma gradual. Por este medio, parte de la energía de velocidad del líquido se convierte en presión estática.
1.4.1.3 Bombas Rotatorias o de desplazamiento positivo. Estas bombas generalmente son unidades de desplazamiento positivo que operan con un claro mínimo. En lugar de "aventar" el líquido como en una bomba centrifuga, una bomba rota y a diferencia de una bomba de pistón, la bomba rotatoria descarga un flujo continuo. Aunque generalmente se les considera como bombas para líquidos viscosos, las bombas rotatorias no se limitan a este servicio sólo. Pueden manejar casi cualquier líquido que esté libre de sólidos abrasivos.
Algunos diseños tienen agujeros de flujo radiales en el engrane loco, que van de la corona y del fondo de los dientes a la perforación interna. Éstos permiten que el líquido se comunique de un diente al siguiente, evitando la formación de presiones excesivas que pudiesen sobrecargar las chumaceras y causar una operación ruidosa.
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Existen dos grupos principales de rotatorias o de desplazamiento positivo, éstas son:
Las alternativas Las rotativas o rotoestáticas
No todas las bombas rotativas son máquinas de desplazamiento verdaderamente positivo. También hay algunas máquinas no rotativas o dispositivos que dan flujos positivos cuya modalidad de funcionamiento se sale del campo abarcado por las dos clasificaciones principales.
1.4.1.2. Bombas Reciprocantes. Estas son unidades de desplazamiento positivo quedescargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de carrera. Pero no todo el líquido llega necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la longitud de la carrera.
1.5 TIPOS DE FLUJOS
Existen diferentes criterios para clasificar un flujo. Este puede ser permanente o no permanente; uniforme o no uniforme; tridimensional, bidimensional, unidireccional; laminar o turbulento; incompresible o compresible; rotacional o irrotacional; etcétera. Aunque no los únicos, sí son los flujos más importantes que clasifica la ingeniería.
1.5.1 El flujo laminar. Se caracteriza por que el movimiento de las partículas se produce siguiendo una trayectorias separadas perfectamente definidas -no necesariamente paralelas-sin existir mezcla macroscópica o intercambio transversal entre ellas. Si se inyecta colorante (de la misma densidad del flujo) dentro del flujo lamina, este se mueve como un filamento delgado que sigue las trayectorias del flujo (fig. 3).
Figura 3. Esquema de flujo laminar.
Fuente: G. Sotelo Ávila, “Hidráulica general, fundamentos”, Hidráulica, Vol, no. 1, p.98, 2005.
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1.5.2 El flujo turbulento. Las partículas se mueven sobre trayectorias totalmente erráticas, sin seguir un orden establecido (fig. 4). Existen pequeñas componentes de la velocidad en direcciones transversales a las del movimiento general, las cuales no son constantes sino que fluctúan con el tiempo, de acuerdo con una ley aleatoria, aun cuando el flujo general sea permanente. Esto explica por el hecho de que la permanencia respecto al tiempo se refiere a los valores medios de dichas componentes en un intervalo grande. Las componentes transversales de la velocidad en cada punto originan un mezclado intenso de las partículas que consume parte de la energía del movimiento por efecto de fricción interna y que también, en cierto modo, es el resultado de los efectos viscosos del fluido [4].
Figura 4. Esquema de flujo turbulento.
Fuente: G. Sotelo Ávila, “Hidráulica general, fundamentos”, Hidráulica, Vol, no. 1, p.98, 2005.
1.6 PATRONES DE FLUJO EN TUBERIAS
La velocidad de corrosión mantiene una relación directa con la velocidad de flujo, como se observo en la figura 5. Además dependiendo de las velocidades de cada una de las fases tanto acuosa como gaseosa presentes en una tubería, se forman diferentes configuraciones interfasiales del flujo, manteniendo cada una de ellas una variación de la velocidad de la corrosión por CO2. Además, las diferentes configuraciones del flujo mostradas en la figura 5 se pueden presentar en los pozos de producción y transporte de petróleo. En la figura 5 se pueden observar esquemáticamente algunos detalles de las diferentes formas del flujo que se pueden presentar en tuberías horizontales que transportan un flujo multifásico, líquido / gas. Para el caso particular de este trabajo de grado, el estudio de la corrosión se desarrollará en el flujo multifásico en tuberías horizontales.
Cuando las velocidad en la fase líquida son bajas puede presentarse un régimen de flujo estratificado o estratificado/ondular. Si velocidad del gas en el flujo estratificado se mantiene constante y se incrementa la velocidad del líquido, cambia del flujo estratificado y pasa a ser un flujo intermitente que a su vez puede ser tapón o “slug”.
_________________[4] G. Sotelo Ávila, “Hidráulica general, fundamentos”, Hidráulica, Vol, no. 1, p.97, 2005
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El flujo denominado tapón puede presentarse con una velocidad de gas muy baja y generalmente este consiste de burbujas gaseosas semiglobulares que se mueven a través del líquido y por toda la parte superior de la tubería. Para el caso del flujo “slug” es similar al estratificado, pero en forma intermitente, con “slugs” que llenan el cuerpo total de la tubería, viajando a una alta velocidad y pueden ser altamente saturados de gases. Los “slugs” pueden formarse cuando las ondas alrededor de la interfase gas/líquido aumentan debido al arrastre del flujo gaseoso moviéndose rápidamente. Estas ondas ocupan el espacio vació de la tubería y son rápidamente aceleradas a una velocidad muy cercana a la velocidad de la fase gaseosa, ocasionando derivaciones en el régimen de flujo presentado.
En la figura 5 se pueden representar gráficamente los mapas de régimen de flujo. Estos muestran diferentes configuraciones que pueden ser, de flujo estratificado (suave y ondular), intermitente (“slug” y burbujas alargadas), anular, y burbujas dispersas.
Figura 5. Patrones de flujo más comunes en dos fases liquida/gaseosa en tuberías horizontales.
Fuente: Autor
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1.7 ECUACIÓN DE CONTINUIDAD
1.7.1 Principio de conservación de la materia:
De acuerdo con éste, la masa de fluido que en la unidad de tiempo entra a un volumen especificado dentro de un flujo, una parte queda almacenada en su interior y el resto sale del volumen. Si el volumen de estudio es de la forma y magnitud constantes (volumen de control), el almacenaje no puede ser definido.
Matemáticamente es preferible tratar con la cantidad neta de masa que entra y sale, sumadas algebraicamente; así, el principio de conservación de la materia, aplicado a un volumen de control fijo completamente arbitrario dentro del flujo, se expresa en la forma siguiente:
[Cantidad neta de masa que atraviesa la superficie de frontera del volumen, en la unidad de tiempo] + [Rapidez de variación de masa contenida en el volumen] = 0
Este principio se aplica lo mismo a un volumen de control de tamaño diferencial que a uno finito, de lo cual se deriva la llamada ecuación de continuidad.
1.8 VELOCIDAD DE CORROSIÓN POR GRAVIMETRIA
El uso del cupón gravimétrico es el más común para la determinación de la rata de corrosión, esta prueba es muy práctica y muy sencilla de realizar. Consiste en pesar una muestra del material a evaluar con un área previamente calculada y luego exponerla bajo estudio en un ambiente agresivo (electrolito), por un periodo de tiempo específico y continuo. Hay que aclarar que el tiempo es relativo pero entre mayor tiempo se someta la muestra al contacto con el electrolito, el resultado a obtener será mucho más confiable.Como resultado del ataque corrosivo, el cupón pierde una fracción del material metálico mediante un proceso de disolución o a través de la formación de productos de oxidación que pueden eliminarse de la superficie mediante la limpieza cuidadosa de la pieza después de la prueba con bastante cuidado con un material muy suave para no retirar metal de interés produciendo que la medida sea errónea.
Como producto de la prueba se obtiene un peso final menor que el inicial y esta diferencia puede expresarse en términos de masa pérdida por unidad de área expuesta y por unidad de tiempo o bien, utilizando la densidad del metal, en unidades de longitud de ataque por unidad de tiempo.
Para obtener la velocidad de corrosión por pérdida de peso se realizan los siguientes pasos:
Corte de la muestra y cálculo del área de exposición. Limpieza del Cupón (mecánica y/o química)
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Pesar el cupón (w1) Introducir el cupón en el sistema y someterlo a un electrolito por un tiempo determinado. Sacar el cupón después de un tiempo de exposición al medio corrosivo. Limpieza del cupón (mecánica y7o química) Pesar el cupón (w2) Aplicación de la ecuación 1 para la obtención de la rata de corrosión.
La velocidad de corrosión se calcula con la siguiente ecuación:
Donde,
W = w1 - w2 (g).
w1= peso inicial de la muestra (g),
w2= peso final de la muestra (g).
D = densidad del metal (g / cm3)
A = área expuesta (pulg2)
T = tiempo de exposición (días)
Esta formula es aplicable cuando se realiza la siguiente suposición: la corrosión generada en toda la superficie del cupón es uniforme. Con esta técnica se puede obtener información cuantitativa y permite obtener una identificación del tipo de corrosión que se está presentando (localizada o uniforme).
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2. RESULTADOS Y DISEÑO DEL LOOP
Para la realización del circuito hidrodinámico se empleó varias etapas que están contenidas dentro de la representación esquemática de la metodología figura 6. El proyecto mantuvo como objetivo general la implantación total del un LOOP que simulara condiciones reales de operación de un hidrocarburo para realizar pruebas de corrosión por CO2. El resultado de este proyecto mantendrá como finalidad que el circuito sirva como herramienta necesaria para la evaluación de corrosión en futuras investigaciones, lo que nos servirá para mantener un mayor conocimiento en esta área tan importante y de igual manera producirá un aumento de las capacidades de simulación en laboratorio para pruebas electroquímicas.
Figura 6. Representación esquemática de la metodología utilizada para la contrición del Loop.
Fuente: Autor.
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En el diagrama se puede ver el diseño completo del circuito hidrodinámico. Este comprende seis etapas que muestran la conformación del diseño, luego se realizara una descripción mas detallada de cada una de estas etapas (figura 7).
Figura 7: Representación esquemática del diseño del LOOP.
Fuente: El autor.
2.1 PRIMERA ETAPA: CELDA (PRUEBAS GRAVIMÉTRICAS)
La celda fue construida para el estudio de medición de la corrosión dentro del circuito hidrodinámico por pruebas gravimétricas, basada en la pérdida de peso; esta celda fue diseñada y construida de tal manera que en la interfase celda y tubería CPVC (área A1 y A2
figura 8) se pueda introducir el cupón, para este estudio se tomo una muestra una lamina de acero 1020 de 2 mm de grueso. Esta celda fue construida en resina termoendurecible (Quimident) para darle una buena resistencia y para que mantuviese una buena dimensionalidad a la hora de aplicar el sistema de presión. En el anexo 2 se puede observar el diseño de partes de la celdad de pruebas gravimétricas con sus repectivas cotas en las tres vistas principales.
2.1.1 Cupón. De acuerdo al diseño se puede observar el cupón y cubre el área denominada como A1 y A2 en las dos figura 8, el cupón atraviesa gran parte de la celda. Se puede
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observar en la figura de la derecha que la parte superior que se encuentra en rojo denominada A1 estará inmersa en un porta cupón de caucho hasta el limite entre este y el tubo de CPVC; de allí hacia abajo en la parte inferior A2, de color café se encontrara expuesto al electrolito en forma paralela a la dirección de flujo, simulando la misma condición como si esta muestra fuese un pedazo de tubería de los oleoductos.
2.1.2 Porta cupón. Como se indico anteriormente el cupón estará inmerso en un taco de caucho mantenido a la forma del vació de la celda indicado por la letra C de color verde mostrado en la parte superior derecha de la figura 8. En la figura derecha de color azul claro se muestra el accesorio B, cuya función es la de sostener el cupón con un material plástico para que no genere un par galvánico y por ende no pueda intervenir en la medida de la Rp (resistencia a la polarización). Este accesorio de plástico esta incrustado en el taco de caucho lo cual le permite que el cupón no se precipite dentro de la tubería y pueda ocasionar inconvenientes graves en la bomba propulsora. El porta cupón mantiene la ventaja de lograr extraer la muestra de una forma rápida y con mayor facilidad, evitando que al retirarlo pierda los productos de corrosión formados sobre su superficie, brindando una mayor confiabilidad en cada medida.
2.1.3 Sistema de presión mecánico. Este es un sistema de presión manual que esta denotado en la figura 8 alrededor de la celda con la letra D, va a cumplir la misión de aprisionar el porta cupón para asegurar una mayor hermeticidad del sistema, sin que se puedan presentar fugas y otros tipos de accidentes. Al introducir la muestra dentro del porta cupón se hace girar un tornillo, mostrado en la figura 8 como E el la misma dirección de las agujas del reloj, para proporcionar una elevada presión entre el porta cupón y la celda. De manera contraria se hará girar el tornillo cuando se requiera extraer la muestra.
Figura 8. Representación esquemática de la celda pruebas gravimétricas (AutoCad).
Fuente: El autor.
2.2 SEGUNDA ETAPA: CELDA (PUEBAS POTENCIODINÁMICAS)
De igual manera que la celda anterior fue construida para el estudio de medición de la corrosión dentro del circuito hidrodinámico pero para pruebas potenciodinámicas, basada
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en la medida de la diferencia de potencial entre el metal y el electrolito. Esta celda comprende una serie consecutiva de electrodos (de trabajo, referencia y contra-electrodo) y adicionalmente se ha querido introducir un termómetro análogo para lograr obtener un buen control de la temperatura de trabajo. En el anexo 3 se puede observar el diseño de partes de la celdad de pruebas potenciodinámicas con sus repectivas cotas en las tres vistas principales.
2.2.1 Porta electrodo. Para el montaje de los electrodos se utilizó una resina termoendurecible transparente, las muestras se montaron en forma cilíndrica para la adecuación a tubería y mayor facilidad en el montaje, de esta forma asegura una mayor interacción entre la tubería y la muestra.
2.2.2 Electrodo de trabajo. Las muestras para la fabricación del electrodo de trabajo se obtuvieron de una varilla de acero 1020 de aspecto liso, se utilizó esta tipo de material por que la mejor manera de simular las condiciones de operación es usar un material de composición similar a la usada en el trasporte de hidrocarburos; para lograr obtener parámetros comparativos entre la muestra y el material de referencia. Estas muestras fueron montadas en resina termoendurecible adoptando una forma cilíndrica similar a la tubería, mostrado como A y WE, CE, en la figura 9.
Tanto el electrodo de trabajo como el contra electrodo se realizó una forma semicircular en sus superficies de contacto con el electrolito mostrado como A y B en la derecha de la figura 9, esta concavidad realizada es similar a la tubería utilizada de 1 pulgada dediámetro. Esta interacción hace que el electrodo de trabajo simule una parte de pared de una tubería, por este motivo el electrodo de trabajo deberá ir cóncavo y perpendicular al flujo. Se ha optado por que el área de contacto de la muestra de acero 1020 con el electrolito sea aproximadamente 1 cm2 de área,
2.2.3 Contra electrodo. El material con el cual se fabrica este electrodo es de grafito mostrado como B en la figura 9, aunque existe diversos tipos de contra electrodo como el platino y el acero inoxidable, se utilizó este debido a su bajo costo y facilidad de moldear para tomar la forma adecuada. Este electrodo también se monto en resina termoendurecible en forma cilíndrica y mantiene concavidad en la superficie de contacto con el electrolito.
Muchos artículos hacen referencia al área de contacto del electrodo y el electrolito, normalmente el diámetro del contra electrodo debe ser un poco mayor que el área del electrodo de trabajo, ya que este cumple con la función de tomar la lectura de los iones transportados en esa celda, por tanto entre mayor área de contacto mayor será los iones leídos por el contra electrodo.
2.2.4 Electrodo de referencia. Normalmente para el estudio de velocidad de corrosión en laboratorios se utiliza el electrodo de Ag/AgCl, el cual va ser usado como electrodo patrón para que pueda medir la diferencia de potencial entre el metal y el electrolito, mostrado como C en la figura 9.El electrodo de plata/cloruro de plata (Ag/AgCl), está formado por un hilo de Ag sobre el cual se deposita una solución de AgCl, generalmente por vía
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electroquímica, en una solución de NaCl o KCl, en la cual el hilo de Ag actúa como ánodo,y el electrodo de trabajo actúa como cátodo.
2.2.5 Termómetro. El termómetro análogo dentro de la celda nos permite medir la temperatura de trabajo, se puede ver como D en la figura 9; este termómetro mantiene un rango de medida de 110 ºC, es indispensable obtener el valor de la temperatura de trabajo ya que sería incorrecto tomar la lectura medida en el tanque de almacenamiento puesto que durante el transporte del electrolito sufrirá pérdidas de temperatura por convección. De igual manera mantiene una gran importancia el conocimiento de esta temperatura puesto que al aumentar ésta, el transporte de iones aumenta haciendo que la diferencia de potencial sea más negativa, incrementando la rata de corrosión.
2.2.6 Cables de conexión. Como es necesaria la utilización del potenció tato para la medida de resistencia a la polarización lineal (RPL) y TAFEL, éste ya traía incluido los cables de conexión para los electrodos por tanto decidimos optar por comprar la misma referencia AWG Nº 18 TMR hasta 75 ºC de los cables ya incluidos en el potenció tato. Esto es para garantizar una mejor exactitud en la medida de las pruebas, debido a que los valores a obtener del orden de mili-voltios y pueden ser alterados por la variación de cualquier parámetro que intervenga en cada medida, los cables se pueden ver como E en la figura 9.
Figura 9. Representación esquemática de celda pruebas potenciostáticas (AutoCad).
Fuente: El autor.
2.3 TUBERÍA
Aunque existe una gran variedad de tuberías, se adquirió una tubería de aspecto cilíndrico, de tal manera que el fluyo que por allí se trasportaba mantuviese las mismas características que las de un hidrocarburo en una tubería normal.
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El material plástico de CPVC 4120 escogido mantiene muchas ventajas que lo hacen muy aconsejable para este uso como son: su bajo costo, fácil adquisición de accesorios, facilidad de manejo, químicamente inerte a los productos químicos utilizados y fácil proceso de fraccionamiento; esto hacen que la tubería CPVC sea muy útil para este proyecto realizado. A continuación se relata las características de este material:
Alcance : Esta especificación cubre los requerimientos de fabricación para las tuberías de CPVC Schedule 40 y Schedule 80 IPS ( Iron Pipe Size) para ser usado en la industria en sistemas presurizados donde la temperatura de servicio no excede los 200°F ( 82ºC). Estas tuberías exceden los estándares industriales fijados por la ASTM (American Society for Testing and Materials) y la NSF, Normas 14 y 61.
Materiales de CPVC: CPVC rígido (poli cloruro de vinilo) usado en la fabricación de la tubería Schedule 40 y Schedule 80 debe ser Tipo IV, Grado 1 CPVC 4120 (clase 23447 como se identifica en la Norma ASTM D1784. El compuesto debe tener las cantidades especificadas de pigmento, estabilizadores, y otros aditivos aprobados por NSF para la transmisión de agua potable.
2.3.1 Resistencia a la temperatura. Como la temperatura de trabajo oscilaba entre 30 y 60 ºC, se requería de un material de resistencia a la temperatura por encima de la de trabajo; la tubería CPVC mantiene una resistencia máxima a la temperatura de 82 ºC lo cual la hace perfecta para los ensayos a realizar. Además es muy resistente en pruebas continuas estas temperaturas, para cálculos de rata de corrosión por pruebas gravimétricas de duración hasta de 72 horas.
2.3.2 Resistencia a la presión. Según el cálculo estimado en el diseño se requería una presión de trabajo por debajo de la presión de la tubería, ésta tubería plástica en CPCV mantiene una resistencia de la presión de diseño de 0.69 MPa – 100 PSI, lo cual la hace que sea la indicada para este tipo de experimentos.
2.3.3 Diámetro. La disponibilidad de diámetro de tubería en el mercado en el mercado para CPVC es máxima de 1 pulgada, por lo que este fue el diámetro que se utilizó en el montaje.
2.4 TERMOSTATO
El control de la temperatura se hace indispensable debido a que cualquier cambio de está puede ocasionar la modificación de transferencia de masa y por tanto una lectura de datos inexacta, teniendo en cuenta que es una variable a considerar en el proceso es necesario mantener la temperatura constante para que la estabilización del potencial sea efectiva y realizada en un tiempo mas corto. Es claro la medida de la temperatura esta sujeta a modificaciones sobre todo cuando esta variable sea la principal en futuras investigaciones, es posible alcanzar una sensibilidad del orden de 0.1ºC.
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2.4.1 Termopar. El tipo de termopar a utilizar dependerá de la temperatura de trabajo en la cual se requieren tomar pruebas, para este caso se utilizó una termopar de tipo K Cromel/Alumel. Este termopar mantiene un margen de medida de bajas temperaturas y una medida más confiable de la resistencia a la tensión. Para este caso el termopar escogido fue el de rango de más bajas temperaturas el tipo T de acuerdo al diagrama 10.
El termopar tipo K esta compuesta por una aleación de 90% de níquel y 10% de cromo es el conductor positivo y un conductor compuesto de 94% de níquel, 2% de Aluminio, 3% de manganeso y 1% de Silicio como elemento negativo. Este termopar puede medir temperaturas de hasta 1200º C. Ya que el níquel lo hace resistente a la oxidación. Se los utiliza con mucha frecuencia en los hornos de tratamientos térmicos.
2.4.1.1 Características: puede utilizarse en atmósferas inertes, oxidables o reductoras. Gracias a la gran homogeneidad con que el cobre puede ser procesado, se obtiene una buena precisión. En temperaturas superiores a 300ºC, la oxidación del cobre se torna muy intensa, lo que reduce su vida útil y ocasiona desvíos en la curva de respuesta original.
Figura 10. Respuesta para diferentes tipos de termopares.
Fuente: MetAs, S.A. de C.V. Metrrólogos Asociados, ing. Silvia Medrano Guerrero. Junio-2002.
2.4.3 Resistencia. Es una resistencia JORI hecha en acero inoxidable de 2000 W y 220 V, esta resistencia es capaz de alcanzar temperaturas de 80 y 90 ºC. Es indispensable que cada vez que deba ser usada la resistencia tiene que estar inmersa en el electrolito aproximadamente 60 cm para lograr realizar una medición precisa; de igual manera para que no sufra sobrecalentamiento produciendo desde la pérdida de la resistencia hasta un incendio por calentamiento.
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2.5 TANQUE DE ALMACENAMIENTO
El tanque de almacenamiento fue construido en un compuesto de fibra de vidrio embebido en una matriz de resina polimérica, este compuesto es estable químicamente a los productos que van a ser utilizados para este proyecto, resistente a la temperatura por encima de 100ºC que es la temperatura de trabajo. El tanque fue diseñado para lograr suministrar la cantidad de electrolito necesario para ocupar la tubería y las celdas, manteniendo siempre un nivel constante. En el anexo 4 se puede observar el diseño de partes del tanque con sus repectivas cotas en las tres vistas principales.
2.5.1 Entrada y distribución del co2. La entrada del CO2 debe estar restringida por el sistema de alimentación desde el cilindro, para este caso la entrada mantuvo un diámetro de 3/8 de pulgada, esta entrada es mostrada en la figura 11 como A.
Para la distribución del CO2 se adecuo una tubería que fuese capaz de llevar el CO2 hasta la parte mas baja del tanque y expulsarlo uniformemente el toda la superficie, esta distribución se puede apreciar en la figura 11 como B, es una serie consecutiva de orificios de diámetro muy bajo por lado y lado de la tubería. Se diseño que el desprendimiento de gas fuese abajo, para aprovechar que en el momento de ascenso mantuviese mayor contacto con el electrolito, generando la mayor cantidad de acido carbónico hasta saturar en un determinado tiempo la solución por completo.
2.5.2 Entrada e inmersión de la resistencia. El diámetro de entrada de la resistencia debe ser de 1 pulgada, mostrada como C en la figura 11, debido a que el diámetro de la resistencia es de 7/8 de pulgada. se realizaron los cálculos para lograr que la resistencia estuviese sumergida dentro del electrolito como mínimo 60 cm como lo indica el manual de uso de ésta para lograr un mejor funcionamiento de la misma y de esta manera lograr un mejor acondicionamiento del sistema, sin que pueda ocasionar errores en la lectura de datos.
2.5.3 Alimentación del circuito. Esta se realiza de una manera sencillo y se encuentra ubicado el la parte superior del tanque mostrado como D en la figura 11, este sistema permite inicialmente cargar el sistema con el electrolito deseado. También es posible que durante alguna marcha se pueda adicionar otros elementos que harán parte de la solución en el momento de la agitación; esta adición es limitada luego se haber saturado el sistema, pues lógicamente si se abre el sistema de alimentación parte de los gases saturados tendrán cabida por allí, generando una descompensación en el sistema que solo se recupera con nueva aplicación de CO2 dentro de la solución.
2.5.4 Nivel. Como se menciono anteriormente el mantener un nivel constante es necesario para mantener sumergida la resistencia 60 cm; de igual forma se mantiene el sistema de tubería y celdas lleno, evitando que produzca una variación en el tipo de flujo y por ende otro tipo de corrosión sobre las muestras. Este nivel se encuentra ubicado en la parte izquierda del tanque, mostrado en la figura 11 como H.
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2.5 BOMBA DE PROPULSIÓN
Para la selección de la bomba fue necesario determinar primero con que velocidad de flujo requeríamos trabajar, para este caso se a escogido el valor de 0.8 m/s que es una velocidad considerablemente alta para simulaciones en laboratorio. Este valor de velocidad se escogió críticamente alto debido a que normalmente en la industria petrolera la velocidad de flujo dependiendo el tramo es demasiado elevada.
Figura 11. Representación esquemática: tanque de almacenamiento y accesorios (AutoCad).
Fuente: autor
2.5.1 Cálculo de la potencia de la bomba
Por tal motivo se realizaron los cálculos para la búsqueda de la altura dinámica total (ADT), para lograr determinar la potencia de la bomba por tablas.
V= velocidad inicial previamente concertada= 0.8 m/sӨ (TUBERIA)=1pulgada = 2.54 cmr (TUBERIA)= 1.27 cm = 0.0127 metros
Como el caudal se define como
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Donde A= es el área esta definida como:
Luego es caudal será:
/s
La altura dinámica total (HDT) será igual a:
Donde:= Altura estática (altura a la cual debe elevar el fluido la bomba, para este caso es 2
metros de alto), = 2 metros= Pérdida s.
f= coeficiente de fricción de la tubería (0.015)L=longitud de la tubería (12 metros))D= diámetro de la tubería (0.0254 metros)V= velocidad del fluido (0.8 m/s)g= gravedad (9.8 m/s2)
Por lo tanto la altura dinámica total será:
Este valor de 2.231 metros, conocido también como cabeza; con ADT se cálculo por tablas que se requería una bomba de una potencia aproximada de 0.5 HP.
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3. CIRCUITOS DE RECIRCULACION
Figura 12. Representación esquemática de los circuitos de recirculación.
Fuente: Autor.
3.1 CIRCUITO DE HOMOGENIZACIÓN
Este circuito de recirculación permite la homogenización de las soluciones. Será utilizado en el comienzo de cada prueba para obtener una solución mas uniforme. Este sistema fue diseñado por que es muy complicada la preparación de un volumen considerable de solución desde fuera del tanque (aproximadamente 55 litros); además dentro del sistema no es posible localizar un sistema de agitación capaz de disolver y homogenizar cada elemento dispuesto para las pruebas, y tampoco un sistema de alimentación para este volumen, por esto fue indispensable adicionar una tramo de tubería que conectara nuevamente al tanque sin que el electrolito se depositara en cada una de las celdas.
El diseño puede ser considerado en la figura 13. Allí podemos observar el flujo de color violeta saliendo del tanque y es absorbido por la bomba de succión y enviado perpendicularmente a la posición de la bomba siguiendo las flechas indicadas, elevándose una altura de 2 metros para volver al tanque y realizar nuevamente la retroalimentación. Aquellas válvulas que mantienen una circunferencia de color rojo estarán cerradas, por lo
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que hay que aclarar que cuando la válvula se encuentra paralela a la dirección de la tubería, estará abierta.De igual forma este sistema permite que mientras es preparada la solución, se puedan ir preparando o cambiando cada uno de los electrodos o cupones gravimétricos para efecto de la prueba por perdida de peso. Como ya sabemos que la prueba potenciodinámica TAFEL es destructiva, por lo tanto después de cada prueba es obligatorio el cambio del electrodo, esto lo permite realizar este circuito de homogenización sin que se pierdan las características del sistema y después de colocado un nuevo electrodo volver a realizar una nueva media con otro electrodo o el mismo pero con una superficie completamente pulida.
Figura 13. Representación esquemática: de circuito de homogenización (AutoCad).
Fuente: autor
3.2 CIRCUITO PARA PRUEBA GRAVIMÉTRICA
Dentro de este circuito se toman las pruebas potenciodinádicas, de igual manera que el circuito anterior el fluido sale del tanque, pasa por la bomba de succión siguiendo las flechas de color violeta en la figura 14. Las dos válvulas que estaban abiertas en el anterior circuito estarán cerradas impidiendo la continuación del flujo que será obligado a pasar por la celda donde se encuentra el cupón incrustado como lo indican las flechas, el flujo continuara y volverá a llegar al tanque para nuevamente cumplir con la recirculación.
3.2.1. Prueba dinámica: El circuito esta diseñado para lograr tomar prueba gravimétrica dinámica, para el caso se vale inicialmente del circuito de homogenización (figura 13)
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hasta alcanzar la temperatura de trabajo y la uniformidad de la solución, luego recurre al circuito de prueba gravimétrica con la bomba de propulsión activa para así realizar el movimiento que mantienen las flechas de color violeta indicadas en la figura 14.
3.2.2. Prueba estática: al igual que la anterior se realiza inicialmente con el circuito de homogenización y luego se pasa al circuito de prueba gravimétrica y se mantiene la bomba activa hasta lograr llenar la cavidad de la celda donde se encuentra el cupón y luego se desactiva la bomba propulsora para desde allí empezar a contar el tiempo de la prueba gravimétrica estática.
Figura 14. Representación esquemática: circuitos de recirculación de pruebas gravimétricas (AutoCad).
Fuente: autor
3.3 CIRCUITO PRUEBAS POTENCIODINÁMICAS
Este circuito permite la medición de de la diferencia de potencial para la realización de pruebas de resistencia a la polarización lineal (RPL) y TAFEL, en la figura 15 se puede observar que el fluido se genera desde el tanque de almacenamiento y es absorbido por la bomba de propulsión y luego es lanzado en forma paralela a la bomba siguiendo la dirección de las flechas de color violeta. El flujo atraviesa la celda de pruebas potenciodinámicas y continua para elevarse una altura de 2 metros, luego sigue su recorrido en forma horizontal por 2.5 metros, para luego descender y llegar al tanque donde se inicia nuevamente la retroalimentación.
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Figura 15. Representación esquemática: circuitos de recirculación de pruebas potenciodinámicas (AutoCad).
Fuente: autor
3.3.1 Prueba dinámica: El circuito se diseño para tomar prueba gravimétrica dinámica, cuando se va a realizar la prueba, se comienza con el circuito de homogenización hasta alcanzar la temperatura de trabajo y la uniformidad de la solución, cuando se han estabilizado todos los parámetros se da paso al circuito de prueba gravimétrica con la bomba de propulsión activa para así realizar esta prueba dinámica ya sea de LPR o TAFEL.
3.3.2 Prueba estática: tanto la prueba de LPR y TAFEL es posible tomarla en estado de reposo a cualquier temperatura, antes de realizar la medición se procede inicialmente con el circuito de homogenización de concentración y temperatura acordada, luego se pasa al circuito de pruebas potenciostáticas y se mantiene la bomba activa hasta lograr llenar la cavidad de la celda donde se encuentran los electrodos y luego se desactiva la bomba propulsora para luego realizar la prueba.
3.4 PRUEBAS MIXTAS
El sistema fue diseñado de tal manera que se pueda tomar una sola prueba individual o colectiva tanto dinámica como estática, este sistema ofrece un conjunto de combinaciones que lo hacen muy practico y sencillo de manipular; a continuación se darán las formas básica de pruebas mixtas que se puedan tomar, con ayuda de la figura 16.
3.4.1 Pruebas gravimétrica estática y potenciostática: para este caso se debe mantener abiertas las válvulas Nº 1,6 hasta llenar la celda y alcanzar la temperatura deseada, luego
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deben cerrarse y cerradas desde el inicio de las pruebas las válvulas Nº 2,3,4,5.
3.4.2 Pruebas gravimétrica estática y potenciodinámica: aquí se debe mantener abiertas desde el inicio hasta el final de la prueba las válvulas Nº 1,6 y cerradas siempre las válvulas Nº 2, 3, 4,5. Aquí se incluyen las pruebas de LPR y TAFEL.
3.4.3 Pruebas gravimétrica dinámica y potenciostática: para esta prueba se deben mantener abiertas desde el inicio hasta el final de la prueba las válvulas Nº 2, 5 y momentáneamente abiertas hasta llenar de electrolito y alcanzar la temperatura adecuada a la celda las válvulas Nº 1 ,6 luego se cierran. Las válvulas que siempre estarán cerradas son las Nº 3, 4, al no ser que se requiera un una disminución de la presión sobre alguna de las dos celdas “las válvulas sirven como reguladores de la presión de todo el sistema”.
3.4.4 Pruebas gravimétrica dinámica y potenciodinámica: el diseño del circuito permite realizar estas dos pruebas simultáneamente, para esto se deben mantener abiertas desde el inicio hasta final de la prueba las válvulas Nº 1, 2, 5,6; las válvulas Nº 3,4 pueden estar cerradas o parcialmente abiertas para la regulación de la presión. Así el sistema permite que el flujo proveniente del tanque y que pasa por la bomba de propulsión sea compartido entre los dos circuitos como se puede ver en la figura 15.
Con la combinación de pruebas hace que el circuito mantenga una alta flexibilidad a la hora de realizar pruebas simultaneas con las mismas condiciones de presión, densidad, viscosidad, concentración de CO2, potencial de hidrogeno, temperatura, presión parcial, velocidad del fluido, régimen de flujo, caudal, etc.
Figura 16. Representación esquemática: circuitos de recirculación mixtos (AutoCad).
Fuente: autor
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4. MONTAJE TOTAL DEL CIRCUITO HIDRODINÁMICO
Para una descripción más breve del proceso del montaje del LOOP, he querido hacer un diagrama de flujo que culmina en la construcción total de este. Durante el proceso de construcción del circuito hidrodinámico se destacaron dos etapas importantes, se pueden observar en el esquema las etapas designadas como: 1.compra de equipos, accesorios e instrumentos de medida y 2. Ensamble (figura 17).
En muchas ocasiones no es fácil la elección de cada accesorio que hará parte del circuito, por esto es recomendable buscar asesoría de cada área específica; para de esta manera garantizar el aseguramiento de cada parámetro a funcionar cuando el circuito se encuentre en servicio y poder proporcionar mayor confiabilidad en cada variación que deseemos realizar.
Figura 17. Representación esquemática: montaje del circuito hidrodinámico
Fuente: autor
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4.1 COMPRA DE EQUIPOS, ACCESORIOS E INSTRUMENTOS DE MEDIDA
4.1 Equipos
4.1.1.1 Potenciostato – Galvanostato. Este es un equipo adicional que pertenece a la escuela de metalurgia y es utilizado para las pruebas determinación de corrosión mediante técnicas electroquímicas. A este equipo le fue implantado un sistema operacional Potenciostato – Galvanostato que mantiene una lectura de datos directamente a una pantalla del computador mediante una tarjeta comercial DAQ de adquisición de datos y el software de instrumentación virtual labVIEW. En la figura 18 se puede observar que mantiene un cable de salida que luego este se divide en 3 o cuatro, cuando salen tres van consecutivamente uno al electrodo de trabajo, otro al contra electrodo y el último al electrodo de referencia, cuando son cuatro el último actuará como polo a tierra.
Este equipo nos da el dato aproximado de la Rp (resistencia a la polarización) mediante la técnica LPR (resistencia a la polarización lineal) y los datos de βa y βc (pendiente anódica y catódica) por medio de la técnica de TAFEL. Con estas tres variables dependientes se puede calcular la rata de corrosión ocurrida en la celda de pruebas potenciodinámicas.
Figura 18. Potenciostato – Galvanostato
Fuente: Grupo de integridad y evaluación de materiales (UPTC)
4.1.2 Computador. Equipo necesario para el desarrollo del software de instrumentación virtual labVIEW, permite la observación de la grafica para el cálculo de las pendientes anódica y catódicas (βa y βc), mostrados en la figura 19; de igual manera permite la valoración de la resistencia a al polarización Rp, por medio de la asignación de intervalos de valores por encima y debajo del potencial de reposo. También permite ver los datos iníciales que representan cada prueba como se observa en la parte derecha de la figura 12, guardando en bloc de notas los datos de cada prueba para luego ser analizados allí mismo o de igual manera permite que estos datos sean abiertos, graficados y analizados en Excel y lograr determinar la pendiente de corrosión.
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Figura 19. Computadora y software de análisis de datos labVIEW.
Fuente: Grupo de integridad y evaluación de materiales (UPTC)
4.1.3 Bomba. La bomba propulsora es el instrumento que le proporciona transferencia de energía al electrolito para que pueda llegar a cada rincón o espacio vació del tanque, tubería y cada una de las celdas. El modelo de bomba mantiene la característica de ser fabricada totalmente en acero inoxidable, evitando que este electrolito pueda atacar a la bomba y que las medidas tomadas sean erróneas por la intervención de otro tipo de corrosión. La bomba que se puede observar en la figura 20, es una bomba rotodinámica y fue seleccionada de acuerdo a lo anteriormente visto en el diseño de la misma.
Dentro de lo tipos mas comunes de bombas (de desplazamiento positivo y rotodinámicas), fue seleccionada una bomba rotodinámica de clase centrifuga ya que normalmente estas proporcionan un régimen de flujo similar al producido por las bombas en el transporte de hidrocarburo que casi siempre es turbulento dependiendo la densidad y viscosidad del fluido trasportado. No se podría usar una bomba de tipo desplazamiento positivo debido a que el tipo de flujo que presentan es un flujo laminar que difícilmente se encuentra en los hidrocarburos colombianos, por los tramos de recorrido que deben transitar desde lugares bajos a sitios altos o viceversa. La bomba adquirida mantiene las siguientes características.
Marca = SIEMENS Potencia = 0.6/0.45 Hp*kw Velocidad = 1680 rpm. Frecuencia= 60 Hz Peso = 6.5 Kg Conexión corriente= 220 YY – 440 YV Cos φ 0.76
Como se observa en la grafica 20, por la parte lateral derecha llega la tubería proveniente del tanque, aquí la bomba cumple la función de absorber el electrolito depositado en el tanque y enviarlo por la parte superior a los distintos circuitos de recirculación existentes.
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Figura 20, bomba rotodinámica centrifuga
Fuente: El autor
4.2 Accesorios
4.1.2.1 Tubería y codos, uniones, T. L tubería, codos, uniones y T, se fueron adicionando selectivamente de acuerdo a los requerimientos del diseño del circuito hidrodinámico, la selección de la totalidad de accesorios que irían acompañando a la tubería y los equipos fueron adquiridos del mismo material de la tubería CPVC 4120 (clase 23447 como se identifica en la Norma ASTM D1784), para mantener una uniformidad el material de transporte y por lo tanto no se presentara un cambio drástico para la selección del coeficiente de fricción. Si estos accesorios fuesen de otro material podrían ocasionar inconsistencias en el sistema por desprendimientos del mismo.
La tubería y los accesorios fueron utilizados durante el montaje como entrada y salida de cada parte esencial del sistema. La distribución de estos accesorios se puede ver en la figura 31 denominado como 2. El funcionamiento de los accesorios se realizó en la división y distribución de cada uno de los circuitos, intercalados algunas veces de las válvulas manuales con las cuales se pueden regular la presión del tramo de tubería donde se encuentren ubicadas.
4.2.2 Tanque. Aquí es depositado el electrolito para luego ser enviado a cada espacio vació del circuito, el tanque fue construido con fibra de vidrio embebida en una matriz polimérica. El compuesto de fibra de vidrio le proporciona al tanque características esenciales como es la elevada inmunidad a la corrosión y la intemperie, de igual manera una alta resistencia mecánica, bajo peso facilitando trasporte e instalación, bajo costo y menor necesidad de mantenimiento.
Se puede observar en la figura 21, en la parte lateral izquierda en el sector bajo se ve denominado como 1, un codo en donde se ubicara el nivel de mirilla observado como 7; en la parte alta denomina como 2 estará la construcción de la entrada del electrolito proveniente de los diferentes circuitos de recirculación. En la figura 14 se puede observar cada uno de los accesorios que van en el interior del tanque, la entrada de la resistencia está denotada como 3, la entrada del sistema de alimentación como 4, la entrada de la termocupla como5 y la entrada del gas como 6.
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Figura 21. Tanque y sus accesorios.
Fuente: autor
4.2.3 Válvulas. Este accesorio mantiene dos funciones principales que son:
Como válvula de cierre todo o nada, ósea que se mantiene abierta o cerrada en un 100% el paso del electrolito.
Como graduador de caudal, al regular la posición de la válvula disminuyendo o aumentando el cierre se produce una variación del la medida del caudal de tal forma que se pueda acomodar esta variable a un valor considerado.
La mayoría de las válvulas están dispuestas de tal forma que de adecuen a la necesidad presentada en el circuito, para realizar una derivación de línea de flujo para entonces poder actuar, estas válvulas se muestran en la figura 31 denominada como 12. Estas válvulas son el accesorio más indispensable cuando se desean realizar pruebas mixtas como las narradas en el diseño de los circuitos de recirculación, que actúan con su primera función de todo o nada.
4.2.4 Celdas. La construcción y el montaje de las celdas fueron realizados mediante pasos metodológicos para la obtención de los sitios de medida de la rata de corrosión. La construcción de las celdas se realizó por separado de la siguiente manera.
Celda de pruebas gravimétricas:
Primero se perforó un tramo de tubería de diámetro de una pulgada en forma longitudinal y paralela a la tubería, luego esta tubería se introdujo en la parte central de una caja fabricada en madera; la abertura de la tubería fue puesta boca abajo y adherida al modelo inverso en madera del vació que se observa en la figura 22, después se preparo la solución de resina termoendurecible (Quimident) hasta la obtención de un fluido pastoso y de buena fluidez, para luego ser vaciado en la caja de madera hasta obtener la forma inversa a todo lo construido en madera.
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La celda se puede observar en la figura 22 parte izquierda y en su alrededor se ésta se encuentra el sistema manual de de presión. El sistema de presión fue fabricado en lámina y se perforo en la parte superior para anexar una turca en su interior y dentro de ésta un tornillo giratorio, que es el que cumple la función de aprisionar un pedazo de caucho (ver figura 22 parte derecha) donde ira incrustado el cupón en forma perpendicular a la superficie. El cupón fue perforado con anterioridad para ser sostenido por la barra de plástico que atravesara el cupón y el taco de caucho de forma simultánea. Al momento de realizar la prueba el caucho junto con la muestra se introduce junto con el cupón boca abajo y se acciona el sistema de presión manual hasta obtener una presión adecuada que permitirá que no se produzcan fugas del electrolito durante el tiempo de la prueba.
Figura 22. Celda y porta cupón de las pruebas gravimétricas.
Fuente: autor
Celda de pruebas gravimétricas. No es fácil este tipo de montaje debido a la complejidad y distribución de cada parte. Se tomo un tramo de tubería de la misma longitud de celda y a ésta se adicionó en cada extremo una unión para luego poder empotrarla a línea de flujo. La tubería fue perforada inicialmente como se observa en la figura 23 en la parte izquierda, esta perforación corresponde al diámetro del electrodo que va ser contacto directo con el electrolito 1 cm2; de la misma forma el electrodo mostrado en la figura 23, mantiene una forma de bulbo que hace que la muestra se introduzca y haga contacto con el electrolito y su parte inferior correspondiente al porta electrodo en resina actué junto con el borde en la tubería para que el electrodo no precipite y de la misma manera haga presión hacia abajo evitando las fugas del electrolito cuando se enrosca el tapón.
De manera consecutiva fueron dispuestos cuatro entradas, estas corresponder en su orden de derecha a izquierda al electrodo de trabajo, al contra electrodo, el electrodo de referencia y por último un orificio adicional que en este caso fue utilizado para la implantación de un termómetro análogo debido a que se quería registrar la temperatura de trabajo; pero mantiene la facilidad de introducir otro tipo de instrumentos de medida como un medidor de PH u otros de diámetro similar, para la medición de la variable mas influyente dentro de estudios posteriores a realizar.
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La celda se conectó por la parte izquierda del flujo proveniente de la bomba de propulsión que se ve como A en la figura 23, se ubicó en una forma horizontal de tal forma que los electrodos quedaran perpendiculares a la dirección de flujo para mantener una fácil fijación y extracción de los mismos.
Figura 23. Celda y porta cupón de las pruebas gravimétricas.
Fuente: autor
4.2.5 Electrodos
Electrodo de trabajo. Como se muestra en la figura 24, el electrodo contiene en su interior una muestra de acero al carbono de referencia AISI 1020. Antes de situar la muestra acero AISI 1020 sobre la resina, es soldado un cable AWG Nº 18 a la base de la muestra y se extiende a lo largo del electrodo hasta sobresalir 3 cm para realizar la conexión con el potenciostato. El electrodo se introduce en el primer tubo perpendicular de la celda, con el lado que esta descubierto hacia la parte de abajo para hacer contacto con el electrolito. Este contacto mantiene una particularidad y es que la superficie de contacto del electrodo de trabajo es de forma cóncava hacia el interior de la muestra como se observa en la figura 24. Esto es para simular la parte interna de una tubería. Esta concavidad es una semicircunferencia que se acomoda a la forma la tubería de CPVC de 1 pulgada de diámetro evitando que en fluido choque con la muestra y haciendo que este mantenga su curso normal dentro de la tubería.
Figura 24 Electrodo de trabajo.
Fuente: autor
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Contra electrodo. Este electrodo al igual que el de trabajo se encuentra introducido en el interior de la resina, la muestra de contra electrodo es de grafito y fue perforado para introducirle el cable de tipo AWG Nº 18 observado en la figura 25 parte izquierda de color negro. El electrodo montado se muestra en la parte derecha, el porta electrodo es de resina termoendurecible mostrado como (B) haciendo que quedara expuesto una parte del grafito que va ser introducido en la celda para que mantenga contacto directo con el electrolito (C); se ve como (A) el cable que va ser contacto con la pinza proveniente del potenciostato.
Figura 25. Montaje del contra electrodo (grafito).
Fuente: Autor.
4.2.6 Cable conector. Los cables conectores son de tipo AWG Nº 18 y van expuestos en cada uno de los electrodos, estos son los encargados de llevar y traer cierta cantidad de flujo de electrones desde el potenciostato a la celda o viceversa. Estos cables pueden ser observados en la figura 25 como A, la designación de los cables provenientes del potenciostato es indispensable puesto que al realizar el intercambio durante la conexión de alguno de estos la medida va ser errónea; esta designación se realiza de acuerdo al color de cada cable de la siguiente manera:
Cable gris: pertenece al electrodo de trabajo Cable rojo: pertenece al contra electrodo. Cable amarillo: al electrodo de referencia.
4.2.7 Cilindro de CO2.Se instalo un cilindro de CO2 para la realización de las pruebas,
este cilindro mantiene una presión de 2000 Lb. Con ayuda de un manómetro se redujo a una presión de salida a 7 Lb; ésta es la misma presión de entrada al tanque de almacenamiento. El cilindro se puede observar en la parte derecha del la figura 26 de color verde denominada como 1; la cantidad de CO2 necesaria para saturar aproximadamente 35 galones de electrolito ira de acuerdo al tiempo de exposición con el mismo y el caudal seleccionado para su aplicación.
4.2.8 Manguera. Este accesorio tiene la función de transportar el gas de CO2 desde el cilindro hasta el tanque, fue necesaria la utilización de material resistente durante este transporte. La manguera mantiene una resistencia a la presión de 200 lb se puede observar
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de color amarillo en la figura 26 designada como 2, garantizando que el gas no mantuviese riesgo de fuga por la manguera y evitando pérdidas que ocasionan un gasto económico muy elevado.
Figura 26. Montaje y disposición del CO2 y su medio de transporte.
Fuente: Autor
4.3 Instrumentos de medida. Estos instrumentos de medida hacen que el proceso sea mas estable y al mismo tiempo se pueden controlar de una mejor manera cada parámetro a medir durante el proceso de toma de datos. Estos instrumentos de medida ofrecen una gran confiabilidad del proceso y de la data obtenida.
4.3.1 Termómetro análogo. Para este caso se utilizó un termómetro análogo que va incrustado en el último orificio de la celda de pruebas potensiostáticas (parte izquierda) de la figura 23. Este termómetro nos da la posibilidad de controlar la temperatura de trabajo, que en estos casos corresponde a la temperatura a la cual se tomaron las pruebas de LPR y TAFEL. Aunque el termómetro análogo que se observa en la figura 27 mantiene una sensibilidad más baja y además el tamaño no deja diferenciar el valor leído, debido a que la escala no es muy grande y van muy unidos. Por otro lado el termómetro nos da una ayuda para calcular cuanto calor es cedido durante el transporte del electrolito al medio a través del método de convección, manteniendo como referencia la temperatura del electrolito encontrada simultáneamente en el tanque de almacenamiento. Figura 27. Termómetro análogo.
Fuente: Autor.
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4.3.2 Termostato. Es un controlador de temperatura más estable y confiable que el termómetro análogo, debido a que el error encontrado en este instrumento de medida puede llegar hacer hasta de más o menos 0.1. Este controlador fue ubicado por facilidad enla parte superior del tanque de almacenamiento mostrado en la figura 28, la medición es realizada por medio de una temocupla tipo K (cromel/alumel) seleccionada por su estabilidad en este rango de temperaturas desde el diseño de la misma; en la parte derecha de la figura 27 se puede observar la termocupla. Este instrumento controla la entrada de 220 voltios a la resistencia que es la encargada de calentar el electrolito hasta una temperatura prefijada.
Este sistema de control de temperatura hace que en investigaciones posteriores pueda adecuar a cualquier rango de temperatura. Existe una limitación y lo otorga la resistencia utilizada debido que solo puede proporcionar al fluido una temperatura máxima de 90 ºC. En el caso de que la temperatura fuese la variable principal y supere los 90 ºC el sistema de control se puede adecuar para la nueva temperatura, pero se debe cambiar obligatoriamente la resistencia por una de mayor potencia, la termocupla se mantendría estable ya que esta mantiene un rango de uso de mayor temperatura (máximo 800 ºC), de igual manera debe cambiarse la tubería por otra mas resistente. Para la adquisición de la resistencia se mantuvo como referente que “es muy difícil que los estudios de laboratorio superen los 90 ºC y por ende se determino la instalación de esta sobre el sistema.
Figura 28. Termostato y termocupla.
Fuente: Autor 4.3.3 Electrodo de referencia. La selección del electrodo de referencia plata cloruro de plata se realizó por que este tipo de electrodo es el mas usado en las técnicas para la medición de la corrosión a nivel de laboratorio, si bien es cierto que normalmente en la industria es utilizado el electrodo de Cu/CuSO4 no es posible la utilización de este tipo de electrodo, por que para esos casos se utiliza como electrolito la tierra y esta mantiene una resistividad muy alta; la utilización de este electrodo es permitida y luego se realiza la conversión de datos mediante tablas al potencia del electrodo de Ag/AgCl. Este electrodo patrón puede medir diferencias de potencial dentro de la celda de pruebas potenciostáticas debido a que el potencial relativo es constante y conocido, además su composición es constante con los cambios de temperatura, viscosidad, densidad y de régimen de flujo; por tal motivo hacen de este electro la medida patrón mas cercana a las medidas en laboratorio.
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Para poder medir esta diferencia de potencial se adoptó un electrodo patrón de Ag/AgCl al cual, por convención y a cualquier temperatura, se le asignó el valor determinado. Este electrodo es ubicado en el tercer lugar de derecha a izquierda dentro de la celda de pruebas potenciodinámicas de la figura 29.
Figura 29. Montaje del electrodo de referencia Ag/AgCl
Fuente: Autor.
4.3.4 Rotámetro. Se escogió este tipo de rotámetro debido a que este es uno de los más utilizados en líquidos, además estos caudalímetros son económicos, sencillos y muy confiables. Esto es debido a que no necesitan energía para su funcionamiento, sino que la energía la proporciona el propio líquido, este rotámetro fue ubicado en la sección vertical del circuito en el tramo después de el paso del fluido por la celda de pruebas potenciostáticas. Se puede ver en la figura 30 que mantiene una escala de GPM (galones por minuto), además es confiable para trabajos donde la temperatura no supere los 90 ºC. En su interior mantiene un anillo flotante de acero inoxidable mostrado en la parte baja del rotámetro, que se eleva a medida que aumenta el caudal y disminuye al disminuir éste.
El caudal asignado para este caso fue de 6.5 GPM, este caudal esta determinado por la potencia de la bomba, el diámetro de la tubería y la densidad del electrolito y puede ser modificado para futuras investigaciones con tal solo abrir o cerrar parcialmente la válvula del tramo de interés.
Figura 30. Rotámetro.
Fuente: Autor
3.5 Nivel de mirilla. Este es el sistema de control del nivel electrolito dentro del tanque de almacenamiento, es indispensable para determinar que la resistencia este sumergida 60 cm. De igual manera nos permite tener un control durante el proceso de alimentación para
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saber hasta que nivel debe subir el electrolito. Este nivel tan solo es una cavidad destapada para que el electrolito fluya y se mantenga a nivel, este nivel se puede observar en la parte derecha del tanque de color negro en la figura 30, denominado como 14.
4.4 MONTAJE DEL CIRCUITO TOTAL
En el anexo 5 se puede observar el diseño de partes del circuito hidrodinamico total con sus repectivas cotas en las tres vistas principales.
Figura 31. Montaje total del circuito.
Fuente: Autor.
1. Tanque de almacenamiento. 2. Bomba de propulsión3. Celda de pruebas potenciodinámicas 4. Celda de pruebas gravimétricas
5. Rotámetro 6. Sistema de evacuación total del fluido 7. Termostato 8. Resistencia
9. Entrada de alimentación 10.Termocupla 11. Tubería 12. Válvulas 13. Codos 14. Nivel de mirilla 15. Cables de conducción 16. Soportes
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5. OPTIMIZACION DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN
Figura 32. Representación esquemática de la optimización de condiciones de operación.
Fuente: Autor.
5.1 TOMA DE DATOS
5.1.1 Estabilización del potencial. Los sistemas multifásicos mantienen el problema de la estabilización del potencial, por sus diversos fenómenos ocurridos desde el momento de la adición del CO2, pues al comienzo de cada prueba el potencial de reposo mantiene cambios bruscos que impiden que la toma de datos sea satisfactoria. Antes de realizar las pruebas potenciostáticas se debe obligatoriamente realizar una prueba de potenciometría para la determinación del tiempo de estabilización del potencial de reposo. Es claro que si no se da el tiempo requerido para la estabilización del potencial de reposo, los datos obtenidos durante esos ensayos estarán falseados y podrán estar dando una conclusión errónea que no pertenece a los cambios sufridos realmente en el circuito.
Inicialmente el transporte de iones en la solución se realiza de una manera no uniforme lo que proporciona que para mis datos iníciales obtenga un valor de potencial de reposo y
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mientras se ajusta cada una de las variable éste va a cambiar considerablemente, por esto es necesario el tiempo de espera para cada una de las pruebas respectivas; tanto para la resistencia a la polarización lineal (RPL), TAFEL Y EIS.
Cuando el metal entra en contacto con el electrolito pasa un tiempo t0 en el cual se estandarizan cada uno de los parámetros que influyen dentro de la medida de cada prueba, en el tiempo t0 el potencial de reposo se estabiliza y después de ese t0 el potencial de reposo se mantiene casi estable (de mas o menos 2 mili Voltios), de aquí en adelante se pueden realizar todas las medidas dispuestas con certeza de obtener datos que realmente corresponden al sistema corrosivo de la celda.
De igual manera se debe aclarar que cuando se somete el sistema a un cambio brusco en algún parámetro llámese velocidad de fluido, PH, aumento o disminución de CO2, se debe realizar nuevamente el cálculo de la estabilización del potencial de reposo para estas nuevas condiciones de trabajo. Para este caso especifico de un electrolito de salmuera al 3%, con solución saturada de CO2 durante 1 hora con una presión de 7 lb, se realizó la prueba de potenciometría para el cálculo del tiempo de estabilización del potencial, el grafico se muestra en la figura 32 de la derecha la inestabilidad del potencial en miliVoltios con respecto al tiempo en segundos, para esta prueba el potencial de reposo arranca de -426 mV al comienzo de la prueba y este baja bruscamente hasta -675 mV en aproximadamente 2 minutos, con un rango exageradamente alto de 249 mV. Luego el potencial comienza a aumentar considerablemente hasta -655 mV y realiza un salto de potencial en cuestión de segundos y sigue ascendiendo hasta conseguir el t0 donde por fin se trata de mantener en un curso normal y la variación de voltaje que se observa en la figura 33 parte derecha mantiene un rango de 6 mV hasta luego arrojar específicamente 2 mV por arriba y debajo de la escala del potencial real de reposo. Para este tipo de prueba se debe mantener un tiempo de espera t0 de 55 minutos, para que el potencial varié por encima y debajo del potencial real de reposo de +2 y -2 mV.
Figura 33. Prueba de potenciometría.
Fuente: Autor.
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5.1.2 Calibración con la celda Dummy. Esta calibración es necesaria para las medidas de EIS (espectroscopia de impedancia electroquímica), debido al cambio realizado de corriente alterna a corriente directa. Esta calibración se realiza en la llegada de los cables a conectar con los electrodos correspondientes. Como cada circuito es diferente entonces el software mantiene una respuesta diferente para cada caso, por tanto se debe realizar una sola calibración con la celda Dummy que mantiene valores patrones y estandarizados para todo el sistema corrosivo y se mantendrá así siempre y cuando no se realice un cambio en el diámetro de los cables de salida de la tarjeta madre que llegan a los electrodos.
Durante la calibración la celda Dummy mantiene valores estándar que simulan las condiciones de una celda electroquímica y cada cable de salida de la tarjeta madre es conectado las terminales de esta celda. El cable de electrodo de trabajo se conecta a la terminal Work, el cable de del electrodo de referencia a Ref y el cable de contra electrodo a counter mostrados en la figura 34, luego se pone a correr una prueba normal de EIS y el sistema queda automáticamente calibrado.
Figura 34. Celda Dummy.
Fuente: Autor
5.2 INSTRUMENTOS DE MEDIDA
5.2.1 Celda de pruebas gravimétricas. Inicialmente se montaron las muestras sobre un porta cupón de polietileno de baja densidad (Icopor) como se observa en la figura 35 parte derecha, este tipo de material es poco recomendado y fue utilizado únicamente para pruebas donde el electrolito no mantiene un PH muy bajo o cuando la producción de ácidos producto de las reacciones no es tan elevada. Además este es un porta cupón desechable y sirve lapa la realización de medidas como LPR y TAFEL que no superen tiempos aproximados de 2 horas.
Cuando la adición de gases CO2 aumenta, también aumenta la producción de acido carbónico por la interacción entre éste y el electrolito; requiriendo el uso de un material mucho mas resistente y de menor degradación como el caucho vulcanizado mostrado en la figura 35 parte derecha. Esto evitar la posible contaminación de sustancias que no tienen
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nada que ver dentro del electrolito y además evitaran la posibilidad de fuga principalmente cuando se utilizan tiempos altos hasta de 3 días o mas.
Figura 35. Tipos comunes de porta cupón.
Fuente: Autor
5.2.2 Termostato. Para el caso se la exactitud del termostato, éste fue calibrado desde la casa de fabricación, manteniendo un error de mas o menos una unidad; hay que aclarar que dentro de la guía de especificaciones se encuentra el formato de calibración del termostato, en donde se puede calibrar el equipo para que pueda medir bajo una sensibilidad hasta de 0.1 ºC. Esto permite que el control de una variable tan importante como lo es la temperatura se realice de la manera más exacta.
Normalmente al someter la termocupla a un aumento de temperatura, el indicador digital del termostato debe indicar un aumento del mismo; en ocasiones puede que éste no mantenga una relación directa y para estos casos es indispensable tener en cuenta las recomendaciones de fábrica. Para el primer caso cuando tomo la primera medida, se presento un error en la medida y se decidió que su polaridad estaba invertida
5.2.3 Rotámetro. La calibración inicial del equipo debe realizarse cuando el rotámetro adquirido este calibrado para gases y se utilice para otro pito de fluido. En este caso el rotámetro viene calibrado para la medición de lectura de líquidos flotantes.
Además de esto es necesario conocer inicialmente el valor del caudal de trabajo y graduarlo antes de cada prueba con alguna de las válvulas del tramo de tubería de interés a realizar las pruebas, de esta manera se puede regular el caudal al que esta sometida la celda a evaluar. Es claro que a medida que se realiza el cierre de la válvula habrá menor área, aumentado la presión y por lo tanto el caudal ya que son directamente proporcionales.
5.3 ACCESORIOS
5.3.1 Distribución de termocupla y del CO2. Durante las medidas realizadas inicialmente se mantuvo constantemente dos errores en casos simultáneos, que fueron: el primer caso
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corresponde a la direccionalidad de la termocupla al ser sumergida en el electrolito, debido a que esta insertada en un cable que tendía a enroscarse y ubicarse en la parte superior del electrolito; de esta forma media la temperatura de la interfase del electrolito y la parte superior del tanque. Por tanto fue necesaria la adición de un tramo de tubería que se puede observar en la figura 36 denominado como A, esto para hacer que la termocupla se sumerja obligatoriamente dentro del electrolito y pueda medir realmente la temperatura de éste.
El segundo caso corresponde a la distribución del CO2, inicialmente se había planteado que el gas entra al tanque por su parte superior y desde allí interactuará con el electrolito, pero esto no dio resultado y se tomo la decisión de realizar un canal de distribución del gas que fuese cubierto hasta la parte mas baja posible y cerca a la salida del electrolito que es absorbido por la bomba de propulsión observado como B en la figura 36 haciendo que en el ascenso del gas mantenga mayor tiempo en contacto directo con el electrolito y por tanto la saturación total de la solución sea mas rápida y económica.
Figura 36. Tanque vista interior.
Fuente: Autor
5.3.2 Cable de transmisión de datos. Las medidas de las pruebas potenciodinámicas se tomaron inicialmente con un cable de calibre muy grueso. Esto genera que parte de la corriente enviada en la prueba TAFEL por resistencia al llegar a una sección más delgada. Por tal motivo es necesario para la medición mediante la técnica EIS, la asignación total de cables de calibre muy bajo como lo son los cables de audífono y la continua calibración con ayuda de a celda DUMI, este cable se puede ver en la figura 31 denominado como 15.
5.3.3 Soportes. Los soporte observados como 16 en la figura 31, fueron implantados en cada sección de tubería y por lado y lado de cada celda debido a la turbulencia generada por la válvula de propulsión; por esta potencia de la bomba se producían vibraciones que inicialmente altero la estabilidad del flujo y por ende modificaron la lectura tomada del potencial de reposo. Por esto fue necesaria la instalación de varios soportes ubicados estratégicamente en cada celda y alrededor de la bomba de propulsión.
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6. DISEÑO EXPERIMENTAL Y REALIZACIÓN DE PRUEBAS DE SIMULACIÓN EN LABORATORIO
Como es necesaria la verificación de un sistema corrosivo de el circuito hidrodinámico, fue necesario la realización de algunas pruebas que permitieron la búsqueda de la variable más influyente dentro del sistema; la velocidad de corrosión que es la variable dependiente. Para la realización de las pruebas fue necesario el diseño de facilidades mostrado en la figura 36, para realizar el respectivo análisis de cada una de las variables independientes que influían en la determinación de la variable dependiente.
Este diagrama de facilidades nos muestra las etapas seguidas para la búsqueda de la cinética de corrosión, se puede observar el tipo de prueba, técnica de medida utilizada y además muestra el dato obtenido de cada prueba para llegar a la obtención de la variable dependiente.
6.1 DISEÑO DE FACILIDADES
Figura 37. Representación esquemática del diseño de facilidades
Fuente: Autor.
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6.2 PREPARACION DE PROBETAS Y ELECTROLITO
Como el parametro a medir es la velocidad de corrosión por dos técnicas distintas como son potenciometría y gravimetría se realizaran las descripciones de de cada una de acuerdo a las pruebas.
6.2.1 Prueba gravimétrica. En esta prueba se utiliza la técnica de pérdida de peso y por tal fin fue necesario elaborar cupónes gravimétricos para la realización de las mismas, se tomaron muestras de una acero AISI-SAE 1020 para cortarlas de 2 cemtimetros de ancho, 3 centimetros de largo y 3 milimetros de espesor como se ve en la figura 38. Ademas estas muestras muestras fueron perforadas el la parte superior para ser inrustadas dentro del portacupón. A cada probeta se le realizó un proceso de desbaste fino con un papel abrasivo hasta el numero 600 y un pulido con paño de billar y alumina de 0.5 micras hasta formar una superficie lisa y especular libre de oxido y otras impuresas; de igual manera las muestra fueron expuestas en glicerina, para realizar un lavado que le permitiera a la superficie estar libre de cualquier sustacia extraña que modificara el tipo y velocidad de corrosión allí presentadas; luego se procedio a secarlos y introducirlos en un desecador para mantenerlos aislados de cualquier tipo de corrosión atmosférica.
Se preparo la solución de salmuera 3%, se realizó una adicion de CO2 durante una hora hasta saturar por completo la solución y luego se subio hasta la temperaturta de trabajo de 60 ºC, la preparacion se realizó en el sistema de homogeniacion según lo mostardo en la figura 5.
Figura 38. cupón gravimetrico.
Fuente: Autor.
6.2.2 Prueba potenciodinámica. Para esta prueba se utilio una muestra de acero AISI-SAE 1020 con un diámetro aproximada de 1.128 cm, de tal manera que el área de contacto con el electrolito fuese de 1 cm2. Ademas esta superficie se le realizó una concavidad que le permitiera adaptarse a la froma cicular de la tuberia y de esta forma el electrolito no choque directamente sobre la probeta, ya que esta simula un pedazo de tuberia como si estubiese en una tuberia de transporte de hidrocarburo. Por otra parte la superficie de contacto del
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electrodo fue desbastada con papel abrasiso hasta numero 600 y pulida con paño de billar y alumina manualmente, para que se mantubiera libre de cualquier tipo de oxido que altere el proceso de corrosión, el electrodo se observa en la figura 39.
Figura 39. superfie de contacto del electrodo de trabajo.
Fuente: Autor.
Como inicialmente se estableció que el área de exposición sería de 1 cm2, entonces para el cálculo del diámetro expuesto en la solución será se tomo el área de una circunferencia de la siguiente manera:
Como se quiere que el área de contacto sea 1 cm2, entonces:
Aquí tendríamos en radio, pero como en , entonces:
Para esta prueba también se preparo un electrolito con salmuera al 3%, con una adición de CO2 por un tiempo de una hora con ayuda del circuito de homogenización (figura 13) hasta alcanzar una temperatura estable de 60 ºC para luego dar paso al circuito de pruebas
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potenciodinámicas (figura 15). Dentro de la celda de pruebas potenciodinámicas es posible aplicar las técnicas de LPR, TAFEL y EIS.
Es claro que para este proyecto solo se usaran las técnicas de LPR y TAFEL, debido a que estas dos técnicas proporcionan la cantidad de información necesaria para la verificación de un sistema corrosivo. Como se puede observar en la figura 41, la técnica LPR nos proporciona la resistencia a la polarización Rp y la técnica TAFEL nos da las pendientes anódicas y catódicas βa y βc; con las cuales ya se puede hacer una correlación acerca de la cinética de la corrosión presentada el la celda.
6.3 MATERIALES UTILIZADOS
La composición química en (% en peso) del acero AISI-SAE 1020, para los cupones gravimétricos y para el electrodo de trabajo, se puede observar en la tabla 1. Generalmente el todas las investigaciones se ha tomado como electrodo de trabajo al acero AISI-SAE 1020 , debido a que éste material contiene composicion, numero y forma de las fases similar a las encontradas en una tuberia de trasnporte de hidrocarburos.
Tabla 1. Composicion química en (% en peso) del acero AISI-SAE 1020, para el cupón gravimétrico y el electrodo de trabajo.
Elemento % peso (cupón gravimétrico)
% peso(electrodo de trabajo)
C 0.1968 0.2223Mn 0.3864 0.4581P 0.0338 0.0216S 0.0098 0.0177Si 0.0011 0.0004Cr 0.0028 0.0054Ni 0.0410 0.0294Mo 0.0087 0.0042CU 0.0361 0.0284Sn 0.0035 0.0017Al 0.0008 0.0010Nb 0.0001 0.0003V 0.0019 0.0013W 0.0025 0.001Ti 0.0003 0.0007As 0.01548 0.01548Co 0.01952 0.01395Pb 0.00213 0.00106B 0.00009 0.00019
Ca 0.00021 0.00055%Fe 99.3030 99.3030
Fuente: laboratorio Acerias Paz del Rio y Wmoh y Cia Ltda.
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7. DATOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
7.1 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES DE CORROSIÓN MEDIANTE PRUEBA GRAVIMÉTRICA.
Para este ensayo se utilizaron dos cupónes graviemtricos, donde uno de estos fue expuesto a un electrolito de salmuera al 3% y el otro fue expuesto a salmuera al 3% a una temperatura de 30 y 60 ºC. Inicialmente se realizo una caracterizacion de los electrolitos y los resultados se pueden observaen la tabla 2. la utilizaron del electrolitos de salmuera al 3 % es debido a que estos dos componerntes proporcionan caracteristicas similares a las presentes en el transporte de crudo en el momento de su extraccion y de esta manera se podra simular mejor las condiciones de servicio en un hidrocarburo.
Tabla 2. Caracterizacion de la solución de trabajo.
Electrolito NaCl [%W] PH ρ (g/cm3) μ [MPa/s]
Agua 3 4.98 0.9758 3.95
Fuente: Autor
El cupón gravimetrico se extrae del desacador para ser pesado en una balanza analítica con un error aproximado de 0,0001, los resultados pueden ser observados en la tabla 3. Para la realización del esayo se pone a punto el sistema y se modifican los parametros que influiran durante éste, el cupón es introducido en la celda y es abierto el circuito de pruebas gravimétrica, para exponer el cupón al electrolito por un periodo de tres dias continuos.
Despues de extraer el cupón se puede observar en la figura 40, el cupón que fue expuesto al elctrolito de salmuera al 3%, es claro notar que el cupón gravimétrico presentra una corrosión generalizada, ademas toda el área del cupón que estubo expuesta al electrolito sufrio una degradación por efecto de disolución.
El cálculo de la velocidad de corrosión en la prueba gravimétrica se realizara con ayuda de la norma ASTM G1-94 “Práctica estándar para preparación, limpieza y evaluación de cupónes en pruebas de corrosión”, en la cual contempla la siguiente ecuación para el cálculo de la rata de corrosión.
La velocidad de corrosión se calcula con la siguiente ecuación:
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W = w1 - w2 (g) D = densidad del metal (g / cm3)
A = área expuesta (pulg2) T = tiempo de exposición (días)
Velocidad de corrosión para la prueba de electrolito salmuera al 3%
El uso del cupón gravimétrico es indispensable para la determinación del tipo de corrosión presentada en el cupón. Por medio de un análisis visual que se puede realizar al retirar el cupón de la celda de pruebas, así el tipo de corrosión que presentaba el cupón es de tipo uniforme y presenta una degradación de en toda el área expuesta al electrolito. Se puede deducir que en un sistema cuya solución (salmuera 3%) se encuentra saturada con CO2, la pieza es degradada a una velocidad muy alta debido a la agresividad del medio acuoso. Debido a que el electrolito mantenía un pH de 4.98 generando al sistema un carácter ácido que ataca en una forma más acelerada las muestras.
Figura 40. Resultado del cupón gravimetrico utilizado para la técnica de perdida de peso, con salmuera al 3%.
Fuente: Autor
La figura 41 muestra el producto de la corrosión sobre el cupón gravimétrico, en donde fue utilizado como electrolito una solución de salmuera al 3% a una temperatura de 30 ºC, esta solución fue saturada con CO2 durante una hora y luego fue expuesto el cupón por 3 días consecutivos. El resultado de este ensayo se puede observar en la figura 41, en donde este cupón presenta una corrosión similar a la del electrolito anterior pero en un nivel de degradación mucho mas bajo; Esto es debido a que generalmente el la industria petrolera el aceite o crudo no afecta la tubería internamente sino los acompañantes de este como lo son el agua y otros gases. Por tal motivo en el cupón gramimétrico expuesto al electrolito de salmuera mantiene un grado de corrosión mucho mas bajo que el presentado por cuando se utilizo sola salmuera. Cabe resaltar que para estas condiciones de operación el circuito se comporta como un sistema corrosivo, haciendo honor a lo diseñado inicialmente.
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Figura 41. Resultado del cupón gravimetrico utilizado para la técnica de perdida de peso, con salmuera al 3%, a una temperatura de 30 ºC.
Fuente: Autor
La tabla 3 muestra los resultados obtenidos de velocidad de corrosión para los cupónes gravimetricos inmersos en un electrolito de samuera al 3% con saturación de la solución con CO2 y salmuera al 3% a una temperatura de 30 ºC tambien con solucion saturada de CO2.
Tabla 3. Velocidad de corrosión por gravimetría.
Medio Corrosivo
Temperatura (ºC)
Tiempo de Exposición
(días)
Peso inicial cupón
(gr)
Peso final
cupón(gr)
Diferencia de peso
(gr)
Velocidad de
corrosión. (mpy)
Salmuera 60 3 8.6700 8.6517 0.5455 7.9925
Salmuera 30 3 8.9288 8,9197 0.2429 2.9698
Fuente: Autor
Hay que resaltar que para este caso particular el flujo utilizado fue de 6.5 GPM, lo cual genera una velocidad del electrolito muy alta que puede generar algún tipo de erosión corrosión del metal, cambiando probablemente a un mecanismo en donde la alta turbulencia del fluido pudiera llegar a producir este tipo de degradación que junto con la agresividad del medio lo hacen muy corrosivo.
Los ensayos realizados por E. Eriksrud [1]presentados en el anexo 1, realizaron experimentos de flujo a través de circuitos hidrodinámicos que dan un punto de referencia para los datos obtenidos en estas pruebas. Se puede concluir que para el caso de la salmuera al 3% con el valor de corrosión de 7.9925 mpy, se encuentra dentro de los rangos obtenidos
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por este autor con los mismos parámetros a acepción de la concentración de NaCl que fue de 4%. La velocidad utilizada para este ensayo es de 0.8 m/s y los valores presentados en el anexo entre 0.5 y 1 m/s es de 7.62 y 8.89 mpy y por tal motivo el circuito es apto para la realización de cualquier tipo de pruebas como las mencionadas en este trabajo de grado. El circuito tiene la cualidad de responder a cualquier tipo de prueba siempre y cuando se realice las debidas optimizaciones.
El comportamiento de la velocidad de corrosión con la temperatura implica un cambio en el mecanismo de la corrosión por CO2 a la temperatura de 333 ºK (60 ºC), como fue expuesto por E. Eriksrud [1] para el caso del CO2. Este ensayo se trabajo sobre este punto de 60 ºC para lograr predecir el mecanismo que con el aumento de temperatura puede generar un cambió de control por difusión de las especies corrosivas como el nombrado en la teoria por los autores.
7.2 DETERMINACIÓN DE LAS VELOCIDADES DE CORROSIÓN MEDIANTEPRUEBAS POTENCIODINÁMICAS.
7.2.1 Resistencia a la polarización lineal (RPL)
Para la realización de la prueba de Resistencia a la Polarización Lineal, se determino el valor de resistencia a la polarización lineal (Rp), haciendo un barrido de +/- 20 mV del potencial de reposo que es la escal que se presenta en la parte superior de la figura 31, una velocidad de varrido de 1 m/s. Despues se realiza el análisis de datos para obtener la Resistencia a la Polarización Rp que debe encontrarse por en el intervalo de cero en la escala de la corriente mostrada en la parte inferior dercha de la figura 42 parte derecha, con un valor de 7.76k.
Figura 42. Representación del cálculo de la resistencia a la Polarización de una salmuera al 3%, saturada con CO2 y a una temperatura de 60 ºC; de un acero AISI –SAE 1020.
Fuente: Autor.
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Generalmente, cuando un electrodo de trabajo se expone a una solución que altera su potencial electroquímico y estabilidad integral, en los primeros instantes del contacto metal solución y dependiendo también de algunos otros factores del medio que lo rodea, el metal sufre una reacción acelerada de desintegración u oxidación, pero luego alcanza un estado de corrosión estable, en el cual trata de permanecer por largo tiempo. Este tiempo es el calculado en la prueba de potenciometría para la estabilización del potencial de reposo, para este caso fue de 55 minutos, pero para nuevas mediciones se tendrá que realizar nuevamente el cálculo del potencial de reposo.
Este valor de 7.76k de resistencia a la polarización del acero AISI-SAE 1020, inmerso en un electrolito de salmuera al 3%, saturado con CO2 a 60 ºC, es un valor muy bajo y se puede relacionar con una baja resistencia de la interfase, lo cual hace que el material sea más susceptible al ataque del electrolito generando una degradación más alta. La fotografía del cupón en la figura 40 nos proporciona una descripción física del grado de corrosión presentado allí. A continuación se presenta una representación grafica de las pendientes encontradas mediante la técnica de LPR al someter al electrodo de trabajo a 30 ºC y 60 ºC. es claro observar que la línea representada de color lila que corresponde a la recta de 60 ºC, mantiene una pendiente mas elevada que la presentada a 30 ºC (recta de color azul). El hecho de que se mantenga una mayor pendiente se encontrara un menor valor de la Rp y por tanto se presentara un valor mas bajo en el denominador de la ecuación del cálculo de la velocidad de corrosión que lógicamente generaría un aumento en el i de corrosión y de la rata de corrosión; por tal razón la muestra de acero es mas afectada cuando la temperatura de trabajo es mas alta para este caso 60 ºC.
Figura 42. Curvas LPR con un electrolito de salmuera al 3% con 30 y 60 ºC.
LPR
-6,00E+00-5,00E+00-4,00E+00-3,00E+00-2,00E+00-1,00E+000,00E+001,00E+002,00E+003,00E+00
-5,00E+05 -4,00E+05 -3,00E+05-2,00E+05-1,00E+05 0,00E+00
V (mV)
(µA)
J
30ºc
60ºc
Fuente: Autor
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7.2.2 Técnica de tafel.
Por otro lado se utilizó esta técnica para la determinación de las pendientes anódica y catódica. Es pertinente aclarar que para estos casos siempre se utiliza primero la técnica LPR y luego la técnica de TAFEL debido a que esta última es una técnica destructiva por lo que al realizarse envia una corriente tan alta que es capaz de romper la capa formada en la interfase entre le electrolito y la muestra, produciendo un nuevo proceso de corrosion.
Para esta técnica se realizo un barrido de potencial de +/- 250 mV del potencial de reposo en circuito abierto a una velocidad de barrido de 1 mV/s. La velocidad de barrido genera que el equipo tome muchos o pocos datos, y por lo general entre más datos tome es más precisa la medida por mayor cantidad de datos este caso particular es cuando se usa una menor velociad de barrido. En la figura 43 se puede observar las curvas Tafel para un electrolito de salmuera al 3% con temperaturas entre 30 y 60 ºC, la curva de color azul corresponde a la prueba tomada a 60 ºC y la curva de color verde a 60 ºC. Se puede observar claramente que la curva de color verde mantiene una abertura mas estrecha que la curva azul; la teoría reporta que entre mas estrecho sea esta abertura se mantendrá un mayor grado de corrosión, de esta manera vale la pena considerar que mientras la curva mantenga una mayor abertura se tomaran unas pendientes mas altas tanto anódica como catódica, por lo tanto el valor del i de corrosión será menor y menor la rata de corrosión; la situación contraria se presentara para el caso donde la curva mantiene una menor abertura.La curva macada de color verde que corresponde a la prueba tomada a 60 ºC muestra que a esta temperatura la rata de corrosión es mayor que la presentada a 30 ºC.
Figura 43. Curvas TAFEL con un electrolito de salmuera al 3% con temperaturas entre 30 y 60 ºC.
TAFEL
1,00E-02
1,00E-01
1,00E+00
1,00E+01
1,00E+02
1 31 61 91 121151181211241271301331361
E (V)
LOG
I (A
/CM
2)
g
30ºC
60ºC
Fuente: Autor.
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En cada ensayo de resistencia a la polarización lineal realizado se determinó el valor de Rp, que junto con los valores de las pendientes catódica y anódica obtenidos en las pruebas TAFEL, fueron analizados y comprobados matemáticamente, como se muestra a continuación, obteniéndose como resultado el valor de la velocidad de corrosión para el acero AISI-SAE 1020 en las condiciones propuestas. Estos valores se reportan en las tablas4.
))(*303.2/()(( cacacorr bbRpbbi
icorr = ((0.0513*0.0420) / (2.303*445.38(0.0513+0.0420)))
icorr = 0.000022514 Amp.
icorr = 22.51 µAmp.
Una vez determinado icorr se puede calcular la velocidad de corrosión según la expresión de Faraday:
Velocidad de corrosión dPEimpy corr /**13.0)(
Donde:
P.E= peso especifico (para el acero 1020 es de 9)d= desnsidad (7.58 g/cm3)
Velocidad de corrosión (mpy) = 0.13*22.51*9 / 7.58Velocidad de corrosión (mpy) = 3.47
Tabla 4. Cálculo de las Pendientes de TAFEL de un Acero AISI-SAE 1020 en presencia de la Mezcla Salmuera/CO2 a 60ºC (+/-1ºC).
CO2 Rp(Ω)
Bc(mV/Dec)
Ba(mV/Dec)
Velocidad de
Corrosión (mpy)
Icorr(µA)
CON CO2
7,76 0.0420 0.0513 3.47 22.517,48 0.0412 0.0498 3.42 21.96
Fuente: Autor
De las curvas experimentales electroquímicas de Tafel, como las presentadas en la figura 42, se tomaron las pendientes anódicas, catódicas y junto con el valor de resistencia a la polarización obtenido en la técnica de LPR se obtiene la velocidad de corrosión, para este
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caso la velocidad de corrosión obtenida por la técnica potenciodinámica es muy similar a la obtenida en la prueba gravimétrica y por ende se deduce que las medidas de corrosión tomadas mediante las dos técnicas dan para concluir que el circuito mantiene un sistema corrosivo que se adecua al presentado por autores anteriores y a los encontrados en el campo de los hidrocarburos. De esta manera el circuito queda abierto para la experimentación del cálculo de la corrosión con variación de cualquier parámetro.
es posible deducir que el cicuito hidrodinámico mantiene los valores estandar presentados por los autores E. Eriksrud [1] por lo tanto se comporta como un sistema corrosivo que presenta valores acertados para la evaluacion de este tipo de corrosión.
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CONCLUSIONES
1. Este loop de 1 pulgada de diámetro de tubería fue diseñado con un tanque de retroalimentación, implantado, optimizado y el cual se fue dispuesto para la medición de la velocidad de corrosión mediante las técnicas potenciodinámicas y gravimétricas, mantuvo una excelente capacidad durante el proceso de reproducción a nivel de laboratorio de diversos electrolitos que mantienen propiedades similares a los transportados en los hidrocarburos. Se logro determinar que los resultados obtenidos en cada una de las pruebas son una base fundamental para lograr concluir que el Loop es un equipo confiable, versátil, flexible y es una herramienta indispensable para simular diversos patrones de flujo con variación múltiple de cada uno de los posibles parámetros a controlar dentro del circuito hidrodinámico en futuras investigaciones en la universidad.
2. Se logro comprobar que el diseño del circuito hidrodinámico responde a las necesidades de realizar pruebas simultáneas de cupones gravimétricos y la técnica potenciodinámica; ya sean estáticos o dinámicos. Esto permite que los ensayos realizados mediante estas dos técnicas manutengan una correlación que los haga susceptible de cualquier denominación tanto para una como para otra técnica.
3. Con ayuda de las técnicas potenciodinámicas usadas para la determinación de la rata de corrosión en un circuito de tubería de 1 pulgada de diámetro, con un electrolito de salmuera al 3% de NaCl, saturada con CO2, la corrosión presentada tanto en el electrodo de trabajo y el cupón gravimétrico es una corrosión generalizada y que su grado dependerá del la cantidad de solución salina presente, del régimen de flujo, la viscosidad y la densidad del electrolito a utilizar.
4. Cuando se trabajo con una temperatura de 60 ºC, la velocidad de corrosión fue elevada y se ratifica que a una mayor temperatura la rata de corrosión aumenta proporcionalmente. En otros estudios de material de acero AISI 1020 expuestos en diferentes medios y situaciones reales de planta, han mostrado el incremento de la velocidad de corrosión con la temperatura.
5. Para este electrolito se genero cambios considerables en el régimen de flujo y la disminución de la velocidad de corrosión. Claro que esto no quiere decir que la fase acuosa salina con sus especies corrosivas no actuó sino que lo realizo de una manera mas moderada.
6. Las técnicas electroquímicas de corriente directa como LPR y TAFEL permitieron obtener las medidas de las velocidades de corrosión, mostrando valores similares a los obtenidos mediante la técnica gravimétrica, por lo cual se puede concluir que la calibración de los equipos para las técnicas potensiodinámicas estaban centradas y no se encuentra ninguna desviación en las medidas.
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RECOMENDACIONES
Para el uso del circuito hidrodinámico, donde exista una variación considerable de los parámetros establecidos durante este trabajo de grado; es necesaria la optimización de cada elemento del sistema en especial del rotametro y es obligatoria la estabilización del potencial de reposo antes de las medidas de LPR y TAFEL.
Para el caso en que el régimen de flujo sea considerado parámetro fundamental que le modifique la toma de datos en futuras investigaciones se recomienda el anexo de un tramo de tubería transparente de 1 pulgada de diámetro para la determinación visual del régimen de flujo empleado,
De igual manera se considera que aumento de las variables de presión y temperatura, pueden acercarse más a las condiciones reales de servicio, estos incrementos el sistema los puede aceptar hasta un cierto limite; para el caso de la temperatura hasta 90 ºC y el caso de la presión hasta 100 PSI.
Aunque en estos momentos el sistema no permita la evaluación de varios cupones garvimétricos simultáneos, es posible una modificación de la celda de pruebas gravimétricas para la realización de la evaluación de dos o mas materiales en la mismas condiciones y simultáneamente.
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ANEXO 1. CORRIENTES CATÓDICAS LIMITANTES, DE CORROSIÓN, DE DIFUSIÓN Y VELOCIDADES DE CORROSIÓN OBTENIDOS POR DIFERENTES AUTORES
CO2 DR CR LOOP VL VG W RPM Solución pH T IH+ IH2CO3 ICexp Icorr Vcorr
Autor presión Cm cm cm m/s m/s r/s °K mA/cm2 mA/cm2 mA/cm2 mA/cm2 mm/año
E.Eriksrud atm 2.4 0.0 4%NaCl 3.8 293 0.10 0.10 0.99
atm 2.4 0.3 4%NaCl 3.8 293 0.05 0.30 0.10 0.99
atm 2.4 1.0 0.5 4%NaCl 3.8 293 0.17 0.50 0.10 0.99
atm 2.4 1.0 1.7 4%NaCl 3.8 293 0.50 0.10 0.99
atm 2.4 0.0 4%NaCl 3.8 333 0.20 0.20 3.04
atm 2.4 0.5 4%NaCl 3.8 333 0.75 0.75 7.62
atm 2.4 1.0 4%NaCl 3.8 333 0.85 0.85 8.89
atm 2.4 1.5 4%NaCl 3.8 333 1.00 1.00 10.1
S.Nesic atm 1.0 1.5 2 3820 1%NaCl 5 293 0.2 0.1 0.18 0.06 0.69
atm 1.0 1.5 2 3820 1%NaCl 6 293 0.1 0.05 0.59
atm 1.0 1.5 2 3820 1%NaCl 4 323 2.00 0.32
atm 1.0 1.5 2 3820 1%NaCl 4 353 3.00
atm 1.0 1.5 0 1%NaCl 4 293 0.05
atm 1.0 1.5 4 1%NaCl 4 293 0.18
atm 1.0 1.5 8 1%NaCl 4 293 0.25
atm 1.0 1.5 12 1%NaCl 4 293 0.35
atm 1.0 1.5 1%NaCl 5 293 0.05
E. Dayalan
R.Shadley atm 2.4 0.25 3%NaCl 4.2 298 0.29 0.044 0.338 3.92
atm 2.4 0.5 3%NaCl 4.2 298 0.36 0.038 0.397 4.6
atm 2.4 1 3%NaCl 4.2 298 0.44 0.031 0.473 5.48
atm 2.4 2 3%NaCl 4.2 298 0.54 0.026 0.567 6.57
atm 2.4 5 3%NaCl 4.2 298 0.69 0.020 0.713 8.28
atm 2.4 10 3%NaCl 4.2 298 0.80 0.018 0.823 9.55
CO2: presión del CO2; DR: diámetro del disco rotatorio; CR: diámetro del cilindro rotatorio; LOOP: diámetro de la tubería del circuito hidrodinámico; VL: velocidad superficial de la fase líquida; VG: velocidad superficial de la fase gaseosa; W: velocidad de rotación en radianes/segundo; RPM: revoluciones por minuto; IH+: corriente de difusión del catión de hidrógeno; IH2CO3: corriente de difusión del ácido carbónico; ICexp: corriente catódica experimental; Icorr: corriente de corrosión; Vcorr: velocidad de corrosión.
74
ANEXO 2. DISEÑO DE LA CELDAD DE PRUEBAS GRAVIMÉTRICAS CON SUS REPECTIVAS COTAS EN LAS TRES VISTAS PRINCIPALES.
Acotado 2D y 3D, vista frontal
Acotado 2D y 3D, vista lateral derecha.
Acotado 2D y 3D, vista superior.
Fuente: Autor.
75
ANEXO 3. DISEÑO DE LA CELDA DE PRUEVAS POTENCIODINÁMICAS CON SUS RESPECTIVAS COTAS EN LAS TRES VISTAS PRINCIPALES
Acotado 2D y 3D de la vista frontal,
Acotado en 2D y 3D de la vista lateral derecha.
Acotado en 2D y 3D de la vista superior.
Fuente: Autor
76
ANEXO 4. DISEÑO DE PARTES DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO CON SUS RESPECTIVAS COTAS EN LAS TRES VISTAS PRINCIPALES.
Acotado en 2D y 3D de la vista frontal.
Acotado en 2D y 3D de la vista lateral derecha.
77
Acotado en 2D y 3D de la vista superior.
Fuente: Autor
ANEXO 5. DISEÑO TOTAL DEL CIRCUITO HIDRODINAMICO
Acotado en 2D vista frontal.
78
Acotado en 3D vista frontal.
Acotado en 2D vista superior.
79
Acotado en 2D y 3D de la vista superior.
Acotado en 2D y 3D de la vista lateral derecha.
Fuente: Autor
![006 the Formation of Protective Feco3 Corrosion Product Layers in Co2 Corrosion (51300-96006-Sg)[1]](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/55cf93be550346f57b9e3edb/006-the-formation-of-protective-feco3-corrosion-product-layers-in-co2-corrosion.jpg)
![MB02 TAKE PRECAUTIONS TO PREVENT HAZARDS ON … · MB02 TAKE PRECAUTIONS TO PREVENT HAZARDS ON A SHIP SUBJECT TO IGF ... ADGAS Corrosion Booklet] Wet CO2 Corrosion CO2 corrosion damage](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/5b4c53e67f8b9a5c278d4a2b/mb02-take-precautions-to-prevent-hazards-on-mb02-take-precautions-to-prevent.jpg)
